Kvant fizikası: müşahidəçi yoxdur - fərqi yoxdur. Parçalanmış mikrokosmos Kvant fizikasında maddənin hissəciyi

Kvant nəzəriyyəsi və maddənin quruluşu

V. Heisenberg

“Materiya” anlayışı insan təfəkkür tarixi boyu dəfələrlə dəyişikliyə məruz qalmışdır. Müxtəlif fəlsəfi sistemlərdə fərqli şəkildə şərh edilmişdir. “Materiya” sözünü işlədəndə nəzərə almalıyıq ki, “maddə” anlayışına verilən müxtəlif mənalar müasir elmdə hələ də az-çox qorunub saxlanılır.

Thalesdən başlayaraq hər şeyin sonsuz dəyişməsində vahid başlanğıc axtaran atomistlərə qədər erkən yunan fəlsəfəsi kosmik materiya anlayışını, bütün bu dəyişikliklərə məruz qalan, bütün fərdi şeylərin yarandığı və nəticədə çevrildiyi dünya substansiyasını formalaşdırmışdır. yenidən. Bu məsələ qismən müəyyən bir maddə ilə - su, hava və ya odla eyniləşdirildi və qismən də bütün əşyaların düzəldildiyi materialın keyfiyyətlərindən başqa heç bir başqa keyfiyyətlərə aid edilmədi.

Sonralar Aristotelin fəlsəfəsində - forma ilə maddənin, forma və substansiyanın əlaqəsi haqqında fikirlərində materiya anlayışı mühüm rol oynamışdır. Hadisələr aləmində müşahidə etdiyimiz hər şey əmələ gələn maddədir. Deməli, materiya özlüyündə reallıq deyil, yalnız bir imkanı, bir “qüdrət”i təmsil edir, o, ancaq forma 13 sayəsində mövcuddur. Təbiət hadisələrində, Aristotelin dediyi kimi, “varlıq” imkandan gerçəkliyə keçir; forma sayəsində həqiqətən həyata keçirilən bir şey. Aristotel üçün materiya su və ya hava kimi hər hansı xüsusi maddə deyil, nə də saf məkandır; müəyyən dərəcədə qeyri-müəyyən bədən substratı olur ki, bu da öz daxilində forma sayəsində əslində baş verənlərə, gerçəkliyə keçmək imkanını ehtiva edir. Aristotel fəlsəfəsində materiya ilə forma arasındakı bu əlaqənin tipik nümunəsi bioloji inkişafdır, materiyanın canlı orqanizmlərə çevrilməsi, eləcə də insanın sənət əsəri yaratmasıdır. Heykəl heykəltəraş tərəfindən oyulmazdan əvvəl potensial olaraq mərmərdə saxlanılır.

Yalnız çox sonra, Dekartın fəlsəfəsindən başlayaraq, ilkin bir şey kimi maddə ruha qarşı çıxmağa başladı. Dünyanın bir-birini tamamlayan iki cəhəti var, maddə və ruh və ya Dekartın dediyi kimi, “res extensa” və “res cogitans”. Təbiət elminin, xüsusən də mexanikanın yeni metodoloji prinsipləri bədən hadisələrinin mənəvi qüvvələrə endirilməsini istisna etdiyi üçün materiya yalnız insan ruhundan və hər hansı fövqəltəbii qüvvələrdən asılı olmayan xüsusi reallıq kimi qəbul edilə bilərdi. Bu dövrdə materiya artıq əmələ gəlmiş maddə kimi görünür və əmələ gəlmə prosesi mexaniki qarşılıqlı təsirlərin səbəb-nəticə zənciri ilə izah olunur. Materiya artıq Aristotel fəlsəfəsinin “bitki ruhu” ilə əlaqəsini itirib və ona görə də bu zaman materiya ilə forma arasındakı dualizm artıq heç bir rol oynamır. Bu materiya ideyası, bəlkə də indi “materiya” sözü ilə anladığımız şeyə ən böyük töhfəni verdi.

Nəhayət, 19-cu əsrin təbiət elmlərində başqa bir dualizm, yəni maddə ilə qüvvə və ya o vaxt dedikləri kimi, qüvvə ilə substansiya arasında olan dualizm mühüm rol oynamışdır. Maddə qüvvələrdən təsirlənə bilər və maddə qüvvələrin meydana gəlməsinə səbəb ola bilər. Məsələn, maddə cazibə qüvvəsini yaradır və bu qüvvə öz növbəsində ona təsir edir. Buna görə də qüvvə və maddə fiziki dünyanın iki aydın fərqləndirilən cəhətidir. Qüvvələr həm də formalaşdıran qüvvələr olduğundan, bu fərq yenidən Aristotelin materiya ilə forma fərqinə yaxınlaşır. Digər tərəfdən, məhz müasir fizikanın son inkişafı ilə əlaqədar olaraq, qüvvə ilə maddə arasındakı bu fərq tamamilə yox olur, çünki hər bir güc sahəsi enerji ehtiva edir və bu baxımdan da maddənin bir hissəsini təmsil edir. Hər bir qüvvə sahəsi elementar hissəciklərin müəyyən bir növünə uyğundur. Hissəciklər və güc sahələri eyni reallığın iki fərqli təzahürüdür.

Təbiətşünaslıq materiya problemini öyrənərkən ilk növbədə maddənin formalarını araşdırmalıdır. Maddənin formalarının sonsuz müxtəlifliyi və dəyişkənliyi bilavasitə tədqiqat obyektinə çevrilməlidir; səylər təbiət qanunlarını, bu sonsuz tədqiqat sahəsində rəhbər rol oynaya biləcək vahid prinsipləri tapmağa yönəldilməlidir. Buna görə də dəqiq təbiətşünaslıq və xüsusilə fizika uzun müddətdir ki, öz maraqlarını maddənin quruluşunun və bu quruluşu müəyyən edən qüvvələrin təhlili üzərində cəmləşdirir.

Qaliley dövründən bəri təbiət elminin əsas metodu təcrübə olmuşdur. Bu üsul təbiətin ümumi tədqiqatlarından konkret tədqiqatlara keçməyə, təbiətdəki xarakterik prosesləri müəyyən etməyə, bunun əsasında onun qanunauyğunluqlarını ümumi tədqiqatlardan daha birbaşa öyrənməyə imkan verdi. Yəni maddənin quruluşunu öyrənərkən onun üzərində təcrübələr aparmaq lazımdır. Maddənin bütün görünən dəyişikliklərinə baxmayaraq qorunub saxlanılan bəzi fundamental xüsusiyyətlərini bilmək ümidi ilə bu şəraitdə onun çevrilmələrini öyrənmək üçün onu qeyri-adi şəraitdə yerləşdirmək lazımdır.

Müasir təbiət elminin formalaşmasından bu yana, bu, kimyanın ən mühüm məqsədlərindən biri olmuşdur ki, onlar kimyəvi element anlayışına olduqca erkən gəlmişlər. O dövrdə kimyaçıların əlinə keçən vasitələrdən heç biri ilə parçalana bilməyən və ya parçalana bilməyən maddə: qaynama, yanma, həll olma, digər maddələrlə qarışma, "element" adlanırdı. Bu konsepsiyanın tətbiqi maddənin quruluşunu anlamaq üçün ilk və son dərəcə vacib addım idi. Beləliklə, təbiətdə tapılan maddələrin müxtəlifliyi ən azı nisbətən az sayda sadə maddələrə, elementlərə qədər azaldıldı və bunun sayəsində kimyanın müxtəlif hadisələri arasında müəyyən bir nizam quruldu. Buna görə də, "atom" sözü kimyəvi elementin bir hissəsi olan ən kiçik maddə vahidinə tətbiq edildi və kimyəvi birləşmənin ən kiçik hissəciyi vizual olaraq müxtəlif atomların kiçik bir qrupu kimi təqdim edilə bilər. Dəmir elementinin ən kiçik hissəciyi, məsələn, bir dəmir atomu, su molekulu adlanan ən kiçik hissəciyin isə bir oksigen atomu və iki hidrogen atomundan ibarət olduğu ortaya çıxdı.

Növbəti və demək olar ki, eyni dərəcədə vacib addım kimyəvi proseslərdə kütlənin qorunmasının kəşfi oldu. Məsələn, karbon elementi yandırılırsa və karbon qazı yaranırsa, karbon qazının kütləsi proses başlamazdan əvvəl karbon və oksigen kütlələrinin cəminə bərabərdir. Bu kəşf maddə anlayışına ilk növbədə kəmiyyət mənası verdi. Kimyəvi xüsusiyyətlərindən asılı olmayaraq, maddə kütləsi ilə ölçülə bilər.

Sonrakı dövrdə, əsasən 19-cu əsrdə aşkar edilmişdir böyük rəqəm yeni kimyəvi elementlər. Bizim dövrümüzdə onların sayı 100-ü keçib. Lakin bu rəqəm tamamilə açıq şəkildə göstərir ki, kimyəvi element anlayışı hələ bizi maddənin vəhdətini başa düşəcək nöqtəyə gətirməyib. Aralarında heç bir daxili əlaqə olmayan bir çox keyfiyyətcə fərqli materiya növlərinin olması ilə bağlı fərziyyə qənaətbəxş deyildi.

19-cu əsrin əvvəllərində müxtəlif kimyəvi elementlər arasında əlaqənin mövcudluğunu sübut edən dəlillər artıq tapılmışdı. Bu sübut ondan ibarətdir ki, bir çox elementlərin atom çəkiləri hidrogenin atom çəkisinə yaxın olan ən kiçik vahidin tam qatları kimi görünürdü. Bəzi elementlərin kimyəvi xassələrinin oxşarlığı da bu əlaqənin mövcudluğunun lehinə danışırdı. Lakin yalnız kimyəvi proseslərdə işləyənlərdən qat-qat güclü qüvvələrin tətbiqi sayəsində müxtəlif elementlər arasında həqiqətən əlaqə yaratmaq və maddənin vəhdətini dərk etməyə yaxınlaşmaq mümkün oldu.

Fiziklərin diqqəti 1896-cı ildə Bekkerel tərəfindən radioaktiv parçalanmanın kəşfi ilə əlaqədar olaraq bu qüvvələrə cəlb edilmişdir. Küri, Rezerford və başqalarının sonrakı tədqiqatlarında radioaktiv proseslərdə elementlərin çevrilməsi aydın şəkildə nümayiş etdirildi. Bu proseslərdə alfa hissəcikləri kimyəvi prosesdə tək bir hissəciyin enerjisindən təqribən bir milyon dəfə böyük olan enerjiyə malik atom fraqmentləri kimi buraxılırdı. Nəticə etibarilə, bu hissəciklər indi yeni tədqiqat vasitəsi kimi istifadə edilə bilər daxili quruluş atom. 1911-ci ildə Ruterford tərəfindən təklif edilən atomun nüvə modeli alfa hissəciklərinin səpilməsi təcrübələrinin nəticəsi idi. Bu məşhur modelin ən mühüm xüsusiyyəti atomun tamamilə fərqli iki hissəyə - atom nüvəsi və atom nüvəsini əhatə edən elektron qabıqlarına bölünməsi idi. Atom nüvəsi mərkəzdə atomun tutduğu ümumi məkanın yalnız müstəsna kiçik bir hissəsini tutur - nüvənin radiusu bütün atomun radiusundan təxminən yüz min dəfə azdır; lakin hələ də atomun demək olar ki, bütün kütləsini ehtiva edir. Onun elementar yükün tam ədədi olan müsbət elektrik yükü nüvəni əhatə edən elektronların ümumi sayını müəyyən edir, çünki atom bütövlükdə elektrik cəhətdən neytral olmalıdır; bununla da elektron trayektoriyalarının formasını müəyyən edir.

Atom nüvəsi ilə elektron qabığı arasındakı bu fərq dərhal kimyada maddənin sonuncu vahidi olan kimyəvi elementlər olduğunu və elementləri bir-birinə çevirmək üçün çox böyük qüvvələrə ehtiyac duyulduğunun ardıcıl izahını verdi. Qonşu atomlar arasındakı kimyəvi bağlar elektron qabıqların qarşılıqlı təsiri ilə izah olunur və qarşılıqlı təsir enerjiləri nisbətən aşağıdır. Boşaltma borusunda cəmi bir neçə volt potensialla sürətləndirilmiş elektron, elektron qabıqlarını "boşaltmaq" və işıq emissiyasına və ya məhv olmasına səbəb olmaq üçün kifayət qədər enerjiyə malikdir. kimyəvi bağ bir molekulda. Lakin atomun kimyəvi davranışı, elektron qabıqların davranışına əsaslansa da, atom nüvəsinin elektrik yükü ilə müəyyən edilir. Əgər dəyişmək istəyirlərsə Kimyəvi xassələri, siz atom nüvəsinin özünü dəyişdirməlisiniz və bunun üçün kimyəvi proseslərdə baş verənlərdən təxminən bir milyon dəfə çox enerji tələb olunur.

Lakin Nyuton mexanikasının qanunlarının təmin olunduğu bir sistem kimi qəbul edilən atomun nüvə modeli atomun sabitliyini izah edə bilməz. Əvvəlki fəsillərdən birində təsbit edildiyi kimi, yalnız kvant nəzəriyyəsinin bu modelə tətbiqi, məsələn, bir karbon atomunun digər atomlarla qarşılıqlı əlaqədə olduqdan və ya bir kvant işıq saçdıqdan sonra hələ də son nəticədə bir atom olduğunu izah edə bilər. karbon atomu , əvvəllər olduğu eyni elektron qabıqla. Bu sabitliyi, sadəcə olaraq, atomun məkan və zamanda obyektiv təsvirini mümkün edən kvant nəzəriyyəsinin xüsusiyyətləri ilə izah etmək olar.

Beləliklə, maddənin quruluşunu anlamaq üçün ilkin baza yaradıldı. Atomların kimyəvi və digər xassələrini kvant nəzəriyyəsinin riyazi sxemini elektron qabıqlara tətbiq etməklə izah etmək olardı. Bu əsasa əsaslanaraq, o zaman maddənin quruluşunu iki fərqli istiqamətdə təhlil etməyə cəhd etmək mümkün oldu. Ya atomların qarşılıqlı təsirini, onların molekullar, kristallar və ya bioloji obyektlər kimi daha böyük vahidlərlə əlaqəsini öyrənmək, ya da atom nüvəsini və onun tərkib hissələrini öyrənməklə maddənin vəhdətinin formalaşacağı nöqtəyə qədər irəliləməyə cəhd etmək olar. aydın. Fiziki tədqiqatlar son onilliklərdə hər iki istiqamətdə sürətlə inkişaf etmişdir. Sonrakı təqdimat hər iki sahədə kvant nəzəriyyəsinin rolunun aydınlaşdırılmasına həsr olunacaq.

Qonşu atomlar arasındakı qüvvələr ilk növbədə elektrik qüvvələridir - söhbət əks yüklərin cazibəsindən və oxşar yüklər arasında itələmədən gedir; elektronlar atom nüvəsi tərəfindən cəlb edilir və digər elektronlar tərəfindən itilir. Amma bu qüvvələr burada Nyuton mexanikasının qanunları ilə deyil, kvant mexanikasının qanunları ilə hərəkət edirlər.

Bu ikiyə gətirib çıxarır müxtəlif növlər atomlar arasındakı əlaqə. Bir növ bağ ilə bir atomdan bir elektron başqa bir atoma keçir, məsələn, hələ tam doldurulmamış elektron qabığını doldurmaq üçün. Bu halda, hər iki atom elektrik yüklü olur və “ionlar” adlanır; onların yükləri əks olduğu üçün bir-birlərini cəlb edirlər. Kimyaçı bu halda “qütb bağı”ndan danışır.

İkinci növ əlaqədə elektron müəyyən şəkildə hər iki atoma aiddir, yalnız kvant nəzəriyyəsi üçün xarakterikdir. Elektron orbitlərinin şəklini istifadə etsək, təxminən deyə bilərik ki, bir elektron həm atom nüvələrinin orbitində fırlanır və həm bir, həm də digər atomda vaxtının əhəmiyyətli bir hissəsini keçirir. Bu ikinci növ bağ kimyaçının "valentlik bağı" adlandırdığı şeyə uyğun gəlir.

Bütün mümkün birləşmələrdə mövcud ola bilən bu iki növ bağ, son nəticədə atomların müxtəlif yığıncaqlarının əmələ gəlməsinə səbəb olur və nəticədə fizika və kimyanın öyrəndiyi bütün mürəkkəb strukturları müəyyən etmək üçün tapılır. Deməli, kimyəvi birləşmələr atomlardan əmələ gəlir müxtəlif növlər kiçik qapalı qruplar yaranır və hər bir qrupu kimyəvi birləşmənin molekulu adlandırmaq olar. Kristallar əmələ gəldikdə, atomlar nizamlı qəfəslərdə düzülür. Atomlar bir-birinə o qədər sıx yığıldıqda metallar əmələ gəlir ki, xarici elektronlar qabıqlarını tərk edir və bütün metal parçasından keçə bilir. Bəzi maddələrin, xüsusən də bəzi metalların maqnitliyi həmin metaldakı ayrı-ayrı elektronların fırlanma hərəkətindən yaranır və s.

Bütün bu hallarda maddə və qüvvə arasındakı dualizm hələ də qorunub saxlanıla bilər, çünki nüvələr və elektronlar elektromaqnit qüvvələri tərəfindən bir yerdə saxlanılan maddənin tikinti blokları hesab edilə bilər.

