Քվանտային ֆիզիկա. դիտորդ չկա, կարևոր չէ: Մասնավոր միկրոկոսմ Նյութի մասնիկը քվանտային ֆիզիկայում

Քվանտային տեսություն և նյութի կառուցվածք

Վ.Հայզենբերգ

«Նյութ» հասկացությունը բազմիցս ենթարկվել է փոփոխությունների մարդկային մտածողության պատմության ընթացքում: Տարբեր փիլիսոփայական համակարգերում այն ​​տարբեր կերպ է մեկնաբանվել։ Երբ մենք օգտագործում ենք «նյութ» բառը, պետք է նկատի ունենանք, որ «նյութ» հասկացությանը կցված տարբեր իմաստները դեռ քիչ թե շատ պահպանված են ժամանակակից գիտության մեջ։

Վաղ հունական փիլիսոփայությունը Թալեսից մինչև ատոմիստներ, որոնք փնտրում էին մեկ սկիզբ բոլոր իրերի անվերջ փոփոխության մեջ, ձևակերպեց տիեզերական նյութի հայեցակարգը, այն համաշխարհային նյութը, որը ենթարկվում է այս բոլոր փոփոխություններին, որտեղից առաջանում են բոլոր առանձին իրերը և որին նրանք ի վերջո վերածվում են: կրկին. Այս նյութը մասամբ նույնացվում էր ինչ-որ կոնկրետ նյութի հետ՝ ջրի, օդի կամ կրակի, և մասամբ դրան չէր վերագրվում որևէ այլ որակ, բացի այն նյութի որակներից, որից պատրաստված են բոլոր առարկաները:

Հետագայում նյութ հասկացությունը կարևոր դեր խաղաց Արիստոտելի փիլիսոփայության մեջ՝ ձևի և նյութի, ձևի և նյութի կապի մասին նրա պատկերացումներում։ Այն ամենը, ինչ մենք դիտարկում ենք երևույթների աշխարհում, ձևավորված նյութ է: Հետևաբար, նյութն ինքնին իրականություն չէ, այլ ներկայացնում է միայն հնարավորություն, «ուժ» այն գոյություն ունի միայն 13-րդ ձևի շնորհիվ: ինչ-որ բան իրականում իրականացվել է ձևի շնորհիվ: Արիստոտելի համար նյութը որևէ կոնկրետ նյութ չէ, օրինակ՝ ջուրը կամ օդը, ոչ էլ մաքուր տարածություն է. պարզվում է, որ այն որոշակի չափով անորոշ մարմնական սուբստրատ է, որն իր մեջ պարունակում է ձևավորման շնորհիվ իրականում կատարվածի, իրականության մեջ անցնելու հնարավորություն։ Արիստոտելի փիլիսոփայության մեջ նյութի և ձևի այս փոխհարաբերության տիպիկ օրինակ է կենսաբանական զարգացումը, որի ժամանակ նյութը վերածվում է կենդանի օրգանիզմների, ինչպես նաև մարդու կողմից արվեստի գործի ստեղծումը։ Արձանը պոտենցիալ պարունակվում է մարմարի մեջ, նախքան քանդակագործի կողմից այն քանդակելը:

Միայն շատ ավելի ուշ, սկսած Դեկարտի փիլիսոփայությունից, նշանակություն ունեցավ, քանի որ առաջնային ինչ-որ բան սկսեց հակադրվել ոգուն: Աշխարհի երկու փոխլրացնող կողմ կա՝ նյութը և ոգին, կամ, ինչպես ասում է Դեկարտը, «res extensa» և «res cogitans»: Քանի որ բնական գիտության, հատկապես մեխանիկայի նոր մեթոդաբանական սկզբունքները բացառում էին մարմնական երևույթների վերացումը հոգևոր ուժերին, նյութը կարող էր դիտվել միայն որպես հատուկ իրականություն՝ անկախ մարդու ոգուց և գերբնական ուժերից: Այս ժամանակահատվածում նյութը կարծես արդեն ձևավորված նյութ է, և առաջացման գործընթացը բացատրվում է մեխանիկական փոխազդեցությունների պատճառահետևանքային շղթայով: Նյութը արդեն կորցրել է իր կապը Արիստոտելյան փիլիսոփայության «վեգետատիվ հոգու» հետ, և, հետևաբար, նյութի և ձևի միջև դուալիզմն այս պահին այլևս որևէ դեր չի խաղում: Նյութի այս գաղափարը, թերևս, ամենամեծ ներդրումն է ունեցել նրանում, ինչ մենք այժմ հասկանում ենք «նյութ» բառով:

Վերջապես, 19-րդ դարի բնական գիտություններում կարևոր դեր խաղաց մեկ այլ դուալիզմ, այն է՝ նյութի և ուժի, կամ, ինչպես ասում էին այն ժամանակ, ուժի և նյութի միջև դուալիզմը։ Նյութի վրա կարող են ազդել ուժերը, իսկ նյութը կարող է առաջացնել ուժեր: Նյութը, օրինակ, առաջացնում է ձգողության ուժ, և այդ ուժն իր հերթին ազդում է դրա վրա։ Ուստի ուժը և նյութը ֆիզիկական աշխարհի երկու հստակորեն տարբերվող կողմերն են: Քանի որ ուժերը նույնպես ձևավորող ուժեր են, այս տարբերակումը կրկին մոտենում է նյութի և ձևի արիստոտելյան տարբերակմանը: Մյուս կողմից, հենց ժամանակակից ֆիզիկայի վերջին զարգացումների հետ կապված, ուժի և նյութի այս տարբերությունն իսպառ վերանում է, քանի որ յուրաքանչյուր ուժային դաշտ էներգիա է պարունակում և այս առումով նաև նյութի մի մասն է ներկայացնում։ Յուրաքանչյուր ուժային դաշտ համապատասխանում է տարրական մասնիկների որոշակի տեսակի: Մասնիկները և ուժային դաշտերը նույն իրականության դրսևորման երկու տարբեր ձևեր են:

Երբ բնագիտությունն ուսումնասիրում է նյութի խնդիրը, առաջին հերթին պետք է ուսումնասիրի նյութի ձևերը։ Նյութի ձևերի անսահման բազմազանությունն ու փոփոխականությունը պետք է դառնան ուղղակի ուսումնասիրության առարկա. ջանքերը պետք է ուղղված լինեն բնության օրենքների, միասնական սկզբունքների որոնմանը, որոնք կարող են առաջնորդող թել ծառայել հետազոտության այս անվերջանալի ոլորտում: Հետևաբար, ճշգրիտ բնական գիտությունը և հատկապես ֆիզիկան վաղուց իրենց հետաքրքրությունները կենտրոնացրել են նյութի կառուցվածքի և այս կառուցվածքը որոշող ուժերի վերլուծության վրա։

Գալիլեոյի ժամանակներից ի վեր բնական գիտության հիմնական մեթոդը եղել է փորձը։ Այս մեթոդը հնարավորություն տվեց բնության ընդհանուր ուսումնասիրություններից անցնել կոնկրետ ուսումնասիրությունների, բացահայտել բնության բնորոշ գործընթացները, որոնց հիման վրա նրա օրենքները կարող են ավելի անմիջականորեն ուսումնասիրվել, քան ընդհանուր ուսումնասիրությունները: Այսինքն՝ նյութի կառուցվածքն ուսումնասիրելիս անհրաժեշտ է դրա վրա փորձեր կատարել։ Անհրաժեշտ է նյութը տեղադրել անսովոր պայմաններում՝ ուսումնասիրելու համար նրա փոխակերպումները այս հանգամանքներում՝ հուսալով դրանով իմանալ նյութի որոշ հիմնարար առանձնահատկություններ, որոնք պահպանվել են՝ չնայած նրա բոլոր տեսանելի փոփոխություններին:

Ժամանակակից բնական գիտության ձևավորումից ի վեր սա եղել է քիմիայի ամենակարևոր նպատակներից մեկը, որտեղ նրանք բավականին վաղ եկան քիմիական տարրի գաղափարին։ Այն նյութը, որը չէր կարող հետագայում քայքայվել կամ քայքայվել այն ժամանակ քիմիկոսներին հասանելի որևէ միջոցով՝ եռալ, այրվել, լուծվել, խառնվել այլ նյութերի հետ, կոչվում էր «տարր»։ Այս հայեցակարգի ներդրումն առաջին և չափազանց կարևոր քայլն էր նյութի կառուցվածքը հասկանալու համար։ Բնության մեջ հայտնաբերված նյութերի բազմազանությունը դրանով իսկ կրճատվեց մինչև համեմատաբար փոքր թվով ավելի պարզ նյութեր, տարրեր, և դրա շնորհիվ որոշակի կարգ հաստատվեց քիմիայի տարբեր երևույթների միջև: Հետևաբար, «ատոմ» բառը կիրառվում էր նյութի ամենափոքր միավորի նկատմամբ, որը քիմիական տարրի մաս է կազմում, և քիմիական միացության ամենափոքր մասնիկը կարող էր տեսողականորեն ներկայացվել որպես տարբեր ատոմների փոքր խումբ: Պարզվել է, որ երկաթի տարրի ամենափոքր մասնիկը, օրինակ, երկաթի ատոմն է, իսկ ջրի ամենափոքր մասնիկը, այսպես կոչված, ջրի մոլեկուլը բաղկացած է թթվածնի ատոմից և ջրածնի երկու ատոմից։

Հաջորդ և գրեթե նույնքան կարևոր քայլը քիմիական գործընթացներում զանգվածի պահպանման հայտնաբերումն էր։ Եթե, օրինակ, ածխածին տարրը այրվում է և առաջանում է ածխաթթու գազ, ապա ածխաթթու գազի զանգվածը հավասար է ածխածնի և թթվածնի զանգվածների գումարին մինչև գործընթացի սկսվելը։ Այս հայտնագործությունը նյութ հասկացությանը տվել է հիմնականում քանակական նշանակություն։ Անկախ իր քիմիական հատկություններից՝ նյութը կարող էր չափվել իր զանգվածով։

Հաջորդ ժամանակաշրջանում՝ հիմնականում 19-րդ դարում, հայտնաբերվել է մեծ թիվնոր քիմիական տարրեր. Մեր ժամանակներում նրանց թիվը գերազանցել է 100-ը: Այս թիվը, սակայն, բացարձակապես պարզ է դարձնում, որ քիմիական տարրի հասկացությունը մեզ դեռ չի հասցրել այն կետին, որտեղից կարելի է հասկանալ նյութի միասնությունը: Այն ենթադրությունը, որ կան բազմաթիվ որակապես տարբեր տեսակի նյութեր, որոնց միջև չկան ներքին կապեր, գոհացուցիչ չէր։

19-րդ դարի սկզբին արդեն ապացույցներ էին հայտնաբերվել տարբեր քիմիական տարրերի միջև կապի առկայության օգտին։ Այս վկայությունը կայանում էր նրանում, որ շատ տարրերի ատոմային կշիռները թվացյալ թվով բազմապատիկ են ամենափոքր միավորի, որը մոտավոր է ջրածնի ատոմային զանգվածին: Որոշ տարրերի քիմիական հատկությունների նմանությունը նույնպես խոսում էր այս հարաբերությունների գոյության օգտին։ Բայց միայն քիմիական պրոցեսներում գործող ուժերից շատ անգամ ավելի ուժեղ ուժերի կիրառման միջոցով հնարավոր եղավ իսկապես կապ հաստատել տարբեր տարրերի միջև և մոտենալ նյութի միասնության ըմբռնմանը:

Այս ուժերի վրա ֆիզիկոսների ուշադրությունը հրավիրվեց՝ կապված 1896 թվականին Բեկերելի կողմից ռադիոակտիվ քայքայման հայտնաբերման հետ։ Կյուրիի, Ռադերֆորդի և այլոց հետագա ուսումնասիրություններում հստակորեն դրսևորվել է տարրերի փոխակերպումը ռադիոակտիվ գործընթացներում։ Ալֆա մասնիկները արտանետվել են այս գործընթացներում որպես ատոմների բեկորներ, որոնց էներգիան մոտավորապես միլիոն անգամ ավելի է եղել, քան մեկ մասնիկի էներգիան քիմիական գործընթացում: Հետևաբար, այս մասնիկները այժմ կարող են օգտագործվել որպես հետազոտության նոր գործիք ներքին կառուցվածքըատոմ. 1911 թվականին Ռադերֆորդի կողմից առաջարկված ատոմի միջուկային մոդելը ալֆա մասնիկների ցրման փորձերի արդյունք էր։ Այս հայտնի մոդելի ամենակարևոր առանձնահատկությունը ատոմի բաժանումն էր երկու բոլորովին տարբեր մասերի՝ ատոմային միջուկի և ատոմային միջուկը շրջապատող էլեկտրոնային թաղանթների։ Ատոմային միջուկը կենտրոնում զբաղեցնում է ատոմի զբաղեցրած ընդհանուր տարածության միայն բացառիկ փոքր մասը. միջուկի շառավիղը մոտավորապես հարյուր հազար անգամ փոքր է ամբողջ ատոմի շառավղից. բայց այն դեռ պարունակում է ատոմի գրեթե ամբողջ զանգվածը։ Դրա դրական էլեկտրական լիցքը, որը այսպես կոչված տարրական լիցքի ամբողջ բազմապատիկն է, որոշում է միջուկը շրջապատող էլեկտրոնների ընդհանուր թիվը, քանի որ ատոմն ամբողջությամբ պետք է էլեկտրականորեն չեզոք լինի. այն դրանով որոշում է էլեկտրոնային հետագծերի ձևը:

Ատոմային միջուկի և էլեկտրոնային թաղանթի այս տարբերակումը անմիջապես տվեց հետևողական բացատրություն այն փաստի համար, որ քիմիայում հենց քիմիական տարրերն են նյութի վերջին միավորները, և որ շատ մեծ ուժեր են անհրաժեշտ՝ տարրերը միմյանց փոխակերպելու համար: Հարևան ատոմների միջև քիմիական կապերը բացատրվում են էլեկտրոնային թաղանթների փոխազդեցությամբ, իսկ փոխազդեցության էներգիաները համեմատաբար ցածր են։ Լիցքաթափման խողովակում ընդամենը մի քանի վոլտ պոտենցիալով արագացված էլեկտրոնն ունի բավարար էներգիա՝ «թուլացնելու» էլեկտրոնային թաղանթները և առաջացնելու լույսի արտանետում կամ ոչնչացում։ քիմիական կապմոլեկուլի մեջ։ Բայց ատոմի քիմիական վարքագիծը, չնայած այն հիմնված է էլեկտրոնային թաղանթների վարքագծի վրա, որոշվում է ատոմային միջուկի էլեկտրական լիցքով։ Եթե ​​ուզում են փոխել Քիմիական հատկություններ, դուք պետք է փոխեք հենց ատոմի միջուկը, և դա պահանջում է էներգիա, որը մոտ մեկ միլիոն անգամ ավելի մեծ է, քան քիմիական գործընթացներում առաջացող էներգիաները:

Բայց ատոմի միջուկային մոդելը, որը դիտարկվում է որպես համակարգ, որտեղ բավարարված են Նյուտոնյան մեխանիկայի օրենքները, չի կարող բացատրել ատոմի կայունությունը։ Ինչպես հաստատվեց նախորդ գլուխներից մեկում, այս մոդելում միայն քվանտային տեսության կիրառումը կարող է բացատրել այն փաստը, որ, օրինակ, ածխածնի ատոմը, այլ ատոմների հետ փոխազդեցությունից հետո կամ լույսի քվանտ արտանետելուց հետո, ի վերջո, դեռևս հանդիսանում է. ածխածնի ատոմը նույն էլեկտրոնային թաղանթով, որն ուներ նախկինում: Այս կայունությունը կարելի է պարզապես բացատրել հենց քվանտային տեսության հատկանիշներով, որոնք հնարավոր են դարձնում ատոմի օբյեկտիվ նկարագրությունը տարածության և ժամանակի մեջ։

Այսպիսով, հետեւաբար, ստեղծվեց նյութի կառուցվածքը հասկանալու նախնական հիմքը։ Ատոմների քիմիական և այլ հատկությունները կարելի է բացատրել քվանտային տեսության մաթեմատիկական սխեմայի կիրառմամբ էլեկտրոնային թաղանթների վրա։ Այս հիմքի վրա այնուհետև հնարավոր եղավ փորձել վերլուծել նյութի կառուցվածքը երկու տարբեր ուղղություններով։ Կարելի է կամ ուսումնասիրել ատոմների փոխազդեցությունը, նրանց կապը ավելի մեծ միավորների հետ, ինչպիսիք են մոլեկուլները, բյուրեղները կամ կենսաբանական օբյեկտները, կամ կարելի է փորձել, ուսումնասիրելով ատոմի միջուկը և դրա բաղկացուցիչ մասերը, հասնել այն կետին, որտեղ նյութի միասնությունը կդառնա։ պարզ. Անցած տասնամյակների ընթացքում ֆիզիկական հետազոտությունները արագ զարգացել են երկու ուղղություններով: Հետագա ներկայացումը նվիրված կլինի քվանտային տեսության դերի պարզաբանմանը այս երկու ոլորտներում:

Հարևան ատոմների միջև ուժերը հիմնականում էլեկտրական ուժեր են. խոսքը հակադիր լիցքերի ձգման և նման լիցքերի միջև վանման մասին է. էլեկտրոնները ձգվում են ատոմային միջուկով և վանվում այլ էլեկտրոններով։ Բայց այս ուժերն այստեղ գործում են ոչ թե Նյուտոնյան մեխանիկայի, այլ քվանտային մեխանիկայի օրենքներով։

Սա հանգեցնում է երկուսի տարբեր տեսակներատոմների միջև կապեր. Մի տեսակի կապի դեպքում մի ատոմից էլեկտրոն անցնում է մեկ այլ ատոմ, օրինակ, որպեսզի լրացնի էլեկտրոնային թաղանթը, որը դեռ ամբողջությամբ լցված չէ: Այս դեպքում երկու ատոմներն էլ ավարտվում են էլեկտրական լիցքավորված և կոչվում են «իոններ». քանի որ նրանց լիցքերը հակառակ են, նրանք գրավում են միմյանց: Քիմիկոսն այս դեպքում խոսում է «բևեռային կապի» մասին։

Երկրորդ տեսակի կապում էլեկտրոնը պատկանում է երկու ատոմներին էլ որոշակի ձևով, որը բնորոշ է միայն քվանտային տեսությանը։ Եթե ​​օգտագործենք էլեկտրոնային ուղեծրերի պատկերը, ապա մոտավորապես կարող ենք ասել, որ էլեկտրոնը պտտվում է երկու ատոմային միջուկների շուրջ և իր ժամանակի զգալի մասը ծախսում է և՛ մեկ, և՛ մյուս ատոմներում: Այս երկրորդ տեսակի կապը համապատասխանում է նրան, ինչ քիմիկոսն անվանում է «վալենտային կապ»:

Այս երկու տեսակի կապերը, որոնք կարող են գոյություն ունենալ բոլոր հնարավոր համակցություններում, ի վերջո առաջացնում են ատոմների տարբեր հավաքների ձևավորում և, ի վերջո, հայտնաբերվում են բոլոր բարդ կառուցվածքները որոշելու համար, որոնք ուսումնասիրվում են ֆիզիկայի և քիմիայի կողմից: Այսպիսով, քիմիական միացություններ առաջանում են այն պատճառով, որ ատոմներից տարբեր տեսակներառաջանում են փոքր փակ խմբեր, և յուրաքանչյուր խումբ կարելի է անվանել քիմիական միացության մոլեկուլ։ Երբ բյուրեղները ձևավորվում են, ատոմները դասավորված են դասավորված վանդակներով: Մետաղները ձևավորվում են, երբ ատոմներն այնքան ամուր են իրար, որ արտաքին էլեկտրոնները թողնում են իրենց թաղանթը և կարող են անցնել մետաղի ամբողջ կտորով: Որոշ նյութերի, հատկապես որոշ մետաղների մագնիսականությունը առաջանում է այդ մետաղում առանձին էլեկտրոնների պտտվող շարժումից և այլն։

Այս բոլոր դեպքերում նյութի և ուժի միջև դուալիզմը դեռևս կարող է պահպանվել, քանի որ միջուկները և էլեկտրոնները կարող են համարվել որպես նյութի կառուցման բլոկներ, որոնք միասին պահվում են էլեկտրամագնիսական ուժերի միջոցով:

