Kartat

Fizika kuantike: pa vëzhgues - nuk ka rëndësi. Pjesë mikrokozmosi Një grimcë e materies në fizikën kuantike

Teoria kuantike dhe struktura e materies

W. Heisenberg

Koncepti i "materies" ka pësuar vazhdimisht ndryshime gjatë historisë së të menduarit njerëzor. Është interpretuar ndryshe në sisteme të ndryshme filozofike. Kur përdorim fjalën "materie", duhet pasur parasysh se kuptimet e ndryshme që i janë bashkangjitur konceptit "materie" janë ruajtur deri tani në një masë më të madhe ose më të vogël në shkencën moderne.

Filozofia e hershme greke nga Thalesi te atomistët, e cila kërkonte një parim të vetëm në ndryshimin e pafund të të gjitha gjërave, formuloi konceptin e materies kozmike, substancës botërore që i nënshtrohet të gjitha këtyre ndryshimeve, nga e cila lindin të gjitha gjërat individuale dhe në të cilën ato kthehen përfundimisht përsëri. . Kjo lëndë u identifikua pjesërisht me një substancë specifike - uji, ajri ose zjarri - pjesërisht nuk i atribuoheshin cilësi të tjera, përveç cilësive të materialit nga i cili janë bërë të gjitha objektet.

Më vonë, koncepti i materies luajti një rol të rëndësishëm në filozofinë e Aristotelit - në idetë e tij për marrëdhëniet midis formës dhe materies, formës dhe substancës. Çdo gjë që ne vëzhgojmë në botën e fenomeneve është materie e formuar. Prandaj, materia nuk është një realitet në vetvete, por është vetëm një mundësi, një "potencial", ajo ekziston vetëm në sajë të formës 13. Në dukuritë e natyrës, "qenia", siç e quan Aristoteli, kalon nga mundësia në realiteti, në fakt i realizuar falë formës. Materia për Aristotelin nuk është ndonjë substancë specifike, si uji apo ajri, as nuk është hapësirë e pastër; rezulton të jetë, deri diku, një substrat i pacaktuar trupor, i cili përmban brenda vetes mundësinë e kalimit përmes formës në atë që ka ndodhur realisht, në realitet. Si shembull tipik i kësaj marrëdhënieje ndërmjet materies dhe formës, filozofia e Aristotelit përmend zhvillimin biologjik, në të cilin materia shndërrohet në organizma të gjallë, si dhe krijimi i një vepre arti nga njeriu. Statuja është e përfshirë tashmë në mermer përpara se të gdhendet nga skulptori.

Vetëm shumë më vonë, duke filluar me filozofinë e Dekartit, ata filluan ta kundërshtojnë materien si diçka parësore për shpirtin. Ekzistojnë dy aspekte plotësuese të botës, materia dhe shpirti, ose, siç shprehet Dekarti, "res extensa" dhe "res cogitans". Meqenëse parimet e reja metodologjike të shkencës natyrore, veçanërisht mekanika, përjashtonin reduktimin e dukurive trupore në forca shpirtërore, materia mund të konsiderohej vetëm si një realitet i veçantë, i pavarur nga shpirti njerëzor dhe nga çdo forcë mbinatyrore. Materia gjatë kësaj periudhe duket të jetë materie e formuar tashmë, dhe procesi i formimit shpjegohet nga një zinxhir shkakësor i ndërveprimeve mekanike. Materia tashmë ka humbur lidhjen me "shpirtin vegjetativ" të filozofisë aristoteliane, dhe për këtë arsye dualizmi midis materies dhe formës nuk luan më asnjë rol në këtë kohë. Kjo ide e materies ka dhënë ndoshta kontributin më të madh në atë që ne tani kuptojmë me fjalën "materie".