Fizika və kimya (maddənin quruluşu ilə əlaqəli olduğu yerdə) vahid bir elm təşkil etdiyi halda, daha mürəkkəb strukturları ilə biologiyada vəziyyət bir qədər fərqlidir. Doğrudur, canlı orqanizmlərin gözə çarpan bütövlüyünə baxmayaraq, canlı və cansız materiya arasında kəskin fərq qoyula bilməz. Biologiyanın inkişafı bizə çoxlu misallar verdi ki, onlardan biz xüsusi olaraq bioloji funksiyaların xüsusi böyük molekullar və ya qruplar və ya belə molekulların zəncirləri tərəfindən yerinə yetirilə biləcəyini görə bilərik. Bu nümunələr müasir biologiyada bioloji prosesləri fizika və kimya qanunlarının nəticələri kimi izah etmək meylini vurğulayır. Lakin canlı orqanizmlərdə qəbul etdiyimiz sabitlik növü təbiətcə atomun və ya kristalın sabitliyindən bir qədər fərqlidir. Biologiyada formanın sabitliyindən deyil, prosesin və ya funksiyanın sabitliyindən danışırıq. Şübhəsiz ki, kvant mexaniki qanunları bioloji proseslərdə çox mühüm rol oynayır. Məsələn, xüsusi kvant mexaniki qüvvələr böyük üzvi molekulları və onların müxtəlif həndəsi konfiqurasiyalarını başa düşmək üçün vacibdir ki, bu da yalnız kimyəvi valentlik anlayışı əsasında bir qədər qeyri-dəqiq təsvir edilə bilər. Radiasiya nəticəsində yaranan bioloji mutasiyalar üzərində aparılan təcrübələr də həm kvant mexaniki qanunlarının statistik mahiyyətinin əhəmiyyətini, həm də gücləndirmə mexanizmlərinin mövcudluğunu göstərir. Sinir sistemimizdəki proseslərlə müasir elektron hesablama maşınının işləməsi zamanı baş verən proseslər arasındakı yaxın analogiya canlı orqanizm üçün ayrı-ayrı elementar proseslərin əhəmiyyətini bir daha vurğulayır. Lakin bütün bu misallar hələ də sübut etmir ki, inkişaf təlimi ilə tamamlanan fizika və kimya canlı orqanizmlərin tam təsvirini mümkün edəcək. Bioloji proseslər eksperimental təbiətşünaslar tərəfindən fizika və kimya proseslərindən daha ehtiyatla şərh edilməlidir. Borun izah etdiyi kimi, belə çıxa bilər ki, fizik nöqteyi-nəzərindən tam adlandırıla bilən canlı orqanizmin təsviri ümumiyyətlə mövcud deyil, çünki bu təsvir çox güclü nəticələrə səbəb olacaq təcrübələr tələb edəcəkdir. ilə ziddiyyət təşkil edir bioloji funksiyalar bədən. Bor bu vəziyyəti belə təsvir etmişdir: biologiyada biz özümüzün həyata keçirə biləcəyimiz təcrübələrin nəticələrindən çox, təbiətin mənsub olduğumuz hissəsindəki imkanların reallaşdırılması ilə məşğul oluruq. Bu formulanın təsirli olduğu tamamlayıcılıq vəziyyəti müasir biologiyanın metodlarında bir tendensiya kimi əks olunur: bir tərəfdən fizika və kimyanın metodlarından və nəticələrindən tam istifadə etmək, digər tərəfdən isə hələ də daim fizika və kimyada olmayan üzvi təbiət xüsusiyyətlərinə aid olan anlayışlardan, məsələn, həyatın özü anlayışından istifadə edin.

İndiyə qədər biz maddənin strukturunun bir istiqamətdə təhlilini apardıq - atomdan atomlardan ibarət daha mürəkkəb strukturlara: atom fizikasından fizikaya qədər. möhkəm, kimyaya və nəhayət, biologiyaya. İndi biz əks istiqamətə dönməli və atomun xarici bölgələrindən daxili bölgələrə, atom nüvəsinə və nəhayət elementar hissəciklərə qədər bir araşdırma xətti izləməliyik. Yalnız bu ikinci xətt bizi, bəlkə də, maddənin vəhdətini dərk etməyə aparacaq. Burada xarakterik strukturların özləri sınaqlarda məhv olacağından qorxmaq lazım deyil. Əgər vəzifə maddənin əsas vəhdətini eksperimental olaraq yoxlamaqdırsa, onda biz maddənin son nəticədə başqa bir maddəyə çevrilib-çevrilə bilməyəcəyini görmək üçün maddəni mümkün olan ən güclü qüvvələrə, ən ekstremal şərtlərə tabe edə bilərik.

Bu istiqamətdə ilk addım atom nüvəsinin eksperimental təhlili oldu. Təxminən bu əsrin ilk üç onilliyini əhatə edən bu tədqiqatların ilk dövrlərində atom nüvəsi üzərində təcrübə aparmaq üçün yeganə vasitə radioaktiv maddələrin yaydığı alfa hissəcikləri idi. Bu hissəciklərin köməyi ilə Rezerford 1919-cu ildə yüngül elementlərin atom nüvələrini bir-birinə çevirə bildi. O, məsələn, azot nüvəsinə bir alfa hissəciyi əlavə etməklə və eyni zamanda ondan bir proton çıxararaq, bir azot nüvəsini oksigen nüvəsinə çevirə bildi. Bu, kimyəvi proseslərə bənzəyən, lakin elementlərin süni çevrilməsinə səbəb olan atom nüvələrinin radiuslarının düzülüşünə görə məsafələrdə baş verən prosesin ilk nümunəsi idi. Növbəti həlledici uğur yüksək gərginlikli cihazlarda protonların nüvə transformasiyası üçün kifayət qədər enerjiyə qədər süni sürətləndirilməsi oldu. Bunun üçün təxminən bir milyon volt gərginlik fərqləri lazımdır və Kokkroft və Uolton ilk həlledici təcrübələrində litium elementinin atom nüvələrini helium elementinin atom nüvələrinə çevirməyə müvəffəq oldular. Bu kəşf tədqiqat üçün tamamilə yeni bir sahə açdı ki, bu da adlandırıla bilər nüvə fizikası sözün düzgün mənasında və çox tez atom nüvəsinin quruluşunun keyfiyyətcə başa düşülməsinə səbəb oldu.

Əslində, atom nüvəsinin quruluşunun çox sadə olduğu ortaya çıxdı. Atom nüvəsi yalnız iki müxtəlif növ elementar hissəcikdən ibarətdir. Elementar hissəciklərdən biri də hidrogen atomunun nüvəsi olan protondur. Digəri isə protonla təxminən eyni kütləyə malik olan və həm də elektrik cəhətdən neytral olan hissəcik olan neytron adlanırdı. Beləliklə, hər bir atom nüvəsi tərkibindən ibarət olan proton və neytronların ümumi sayı ilə xarakterizə edilə bilər. Adi bir karbon atomunun nüvəsi 6 proton və 6 neytrondan ibarətdir. Lakin karbon atomlarının başqa nüvələri də var ki, onlar bir qədər nadirdir - onları birincinin izotopları adlandırırdılar - və 6 proton və 7 neytrondan və s. Müxtəlif kimyəvi elementlərdən yalnız üç əsas vahid, üç əsas tikinti bloku - proton, neytron və elektron istifadə edilmişdir. Bütün maddələr atomlardan ibarətdir və buna görə də nəticədə bu üç əsas tikinti blokundan qurulur. Bu, təbii ki, maddənin birliyi demək deyil, lakin şübhəsiz ki, bu birliyə doğru atılan mühüm addım və bəlkə də daha vacib olanı, əhəmiyyətli dərəcədə sadələşdirmə deməkdir. Düzdür, atom nüvəsinin bu əsas tikinti materiallarını bilməkdən onun quruluşunu tam başa düşmək üçün hələ çox yol var idi. Burada problem 20-ci illərin ortalarında həll olunan atomun xarici qabığı ilə bağlı müvafiq problemdən bir qədər fərqli idi. Elektron qabığın vəziyyətində, hissəciklər arasındakı qüvvələr böyük dəqiqliklə məlum idi, lakin əlavə olaraq, dinamik qanunlar tapılmalı idi və bunlar sonda kvant mexanikasında formalaşdırıldı. Atom nüvəsi məsələsində dinamik qanunların əsasən kvant nəzəriyyəsinin qanunları olduğunu güman etmək tamamilə mümkün idi, lakin burada hissəciklər arasındakı qüvvələr ilk növbədə naməlum idi. Onlar atom nüvələrinin eksperimental xüsusiyyətlərindən əldə edilməli idi. Bu problemi hələ tam həll etmək mümkün deyil. Güclər yəqin ki, buna malik deyillər sadə növü, xarici qabıqlardakı elektronlar arasında elektrostatik qüvvələr vəziyyətində olduğu kimi və buna görə də atom nüvələrinin xüsusiyyətlərini daha mürəkkəb qüvvələrdən riyazi şəkildə çıxarmaq daha çətindir və əlavə olaraq, təcrübələrin qeyri-dəqiqliyi ilə irəliləyiş əngəllənir. Lakin nüvənin quruluşu haqqında keyfiyyətli fikirlər çox müəyyən bir forma almışdır.

Sonda, sonuncu kimi ən mühüm problemdir maddənin vəhdəti problemi qalır. Bu elementar zərrəciklər - proton, neytron və elektron maddənin sonuncu, parçalana bilməyən tikinti bloklarıdırmı, başqa sözlə, Demokritin fəlsəfəsi mənasında heç bir qarşılıqlı əlaqəsi olmayan (aralarında hərəkət edən qüvvələrdən başqa) "atomlar"dırmı? yoxsa onlar yalnız eyni tipli maddənin müxtəlif formalarıdır? Bundan əlavə, onlar bir-birinə və ya hətta maddənin başqa formalarına çevrilə bilərmi? Əgər bu problem eksperimental yolla həll ediləcəksə, bunun üçün atom hissəcikləri üzərində cəmlənmiş qüvvələr və enerjilər lazımdır ki, bu da atom nüvəsini öyrənmək üçün istifadə olunanlardan dəfələrlə çox olmalıdır. Atom nüvələrindəki enerji ehtiyatları bizə bu cür təcrübələr aparmağa imkan verəcək qədər böyük olmadığı üçün fiziklər ya kosmosdakı, yəni ulduzlar arasındakı boşluqdakı, ulduzların səthindəki qüvvələrdən istifadə etməlidirlər, ya da fiziklər kosmosdakı qüvvələrdən istifadə etməlidirlər. mühəndislərin bacarığına etibar etməlidirlər.

Əslində hər iki yolda irəliləyiş əldə olunub. İlk növbədə, fiziklər kosmik şüalanma deyilən şeydən istifadə etdilər. Ulduzların səthində nəhəng fəzalarda uzanan elektromaqnit sahələri əlverişli şəraitdə yüklü atom hissəciklərini, elektronları və atom nüvələrini sürətləndirə bilər ki, bu da məlum oldu ki, daha böyük inersiyaya görə sürətləndirici sahədə qalmaq üçün daha çox imkanlara malikdir. daha uzun müddətə və ulduzun səthini boş yerə qoyub başa çatdıqda, bəzən milyardlarla voltluq potensial sahələrdən keçməyi bacarırlar. Əlverişli şəraitdə daha da sürətlənmə ulduzlar arasında dəyişən maqnit sahələrində baş verir. Hər halda belə çıxır ki, atom nüvələri Qalaktikanın fəzasında dəyişən maqnit sahələri ilə uzun müddət saxlanılır və nəticədə onlar Qalaktikanın boşluğunu kosmik şüalanma deyilən şeylə doldururlar. Bu radiasiya Yerə kənardan çatır və buna görə də enerjiləri təxminən yüzlərlə və ya minlərlə milyon elektron voltdan milyon dəfə böyük olan dəyərlərə qədər dəyişən bütün mümkün atom nüvələrindən - hidrogen, helium və daha ağır elementlərdən ibarətdir. Bu yüksək hündürlük radiasiyasının hissəcikləri Yer atmosferinin yuxarı təbəqələrinə daxil olduqda, burada atmosferdəki azot və ya oksigen atomları və ya kosmik şüalanmaya məruz qalan hansısa eksperimental cihazın atomları ilə toqquşur. Daha sonra müdaxilənin nəticələri araşdırıla bilər.

Başqa bir imkan çox böyük hissəcik sürətləndiriciləri qurmaqdır. 30-cu illərin əvvəllərində Lourens tərəfindən Kaliforniyada dizayn edilmiş siklotron adlanan qurğu onlar üçün prototip sayıla bilər. Bu qurğuların dizaynının əsas ideyası odur ki, güclü maqnit sahəsi sayəsində yüklü atom hissəcikləri bu dairəvi yol boyunca elektrik sahəsi tərəfindən təkrar-təkrar sürətləndirilə bilməsi üçün bir dairədə dəfələrlə fırlanmağa məcbur edilir. Yüz milyonlarla elektron volt enerji əldə etmək mümkün olan qurğular hazırda dünyanın bir çox yerində, əsasən də Böyük Britaniyada fəaliyyət göstərir. 12 Avropa ölkəsinin əməkdaşlığı sayəsində Cenevrədə 25 milyon elektron volta qədər enerjiyə malik protonlar istehsal edəcəyinə ümid edilən bu cür çox böyük sürətləndirici tikilir. Kosmik şüalanma və ya çox böyük sürətləndiricilərdən istifadə etməklə aparılan təcrübələr maddənin maraqlı yeni xüsusiyyətlərini üzə çıxarıb. Maddənin üç əsas tikinti blokuna - elektron, proton və neytrona əlavə olaraq, bu proseslərdə əmələ gələn yeni elementar hissəciklər aşkar edilmişdir. yüksək enerjilər toqquşmalardır və son dərəcə qısa müddətlərdən sonra yox olur və digər elementar hissəciklərə çevrilir. Yeni elementar hissəciklər, qeyri-sabitliyi istisna olmaqla, köhnələrinkinə oxşar xüsusiyyətlərə malikdir. Yeni elementar zərrəciklər arasında ən dayanıqlı olanların da ömrü saniyənin milyonda biri qədərdir, digərlərinin ömrü isə bundan yüzlərlə, minlərlə dəfə qısadır. Hal-hazırda elementar hissəciklərin təxminən 25 müxtəlif növü məlumdur. Onlardan ən gənci mənfi yüklü protondur ki, ona antiproton deyilir.

Bu nəticələr ilk baxışda maddənin birliyi haqqında fikirlərdən yenidən uzaqlaşır, çünki maddənin əsas tikinti bloklarının sayı yenidən müxtəlif kimyəvi elementlərin sayı ilə müqayisə edilə bilən sayda artıb. Lakin bu, faktiki vəziyyətin qeyri-dəqiq şərhi olardı. Axı təcrübələr eyni zamanda göstərdi ki, zərrəciklər başqa hissəciklərdən yaranır və başqa hissəciklərə çevrilə bilirlər, onlar sadəcə olaraq belə hissəciklərin kinetik enerjisindən əmələ gəlir və yenidən yox ola bilirlər ki, onlardan başqa hissəciklər yaranır. Buna görə də, başqa sözlə: təcrübələr maddənin tam çevrilə biləcəyini göstərdi. Kifayət qədər yüksək enerjili toqquşmalarda bütün elementar hissəciklər digər hissəciklərə çevrilə bilər və ya sadəcə kinetik enerjidən yarana bilər; və onlar radiasiya kimi enerjiyə çevrilə bilərlər. Nəticə etibarilə, burada faktiki olaraq maddənin vəhdətinin son sübutu var. Bütün elementar zərrəciklər eyni maddədən, eyni materialdan “hazırlanmışdır” ki, biz bunu indi enerji və ya universal maddə adlandıra bilərik; onlar yalnız maddənin özünü göstərə biləcəyi müxtəlif formalardır.

Bu vəziyyəti Aristotelin materiya və forma anlayışı ilə müqayisə etsək, o zaman deyə bilərik ki, Aristotelin əsasən “potensiya”, yəni imkan olan materiyasını bizim enerji anlayışımızla müqayisə etmək lazımdır; elementar zərrəcik yarandıqda enerji maddi reallıq kimi forma vasitəsilə özünü göstərir.

Müasir fizika, təbii ki, maddənin əsas quruluşunun yalnız keyfiyyətcə təsviri ilə kifayətlənə bilməz; diqqətlə aparılmış təcrübələr əsasında maddənin formalarını, yəni elementar zərrəcikləri və onların qüvvələrini müəyyən edən təbiət qanunlarının riyazi formalaşdırılmasına qədər təhlili dərinləşdirməyə çalışmalıdır. Fizikanın bu hissəsində maddə ilə qüvvə və ya qüvvə ilə maddə arasında aydın fərq artıq edilə bilməz, çünki hər hansı elementar hissəcik təkcə özü qüvvələr əmələ gətirmir və özü də qüvvələrin təsirini yaşayır, eyni zamanda bu halda özü də təmsil edir. müəyyən bir güc sahəsi. Dalğaların və hissəciklərin kvant mexaniki dualizmi eyni reallığın həm maddə, həm də qüvvə kimi özünü göstərməsinin səbəbidir.

Elementar hissəciklər aləmində təbiət qanunlarının riyazi təsvirini tapmaq üçün bütün cəhdlər indiyədək dalğa sahələrinin kvant nəzəriyyəsi ilə başlamışdır. Bu sahədə nəzəri tədqiqatlar otuzuncu illərin əvvəllərində aparılmışdır. Lakin artıq bu sahədə ilk işlər kvant nəzəriyyəsini xüsusi nisbilik nəzəriyyəsi ilə birləşdirməyə çalışdıqları sahədə çox ciddi çətinlikləri üzə çıxardı. İlk baxışdan elə görünür ki, iki nəzəriyyə, kvant və nisbilik təbiətin o qədər fərqli tərəflərinə aiddir ki, praktiki olaraq onlar bir-birinə heç bir şəkildə təsir göstərə bilməzlər və buna görə də hər iki nəzəriyyənin tələbləri eyni formalizmdə asanlıqla yerinə yetirilməlidir. Ancaq daha dəqiq bir araşdırma göstərdi ki, bu nəzəriyyələrin hər ikisi müəyyən bir nöqtədə toqquşur və nəticədə bütün sonrakı çətinliklər yaranır.

Xüsusi nisbilik nəzəriyyəsi Nyuton mexanikasının yaradılmasından bəri onlara aid edilən quruluşdan bir qədər fərqli olduğu ortaya çıxan məkan və zaman quruluşunu ortaya qoydu. Bu yeni kəşf edilən quruluşun ən xarakterik xüsusiyyəti heç bir hərəkət edən cismin və ya yayılan siqnalın keçə bilməyəcəyi maksimum sürətin, yəni işıq sürətinin olmasıdır. Bunun nəticəsi olaraq, bir-birindən çox uzaq olan iki nöqtədə baş verən iki hadisə zamanın elə anlarında baş verərsə, birbaşa səbəb əlaqəsi ola bilməz ki, birinci hadisə zamanı bu nöqtədən çıxan işıq siqnalı yalnız digərinə çatır. başqa bir hadisənin anından sonra və əksinə. Bu halda hər iki hadisəni eyni vaxtda adlandırmaq olar. Hər hansı bir təsir zamanın bir nöqtəsində bir prosesdən digər prosesə zamanın başqa bir nöqtəsində ötürülə bilmədiyindən, iki proses heç bir fiziki təsirlə əlaqələndirilə bilməz.