Թեև ֆիզիկան և քիմիան (որտեղ դրանք վերաբերում են նյութի կառուցվածքին) կազմում են մեկ գիտություն, կենսաբանության մեջ իր ավելի բարդ կառուցվածքներով իրավիճակը մի փոքր այլ է: Ճիշտ է, չնայած կենդանի օրգանիզմների ակնհայտ ամբողջականությանը, կենդանի և ոչ կենդանի նյութի միջև կտրուկ տարբերակում հավանաբար հնարավոր չէ անել: Կենսաբանության զարգացումը մեզ տվել է բազմաթիվ օրինակներ, որոնցից մենք կարող ենք տեսնել, որ հատուկ կենսաբանական գործառույթները կարող են իրականացվել հատուկ մեծ մոլեկուլների կամ խմբերի կամ նման մոլեկուլների շղթաների կողմից: Այս օրինակները ընդգծում են ժամանակակից կենսաբանության մեջ կենսաբանական գործընթացները որպես ֆիզիկայի և քիմիայի օրենքների հետևանքներ բացատրելու միտումը: Բայց կայունության տեսակը, որը մենք ընկալում ենք կենդանի օրգանիզմների մեջ, իր բնույթով որոշ չափով տարբերվում է ատոմի կամ բյուրեղի կայունությունից: Կենսաբանության մեջ մենք խոսում ենք ոչ թե ձևի կայունության, այլ գործընթացի կամ ֆունկցիայի կայունության մասին: Անկասկած, քվանտային մեխանիկական օրենքները շատ կարևոր դեր են խաղում կենսաբանական գործընթացներում: Օրինակ, հատուկ քվանտային մեխանիկական ուժերը կարևոր են խոշոր օրգանական մոլեկուլները և դրանց բազմազան երկրաչափական կոնֆիգուրացիաները հասկանալու համար, որոնք կարող են միայն որոշակիորեն անճշտորեն նկարագրվել քիմիական վալենտության հայեցակարգի հիման վրա: Ճառագայթման հետևանքով առաջացած կենսաբանական մուտացիաների վերաբերյալ փորձերը ցույց են տալիս և՛ քվանտային մեխանիկական օրենքների վիճակագրական բնույթի կարևորությունը, և՛ ուժեղացման մեխանիզմների առկայությունը։ Մեր նյարդային համակարգի և ժամանակակից էլեկտրոնային հաշվիչ մեքենայի աշխատանքի ընթացքում տեղի ունեցող գործընթացների սերտ անալոգիան կրկին ընդգծում է առանձին տարրական գործընթացների կարևորությունը կենդանի օրգանիզմի համար: Բայց այս բոլոր օրինակները դեռևս չեն ապացուցում, որ ֆիզիկան և քիմիան, համալրված զարգացման վարդապետությամբ, հնարավոր կդարձնեն կենդանի օրգանիզմների ամբողջական նկարագրությունը։ Կենսաբանական գործընթացները պետք է մեկնաբանվեն փորձարարական բնագետների կողմից ավելի զգուշությամբ, քան ֆիզիկայի և քիմիայի գործընթացները: Ինչպես բացատրեց Բորը, կարող է պարզվել, որ կենդանի օրգանիզմի նկարագրությունը, որը ֆիզիկոսի տեսանկյունից կարելի է ամբողջական անվանել, ընդհանրապես գոյություն չունի, քանի որ այս նկարագրությունը կպահանջի փորձեր, որոնք չափազանց ուժեղ են լինելու: հետ կոնֆլիկտ կենսաբանական գործառույթներմարմինը. Բորն այս իրավիճակը նկարագրեց այսպես. կենսաբանության մեջ մենք ավելի շուտ գործ ունենք բնության այն հատվածի հնարավորությունների իրացման հետ, որին պատկանում ենք, քան փորձերի արդյունքների, որոնք մենք ինքներս կարող ենք իրականացնել: Կոմպլեմենտարության իրավիճակը, որում այս ձևակերպումն արդյունավետ է, արտացոլվում է որպես միտում ժամանակակից կենսաբանության մեթոդների մեջ. օգտագործել հասկացություններ, որոնք վերաբերում են օրգանական բնույթի այն հատկանիշներին, որոնք չեն պարունակվում ֆիզիկայում և քիմիայում, ինչպես, օրինակ, բուն կյանքի հայեցակարգը:

Մինչ այժմ մենք իրականացրել ենք նյութի կառուցվածքի վերլուծություն մեկ ուղղությամբ՝ ատոմից մինչև ատոմներից բաղկացած ավելի բարդ կառուցվածքներ՝ ատոմային ֆիզիկայից մինչև ֆիզիկա։ ամուր, քիմիայի և վերջապես կենսաբանության։ Այժմ մենք պետք է շրջվենք հակառակ ուղղությամբ և գծենք հետազոտության գիծ ատոմի արտաքին շրջաններից մինչև ներքին շրջանները, մինչև ատոմային միջուկը և վերջապես մինչև տարրական մասնիկները: Միայն այս երկրորդ տողը մեզ կտանի, հավանաբար, դեպի նյութի միասնության ըմբռնումը։ Այստեղ պետք չէ վախենալ, որ բնորոշ կառույցներն իրենք կկործանվեն փորձերի ժամանակ։ Եթե ​​խնդիրն է փորձնականորեն ստուգել նյութի հիմնարար միասնությունը, ապա մենք կարող ենք նյութը ենթարկել հնարավոր ամենաուժեղ ուժերին, ամենածայրահեղ պայմաններին, որպեսզի տեսնենք, թե արդյոք նյութը կարող է ի վերջո փոխակերպվել որևէ այլ նյութի:

Այս ուղղությամբ առաջին քայլը ատոմային միջուկի փորձարարական վերլուծությունն էր։ Այս ուսումնասիրությունների սկզբնական շրջաններում, որոնք լրացնում են այս դարի մոտավորապես առաջին երեք տասնամյակները, ատոմային միջուկի վրա փորձեր կատարելու միակ գործիքները ռադիոակտիվ նյութերից արտանետվող ալֆա մասնիկներն էին: Այս մասնիկների օգնությամբ Ռադերֆորդին հաջողվեց 1919 թվականին փոխակերպել լույսի տարրերի ատոմային միջուկները միմյանց։ Նա կարողացավ, օրինակ, ազոտի միջուկը վերածել թթվածնի միջուկի՝ ալֆա մասնիկը կցելով ազոտի միջուկին և միևնույն ժամանակ նրանից պրոտոնը տապալելով։ Սա ատոմային միջուկների շառավիղների կարգի հեռավորությունների վրա գտնվող գործընթացի առաջին օրինակն էր, որը նման էր քիմիական գործընթացներին, բայց որը հանգեցրեց տարրերի արհեստական ​​վերափոխմանը: Հաջորդ վճռական հաջողությունը բարձր լարման սարքերում պրոտոնների արհեստական ​​արագացումն էր դեպի միջուկային փոխակերպումների համար բավարար էներգիա: Դրա համար անհրաժեշտ են մոտ մեկ միլիոն վոլտ լարման տարբերություններ, և Քոքրոֆթին և Ուոլթոնին իրենց առաջին վճռական փորձի ժամանակ հաջողվեց լիթիում տարրի ատոմային միջուկները վերածել հելիումի տարրի ատոմային միջուկների։ Այս հայտնագործությունը հետազոտության համար բացեց բոլորովին նոր դաշտ, որը կարելի է անվանել միջուկային ֆիզիկաբառի ճիշտ իմաստով և որը շատ արագ հանգեցրեց ատոմային միջուկի կառուցվածքի որակական ըմբռնմանը։

Իրականում ատոմային միջուկի կառուցվածքը շատ պարզ է ստացվել։ Ատոմային միջուկը բաղկացած է միայն երկու տարբեր տեսակի տարրական մասնիկներից։ Տարրական մասնիկներից է պրոտոնը, որը նաև ջրածնի ատոմի միջուկն է։ Մյուսը կոչվում էր նեյտրոն, մասնիկ, որն ունի մոտավորապես նույն զանգվածը, ինչ պրոտոնը և նույնպես էլեկտրականորեն չեզոք է։ Այսպիսով, յուրաքանչյուր ատոմային միջուկ կարող է բնութագրվել պրոտոնների և նեյտրոնների ընդհանուր թվով, որոնցից այն բաղկացած է: Սովորական ածխածնի ատոմի միջուկը բաղկացած է 6 պրոտոնից և 6 նեյտրոնից։ Բայց կան նաև ածխածնի ատոմների այլ միջուկներ, որոնք փոքր-ինչ ավելի հազվադեպ են. դրանք կոչվում էին առաջինի իզոտոպներ, և որոնք բաղկացած են 6 պրոտոնից և 7 նեյտրոնից և այլն: Այսպիսով, ի վերջո նրանք եկան նյութի նկարագրության, որի փոխարեն. Շատ տարբեր քիմիական տարրերից օգտագործվել են միայն երեք հիմնական միավորներ՝ երեք հիմնարար շինարարական բլոկներ՝ պրոտոն, նեյտրոն և էլեկտրոն: Ամբողջ նյութը կազմված է ատոմներից և, հետևաբար, ի վերջո կառուցված է այս երեք հիմնական շինանյութերից: Սա, իհարկե, չի նշանակում նյութի միասնություն, բայց, անկասկած, նշանակում է կարևոր քայլ դեպի այս միասնությունը և, ինչն առավել քան կարևոր էր, նշանակում է էական պարզեցում։ Ճիշտ է, դեռ երկար ճանապարհ կար ատոմային միջուկի այս հիմնական շինանյութերի իմացությունից մինչև դրա կառուցվածքի ամբողջական ընկալումը: Այստեղ խնդիրը որոշակիորեն տարբերվում էր ատոմի արտաքին թաղանթի հետ կապված համապատասխան խնդրից՝ լուծված 20-ականների կեսերին։ Էլեկտրոնային թաղանթի դեպքում մասնիկների միջև եղած ուժերը հայտնի էին մեծ ճշգրտությամբ, բայց բացի այդ, պետք էր գտնել դինամիկ օրենքներ, որոնք ի վերջո ձևակերպվեցին քվանտային մեխանիկայի մեջ։ Ատոմային միջուկի դեպքում միանգամայն հնարավոր էր ենթադրել, որ դինամիկ օրենքները հիմնականում քվանտային տեսության օրենքներն էին, բայց այստեղ մասնիկների միջև ուժերը հիմնականում անհայտ էին։ Դրանք պետք է ստացվեին ատոմային միջուկների փորձարարական հատկություններից։ Այս խնդիրը դեռ ամբողջությամբ չի կարող լուծվել։ Իշխանությունները, հավանաբար, դա չունեն պարզ տեսակ, ինչպես արտաքին թաղանթներում գտնվող էլեկտրոնների միջև էլեկտրաստատիկ ուժերի դեպքում, և, հետևաբար, ատոմային միջուկների հատկությունները մաթեմատիկորեն ավելի բարդ ուժերից պարզելը ավելի դժվար է, և, ի լրումն, առաջընթացը խոչընդոտվում է փորձերի անճշտության պատճառով: Բայց միջուկի կառուցվածքի մասին որակական պատկերացումները շատ որոշակի ձև են ստացել։

Ի վերջո, որպես վերջին ամենակարեւոր խնդիրըմնում է նյութի միասնության խնդիրը։ Արդյո՞ք այս տարրական մասնիկները՝ պրոտոնը, նեյտրոնը և էլեկտրոնը, նյութի վերջին, անլուծելի շինանյութն են, այլ կերպ ասած՝ «ատոմներ»՝ Դեմոկրիտոսի փիլիսոփայության իմաստով, առանց որևէ փոխադարձ կապի (բացի նրանց միջև գործող ուժերից), թե՞ դրանք միայն նույն տեսակի նյութի տարբեր ձևեր են: Ավելին, կարո՞ղ են դրանք փոխակերպվել միմյանց կամ նույնիսկ նյութի այլ ձևերի: Եթե ​​այս խնդիրը պետք է լուծվի փորձարարական եղանակով, ապա դրա համար անհրաժեշտ են ատոմային մասնիկների վրա կենտրոնացված ուժեր և էներգիաներ, որոնք պետք է շատ անգամ ավելի մեծ լինեն, քան նրանք, որոնք օգտագործվել են ատոմի միջուկը ուսումնասիրելու համար: Քանի որ ատոմային միջուկներում էներգիայի պաշարները բավականաչափ մեծ չեն մեզ նման փորձեր իրականացնելու համար միջոցներ տրամադրելու համար, ֆիզիկոսները կամ պետք է օգտվեն տարածության ուժերից, այսինքն՝ աստղերի միջև, աստղերի մակերեսի վրա, կամ նրանք պետք է վստահեն ինժեներների հմտությանը:

Իրականում երկու ճանապարհներով էլ առաջընթաց է գրանցվել։ Առաջին հերթին ֆիզիկոսներն օգտագործել են այսպես կոչված տիեզերական ճառագայթումը։ Աստղերի մակերևույթի էլեկտրամագնիսական դաշտերը, որոնք տարածվում են հսկա տարածությունների վրա, բարենպաստ պայմաններում կարող են արագացնել լիցքավորված ատոմային մասնիկներ, էլեկտրոններ և ատոմային միջուկներ, որոնք, ինչպես պարզվեց, իրենց ավելի մեծ իներցիայի շնորհիվ ավելի շատ հնարավորություններ ունեն մնալու արագացող դաշտում։ ավելի երկար ժամանակ, և երբ դրանք ավարտվում են աստղի մակերևույթը թողնելով դատարկ տարածության մեջ, երբեմն նրանց հաջողվում է անցնել միլիարդավոր վոլտ հզորությամբ պոտենցիալ դաշտերով: Հետագա արագացումը, բարենպաստ պայմաններում, տեղի է ունենում աստղերի միջև փոփոխվող մագնիսական դաշտերում: Ամեն դեպքում, պարզվում է, որ ատոմային միջուկները երկար ժամանակ պահվում են Գալակտիկայի տարածության մեջ մագնիսական դաշտերի փոփոխման միջոցով, և վերջում նրանք այդպիսով լրացնում են Գալակտիկայի տարածությունը տիեզերական ճառագայթում կոչվողով։ Այս ճառագայթումը Երկիր է հասնում դրսից և, հետևաբար, բաղկացած է բոլոր հնարավոր ատոմային միջուկներից՝ ջրածնից, հելիումից և ավելի ծանր տարրերից, որոնց էներգիաները տատանվում են մոտավորապես հարյուրավոր կամ հազարավոր միլիոնավոր էլեկտրոն վոլտերից մինչև միլիոն անգամ ավելի մեծ արժեքներ: Երբ այս բարձր բարձրության ճառագայթման մասնիկները մտնում են Երկրի մթնոլորտի վերին շերտերը, նրանք այստեղ բախվում են մթնոլորտի ազոտի կամ թթվածնի ատոմներին կամ տիեզերական ճառագայթմանը ենթարկվող ինչ-որ փորձարարական սարքի ատոմներին: Այնուհետև կարելի է ուսումնասիրել միջամտության արդյունքները:

Մեկ այլ հնարավորություն է կառուցել շատ մեծ մասնիկների արագացուցիչներ: Նրանց համար որպես նախատիպ կարելի է համարել այսպես կոչված ցիկլոտրոնը, որը նախագծվել է Կալիֆորնիայում երեսունականների սկզբին Լոուրենսի կողմից։ Այս կայանքների նախագծման հիմնական գաղափարն այն է, որ ուժեղ մագնիսական դաշտի շնորհիվ լիցքավորված ատոմային մասնիկները ստիպված են լինում մի քանի անգամ պտտվել շրջանագծի մեջ, որպեսզի դրանք նորից ու նորից արագացվեն էլեկտրական դաշտի միջոցով այս շրջանաձև ճանապարհով: Կայքեր, որոնցում կարելի է հասնել հարյուր միլիոնավոր էլեկտրոն վոլտ էներգիայի, այժմ գործում են աշխարհի շատ վայրերում, հիմնականում՝ Մեծ Բրիտանիայում: Եվրոպական 12 երկրների համագործակցության շնորհիվ Ժնևում կառուցվում է նման շատ մեծ արագացուցիչ, որը, հուսով են, կարտադրի պրոտոններ մինչև 25 միլիոն էլեկտրոն վոլտ էներգիայով: Տիեզերական ճառագայթման կամ շատ մեծ արագացուցիչների միջոցով իրականացված փորձերը բացահայտել են նյութի հետաքրքիր նոր առանձնահատկություններ։ Բացի նյութի երեք հիմնական շինանյութերից՝ էլեկտրոն, պրոտոն և նեյտրոն, հայտնաբերվել են նոր տարրական մասնիկներ, որոնք առաջանում են այդ գործընթացներում: բարձր էներգիաներբախումներ և որոնք չափազանց կարճ ժամանակահատվածներից հետո անհետանում են՝ վերածվելով այլ տարրական մասնիկների։ Նոր տարրական մասնիկներն ունեն հատկություններ, որոնք նման են հին մասնիկներին, բացառությամբ դրանց անկայունության: Նոր տարրական մասնիկների մեջ նույնիսկ ամենակայուններն ունեն վայրկյանի մեկ միլիոներորդական կյանքի տևողությունը, մինչդեռ մյուսների կյանքի տևողությունը հարյուրավոր կամ հազարավոր անգամ ավելի կարճ է: Ներկայումս հայտնի են տարրական մասնիկների մոտավորապես 25 տարբեր տեսակներ։ Դրանցից «ամենաերիտասարդը» բացասական լիցքավորված պրոտոնն է, որը կոչվում է հակապրոտոն։

Առաջին հայացքից թվում է, որ այս արդյունքները կրկին հեռացնում են նյութի միասնության մասին պատկերացումները, քանի որ նյութի հիմնարար շինարարական բլոկների թիվը, թվում է, նորից աճել է՝ հասնելով տարբեր քիմիական տարրերի թվի համեմատելի թվի: Բայց սա կլինի իրերի իրական վիճակի ոչ ճշգրիտ մեկնաբանություն: Ի վերջո, փորձերը միաժամանակ ցույց տվեցին, որ մասնիկները առաջանում են այլ մասնիկներից և կարող են փոխակերպվել այլ մասնիկների, որ դրանք ձևավորվում են պարզապես նման մասնիկների կինետիկ էներգիայից և կարող են նորից անհետանալ, որպեսզի այլ մասնիկներ առաջանան դրանցից: Հետևաբար, այլ կերպ ասած՝ փորձերը ցույց տվեցին նյութի ամբողջական փոխակերպելիությունը։ Բավականին բարձր էներգիայի բախման բոլոր տարրական մասնիկները կարող են վերածվել այլ մասնիկների կամ պարզապես կարող են ստեղծվել կինետիկ էներգիայից. և դրանք կարող են վերածվել էներգիայի, ինչպիսին է ճառագայթումը: Հետևաբար, մենք այստեղ ունենք նյութի միասնության փաստացի վերջնական ապացույցը։ Բոլոր տարրական մասնիկները «պատրաստված են» նույն նյութից, նույն նյութից, որը մենք այժմ կարող ենք անվանել էներգիա կամ համընդհանուր նյութ; դրանք միայն տարբեր ձևեր են, որոնցում նյութը կարող է դրսևորվել:

Եթե ​​այս իրավիճակը համեմատենք Արիստոտելի նյութի և ձևի հայեցակարգի հետ, ապա կարող ենք ասել, որ Արիստոտելի նյութը, որը հիմնականում «պոտենցիա» էր, այսինքն՝ հնարավորություն, պետք է համեմատել էներգիայի մեր հայեցակարգի հետ. երբ տարրական մասնիկ է ծնվում, էներգիան բացահայտվում է ձևի միջոցով՝ որպես նյութական իրականություն:

Ժամանակակից ֆիզիկան, բնականաբար, չի կարող բավարարվել նյութի հիմնական կառուցվածքի միայն որակական նկարագրությամբ. այն պետք է փորձի մանրակրկիտ իրականացված փորձերի հիման վրա խորացնել վերլուծությունը բնության օրենքների մաթեմատիկական ձևակերպմանը, որոնք որոշում են նյութի ձևերը, մասնավորապես տարրական մասնիկները և նրանց ուժերը: Ֆիզիկայի այս մասում նյութի և ուժի կամ ուժի և նյութի միջև հստակ տարբերակում այլևս չի կարելի անել, քանի որ ցանկացած տարրական մասնիկ ոչ միայն ինքն է առաջացնում ուժեր և ինքն է զգում ուժերի ազդեցությունը, այլև միևնույն ժամանակ ինքն է ներկայացնում այս դեպքում։ որոշակի ուժային դաշտ. Ալիքների և մասնիկների քվանտային մեխանիկական դուալիզմն է պատճառը, որ նույն իրականությունը դրսևորվում է և՛ նյութի, և՛ ուժի տեսքով:

Տարրական մասնիկների աշխարհում բնության օրենքների մաթեմատիկական նկարագրություն գտնելու բոլոր փորձերը մինչ այժմ սկսվել են ալիքային դաշտերի քվանտային տեսությունից: Այս ոլորտում տեսական հետազոտություններ իրականացվել են երեսունականների սկզբին: Բայց արդեն առաջին աշխատանքները այս ոլորտում բացահայտեցին շատ լուրջ դժվարություններ այն ոլորտում, որտեղ նրանք փորձեցին համատեղել քվանտային տեսությունը հարաբերականության հատուկ տեսության հետ: Առաջին հայացքից թվում է, թե երկու տեսությունները՝ քվանտը և հարաբերականությունը, վերաբերում են բնության այնպիսի տարբեր ասպեկտներին, որ գործնականում չեն կարող որևէ կերպ ազդել միմյանց վրա, և, հետևաբար, երկու տեսությունների պահանջները պետք է հեշտությամբ կատարվեն նույն ձևականությամբ: Բայց ավելի ճշգրիտ ուսումնասիրությունը ցույց տվեց, որ այս երկու տեսություններն էլ որոշակի կետում հակասության մեջ են մտնում, ինչի արդյունքում առաջանում են հետագա բոլոր դժվարությունները։

Հարաբերականության հատուկ տեսությունը բացահայտեց տարածության և ժամանակի կառուցվածք, որը որոշ չափով տարբերվում էր Նյուտոնյան մեխանիկայի ստեղծումից ի վեր իրենց վերագրվող կառուցվածքից։ Այս նորահայտ կառույցի ամենաբնորոշ առանձնահատկությունը առավելագույն արագության առկայությունն է, որը չի կարող գերազանցել ոչ մի շարժվող մարմին կամ տարածող ազդանշան, այսինքն՝ լույսի արագությունը։ Որպես հետևանք, երկու իրադարձություն, որոնք տեղի են ունենում միմյանցից շատ հեռու երկու կետերում, չեն կարող ունենալ որևէ ուղղակի պատճառահետևանքային կապ, եթե դրանք տեղի են ունենում ժամանակի այնպիսի պահերին, որ առաջին իրադարձության պահին այս կետից դուրս եկող լուսային ազդանշանը հասնում է միայն մյուսին: մեկ այլ իրադարձության պահից հետո և հակառակը։ Այս դեպքում երկու իրադարձություններն էլ կարելի է միաժամանակ անվանել։ Քանի որ որևէ տեսակի ազդեցություն չի կարող փոխանցվել մի գործընթացից ժամանակի մի կետում մյուս գործընթացին ժամանակի մեկ այլ կետում, երկու գործընթացները չեն կարող կապված լինել որևէ ֆիզիկական ազդեցությամբ:

