Вселенная существует благодаря идентичным частицам.

Вселенная, какой мы её знаем, может существовать только при условии абсолютной идентичности определённых частиц друг другу (предполагая также, что квантовая механика верна...).

Вот мой недавний доклад (огромное спасибо Reading School за приглашение), где я обсуждал эту довольно интересную концепцию. Мы начали с рассмотрения структуры атомов. Мы знаем, что в каждом атоме есть протоны и нейтроны в ядре, а также электроны, окружающие это ядро. Электроны расположены в оболочках и орбиталях. Но почему так происходит?

Чтобы ответить на этот вопрос, нам нужно обратиться к квантовой механике. Квантовая механика, по сути, изучает очень малые объекты, такие как частицы, из которых состоят атомы. И поскольку квантовая механика не очень интуитивно понятна, она утверждает, что частицы ведут себя довольно странно. Когда мы проводим эксперимент, чтобы определить, где находится частица, она не всегда будет там, где мы ожидаем. Однако мы можем вычислить вероятность того, что найдём частицу в заданной точке пространства каждый раз, когда попытаемся измерить её положение. Итак, вместо того, чтобы работать с надоедливыми, трудно отслеживаемыми частицами, мы работаем с волновой функцией.

Волновая функция — это математическая функция, которая плавно меняется со временем и даёт нам информацию о нашей частице. Чаще всего она сообщает нам вероятность обнаружения нашей частицы в различных точках пространства. Чтобы найти эту вероятность, мы возводим волновую функцию в квадрат. Это означает, что квадрат волновой функции — величина, которую можно измерить напрямую, поскольку мы можем повторить эксперимент и вычислить вероятность каждого экспериментального результата для будущего эксперимента. Так зачем же вообще иметь дело с волновой функцией, и почему бы не использовать квадрат волновой функции? Потому что сама волновая функция содержит информацию, которая теряется при возведении в квадрат.

Мы также рассматриваем волновые функции многочастичных систем. Мы понимаем, как меняется вероятность каждого экспериментального результата, если поменять местами две частицы. Для идентичных частиц вероятность не меняется, потому что мы не можем их различить. Если это верно для всех возможных экспериментальных результатов, то такие частицы называются «неразличимыми». Существует два типа неразличимых частиц: бозоны и фермионы.

Электроны, как оказалось, являются фермионами. Мы видим, что два фермиона с одинаковым спиновым состоянием никогда не могут находиться в одном и том же орбитальном состоянии. Другими словами, на каждой орбитали в атоме может быть только два электрона: один со спином вверх и один со спином вниз. Это известно как принцип запрета Паули. Именно благодаря этому принципу атомы устроены именно так: электроны находятся на оболочках и орбиталях (а не все находятся в одном и том же низкоэнергетическом состоянии).

И именно атомная структура позволяет практически всем химическим процессам происходить посредством ковалентных и ионных связей и так далее. Это означает, что Вселенная, какой мы её знаем, состоящая из атомов, не существовала бы, если бы электроны не были неразличимыми фермионами. Понятно, правда?

Мне очень понравилось выступать с этой лекцией, я излагал её на уровне, на котором мне было комфортно объяснять её живой аудитории. Это неизбежно привело к вырезанию некоторых не очень важных, но технически корректных деталей. Поэтому, пожалуйста, дайте мне знать, если я вырезал слишком много! Ещё раз спасибо Reading за приглашение и замечательным студентам, которые были так внимательны и задавали действительно содержательные вопросы.

Спасибо за просмотр! Обязательно ознакомьтесь с моими ссылками:

МЕРЧ - https://parth-gs-merch-stand.creator-...

INSTAGRAM - @parthvlogs
PATREON - patreon.com/parthg
МУЗЫКАЛЬНЫЙ КАНАЛ - Parth G Music
СТРАНИЦА ПО КРИКЕТУ (TikTok, Instagram, YouTube) - @cricketinaminute

Вот несколько партнёрских ссылок на материалы, которые я использую! Книга по квантовой физике, которая мне нравится: https://amzn.to/3sxLlgL
Моя камера: https://amzn.to/2SjZzWq
Фильтр нейтральной плотности: https://amzn.to/3qoGwHk