При обсуждении строения атома и вещества часто можно прочитать, что вещество на 99.99…% состоит из пустоты, с разными версиями количества девяток. Как мы сейчас увидим, это утверждение имеет весьма шаткие основания, а попытки оценить долю пустоты в веществе могут с одинаковым успехом дать любое число от 0 до 100%. Последовательное же рассмотрение вопроса в рамках квантовой механики показывает, что от пустоты вещество отличается довольно сильно.

Насыпав песок на колеблющуюся упругую пластинку, можно увидеть формирование фигур Хладни. Они часто служат примером «естественной красоты» физических явлений, хотя за ними стоит довольно простая физика резонансного возбуждения стоячих волн. И мало кто обращает внимание на любопытную особенность этих фигур: линии на них избегают пересечений, будто их отталкивает некая сила. Давайте попробуем понять, какая же физика скрывается за этим отталкиванием и как она связана с квантовой теорией хаоса.

«Имеются два одинаковых шарика, находящихся при одной и той же температуре. Один из них лежит на горизонтальной поверхности, другой подвешен на нити. Обоим шарикам сообщают одинаковое количество теплоты. Будут ли после этого температуры шариков одинаковыми или нет? (Любыми видами тепловых потерь можно пренебречь.)»

Такую задачу иногда можно встретить на олимпиадах по физике или в соцсетях. Общепринятый ответ интуитивно понятен: из-за затрат энергии на тепловое расширение при наличии силы тяжести шарик, лежащий на горизонтальной поверхности, окажется холоднее висящего на нити. В недавней статье было показано, что этот ответ неправильный. На самом деле, результат будет обратным: лежащий шарик окажется теплее висящего. Разберемся, почему традиционный метод решения этой задачи приводит к неправильному ответу, и почему интуиция в этом случае нас подводит.

Как мы знаем, любое плывущее в жидкости тело рано или поздно остановится за счет сил вязкого трения, если его движение не поддерживается каким-нибудь двигателем. Но есть жидкости, называемые сверхтекучими, в которых вязкое трение отсутствует^(*). Самый известный пример сверхтекучей жидкости – это жидкий гелий, охлажденный, как минимум, до 2.17 градусов выше абсолютного нуля температуры.

Движение при полном отсутствии вязкости проявляется во многих впечатляющих эффектах: сверхтекучий гелий легко протекает через самые узкие щели и трещины, способен бесконечно течь по кругу^(**) и вытекать из сосуда через тончайшую жидкую пленку, налипшую на его стенки. Все эти явления – примеры крупномасштабных квантовых эффектов.

В недавней теоретической статье был рассмотрен вопрос: можно ли плавать в сверхтекучей жидкости? Иными словами, может ли гипотетический пловец, двигая руками и ногами, создавать силу тяги, позволяющую ему разгоняться или замедляться, не задействуя силы вязкого трения?