Bu səbəbdən, Nyuton mexanikasında cazibə qüvvələrində göründüyü kimi, uzun məsafələrdəki hərəkətin xüsusi nisbilik nəzəriyyəsi ilə bir araya sığmadığı ortaya çıxdı. Yeni nəzəriyyə belə bir hərəkəti "qısa mənzilli hərəkət", yəni gücün bir nöqtədən yalnız dərhal bitişik nöqtəyə ötürülməsi ilə əvəz etməli idi. Təbii riyazi ifadə bu cür qarşılıqlı təsirlər Lorentz çevrilməsi altında invariant olan dalğalar və ya sahələr üçün diferensial tənliklər oldu. Belə diferensial tənliklər eyni vaxtda baş verən hadisələrin bir-birinə birbaşa təsirini istisna edir.

Buna görə də xüsusi nisbilik nəzəriyyəsi ilə ifadə olunan məkan və zaman quruluşu heç bir təsirin ötürülmədiyi eyni vaxtda bölgəni bir prosesin digərinə birbaşa təsirinin baş verə biləcəyi digər bölgələrdən son dərəcə kəskin şəkildə məhdudlaşdırır.

Digər tərəfdən, kvant nəzəriyyəsinin qeyri-müəyyənlik əlaqəsi koordinatların və momentlərin və ya zaman və enerji anlarının eyni vaxtda ölçülə biləcəyi dəqiqliyə sərt bir məhdudiyyət qoyur. Son dərəcə kəskin sərhəd məkan və zamanda bir mövqenin təyin edilməsinin sonsuz dəqiqliyi demək olduğundan, uyğun impulslar və enerjilər tamamilə qeyri-müəyyən olmalıdır, yəni böyük ehtimalla proseslər hətta ixtiyari böyük impulslar və enerjilərlə də ön plana çıxmalıdır. Buna görə də xüsusi nisbilik nəzəriyyəsi ilə kvant nəzəriyyəsinin tələblərini eyni vaxtda yerinə yetirən istənilən nəzəriyyə riyazi ziddiyyətlərə, daha doğrusu, çox yüksək enerji və momenta bölgəsində divergensiyaya gətirib çıxarır. Bu nəticələr mütləq zəruri xarakter daşımaya bilər, çünki burada nəzərdən keçirilən hər hansı formalizm çox mürəkkəbdir və nisbilik nəzəriyyəsi ilə kvant arasındakı ziddiyyəti bu nöqtədə aradan qaldırmağa kömək edəcək riyazi vasitələrin tapılması da mümkündür. nəzəriyyə. Amma indiyə qədər tədqiq edilmiş bütün riyazi sxemlər əslində bu cür fərqliliklərə, yəni riyazi ziddiyyətlərə gətirib çıxarmışdır və ya hər iki nəzəriyyənin bütün tələblərini təmin etmək üçün kifayət etməmişdir. Üstəlik, görünən odur ki, çətinliklər əslində indi müzakirə olunan mətləbdən qaynaqlanır.

Konvergent riyazi sxemlərin nisbilik nəzəriyyəsinin və ya kvant nəzəriyyəsinin tələblərinə cavab vermədiyi məqam özlüyündə çox maraqlı üzə çıxdı. Bu sxemlərdən biri, məsələn, məkan və zamanda real proseslərin köməyi ilə şərh olunmağa çalışılan zaman bir növ zamanın tərsinə çevrilməsinə gətirib çıxardı; müəyyən bir nöqtədə bir neçə elementar hissəciyin birdən-birə doğulduğu prosesləri təsvir etdi və bu proses üçün enerji elementar hissəciklər arasında bəzi digər toqquşma prosesləri səbəbindən yalnız sonradan təmin edildi. Fiziklər öz təcrübələri əsasında əmin olurlar ki, təbiətdə bu cür proseslər ən azı hər iki proses bir-birindən məkan və zaman baxımından ölçülə bilən məsafə ilə ayrıldıqda baş vermir.

Başqa bir nəzəri sxemdə “yenidən normallaşma” adlanan riyazi proses əsasında formalizmin fərqliliklərini aradan qaldırmaq cəhdi edilmişdir. Bu proses ondan ibarətdir ki, formalizmin sonsuzluqları müşahidə olunan kəmiyyətlər arasında ciddi şəkildə müəyyən edilmiş əlaqələrin əldə edilməsinə mane ola bilməyəcək yerə köçürülə bilərdi. Həqiqətən də, bu sxem artıq müəyyən dərəcədə kvant elektrodinamikasında həlledici irəliləyişlərə gətirib çıxarmışdır, çünki o, bəzi çox miqdarların hesablanması üçün bir üsul təqdim edir. maraqlı xüsusiyyətlərəvvəllər izah edilə bilməyən hidrogen spektrində. Bununla belə, bu riyazi sxemin daha dəqiq təhlili belə nəticəyə gəlməyi əsaslandırdı ki, adi kvant nəzəriyyəsində ehtimal kimi şərh edilməli olan kəmiyyətlər bu halda, müəyyən şəraitdə, yenidən normallaşma prosesi həyata keçirildikdən sonra mənfi ola bilər. Bu, təbii ki, maddənin təsviri üçün formalizmin ardıcıl şərhini istisna edərdi, çünki mənfi ehtimal mənasız bir anlayışdır.

Beləliklə, biz artıq müasir fizikada müzakirələrin mərkəzində olan problemlərə gəlmişik. Elementar zərrəciklərin, onların yaradılması və məhv edilməsində, onların arasında hərəkət edən qüvvələrin getdikcə daha dəqiq ölçülməsində əldə edilən daim zənginləşən eksperimental material sayəsində həll nə vaxtsa alınacaq. Bu çətinliklərin mümkün həlli yollarını axtararkən xatırlamağa dəyər ola bilər ki, yuxarıda müzakirə olunan bu cür aşkar zamanın dəyişməsi prosesləri, əgər onlar yalnız çox kiçik məkan-zaman bölgələrində baş verirsə, eksperimental məlumatlar əsasında istisna edilə bilməz, onların daxilində hələ də mümkün deyil. hazırkı eksperimental avadanlıqlarımızla prosesləri ətraflı şəkildə izləyin. Əlbəttə ki, biliklərimizin hazırkı vəziyyətini nəzərə alsaq, zamanın dəyişməsi ilə belə proseslərin mümkünlüyünü qəbul etməyə hazır deyilik, əgər bu, fizikanın inkişafının hansısa sonrakı mərhələsində belə prosesləri adi proseslərlə eyni şəkildə müşahidə etmək imkanını nəzərdə tutursa. atom prosesləri müşahidə olunur. Amma burada kvant nəzəriyyəsinin təhlili ilə nisbilik nəzəriyyəsinin təhlilinin müqayisəsi problemi yeni aspektdə təqdim etməyə imkan verir.

Nisbilik nəzəriyyəsi təbiətin universal sabiti - işığın sürəti ilə əlaqələndirilir. Bu sabit məkan və zaman arasında əlaqə yaratmaq üçün həlledici əhəmiyyətə malikdir və buna görə də özü Lorentz çevrilmələri altında dəyişməzliyin tələblərini ödəyən hər hansı təbiət qanununda yer almalıdır. Adi dilimiz və klassik fizikanın anlayışları yalnız işığın sürətinin praktiki olaraq sonsuz böyük sayıla biləcəyi hadisələrə şamil edilə bilər. Təcrübələrimizdə işığın sürətinə hər hansı formada yaxınlaşsaq, artıq bu adi anlayışlarla izah edilə bilməyən nəticələrlə qarşılaşmağa hazır olmalıyıq.

Kvant nəzəriyyəsi təbiətin başqa bir universal sabiti ilə - Plank fəaliyyət kvantı ilə əlaqələndirilir. Məkanda və zamanda proseslərin obyektiv təsviri yalnız cisimlər və nisbətən böyük miqyaslı proseslərlə məşğul olduqda mümkündür və Plank sabitini praktiki olaraq sonsuz kiçik hesab etmək olar. Təcrübələrimizdə Plank fəaliyyət kvantının əhəmiyyətli olduğu bölgəyə yaxınlaşdıqda, bu kitabın əvvəlki fəsillərində müzakirə edilən adi anlayışların tətbiqində bütün çətinliklərlə qarşılaşırıq.

Ancaq təbiətin üçüncü universal sabiti olmalıdır. Bu, sadəcə olaraq, fiziklərin dediyi kimi, ölçülü mülahizələrdən irəli gəlir. Universal sabitlər təbiətdəki miqyasların böyüklüyünü müəyyən edir, onlar bizə təbiətdəki bütün digər kəmiyyətlərin azaldıla biləcəyi xarakterik kəmiyyətlər verir; Bu cür vahidlərin tam dəsti üçün üç əsas vahid tələb olunur. Bunu fiziklərin CQS (santimetr-qram-saniyə) sistemindən istifadə etməsi kimi şərti vahid konvensiyalarından ən asan nəticə çıxarmaq olar. Tam bir sistem yaratmaq üçün uzunluq vahidi, zaman vahidi və kütlə vahidi birlikdə kifayətdir. Ən azı üç əsas vahid tələb olunur. Onlar həmçinin uzunluq, sürət və kütlə vahidləri ilə və ya uzunluq, sürət və enerji vahidləri ilə və s. ilə əvəz edilə bilər. Lakin üç əsas vahid istənilən halda zəruridir. İşıq sürəti və Plank fəaliyyət kvantı bizə bu kəmiyyətlərdən yalnız ikisini verir. Üçüncüsü olmalıdır və yalnız belə bir üçüncü vahidi ehtiva edən nəzəriyyə bəlkə də elementar hissəciklərin kütlələrinin və digər xüsusiyyətlərinin təyin edilməsinə səbəb ola bilər. Elementar hissəciklər haqqında müasir biliklərimizə əsaslanaraq, üçüncü universal sabiti təqdim etməyin bəlkə də ən sadə və ən məqbul yolu, 10-13 sm böyüklüyündə universal uzunluğun, buna görə də müqayisə edilə bilən bir uzunluğun olması ehtimalıdır. təxminən ağciyər atom nüvələrinin radiuslarına qədər. Əgər dən. bu üç vahid kütlə ölçüsünə malik bir ifadə əmələ gətirir, onda bu kütlə adi elementar hissəciklərin kütləsinin böyüklük sırasına malikdir.

Əgər fərz etsək ki, təbiət qanunları əslində 10-13 sm qaydada uzunluq ölçüsünün belə üçüncü universal sabitini ehtiva edir, onda tamamilə mümkündür ki, bizim adi məfhumlarımız yalnız məkan və zamanın böyük olan bölgələrinə şamil oluna bilər. bu universal uzunluq sabiti ilə müqayisədə. Təcrübələrimizdə atom nüvələrinin radiusları ilə müqayisədə kiçik məkan və zaman sahələrinə yaxınlaşdıqca, keyfiyyətcə yeni xarakterli proseslərin müşahidə olunacağına hazır olmalıyıq. Yuxarıda qeyd edilən və indiyə qədər yalnız nəzəri mülahizələrdən irəli gələn bir ehtimal kimi qeyd olunan zamanın geriyə çevrilməsi hadisəsi bu səbəbdən bu ən kiçik məkan-zaman bölgələrinə aid ola bilərdi. Əgər belədirsə, yəqin ki, müvafiq prosesin klassik terminlərlə təsvir oluna biləcəyi şəkildə müşahidə oluna bilməz. Bununla belə, bu cür proseslər klassik anlayışlarla təsvir oluna bildiyi qədər, həm də zamanla klassik ardıcıllıq sırasını ortaya qoymalıdır. Ancaq ən kiçik məkan-zaman bölgələrində - və ya (qeyri-müəyyənlik əlaqəsinə görə, təxminən bu ifadəyə uyğundur) ən yüksək ötürülən enerji və impulslardakı proseslər haqqında hələ çox az şey məlumdur.

Elementar hissəciklər üzərində aparılan təcrübələr əsasında maddənin quruluşunu və bununla da elementar hissəciklərin quruluşunu müəyyən edən təbiət qanunları haqqında daha çox biliyə nail olmaq cəhdlərində simmetriyanın müəyyən xassələri xüsusilə mühüm rol oynayır. Xatırlayırıq ki, Platon fəlsəfəsində maddənin ən kiçik zərrəcikləri mütləq simmetrik formasiyalar, yəni nizamlı cisimlər - kub, oktaedr, ikosahedr, tetraedr idi. Müasir fizikada isə üçölçülü fəzada fırlanma qrupunun nəticəsi olan bu xüsusi simmetriya qrupları artıq diqqət mərkəzində deyil. Müasir dövrün təbiət elmlərində baş verənlər heç bir şəkildə məkan forması deyil, qanunu təmsil edir, ona görə də müəyyən dərəcədə məkan-zaman formasını ifadə edir və buna görə də fizikamızda istifadə olunan simmetriyalar həmişə məkana və kosmosa aid olmalıdır. birlikdə vaxt. Lakin simmetriyanın müəyyən növləri əslində hissəciklər nəzəriyyəsində ən mühüm rol oynayır.

Biz onları empirik olaraq sözdə qorunma qanunları və kvant ədədləri sistemi sayəsində tanıyırıq, onların köməyi ilə təcrübəyə əsasən elementar hissəciklər dünyasındakı hadisələri sıralaya bilərik. Maddə üçün təbiətin əsas qanununun müəyyən çevrilmə qrupları altında dəyişməz olmasını tələb etməklə onları riyazi şəkildə ifadə edə bilərik. Bu çevrilmə qrupları simmetriyanın xassələrinin ən sadə riyazi ifadəsidir. Onlar müasir fizikada Platonun bərk cisimləri əvəzinə görünür. Ən vacibləri burada qısaca verilmişdir.

Lorentz çevrilmələri adlanan qrup xüsusi nisbilik nəzəriyyəsinin aşkar etdiyi məkan və zaman quruluşunu xarakterizə edir.

Pauli və Gürşçinin tədqiq etdiyi qrup öz strukturuna görə üçölçülü fəza fırlanmaları qrupuna uyğun gəlir - bu, riyaziyyatçıların dediyi kimi, ona izomorfdur - və iyirmi elementar hissəciklərdə empirik olaraq kəşf edilmiş kvant nömrəsinin görünüşündə özünü göstərir. -beş il əvvəl və "izospin" adlanırdı.

Formal olaraq sərt ox ətrafında fırlanma qrupları kimi davranan növbəti iki qrup yük, barionların və leptonların sayı üçün qorunma qanunlarına səbəb olur.

Nəhayət, təbiət qanunları da müəyyən əks etdirmə əməliyyatları altında invariant olmalıdır ki, bunları burada ətraflı sadalamağa ehtiyac yoxdur. Bu məsələdə əvvəllər qorunma qanununun etibarlı olduğu qəbul edilən paritet adlanan kəmiyyətin əslində olmadığı fikrinə görə, Li və Yangın araşdırmaları xüsusilə vacib və məhsuldar oldu. qorunur.

İndiyə qədər məlum olan bütün simmetriya xassələri sadə tənlikdən istifadə etməklə ifadə edilə bilər. Üstəlik, bu o deməkdir ki, bu tənlik bütün adlandırılan çevrilmə qruplarına münasibətdə invariantdır və buna görə də bu tənliyin maddə üçün təbiət qanunlarını artıq düzgün əks etdirdiyini düşünmək olar. Ancaq bu sualın hələ də həlli yoxdur; bu, yalnız bu tənliyin daha dəqiq riyazi analizinin köməyi ilə və getdikcə daha böyük ölçülərdə toplanmış eksperimental materialla müqayisə edilməklə əldə ediləcəkdir.

Kvant fizikası dünya anlayışımızı kökündən dəyişdi. Kvant fizikasına görə biz şüurumuzla cavanlaşma prosesinə təsir edə bilərik!

Bu niyə mümkündür?Kvant fizikası nöqteyi-nəzərindən reallığımız təmiz potensial mənbəyidir, bədənimizin, zehnimizin və bütün Kainatın təşkil olunduğu xammal mənbəyidir. hər saniyə yeni bir şeyə çevrilir.

20-ci əsrdə atomaltı hissəciklər və fotonlarla aparılan fizika təcrübələri zamanı məlum oldu ki, təcrübəni müşahidə etmək onun nəticələrini dəyişir. Diqqətimizi cəmlədiyimiz şey reaksiya verə bilər.

Bu fakt hər dəfə alimləri təəccübləndirən klassik təcrübə ilə təsdiqlənir. Bir çox laboratoriyalarda təkrarlandı və həmişə eyni nəticələr əldə edildi.

Bu təcrübə üçün işıq mənbəyi və iki yarıqlı ekran hazırlanmışdır. İşıq mənbəyi tək impulslar şəklində fotonları "vuran" bir cihaz idi.

Təcrübənin gedişi izlənildi. Təcrübə bitdikdən sonra yarıqların arxasında yerləşən fotokağızda iki şaquli zolaq göründü. Bunlar çatlardan keçən və foto kağızı işıqlandıran fotonların izləridir.

Bu təcrübə insan müdaxiləsi olmadan avtomatik olaraq təkrarlananda foto kağızdakı şəkil dəyişdi:

Tədqiqatçı cihazı yandırıb getsə və 20 dəqiqədən sonra fotokağız işlənibsə, onda iki yox, çoxlu şaquli zolaqlar tapılıb. Bunlar radiasiya izləri idi. Ancaq rəsm fərqli idi.

Fotoqrafiya kağızı üzərindəki izin quruluşu yarıqlardan keçən dalğanın izinə bənzəyirdi.

Sadə müşahidə faktı nəticəsində dalğa yox olur və hissəciklərə çevrilir. Əgər müşahidə etməsəniz, foto kağızda dalğanın izi görünür. Bu fiziki hadisə “Müşahidəçi effekti” adlanır.

Eyni nəticələr digər hissəciklərlə də əldə edilmişdir. Təcrübələr dəfələrlə təkrarlanıb, lakin hər dəfə alimləri təəccübləndirib. Beləliklə, kvant səviyyəsində maddənin insanın diqqətinə reaksiya verdiyi aşkar edilmişdir. Bu fizikada yeni idi.

