Teoría de la música y la mecánica cuántica






Nota. bolígrafos esta es otra traducción de un artículo del blog Ethan Hein (Ethan - profesor asociado en "tecnología de la música" en la Universidad de Nueva York).. En este artículo se reflexiona sobre la relación de la teoría de la música y la mecánica kvantvoy y demuestra que microcosmos visualización gráfica analogías en gran medida inferiores tradicionales que pueden ser ofrecidos, por ejemplo, el guitarrista o el violinista. Sus otros materiales en nuestra traducción, por favor haga clic aquí: 1 (de técnicas de visualización de música), 2 (sobre los fundamentos de la conversión de analógico a digital de sonido) i>
.
En la escuela secundaria, probablemente vio un panorama similar:




Esta figura muestra un núcleo rojo estilizado con los protones y los neutrones, azul, gris rodeado de tres electrones. Esta imagen bastante estándar. A partir de ella se puede obtener un buen logotipo. Desafortunadamente, ella, al mismo tiempo, es absolutamente equivocado. Las partículas subatómicas hasta cierto punto, como pequeñas cuentas de vidrio, pero el grado de similitud es muy bajo. Los electrones se mueven alrededor del núcleo de verdad, pero este no es el movimiento a lo largo de una trayectoria elíptica, como si fueran pequeños satélites en órbita alrededor del planeta. La verdadera naturaleza de los electrones en el átomo es mucho más inusual e interesante. Y la imagen difícilmente puede transmitir la esencia de las partículas cuánticas. El uso de la teoría de la música es mucho más fácil.

partículas

Quantum - esta onda h4> El problema de las imágenes en los libros como la imagen de arriba, es que gracias a ellos se empieza a percibir las partículas como "cosas". Y no son cosas. Van y vienen, como un flash rápido - es más como nuestra idea de la energía. Lo que llamamos "partículas" -. En realidad montones de campos de energía

Los protones y los electrones son atraídos el uno al otro como imanes atraídos a la nevera. Si los electrones eran en realidad como pequeños satélites que se mueven alrededor del planeta, podrían ser girados a cualquier distancia desde el núcleo y podrían fácilmente caer en el núcleo y se enfrentan a los protones. Pero esto no está sucediendo. Los electrones son siempre auto-organizarse en una estructura espacial muy específica alrededor del núcleo. Este hecho parecía un misterio hasta que los científicos comenzaron a considerar los electrones como onda de probabilidad en el campo de la energía. < br />
Bueno análogo de cómo comportarse realmente partículas - TV ruido blanco, que consta de un gran número de electrones en un orden arbitrario se visualiza en la pantalla. Trate de imaginar alrededor del núcleo de un átomo de este "estática" y se obtiene una imagen mucho mejor de lo que está sucediendo a dar imágenes de los satélites que orbitan planetas.




Cuando los electrones están en órbita alrededor del átomo o molécula, su patrón de movimiento no es al azar a diferencia de ruido blanco en la pantalla del televisor. Cuando los electrones orbitan los átomos, sus campos de energía están organizados en una estructura similar a las ondas laminados. Usted puede aprender este patrón con la ayuda de una visualización interactiva subatómica mundo de Paul Felsteda - mira al final de la sección "La mecánica cuántica» átomo de hidrógeno simulador .

Pero, ¿qué tiene todo esto que ver con la teoría de la música? Campo Vibración de un electrón alrededor de un acto átomo como oscilaciones armónicas. Los electrones tienen armónicos, así como en cuerdas de la guitarra . Armónicos electrones tienen tres dimensiones en contraposición a los armónicos de cadenas unidimensionales, sino que se basan en el mismo principio. Estos armónicos identificar el producto y la interacción de las ondas de electrones de la misma manera como las cuerdas armónicas forman la base de acordes y escalas. Los armónicos del campo de electrones llamados orbitales .