Այդ իսկ պատճառով գործողությունը երկար հեռավորությունների վրա, ինչպես դա երևում է Նյուտոնի մեխանիկայի գրավիտացիոն ուժերի դեպքում, անհամատեղելի է հարաբերականության հատուկ տեսության հետ։ Նոր տեսությունը պետք է փոխարիներ նման գործողությունը «կարճ հեռահարության գործողությամբ», այսինքն՝ ուժի փոխանցում միայն մի կետից անմիջապես հարակից կետ։ Բնական մաթեմատիկական արտահայտությունԱյս տեսակի փոխազդեցությունները պարզվեց, որ դիֆերենցիալ հավասարումներ են ալիքների կամ դաշտերի համար, որոնք անփոփոխ են Լորենցի փոխակերպման ներքո: Նման դիֆերենցիալ հավասարումները բացառում են միաժամանակյա իրադարձությունների անմիջական ազդեցությունը միմյանց վրա:

Հետևաբար, հարաբերականության հատուկ տեսությամբ արտահայտված տարածության և ժամանակի կառուցվածքը չափազանց կտրուկ սահմանազատում է միաժամանակության այն շրջանը, որտեղ ոչ մի ազդեցություն չի կարող փոխանցվել, այլ շրջաններից, որտեղ կարող է տեղի ունենալ մի գործընթացի անմիջական ազդեցությունը մյուսի վրա։

Մյուս կողմից, քվանտային տեսության անորոշության հարաբերակցությունը կոշտ սահման է սահմանում ճշգրտության վրա, որով կոորդինատները և մոմենտը կամ ժամանակի և էներգիայի պահերը կարող են միաժամանակ չափվել: Քանի որ չափազանց սուր սահմանը նշանակում է տարածության և ժամանակի դիրքորոշման անսահման ճշգրտություն, համապատասխան իմպուլսներն ու էներգիաները պետք է լիովին անորոշ լինեն, այսինքն՝ ճնշող հավանականությամբ գործընթացները պետք է առաջին պլան գան նույնիսկ կամայական մեծ իմպուլսներով և էներգիաներով: Հետևաբար, ցանկացած տեսություն, որը միաժամանակ բավարարում է հարաբերականության հատուկ տեսության և քվանտային տեսության պահանջները, պարզվում է, որ հանգեցնում է մաթեմատիկական հակասությունների, մասնավորապես՝ շատ բարձր էներգիաների և մոմենտի տարածաշրջանում տարաձայնությունների։ Այս եզրակացությունները կարող են պարտադիր բնույթ չունենալ, քանի որ այստեղ դիտարկվող ցանկացած ձևականություն շատ բարդ է, և հնարավոր է նաև, որ գտնվեն մաթեմատիկական միջոցներ, որոնք կօգնեն վերացնել հարաբերականության տեսության և քվանտի միջև առկա հակասությունը: տեսություն։ Բայց մինչ այժմ բոլոր մաթեմատիկական սխեմաները, որոնք ուսումնասիրվել են, իրականում հանգեցրել են նման տարաձայնությունների, այսինքն՝ մաթեմատիկական հակասությունների, կամ էլ անբավարար են դարձել երկու տեսությունների բոլոր պահանջները բավարարելու համար։ Ավելին, ակնհայտ էր, որ դժվարություններն իրականում բխում էին հենց նոր քննարկված կետից։

Այն կետը, երբ կոնվերգենտ մաթեմատիկական սխեմաները չեն բավարարում հարաբերականության տեսության կամ քվանտային տեսության պահանջներին, ինքնին շատ հետաքրքիր էր։ Այս սխեմաներից մեկը հանգեցրեց, օրինակ, երբ այն փորձվեց մեկնաբանվել տարածության և ժամանակի իրական գործընթացների օգնությամբ, մի տեսակ ժամանակի հակադարձման. այն նկարագրում էր գործընթացներ, որոնցում մի քանի տարրական մասնիկներ հանկարծակի ծնվում էին որոշակի կետում, և այդ գործընթացի էներգիան մատակարարվում էր միայն ավելի ուշ՝ տարրական մասնիկների միջև բախման որոշ այլ գործընթացների պատճառով: Ֆիզիկոսները, իրենց փորձերի հիման վրա, համոզված են, որ նման գործընթացները բնության մեջ տեղի չեն ունենում, համենայն դեպս, երբ երկու գործընթացներն էլ միմյանցից բաժանված են տարածության և ժամանակի որոշակի չափելի հեռավորությամբ:

Մեկ այլ տեսական սխեմայի մեջ փորձ է արվել վերացնել ֆորմալիզմի տարաձայնությունները մաթեմատիկական գործընթացի հիման վրա, որը կոչվում էր «վերանորմալացում»: Այս գործընթացը բաղկացած է նրանից, որ ֆորմալիզմի անսահմանությունները կարող են տեղափոխվել մի տեղ, որտեղ նրանք չեն կարող խանգարել դիտվող մեծությունների միջև խիստ սահմանված հարաբերություններ ձեռք բերելուն: Իրոք, այս սխեման արդեն որոշակի չափով հանգեցրել է քվանտային էլեկտրադինամիկայի որոշիչ առաջընթացի, քանի որ այն ապահովում է որոշ չափերի հաշվարկման մեթոդ. հետաքրքիր առանձնահատկություններջրածնի սպեկտրում, որոնք նախկինում անբացատրելի էին։ Այս մաթեմատիկական սխեմայի ավելի ճշգրիտ վերլուծությունը, սակայն, թույլ տվեց եզրակացնել, որ այն մեծությունները, որոնք սովորական քվանտային տեսության մեջ պետք է մեկնաբանվեն որպես հավանականություններ, այս դեպքում, որոշակի հանգամանքներում, վերանորմալացման գործընթացն իրականացնելուց հետո, կարող են դառնալ բացասական: Սա, իհարկե, կբացառի մատերիայի նկարագրության ֆորմալիզմի հետևողական մեկնաբանությունը, քանի որ բացասական հավանականությունը անիմաստ հասկացություն է:

Այսպիսով, մենք արդեն հասել ենք այն խնդիրներին, որոնք այժմ գտնվում են ժամանակակից ֆիզիկայի քննարկումների կենտրոնում։ Լուծումը մի օր կստացվի անընդհատ հարստացող փորձարարական նյութի շնորհիվ, որը ձեռք է բերվում տարրական մասնիկների, դրանց ստեղծման և ոչնչացման և նրանց միջև գործող ուժերի ավելի ու ավելի ճշգրիտ չափումների միջոցով: Այս դժվարությունների համար հնարավոր լուծումներ փնտրելիս կարող է արժե հիշել, որ վերը քննարկված ժամանակի հետադարձման նման ակնհայտ գործընթացները չեն կարող բացառվել փորձարարական տվյալների հիման վրա, եթե դրանք տեղի են ունենում միայն շատ փոքր տարածա-ժամանակային շրջաններում, որոնցում դեռևս անհնար է մանրամասնորեն հետևել գործընթացներին մեր ներկայիս փորձարարական սարքավորումներով: Իհարկե, հաշվի առնելով մեր գիտելիքների ներկա վիճակը, մենք հազիվ թե պատրաստ լինենք ընդունել նման գործընթացների հնարավորությունը ժամանակի հետընթացով, եթե դա ենթադրում է ֆիզիկայի զարգացման ավելի ուշ փուլում նման գործընթացները դիտարկելու հնարավորություն, ինչպես սովորական: նկատվում են ատոմային գործընթացներ. Բայց այստեղ քվանտային տեսության և հարաբերականության վերլուծության համեմատությունը թույլ է տալիս խնդիրը ներկայացնել նոր լույսի ներքո։

Հարաբերականության տեսությունը կապված է բնության համընդհանուր հաստատունի՝ լույսի արագության հետ։ Այս հաստատունը որոշիչ նշանակություն ունի տարածության և ժամանակի միջև կապ հաստատելու համար և, հետևաբար, ինքնին պետք է պարունակվի բնության ցանկացած օրենքում, որը բավարարում է Լորենցի փոխակերպումների անփոփոխության պահանջները: Մեր սովորական լեզուն և դասական ֆիզիկայի հասկացությունները կարող են կիրառվել միայն այն երևույթների վրա, որոնց դեպքում լույսի արագությունը գործնականում անսահման մեծ է: Եթե ​​մենք մեր փորձերում մոտենանք լույսի արագությանը ցանկացած ձևով, մենք պետք է պատրաստ լինենք հանդիպելու արդյունքների, որոնք այլևս չեն կարող բացատրվել այս սովորական հասկացություններով:

Քվանտային տեսությունը կապված է բնության մեկ այլ ունիվերսալ հաստատունի հետ՝ Պլանկի գործողության քվանտի հետ: Տարածության և ժամանակի գործընթացների օբյեկտիվ նկարագրությունը հնարավոր է միայն այն դեպքում, երբ գործ ունենք համեմատաբար մեծ մասշտաբների առարկաների և գործընթացների հետ, և հենց այդ ժամանակ Պլանկի հաստատունը կարելի է համարել գործնականում անսահման փոքր։ Երբ մենք մեր փորձերում մոտենում ենք այն տարածաշրջանին, որտեղ Պլանկի գործողության քվանտը դառնում է նշանակալի, մենք բախվում ենք սովորական հասկացությունների կիրառման բոլոր այն դժվարություններին, որոնք քննարկվել են այս գրքի նախորդ գլուխներում:

Բայց պետք է լինի բնության երրորդ համընդհանուր հաստատունը: Սա ուղղակի, ինչպես ասում են ֆիզիկոսները, բխում է ծավալային նկատառումներից: Համընդհանուր հաստատունները որոշում են բնության մասշտաբների մեծությունները, որոնք մեզ տալիս են բնորոշ մեծություններ, որոնց կարելի է կրճատել բնության բոլոր այլ մեծությունները: Այդպիսի միավորների ամբողջական փաթեթի համար, սակայն, պահանջվում է երեք հիմնական միավոր: Սա ամենահեշտ կարելի է եզրակացնել սովորական միավորների կոնվենցիաներից, ինչպիսիք են ֆիզիկոսների կողմից CQS (սանտիմետր-գրամ-վայրկյան) համակարգի օգտագործումը: Երկարության միավորը, ժամանակի միավորը և զանգվածի միավորը միասին բավարար են ամբողջական համակարգ ձևավորելու համար: Պահանջվում է առնվազն երեք հիմնական միավոր: Դրանք կարող են փոխարինվել նաև երկարության, արագության և զանգվածի միավորներով, կամ երկարության, արագության և էներգիայի միավորներով և այլն։ Բայց երեք հիմնական միավորներն ամեն դեպքում անհրաժեշտ են։ Լույսի արագությունը և Պլանկի գործողության քվանտը մեզ տալիս են, սակայն, այս մեծություններից միայն երկուսը: Պետք է լինի երրորդը, և միայն նման երրորդ միավոր պարունակող տեսությունը կարող է հանգեցնել տարրական մասնիկների զանգվածների և այլ հատկությունների որոշմանը: Ելնելով տարրական մասնիկների մեր ժամանակակից գիտելիքներից, ապա, հավանաբար, երրորդ համընդհանուր հաստատունը ներմուծելու ամենապարզ և ընդունելի ձևը ենթադրությունն է, որ կա 10-13 սմ մեծության կարգի համընդհանուր երկարություն, երկարություն, հետևաբար, համեմատելի: մոտավորապես թոքերի ատոմային միջուկների շառավիղներին: Եթե ​​ից. այս երեք միավորները կազմում են արտահայտություն, որն ունի զանգվածի չափ, այնուհետև այս զանգվածն ունի սովորական տարրական մասնիկների զանգվածի մեծության կարգը։

Եթե ​​ենթադրենք, որ բնության օրենքներն իրականում պարունակում են երկարության նման երրորդ ունիվերսալ հաստատուն 10-13 սմ-ի չափով, ապա միանգամայն հնարավոր է, որ մեր սովորական հասկացությունները կարող են կիրառվել միայն տարածության և ժամանակի այնպիսի տարածքների վրա, որոնք մեծ են: երկարության այս համընդհանուր հաստատունի համեմատությամբ։ Երբ մենք մեր փորձերում մոտենում ենք տարածության և ժամանակի այն տարածքներին, որոնք փոքր են ատոմային միջուկների շառավիղների համեմատ, մենք պետք է պատրաստ լինենք այն փաստին, որ նկատվելու են որակապես նոր բնույթի գործընթացներ: Ժամանակի հակադարձման ֆենոմենը, որը նշվեց վերևում և առայժմ միայն որպես տեսական նկատառումներից բխող հնարավորություն, կարող էր պատկանել այս ամենափոքր տարածա-ժամանակային շրջաններին: Եթե ​​այո, ապա հավանաբար այն դիտարկելի չէր լինի այնպես, որ համապատասխան գործընթացը հնարավոր լիներ նկարագրել դասական տերմիններով: Եվ այնուամենայնիվ, այնքանով, որքանով նման գործընթացները կարելի է նկարագրել դասական հասկացություններով, դրանք պետք է նաև բացահայտեն ժամանակի ընթացքում հաջորդականության դասական կարգը: Բայց մինչ այժմ շատ քիչ բան է հայտնի ամենափոքր տարածություն-ժամանակային շրջաններում տեղի ունեցող գործընթացների մասին, կամ (որը, ըստ անորոշության հարաբերակցության, մոտավորապես համապատասխանում է այս հայտարարությանը) ամենաբարձր փոխանցվող էներգիաների և իմպուլսների դեպքում:

Տարրական մասնիկների վրա փորձերի հիման վրա ավելի մեծ գիտելիքներ ձեռք բերելու բնության օրենքների մասին, որոնք որոշում են նյութի կառուցվածքը և դրանով իսկ տարրական մասնիկների կառուցվածքը, սիմետրիայի որոշակի հատկություններ հատկապես կարևոր դեր են խաղում: Հիշում ենք, որ Պլատոնի փիլիսոփայության մեջ նյութի ամենափոքր մասնիկները բացարձակ սիմետրիկ գոյացություններ էին, մասնավորապես կանոնավոր մարմիններ՝ խորանարդ, ութանիստ, իկոսաեդրոն, քառաեդրոն։ Ժամանակակից ֆիզիկայում, սակայն, այս հատուկ սիմետրիկ խմբերը, որոնք առաջանում են եռաչափ տարածության մեջ պտույտների խմբից, այլևս ուշադրության կենտրոնում չեն: Այն, ինչ տեղի է ունենում ժամանակակից ժամանակների բնական գիտություններում, ոչ մի կերպ տարածական ձև չէ, այլ ներկայացնում է օրենք, հետևաբար, որոշ չափով տարածություն-ժամանակի ձև, և հետևաբար մեր ֆիզիկայում օգտագործվող համաչափությունները միշտ պետք է վերաբերվեն տարածությանը և միասին ժամանակ. Սակայն սիմետրիայի որոշ տեսակներ իրականում ամենակարևոր դերն են խաղում մասնիկների տեսության մեջ:

Մենք դրանք գիտենք էմպիրիկ՝ այսպես կոչված պահպանման օրենքների և քվանտային թվերի համակարգի շնորհիվ, որոնց օգնությամբ մենք կարող ենք ըստ փորձի դասավորել տարրական մասնիկների աշխարհում իրադարձությունները։ Մենք կարող ենք դրանք արտահայտել մաթեմատիկորեն՝ պահանջելով, որ նյութի համար բնության հիմնարար օրենքը անփոփոխ լինի փոխակերպումների որոշակի խմբերի դեպքում: Այս փոխակերպման խմբերը համաչափության հատկությունների ամենապարզ մաթեմատիկական արտահայտությունն են։ Դրանք ժամանակակից ֆիզիկայում հայտնվում են Պլատոնի պինդ մարմինների փոխարեն։ Այստեղ հակիրճ թվարկված են ամենակարևորները:

Այսպես կոչված Լորենցի փոխակերպումների խումբը բնութագրում է հարաբերականության հատուկ տեսության կողմից բացահայտված տարածության և ժամանակի կառուցվածքը։

Պաուլիի և Գյուրշիի կողմից ուսումնասիրված խումբն իր կառուցվածքով համապատասխանում է եռաչափ տարածական պտույտների խմբին. այն իզոմորֆ է դրա համար, ինչպես ասում են մաթեմատիկոսները, և դրսևորվում է քվանտային թվի տեսքով, որը էմպիրիկորեն հայտնաբերվել է տարրական քսան մասնիկների մեջ: -հինգ տարի առաջ և կոչվում էր «իսոսպին»:

Հաջորդ երկու խմբերը, որոնք պաշտոնապես վարվում են որպես կոշտ առանցքի շուրջ պտույտների խմբեր, հանգեցնում են լիցքի, բարիոնների և լեպտոնների քանակի պահպանման օրենքներին։

Ի վերջո, բնության օրենքները նույնպես պետք է անփոփոխ լինեն որոշակի արտացոլման գործողությունների ներքո, որոնք այստեղ մանրամասն թվարկելու կարիք չկա: Այս հարցում Լիի և Յանի ուսումնասիրությունները պարզվեցին, որ հատկապես կարևոր և արգասաբեր են եղել, համաձայն այն մտքի, որ պարիտետ կոչվող մեծությունը, որի համար նախկինում ենթադրվում էր, որ պահպանության օրենքը վավեր է, իրականում չի համապատասխանում. պահպանված.

Համաչափության բոլոր հատկությունները, որոնք հայտնի են մինչ այժմ, կարող են արտահայտվել պարզ հավասարման միջոցով: Ավելին, սա նշանակում է, որ այս հավասարումը անփոփոխ է փոխակերպումների բոլոր անվանված խմբերի նկատմամբ, և, հետևաբար, կարելի է կարծել, որ այս հավասարումն արդեն իսկ ճիշտ արտացոլում է նյութի բնության օրենքները։ Բայց այս հարցի լուծումը դեռևս չկա.

Քվանտային ֆիզիկաարմատապես փոխեց մեր պատկերացումները աշխարհի մասին: Ըստ քվանտային ֆիզիկայի, մենք կարող ենք ազդել երիտասարդացման գործընթացի վրա մեր գիտակցությամբ:

Ինչու է դա հնարավոր:Քվանտային ֆիզիկայի տեսանկյունից մեր իրականությունը մաքուր ներուժի աղբյուր է, հումքի աղբյուր, որից կազմված են մեր մարմինը, մեր միտքը և ամբողջ Տիեզերքը: Համընդհանուր էներգիան և տեղեկատվական դաշտը երբեք չեն դադարում փոխվել և փոխակերպվել ամեն վայրկյան վերածվելով ինչ-որ նորության:

20-րդ դարում ենթաատոմային մասնիկների և ֆոտոնների հետ ֆիզիկայի փորձերի ժամանակ պարզվեց, որ փորձը դիտարկելու փաստը փոխում է դրա արդյունքները։ Այն, ինչի վրա մենք կենտրոնացնում ենք մեր ուշադրությունը, կարող է արձագանքել:

Այս փաստը հաստատում է դասական փորձը, որն ամեն անգամ զարմացնում է գիտնականներին։ Այն կրկնվել է բազմաթիվ լաբորատորիաներում ու միշտ նույն արդյունքներն են ստացվել։

Այս փորձի համար պատրաստվել է լույսի աղբյուր և երկու ճեղքերով էկրան։ Լույսի աղբյուրը մի սարք էր, որը «կրակում էր» ֆոտոնները միայնակ իմպուլսների տեսքով։

Հետազոտվել է փորձի առաջընթացը։ Փորձի ավարտից հետո լուսանկարչական թղթի վրա, որը գտնվում էր ճեղքերի հետևում, տեսանելի էին երկու ուղղահայաց գծեր։ Սրանք ֆոտոնների հետքեր են, որոնք անցել են ճեղքերով և լուսավորել լուսանկարչական թուղթը։

Երբ այս փորձը կրկնվեց ավտոմատ կերպով, առանց մարդու միջամտության, լուսանկարչական թղթի վրա պատկերը փոխվեց.

Եթե ​​հետազոտողը միացրել է սարքն ու հեռանալ, իսկ 20 րոպե անց լուսանկարչական թուղթը մշակվել է, ապա դրա վրա ոչ թե երկու, այլ բազմաթիվ ուղղահայաց գծեր են հայտնաբերվել։ Սրանք ճառագայթման հետքեր էին։ Բայց նկարչությունն այլ էր.

Լուսանկարչական թղթի վրա հետքի կառուցվածքը նման էր ճեղքերով անցած ալիքի հետքին Լույսը կարող է դրսևորել ալիքի կամ մասնիկի հատկությունները:

Դիտարկման պարզ փաստի արդյունքում ալիքը անհետանում է և վերածվում մասնիկների։ Եթե ​​դուք չեք դիտում, լուսանկարչական թղթի վրա հայտնվում է ալիքի հետքը: Այս ֆիզիկական երևույթը կոչվում է «Դիտորդի էֆեկտ»:

Նույն արդյունքները ստացվել են այլ մասնիկների հետ։ Փորձերը բազմիցս կրկնվել են, բայց ամեն անգամ դրանք զարմացրել են գիտնականներին։ Այսպիսով, պարզվեց, որ քվանտային մակարդակում նյութը արձագանքում է մարդու ուշադրությանը։ Սա նորություն էր ֆիզիկայի մեջ:

Ժամանակակից ֆիզիկայի հասկացությունների համաձայն՝ ամեն ինչ նյութականանում է դատարկությունից։ Այս դատարկությունը կոչվում է «քվանտային դաշտ», «զրոյական դաշտ» կամ «մատրիցան»: Դատարկությունը պարունակում է էներգիա, որը կարող է վերածվել նյութի:

Նյութը բաղկացած է կենտրոնացված էներգիայից - դա է հիմնարար բացահայտում 20-րդ դարի ֆիզիկա.