Müasir fizikanın anlayışlarına görə, hər şey boşluqdan maddiləşir. Bu boşluq “kvant sahəsi”, “sıfır sahə” və ya “matris” adlanır. Boşluqda maddəyə çevrilə bilən enerji var.

Materiya cəmlənmiş enerjidən ibarətdir - elədir fundamental kəşf 20-ci əsrin fizikası.

Atomda bərk hissələr yoxdur. Obyektlər atomlardan ibarətdir. Bəs cisimlər niyə bərkdir? Kərpic divara qoyulmuş barmaq oradan keçmir. Niyə? Bu, atomların və elektrik yüklərinin tezlik xüsusiyyətlərindəki fərqlərlə bağlıdır. Hər növ atomun öz vibrasiya tezliyi var. Bu, fərqləri müəyyənləşdirir fiziki xassələri maddələr. Əgər bədəni təşkil edən atomların vibrasiya tezliyini dəyişdirmək mümkün olsaydı, o zaman insan divarlardan keçə bilərdi. Amma əl atomlarının və divarın atomlarının titrəmə tezlikləri yaxındır. Buna görə də barmaq divara söykənir.

İstənilən qarşılıqlı əlaqə üçün tezlik rezonansı lazımdır.

Burada başa düşmək asandır sadə misal. Daş divara fənər yandırsanız, işıq divar tərəfindən bloklanacaq. Bununla belə, mobil telefon radiasiyası bu divardan asanlıqla keçəcək. Söhbət fənər və mobil telefonun şüalanması arasındakı tezlik fərqlərindən gedir. Siz bu mətni oxuyarkən vücudunuzdan müxtəlif radiasiya axınları keçir. Bu, kosmik radiasiya, radio siqnalları, milyonlarla mobil telefondan gələn siqnallar, yerdən gələn radiasiya, günəş radiasiyası, məişət cihazlarının yaratdığı radiasiya və s.

Bunu hiss etmirsən, çünki yalnız işığı görə bilirsən və yalnız səs eşidirsən. Gözləriniz yumub səssiz otursanız belə, başınızdan milyonlarla telefon danışığı, televiziya xəbərlərinin şəkilləri, radio mesajları keçir. Siz bunu dərk etmirsiniz, çünki bədəninizi təşkil edən atomlarla radiasiya arasında tezlik rezonansı yoxdur. Ancaq rezonans varsa, dərhal reaksiya verirsiniz. Məsələn, yalnız səni düşünən sevilən birini xatırlayanda. Kainatdakı hər şey rezonans qanunlarına tabedir.

Dünya enerji və məlumatdan ibarətdir. Eynşteyn dünyanın quruluşu haqqında çox düşündükdən sonra dedi: "Kainatda mövcud olan yeganə reallıq sahədir." Dalğalar dənizin yaradılışı olduğu kimi, maddənin bütün təzahürləri: orqanizmlər, planetlər, ulduzlar, qalaktikalar sahənin yaradılışıdır.

Sual yaranır: maddə bir sahədən necə yaranır? Maddənin hərəkətinə hansı qüvvə nəzarət edir?

Alimlərin araşdırması onları gözlənilməz cavaba gətirib çıxarıb. Kvant fizikasının yaradıcısı Maks Plank Nobel mükafatına qəbul zamanı çıxışı zamanı bunları söylədi:

“Kainatda hər şey güc sayəsində yaradılmış və mövcuddur. Ehtimal etməliyik ki, bu qüvvənin arxasında bütün maddələrin matrisi olan şüurlu ağıl dayanır”.

MADDƏ ŞÜRÜN İDARƏ EDİLİR

20-21-ci əsrlərin sonunda nəzəri fizikada elementar hissəciklərin qəribə xassələrini izah etməyə imkan verən yeni fikirlər meydana çıxdı. Boşluqdan hissəciklər görünə bilər və birdən yox ola bilər. Alimlər paralel kainatların mövcudluğunun mümkünlüyünü etiraf edirlər. Bəlkə də hissəciklər kainatın bir təbəqəsindən digərinə keçir. Bu ideyaların hazırlanmasında Stiven Hokinq, Edvard Vitten, Xuan Maldacena, Leonard Susskind kimi məşhurlar iştirak edirlər.

Nəzəri fizikanın konsepsiyalarına görə, Kainat bir çox yuva quran kuklalardan - təbəqələrdən ibarət olan yuva kuklasına bənzəyir. Bunlar kainatların variantlarıdır - paralel dünyalar. Bir-birinin yanında olanlar çox oxşardır. Lakin təbəqələr bir-birindən nə qədər uzaq olarsa, aralarındakı oxşarlıq bir o qədər az olar. Nəzəri olaraq, bir kainatdan digərinə keçmək üçün kosmik gəmilərə ehtiyac yoxdur. Bütün mümkün variantlar bir-birinin içərisində yerləşir. Bu fikirlər ilk dəfə 20-ci əsrin ortalarında alimlər tərəfindən ifadə edilmişdir. 20-ci və 21-ci əsrlərin sonunda onlar riyazi təsdiqini aldılar. Bu gün belə məlumatlar ictimaiyyət tərəfindən asanlıqla qəbul edilir. Halbuki, bir neçə yüz il əvvəl, bu cür ifadələrə görə insanı odda yandırmaq və ya dəli elan etmək olardı.

Hər şey boşluqdan yaranır. Hər şey hərəkətdədir. Obyektlər bir illüziyadır. Maddə enerjidən ibarətdir. Hər şey düşüncə ilə yaradılmışdır. Kvant fizikasının bu kəşflərində yeni heç nə yoxdur. Bütün bunlar qədim müdriklərə məlum idi. Gizli hesab edilən və yalnız təşəbbüskarlar üçün əlçatan olan bir çox mistik təlimlər düşüncələr və obyektlər arasında heç bir fərq olmadığını söylədi.Dünyada hər şey enerji ilə doludur. Kainat düşüncəyə reaksiya verir. Enerji diqqəti izləyir.

Diqqətinizi cəmlədiyiniz şey dəyişməyə başlayır. Bu fikirlər İncildə, qədim qnostik mətnlərdə, Hindistan və Cənubi Amerikada yaranmış mistik təlimlərdə müxtəlif formalarda verilmişdir. Qədim piramidaların inşaatçıları bunu təxmin edirdilər. Bu bilik bu gün reallığı idarə etmək üçün istifadə olunan yeni texnologiyaların açarıdır.

Bədənimiz enerji, məlumat və kəşfiyyat sahəsidir, davamlı dinamik mübadilə vəziyyətindədir mühit. Ağıl impulsları daim, hər saniyə bədənə həyatın dəyişən tələblərinə uyğunlaşmaq üçün yeni formalar verir.

Kvant fizikası nöqteyi-nəzərindən fiziki bədənimiz zehnimizin təsiri altında bütün ara əsrləri keçmədən bir bioloji yaşdan digərinə kvant sıçrayışı etməyə qadirdir. nəşr edilmişdir

P.S. Və unutmayın, sadəcə istehlakınızı dəyişdirməklə biz birlikdə dünyanı dəyişirik! © econet

V. Heisenberg

“Materiya” anlayışı insan təfəkkür tarixi boyu dəfələrlə dəyişikliyə məruz qalmışdır. Müxtəlif fəlsəfi sistemlərdə fərqli şəkildə şərh edilmişdir. “Materiya” sözünü işlədəndə nəzərə almalıyıq ki, “maddə” anlayışına verilən müxtəlif mənalar müasir elmdə hələ də az-çox qorunub saxlanılır.

Thalesdən başlayaraq hər şeyin sonsuz dəyişməsində vahid başlanğıc axtaran atomistlərə qədər erkən yunan fəlsəfəsi kosmik materiya anlayışını, bütün bu dəyişikliklərə məruz qalan, bütün fərdi şeylərin yarandığı və nəticədə çevrildiyi dünya substansiyasını formalaşdırmışdır. yenidən. Bu məsələ qismən müəyyən bir maddə ilə - su, hava və ya odla eyniləşdirildi və qismən də bütün əşyaların düzəldildiyi materialın keyfiyyətlərindən başqa heç bir başqa keyfiyyətlərə aid edilmədi.

Sonrakı konsepsiya Aristotelin fəlsəfəsində - forma ilə maddənin, forma və substansiyanın əlaqəsi haqqında fikirlərində materiya mühüm rol oynamışdır. Hadisələr aləmində müşahidə etdiyimiz hər şey əmələ gələn maddədir. Deməli, materiya özlüyündə reallıq deyil, yalnız bir imkanı, bir “qüdrət”i təmsil edir, o, ancaq forma 13 sayəsində mövcuddur. Təbiət hadisələrində, Aristotelin dediyi kimi, “varlıq” imkandan gerçəkliyə keçir; forma sayəsində həqiqətən həyata keçirilən bir şey. Aristotel üçün materiya su və ya hava kimi hər hansı xüsusi maddə deyil, nə də saf məkandır; müəyyən dərəcədə qeyri-müəyyən bədən substratı olur ki, bu da öz daxilində forma sayəsində əslində baş verənlərə, gerçəkliyə keçmək imkanını ehtiva edir. Aristotel fəlsəfəsində materiya ilə forma arasındakı bu əlaqənin tipik nümunəsi bioloji inkişafdır, materiyanın canlı orqanizmlərə çevrilməsi, eləcə də insanın sənət əsəri yaratmasıdır. Heykəl heykəltəraş tərəfindən oyulmazdan əvvəl potensial olaraq mərmərdə saxlanılır.

Yalnız çox sonra, Dekartın fəlsəfəsindən başlayaraq, ilkin bir şey kimi maddə ruha qarşı çıxmağa başladı. Dünyanın bir-birini tamamlayan iki cəhəti var, maddə və ruh və ya Dekartın dediyi kimi, “res extensa” və “res cogitans”. Təbiət elminin, xüsusən də mexanikanın yeni metodoloji prinsipləri bədən hadisələrinin mənəvi qüvvələrə endirilməsini istisna etdiyi üçün materiya yalnız insan ruhundan və hər hansı fövqəltəbii qüvvələrdən asılı olmayan xüsusi reallıq kimi qəbul edilə bilərdi. Bu dövrdə materiya artıq əmələ gəlmiş maddə kimi görünür və əmələ gəlmə prosesi mexaniki qarşılıqlı təsirlərin səbəb-nəticə zənciri ilə izah olunur. Materiya artıq Aristotel fəlsəfəsinin “bitki ruhu” ilə əlaqəsini itirib və ona görə də bu zaman materiya ilə forma arasındakı dualizm artıq heç bir rol oynamır. Bu materiya ideyası, bəlkə də indi “materiya” sözü ilə anladığımız şeyə ən böyük töhfəni verdi.

Nəhayət, 19-cu əsrin təbiət elmlərində başqa bir dualizm, yəni maddə ilə qüvvə və ya o vaxt dedikləri kimi, qüvvə ilə substansiya arasında olan dualizm mühüm rol oynamışdır. Maddə qüvvələrdən təsirlənə bilər və maddə qüvvələrin meydana gəlməsinə səbəb ola bilər. Məsələn, maddə cazibə qüvvəsini yaradır və bu qüvvə öz növbəsində ona təsir edir. Buna görə də qüvvə və maddə fiziki dünyanın iki aydın fərqləndirilən cəhətidir. Qüvvələr həm də formalaşdıran qüvvələr olduğundan, bu fərq yenidən Aristotelin materiya ilə forma fərqinə yaxınlaşır. Digər tərəfdən, məhz müasir fizikanın son inkişafı ilə əlaqədar olaraq, qüvvə ilə maddə arasındakı bu fərq tamamilə yox olur, çünki hər bir güc sahəsi enerji ehtiva edir və bu baxımdan da maddənin bir hissəsini təmsil edir. Hər bir qüvvə sahəsi elementar hissəciklərin müəyyən bir növünə uyğundur. Hissəciklər və güc sahələri eyni reallığın iki fərqli təzahürüdür.

Təbiətşünaslıq materiya problemini öyrənərkən ilk növbədə maddənin formalarını araşdırmalıdır. Maddənin formalarının sonsuz müxtəlifliyi və dəyişkənliyi bilavasitə tədqiqat obyektinə çevrilməlidir; səylər təbiət qanunlarını, bu sonsuz tədqiqat sahəsində rəhbər rol oynaya biləcək vahid prinsipləri tapmağa yönəldilməlidir. Buna görə də dəqiq təbiətşünaslıq və xüsusilə fizika uzun müddətdir ki, öz maraqlarını maddənin quruluşunun və bu quruluşu müəyyən edən qüvvələrin təhlili üzərində cəmləşdirir.

Qaliley dövründən bəri təbiət elminin əsas metodu təcrübə olmuşdur. Bu üsul təbiətin ümumi tədqiqatlarından konkret tədqiqatlara keçməyə, təbiətdəki xarakterik prosesləri müəyyən etməyə, bunun əsasında onun qanunauyğunluqlarını ümumi tədqiqatlardan daha birbaşa öyrənməyə imkan verdi. Yəni maddənin quruluşunu öyrənərkən onun üzərində təcrübələr aparmaq lazımdır. Maddənin bütün görünən dəyişikliklərinə baxmayaraq qorunub saxlanılan bəzi fundamental xüsusiyyətlərini bilmək ümidi ilə bu şəraitdə onun çevrilmələrini öyrənmək üçün onu qeyri-adi şəraitdə yerləşdirmək lazımdır.

Müasir təbiət elminin formalaşmasından bu yana, bu, kimyanın ən mühüm məqsədlərindən biri olmuşdur ki, onlar kimyəvi element anlayışına olduqca erkən gəlmişlər. O dövrdə kimyaçıların əlinə keçən vasitələrdən heç biri ilə parçalana bilməyən və ya parçalana bilməyən maddə: qaynama, yanma, həll olma, digər maddələrlə qarışma, "element" adlanırdı. Bu konsepsiyanın tətbiqi maddənin quruluşunu anlamaq üçün ilk və son dərəcə vacib addım idi. Beləliklə, təbiətdə tapılan maddələrin müxtəlifliyi ən azı nisbətən az sayda sadə maddələrə, elementlərə qədər azaldıldı və bunun sayəsində kimyanın müxtəlif hadisələri arasında müəyyən bir nizam quruldu. Buna görə də, "atom" sözü kimyəvi elementin bir hissəsi olan ən kiçik maddə vahidinə tətbiq edildi və kimyəvi birləşmənin ən kiçik hissəciyi vizual olaraq müxtəlif atomların kiçik bir qrupu kimi təqdim edilə bilər. Dəmir elementinin ən kiçik hissəciyi, məsələn, bir dəmir atomu, su molekulu adlanan ən kiçik hissəciyin isə bir oksigen atomu və iki hidrogen atomundan ibarət olduğu ortaya çıxdı.

Növbəti və demək olar ki, eyni dərəcədə vacib addım kimyəvi proseslərdə kütlənin qorunmasının kəşfi oldu. Məsələn, karbon elementi yandırılırsa və karbon qazı yaranırsa, karbon qazının kütləsi proses başlamazdan əvvəl karbon və oksigen kütlələrinin cəminə bərabərdir. Bu kəşf maddə anlayışına ilk növbədə kəmiyyət mənası verdi. Kimyəvi xüsusiyyətlərindən asılı olmayaraq, maddə kütləsi ilə ölçülə bilər.

Sonrakı dövrdə, əsasən 19-cu əsrdə çoxlu sayda yeni kimyəvi elementlər kəşf edilmişdir. Bizim dövrümüzdə onların sayı 100-ü keçib. Lakin bu rəqəm tamamilə açıq şəkildə göstərir ki, kimyəvi element anlayışı hələ bizi maddənin vəhdətini başa düşəcək nöqtəyə gətirməyib. Aralarında heç bir daxili əlaqə olmayan bir çox keyfiyyətcə fərqli materiya növlərinin olması ilə bağlı fərziyyə qənaətbəxş deyildi.

19-cu əsrin əvvəllərində müxtəlif kimyəvi elementlər arasında əlaqənin mövcudluğunu sübut edən dəlillər artıq tapılmışdı. Bu sübut ondan ibarətdir ki, bir çox elementlərin atom çəkiləri hidrogenin atom çəkisinə yaxın olan ən kiçik vahidin tam qatları kimi görünürdü. Bəzi elementlərin kimyəvi xassələrinin oxşarlığı da bu əlaqənin mövcudluğunun lehinə danışırdı. Lakin yalnız kimyəvi proseslərdə işləyənlərdən qat-qat güclü qüvvələrin tətbiqi sayəsində müxtəlif elementlər arasında həqiqətən əlaqə yaratmaq və maddənin vəhdətini dərk etməyə yaxınlaşmaq mümkün oldu.

Fiziklərin diqqəti 1896-cı ildə Bekkerel tərəfindən radioaktiv parçalanmanın kəşfi ilə əlaqədar olaraq bu qüvvələrə cəlb edilmişdir. Küri, Rezerford və başqalarının sonrakı tədqiqatlarında radioaktiv proseslərdə elementlərin çevrilməsi aydın şəkildə nümayiş etdirildi. Bu proseslərdə alfa hissəcikləri kimyəvi prosesdə tək bir hissəciyin enerjisindən təqribən bir milyon dəfə böyük olan enerjiyə malik atom fraqmentləri kimi buraxılırdı. Beləliklə, bu hissəciklər atomun daxili quruluşunu öyrənmək üçün yeni bir vasitə kimi istifadə edilə bilər. 1911-ci ildə Ruterford tərəfindən təklif edilən atomun nüvə modeli alfa hissəciklərinin səpilməsi təcrübələrinin nəticəsi idi. Bu məşhur modelin ən mühüm xüsusiyyəti atomun tamamilə fərqli iki hissəyə - atom nüvəsi və atom nüvəsini əhatə edən elektron qabıqlarına bölünməsi idi. Atom nüvəsi mərkəzdə atomun tutduğu ümumi məkanın yalnız müstəsna kiçik bir hissəsini tutur - nüvənin radiusu bütün atomun radiusundan təxminən yüz min dəfə azdır; lakin hələ də atomun demək olar ki, bütün kütləsini ehtiva edir. Onun elementar yükün tam ədədi olan müsbət elektrik yükü nüvəni əhatə edən elektronların ümumi sayını müəyyən edir, çünki atom bütövlükdə elektrik cəhətdən neytral olmalıdır; bununla da elektron trayektoriyalarının formasını müəyyən edir.