El mundo físico entero se compone de electrones armónicos h4>


Esta captura de pantalla de oscilaciones armónicas cuánticas Felsteda muestra el primer armónico del campo de electrones alrededor de la molécula H2, dos átomos de hidrógeno, cada uno de los cuales consta de una protón y un electrón. Esta cuerda de guitarra armónica "electrónico" equivalente en el traste 12. Gota azul indica la posición de un electrón, gota roja - la posición de otro electrón. En los niveles más altos de energía orbitales toman formas más complejas. Esta es una analogía directa más complejas intervalos musicales, que se pueden obtener de armónicos más altos de una cuerda de guitarra.




Orbitales pueden ser representados como un sistema de células pequeñas, cada una de las cuales puede ocupar sólo un electrón. Estas células se dividen en pares, y los electrones "prefieren" vivir en las células vecinas. La estructura de todos los elementos químicos y los objetos se determina por la interacción entre los orbitales exteriores de los átomos. Si las células más externas están vacías, que pueden ser llenados con los electrones de otros átomos, los átomos en la molécula de enclavamiento. Todos los materiales líquidos y sólidos conservan su estructura debido al intercambio de electrones entre orbitales.

A continuación se muestra la estructura molecular de hielo creado Masakatsu Matsumoto . Bolas rojas - átomos de oxígeno. Blue - átomos de hidrógeno. Las barras amarillas representan la conexión - crean electrones intercambiados orbitales más externos de los átomos de oxígeno e hidrógeno
.


Esta estructura hexagonal de hielo se debe a cómo los orbitales de revestimiento de oxígeno e hidrógeno. Usted puede ver cómo se repite esta estructura hexagonal a nivel macro en forma de copos de nieve y las heladas.

Si se calienta el hielo a punto de fusión, que son, en esencia, Shell fotones de la superficie de hielo que golpean los electrones de los orbitales para que puedan moverse con mayor libertad de átomo a átomo. Los átomos permanecen unidos, pero no es tan difícil, y la estructura de su relación se vuelve más 'perdonar ».



Si continúa el proceso de fotones "fuego" que rompen por completo los lazos entre las moléculas, que comenzarán a circular libremente y de forma independiente en un estado que llamamos vapor. Si son bombardeados por los fotones pares, a continuación, romper la molécula, separando los electrones desde el núcleo en forma de plasma. Aún mayor pulso de energía estalló en el núcleo de protones y neutrones, y los protones y los neutrones son a su vez divididos en componentes: los quarks arriba y abajo. Quarks, protones, neutrones, núcleos de los átomos y las moléculas vibran campos de energía, cada uno de los cuales tiene su propia forma de onda especial y armónico.

Cuando me aburro, me gusta imaginar que todo a mi alrededor, toda la materia y energía - está resonando campos de energía, formando armonía al igual que los sonidos se añaden a los acordes. ¿Quién dijo que la ciencia no puede ser divertido?

Educación a través de la música h4> Albert Einstein dijo репортерам, que a menudo se "piensa en términos de arquitectura musical." Einstein era un violín amateur y se situó en los fundamentos de la mecánica cuántica. Quizás estos dos hechos están relacionados.

Tiene los claros paralelismos entre Einstein armónicos musicales y cuántica? Esto es lo que vamos a saber nunca, probablemente, pero no existe tal relación, y los científicos del futuro será capaz de beneficiarse de ella. El concepto de orbitales electrónicos todavía no están completamente desarrollados. Cuando estaba en la escuela secundaria, mi profesor (maravilloso) química dijo que no deberíamos siquiera tratar de visualizar la verdadera naturaleza de los electrones. Ella estaba en lo cierto en que no está tratando de agacharse para explicación primitiva o conducirnos por el camino equivocado, pero ella renunció demasiado pronto. Ella, sin embargo, no pudo utilizar la poderosa visualización por ordenador interactivo, pero en nuestra escuela fue una gran clase de música. Si alguna vez tuve la oportunidad de enseñar a los niños la química, primero tratar de asegurarse de que se han encontrado en la práctica con la armonía musical. Me muestro lo que deben jugar los armónicos superiores requiere más energía y cómo estos armónicos superiores pueden crear una rica paleta musical. Y luego, si nos remontamos a la química, los niños a entender que será mucho más fácil.

Fuente: geektimes.ru/company/audiomania/blog/242552/

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