Ատոմում պինդ մասեր չկան։ Օբյեկտները կազմված են ատոմներից։ Բայց ինչո՞ւ են առարկաները ամուր: Աղյուսե պատին դրված մատը չի անցնում դրա միջով: Ինչո՞ւ։ Դա պայմանավորված է ատոմների հաճախականության բնութագրերի և էլեկտրական լիցքերի տարբերություններով: Ատոմների յուրաքանչյուր տեսակ ունի իր թրթռման հաճախականությունը: Սա որոշում է տարբերությունները ֆիզիկական հատկություններիրեր. Եթե ​​հնարավոր լիներ փոխել մարմինը կազմող ատոմների թրթռման հաճախականությունը, ապա մարդը կկարողանար անցնել պատերի միջով։ Բայց ձեռքի ատոմների և պատի ատոմների թրթռման հաճախականությունները մոտ են։ Հետեւաբար, մատը հենվում է պատին:

Ցանկացած տեսակի փոխազդեցության համար անհրաժեշտ է հաճախականության ռեզոնանս:

Հեշտ է հասկանալ պարզ օրինակ. Եթե ​​լապտերը լուսավորեք քարե պատի վրա, լույսը կփակվի պատով: Այնուամենայնիվ, բջջային հեռախոսի ճառագայթումը հեշտությամբ կանցնի այս պատի միջով: Ամեն ինչ վերաբերում է լապտերի և բջջային հեռախոսի ճառագայթման հաճախականությունների տարբերություններին: Մինչ դուք կարդում եք այս տեքստը, ձեր մարմնով անցնում են տարբեր ճառագայթման հոսքեր: Սա տիեզերական ճառագայթում է, ռադիոազդանշաններ, ազդանշաններ միլիոնավոր բջջային հեռախոսներից, ճառագայթում, որը գալիս է երկրից, արեւային ճառագայթում, կենցաղային տեխնիկայից առաջացած ճառագայթումը և այլն։

Դուք դա չեք զգում, քանի որ դուք կարող եք տեսնել միայն լույսը և լսել միայն ձայնը:Նույնիսկ եթե դուք լուռ նստում եք փակ աչքերով, ձեր գլխով անցնում են միլիոնավոր հեռախոսային խոսակցություններ, հեռուստատեսային լուրերի նկարներ և ռադիոհաղորդագրություններ: Դուք դա չեք ընկալում, քանի որ ձեր մարմինը կազմող ատոմների և ճառագայթման միջև հաճախականության ռեզոնանս չկա: Բայց եթե ռեզոնանս կա, ուրեմն անմիջապես արձագանքում ես։ Օրինակ, երբ հիշում եք սիրելիին, ով պարզապես մտածում էր ձեր մասին: Տիեզերքում ամեն ինչ ենթարկվում է ռեզոնանսի օրենքներին:

Աշխարհը բաղկացած է էներգիայից և տեղեկատվությունից։Էյնշտեյնը, աշխարհի կառուցվածքի մասին երկար մտածելուց հետո, ասաց. «Տիեզերքում գոյություն ունեցող միակ իրականությունը դաշտն է»։ Ինչպես ալիքներն են ծովի արարածը, այնպես էլ նյութի բոլոր դրսևորումները՝ օրգանիզմները, մոլորակները, աստղերը, գալակտիկաները դաշտի ստեղծագործություններ են:

Հարց է առաջանում՝ ինչպե՞ս է նյութը ստեղծվում դաշտից։ Ո՞ր ուժն է վերահսկում նյութի շարժումը:

Գիտնականների հետազոտությունները նրանց հանգեցրել են անսպասելի պատասխանի. Քվանտային ֆիզիկայի ստեղծող Մաքս Պլանկը Նոբելյան մրցանակի ընդունման իր ելույթի ժամանակ ասել է հետևյալը.

«Տիեզերքում ամեն ինչ ստեղծված և գոյություն ունի ուժի շնորհիվ: Պետք է ենթադրել, որ այս ուժի հետևում կա գիտակցված միտք, որն ամբողջ նյութի մատրիցն է»։

ԳԻՏԱԿՑՈՒԹՅԱՆ ԿՈՂՄԻՑ ԿԱՐԳԱՎՈՐՎՈՒՄ Է ԳՈՐԾԸ

20-21-րդ դարերի սկզբին տեսական ֆիզիկայում հայտնվեցին նոր գաղափարներ, որոնք հնարավորություն են տալիս բացատրել տարրական մասնիկների տարօրինակ հատկությունները։ Մասնիկները կարող են հայտնվել դատարկությունից և հանկարծ անհետանալ: Գիտնականները խոստովանում են զուգահեռ տիեզերքների գոյության հավանականությունը։Միգուցե մասնիկները տիեզերքի մի շերտից մյուսն են տեղափոխվում: Այս գաղափարների մշակման մեջ ներգրավված են այնպիսի հայտնի մարդիկ, ինչպիսիք են Սթիվեն Հոքինգը, Էդվարդ Վիտենը, Խուան Մալդասենան, Լեոնարդ Սասսկինդը:

Ըստ տեսական ֆիզիկայի հասկացությունների՝ Տիեզերքը հիշեցնում է բնադրող տիկնիկ, որը բաղկացած է բազմաթիվ բնադրող տիկնիկներից՝ շերտերից։ Սրանք տիեզերքների տարբերակներ են՝ զուգահեռ աշխարհներ: Իրար կողքիները շատ նման են։ Բայց որքան հեռու են շերտերը միմյանցից, այնքան ավելի քիչ նմանություն կա նրանց միջև։ Տեսականորեն մի տիեզերքից մյուսը տեղափոխվելու համար տիեզերանավեր չեն պահանջվում։ Բոլոր հնարավոր տարբերակները տեղակայված են մեկը մյուսի մեջ: Այս գաղափարներն առաջին անգամ արտահայտվել են գիտնականների կողմից 20-րդ դարի կեսերին։ 20-րդ և 21-րդ դարերի վերջում նրանք ստացան մաթեմատիկական հաստատում։ Այսօր նման տեղեկատվությունը հեշտությամբ ընդունվում է հանրության կողմից։ Սակայն մի քանի հարյուր տարի առաջ նման հայտարարությունների համար կարելի էր խարույկի վրա այրել կամ խելագար հայտարարել։

Ամեն ինչ առաջանում է դատարկությունից։ Ամեն ինչ շարժման մեջ է։ Օբյեկտները պատրանք են։ Նյութը կազմված է էներգիայից։ Ամեն ինչ ստեղծված է մտքով։ Քվանտային ֆիզիկայի այս հայտնագործությունները ոչ մի նոր բան չեն պարունակում։ Այս ամենը հայտնի էր հին իմաստուններին: Շատ առեղծվածային ուսմունքներ, որոնք համարվում էին գաղտնի և հասանելի էին միայն նախաձեռնողներին, ասում էին, որ մտքերի և առարկաների միջև տարբերություն չկա:Աշխարհում ամեն ինչ լցված է էներգիայով։ Տիեզերքը արձագանքում է մտքին: Էներգիան հետևում է ուշադրությանը:

Այն, ինչի վրա կենտրոնացնում եք ձեր ուշադրությունը, սկսում է փոխվել: Այս մտքերը տրված են տարբեր ձևակերպումներով Աստվածաշնչում, հին գնոստիկական տեքստերում և առեղծվածային ուսմունքներում, որոնք առաջացել են Հնդկաստանում և Հարավային Ամերիկայում: Հինավուրց բուրգերի կառուցողները կռահեցին դա։ Այս գիտելիքը նոր տեխնոլոգիաների բանալին է, որոնք այսօր օգտագործվում են իրականությունը վերահսկելու համար:

Մեր մարմինը էներգիայի, տեղեկատվության և բանականության դաշտ է, որի հետ մշտական ​​դինամիկ փոխանակում է գտնվում միջավայրը. Մտքի ազդակները անընդհատ, ամեն վայրկյան մարմնին տալիս են նոր ձևեր՝ հարմարվելու կյանքի փոփոխվող պահանջներին:

Քվանտային ֆիզիկայի տեսանկյունից մեր ֆիզիկական մարմինը մեր մտքի ազդեցությամբ ունակ է քվանտային թռիչք կատարել մի կենսաբանական դարաշրջանից մյուսը՝ առանց անցնելու բոլոր միջանկյալ դարերի միջով։ հրապարակված

P.S. Եվ հիշեք, պարզապես փոխելով ձեր սպառումը, մենք միասին փոխում ենք աշխարհը: © econet

Վ.Հայզենբերգ

«Նյութ» հասկացությունը բազմիցս ենթարկվել է փոփոխությունների մարդկային մտածողության պատմության ընթացքում: Տարբեր փիլիսոփայական համակարգերում այն ​​տարբեր կերպ է մեկնաբանվել։ Երբ մենք օգտագործում ենք «նյութ» բառը, պետք է նկատի ունենանք, որ «նյութ» հասկացությանը կցված տարբեր իմաստները դեռ քիչ թե շատ պահպանված են ժամանակակից գիտության մեջ։

Վաղ հունական փիլիսոփայությունը Թալեսից մինչև ատոմիստներ, որոնք փնտրում էին մեկ սկիզբ բոլոր իրերի անվերջ փոփոխության մեջ, ձևակերպեց տիեզերական նյութի հայեցակարգը, այն համաշխարհային նյութը, որը ենթարկվում է այս բոլոր փոփոխություններին, որտեղից առաջանում են բոլոր առանձին իրերը և որին նրանք ի վերջո վերածվում են: կրկին. Այս նյութը մասամբ նույնացվում էր ինչ-որ կոնկրետ նյութի հետ՝ ջրի, օդի կամ կրակի, և մասամբ դրան չէր վերագրվում որևէ այլ որակ, բացի այն նյութի որակներից, որից պատրաստված են բոլոր առարկաները:

Ավելի ուշ հայեցակարգնյութը կարևոր դեր է խաղացել Արիստոտելի փիլիսոփայության մեջ՝ ձևի և նյութի, ձևի և նյութի կապի մասին նրա պատկերացումներում։ Այն ամենը, ինչ մենք դիտարկում ենք երևույթների աշխարհում, ձևավորված նյութ է: Հետևաբար, նյութն ինքնին իրականություն չէ, այլ ներկայացնում է միայն հնարավորություն, «ուժ» այն գոյություն ունի միայն 13-րդ ձևի շնորհիվ: ինչ-որ բան իրականում իրականացվել է ձևի շնորհիվ: Արիստոտելի համար նյութը որևէ կոնկրետ նյութ չէ, օրինակ՝ ջուրը կամ օդը, ոչ էլ մաքուր տարածություն է. պարզվում է, որ այն որոշակի չափով անորոշ մարմնական սուբստրատ է, որն իր մեջ պարունակում է ձևավորման շնորհիվ իրականում կատարվածի, իրականության մեջ անցնելու հնարավորություն։ Արիստոտելի փիլիսոփայության մեջ նյութի և ձևի այս փոխհարաբերության տիպիկ օրինակ է կենսաբանական զարգացումը, որի ժամանակ նյութը վերածվում է կենդանի օրգանիզմների, ինչպես նաև մարդու կողմից արվեստի գործի ստեղծումը։ Արձանը պոտենցիալ պարունակվում է մարմարի մեջ, նախքան քանդակագործի կողմից այն քանդակելը:

Միայն շատ ավելի ուշ, սկսած Դեկարտի փիլիսոփայությունից, նշանակություն ունեցավ, քանի որ առաջնային ինչ-որ բան սկսեց հակադրվել ոգուն: Աշխարհի երկու փոխլրացնող կողմ կա՝ նյութը և ոգին, կամ, ինչպես ասում է Դեկարտը, «res extensa» և «res cogitans»: Քանի որ բնական գիտության, հատկապես մեխանիկայի նոր մեթոդաբանական սկզբունքները բացառում էին մարմնական երևույթների վերացումը հոգևոր ուժերին, նյութը կարող էր դիտվել միայն որպես հատուկ իրականություն՝ անկախ մարդու ոգուց և գերբնական ուժերից: Այս ժամանակահատվածում նյութը կարծես արդեն ձևավորված նյութ է, և առաջացման գործընթացը բացատրվում է մեխանիկական փոխազդեցությունների պատճառահետևանքային շղթայով: Նյութը արդեն կորցրել է իր կապը Արիստոտելյան փիլիսոփայության «վեգետատիվ հոգու» հետ, և, հետևաբար, նյութի և ձևի միջև դուալիզմն այս պահին այլևս որևէ դեր չի խաղում: Նյութի այս գաղափարը, թերևս, ամենամեծ ներդրումն է ունեցել նրանում, ինչ մենք այժմ հասկանում ենք «նյութ» բառով:

Վերջապես, 19-րդ դարի բնական գիտություններում կարևոր դեր խաղաց մեկ այլ դուալիզմ, այն է՝ նյութի և ուժի, կամ, ինչպես ասում էին այն ժամանակ, ուժի և նյութի միջև դուալիզմը։ Նյութի վրա կարող են ազդել ուժերը, իսկ նյութը կարող է առաջացնել ուժեր: Նյութը, օրինակ, առաջացնում է ձգողության ուժ, և այդ ուժն իր հերթին ազդում է դրա վրա։ Ուստի ուժը և նյութը ֆիզիկական աշխարհի երկու հստակորեն տարբերվող կողմերն են: Քանի որ ուժերը նույնպես ձևավորող ուժեր են, այս տարբերակումը կրկին մոտենում է նյութի և ձևի արիստոտելյան տարբերակմանը: Մյուս կողմից, հենց ժամանակակից ֆիզիկայի վերջին զարգացումների հետ կապված, ուժի և նյութի այս տարբերությունն իսպառ վերանում է, քանի որ յուրաքանչյուր ուժային դաշտ էներգիա է պարունակում և այս առումով նաև նյութի մի մասն է ներկայացնում։ Յուրաքանչյուր ուժային դաշտ համապատասխանում է տարրական մասնիկների որոշակի տեսակի: Մասնիկները և ուժային դաշտերը նույն իրականության դրսևորման երկու տարբեր ձևեր են:

Երբ բնագիտությունն ուսումնասիրում է նյութի խնդիրը, առաջին հերթին պետք է ուսումնասիրի նյութի ձևերը։ Նյութի ձևերի անսահման բազմազանությունն ու փոփոխականությունը պետք է դառնան ուղղակի ուսումնասիրության առարկա. ջանքերը պետք է ուղղված լինեն բնության օրենքների, միասնական սկզբունքների որոնմանը, որոնք կարող են առաջնորդող թել ծառայել հետազոտության այս անվերջանալի ոլորտում: Հետևաբար, ճշգրիտ բնական գիտությունը և հատկապես ֆիզիկան վաղուց իրենց հետաքրքրությունները կենտրոնացրել են նյութի կառուցվածքի և այս կառուցվածքը որոշող ուժերի վերլուծության վրա։

Գալիլեոյի ժամանակներից ի վեր բնական գիտության հիմնական մեթոդը եղել է փորձը։ Այս մեթոդը հնարավորություն տվեց բնության ընդհանուր ուսումնասիրություններից անցնել կոնկրետ ուսումնասիրությունների, բացահայտել բնության բնորոշ գործընթացները, որոնց հիման վրա նրա օրենքները կարող են ավելի անմիջականորեն ուսումնասիրվել, քան ընդհանուր ուսումնասիրությունները: Այսինքն՝ նյութի կառուցվածքն ուսումնասիրելիս անհրաժեշտ է դրա վրա փորձեր կատարել։ Անհրաժեշտ է նյութը տեղադրել անսովոր պայմաններում՝ ուսումնասիրելու համար նրա փոխակերպումները այս հանգամանքներում՝ հուսալով դրանով իմանալ նյութի որոշ հիմնարար առանձնահատկություններ, որոնք պահպանվել են՝ չնայած նրա բոլոր տեսանելի փոփոխություններին:

Ժամանակակից բնական գիտության ձևավորումից ի վեր սա եղել է քիմիայի ամենակարևոր նպատակներից մեկը, որտեղ նրանք բավականին վաղ եկան քիմիական տարրի գաղափարին։ Այն նյութը, որը չէր կարող հետագայում քայքայվել կամ քայքայվել այն ժամանակ քիմիկոսներին հասանելի որևէ միջոցով՝ եռալ, այրվել, լուծվել, խառնվել այլ նյութերի հետ, կոչվում էր «տարր»։ Այս հայեցակարգի ներդրումն առաջին և չափազանց կարևոր քայլն էր նյութի կառուցվածքը հասկանալու համար։ Բնության մեջ հայտնաբերված նյութերի բազմազանությունը դրանով իսկ կրճատվեց մինչև համեմատաբար փոքր թվով ավելի պարզ նյութեր, տարրեր, և դրա շնորհիվ որոշակի կարգ հաստատվեց քիմիայի տարբեր երևույթների միջև: Հետևաբար, «ատոմ» բառը կիրառվում էր նյութի ամենափոքր միավորի նկատմամբ, որը քիմիական տարրի մաս է կազմում, և քիմիական միացության ամենափոքր մասնիկը կարող էր տեսողականորեն ներկայացվել որպես տարբեր ատոմների փոքր խումբ: Պարզվել է, որ երկաթի տարրի ամենափոքր մասնիկը, օրինակ, երկաթի ատոմն է, իսկ ջրի ամենափոքր մասնիկը, այսպես կոչված, ջրի մոլեկուլը բաղկացած է թթվածնի ատոմից և ջրածնի երկու ատոմից։

Հաջորդ և գրեթե նույնքան կարևոր քայլը քիմիական գործընթացներում զանգվածի պահպանման հայտնաբերումն էր։ Եթե, օրինակ, ածխածին տարրը այրվում է և առաջանում է ածխաթթու գազ, ապա ածխաթթու գազի զանգվածը հավասար է ածխածնի և թթվածնի զանգվածների գումարին մինչև գործընթացի սկսվելը։ Այս հայտնագործությունը նյութ հասկացությանը տվել է հիմնականում քանակական նշանակություն։ Անկախ իր քիմիական հատկություններից՝ նյութը կարող էր չափվել իր զանգվածով։

Հետագա ժամանակաշրջանում՝ հիմնականում 19-րդ դարում, հայտնաբերվել են մեծ քանակությամբ նոր քիմիական տարրեր։ Մեր ժամանակներում նրանց թիվը գերազանցել է 100-ը: Այս թիվը, սակայն, բացարձակապես պարզ է դարձնում, որ քիմիական տարրի հասկացությունը մեզ դեռ չի հասցրել այն կետին, որտեղից կարելի է հասկանալ նյութի միասնությունը: Այն ենթադրությունը, որ կան բազմաթիվ որակապես տարբեր տեսակի նյութեր, որոնց միջև չկան ներքին կապեր, գոհացուցիչ չէր։

19-րդ դարի սկզբին արդեն ապացույցներ էին հայտնաբերվել տարբեր քիմիական տարրերի միջև կապի առկայության օգտին։ Այս վկայությունը կայանում էր նրանում, որ շատ տարրերի ատոմային կշիռները թվացյալ թվով բազմապատիկ են ամենափոքր միավորի, որը մոտավոր է ջրածնի ատոմային զանգվածին: Որոշ տարրերի քիմիական հատկությունների նմանությունը նույնպես խոսում էր այս հարաբերությունների գոյության օգտին։ Բայց միայն քիմիական պրոցեսներում գործող ուժերից շատ անգամ ավելի ուժեղ ուժերի կիրառման միջոցով հնարավոր եղավ իսկապես կապ հաստատել տարբեր տարրերի միջև և մոտենալ նյութի միասնության ըմբռնմանը:

Այս ուժերի վրա ֆիզիկոսների ուշադրությունը հրավիրվեց՝ կապված 1896 թվականին Բեկերելի կողմից ռադիոակտիվ քայքայման հայտնաբերման հետ։ Կյուրիի, Ռադերֆորդի և այլոց հետագա ուսումնասիրություններում հստակորեն դրսևորվել է տարրերի փոխակերպումը ռադիոակտիվ գործընթացներում։ Ալֆա մասնիկները արտանետվել են այս գործընթացներում որպես ատոմների բեկորներ, որոնց էներգիան մոտավորապես միլիոն անգամ ավելի է եղել, քան մեկ մասնիկի էներգիան քիմիական գործընթացում: Հետևաբար, այս մասնիկները այժմ կարող են օգտագործվել որպես ատոմի ներքին կառուցվածքի ուսումնասիրության նոր գործիք։ 1911 թվականին Ռադերֆորդի կողմից առաջարկված ատոմի միջուկային մոդելը ալֆա մասնիկների ցրման փորձերի արդյունք էր։ Այս հայտնի մոդելի ամենակարևոր առանձնահատկությունը ատոմի բաժանումն էր երկու բոլորովին տարբեր մասերի՝ ատոմային միջուկի և ատոմային միջուկը շրջապատող էլեկտրոնային թաղանթների։ Ատոմային միջուկը կենտրոնում զբաղեցնում է ատոմի զբաղեցրած ընդհանուր տարածության միայն բացառիկ փոքր մասը. միջուկի շառավիղը մոտավորապես հարյուր հազար անգամ փոքր է ամբողջ ատոմի շառավղից. բայց այն դեռ պարունակում է ատոմի գրեթե ամբողջ զանգվածը։ Դրա դրական էլեկտրական լիցքը, որը այսպես կոչված տարրական լիցքի ամբողջ բազմապատիկն է, որոշում է միջուկը շրջապատող էլեկտրոնների ընդհանուր թիվը, քանի որ ատոմն ամբողջությամբ պետք է էլեկտրականորեն չեզոք լինի. այն դրանով որոշում է էլեկտրոնային հետագծերի ձևը:

Ատոմային միջուկի և էլեկտրոնային թաղանթի այս տարբերակումը անմիջապես տվեց հետևողական բացատրություն այն փաստի համար, որ քիմիայում հենց քիմիական տարրերն են նյութի վերջին միավորները, և որ շատ մեծ ուժեր են անհրաժեշտ՝ տարրերը միմյանց փոխակերպելու համար: Հարևան ատոմների միջև քիմիական կապերը բացատրվում են էլեկտրոնային թաղանթների փոխազդեցությամբ, իսկ փոխազդեցության էներգիաները համեմատաբար ցածր են։ Լիցքաթափման խողովակում ընդամենը մի քանի վոլտ պոտենցիալով արագացված էլեկտրոնն ունի բավարար էներգիա՝ «թուլացնելու» էլեկտրոնային թաղանթները և առաջացնելու լույսի արտանետում կամ մոլեկուլում քիմիական կապը կոտրելու համար։ Բայց ատոմի քիմիական վարքագիծը, չնայած այն հիմնված է էլեկտրոնային թաղանթների վարքագծի վրա, որոշվում է ատոմային միջուկի էլեկտրական լիցքով։ Եթե ​​ցանկանում եք փոխել քիմիական հատկությունները, դուք պետք է փոխեք հենց ատոմի միջուկը, և դա պահանջում է էներգիա, որը մոտ մեկ միլիոն անգամ ավելի մեծ է, քան քիմիական գործընթացներում առաջացող էներգիաները:

Բայց ատոմի միջուկային մոդելը, որը դիտարկվում է որպես համակարգ, որտեղ բավարարված են Նյուտոնյան մեխանիկայի օրենքները, չի կարող բացատրել ատոմի կայունությունը։ Ինչպես հաստատվեց նախորդ գլուխներից մեկում, այս մոդելում միայն քվանտային տեսության կիրառումը կարող է բացատրել այն փաստը, որ, օրինակ, ածխածնի ատոմը, այլ ատոմների հետ փոխազդեցությունից հետո կամ լույսի քվանտ արտանետելուց հետո, ի վերջո, դեռևս հանդիսանում է. ածխածնի ատոմը նույն էլեկտրոնային թաղանթով, որն ուներ նախկինում: Այս կայունությունը կարելի է պարզապես բացատրել հենց քվանտային տեսության հատկանիշներով, որոնք հնարավոր են դարձնում ատոմի օբյեկտիվ նկարագրությունը տարածության և ժամանակի մեջ։

Այսպիսով, հետեւաբար, ստեղծվեց նյութի կառուցվածքը հասկանալու նախնական հիմքը։ Ատոմների քիմիական և այլ հատկությունները կարելի է բացատրել քվանտային տեսության մաթեմատիկական սխեմայի կիրառմամբ էլեկտրոնային թաղանթների վրա։ Այս հիմքի վրա այնուհետև հնարավոր եղավ փորձել վերլուծել նյութի կառուցվածքը երկու տարբեր ուղղություններով։ Կարելի է կամ ուսումնասիրել ատոմների փոխազդեցությունը, նրանց կապը ավելի մեծ միավորների հետ, ինչպիսիք են մոլեկուլները, բյուրեղները կամ կենսաբանական օբյեկտները, կամ կարելի է փորձել, ուսումնասիրելով ատոմի միջուկը և դրա բաղկացուցիչ մասերը, հասնել այն կետին, որտեղ նյութի միասնությունը կդառնա։ պարզ. Անցած տասնամյակների ընթացքում ֆիզիկական հետազոտությունները արագ զարգացել են երկու ուղղություններով: Հետագա ներկայացումը նվիրված կլինի քվանտային տեսության դերի պարզաբանմանը այս երկու ոլորտներում:

Հարևան ատոմների միջև ուժերը հիմնականում էլեկտրական ուժեր են. խոսքը հակադիր լիցքերի ձգման և նման լիցքերի միջև վանման մասին է. էլեկտրոնները ձգվում են ատոմային միջուկով և վանվում այլ էլեկտրոններով։ Բայց այս ուժերն այստեղ գործում են ոչ թե Նյուտոնյան մեխանիկայի, այլ քվանտային մեխանիկայի օրենքներով։

Սա հանգեցնում է ատոմների միջև կապի երկու տարբեր տեսակների: Մի տեսակի կապի դեպքում մի ատոմից էլեկտրոն անցնում է մեկ այլ ատոմ, օրինակ, որպեսզի լրացնի էլեկտրոնային թաղանթը, որը դեռ ամբողջությամբ լցված չէ: Այս դեպքում երկու ատոմներն էլ ավարտվում են էլեկտրական լիցքավորված և կոչվում են «իոններ». քանի որ նրանց լիցքերը հակառակ են, նրանք գրավում են միմյանց: Քիմիկոսն այս դեպքում խոսում է « բևեռային կապ".

Երկրորդ տեսակի կապում էլեկտրոնը պատկանում է երկու ատոմներին էլ որոշակի ձևով, որը բնորոշ է միայն քվանտային տեսությանը։ Եթե ​​օգտագործենք էլեկտրոնային ուղեծրերի պատկերը, ապա մոտավորապես կարող ենք ասել, որ էլեկտրոնը պտտվում է երկու ատոմային միջուկների շուրջ և իր ժամանակի զգալի մասը ծախսում է և՛ մեկ, և՛ մյուս ատոմներում: Այս երկրորդ տեսակի կապը համապատասխանում է նրան, ինչ քիմիկոսն անվանում է «վալենտային կապ»:

Այս երկու տեսակի կապերը, որոնք կարող են գոյություն ունենալ բոլոր հնարավոր համակցություններում, ի վերջո առաջացնում են ատոմների տարբեր հավաքների ձևավորում և, ի վերջո, հայտնաբերվում են բոլոր բարդ կառուցվածքները որոշելու համար, որոնք ուսումնասիրվում են ֆիզիկայի և քիմիայի կողմից: Այսպիսով, քիմիական միացությունները ձևավորվում են այն պատճառով, որ փոքր փակ խմբեր առաջանում են տարբեր տեսակի ատոմներից, և յուրաքանչյուր խումբ կարելի է անվանել քիմիական միացության մոլեկուլ: Երբ բյուրեղները ձևավորվում են, ատոմները դասավորված են դասավորված վանդակներով: Մետաղները ձևավորվում են, երբ ատոմներն այնքան ամուր են իրար, որ արտաքին էլեկտրոնները թողնում են իրենց թաղանթը և կարող են անցնել մետաղի ամբողջ կտորով: Որոշ նյութերի, հատկապես որոշ մետաղների մագնիսականությունը առաջանում է շնորհիվ ռոտացիոն շարժումառանձին էլեկտրոններ այս մետաղում և այլն:

Այս բոլոր դեպքերում նյութի և ուժի միջև դուալիզմը դեռևս կարող է պահպանվել, քանի որ միջուկները և էլեկտրոնները կարող են համարվել որպես նյութի կառուցման բլոկներ, որոնք միասին պահվում են էլեկտրամագնիսական ուժերի միջոցով:

Թեև ֆիզիկան և քիմիան (որտեղ դրանք վերաբերում են նյութի կառուցվածքին) կազմում են մեկ գիտություն, կենսաբանության մեջ իր ավելի բարդ կառուցվածքներով իրավիճակը մի փոքր այլ է: Ճիշտ է, չնայած կենդանի օրգանիզմների ակնհայտ ամբողջականությանը, կենդանի և ոչ կենդանի նյութի միջև կտրուկ տարբերակում հավանաբար հնարավոր չէ անել: Կենսաբանության զարգացումը մեզ տվել է բազմաթիվ օրինակներ, որոնցից մենք կարող ենք տեսնել, որ հատուկ կենսաբանական գործառույթները կարող են իրականացվել հատուկ մեծ մոլեկուլների կամ խմբերի կամ նման մոլեկուլների շղթաների կողմից: Այս օրինակները ընդգծում են ժամանակակից կենսաբանության մեջ կենսաբանական գործընթացները որպես ֆիզիկայի և քիմիայի օրենքների հետևանքներ բացատրելու միտումը: Բայց կայունության տեսակը, որը մենք ընկալում ենք կենդանի օրգանիզմների մեջ, իր բնույթով որոշ չափով տարբերվում է ատոմի կամ բյուրեղի կայունությունից: Կենսաբանության մեջ մենք խոսում ենք ոչ թե ձևի կայունության, այլ գործընթացի կամ ֆունկցիայի կայունության մասին: Անկասկած, քվանտային մեխանիկական օրենքները շատ կարևոր դեր են խաղում կենսաբանական գործընթացներում: Օրինակ, հատուկ քվանտային մեխանիկական ուժերը կարևոր են խոշոր օրգանական մոլեկուլները և դրանց բազմազան երկրաչափական կոնֆիգուրացիաները հասկանալու համար, որոնք կարող են միայն որոշակիորեն անճշտորեն նկարագրվել քիմիական վալենտության հայեցակարգի հիման վրա: Ճառագայթման հետևանքով առաջացած կենսաբանական մուտացիաների վերաբերյալ փորձերը ցույց են տալիս և՛ քվանտային մեխանիկական օրենքների վիճակագրական բնույթի կարևորությունը, և՛ ուժեղացման մեխանիզմների առկայությունը։ Մեր նյարդային համակարգի և ժամանակակից էլեկտրոնային հաշվիչ մեքենայի աշխատանքի ընթացքում տեղի ունեցող գործընթացների սերտ անալոգիան կրկին ընդգծում է առանձին տարրական գործընթացների կարևորությունը կենդանի օրգանիզմի համար: Բայց այս բոլոր օրինակները դեռևս չեն ապացուցում, որ ֆիզիկան և քիմիան, համալրված զարգացման վարդապետությամբ, հնարավոր կդարձնեն կենդանի օրգանիզմների ամբողջական նկարագրությունը։ Կենսաբանական գործընթացները պետք է մեկնաբանվեն փորձարարական բնագետների կողմից ավելի զգուշությամբ, քան ֆիզիկայի և քիմիայի գործընթացները: Ինչպես բացատրեց Բորը, կարող է պարզվել, որ կենդանի օրգանիզմի նկարագրությունը, որը ֆիզիկոսի տեսանկյունից կարելի է ամբողջական անվանել, ընդհանրապես գոյություն չունի, քանի որ այս նկարագրությունը կպահանջի փորձեր, որոնք չափազանց ուժեղ են լինելու: հակասում է օրգանիզմի կենսաբանական գործառույթներին. Բորն այս իրավիճակը նկարագրեց այսպես. կենսաբանության մեջ մենք ավելի շուտ գործ ունենք բնության այն հատվածի հնարավորությունների իրացման հետ, որին պատկանում ենք, քան փորձերի արդյունքների, որոնք մենք ինքներս կարող ենք իրականացնել: Կոմպլեմենտարության իրավիճակը, որում այս ձևակերպումն արդյունավետ է, արտացոլվում է որպես միտում ժամանակակից կենսաբանության մեթոդների մեջ. օգտագործել հասկացություններ, որոնք վերաբերում են օրգանական բնույթի այն հատկանիշներին, որոնք չեն պարունակվում ֆիզիկայում և քիմիայում, ինչպես, օրինակ, բուն կյանքի հայեցակարգը:

Մինչ այժմ մենք իրականացրել ենք նյութի կառուցվածքի վերլուծություն մեկ ուղղությամբ՝ ատոմից մինչև ատոմներից բաղկացած ավելի բարդ կառուցվածքներ՝ ատոմային ֆիզիկայից մինչև պինդ վիճակի ֆիզիկա, քիմիա և, վերջապես, կենսաբանություն: Այժմ մենք պետք է շրջվենք հակառակ ուղղությամբ և գծենք հետազոտության գիծ ատոմի արտաքին շրջաններից մինչև ներքին շրջանները, մինչև ատոմային միջուկը և վերջապես մինչև տարրական մասնիկները: Միայն այս երկրորդ տողը մեզ կտանի, հավանաբար, դեպի նյութի միասնության ըմբռնումը։ Այստեղ պետք չէ վախենալ, որ բնորոշ կառույցներն իրենք կկործանվեն փորձերի ժամանակ։ Եթե ​​խնդիրն է փորձնականորեն ստուգել նյութի հիմնարար միասնությունը, ապա մենք կարող ենք նյութը ենթարկել հնարավոր ամենաուժեղ ուժերին, ամենածայրահեղ պայմաններին, որպեսզի տեսնենք, թե արդյոք նյութը կարող է ի վերջո փոխակերպվել որևէ այլ նյութի:

Այս ուղղությամբ առաջին քայլը ատոմային միջուկի փորձարարական վերլուծությունն էր։ Այս ուսումնասիրությունների սկզբնական շրջաններում, որոնք լրացնում են այս դարի մոտավորապես առաջին երեք տասնամյակները, ատոմային միջուկի վրա փորձեր կատարելու միակ գործիքները ռադիոակտիվ նյութերից արտանետվող ալֆա մասնիկներն էին: Այս մասնիկների օգնությամբ Ռադերֆորդին հաջողվեց 1919 թվականին փոխակերպել լույսի տարրերի ատոմային միջուկները միմյանց։ Նա կարողացավ, օրինակ, ազոտի միջուկը վերածել թթվածնի միջուկի՝ ալֆա մասնիկը կցելով ազոտի միջուկին և միևնույն ժամանակ նրանից պրոտոնը տապալելով։ Սա ատոմային միջուկների շառավիղների կարգի հեռավորությունների վրա գտնվող գործընթացի առաջին օրինակն էր, որը նման էր քիմիական գործընթացներին, բայց որը հանգեցրեց տարրերի արհեստական ​​վերափոխմանը: Հաջորդ վճռական հաջողությունը բարձր լարման սարքերում պրոտոնների արհեստական ​​արագացումն էր դեպի միջուկային փոխակերպումների համար բավարար էներգիա: Դրա համար անհրաժեշտ են մոտ մեկ միլիոն վոլտ լարման տարբերություններ, և Քոքրոֆթին և Ուոլթոնին իրենց առաջին վճռական փորձի ժամանակ հաջողվեց լիթիում տարրի ատոմային միջուկները վերածել հելիումի տարրի ատոմային միջուկների։ Այս հայտնագործությունը բացեց հետազոտության բոլորովին նոր դաշտ, որը կարելի է անվանել միջուկային ֆիզիկա բառի ճիշտ իմաստով և որը շատ արագ հանգեցրեց ատոմային միջուկի կառուցվածքի որակական ըմբռնմանը։

Իրականում ատոմային միջուկի կառուցվածքը շատ պարզ է ստացվել։ Ատոմային միջուկը բաղկացած է միայն երկու տարբեր տեսակի տարրական մասնիկներից։ Տարրական մասնիկներից է պրոտոնը, որը նաև ջրածնի ատոմի միջուկն է։ Մյուսը կոչվում էր նեյտրոն, մասնիկ, որն ունի մոտավորապես նույն զանգվածը, ինչ պրոտոնը և նույնպես էլեկտրականորեն չեզոք է։ Այսպիսով, յուրաքանչյուր ատոմային միջուկ կարող է բնութագրվել պրոտոնների և նեյտրոնների ընդհանուր թվով, որոնցից այն բաղկացած է: Սովորական ածխածնի ատոմի միջուկը բաղկացած է 6 պրոտոնից և 6 նեյտրոնից։ Բայց կան նաև ածխածնի ատոմների այլ միջուկներ, որոնք փոքր-ինչ ավելի հազվադեպ են. դրանք կոչվում էին առաջինի իզոտոպներ, և որոնք բաղկացած են 6 պրոտոնից և 7 նեյտրոնից և այլն: Այսպիսով, ի վերջո նրանք եկան նյութի նկարագրության, որի փոխարեն. Շատ տարբեր քիմիական տարրերից օգտագործվել են միայն երեք հիմնական միավորներ՝ երեք հիմնարար շինարարական բլոկներ՝ պրոտոն, նեյտրոն և էլեկտրոն: Ամբողջ նյութը կազմված է ատոմներից և, հետևաբար, ի վերջո կառուցված է այս երեք հիմնական շինանյութերից: Սա, իհարկե, չի նշանակում նյութի միասնություն, բայց, անկասկած, նշանակում է կարևոր քայլ դեպի այս միասնությունը և, ինչն առավել քան կարևոր էր, նշանակում է էական պարզեցում։ Ճիշտ է, դեռ երկար ճանապարհ կար ատոմային միջուկի այս հիմնական շինանյութերի իմացությունից մինչև դրա կառուցվածքի ամբողջական ընկալումը: Այստեղ խնդիրը որոշակիորեն տարբերվում էր ատոմի արտաքին թաղանթի հետ կապված համապատասխան խնդրից՝ լուծված 20-ականների կեսերին։ Էլեկտրոնային թաղանթի դեպքում մասնիկների միջև եղած ուժերը հայտնի էին մեծ ճշգրտությամբ, բայց բացի այդ, պետք էր գտնել դինամիկ օրենքներ, որոնք ի վերջո ձևակերպվեցին քվանտային մեխանիկայի մեջ։ Ատոմային միջուկի դեպքում միանգամայն հնարավոր էր ենթադրել, որ դինամիկ օրենքները հիմնականում քվանտային տեսության օրենքներն էին, բայց այստեղ մասնիկների միջև ուժերը հիմնականում անհայտ էին։ Դրանք պետք է ստացվեին ատոմային միջուկների փորձարարական հատկություններից։ Այս խնդիրը դեռ ամբողջությամբ չի կարող լուծվել։ Ուժերը, հավանաբար, այնքան պարզ ձևի չեն, ինչպես արտաքին թաղանթներում էլեկտրոնների միջև էլեկտրաստատիկ ուժերի դեպքում, և, հետևաբար, ատոմային միջուկների հատկությունները մաթեմատիկորեն ավելի բարդ ուժերից պարզելը ավելի դժվար է, և ավելին, առաջընթացը խոչընդոտվում է փորձերի անճշտությունը. Բայց միջուկի կառուցվածքի մասին որակական պատկերացումները շատ որոշակի ձև են ստացել։

Ի վերջո, վերջին գլխավոր խնդիրը մնում է նյութի միասնության խնդիրը։ Արդյո՞ք այս տարրական մասնիկները՝ պրոտոնը, նեյտրոնը և էլեկտրոնը, նյութի վերջին, անլուծելի շինանյութն են, այլ կերպ ասած՝ «ատոմներ»՝ Դեմոկրիտոսի փիլիսոփայության իմաստով, առանց որևէ փոխադարձ կապի (բացի նրանց միջև գործող ուժերից), թե՞ դրանք միայն նույն տեսակի նյութի տարբեր ձևեր են: Ավելին, կարո՞ղ են դրանք փոխակերպվել միմյանց կամ նույնիսկ նյութի այլ ձևերի: Եթե ​​այս խնդիրը պետք է լուծվի փորձարարական եղանակով, ապա դրա համար անհրաժեշտ են ատոմային մասնիկների վրա կենտրոնացված ուժեր և էներգիաներ, որոնք պետք է շատ անգամ ավելի մեծ լինեն, քան նրանք, որոնք օգտագործվել են ատոմի միջուկը ուսումնասիրելու համար: Քանի որ ատոմային միջուկներում էներգիայի պաշարները բավականաչափ մեծ չեն մեզ նման փորձեր իրականացնելու համար միջոցներ տրամադրելու համար, ֆիզիկոսները կամ պետք է օգտվեն տարածության ուժերից, այսինքն՝ աստղերի միջև, աստղերի մակերեսի վրա, կամ նրանք պետք է վստահեն ինժեներների հմտությանը:

Իրականում երկու ճանապարհներով էլ առաջընթաց է գրանցվել։ Առաջին հերթին ֆիզիկոսներն օգտագործել են այսպես կոչված տիեզերական ճառագայթումը։ Աստղերի մակերևույթի էլեկտրամագնիսական դաշտերը, որոնք տարածվում են հսկա տարածությունների վրա, բարենպաստ պայմաններում կարող են արագացնել լիցքավորված ատոմային մասնիկներ, էլեկտրոններ և ատոմային միջուկներ, որոնք, ինչպես պարզվեց, իրենց ավելի մեծ իներցիայի շնորհիվ ավելի շատ հնարավորություններ ունեն մնալու արագացող դաշտում։ ավելի երկար ժամանակ, և երբ դրանք ավարտվում են աստղի մակերևույթը թողնելով դատարկ տարածության մեջ, երբեմն նրանց հաջողվում է անցնել միլիարդավոր վոլտ հզորությամբ պոտենցիալ դաշտերով: Հետագա արագացումը, բարենպաստ պայմաններում, տեղի է ունենում աստղերի միջև փոփոխվող մագնիսական դաշտերում: Ամեն դեպքում, պարզվում է, որ ատոմային միջուկները երկար ժամանակ պահվում են Գալակտիկայի տարածության մեջ մագնիսական դաշտերի փոփոխման միջոցով, և վերջում նրանք այդպիսով լրացնում են Գալակտիկայի տարածությունը տիեզերական ճառագայթում կոչվողով։ Այս ճառագայթումը Երկիր է հասնում դրսից և, հետևաբար, բաղկացած է բոլոր հնարավոր ատոմային միջուկներից՝ ջրածնից, հելիումից և ավելի ծանր տարրերից, որոնց էներգիաները տատանվում են մոտավորապես հարյուրավոր կամ հազարավոր միլիոնավոր էլեկտրոն վոլտերից մինչև միլիոն անգամ ավելի մեծ արժեքներ: Երբ այս բարձր բարձրության ճառագայթման մասնիկները մտնում են Երկրի մթնոլորտի վերին շերտերը, նրանք այստեղ բախվում են մթնոլորտի ազոտի կամ թթվածնի ատոմներին կամ տիեզերական ճառագայթմանը ենթարկվող ինչ-որ փորձարարական սարքի ատոմներին: Այնուհետև կարելի է ուսումնասիրել միջամտության արդյունքները:

Մեկ այլ հնարավորություն է կառուցել շատ մեծ մասնիկների արագացուցիչներ: Նրանց համար որպես նախատիպ կարելի է համարել այսպես կոչված ցիկլոտրոնը, որը նախագծվել է Կալիֆորնիայում երեսունականների սկզբին Լոուրենսի կողմից։ Այս կայանքների նախագծման հիմնական գաղափարն այն է, որ ուժեղ մագնիսական դաշտի շնորհիվ լիցքավորված ատոմային մասնիկները ստիպված են լինում մի քանի անգամ պտտվել շրջանագծի մեջ, որպեսզի դրանք նորից ու նորից արագացվեն էլեկտրական դաշտի միջոցով այս շրջանաձև ճանապարհով: Կայքեր, որոնցում կարելի է հասնել հարյուր միլիոնավոր էլեկտրոն վոլտ էներգիայի, այժմ գործում են աշխարհի շատ վայրերում, հիմնականում՝ Մեծ Բրիտանիայում: Եվրոպական 12 երկրների համագործակցության շնորհիվ Ժնևում կառուցվում է նման շատ մեծ արագացուցիչ, որը, հուսով են, կարտադրի պրոտոններ մինչև 25 միլիոն էլեկտրոն վոլտ էներգիայով: Տիեզերական ճառագայթման կամ շատ մեծ արագացուցիչների միջոցով իրականացված փորձերը բացահայտել են նյութի հետաքրքիր նոր առանձնահատկություններ։ Բացի նյութի երեք հիմնական շինանյութերից՝ էլեկտրոնից, պրոտոնից և նեյտրոնից, հայտնաբերվել են նոր տարրական մասնիկներ, որոնք առաջանում են այս բարձր էներգիայի բախումների ժամանակ և որոնք չափազանց կարճ ժամանակ անց անհետանում են՝ վերածվելով այլ տարրական մասնիկների։ . Նոր տարրական մասնիկներն ունեն հատկություններ, որոնք նման են հին մասնիկներին, բացառությամբ դրանց անկայունության: Նոր տարրական մասնիկների մեջ նույնիսկ ամենակայուններն ունեն վայրկյանի մեկ միլիոներորդական կյանքի տևողությունը, մինչդեռ մյուսների կյանքի տևողությունը հարյուրավոր կամ հազարավոր անգամ ավելի կարճ է: Ներկայումս հայտնի են տարրական մասնիկների մոտավորապես 25 տարբեր տեսակներ։ Դրանցից «ամենաերիտասարդը» բացասական լիցքավորված պրոտոնն է, որը կոչվում է հակապրոտոն։

Առաջին հայացքից թվում է, որ այս արդյունքները կրկին հեռացնում են նյութի միասնության մասին պատկերացումները, քանի որ նյութի հիմնարար շինարարական բլոկների թիվը, թվում է, նորից աճել է՝ հասնելով տարբեր քիմիական տարրերի թվի համեմատելի թվի: Բայց սա կլինի իրերի իրական վիճակի ոչ ճշգրիտ մեկնաբանություն: Ի վերջո, փորձերը միաժամանակ ցույց տվեցին, որ մասնիկները առաջանում են այլ մասնիկներից և կարող են փոխակերպվել այլ մասնիկների, որ դրանք ձևավորվում են պարզապես նման մասնիկների կինետիկ էներգիայից և կարող են նորից անհետանալ, որպեսզի այլ մասնիկներ առաջանան դրանցից: Հետևաբար, այլ կերպ ասած՝ փորձերը ցույց տվեցին նյութի ամբողջական փոխակերպելիությունը։ Բավականին բարձր էներգիայի բախման բոլոր տարրական մասնիկները կարող են վերածվել այլ մասնիկների կամ պարզապես կարող են ստեղծվել կինետիկ էներգիայից. և դրանք կարող են վերածվել էներգիայի, ինչպիսին է ճառագայթումը: Հետևաբար, մենք այստեղ ունենք նյութի միասնության փաստացի վերջնական ապացույցը։ Բոլոր տարրական մասնիկները «պատրաստված են» նույն նյութից, նույն նյութից, որը մենք այժմ կարող ենք անվանել էներգիա կամ համընդհանուր նյութ; դրանք միայն տարբեր ձևեր են, որոնցում նյութը կարող է դրսևորվել:

Եթե ​​այս իրավիճակը համեմատենք Արիստոտելի նյութի և ձևի հայեցակարգի հետ, ապա կարող ենք ասել, որ Արիստոտելի նյութը, որը հիմնականում «պոտենցիա» էր, այսինքն՝ հնարավորություն, պետք է համեմատել էներգիայի մեր հայեցակարգի հետ. երբ տարրական մասնիկ է ծնվում, էներգիան բացահայտվում է ձևի միջոցով՝ որպես նյութական իրականություն:

Ժամանակակից ֆիզիկան, բնականաբար, չի կարող բավարարվել նյութի հիմնական կառուցվածքի միայն որակական նկարագրությամբ. այն պետք է փորձի մանրակրկիտ իրականացված փորձերի հիման վրա խորացնել վերլուծությունը բնության օրենքների մաթեմատիկական ձևակերպմանը, որոնք որոշում են նյութի ձևերը, մասնավորապես տարրական մասնիկները և նրանց ուժերը: Ֆիզիկայի այս մասում նյութի և ուժի կամ ուժի և նյութի միջև հստակ տարբերակում այլևս չի կարելի անել, քանի որ ցանկացած տարրական մասնիկ ոչ միայն ինքն է առաջացնում ուժեր և ինքն է զգում ուժերի ազդեցությունը, այլև միևնույն ժամանակ ինքն է ներկայացնում այս դեպքում։ որոշակի ուժային դաշտ. Ալիքների և մասնիկների քվանտային մեխանիկական դուալիզմն է պատճառը, որ նույն իրականությունը դրսևորվում է և՛ նյութի, և՛ ուժի տեսքով:

Տարրական մասնիկների աշխարհում բնության օրենքների մաթեմատիկական նկարագրություն գտնելու բոլոր փորձերը մինչ այժմ սկսվել են ալիքային դաշտերի քվանտային տեսությունից: Այս ոլորտում տեսական հետազոտություններ իրականացվել են երեսունականների սկզբին: Բայց արդեն առաջին աշխատանքները այս ոլորտում բացահայտեցին շատ լուրջ դժվարություններ այն ոլորտում, որտեղ նրանք փորձեցին համատեղել քվանտային տեսությունը հարաբերականության հատուկ տեսության հետ: Առաջին հայացքից թվում է, թե երկու տեսությունները՝ քվանտը և հարաբերականությունը, վերաբերում են բնության այնպիսի տարբեր ասպեկտներին, որ գործնականում չեն կարող որևէ կերպ ազդել միմյանց վրա, և, հետևաբար, երկու տեսությունների պահանջները պետք է հեշտությամբ կատարվեն նույն ձևականությամբ: Բայց ավելի ճշգրիտ ուսումնասիրությունը ցույց տվեց, որ այս երկու տեսություններն էլ որոշակի կետում հակասության մեջ են մտնում, ինչի արդյունքում առաջանում են հետագա բոլոր դժվարությունները։

Հարաբերականության հատուկ տեսությունը բացահայտեց տարածության և ժամանակի կառուցվածք, որը որոշ չափով տարբերվում էր Նյուտոնյան մեխանիկայի ստեղծումից ի վեր իրենց վերագրվող կառուցվածքից։ Այս նորահայտ կառույցի ամենաբնորոշ առանձնահատկությունը առավելագույն արագության առկայությունն է, որը չի կարող գերազանցել ոչ մի շարժվող մարմին կամ տարածող ազդանշան, այսինքն՝ լույսի արագությունը։ Որպես հետևանք, երկու իրադարձություն, որոնք տեղի են ունենում միմյանցից շատ հեռու երկու կետերում, չեն կարող ունենալ որևէ ուղղակի պատճառահետևանքային կապ, եթե դրանք տեղի են ունենում ժամանակի այնպիսի պահերին, որ առաջին իրադարձության պահին այս կետից դուրս եկող լուսային ազդանշանը հասնում է միայն մյուսին: մեկ այլ իրադարձության պահից հետո և հակառակը։ Այս դեպքում երկու իրադարձություններն էլ կարելի է միաժամանակ անվանել։ Քանի որ որևէ տեսակի ազդեցություն չի կարող փոխանցվել մի գործընթացից ժամանակի մի կետում մյուս գործընթացին ժամանակի մեկ այլ կետում, երկու գործընթացները չեն կարող կապված լինել որևէ ֆիզիկական ազդեցությամբ:

Այդ իսկ պատճառով գործողությունը երկար հեռավորությունների վրա, ինչպես դա երևում է Նյուտոնի մեխանիկայի գրավիտացիոն ուժերի դեպքում, անհամատեղելի է հարաբերականության հատուկ տեսության հետ։ Նոր տեսությունը պետք է փոխարիներ նման գործողությունը «կարճ հեռահարության գործողությամբ», այսինքն՝ ուժի փոխանցում միայն մի կետից անմիջապես հարակից կետ։ Այս տեսակի փոխազդեցությունների բնական մաթեմատիկական արտահայտությունը պարզվեց, որ ալիքների կամ դաշտերի դիֆերենցիալ հավասարումներ են, որոնք անփոփոխ են Լորենցի փոխակերպման ներքո: Նման դիֆերենցիալ հավասարումները բացառում են միաժամանակյա իրադարձությունների անմիջական ազդեցությունը միմյանց վրա:

Հետևաբար, հարաբերականության հատուկ տեսությամբ արտահայտված տարածության և ժամանակի կառուցվածքը չափազանց կտրուկ սահմանազատում է միաժամանակության այն շրջանը, որտեղ ոչ մի ազդեցություն չի կարող փոխանցվել, այլ շրջաններից, որտեղ կարող է տեղի ունենալ մի գործընթացի անմիջական ազդեցությունը մյուսի վրա։

Մյուս կողմից, քվանտային տեսության անորոշության հարաբերակցությունը կոշտ սահման է սահմանում ճշգրտության վրա, որով կոորդինատները և մոմենտը կամ ժամանակի և էներգիայի պահերը կարող են միաժամանակ չափվել: Քանի որ չափազանց սուր սահմանը նշանակում է տարածության և ժամանակի դիրքորոշման անսահման ճշգրտություն, համապատասխան իմպուլսներն ու էներգիաները պետք է լիովին անորոշ լինեն, այսինքն՝ ճնշող հավանականությամբ գործընթացները պետք է առաջին պլան գան նույնիսկ կամայական մեծ իմպուլսներով և էներգիաներով: Հետևաբար, ցանկացած տեսություն, որը միաժամանակ բավարարում է հարաբերականության հատուկ տեսության և քվանտային տեսության պահանջները, պարզվում է, որ հանգեցնում է մաթեմատիկական հակասությունների, մասնավորապես՝ շատ բարձր էներգիաների և մոմենտի տարածաշրջանում տարաձայնությունների։ Այս եզրակացությունները կարող են պարտադիր բնույթ չունենալ, քանի որ այստեղ դիտարկվող ցանկացած ձևականություն շատ բարդ է, և հնարավոր է նաև, որ գտնվեն մաթեմատիկական միջոցներ, որոնք կօգնեն վերացնել հարաբերականության տեսության և քվանտի միջև առկա հակասությունը: տեսություն։ Բայց մինչ այժմ բոլոր մաթեմատիկական սխեմաները, որոնք ուսումնասիրվել են, իրականում հանգեցրել են նման տարաձայնությունների, այսինքն՝ մաթեմատիկական հակասությունների, կամ էլ անբավարար են դարձել երկու տեսությունների բոլոր պահանջները բավարարելու համար։ Ավելին, ակնհայտ էր, որ դժվարություններն իրականում բխում էին հենց նոր քննարկված կետից։

Այն կետը, երբ կոնվերգենտ մաթեմատիկական սխեմաները չեն բավարարում հարաբերականության տեսության կամ քվանտային տեսության պահանջներին, ինքնին շատ հետաքրքիր էր։ Այս սխեմաներից մեկը հանգեցրեց, օրինակ, երբ այն փորձվեց մեկնաբանվել տարածության և ժամանակի իրական գործընթացների օգնությամբ, մի տեսակ ժամանակի հակադարձման. այն նկարագրում էր գործընթացներ, որոնցում մի քանի տարրական մասնիկներ հանկարծակի ծնվում էին որոշակի կետում, և այդ գործընթացի էներգիան մատակարարվում էր միայն ավելի ուշ՝ տարրական մասնիկների միջև բախման որոշ այլ գործընթացների պատճառով: Ֆիզիկոսները, իրենց փորձերի հիման վրա, համոզված են, որ նման գործընթացները բնության մեջ տեղի չեն ունենում, համենայն դեպս, երբ երկու գործընթացներն էլ միմյանցից բաժանված են տարածության և ժամանակի որոշակի չափելի հեռավորությամբ:

Մեկ այլ տեսական սխեմայի մեջ փորձ է արվել վերացնել ֆորմալիզմի տարաձայնությունները մաթեմատիկական գործընթացի հիման վրա, որը կոչվում էր «վերանորմալացում»: Այս գործընթացը բաղկացած է նրանից, որ ֆորմալիզմի անսահմանությունները կարող են տեղափոխվել մի տեղ, որտեղ նրանք չեն կարող խանգարել դիտվող մեծությունների միջև խիստ սահմանված հարաբերություններ ձեռք բերելուն: Իրոք, այս սխեման արդեն որոշակի չափով հանգեցրել է քվանտային էլեկտրադինամիկայի որոշիչ առաջընթացի, քանի որ այն ապահովում է ջրածնի սպեկտրի որոշ շատ հետաքրքիր հատկանիշների հաշվարկման եղանակ, որոնք մինչ այժմ անբացատրելի էին: Այս մաթեմատիկական սխեմայի ավելի ճշգրիտ վերլուծությունը, սակայն, թույլ տվեց եզրակացնել, որ այն մեծությունները, որոնք սովորական քվանտային տեսության մեջ պետք է մեկնաբանվեն որպես հավանականություններ, այս դեպքում, որոշակի հանգամանքներում, վերանորմալացման գործընթացն իրականացնելուց հետո, կարող են դառնալ բացասական: Սա, իհարկե, կբացառի մատերիայի նկարագրության ֆորմալիզմի հետևողական մեկնաբանությունը, քանի որ բացասական հավանականությունը անիմաստ հասկացություն է:

Այսպիսով, մենք արդեն հասել ենք այն խնդիրներին, որոնք այժմ գտնվում են ժամանակակից ֆիզիկայի քննարկումների կենտրոնում։ Լուծումը մի օր կստացվի անընդհատ հարստացող փորձարարական նյութի շնորհիվ, որը ձեռք է բերվում տարրական մասնիկների, դրանց ստեղծման և ոչնչացման և նրանց միջև գործող ուժերի ավելի ու ավելի ճշգրիտ չափումների միջոցով: Այս դժվարությունների համար հնարավոր լուծումներ փնտրելիս կարող է արժե հիշել, որ վերը քննարկված ժամանակի հետադարձման նման ակնհայտ գործընթացները չեն կարող բացառվել փորձարարական տվյալների հիման վրա, եթե դրանք տեղի են ունենում միայն շատ փոքր տարածա-ժամանակային շրջաններում, որոնցում դեռևս անհնար է մանրամասնորեն հետևել գործընթացներին մեր ներկայիս փորձարարական սարքավորումներով: Իհարկե, հաշվի առնելով մեր գիտելիքների ներկա վիճակը, մենք հազիվ թե պատրաստ լինենք ընդունել նման գործընթացների հնարավորությունը ժամանակի հետընթացով, եթե դա ենթադրում է ֆիզիկայի զարգացման ավելի ուշ փուլում նման գործընթացները դիտարկելու հնարավորություն, ինչպես սովորական: նկատվում են ատոմային գործընթացներ. Բայց այստեղ քվանտային տեսության և հարաբերականության վերլուծության համեմատությունը թույլ է տալիս խնդիրը ներկայացնել նոր լույսի ներքո։

Հարաբերականության տեսությունը կապված է բնության համընդհանուր հաստատունի՝ լույսի արագության հետ։ Այս հաստատունը որոշիչ նշանակություն ունի տարածության և ժամանակի միջև կապ հաստատելու համար և, հետևաբար, ինքնին պետք է պարունակվի բնության ցանկացած օրենքում, որը բավարարում է Լորենցի փոխակերպումների անփոփոխության պահանջները: Մեր սովորական լեզուն և դասական ֆիզիկայի հասկացությունները կարող են կիրառվել միայն այն երևույթների վրա, որոնց դեպքում լույսի արագությունը գործնականում անսահման մեծ է: Եթե ​​մենք մեր փորձերում մոտենանք լույսի արագությանը ցանկացած ձևով, մենք պետք է պատրաստ լինենք հանդիպելու արդյունքների, որոնք այլևս չեն կարող բացատրվել այս սովորական հասկացություններով:

Քվանտային տեսությունը կապված է բնության մեկ այլ ունիվերսալ հաստատունի հետ՝ Պլանկի գործողության քվանտի հետ: Տարածության և ժամանակի գործընթացների օբյեկտիվ նկարագրությունը հնարավոր է միայն այն դեպքում, երբ գործ ունենք համեմատաբար մեծ մասշտաբների առարկաների և գործընթացների հետ, և հենց այդ ժամանակ Պլանկի հաստատունը կարելի է համարել գործնականում անսահման փոքր։ Երբ մենք մեր փորձերում մոտենում ենք այն տարածաշրջանին, որտեղ Պլանկի գործողության քվանտը դառնում է նշանակալի, մենք բախվում ենք սովորական հասկացությունների կիրառման բոլոր այն դժվարություններին, որոնք քննարկվել են այս գրքի նախորդ գլուխներում:

Բայց պետք է լինի բնության երրորդ համընդհանուր հաստատունը: Սա ուղղակի, ինչպես ասում են ֆիզիկոսները, բխում է ծավալային նկատառումներից: Համընդհանուր հաստատունները որոշում են բնության մասշտաբների մեծությունները, որոնք մեզ տալիս են բնորոշ մեծություններ, որոնց կարելի է կրճատել բնության բոլոր այլ մեծությունները: Այդպիսի միավորների ամբողջական փաթեթի համար, սակայն, պահանջվում է երեք հիմնական միավոր: Սա ամենահեշտ կարելի է եզրակացնել սովորական միավորների կոնվենցիաներից, ինչպիսիք են ֆիզիկոսների կողմից CQS (սանտիմետր-գրամ-վայրկյան) համակարգի օգտագործումը: Երկարության միավորը, ժամանակի միավորը և զանգվածի միավորը միասին բավարար են ամբողջական համակարգ ձևավորելու համար: Պահանջվում է առնվազն երեք հիմնական միավոր: Դրանք կարող են փոխարինվել նաև երկարության, արագության և զանգվածի միավորներով, կամ երկարության, արագության և էներգիայի միավորներով և այլն։ Բայց երեք հիմնական միավորներն ամեն դեպքում անհրաժեշտ են։ Լույսի արագությունը և Պլանկի գործողության քվանտը մեզ տալիս են, սակայն, այս մեծություններից միայն երկուսը: Պետք է լինի երրորդը, և միայն նման երրորդ միավոր պարունակող տեսությունը կարող է հանգեցնել տարրական մասնիկների զանգվածների և այլ հատկությունների որոշմանը: Ելնելով տարրական մասնիկների մեր ժամանակակից գիտելիքներից, ապա, հավանաբար, երրորդ համընդհանուր հաստատունը ներմուծելու ամենապարզ և ընդունելի ձևը ենթադրությունն է, որ կա 10-13 սմ մեծության կարգի համընդհանուր երկարություն, երկարություն, հետևաբար, համեմատելի: մոտավորապես թոքերի ատոմային միջուկների շառավիղներին: Եթե ​​ից. այս երեք միավորները կազմում են արտահայտություն, որն ունի զանգվածի չափ, այնուհետև այս զանգվածն ունի սովորական տարրական մասնիկների զանգվածի մեծության կարգը։

Եթե ​​ենթադրենք, որ բնության օրենքներն իրականում պարունակում են երկարության նման երրորդ ունիվերսալ հաստատուն 10-13 սմ-ի չափով, ապա միանգամայն հնարավոր է, որ մեր սովորական հասկացությունները կարող են կիրառվել միայն տարածության և ժամանակի այնպիսի տարածքների վրա, որոնք մեծ են: երկարության այս համընդհանուր հաստատունի համեմատությամբ։ Երբ մենք մեր փորձերում մոտենում ենք տարածության և ժամանակի այն տարածքներին, որոնք փոքր են ատոմային միջուկների շառավիղների համեմատ, մենք պետք է պատրաստ լինենք այն փաստին, որ նկատվելու են որակապես նոր բնույթի գործընթացներ: Ժամանակի հակադարձման ֆենոմենը, որը նշվեց վերևում և առայժմ միայն որպես տեսական նկատառումներից բխող հնարավորություն, կարող էր պատկանել այս ամենափոքր տարածա-ժամանակային շրջաններին: Եթե ​​այո, ապա հավանաբար այն դիտարկելի չէր լինի այնպես, որ համապատասխան գործընթացը հնարավոր լիներ նկարագրել դասական տերմիններով: Եվ այնուամենայնիվ, այնքանով, որքանով նման գործընթացները կարելի է նկարագրել դասական հասկացություններով, դրանք պետք է նաև բացահայտեն ժամանակի ընթացքում հաջորդականության դասական կարգը: Բայց մինչ այժմ շատ քիչ բան է հայտնի ամենափոքր տարածություն-ժամանակային շրջաններում տեղի ունեցող գործընթացների մասին, կամ (որը, ըստ անորոշության հարաբերակցության, մոտավորապես համապատասխանում է այս հայտարարությանը) ամենաբարձր փոխանցվող էներգիաների և իմպուլսների դեպքում:

Տարրական մասնիկների վրա փորձերի հիման վրա ավելի մեծ գիտելիքներ ձեռք բերելու բնության օրենքների մասին, որոնք որոշում են նյութի կառուցվածքը և դրանով իսկ տարրական մասնիկների կառուցվածքը, սիմետրիայի որոշակի հատկություններ հատկապես կարևոր դեր են խաղում: Հիշում ենք, որ Պլատոնի փիլիսոփայության մեջ նյութի ամենափոքր մասնիկները բացարձակ սիմետրիկ գոյացություններ էին, մասնավորապես կանոնավոր մարմիններ՝ խորանարդ, ութանիստ, իկոսաեդրոն, քառաեդրոն։ Ժամանակակից ֆիզիկայում, սակայն, այս հատուկ սիմետրիկ խմբերը, որոնք առաջանում են եռաչափ տարածության մեջ պտույտների խմբից, այլևս ուշադրության կենտրոնում չեն: Այն, ինչ տեղի է ունենում ժամանակակից ժամանակների բնական գիտություններում, ոչ մի կերպ տարածական ձև չէ, այլ ներկայացնում է օրենք, հետևաբար, որոշ չափով տարածություն-ժամանակի ձև, և հետևաբար մեր ֆիզիկայում օգտագործվող համաչափությունները միշտ պետք է վերաբերվեն տարածությանը և միասին ժամանակ. Սակայն սիմետրիայի որոշ տեսակներ իրականում ամենակարևոր դերն են խաղում մասնիկների տեսության մեջ:

Մենք դրանք գիտենք էմպիրիկ՝ այսպես կոչված պահպանման օրենքների և քվանտային թվերի համակարգի շնորհիվ, որոնց օգնությամբ մենք կարող ենք ըստ փորձի դասավորել տարրական մասնիկների աշխարհում իրադարձությունները։ Մենք կարող ենք դրանք արտահայտել մաթեմատիկորեն՝ պահանջելով, որ նյութի համար բնության հիմնարար օրենքը անփոփոխ լինի փոխակերպումների որոշակի խմբերի դեպքում: Այս փոխակերպման խմբերը համաչափության հատկությունների ամենապարզ մաթեմատիկական արտահայտությունն են։ Դրանք ժամանակակից ֆիզիկայում հայտնվում են Պլատոնի պինդ մարմինների փոխարեն։ Այստեղ հակիրճ թվարկված են ամենակարևորները:

Այսպես կոչված Լորենցի փոխակերպումների խումբը բնութագրում է հարաբերականության հատուկ տեսության կողմից բացահայտված տարածության և ժամանակի կառուցվածքը։

Պաուլիի և Գյուրշիի կողմից ուսումնասիրված խումբն իր կառուցվածքով համապատասխանում է եռաչափ տարածական պտույտների խմբին. այն իզոմորֆ է դրա համար, ինչպես ասում են մաթեմատիկոսները, և դրսևորվում է քվանտային թվի տեսքով, որը էմպիրիկորեն հայտնաբերվել է տարրական քսան մասնիկների մեջ: -հինգ տարի առաջ և կոչվում էր «իսոսպին»:

Հաջորդ երկու խմբերը, որոնք պաշտոնապես վարվում են որպես կոշտ առանցքի շուրջ պտույտների խմբեր, հանգեցնում են լիցքի, բարիոնների և լեպտոնների քանակի պահպանման օրենքներին։

Ի վերջո, բնության օրենքները նույնպես պետք է անփոփոխ լինեն որոշակի արտացոլման գործողությունների ներքո, որոնք այստեղ մանրամասն թվարկելու կարիք չկա: Այս հարցում Լիի և Յանի ուսումնասիրությունները պարզվեցին, որ հատկապես կարևոր և արգասաբեր են եղել, համաձայն այն մտքի, որ պարիտետ կոչվող մեծությունը, որի համար նախկինում ենթադրվում էր, որ պահպանության օրենքը վավեր է, իրականում չի համապատասխանում. պահպանված.

Համաչափության բոլոր հատկությունները, որոնք հայտնի են մինչ այժմ, կարող են արտահայտվել պարզ հավասարման միջոցով: Ավելին, սա նշանակում է, որ այս հավասարումը անփոփոխ է փոխակերպումների բոլոր անվանված խմբերի նկատմամբ, և, հետևաբար, կարելի է կարծել, որ այս հավասարումն արդեն իսկ ճիշտ արտացոլում է նյութի բնության օրենքները։ Բայց այս հարցի լուծումը դեռևս չկա.

Բայց նույնիսկ այս հնարավորությունից զատ, կարելի է հուսալ, որ ամենաբարձր էներգիաների տարրական մասնիկների ոլորտում փորձերի համակարգման շնորհիվ. մաթեմատիկական վերլուծությունդրանց արդյունքները մի օր կհանգեցնեն նյութի միասնության ամբողջական ըմբռնմանը: «Լրիվ ըմբռնում» արտահայտությունը կնշանակի, որ նյութի ձևերը, մոտավորապես այն իմաստով, որով Արիստոտելը օգտագործել է այս տերմինն իր փիլիսոփայության մեջ, կդառնան եզրակացություններ, այսինքն՝ փակ մաթեմատիկական սխեմայի լուծումներ, որոնք արտացոլում են բնության օրենքները։ գործ.

Մատենագիտություն

Այս աշխատանքը պատրաստելու համար նյութեր են օգտագործվել http://www.philosophy.ru/ կայքից

Կրկնուսույց

Օգնության կարիք ունե՞ք թեման ուսումնասիրելու համար:

Մեր մասնագետները խորհուրդ կտան կամ կտրամադրեն կրկնուսուցման ծառայություններ ձեզ հետաքրքրող թեմաներով:
Ներկայացրե՛ք Ձեր դիմումընշելով թեման հենց հիմա՝ խորհրդատվություն ստանալու հնարավորության մասին պարզելու համար:

E. հ.մ.-ն գերազանցում է պարբերական տարրերի թիվը: Մենդելեևի համակարգը. E. ch.m-ն ըստ էության քվանտային մեխանիկական է. առարկաները (տես Միկրոմասնիկներ), նրանց շարժումը (որը տեղի է ունենում բավականին հաճախ լույսի արագությանը մոտ արագությամբ) կարող է լինել միայն հարաբերական, այսինքն. տեսություն, որը բավարարում է հարաբերականության պահանջները։ 30–50-ական թթ. Համարվում էր, որ էլեկտրոնային քվանտային մեխանիկայի ընդհանուր տեսությունը կլինի քվանտային մեխանիկա, իսկ հարաբերականության տեսությունը՝ հարաբերական։ Սակայն այս ուղղությամբ բազմաթիվ փորձեր բախվել են անհաղթահարելի դժվարությունների։ Հետևաբար, ֆիզիկայում մշակվել է, որ տարրական քվանտային մեխանիկայի ընդհանուր տեսություն ստեղծելու համար անհրաժեշտ է լրացնել քվանտային տեսության և հարաբերականության տեսության սկզբունքները էականորեն նոր հասկացություններով և օրենքներով, որոնք բնորոշ են միայն աշխարհին։ տարրական քվանտային մեխանիկա.

Այս առնչությամբ առաջացած փիլիսոփայություններից. Ամենամեծ խնդիրները վերաբերում էին տարածություն-ժամանակի բնույթին շատ փոքր հեռավորությունների վրա: Բազմաթիվ ուղղակի փորձեր տարածությունների քվանտացումը, հարաբերությունները E. հ.մ. Իրենց փորձերի ընթացքում նրանք հայտնաբերեցին դրանց անհամատեղելիությունը հարաբերականության տեսության և շատ բարձր էներգիաներում էլեկտրաքիմիական մասնիկների ցրման փորձարարական տվյալների հետ։ Լինդենբաումը և ուրիշները 1966 թվականին ապացուցեցին, որ մինչև 10-17 սմ հեռավորության վրա միկրոտիեզերքն ունի շարունակական, ոչ դիսկրետ կառուցվածք: Ներկայումս դիտարկվում են դիսկրետ տարածություն-ժամանակի տարբեր մոդելներ։ ժամանակը՝ որպես իրական ֆիզիկականի հիմնախնդրի հետազոտման ուղղություններից մեկը։ շատ փոքր հեռավորությունների և ժամանակային ընդմիջումների կառուցվածքը: Մաթեմատիկայի կիրառումը E.H.M-ի ֆիզիկայում դեռ հիմնված է Եվդոքս-Արքիմեդ աքսիոմի վրա, ըստ որի, կամայականորեն ընտրված երկու հատվածներից փոքրը միշտ կարող է հետաձգվել: ավելի մեծ թիվանգամ, որից հետո վերջինս կգերազանցի երկարությամբ։ Սա, որը բնութագրում է տարածության տոպոլոգիան, կասկածներ է հարուցում Է.հ.մ.-ի աշխարհում, հատկապես՝ կապված դրանց տարբեր վիրտուալ փոխակերպումների հնարավորության հետ։ Շրջանակներում այսպես կոչված Ուսումնասիրված են վերացական դաշտի տեսության կիրառությունները մաթեմատիկայի տարրական տեսության ընդհանուր տեսության կառուցման գործում։ առավել ընդհանուր տոպոլոգիական տարածություններ: բնությունը, ներառյալ. և ոչ մետրիկ (այսինքն՝ նրանք, որոնցում անհնար է ներկայացնել միմյանցից առարկաների «հեռավորության» որոշակի չափանիշ՝ նրանց միջև «հեռավորության» անալոգը):

Դոկտ. Փիլիսոփա Խնդիրները կապված են տարրական օբյեկտի նույնականացման հետ, որը կարող է օգտագործվել որպես փորձառության հետ կապված սուբյեկտների տեսության հիմք (օրինակ՝ որոշակի ունիվերսալ, ինքնագործող ոչ գծային Հեյզենբերգի սպինոր) և հիպոթետիկ առարկաներ։ բնությունը (Գել-Մանի և Ցվեյգի քվարկերը կամ Չուի, Ֆրաուտշիի և նրանց հետևորդների ռեգելիոնները): Այս փորձերից շատերն ուղղակիորեն կապված են որոշակի փիլիսոփայությունների հետ: գաղափարներ։ Այսպիսով, Սակատան իր տեսությունը համարում է դիալեկտիկայի գաղափարների վրա հիմնված։ մատերիալիզմը, Հայզենբերգը ելնում է երկրաչափորեն կատարյալ իդեալական մարմինների մասին Պլատոնի ուսմունքից, Գել-Մանն իր «ութապատիկ համաչափությունը» կապում է Բուդդայի ճշմարտությունն ըմբռնելու ութ ուղիների և որոնումների հետ։ նոր ձևատոմիզմը, Չուն, ընդհակառակը, ատոմիզմի գաղափարը համարում է հնացած և առաջարկում է առաջնորդվել Լայբնիցի՝ բոլոր աշխարհներից լավագույնի գաղափարով և «ժողովրդավարության» գաղափարով՝ բոլոր հայտնի Է. ch.m.

Մինչ այժմ առաջարկված E. ընդհանուր տեսության բոլոր տարբերակները ներկայացնում են խորը դիալեկտիկական մեթոդներ. E.-ի հատկությունների անհամապատասխանությունը որպես գիտական ​​օբյեկտներ. մի կողմից ակնհայտորեն առկա է զանգվածների, լիցքերի, պտույտի և այս տեսակի այլ բնութագրերի զարմանալի կայունություն. Մյուս կողմից, E. Ch.-ի փոխադարձ փոխարկելիությունը, ըստ էության, նրանց գոյության ձևն է. շնորհիվ վիրտուալ գործընթացների, յուրաքանչյուր հայտնի E. Ch մարմիններ - պահպանել էլեկտրական, բարիոնային և լեպտոնային լիցքերը):

Մի շարք փիլիսոփայություններ Ե–ի ֆիզիկայի խնդիրները վերաբերում են նոր հասկացությունների ձեւավորմանը, որոնց օգնությամբ հնարավոր կլինի ձեւակերպել Ե–ի նոր շարժումները՝ որպես որակապես եզակի առարկաներ։ IN վերջին տարիներըՑածր էներգիաների համաչափության նոր հատկությունների հայտնաբերման կապակցությամբ՝ մինչև մեկ միլիոն էլեկտրոն վոլտ, և երբ սահմանափակվում է չնչին, մետրիկ տոպոլոգիա ունեցող առարկաներով։ Այլ կերպ ասած, սկզբունքի համապատասխանության տեսակետից է մոտենում տեսության կառուցմանը. Մեծ հույսեր են դրվում Ե.հ.մ փոխազդեցությունների համաչափության ինտենսիվ ուսումնասիրված հատկությունների վրա Ակնհայտ է, որ միայն այս տեսանկյունից. E. Ch.M.-ի միասնական տեսությունը կարող է բացատրել և՛ E. Ch.M.-ի այս կոնկրետ խմբի գոյության փաստը, և՛ դրանց միջև հենց այս տեսակի փոխազդեցությունների առկայությունը, և՛ բոլորովին առեղծվածայինը: այսօրվա օրը. ժամանակ, բայց էմպիրիկորեն շատ հստակորեն փոխազդեցության ուժը կախված է դրա համաչափության աստիճանից (այս ուժի նվազում, քանի որ փոխազդեցության համաչափության աստիճանը նվազում է):

Լիտ.:Մարկով Մ. Ա., Նոր ժամանակների մասին. ատոմիզմի ձև (Տարրական մասնիկի հասկացության մասին), «VF», 1960; Թիվ 3, 4; Mapshak R. and Sudershan E., Introduction to Physics E. ch., trans. անգլերենից, Մ., 1962; Փիլիսոփայություն ֆիզիկայի խնդիրներ E. Ch., M., 1863; Հայզենբերգ Վ., Ֆիզիկա և, թարգմ. գերմաներենից, Մ., 1963; Նյութի բնույթը, «Առաջընթացներ ֆիզիկական գիտությունների մեջ», 1965; հատոր 86, հ. 4; Չու Ջ., վերլուծաբան. S-մատրիցայի տեսություն, տրանս. անգլերենից, Մ., 1968։

Ի.Աքչուրին. Մոսկվա.

Փիլիսոփայական հանրագիտարան. 5 հատորով - Մ.: Սովետական ​​հանրագիտարան. Խմբագրել է Ֆ.Վ.Կոնստանտինովը. 1960-1970 .

Տեսեք, թե ինչ են «ՆԱՏԵՐԻ տարրական մասնիկները» այլ բառարաններում.

Ներածություն. E. մասնիկները այս տերմինի ճշգրիտ իմաստով առաջնային, հետագա անխզելի մասնիկներն են, որոնցից, ըստ ենթադրության, բաղկացած է ողջ նյութը։ Ժամանակակից ֆիզիկա տերմինը «Է. հ». սովորաբար օգտագործվում է ոչ թե իր ճշգրիտ իմաստով, այլ ավելի քիչ խիստ անվանման համար... ... Ֆիզիկական հանրագիտարան

Մեծ Հանրագիտարանային բառարան

Տարրական մասնիկները ֆիզիկական նյութի ամենափոքր մասնիկներն են։ Տարրական մասնիկների մասին պատկերացումները արտացոլում են նյութի կառուցվածքի իմացության փուլը, որը ձեռք է բերվել ժամանակակից գիտության կողմից: Հակամասնիկների հետ միասին մոտ 300 տարրական... ... Միջուկային էներգիայի տերմիններ

տարրական մասնիկներ- Ֆիզիկական նյութի ամենափոքր մասնիկները: Տարրական մասնիկների մասին պատկերացումները արտացոլում են նյութի կառուցվածքի իմացության փուլը, որը ձեռք է բերվել ժամանակակից գիտության կողմից: Հակամասնիկների հետ մեկտեղ հայտնաբերվել է մոտ 300 տարրական մասնիկ։ Ժամկետը...... Տեխնիկական թարգմանչի ուղեցույց

Ժամանակակից հանրագիտարան

Տարրական մասնիկներ- Համեմատական ​​մասնիկներ, նյութի կառուցվածքի հաջորդ (միջուկներից հետո) մակարդակի (ենթամիջուկային մասնիկներ) նյութի ամենափոքր մասնիկների ընդհանուր անվանումը։ Տարրական մասնիկները ներառում են պրոտոն (p), նեյտրոն (n), էլեկտրոն (e), ֆոտոն (g), նեյտրինո (n) և այլն, և դրանց... Պատկերազարդ հանրագիտարանային բառարան

Ներածություն. E. մասնիկները այս տերմինի ճշգրիտ իմաստով առաջնային, հետագա անբաժանելի մասնիկներ են, որոնցից, ենթադրաբար, բաղկացած է ամբողջ նյութը։ Հայեցակարգում «Է. հ». Ժամանակակից ֆիզիկայում նախնադարյան սուբյեկտների գաղափարն արտահայտվում է... ... Խորհրդային մեծ հանրագիտարան

Ֆիզիկական նյութի հայտնի ամենափոքր մասնիկները: Տարրական մասնիկների մասին պատկերացումներն արտացոլում են նյութի կառուցվածքի իմացության աստիճանը, որին հասել է ժամանակակից գիտությունը։ Առանձնահատկությունտարրական մասնիկների փոխադարձ կարողություն... ... Հանրագիտարանային բառարան

Նեղ իմաստով մասնիկներ, որոնք չի կարելի համարել այլ մասնիկներից բաղկացած։ Ժամանակակից Ֆիզիկայի մեջ E. Ch տերմինն օգտագործվում է ավելի լայն իմաստով՝ այսպես կոչված. նյութի ամենափոքր մասնիկները՝ պայմանով, որ դրանք ատոմային միջուկներ և ատոմներ չեն... ... Քիմիական հանրագիտարան

Ֆիզիկական ամենափոքր մասնիկները գործ. Գաղափարները E. h-ի մասին արտացոլում են նյութի կառուցվածքի իմացության աստիճանը, որը ձեռք է բերվել ժամանակակից ժամանակներում: գիտ. E. h-ի բնորոշ հատկանիշը փոխադարձ փոխակերպումների ենթարկվելու ունակությունն է. սա մեզ թույլ չի տալիս դիտարկել E. h. Բնական գիտություն. Հանրագիտարանային բառարան

Գրքեր

• Տիեզերքում նյութի կառուցվածքի եթերային տեսություն, Անատոլի Բեդրիցկի. «Տիեզերքում նյութի կառուցվածքի եթերային տեսությունը» գիրքը սահմանում է նյութի իրական սկզբնական տարրական մասնիկները՝ գորգերը, որոնք ունեն բացարձակ խտություն և քաոսային շարժվում են բոլոր ուղղություններով,...

Եթե ​​կարծում էիք, որ մենք մոռացության ենք մատնվել մեր խելահեղ թեմաներով, ապա շտապում ենք հիասթափեցնել ձեզ և ուրախացնել. սխալվեցիք։ Փաստորեն, այս ամբողջ ընթացքում մենք փորձում ենք գտնել քվանտային պարադոքսների հետ կապված խելահեղ թեմաների ներկայացման ընդունելի մեթոդ։ Մենք մի քանի սևագիր գրեցինք, բայց դրանք բոլորը նետվեցին ցրտի մեջ։ Որովհետև, երբ խոսքը վերաբերում է քվանտային կատակների բացատրությանը, մենք ինքներս ենք շփոթվում և խոստովանում, որ շատ բան չենք հասկանում (և ընդհանրապես, քչերն են հասկանում այս հարցը, ներառյալ աշխարհի հիանալի գիտնականները): Ավաղ, քվանտային աշխարհն այնքան խորթ է փղշտական ​​աշխարհայացքին, որ ամենևին էլ ամոթ չէ ընդունել ձեր թյուրիմացությունը և մի փոքր միասին փորձել հասկանալ գոնե հիմնականը։

Եվ չնայած, ինչպես միշտ, մենք կփորձենք հնարավորինս պարզ խոսել Google-ի պատկերների հետ, անփորձ ընթերցողին որոշակի նախնական նախապատրաստություն կպահանջվի, ուստի խորհուրդ ենք տալիս դիտել մեր նախորդ թեմաները, հատկապես քվանտների և նյութի մասին:
Հատկապես հումանիստների և այլ հետաքրքրված մարդկանց համար՝ քվանտային պարադոքսներ։ Մաս 1.