Atom nüvəsi ilə elektron qabığı arasındakı bu fərq dərhal kimyada maddənin sonuncu vahidi olan kimyəvi elementlər olduğunu və elementləri bir-birinə çevirmək üçün çox böyük qüvvələrə ehtiyac duyulduğunun ardıcıl izahını verdi. Qonşu atomlar arasındakı kimyəvi bağlar elektron qabıqların qarşılıqlı təsiri ilə izah olunur və qarşılıqlı təsir enerjiləri nisbətən aşağıdır. Boşaltma borusunda cəmi bir neçə volt potensialla sürətləndirilən elektron elektron qabıqları “boşaltmaq” və işıq emissiyasına səbəb olmaq və ya molekulda kimyəvi əlaqəni pozmaq üçün kifayət qədər enerjiyə malikdir. Lakin atomun kimyəvi davranışı, elektron qabıqların davranışına əsaslansa da, atom nüvəsinin elektrik yükü ilə müəyyən edilir. Kimyəvi xassələri dəyişdirmək istəyirsinizsə, atom nüvəsinin özünü dəyişdirməlisiniz və bunun üçün kimyəvi proseslərdə baş verənlərdən təxminən bir milyon dəfə çox enerji tələb olunur.

Lakin Nyuton mexanikasının qanunlarının təmin olunduğu bir sistem kimi qəbul edilən atomun nüvə modeli atomun sabitliyini izah edə bilməz. Əvvəlki fəsillərdən birində təsbit edildiyi kimi, yalnız kvant nəzəriyyəsinin bu modelə tətbiqi, məsələn, bir karbon atomunun digər atomlarla qarşılıqlı əlaqədə olduqdan və ya bir kvant işıq saçdıqdan sonra hələ də son nəticədə bir atom olduğunu izah edə bilər. karbon atomu , əvvəllər olduğu eyni elektron qabıqla. Bu sabitliyi, sadəcə olaraq, atomun məkan və zamanda obyektiv təsvirini mümkün edən kvant nəzəriyyəsinin xüsusiyyətləri ilə izah etmək olar.

Beləliklə, maddənin quruluşunu anlamaq üçün ilkin baza yaradıldı. Atomların kimyəvi və digər xassələrini kvant nəzəriyyəsinin riyazi sxemini elektron qabıqlara tətbiq etməklə izah etmək olardı. Bu əsasa əsaslanaraq, o zaman maddənin quruluşunu iki fərqli istiqamətdə təhlil etməyə cəhd etmək mümkün oldu. Ya atomların qarşılıqlı təsirini, onların molekullar, kristallar və ya bioloji obyektlər kimi daha böyük vahidlərlə əlaqəsini öyrənmək, ya da atom nüvəsini və onun tərkib hissələrini öyrənməklə maddənin vəhdətinin formalaşacağı nöqtəyə qədər irəliləməyə cəhd etmək olar. aydın. Fiziki tədqiqatlar son onilliklərdə hər iki istiqamətdə sürətlə inkişaf etmişdir. Sonrakı təqdimat hər iki sahədə kvant nəzəriyyəsinin rolunun aydınlaşdırılmasına həsr olunacaq.

Qonşu atomlar arasındakı qüvvələr ilk növbədə elektrik qüvvələridir - söhbət əks yüklərin cazibəsindən və oxşar yüklər arasında itələmədən gedir; elektronlar atom nüvəsi tərəfindən cəlb edilir və digər elektronlar tərəfindən itilir. Amma bu qüvvələr burada Nyuton mexanikasının qanunları ilə deyil, kvant mexanikasının qanunları ilə hərəkət edirlər.

Bu, atomlar arasında iki müxtəlif növ əlaqəyə gətirib çıxarır. Bir növ bağ ilə bir atomdan bir elektron başqa bir atoma keçir, məsələn, hələ tam doldurulmamış elektron qabığını doldurmaq üçün. Bu halda, hər iki atom elektrik yüklü olur və “ionlar” adlanır; onların yükləri əks olduğu üçün bir-birlərini cəlb edirlər. Kimyaçı bu vəziyyətdə danışır " qütb əlaqəsi".

İkinci növ əlaqədə elektron müəyyən şəkildə hər iki atoma aiddir, yalnız kvant nəzəriyyəsi üçün xarakterikdir. Elektron orbitlərinin şəklini istifadə etsək, təxminən deyə bilərik ki, bir elektron həm atom nüvələrinin orbitində fırlanır və həm bir, həm də digər atomda vaxtının əhəmiyyətli bir hissəsini keçirir. Bu ikinci növ bağ kimyaçının "valentlik bağı" adlandırdığı şeyə uyğun gəlir.

Bütün mümkün birləşmələrdə mövcud ola bilən bu iki növ bağ, son nəticədə atomların müxtəlif yığıncaqlarının əmələ gəlməsinə səbəb olur və nəticədə fizika və kimyanın öyrəndiyi bütün mürəkkəb strukturları müəyyən etmək üçün tapılır. Beləliklə, kimyəvi birləşmələr kiçik qapalı qrupların müxtəlif növ atomlardan əmələ gəlməsi səbəbindən əmələ gəlir və hər bir qrupu kimyəvi birləşmənin molekulu adlandırmaq olar. Kristallar əmələ gəldikdə, atomlar nizamlı qəfəslərdə düzülür. Atomlar bir-birinə o qədər sıx yığıldıqda metallar əmələ gəlir ki, xarici elektronlar qabıqlarını tərk edir və bütün metal parçasından keçə bilir. Bəzi maddələrin, xüsusən də bəzi metalların maqnitliyi buna görə yaranır fırlanma hərəkəti bu metalda fərdi elektronlar və s.

Bütün bu hallarda maddə və qüvvə arasındakı dualizm hələ də qorunub saxlanıla bilər, çünki nüvələr və elektronlar elektromaqnit qüvvələri tərəfindən bir yerdə saxlanılan maddənin tikinti blokları hesab edilə bilər.

Fizika və kimya (maddənin quruluşu ilə əlaqəli olduğu yerdə) vahid bir elm təşkil etdiyi halda, daha mürəkkəb strukturları ilə biologiyada vəziyyət bir qədər fərqlidir. Doğrudur, canlı orqanizmlərin gözə çarpan bütövlüyünə baxmayaraq, canlı və cansız materiya arasında kəskin fərq qoyula bilməz. Biologiyanın inkişafı bizə çoxlu misallar verdi ki, onlardan biz xüsusi olaraq bioloji funksiyaların xüsusi böyük molekullar və ya qruplar və ya belə molekulların zəncirləri tərəfindən yerinə yetirilə biləcəyini görə bilərik. Bu nümunələr müasir biologiyada bioloji prosesləri fizika və kimya qanunlarının nəticələri kimi izah etmək meylini vurğulayır. Lakin canlı orqanizmlərdə qəbul etdiyimiz sabitlik növü təbiətcə atomun və ya kristalın sabitliyindən bir qədər fərqlidir. Biologiyada formanın sabitliyindən deyil, prosesin və ya funksiyanın sabitliyindən danışırıq. Şübhəsiz ki, kvant mexaniki qanunları bioloji proseslərdə çox mühüm rol oynayır. Məsələn, xüsusi kvant mexaniki qüvvələr böyük üzvi molekulları və onların müxtəlif həndəsi konfiqurasiyalarını başa düşmək üçün vacibdir ki, bu da yalnız kimyəvi valentlik anlayışı əsasında bir qədər qeyri-dəqiq təsvir edilə bilər. Radiasiya nəticəsində yaranan bioloji mutasiyalar üzərində aparılan təcrübələr də həm kvant mexaniki qanunlarının statistik mahiyyətinin əhəmiyyətini, həm də gücləndirmə mexanizmlərinin mövcudluğunu göstərir. Sinir sistemimizdəki proseslərlə müasir elektron hesablama maşınının işləməsi zamanı baş verən proseslər arasındakı yaxın analogiya canlı orqanizm üçün ayrı-ayrı elementar proseslərin əhəmiyyətini bir daha vurğulayır. Lakin bütün bu misallar hələ də sübut etmir ki, inkişaf təlimi ilə tamamlanan fizika və kimya canlı orqanizmlərin tam təsvirini mümkün edəcək. Bioloji proseslər eksperimental təbiətşünaslar tərəfindən fizika və kimya proseslərindən daha ehtiyatla şərh edilməlidir. Borun izah etdiyi kimi, belə çıxa bilər ki, fizik nöqteyi-nəzərindən tam adlandırıla bilən canlı orqanizmin təsviri ümumiyyətlə mövcud deyil, çünki bu təsvir çox güclü nəticələrə səbəb olacaq təcrübələr tələb edəcəkdir. orqanizmin bioloji funksiyaları ilə ziddiyyət təşkil edir. Bor bu vəziyyəti belə təsvir etmişdir: biologiyada biz özümüzün həyata keçirə biləcəyimiz təcrübələrin nəticələrindən çox, təbiətin mənsub olduğumuz hissəsindəki imkanların reallaşdırılması ilə məşğul oluruq. Bu formulanın təsirli olduğu tamamlayıcılıq vəziyyəti müasir biologiyanın metodlarında bir tendensiya kimi əks olunur: bir tərəfdən fizika və kimyanın metodlarından və nəticələrindən tam istifadə etmək, digər tərəfdən isə hələ də daim fizika və kimyada olmayan üzvi təbiət xüsusiyyətlərinə aid olan anlayışlardan, məsələn, həyatın özü anlayışından istifadə edin.

İndiyə qədər biz maddənin strukturunun bir istiqamətdə təhlilini apardıq - atomdan atomlardan ibarət daha mürəkkəb strukturlara: atom fizikasından bərk cisim fizikasına, kimyaya və nəhayət, biologiyaya. İndi biz əks istiqamətə dönməli və atomun xarici bölgələrindən daxili bölgələrə, atom nüvəsinə və nəhayət elementar hissəciklərə qədər bir araşdırma xətti izləməliyik. Yalnız bu ikinci xətt bizi, bəlkə də, maddənin vəhdətini dərk etməyə aparacaq. Burada xarakterik strukturların özləri sınaqlarda məhv olacağından qorxmaq lazım deyil. Əgər vəzifə maddənin əsas vəhdətini eksperimental olaraq yoxlamaqdırsa, onda biz maddənin son nəticədə başqa bir maddəyə çevrilib-çevrilə bilməyəcəyini görmək üçün maddəni mümkün olan ən güclü qüvvələrə, ən ekstremal şərtlərə tabe edə bilərik.

Bu istiqamətdə ilk addım atom nüvəsinin eksperimental təhlili oldu. Təxminən bu əsrin ilk üç onilliyini əhatə edən bu tədqiqatların ilk dövrlərində atom nüvəsi üzərində təcrübə aparmaq üçün yeganə vasitə radioaktiv maddələrin yaydığı alfa hissəcikləri idi. Bu hissəciklərin köməyi ilə Rezerford 1919-cu ildə yüngül elementlərin atom nüvələrini bir-birinə çevirə bildi. O, məsələn, azot nüvəsinə bir alfa hissəciyi əlavə etməklə və eyni zamanda ondan bir proton çıxararaq, bir azot nüvəsini oksigen nüvəsinə çevirə bildi. Bu, kimyəvi proseslərə bənzəyən, lakin elementlərin süni çevrilməsinə səbəb olan atom nüvələrinin radiuslarının düzülüşünə görə məsafələrdə baş verən prosesin ilk nümunəsi idi. Növbəti həlledici uğur yüksək gərginlikli cihazlarda protonların nüvə transformasiyası üçün kifayət qədər enerjiyə qədər süni sürətləndirilməsi oldu. Bunun üçün təxminən bir milyon volt gərginlik fərqləri lazımdır və Kokkroft və Uolton ilk həlledici təcrübələrində litium elementinin atom nüvələrini helium elementinin atom nüvələrinə çevirməyə müvəffəq oldular. Bu kəşf sözün düzgün mənasında nüvə fizikası adlandırıla bilən və çox tez atom nüvəsinin quruluşunun keyfiyyətcə başa düşülməsinə səbəb olan tamamilə yeni bir tədqiqat sahəsi açdı.

Əslində, atom nüvəsinin quruluşunun çox sadə olduğu ortaya çıxdı. Atom nüvəsi yalnız iki müxtəlif növ elementar hissəcikdən ibarətdir. Elementar hissəciklərdən biri də hidrogen atomunun nüvəsi olan protondur. Digəri isə protonla təxminən eyni kütləyə malik olan və həm də elektrik cəhətdən neytral olan hissəcik olan neytron adlanırdı. Beləliklə, hər bir atom nüvəsi tərkibindən ibarət olan proton və neytronların ümumi sayı ilə xarakterizə edilə bilər. Adi bir karbon atomunun nüvəsi 6 proton və 6 neytrondan ibarətdir. Lakin karbon atomlarının başqa nüvələri də var ki, onlar bir qədər nadirdir - onları birincinin izotopları adlandırırdılar - və 6 proton və 7 neytrondan və s. Müxtəlif kimyəvi elementlərdən yalnız üç əsas vahid, üç əsas tikinti bloku - proton, neytron və elektron istifadə edilmişdir. Bütün maddələr atomlardan ibarətdir və buna görə də nəticədə bu üç əsas tikinti blokundan qurulur. Bu, təbii ki, maddənin birliyi demək deyil, lakin şübhəsiz ki, bu birliyə doğru atılan mühüm addım və bəlkə də daha vacib olanı, əhəmiyyətli dərəcədə sadələşdirmə deməkdir. Düzdür, atom nüvəsinin bu əsas tikinti materiallarını bilməkdən onun quruluşunu tam başa düşmək üçün hələ çox yol var idi. Burada problem 20-ci illərin ortalarında həll olunan atomun xarici qabığı ilə bağlı müvafiq problemdən bir qədər fərqli idi. Elektron qabığın vəziyyətində, hissəciklər arasındakı qüvvələr böyük dəqiqliklə məlum idi, lakin əlavə olaraq, dinamik qanunlar tapılmalı idi və bunlar sonda kvant mexanikasında formalaşdırıldı. Atom nüvəsi məsələsində dinamik qanunların əsasən kvant nəzəriyyəsinin qanunları olduğunu güman etmək tamamilə mümkün idi, lakin burada hissəciklər arasındakı qüvvələr ilk növbədə naməlum idi. Onlar atom nüvələrinin eksperimental xüsusiyyətlərindən əldə edilməli idi. Bu problemi hələ tam həll etmək mümkün deyil. Güclər, yəqin ki, xarici qabıqlardakı elektronlar arasındakı elektrostatik qüvvələr vəziyyətində olduğu kimi sadə formada deyil və buna görə də daha mürəkkəb qüvvələrdən atom nüvələrinin xüsusiyyətlərini riyazi olaraq çıxarmaq daha çətindir və üstəlik, irəliləyiş eksperimentlərin qeyri-dəqiqliyi. Lakin nüvənin quruluşu haqqında keyfiyyətli fikirlər çox müəyyən bir forma almışdır.

Nəhayət, sonuncu əsas problem maddənin birliyi problemi olaraq qalır. Bu elementar zərrəciklər - proton, neytron və elektron maddənin sonuncu, parçalana bilməyən tikinti bloklarıdırmı, başqa sözlə, Demokritin fəlsəfəsi mənasında heç bir qarşılıqlı əlaqəsi olmayan (aralarında hərəkət edən qüvvələrdən başqa) "atomlar"dırmı? yoxsa onlar yalnız eyni tipli maddənin müxtəlif formalarıdır? Bundan əlavə, onlar bir-birinə və ya hətta maddənin başqa formalarına çevrilə bilərmi? Əgər bu problem eksperimental yolla həll ediləcəksə, bunun üçün atom hissəcikləri üzərində cəmlənmiş qüvvələr və enerjilər lazımdır ki, bu da atom nüvəsini öyrənmək üçün istifadə olunanlardan dəfələrlə çox olmalıdır. Atom nüvələrindəki enerji ehtiyatları bizə bu cür təcrübələr aparmağa imkan verəcək qədər böyük olmadığı üçün fiziklər ya kosmosdakı, yəni ulduzlar arasındakı boşluqdakı, ulduzların səthindəki qüvvələrdən istifadə etməlidirlər, ya da fiziklər kosmosdakı qüvvələrdən istifadə etməlidirlər. mühəndislərin bacarığına etibar etməlidirlər.

Əslində hər iki yolda irəliləyiş əldə olunub. İlk növbədə, fiziklər kosmik şüalanma deyilən şeydən istifadə etdilər. Ulduzların səthində nəhəng fəzalarda uzanan elektromaqnit sahələri əlverişli şəraitdə yüklü atom hissəciklərini, elektronları və atom nüvələrini sürətləndirə bilər ki, bu da məlum oldu ki, daha böyük inersiyaya görə sürətləndirici sahədə qalmaq üçün daha çox imkanlara malikdir. daha uzun müddətə və ulduzun səthini boş yerə qoyub başa çatdıqda, bəzən milyardlarla voltluq potensial sahələrdən keçməyi bacarırlar. Əlverişli şəraitdə daha da sürətlənmə ulduzlar arasında dəyişən maqnit sahələrində baş verir. Hər halda belə çıxır ki, atom nüvələri Qalaktikanın fəzasında dəyişən maqnit sahələri ilə uzun müddət saxlanılır və nəticədə onlar Qalaktikanın boşluğunu kosmik şüalanma deyilən şeylə doldururlar. Bu radiasiya Yerə kənardan çatır və buna görə də enerjiləri təxminən yüzlərlə və ya minlərlə milyon elektron voltdan milyon dəfə böyük olan dəyərlərə qədər dəyişən bütün mümkün atom nüvələrindən - hidrogen, helium və daha ağır elementlərdən ibarətdir. Bu yüksək hündürlük radiasiyasının hissəcikləri Yer atmosferinin yuxarı təbəqələrinə daxil olduqda, burada atmosferdəki azot və ya oksigen atomları və ya kosmik şüalanmaya məruz qalan hansısa eksperimental cihazın atomları ilə toqquşur. Daha sonra müdaxilənin nəticələri araşdırıla bilər.