Այս թեմայում կխոսենք քվանտային աշխարհի ամենատարածված առեղծվածի՝ ալիք-մասնիկ երկակիության մասին։ Երբ ասում ենք «ամենասովորականը», նկատի ունենք, որ ֆիզիկոսներն այնքան են հոգնել դրանից, որ դա նույնիսկ առեղծված չի թվում: Բայց սա այն ամենն է, որովհետև այլ քվանտային պարադոքսներ նույնիսկ ավելի դժվար է ընդունել սովորական մտքի համար:

Եվ այսպես էր. Հին բարի ժամանակներում, ինչ-որ տեղ 17-րդ դարի կեսերին, Նյուտոնը և Հյուգենսը համաձայն չէին լույսի գոյության մասին. Նյուտոնն անամոթաբար հայտարարեց, որ լույսը մասնիկների հոսք է, իսկ ծեր Հյուգենսը փորձեց ապացուցել, որ լույսը ալիք է: Բայց Նյուտոնն ավելի հեղինակավոր էր, ուստի լույսի էության մասին նրա հայտարարությունն ընդունվեց որպես ճշմարիտ, և Հյուգենսի վրա ծիծաղեցին։ Եվ երկու հարյուր տարի լույսը համարվում էր ինչ-որ անհայտ մասնիկների հոսք, որի բնույթը նրանք հույս ունեին մի օր բացահայտել:

19-րդ դարի սկզբին Թոմաս Յանգ անունով արևելագետը շփվեց օպտիկական գործիքներով, արդյունքում նա վերցրեց և իրականացրեց մի փորձ, որն այժմ կոչվում է Յանգի փորձ, և յուրաքանչյուր ֆիզիկոս այս փորձը համարում է սուրբ:

Թոմաս Յանգը պարզապես ուղղեց լույսի ճառագայթը (նույն գույնի, այնպես որ հաճախականությունը մոտավորապես նույնն էր) ափսեի երկու ճեղքերի միջով և դրա հետևում դրեց մեկ այլ էկրանի թիթեղ: Իսկ արդյունքը ցույց տվեց իր գործընկերներին։ Եթե ​​լույսը լիներ մասնիկների հոսք, ապա մենք կտեսնեինք երկու թեթև գծեր հետին պլանում:
Բայց, ի դժբախտություն ողջ գիտական ​​աշխարհի, ափսեի էկրանին հայտնվեցին մի շարք մուգ և բաց շերտեր։ Ընդհանուր երեւույթ, որը կոչվում է միջամտություն, երկու (կամ ավելի ալիքների) սուպերպոզիցիան է միմյանց վրա:

Ի դեպ, միջամտության շնորհիվ է, որ մենք դիտում ենք ծիածանի երանգը յուղի բիծի կամ օճառի պղպջակի վրա:

Այլ կերպ ասած, Թոմաս Յանգը փորձնականորեն ապացուցեց, որ լույսը ալիք է։ Գիտական ​​աշխարհԵրկար ժամանակ նա չէր ցանկանում հավատալ Յունգին, և մի ժամանակ նրան այնքան էին քննադատում, որ նա նույնիսկ հրաժարվեց ալիքի տեսության իր գաղափարներից։ Բայց վստահությունը նրանց իրավացիության նկատմամբ դեռ հաղթեց, և գիտնականները սկսեցին լույսը համարել որպես ալիք: Ճիշտ է, ինչի մի ալիք, դա առեղծված էր:
Ահա, նկարում, Յունգի հին ու բարի փորձն է։

Պետք է ասել, որ լույսի ալիքային բնույթը մեծ ազդեցություն չի ունեցել դասական ֆիզիկայի վրա։ Գիտնականները վերաշարադրեցին բանաձևերը և սկսեցին հավատալ, որ շուտով ամբողջ աշխարհը կհայտնվի իրենց ոտքերի տակ ամեն ինչի համար մեկ ունիվերսալ բանաձևի ներքո:
Բայց դուք արդեն կռահեցիք, որ Էյնշտեյնը, ինչպես միշտ, փչացրեց ամեն ինչ։ Դժվարությունը սողաց մյուս կողմից. սկզբում գիտնականները շփոթվեցին ջերմային ալիքների էներգիան հաշվարկելիս և հայտնաբերեցին քվանտա հասկացությունը (անպայման կարդացեք այս մասին մեր համապատասխան թեմայում «»): Եվ հետո, այս նույն քվանտների օգնությամբ Էյնշտեյնը հարված հասցրեց ֆիզիկային՝ բացատրելով ֆոտոէլեկտրական էֆեկտի ֆենոմենը։

Համառոտ. ֆոտոէլեկտրական էֆեկտը (որի հետևանքներից մեկը թաղանթային ազդեցությունն է) լույսի հետևանքով որոշակի նյութերի մակերևույթից էլեկտրոնների դուրս մղումն է: Տեխնիկապես այս նոկաուտը տեղի է ունենում այնպես, կարծես լույսը մասնիկ լինի: Էյնշտեյնը լույսի մասնիկն անվանել է լույսի քվանտ, իսկ ավելի ուշ ստացել է անվանում՝ ֆոտոն։

1920 թվականին լույսի հակաալիքային տեսությանը ավելացվեց Կոմպտոնի զարմանալի էֆեկտը. երբ էլեկտրոնը ռմբակոծվում է ֆոտոններով, ֆոտոնը էներգիայի կորստով ցատկում է էլեկտրոնից (մենք «կրակում ենք» կապույտով, բայց կարմիրը թռչում է։ անջատված), ինչպես բիլիարդի գնդակը մյուսից: Դրա համար Կոմփթոնը Նոբելյան մրցանակի է արժանացել։

Այս անգամ ֆիզիկոսները զգուշանում էին պարզապես հրաժարվել լույսի ալիքային բնույթից, բայց փոխարենը լավ մտածեցին: Գիտությունը կանգնած է սարսափելի առեղծվածի առաջ՝ լույսը ալիք է, թե մասնիկ:

Լույսը, ինչպես ցանկացած ալիք, ունի հաճախականություն, և դա հեշտ է ստուգել: Մենք տեսնում ենք տարբեր գույներ, քանի որ յուրաքանչյուր գույն ուղղակի էլեկտրամագնիսական (լույսի) ալիքի տարբեր հաճախականություն է. կարմիրը ցածր հաճախականություն է, մանուշակագույնը բարձր հաճախականություն է:
Բայց դա զարմանալի է. տեսանելի լույսի ալիքի երկարությունը հինգ հազար անգամ մեծ է ատոմից. ինչպե՞ս է նման «բանը» տեղավորվում ատոմի մեջ, երբ ատոմը կլանում է այս ալիքը: Եթե ​​միայն ֆոտոնը չափերով համեմատելի մասնիկ է ատոմի հետ: Արդյո՞ք ֆոտոնը միաժամանակ մեծ և փոքր է:

Բացի այդ, ֆոտոէլեկտրական էֆեկտը և Կոմպտոնի էֆեկտը հստակորեն ապացուցում են, որ լույսը դեռևս մասնիկների հոսք է. չի կարելի բացատրել, թե ինչպես է ալիքը էներգիա փոխանցում տիեզերքում տեղայնացված էլեկտրոններին. քան մյուսները, և երևույթը Մենք չէինք դիտարկի ֆոտոէլեկտրական էֆեկտը: Բայց հոսքի դեպքում մեկ ֆոտոն բախվում է մեկ էլեկտրոնի հետ և որոշակի պայմաններում նրան դուրս է հանում ատոմից։

Արդյունքում որոշվեց՝ լույսը և՛ ալիք է, և՛ մասնիկ։ Ավելի ճիշտ՝ ոչ մեկը, ոչ մյուսը, այլ նյութի գոյության նոր՝ նախկինում անհայտ ձև. մեր նկատած երևույթները իրական վիճակի կանխատեսումներ են կամ ստվերներ՝ կախված նրանից, թե ինչպես եք նայում, թե ինչ է կատարվում: Երբ նայում ենք մի կողմից լուսավորված գլանի ստվերին, տեսնում ենք շրջան, իսկ մյուս կողմից լուսավորվելիս՝ ուղղանկյուն ստվեր։ Այդպես է լույսի մասնիկ-ալիքային ներկայացման դեպքում:

Բայց նույնիսկ այստեղ ամեն ինչ հեշտ չէ։ Չենք կարող ասել, որ լույսը համարում ենք կամ ալիք կամ մասնիկների հոսք։ Նայեք պատուհանից դուրս: Հանկարծ, նույնիսկ մաքուր լվացված ապակու մեջ, մենք տեսնում ենք մեր սեփական արտացոլումը, թեև մշուշոտ: Ո՞րն է որսը: Եթե ​​լույսը ալիք է, ապա հեշտ է բացատրել լուսամուտի արտացոլումը. մենք ջրի վրա նման ազդեցություն ենք տեսնում, երբ ալիքը արտացոլվում է խոչընդոտից: Բայց եթե լույսը մասնիկների հոսք է, ապա արտացոլումը չի կարող այդքան հեշտությամբ բացատրվել: Ի վերջո, բոլոր ֆոտոնները նույնն են: Այնուամենայնիվ, եթե դրանք բոլորը նույնն են, ապա պատուհանի ապակու տեսքով պատնեշը պետք է նույն ազդեցությունը թողնի նրանց վրա: Կամ նրանք բոլորն անցնում են ապակու միջով, կամ բոլորը արտացոլվում են։ Բայց դաժան իրականության մեջ ֆոտոնների մի մասը թռչում է ապակու միջով, և մենք տեսնում ենք հարևան տունը և անմիջապես տեսնում մեր արտացոլանքը։

Եվ միակ բացատրությունը, որ գալիս է մտքում՝ ֆոտոններն ինքնուրույն են: Անհնար է հարյուր տոկոս հավանականությամբ կանխատեսել, թե ինչպես իրեն կպահի որոշակի ֆոտոն՝ այն կբախվի ապակու՝ որպես մասնիկ, թե որպես ալիք։ Սա քվանտային ֆիզիկայի հիմքն է՝ նյութի միանգամայն, բացարձակ պատահական վարքագիծը միկրո մակարդակում առանց որևէ պատճառի (իսկ մեր մեծ քանակությունների աշխարհում մենք փորձից գիտենք, որ ամեն ինչ ունի պատճառ): Սա կատարյալ պատահական թվերի գեներատոր է, ի տարբերություն մետաղադրամի նետման:

Փայլուն Էյնշտեյնը, ով հայտնաբերեց ֆոտոնը, մինչև իր կյանքի վերջը համոզված էր, որ քվանտային ֆիզիկան սխալ է և բոլորին վստահեցնում էր, որ «Աստված զառ չի խաղում»: Բայց ժամանակակից գիտավելի ու ավելի շատ է հաստատում. նա դեռ խաղում է:

Այսպես թե այնպես, մի ​​օր գիտնականները որոշեցին վերջ տալ «ալիքի կամ մասնիկի» բանավեճին և վերարտադրել Յունգի փորձը՝ հաշվի առնելով 20-րդ դարի տեխնոլոգիաները։ Այդ ժամանակ նրանք սովորել էին մեկ առ մեկ նկարահանել ֆոտոններ (քվանտային գեներատորներ, որոնք բնակչության շրջանում հայտնի են որպես «լազերներ»), և, հետևաբար, որոշվեց ստուգել, ​​թե ինչ կլինի էկրանին, եթե մեկը մեկ մասնիկը կրակի երկու ճեղքերի վրա. վերջապես պարզ կդառնա, թե ինչ է նյութը վերահսկվող փորձարարական պայմաններում։

Եվ հանկարծ - լույսի մեկ քվանտ (ֆոտոն) ցույց տվեց միջամտության օրինաչափություն, այսինքն, մասնիկը միաժամանակ թռավ երկու ճեղքերով, ֆոտոնը միջամտեց ինքն իրեն (գիտական ​​առումով): Պարզաբանենք տեխնիկական կետը. փաստորեն, միջամտության պատկերը ցուցադրվել է ոչ թե մեկ ֆոտոնով, այլ մեկ մասնիկի վրա 10 վայրկյան ընդմիջումներով կրակոցների շարքով. ժամանակի ընթացքում Յանգի ծայրերը, որոնք ծանոթ էին 1801 թվականից C ցանկացած ուսանողի, հայտնվեցին: էկրանը։

Ալիքի տեսանկյունից սա տրամաբանական է. ալիքն անցնում է ճեղքերով, և այժմ երկու նոր ալիքներ շեղվում են համակենտրոն շրջանակներով՝ համընկնող միմյանց:
Բայց կորպուսկուլյար տեսանկյունից պարզվում է, որ ֆոտոնը ճեղքերով անցնելիս գտնվում է միաժամանակ երկու տեղում, իսկ միջով անցնելուց հետո խառնվում է ինքն իրեն։ Սա ընդհանուր առմամբ նորմալ է, հա՞:
Պարզվեց, որ դա նորմալ է։ Ավելին, քանի որ ֆոտոնը գտնվում է միանգամից երկու ճեղքի մեջ, նշանակում է, որ այն միաժամանակ ամենուր է և՛ ճեղքերից առաջ, և՛ դրանց միջով թռչելուց հետո։ Եվ ընդհանրապես, քվանտային ֆիզիկայի տեսանկյունից, սկզբի և ավարտի միջև արձակված ֆոտոնը միաժամանակ «ամենուր և միանգամից» է։ Ֆիզիկոսները մասնիկի նման հայտնաբերումն անվանում են «միանգամից ամենուր» սուպերպոզիցիա՝ սարսափելի բառ, որը նախկինում մաթեմատիկական փայփայանք էր, այժմ դարձել է ֆիզիկական իրականություն։

Որոշ Է. Շրյոդինգերը, քվանտային ֆիզիկայի հայտնի հակառակորդը, այս պահին ինչ-որ տեղ փորել էր մի բանաձև, որը նկարագրում էր նյութի ալիքային հատկությունները, օրինակ՝ ջուրը: Եվ դրա հետ մի փոքր շփվելուց հետո, ի սարսափ ինձ, ես եզրակացրի, այսպես կոչված, ալիքային ֆունկցիան։ Այս ֆունկցիան ցույց տվեց որոշակի վայրում ֆոտոն գտնելու հավանականությունը։ Նկատի ունեցեք, որ սա հավանականություն է, ոչ թե ճշգրիտ տեղանք: Եվ այս հավանականությունը կախված էր տվյալ վայրում քվանտային ալիքի գագաթի բարձրության քառակուսուց (եթե որևէ մեկին հետաքրքրում է մանրամասները):

Առանձին գլուխ կնվիրենք մասնիկների տեղակայման չափման հարցերին։

Հետագա հայտնագործությունները ցույց տվեցին, որ դուալիզմի հետ կապված իրերն էլ ավելի վատն են և առեղծվածային:
1924 թվականին ոմն Լուի դը Բրոլին ասաց, որ լույսի ալիքային-կորպուսային հատկությունները սառցաբեկորի ծայրն են: Եվ բոլոր տարրական մասնիկներն ունեն այս անհասկանալի հատկությունը։
Այսինքն՝ մասնիկը և ալիքը միաժամանակ ոչ միայն էլեկտրամագնիսական դաշտի մասնիկներ են (ֆոտոններ), այլ նաև իրական մասնիկներ՝ էլեկտրոններ, պրոտոններ և այլն։ Մեզ շրջապատող ամբողջ նյութը մանրադիտակային մակարդակում ալիքներ են(և միևնույն ժամանակ մասնիկներ):

Եվ մի քանի տարի անց դա նույնիսկ փորձնականորեն հաստատվեց. ամերիկացիները էլեկտրոններ էին մղում կաթոդային ճառագայթների խողովակներում (որոնք հայտնի են այսօրվա հին ֆարթերին «կինեսկոպ» անվան տակ), և այսպես, էլեկտրոնների արտացոլման հետ կապված դիտարկումները հաստատեցին, որ էլեկտրոն նույնպես ալիք է (հասկանալու համար կարելի է ասել, որ նրանք էլեկտրոնի ճանապարհին երկու ճեղքերով թիթեղ են տեղադրել և տեսել են էլեկտրոնի միջամտությունը այնպես, ինչպես կա):

Մինչ օրս փորձերը պարզել են, որ ատոմներն ունեն նաև ալիքային հատկություններ, և նույնիսկ որոշ հատուկ տեսակի մոլեկուլներ (այսպես կոչված «ֆուլերեններ») արտահայտվում են որպես ալիքներ։

Ընթերցողի հետաքրքրասեր միտքը, որը դեռ չի շշմել մեր պատմությունից, կհարցնի՝ եթե նյութը ալիք է, ապա ինչո՞ւ, օրինակ, թռչող գնդակը տարածության մեջ ալիքի տեսքով չի քսվում։ Ինչու՞ ռեակտիվ ինքնաթիռը բոլորովին նման չէ ալիքի, բայց շատ նման է ռեակտիվ ինքնաթիռին:

Դե Բրոլին՝ սատանան, այստեղ ամեն ինչ բացատրեց՝ այո, թռչող գնդակը կամ Բոինգը նույնպես ալիք է, բայց այս ալիքի երկարությունն ավելի կարճ է, այնքան մեծ է իմպուլսը։ Իմպուլսը զանգվածը բազմապատկած արագությունն է: Այսինքն՝ որքան մեծ է նյութի զանգվածը, այնքան կարճ է նրա ալիքի երկարությունը։ 150 կմ/ժ արագությամբ թռչող գնդակի ալիքի երկարությունը կկազմի մոտավորապես 0,00 մետր։ Հետևաբար, մենք ի վիճակի չենք նկատել, թե ինչպես է գնդակը տարածվում տարածության վրա որպես ալիք: Մեզ համար դա ամուր նյութ է։
Էլեկտրոնը շատ թեթև մասնիկ է և, թռչելով 6000 կմ/վ արագությամբ, կունենա նկատելի 0,0000000001 մետր ալիքի երկարություն։

Ի դեպ, անմիջապես պատասխանենք այն հարցին, թե ինչու ատոմային միջուկն այդքան «ալիքային» չէ։ Չնայած այն գտնվում է ատոմի կենտրոնում, որի շուրջ էլեկտրոնը խելագարորեն թռչում է և միևնույն ժամանակ քսվում է, այն ունի պատշաճ իմպուլս՝ կապված պրոտոնների և նեյտրոնների զանգվածի, ինչպես նաև բարձր հաճախականության տատանումների (արագության) հետ։ միջուկի ուժեղ փոխազդեցության ներսում մասնիկների մշտական ​​փոխանակման առկայությանը (կարդացեք թեման): Հետևաբար, միջուկն ավելի շատ նման է մեզ ծանոթ պինդ նյութին: Էլեկտրոնը, ըստ երևույթին, զանգված ունեցող միակ մասնիկն է, որն ունի հստակ արտահայտված ալիքային հատկություններ, ուստի բոլորը հաճույքով ուսումնասիրում են այն։

Վերադառնանք մեր մասնիկներին։ Այսպիսով, ստացվում է. ատոմի շուրջ պտտվող էլեկտրոնը և՛ մասնիկ է, և՛ ալիք: Այսինքն՝ մասնիկը պտտվում է, և միևնույն ժամանակ, էլեկտրոնը որպես ալիք ներկայացնում է միջուկի շուրջ որոշակի ձևի թաղանթ. ինչպե՞ս կարող է դա նույնիսկ հասկանալ մարդու ուղեղը:

Վերևում մենք արդեն հաշվարկել ենք, որ թռչող էլեկտրոնն ունի բավականին հսկայական (միկրոտիեզերքի համար) ալիքի երկարություն, և ատոմի միջուկի շուրջը տեղավորվելու համար այդպիսի ալիքին անհրաժեշտ է անպարկեշտ մեծ տարածություն։ Հենց դրանով է բացատրվում ատոմների նման մեծ չափերը՝ համեմատած միջուկի հետ։ Էլեկտրոնի ալիքի երկարությունները որոշում են ատոմի չափը։ Միջուկի և ատոմի մակերեսի միջև եղած դատարկ տարածությունը լցվում է էլեկտրոնի ալիքի երկարության (և միևնույն ժամանակ մասնիկի) «տեղավորմամբ»։ Սա շատ կոպիտ և ոչ ճիշտ բացատրություն է - ներեցեք մեզ - իրականում ամեն ինչ շատ ավելի բարդ է, բայց մեր նպատակն է գոնե թույլ տալ մարդկանց, ովքեր հետաքրքրված են այս ամենով, կրծել գիտության գրանիտի մի կտորը:

Եկեք նորից պարզ լինենք:Հոդվածի վերաբերյալ [YP-ում] որոշ մեկնաբանություններից հետո մենք հասկացանք, թե ինչ կարևոր կետ է բացակայում այս հոդվածում: Ուշադրություն. Նյութի ձևը, որը մենք նկարագրում ենք, ոչ ալիք է, ոչ էլ մասնիկ: Այն միայն (միաժամանակ) ունի ալիքի և մասնիկների հատկություններ։ Չի կարելի ասել, որ էլեկտրամագնիսական ալիքը կամ էլեկտրոնային ալիքը նման է ծովի ալիքների կամ ձայնային ալիքների: Մեզ ծանոթ ալիքները ներկայացնում են որոշակի նյութով լցված տարածության մեջ խանգարումների տարածումը:
Ֆոտոնները, էլեկտրոնները և միկրոտիեզերքի այլ օրինակները կարող են նկարագրվել ալիքային հավասարումներով, բայց ոչ մի դեպքում դրանք ալիք չեն: Դա նման է նյութի կորպուսային կառուցվածքին. մասնիկի վարքագիծը նման է փոքր կետային գնդակների թռիչքին, բայց դրանք երբեք գնդակներ չեն:
Սա պետք է հասկանալ և ընդունել, հակառակ դեպքում մեր բոլոր մտքերը, ի վերջո, կհանգեցնեն մակրոկոսմում անալոգների որոնմանը, և այդպիսով կավարտվի քվանտային ֆիզիկայի ըմբռնումը, և կսկսվի ֆրիարիզմը կամ շառլատան փիլիսոփայությունը, ինչպիսիք են քվանտային մոգությունը և նյութականությունը: մտքերի։

Յունգի արդիականացված փորձի մնացած սարսափելի եզրակացություններն ու հետևանքները մենք կքննարկենք ավելի ուշ՝ հաջորդ մասում. Հայզենբերգի անորոշությունը, Շրյոդինգերի կատուն, Պաուլիի բացառման սկզբունքը և քվանտային խճճվածությունը սպասում են համբերատար և մտածված ընթերցողին, ով կվերընթերցի մեր հոդվածները մեկից ավելի անգամ և կփորփրի։ ինտերնետի միջոցով լրացուցիչ տեղեկությունների որոնման համար:

Շնորհակալություն բոլորիդ ուշադրության համար։ Ուրախ անքնություն կամ ճանաչողական մղձավանջներ բոլորին:

ՆԲ. Մենք ջանասիրաբար հիշեցնում ենք ձեզ, որ բոլոր նկարները վերցված են Google-ից (որոնում ըստ պատկերների), այնտեղ որոշվում է հեղինակությունը:
Տեքստի ապօրինի պատճենումը քրեական հետապնդման է ենթարկվում, ճնշվում է, լավ, գիտեք:..