Başqa bir imkan çox böyük hissəcik sürətləndiriciləri qurmaqdır. 30-cu illərin əvvəllərində Lourens tərəfindən Kaliforniyada dizayn edilmiş siklotron adlanan qurğu onlar üçün prototip sayıla bilər. Bu qurğuların dizaynının əsas ideyası odur ki, güclü maqnit sahəsi sayəsində yüklü atom hissəcikləri bu dairəvi yol boyunca elektrik sahəsi tərəfindən təkrar-təkrar sürətləndirilə bilməsi üçün bir dairədə dəfələrlə fırlanmağa məcbur edilir. Yüz milyonlarla elektron volt enerji əldə etmək mümkün olan qurğular hazırda dünyanın bir çox yerində, əsasən də Böyük Britaniyada fəaliyyət göstərir. 12 Avropa ölkəsinin əməkdaşlığı sayəsində Cenevrədə 25 milyon elektron volta qədər enerjiyə malik protonlar istehsal edəcəyinə ümid edilən bu cür çox böyük sürətləndirici tikilir. Kosmik şüalanma və ya çox böyük sürətləndiricilərdən istifadə etməklə aparılan təcrübələr maddənin maraqlı yeni xüsusiyyətlərini üzə çıxarıb. Maddənin üç əsas tikinti blokuna - elektron, proton və neytrona əlavə olaraq, bu yüksək enerjili toqquşmalarda əmələ gələn və son dərəcə qısa müddətdən sonra yoxa çıxan və digər elementar hissəciklərə çevrilən yeni elementar hissəciklər kəşf edilmişdir. . Yeni elementar hissəciklər, qeyri-sabitliyi istisna olmaqla, köhnələrinkinə oxşar xüsusiyyətlərə malikdir. Yeni elementar zərrəciklər arasında ən dayanıqlı olanların da ömrü saniyənin milyonda biri qədərdir, digərlərinin ömrü isə bundan yüzlərlə, minlərlə dəfə qısadır. Hal-hazırda elementar hissəciklərin təxminən 25 müxtəlif növü məlumdur. Onlardan ən gənci mənfi yüklü protondur ki, ona antiproton deyilir.

Bu nəticələr ilk baxışda maddənin birliyi haqqında fikirlərdən yenidən uzaqlaşır, çünki maddənin əsas tikinti bloklarının sayı yenidən müxtəlif kimyəvi elementlərin sayı ilə müqayisə edilə bilən sayda artıb. Lakin bu, faktiki vəziyyətin qeyri-dəqiq şərhi olardı. Axı təcrübələr eyni zamanda göstərdi ki, zərrəciklər başqa hissəciklərdən yaranır və başqa hissəciklərə çevrilə bilirlər, onlar sadəcə olaraq belə hissəciklərin kinetik enerjisindən əmələ gəlir və yenidən yox ola bilirlər ki, onlardan başqa hissəciklər yaranır. Buna görə də, başqa sözlə: təcrübələr maddənin tam çevrilə biləcəyini göstərdi. Kifayət qədər yüksək enerjili toqquşmalarda bütün elementar hissəciklər digər hissəciklərə çevrilə bilər və ya sadəcə kinetik enerjidən yarana bilər; və onlar radiasiya kimi enerjiyə çevrilə bilərlər. Nəticə etibarilə, burada faktiki olaraq maddənin vəhdətinin son sübutu var. Bütün elementar zərrəciklər eyni maddədən, eyni materialdan “hazırlanmışdır” ki, biz bunu indi enerji və ya universal maddə adlandıra bilərik; onlar yalnız maddənin özünü göstərə biləcəyi müxtəlif formalardır.

Bu vəziyyəti Aristotelin materiya və forma anlayışı ilə müqayisə etsək, o zaman deyə bilərik ki, Aristotelin əsasən “potensiya”, yəni imkan olan materiyasını bizim enerji anlayışımızla müqayisə etmək lazımdır; elementar zərrəcik yarandıqda enerji maddi reallıq kimi forma vasitəsilə özünü göstərir.

Müasir fizika, təbii ki, maddənin əsas quruluşunun yalnız keyfiyyətcə təsviri ilə kifayətlənə bilməz; diqqətlə aparılmış təcrübələr əsasında maddənin formalarını, yəni elementar zərrəcikləri və onların qüvvələrini müəyyən edən təbiət qanunlarının riyazi formalaşdırılmasına qədər təhlili dərinləşdirməyə çalışmalıdır. Fizikanın bu hissəsində maddə ilə qüvvə və ya qüvvə ilə maddə arasında aydın fərq artıq edilə bilməz, çünki hər hansı elementar hissəcik təkcə özü qüvvələr əmələ gətirmir və özü də qüvvələrin təsirini yaşayır, eyni zamanda bu halda özü də təmsil edir. müəyyən bir güc sahəsi. Dalğaların və hissəciklərin kvant mexaniki dualizmi eyni reallığın həm maddə, həm də qüvvə kimi özünü göstərməsinin səbəbidir.

Elementar hissəciklər aləmində təbiət qanunlarının riyazi təsvirini tapmaq üçün bütün cəhdlər indiyədək dalğa sahələrinin kvant nəzəriyyəsi ilə başlamışdır. Bu sahədə nəzəri tədqiqatlar otuzuncu illərin əvvəllərində aparılmışdır. Lakin artıq bu sahədə ilk işlər kvant nəzəriyyəsini xüsusi nisbilik nəzəriyyəsi ilə birləşdirməyə çalışdıqları sahədə çox ciddi çətinlikləri üzə çıxardı. İlk baxışdan elə görünür ki, iki nəzəriyyə, kvant və nisbilik təbiətin o qədər fərqli tərəflərinə aiddir ki, praktiki olaraq onlar bir-birinə heç bir şəkildə təsir göstərə bilməzlər və buna görə də hər iki nəzəriyyənin tələbləri eyni formalizmdə asanlıqla yerinə yetirilməlidir. Ancaq daha dəqiq bir araşdırma göstərdi ki, bu nəzəriyyələrin hər ikisi müəyyən bir nöqtədə toqquşur və nəticədə bütün sonrakı çətinliklər yaranır.

Xüsusi nisbilik nəzəriyyəsi Nyuton mexanikasının yaradılmasından bəri onlara aid edilən quruluşdan bir qədər fərqli olduğu ortaya çıxan məkan və zaman quruluşunu ortaya qoydu. Bu yeni kəşf edilən quruluşun ən xarakterik xüsusiyyəti heç bir hərəkət edən cismin və ya yayılan siqnalın keçə bilməyəcəyi maksimum sürətin, yəni işıq sürətinin olmasıdır. Bunun nəticəsi olaraq, bir-birindən çox uzaq olan iki nöqtədə baş verən iki hadisə zamanın elə anlarında baş verərsə, birbaşa səbəb əlaqəsi ola bilməz ki, birinci hadisə zamanı bu nöqtədən çıxan işıq siqnalı yalnız digərinə çatır. başqa bir hadisənin anından sonra və əksinə. Bu halda hər iki hadisəni eyni vaxtda adlandırmaq olar. Hər hansı bir təsir zamanın bir nöqtəsində bir prosesdən digər prosesə zamanın başqa bir nöqtəsində ötürülə bilmədiyindən, iki proses heç bir fiziki təsirlə əlaqələndirilə bilməz.

Bu səbəbdən, Nyuton mexanikasında cazibə qüvvələrində göründüyü kimi, uzun məsafələrdəki hərəkətin xüsusi nisbilik nəzəriyyəsi ilə bir araya sığmadığı ortaya çıxdı. Yeni nəzəriyyə belə bir hərəkəti "qısa mənzilli hərəkət", yəni gücün bir nöqtədən yalnız dərhal bitişik nöqtəyə ötürülməsi ilə əvəz etməli idi. Bu növ qarşılıqlı təsirlərin təbii riyazi ifadəsi Lorentz çevrilməsi altında invariant olan dalğalar və ya sahələr üçün diferensial tənliklər oldu. Belə diferensial tənliklər eyni vaxtda baş verən hadisələrin bir-birinə birbaşa təsirini istisna edir.

Buna görə də xüsusi nisbilik nəzəriyyəsi ilə ifadə olunan məkan və zaman quruluşu heç bir təsirin ötürülmədiyi eyni vaxtda bölgəni bir prosesin digərinə birbaşa təsirinin baş verə biləcəyi digər bölgələrdən son dərəcə kəskin şəkildə məhdudlaşdırır.

Digər tərəfdən, kvant nəzəriyyəsinin qeyri-müəyyənlik əlaqəsi koordinatların və momentlərin və ya zaman və enerji anlarının eyni vaxtda ölçülə biləcəyi dəqiqliyə sərt bir məhdudiyyət qoyur. Son dərəcə kəskin sərhəd məkan və zamanda bir mövqenin təyin edilməsinin sonsuz dəqiqliyi demək olduğundan, uyğun impulslar və enerjilər tamamilə qeyri-müəyyən olmalıdır, yəni böyük ehtimalla proseslər hətta ixtiyari böyük impulslar və enerjilərlə də ön plana çıxmalıdır. Buna görə də xüsusi nisbilik nəzəriyyəsi ilə kvant nəzəriyyəsinin tələblərini eyni vaxtda yerinə yetirən istənilən nəzəriyyə riyazi ziddiyyətlərə, daha doğrusu, çox yüksək enerji və momenta bölgəsində divergensiyaya gətirib çıxarır. Bu nəticələr mütləq zəruri xarakter daşımaya bilər, çünki burada nəzərdən keçirilən hər hansı formalizm çox mürəkkəbdir və nisbilik nəzəriyyəsi ilə kvant arasındakı ziddiyyəti bu nöqtədə aradan qaldırmağa kömək edəcək riyazi vasitələrin tapılması da mümkündür. nəzəriyyə. Amma indiyə qədər tədqiq edilmiş bütün riyazi sxemlər əslində bu cür fərqliliklərə, yəni riyazi ziddiyyətlərə gətirib çıxarmışdır və ya hər iki nəzəriyyənin bütün tələblərini təmin etmək üçün kifayət etməmişdir. Üstəlik, görünən odur ki, çətinliklər əslində indi müzakirə olunan mətləbdən qaynaqlanır.

Konvergent riyazi sxemlərin nisbilik nəzəriyyəsinin və ya kvant nəzəriyyəsinin tələblərinə cavab vermədiyi məqam özlüyündə çox maraqlı üzə çıxdı. Bu sxemlərdən biri, məsələn, məkan və zamanda real proseslərin köməyi ilə şərh olunmağa çalışılan zaman bir növ zamanın tərsinə çevrilməsinə gətirib çıxardı; müəyyən bir nöqtədə bir neçə elementar hissəciyin birdən-birə doğulduğu prosesləri təsvir etdi və bu proses üçün enerji elementar hissəciklər arasında bəzi digər toqquşma prosesləri səbəbindən yalnız sonradan təmin edildi. Fiziklər öz təcrübələri əsasında əmin olurlar ki, təbiətdə bu cür proseslər ən azı hər iki proses bir-birindən məkan və zaman baxımından ölçülə bilən məsafə ilə ayrıldıqda baş vermir.

Başqa bir nəzəri sxemdə “yenidən normallaşma” adlanan riyazi proses əsasında formalizmin fərqliliklərini aradan qaldırmaq cəhdi edilmişdir. Bu proses ondan ibarətdir ki, formalizmin sonsuzluqları müşahidə olunan kəmiyyətlər arasında ciddi şəkildə müəyyən edilmiş əlaqələrin əldə edilməsinə mane ola bilməyəcək yerə köçürülə bilərdi. Həqiqətən də, bu sxem artıq müəyyən dərəcədə kvant elektrodinamikasında həlledici irəliləyişlərə səbəb olmuşdur, çünki o, hidrogen spektrində indiyədək izah olunmayan bəzi çox maraqlı xüsusiyyətlərin hesablanması yolunu təqdim edir. Bununla belə, bu riyazi sxemin daha dəqiq təhlili belə nəticəyə gəlməyi əsaslandırdı ki, adi kvant nəzəriyyəsində ehtimal kimi şərh edilməli olan kəmiyyətlər bu halda, müəyyən şəraitdə, yenidən normallaşma prosesi həyata keçirildikdən sonra mənfi ola bilər. Bu, təbii ki, maddənin təsviri üçün formalizmin ardıcıl şərhini istisna edərdi, çünki mənfi ehtimal mənasız bir anlayışdır.

Beləliklə, biz artıq müasir fizikada müzakirələrin mərkəzində olan problemlərə gəlmişik. Elementar zərrəciklərin, onların yaradılması və məhv edilməsində, onların arasında hərəkət edən qüvvələrin getdikcə daha dəqiq ölçülməsində əldə edilən daim zənginləşən eksperimental material sayəsində həll nə vaxtsa alınacaq. Bu çətinliklərin mümkün həlli yollarını axtararkən xatırlamağa dəyər ola bilər ki, yuxarıda müzakirə olunan bu cür aşkar zamanın dəyişməsi prosesləri, əgər onlar yalnız çox kiçik məkan-zaman bölgələrində baş verirsə, eksperimental məlumatlar əsasında istisna edilə bilməz, onların daxilində hələ də mümkün deyil. hazırkı eksperimental avadanlıqlarımızla prosesləri ətraflı şəkildə izləyin. Əlbəttə ki, biliklərimizin hazırkı vəziyyətini nəzərə alsaq, zamanın dəyişməsi ilə belə proseslərin mümkünlüyünü qəbul etməyə hazır deyilik, əgər bu, fizikanın inkişafının hansısa sonrakı mərhələsində belə prosesləri adi proseslərlə eyni şəkildə müşahidə etmək imkanını nəzərdə tutursa. atom prosesləri müşahidə olunur. Amma burada kvant nəzəriyyəsinin təhlili ilə nisbilik nəzəriyyəsinin təhlilinin müqayisəsi problemi yeni aspektdə təqdim etməyə imkan verir.

Nisbilik nəzəriyyəsi təbiətin universal sabiti - işığın sürəti ilə əlaqələndirilir. Bu sabit məkan və zaman arasında əlaqə yaratmaq üçün həlledici əhəmiyyətə malikdir və buna görə də özü Lorentz çevrilmələri altında dəyişməzliyin tələblərini ödəyən hər hansı təbiət qanununda yer almalıdır. Adi dilimiz və klassik fizikanın anlayışları yalnız işığın sürətinin praktiki olaraq sonsuz böyük sayıla biləcəyi hadisələrə şamil edilə bilər. Təcrübələrimizdə işığın sürətinə hər hansı formada yaxınlaşsaq, artıq bu adi anlayışlarla izah edilə bilməyən nəticələrlə qarşılaşmağa hazır olmalıyıq.

Kvant nəzəriyyəsi təbiətin başqa bir universal sabiti ilə - Plank fəaliyyət kvantı ilə əlaqələndirilir. Məkanda və zamanda proseslərin obyektiv təsviri yalnız cisimlər və nisbətən böyük miqyaslı proseslərlə məşğul olduqda mümkündür və Plank sabitini praktiki olaraq sonsuz kiçik hesab etmək olar. Təcrübələrimizdə Plank fəaliyyət kvantının əhəmiyyətli olduğu bölgəyə yaxınlaşdıqda, bu kitabın əvvəlki fəsillərində müzakirə edilən adi anlayışların tətbiqində bütün çətinliklərlə qarşılaşırıq.

Ancaq təbiətin üçüncü universal sabiti olmalıdır. Bu, sadəcə olaraq, fiziklərin dediyi kimi, ölçülü mülahizələrdən irəli gəlir. Universal sabitlər təbiətdəki miqyasların böyüklüyünü müəyyən edir, onlar bizə təbiətdəki bütün digər kəmiyyətlərin azaldıla biləcəyi xarakterik kəmiyyətlər verir; Bu cür vahidlərin tam dəsti üçün üç əsas vahid tələb olunur. Bunu fiziklərin CQS (santimetr-qram-saniyə) sistemindən istifadə etməsi kimi şərti vahid konvensiyalarından ən asan nəticə çıxarmaq olar. Tam bir sistem yaratmaq üçün uzunluq vahidi, zaman vahidi və kütlə vahidi birlikdə kifayətdir. Ən azı üç əsas vahid tələb olunur. Onlar həmçinin uzunluq, sürət və kütlə vahidləri ilə və ya uzunluq, sürət və enerji vahidləri ilə və s. ilə əvəz edilə bilər. Lakin üç əsas vahid istənilən halda zəruridir. İşıq sürəti və Plank fəaliyyət kvantı bizə bu kəmiyyətlərdən yalnız ikisini verir. Üçüncüsü olmalıdır və yalnız belə bir üçüncü vahidi ehtiva edən nəzəriyyə bəlkə də elementar hissəciklərin kütlələrinin və digər xüsusiyyətlərinin təyin edilməsinə səbəb ola bilər. Elementar hissəciklər haqqında müasir biliklərimizə əsaslanaraq, üçüncü universal sabiti təqdim etməyin bəlkə də ən sadə və ən məqbul yolu, 10-13 sm böyüklüyündə universal uzunluğun, buna görə də müqayisə edilə bilən bir uzunluğun olması ehtimalıdır. təxminən ağciyər atom nüvələrinin radiuslarına qədər. Əgər dən. bu üç vahid kütlə ölçüsünə malik bir ifadə əmələ gətirir, onda bu kütlə adi elementar hissəciklərin kütləsinin böyüklük sırasına malikdir.

Əgər fərz etsək ki, təbiət qanunları əslində 10-13 sm qaydada uzunluq ölçüsünün belə üçüncü universal sabitini ehtiva edir, onda tamamilə mümkündür ki, bizim adi məfhumlarımız yalnız məkan və zamanın böyük olan bölgələrinə şamil oluna bilər. bu universal uzunluq sabiti ilə müqayisədə. Təcrübələrimizdə atom nüvələrinin radiusları ilə müqayisədə kiçik məkan və zaman sahələrinə yaxınlaşdıqca, keyfiyyətcə yeni xarakterli proseslərin müşahidə olunacağına hazır olmalıyıq. Yuxarıda qeyd edilən və indiyə qədər yalnız nəzəri mülahizələrdən irəli gələn bir ehtimal kimi qeyd olunan zamanın geriyə çevrilməsi hadisəsi bu səbəbdən bu ən kiçik məkan-zaman bölgələrinə aid ola bilərdi. Əgər belədirsə, yəqin ki, müvafiq prosesin klassik terminlərlə təsvir oluna biləcəyi şəkildə müşahidə oluna bilməz. Bununla belə, bu cür proseslər klassik anlayışlarla təsvir oluna bildiyi qədər, həm də zamanla klassik ardıcıllıq sırasını ortaya qoymalıdır. Ancaq ən kiçik məkan-zaman bölgələrində - və ya (qeyri-müəyyənlik əlaqəsinə görə, təxminən bu ifadəyə uyğundur) ən yüksək ötürülən enerji və impulslardakı proseslər haqqında hələ çox az şey məlumdur.

Elementar hissəciklər üzərində aparılan təcrübələr əsasında maddənin quruluşunu və bununla da elementar hissəciklərin quruluşunu müəyyən edən təbiət qanunları haqqında daha çox biliyə nail olmaq cəhdlərində simmetriyanın müəyyən xassələri xüsusilə mühüm rol oynayır. Xatırlayırıq ki, Platon fəlsəfəsində maddənin ən kiçik zərrəcikləri mütləq simmetrik formasiyalar, yəni nizamlı cisimlər - kub, oktaedr, ikosahedr, tetraedr idi. Müasir fizikada isə üçölçülü fəzada fırlanma qrupunun nəticəsi olan bu xüsusi simmetriya qrupları artıq diqqət mərkəzində deyil. Müasir dövrün təbiət elmlərində baş verənlər heç bir şəkildə məkan forması deyil, qanunu təmsil edir, ona görə də müəyyən dərəcədə məkan-zaman formasını ifadə edir və buna görə də fizikamızda istifadə olunan simmetriyalar həmişə məkana və kosmosa aid olmalıdır. birlikdə vaxt. Lakin simmetriyanın müəyyən növləri əslində hissəciklər nəzəriyyəsində ən mühüm rol oynayır.

Biz onları empirik olaraq sözdə qorunma qanunları və kvant ədədləri sistemi sayəsində tanıyırıq, onların köməyi ilə təcrübəyə əsasən elementar hissəciklər dünyasındakı hadisələri sıralaya bilərik. Maddə üçün təbiətin əsas qanununun müəyyən çevrilmə qrupları altında dəyişməz olmasını tələb etməklə onları riyazi şəkildə ifadə edə bilərik. Bu çevrilmə qrupları simmetriyanın xassələrinin ən sadə riyazi ifadəsidir. Onlar müasir fizikada Platonun bərk cisimləri əvəzinə görünür. Ən vacibləri burada qısaca verilmişdir.

Lorentz çevrilmələri adlanan qrup xüsusi nisbilik nəzəriyyəsinin aşkar etdiyi məkan və zaman quruluşunu xarakterizə edir.

Pauli və Gürşçinin tədqiq etdiyi qrup öz strukturuna görə üçölçülü fəza fırlanmaları qrupuna uyğun gəlir - bu, riyaziyyatçıların dediyi kimi, ona izomorfdur - və iyirmi elementar hissəciklərdə empirik olaraq kəşf edilmiş kvant nömrəsinin görünüşündə özünü göstərir. -beş il əvvəl və "izospin" adlanırdı.

Formal olaraq sərt ox ətrafında fırlanma qrupları kimi davranan növbəti iki qrup yük, barionların və leptonların sayı üçün qorunma qanunlarına səbəb olur.

Nəhayət, təbiət qanunları da müəyyən əks etdirmə əməliyyatları altında invariant olmalıdır ki, bunları burada ətraflı sadalamağa ehtiyac yoxdur. Bu məsələdə əvvəllər qorunma qanununun etibarlı olduğu qəbul edilən paritet adlanan kəmiyyətin əslində olmadığı fikrinə görə, Li və Yangın araşdırmaları xüsusilə vacib və məhsuldar oldu. qorunur.

İndiyə qədər məlum olan bütün simmetriya xassələri sadə tənlikdən istifadə etməklə ifadə edilə bilər. Üstəlik, bu o deməkdir ki, bu tənlik bütün adlandırılan çevrilmə qruplarına münasibətdə invariantdır və buna görə də bu tənliyin maddə üçün təbiət qanunlarını artıq düzgün əks etdirdiyini düşünmək olar. Ancaq bu sualın hələ də həlli yoxdur; bu, yalnız bu tənliyin daha dəqiq riyazi analizinin köməyi ilə və getdikcə daha böyük ölçülərdə toplanmış eksperimental materialla müqayisə edilməklə əldə ediləcəkdir.

Ancaq bu ehtimaldan başqa, ümid etmək olar ki, ən yüksək enerjili elementar hissəciklər sahəsində təcrübələrin əlaqələndirilməsi sayəsində riyazi analiz onların nəticələri bir gün maddənin vəhdətinin tam dərk edilməsinə səbəb olacaqdır. "Tam anlama" ifadəsi o demək olardı ki, maddənin formaları - təxminən Aristotelin bu termini öz fəlsəfəsində işlətdiyi mənada - nəticələrə, yəni təbiət qanunlarını əks etdirən qapalı riyazi sxemin həllinə çevriləcəkdir. məsələ.

Biblioqrafiya

Bu işi hazırlamaq üçün http://www.philosophy.ru/ saytından materiallardan istifadə edilmişdir.

Repetitorluq

Mövzunu öyrənmək üçün kömək lazımdır?

Mütəxəssislərimiz sizi maraqlandıran mövzularda məsləhətlər verəcək və ya repetitorluq xidmətləri göstərəcək.
Ərizənizi təqdim edin konsultasiya əldə etmək imkanını öyrənmək üçün mövzunu indi göstərərək.

E. h.m. dövri elementlərin sayını üstələyir. Mendeleyev sistemi. E. ch.m mahiyyətcə kvant mexanikidir. cisimlər (bax Mikrohissəciklər), onların hərəkəti (kifayət qədər tez-tez işıq sürətinə yaxın sürətlə baş verir) yalnız relativistik ola bilər, yəni. nisbiliyin tələblərini ödəyən nəzəriyyə. 30-50-ci illərdə. Hesab olunurdu ki, elektron kvant mexanikasının ümumi nəzəriyyəsi kvant mexanikası və nisbilik nəzəriyyəsi - relativistik olacaq. Lakin bu istiqamətdə bir çox cəhdlər keçilməz çətinliklərlə üzləşib. Buna görə də, fizikada belə bir iş ortaya çıxdı ki, elementar kvant mexanikasının ümumi nəzəriyyəsini yaratmaq üçün kvant nəzəriyyəsinin və nisbilik nəzəriyyəsinin prinsiplərini yalnız dünya üçün xarakterik olan əsaslı şəkildə yeni anlayış və qanunlarla əlavə etmək lazımdır. elementar kvant mexanikası.

Bununla bağlı yaranan fəlsəfələrdən. Ən böyük problemlər çox qısa məsafələrdə məkan-zamanın təbiəti ilə bağlı idi. Çoxsaylı birbaşa cəhd edir fəzaların kvantlaşdırılması, məntiqi ardıcıllıqla E. h.m. Təcrübələr zamanı onlar nisbilik nəzəriyyəsinin tələblərinə və elektrokimyəvi hissəciklərin çox yüksək enerjilərdə səpilməsinə dair eksperimental məlumatlara uyğun gəlmədiyini aşkar etdilər. 1966-cı ildə Lindenbaum və başqaları sübut etdilər ki, 10-17 sm məsafəyə qədər mikrokosmos davamlı, qeyri-diskret quruluşa malikdir. Hazırda diskret məkan-zamanın müxtəlif modelləri nəzərdən keçirilir. real fiziki məsələnin tədqiqat istiqamətlərindən biri kimi zaman. çox kiçik məsafələrin və zaman intervallarının quruluşu. E.H.M.-nin fizikasında riyaziyyatın tətbiqi hələ də Eudoxus-Arximed aksiomuna əsaslanır, buna görə ixtiyari olaraq seçilmiş iki seqmentdən daha kiçik olanı həmişə təxirə salmaq olar. daha böyük rəqəm dəfə, bundan sonra sonuncunun uzunluğu aşılacaq. Kosmosun topologiyasını səciyyələndirən bu, E.h.m. aləmində, xüsusən də onların bir-birinə müxtəlif virtual çevrilmələrinin mümkünlüyü ilə bağlı şübhələr yaradır. Sözdə olanlar çərçivəsində Riyaziyyatın elementar nəzəriyyəsinin ümumi nəzəriyyəsinin qurulmasında mücərrəd sahə nəzəriyyəsinin tətbiqləri öyrənilir. ən ümumi topoloji fəzalar. təbiət, o cümlədən. və qeyri-metrik (yəni obyektlərin bir-birindən "uzaqlığının" müəyyən bir ölçüsünü tətbiq etmək mümkün olmayanlar - aralarındakı "məsafənin" analoqu).

Dr. filosof problemlər təcrübə ilə bağlı E. ch nəzəriyyəsi üçün əsas kimi istifadə edilə bilər elementar obyektin müəyyən edilməsi ilə bağlıdır (məsələn, müəyyən universal, öz-özünə fəaliyyət qeyri-xətti Heisenberg spinor) və hipotetik obyektlərin. təbiət (Gell-Mann və Zweig kvarkları və ya Chew, Frautschi və onların ardıcılları regelionları). Bu cəhdlərin çoxu birbaşa müəyyən fəlsəfələrlə bağlıdır. ideyalar. Beləliklə, Sakata öz nəzəriyyəsini dialektika ideyaları əsasında hesab edir. materializm, Heisenberg Platonun həndəsi cəhətdən mükəmməl ideal cisimlər haqqında təlimindən irəli gəlir, Gell-Man özünün “səkkiz qat simmetriyasını” Buddanın həqiqətini dərk etməyin səkkiz yolu ilə və onun axtarışı ilə əlaqələndirir. yeni forma atomizm, Chew, əksinə, atomizm ideyasını köhnəlmiş hesab edir və Leybnizin bütün dünyaların ən yaxşısı ideyasını və bütün tanınmış E. ch.m.

E. ch-in ümumi nəzəriyyəsinin indiyə qədər təklif olunan bütün variantları dərin dialektik metodları təmsil edir. elmi obyektlər kimi E. ch.-in xassələrinin uyğunsuzluğu. tədqiqat: bir tərəfdən, bu tip E. h.m.-nin kütlələrinin, yüklərinin, spinlərinin və digər xüsusiyyətlərinin heyrətamiz sabitliyi var; digər tərəfdən, E. Ch M.-nin qarşılıqlı konvertasiyası mahiyyətcə onların mövcudluğunun bir formasıdır - virtual proseslərin mövcudluğu sayəsində məlum E. M.-nin hər biri demək olar ki, hər hansı digərinə çevrilə bilər (plus korpuskullar - elektrik, barion və lepton yüklərini qorumaq üçün).

Bir sıra fəlsəfələr E. ch.m.-nin fizikasının problemləri yeni anlayışların formalaşmasına aiddir, onların köməyi ilə E. ch.m.-nin keyfiyyətcə unikal obyektləri kimi formalaşması mümkün olacaqdır. IN son illər E. Ch-nin simmetriyasının yeni xassələrinin kəşfi ilə əlaqədar olaraq aşağı enerjilər - hər korpusda bir milyon elektron volta qədər - və əhəmiyyətsiz, metrik topologiyaya malik olan obyektlərlə məhdudlaşdıqda). Başqa sözlə, E. m nəzəriyyəsinin qurulmasına prinsipin uyğunluğu nöqteyi-nəzərindən yanaşılır. E.h.m-in qarşılıqlı təsirlərinin simmetriyasının intensiv öyrənilmiş xassələrinə böyük ümidlər bəslənilir. E. Ch.M.-nin vahid nəzəriyyəsi həm E. Ch.M.-nin bu xüsusi dəstinin mövcudluğu faktını, həm də onlar arasında məhz bu tip qarşılıqlı əlaqənin mövcudluğunu və tamamilə sirli olduğunu izah edə biləcək. bu gün. vaxt, lakin empirik olaraq çox aydın şəkildə qarşılıqlı təsirin gücü onun simmetriya dərəcəsindən asılıdır (qarşılıqlı təsirin simmetriya dərəcəsi azaldıqca bu qüvvənin azalması).

Lit.: Markov M. A., Müasir dövr haqqında. atomizm forması (Elementar hissəcik anlayışı haqqında), "VF", 1960; № 3, 4; Mapshak R. və Sudershan E., Introduction to Physics E. ch., trans. İngilis dilindən, M., 1962; Fəlsəfə fizikanın problemləri E. Ç., M., 1863; Heisenberg V., Fizika və, trans. Germandan, M., 1963; Maddənin təbiəti, "Fizika elmlərində irəliləyişlər", 1965; cild 86, №. 4; Chew J., Analitik. S-matris nəzəriyyəsi, trans. İngilis dilindən, M., 1968.

İ.Akçurin. Moskva.

Fəlsəfi ensiklopediya. 5 cilddə - M.: Sovet Ensiklopediyası. F. V. Konstantinov tərəfindən redaktə edilmişdir. 1960-1970 .

Digər lüğətlərdə “MADDƏNİN ELEMENTAR ZİRƏCƏLƏRİ”nin nə olduğuna baxın:

Giriş. Bu terminin dəqiq mənasında E. hissəciklər ilkin, daha da parçalana bilməyən hissəciklərdir, fərziyyə ilə bütün maddə onlardan ibarətdir. Müasirdə fizika termini "E. h." adətən tam mənasında deyil, daha az ciddi şəkildə ad üçün istifadə olunur... ... Fiziki ensiklopediya

Böyük ensiklopedik lüğət

Elementar hissəciklər fiziki maddənin ən kiçik hissəcikləridir. Elementar zərrəciklər haqqında fikirlər müasir elmin əldə etdiyi maddənin quruluşu haqqında bilik mərhələsini əks etdirir. Antihissəciklərlə birlikdə təxminən 300 elementar...... Nüvə enerjisi terminləri

elementar hissəciklər- Fiziki maddənin ən kiçik hissəcikləri. Elementar zərrəciklər haqqında fikirlər müasir elmin əldə etdiyi maddənin quruluşu haqqında bilik mərhələsini əks etdirir. Antihissəciklərlə yanaşı, 300-ə yaxın elementar hissəcik aşkar edilmişdir. Müddət...... Texniki Tərcüməçi Bələdçisi

Müasir ensiklopediya

Elementar hissəciklər- İNCİ HƏRÇƏCƏLƏR, maddənin strukturunun növbəti (nüvələrdən sonra) səviyyəsində olan ən kiçik zərrəciklərin ümumi adı (subnüvə hissəcikləri). Elementar hissəciklərə proton (p), neytron (n), elektron (e), foton (g), neytrino (n) və s. və onların... ... İllüstrasiyalı Ensiklopedik Lüğət

Giriş. Bu terminin dəqiq mənasında E. hissəciklər ilkin, daha da parçalana bilməyən hissəciklərdir, fərziyyə ilə bütün maddə bunlardan ibarətdir. Konsepsiyada “E. h." müasir fizikada ibtidai varlıqlar ideyası öz ifadəsini tapır... ... Böyük Sovet Ensiklopediyası

Fiziki maddənin məlum olan ən kiçik hissəcikləri. Elementar hissəciklər haqqında fikirlər müasir elmin əldə etdiyi maddənin quruluşu haqqında bilik dərəcəsini əks etdirir. Xüsusiyyət elementar zərrəciklərin qarşılıqlı əlaqə qabiliyyəti...... ensiklopedik lüğət

Dar mənada başqa hissəciklərdən ibarət sayıla bilməyən hissəciklər. Müasirdə Fizikada E. Ch termini daha geniş mənada istifadə olunur: sözdə. atom nüvəsi və atom olmamaq şərtilə maddənin ən kiçik hissəcikləri... ... Kimya ensiklopediyası

Fiziki ən kiçik hissəciklər məsələ. E. h haqqındakı fikirlər materiyanın quruluşu haqqında müasir dövrdə əldə edilmiş bilik dərəcəsini əks etdirir. Elm. E. h-nin xarakterik xüsusiyyəti qarşılıqlı transformasiyalara məruz qalma qabiliyyətidir; bu, bizə E. h... kimi baxmağa imkan vermir. Təbiət elmi. ensiklopedik lüğət

Kitablar

• Kainatdakı maddənin quruluşunun eterik nəzəriyyəsi, Anatoli Bedritski. “Kainatda Materiyanın Strukturunun Ethereal Nəzəriyyəsi” kitabı mütləq sıxlığa malik olan və bütün istiqamətlərdə xaotik şəkildə hərəkət edən materiyanın əsl ilkin elementar hissəciklərini – həsirləri müəyyən edir.

Əgər siz düşündüyünüzsə ki, bizim ağılları uçuran mövzularımızla unudulmuşuq, o zaman sizi məyus etməyə və sevindirməyə tələsirik: yanıldınız! Əslində, bütün bu müddət ərzində biz kvant paradoksları ilə bağlı çılğın mövzuları təqdim etmək üçün məqbul bir üsul tapmağa çalışırdıq. Biz bir neçə qaralama yazdıq, amma hamısını soyuğa atdılar. Çünki kvant zarafatlarını izah etməyə gəlincə, biz özümüz çaşırıq və çox şey başa düşmədiyimizi etiraf edirik (və ümumiyyətlə, bu məsələni az adam başa düşür, o cümlədən dünyanın sərin alimləri). Təəssüf ki, kvant dünyası filistin dünyagörüşünə o qədər yaddır ki, anlaşılmazlığınızı etiraf etmək və ən azı əsasları başa düşmək üçün bir az birlikdə cəhd etmək heç də ayıb deyil.

Həmişə olduğu kimi, Google-dan olan şəkillərlə mümkün qədər aydın danışmağa çalışsaq da, təcrübəsiz oxucunun bir az ilkin hazırlıqlara ehtiyacı olacaq, ona görə də əvvəlki mövzularımıza, xüsusən də kvant və maddəyə nəzər salmağı tövsiyə edirik.
Xüsusilə humanistlər və digər maraqlı insanlar üçün - kvant paradoksları. 1-ci hissə.

Bu mövzuda kvant dünyasının ən çox yayılmış sirri - dalğa-zərrəcik ikiliyi haqqında danışacağıq. “Ən adi” dedikdə, fiziklərin bundan o qədər yorulduğunu nəzərdə tuturuq ki, heç bir sirr kimi görünmür. Amma bütün bunlar ona görədir ki, digər kvant paradoksları orta ağıl üçün daha da çətin qəbul edilir.

Və belə oldu. Köhnə yaxşı günlərdə, 17-ci əsrin ortalarında haradasa Nyuton və Hüygens işığın varlığı ilə bağlı fikir ayrılığına düşmüşdülər: Nyuton utanmadan işığın hissəciklər axını olduğunu bəyan etmiş, köhnə Hüygens işığın dalğa olduğunu sübut etməyə çalışmışdır. Lakin Nyuton daha mötəbər idi, ona görə də onun işığın təbiəti ilə bağlı dediyi həqiqət kimi qəbul edildi və Hüygensə gülüşlə baxdılar. Və iki yüz il ərzində işıq bəzi naməlum hissəciklərin axını hesab olunurdu, onların təbiətini bir gün kəşf etməyə ümid edirdilər.

19-cu əsrin əvvəllərində Tomas Yanq adlı şərqşünas optik alətlərlə məşğul oldu - nəticədə o, indi Yanq təcrübəsi adlanan bir təcrübə götürdü və həyata keçirdi və hər bir fizik bu təcrübəni müqəddəs hesab edir.

Tomas Yanq sadəcə boşqabdakı iki yarıqdan işıq şüasını (eyni rəngdə, tezlik təxminən eyni idi) yönəltdi və onun arxasına başqa bir ekran lövhəsi qoydu. Və nəticəni həmkarlarına göstərdi. Əgər işıq hissəciklər axını olsaydı, o zaman arxa planda iki işıq zolağı görərdik.
Ancaq təəssüf ki, bütün elm dünyası üçün boşqab ekranında bir sıra qaranlıq və açıq zolaqlar göründü. Müdaxilə adlanan ümumi bir fenomen iki (və ya daha çox dalğanın) bir-birinin üstünə qoyulmasıdır.

Yeri gəlmişkən, yağ ləkəsində və ya sabun köpüyündə göy qurşağı rənglərini müşahidə etdiyimiz müdaxilə sayəsində.

Başqa sözlə, Tomas Yanq eksperimental olaraq işığın dalğa olduğunu sübut etdi. Elmi dünya Uzun müddət Jung-a inanmaq istəmədi və bir vaxtlar o qədər tənqid edildi ki, hətta dalğa nəzəriyyəsi ideyalarından da imtina etdi. Lakin onların doğruluğuna inam yenə də qalib gəldi və alimlər işığı dalğa kimi qəbul etməyə başladılar. Düzdür, nə dalğası - bu sirr idi.
Budur, şəkildə, köhnə Jung təcrübəsidir.

İşığın dalğa təbiətinin klassik fizikaya o qədər də təsir etmədiyini söyləmək lazımdır. Alimlər düsturları yenidən yazdılar və inanmağa başladılar ki, tezliklə bütün dünya hər şey üçün vahid universal düstur altında onların ayaqları altına düşəcək.
Amma siz artıq təxmin etdiniz ki, Eynşteyn həmişəki kimi hər şeyi məhv edib. Problem digər tərəfdən süründü - əvvəlcə elm adamları istilik dalğalarının enerjisini hesablamaqda çaşqın oldular və kvant anlayışını kəşf etdilər (bu barədə müvafiq mövzumuzda oxumağınızdan əmin olun ""). Və sonra, eyni kvantların köməyi ilə Eynşteyn fotoelektrik effekt hadisəsini izah edərək fizikaya zərbə vurdu.

Qısaca olaraq: fotoelektrik effekt (nəticələrindən biri filmə məruz qalmadır) işıqla müəyyən materialların səthindən elektronların sökülməsidir. Texniki olaraq, bu sökülmə, sanki işıq bir hissəcik kimi baş verir. Eynşteyn işıq zərrəsini işıq kvantı adlandırdı və sonradan ona bir ad verildi - foton.

1920-ci ildə işığın dalğa əleyhinə nəzəriyyəsinə heyrətamiz Kompton effekti əlavə edildi: elektron fotonlarla bombardman edildikdə, foton enerji itkisi ilə elektrondan sıçrayır (biz mavi rəngdə “atırıq”, qırmızı isə uçur) off), digərindən bilyard topu kimi. Kompton buna görə Nobel mükafatı aldı.

Bu dəfə fiziklər işığın dalğa təbiətindən sadəcə imtina etməkdən ehtiyat edirdilər, əksinə, çox düşündülər. Elm dəhşətli bir sirrlə qarşılaşır: işıq dalğadır, yoxsa hissəcik?

İşıq, hər hansı bir dalğa kimi, tezliyə malikdir - və bunu yoxlamaq asandır. Biz müxtəlif rəngləri görürük, çünki hər bir rəng elektromaqnit (işıq) dalğasının sadəcə fərqli tezliyidir: qırmızı aşağı tezlikli, bənövşəyi yüksək tezlikdir.
Ancaq təəccüblüdür: görünən işığın dalğa uzunluğu bir atomun ölçüsündən beş min dəfə böyükdür - atom bu dalğanı udduqda belə bir "şey" atoma necə uyğun gəlir? Yalnız foton bir atomla müqayisə edilə bilən bir hissəcik olsa. Foton eyni zamanda həm böyük, həm də kiçikdirmi?

Bundan əlavə, fotoelektrik effekt və Kompton effekti işığın hələ də hissəciklər axını olduğunu açıq şəkildə sübut edir: dalğanın enerjini kosmosda lokallaşdırılmış elektronlara necə ötürdüyünü izah etmək mümkün deyil - əgər işıq dalğa olsaydı, onda bəzi elektronlar sonradan sıradan çıxacaqdı. başqalarına nisbətən və fenomen Biz fotoelektrik effekti müşahidə etməzdik. Ancaq axın vəziyyətində tək bir foton tək bir elektronla toqquşur və müəyyən şərtlər altında onu atomdan çıxarır.

Nəticədə belə qərara gəldilər: işıq həm dalğa, həm də hissəcikdir. Daha doğrusu, nə biri, nə də digəri deyil, materiyanın mövcudluğunun əvvəllər məlum olmayan yeni forması: müşahidə etdiyimiz hadisələr baş verənlərə necə baxmağınızdan asılı olaraq, sadəcə olaraq real vəziyyətin proqnozları və ya kölgələridir. Bir tərəfdən işıqlandırılan silindrin kölgəsinə baxdıqda dairə, digər tərəfdən işıqlandırıldıqda isə düzbucaqlı kölgə görürük. İşığın hissəcik-dalğa təsvirində də belədir.

Ancaq burada da hər şey asan deyil. İşığı ya dalğa, ya da hissəciklər axını hesab etdiyimizi deyə bilmərik. Pəncərədən bax. Birdən, hətta təmiz yuyulmuş şüşədə də bulanıq da olsa, öz əksimizi görürük. Tutmaq nədir? Əgər işıq dalğadırsa, o zaman pəncərədə əks olunmasını izah etmək asandır - dalğanın maneədən əks olunması zamanı suda oxşar təsirləri görürük. Ancaq işıq hissəciklər axınıdırsa, əksi belə asanlıqla izah etmək mümkün deyil. Axı bütün fotonlar eynidir. Lakin, əgər onların hamısı eynidirsə, o zaman pəncərə şüşəsi şəklində olan maneə onlara eyni təsir göstərməlidir. Ya hamısı şüşədən keçir, ya da hamısı əks olunur. Amma sərt reallıqda fotonların bir hissəsi şüşədən uçur və biz qonşu evi görürük və dərhal öz əksimizi görürük.

Və ağlıma gələn yeganə izahat: fotonlar öz başlarınadır. Müəyyən bir fotonun necə davranacağını - şüşə ilə hissəcik və ya dalğa kimi toqquşacağını yüz faiz ehtimalla proqnozlaşdırmaq mümkün deyil. Bu, kvant fizikasının əsasını təşkil edir - maddənin heç bir səbəb olmadan mikro səviyyədə tamamilə, tamamilə təsadüfi davranışı (və bizim böyük miqdarlar dünyamızda hər şeyin bir səbəbi olduğunu təcrübədən bilirik). Bu, sikkə atmaqdan fərqli olaraq mükəmməl bir təsadüfi ədəd generatorudur.

Fotonu kəşf edən dahi Eynşteyn ömrünün sonuna kimi kvant fizikasının yanlış olduğuna əmin olmuş və hamını “Tanrı zar oynamaz” deyə əmin etmişdir. Amma müasir elm getdikcə daha çox təsdiqləyir: o, hələ də oynayır.

Bu və ya digər şəkildə, bir gün elm adamları "dalğa və ya hissəcik" mübahisəsinə son qoymaq və 20-ci əsrin texnologiyalarını nəzərə alaraq Yunqun təcrübəsini təkrarlamaq qərarına gəldilər. Bu vaxta qədər onlar fotonları bir-bir çəkməyi öyrənmişdilər (əhali arasında “lazer” kimi tanınan kvant generatorları) və buna görə də bir hissəciyi iki yarığa vursa, ekranda nə baş verəcəyini yoxlamaq qərarına gəldilər: Nəhayət, nəzarət edilən eksperimental şəraitdə maddənin nə olduğu aydınlaşacaq.

Və birdən - bir işıq kvantı (foton) müdaxilə nümunəsi göstərdi, yəni hissəcik eyni anda hər iki yarıqdan keçdi, foton özünə müdaxilə etdi (elmi dildə). Texniki məqama aydınlıq gətirək - əslində, müdaxilə şəkli bir foton tərəfindən deyil, bir hissəcikdə 10 saniyəlik fasilələrlə çəkilişlər seriyası ilə göstərildi - zaman keçdikcə 1801-ci ildən bəri hər hansı bir C tələbəsinə tanış olan Yanqın saçaqları göründü. ekran.

Dalğa nöqteyi-nəzərindən bu məntiqlidir - dalğa çatlardan keçir və indi iki yeni dalğa konsentrik dairələrdə bir-birini üst-üstə düşür.
Amma korpuskulyar nöqteyi-nəzərdən belə çıxır ki, foton yarıqlardan keçərkən eyni anda iki yerdə olur, keçdikdən sonra isə özünə qarışır. Bu ümumiyyətlə normaldır, hə?
Məlum oldu ki, bu, normaldır. Üstəlik, foton eyni anda iki yarıqda olduğu üçün, o, həm yarıqlardan əvvəl, həm də onların arasından uçduqdan sonra eyni vaxtda hər yerdə olması deməkdir. Və ümumiyyətlə, kvant fizikası nöqteyi-nəzərindən başlanğıc və bitiş arasında buraxılan foton eyni vaxtda “hər yerdə və birdən” olur. Fiziklər zərrəciklərin belə tapılmasını “hər yerdə birdən” superpozisiya adlandırırlar - əvvəllər riyazi ərköyünlük olan dəhşətli söz indi fiziki reallığa çevrilib.

Kvant fizikasının məşhur əleyhdarı olan E.Şrödinger bu vaxta qədər su kimi maddənin dalğa xüsusiyyətlərini təsvir edən bir düstur tapmışdı. Və bununla bir az məşğul olduqdan sonra, dəhşətə gələrək, dalğa funksiyası deyilən nəticə çıxardım. Bu funksiya müəyyən bir yerdə fotonun tapılma ehtimalını göstərdi. Qeyd edək ki, bu, dəqiq yer deyil, ehtimaldır. Və bu ehtimal müəyyən bir yerdə kvant dalğası zirvəsinin hündürlüyünün kvadratından asılı idi (əgər hər kəs təfərrüatlarla maraqlanırsa).

Biz hissəciklərin yerini ölçmək məsələlərinə ayrıca bir fəsil ayıracağıq.

Sonrakı kəşflər göstərdi ki, dualizmi olan şeylər daha da pis və sirli olur.
1924-cü ildə Lui de Brogli, işığın dalğa-korpuskulyar xüsusiyyətlərinin aysberqin ucu olduğunu söylədi. Və bütün elementar hissəciklər bu anlaşılmaz xüsusiyyətə malikdir.
Yəni hissəcik və dalğa eyni zamanda təkcə elektromaqnit sahəsinin (fotonların) hissəcikləri deyil, həm də elektron, proton və s. kimi real hissəciklərdir. Mikroskopik səviyyədə ətrafımızdakı bütün maddələr dalğalardır(və eyni zamanda hissəciklər).

Və bir neçə il sonra, bu, hətta eksperimental olaraq təsdiqləndi - amerikalılar elektronları katod şüa borularında (bugünkü köhnə fartlara "kineskop" adı ilə məlumdur) sürdülər - və beləliklə elektronların əks olunması ilə bağlı müşahidələr elektronların bir elektron olduğunu təsdiqlədi. həm də dalğadır (anlaşa bilmək üçün deyə bilərsiniz ki, onlar elektronun yoluna iki yarıqlı boşqab qoyublar və elektronun müdaxiləsini olduğu kimi görüblər).

Bu günə qədər təcrübələr atomların da dalğa xüsusiyyətlərinə sahib olduğunu və hətta bəzi xüsusi molekulların ("fullerenlər" adlanan) özünü dalğa kimi göstərdiyini aşkar etdi.

Hekayəmizdən hələ də məəttəl qalmamış oxucunun maraqlanan zehni sual verəcək: əgər materiya dalğadırsa, məsələn, niyə uçan top kosmosda dalğa şəklində bulaşmır? Niyə reaktiv təyyarə dalğaya bənzəmir, amma reaktiv təyyarəyə çox bənzəyir?

De Broglie, şeytan burada hər şeyi izah etdi: bəli, uçan top və ya Boinq də dalğadır, lakin bu dalğanın uzunluğu daha qısadır, impuls bir o qədər böyükdür. Momentum kütlə ilə sürətdir. Yəni maddənin kütləsi nə qədər çox olarsa, dalğa uzunluğu da bir o qədər qısa olar. 150 km/saat sürətlə uçan topun dalğa uzunluğu təqribən 0,00 metr olacaq. Buna görə də, topun dalğa kimi kosmosa necə yayıldığını fərq edə bilmirik. Bizim üçün bu möhkəm məsələdir.
Elektron çox yüngül hissəcikdir və 6000 km/san sürətlə uçarkən onun nəzərə çarpan dalğa uzunluğu 0,0000000001 metr olacaq.

Yeri gəlmişkən, atom nüvəsinin niyə o qədər də “dalğa kimi” olmadığı sualına dərhal cavab verək. O, atomun mərkəzində yerləşsə də, ətrafında elektron çılğıncasına uçur və eyni zamanda ləkələnir, o, proton və neytronların kütləsi, həmçinin yüksək tezlikli salınım (sürət) ilə əlaqəli layiqli bir impulsa malikdir. nüvənin daxilində hissəciklərin daimi mübadiləsinin mövcudluğuna güclü qarşılıqlı təsir (mövzunu oxuyun). Buna görə də nüvə daha çox bizə tanış olan bərk maddəyə bənzəyir. Elektron, görünür, dalğa xüsusiyyətlərini açıq şəkildə ifadə edən kütləsi olan yeganə hissəcikdir, buna görə də hamı onu məmnuniyyətlə öyrənir.

Gəlin hissəciklərimizə qayıdaq. Beləliklə, belə çıxır: atomun ətrafında fırlanan elektron həm hissəcik, həm də dalğadır. Yəni hissəcik fırlanır və eyni zamanda elektron dalğa kimi nüvənin ətrafında müəyyən formalı qabığı təmsil edir – bunu hətta insan beyni necə başa düşə bilər?

Biz yuxarıda hesablamışıq ki, uçan elektron kifayət qədər nəhəng (mikrokosmos üçün) dalğa uzunluğuna malikdir və atomun nüvəsi ətrafında sığmaq üçün belə bir dalğanın hədsiz dərəcədə böyük bir yerə ehtiyacı var. Nüvə ilə müqayisədə atomların bu qədər böyük ölçülərini izah edən məhz budur. Elektronun dalğa uzunluqları atomun ölçüsünü təyin edir. Nüvə ilə atomun səthi arasındakı boşluq elektronun dalğa uzunluğunun (və eyni zamanda hissəciyinin) “yerləşdirilməsi” ilə doldurulur. Bu, çox kobud və yanlış izahdır - lütfən, bizi bağışlayın - əslində hər şey daha mürəkkəbdir, lakin bizim məqsədimiz ən azı bütün bunlarla maraqlanan insanlara elm qranitindən bir parça gəmirməyə imkan verməkdir.

Bir daha aydın olaq![YP-də] məqaləyə bəzi şərhlərdən sonra bu məqalədə nə qədər vacib bir məqamın çatışmadığını anladıq. Diqqət! Təsvir etdiyimiz maddənin forması nə dalğa, nə də zərrəcikdir. O, yalnız (eyni zamanda) dalğa xüsusiyyətlərinə və hissəciklərin xüsusiyyətlərinə malikdir. Elektromaqnit dalğasının və ya elektron dalğasının dəniz dalğaları və ya səs dalğaları kimi olduğunu söyləmək olmaz. Bizə tanış olan dalğalar hansısa maddə ilə dolu kosmosda pozğunluqların yayılmasını təmsil edir.
Kosmosda hərəkət edərkən fotonlar, elektronlar və mikrokosmosun digər nümunələri dalğa tənlikləri ilə təsvir edilə bilər, lakin heç bir halda onlar dalğa deyillər. Bu maddənin korpuskulyar quruluşuna bənzəyir: hissəciyin davranışı kiçik nöqtəli topların uçuşuna bənzəyir, lakin bunlar heç vaxt top deyil.
Bunu başa düşmək və qəbul etmək lazımdır, əks halda bütün düşüncələrimiz son nəticədə makrokosmosda analoq axtarışına gətirib çıxaracaq və bununla da kvant fizikasının başa düşülməsinə son qoyulacaq, kvant sehri və maddilik kimi friarizm və ya şarlatan fəlsəfə başlayacaq. düşüncələrdən.

Yunqun modernləşdirilmiş eksperimentinin qalan dəhşətli nəticələrini və nəticələrini növbəti hissədə nəzərdən keçirəcəyik - Heisenberg-in qeyri-müəyyənliyi, Schrödinger-in pişiyi, Pauli istisna prinsipi və kvant dolaşıqlığı məqalələrimizi bir dəfədən çox təkrar oxuyacaq və fikirləşəcək səbirli və düşüncəli oxucunu gözləyir. əlavə məlumat axtarmaq üçün İnternet vasitəsilə.

Diqqətiniz üçün hamınıza təşəkkür edirəm. Xoşbəxt yuxusuzluq və ya koqnitiv kabuslar hər kəsə!

Qeyd: Sizə diqqətlə xatırladırıq ki, bütün şəkillər Google-dan götürülüb (şəkillər üzrə axtarış) - müəlliflik orada müəyyən edilir.
Mətnin qeyri-qanuni surətinin çıxarılması cinayət məsuliyyətinə cəlb olunur, qarşısı alınır, yaxşı bilirsiniz...