Së fundi, një tjetër dualizëm luajti një rol të rëndësishëm në shkencat natyrore të shekullit të nëntëmbëdhjetë, domethënë, dualizmi midis materies dhe forcës, ose, siç thoshin atëherë, midis forcës dhe materies. Materia mund të ndikohet nga forcat, dhe materia mund të shkaktojë shfaqjen e forcave. Lënda, për shembull, gjeneron një forcë graviteti dhe kjo forcë ndikon në të. Prandaj, forca dhe materia janë dy aspekte të dallueshme të botës fizike. Meqenëse forcat janë gjithashtu forca formuese, ky dallim i afrohet përsëri dallimit aristotelian midis materies dhe formës. Nga ana tjetër, pikërisht në lidhje me zhvillimin e fundit të fizikës moderne, ky dallim midis forcës dhe materies zhduket plotësisht, pasi çdo fushë force përmban energji dhe në këtë aspekt është gjithashtu pjesë e materies. Çdo fushë force korrespondon me një lloj të caktuar grimcash elementare. Grimcat dhe fushat e forcës janë vetëm dy manifestime të ndryshme të të njëjtit realitet.

Kur shkenca natyrore studion problemin e materies, para së gjithash duhet të hetojë format e materies. Shumëllojshmëria dhe ndryshueshmëria e pafundme e formave të materies duhet të bëhen objekt i drejtpërdrejtë i studimit; duhen bërë përpjekje për të gjetur ligje të natyrës, parime të unifikuara që mund të shërbejnë si një fill udhëzues në këtë fushë të pafund kërkimi. Prandaj, shkenca e saktë natyrore dhe veçanërisht fizika kanë përqendruar prej kohësh interesat e tyre në analizën e strukturës së materies dhe forcave që përcaktojnë këtë strukturë.

Që nga koha e Galileos, metoda kryesore e shkencës natyrore ka qenë eksperimenti. Kjo metodë bëri të mundur kalimin nga studimet e përgjithshme të natyrës në studime specifike, për të veçuar proceset karakteristike në natyrë, mbi bazën e të cilave ligjet e saj mund të studiohen më drejtpërdrejt sesa në studimet e përgjithshme. Kjo do të thotë, kur studiohet struktura e materies, është e nevojshme të kryhen eksperimente mbi të. Është e nevojshme të vendoset materia në kushte të pazakonta për të studiuar transformimet e saj në këto rrethana, duke shpresuar në këtë mënyrë të njohë disa veçori themelore të materies që ruhen në të gjitha ndryshimet e saj të dukshme.

Që nga formimi i shkencës moderne natyrore, ky ka qenë një nga qëllimet më të rëndësishme të kimisë, në të cilin koncepti i një elementi kimik u arrit mjaft herët. Një substancë që nuk mund të zbërthehej apo ndahej më me asnjë mjet në dispozicion të kimistëve në atë kohë: zierje, djegie, tretje, përzierje me substanca të tjera, quhej "element". Prezantimi i këtij koncepti ishte hapi i parë dhe jashtëzakonisht i rëndësishëm për të kuptuar strukturën e materies. Shumëllojshmëria e substancave të gjetura në natyrë u zvogëlua në të paktën një numër relativisht i vogël i substancave, elementeve më të thjeshta, dhe falë kësaj, u vendos një rend i caktuar midis fenomeneve të ndryshme të kimisë. Prandaj, fjala "atom" u përdor për njësinë më të vogël të materies që përbën një element kimik dhe grimca më e vogël e një përbërjeje kimike mund të vizualizohej si një grup i vogël atomesh të ndryshëm. Grimca më e vogël e elementit hekur doli të ishte, për shembull, një atom hekuri, dhe grimca më e vogël e ujit, e ashtuquajtura molekula e ujit, doli të jetë e përbërë nga një atom oksigjeni dhe dy atome hidrogjeni.

Hapi tjetër dhe pothuajse po aq i rëndësishëm ishte zbulimi i ruajtjes së masës në proceset kimike. Nëse, për shembull, elementi karbon digjet dhe formohet dioksidi i karbonit, atëherë masa e dioksidit të karbonit është e barabartë me shumën e masave të karbonit dhe oksigjenit para fillimit të procesit. Ky zbulim i dha konceptit të materies kryesisht një kuptim sasior. Pavarësisht nga vetitë e saj kimike, materia mund të matet me masën e saj.

Gjatë periudhës së ardhshme, kryesisht në shekullin e 19-të, u zbuluan një numër i madh i elementeve të reja kimike. Në kohën tonë, numri i tyre ka kaluar mbi 100. Megjithatë, ky numër tregon mjaft qartë se koncepti i një elementi kimik nuk na ka sjellë ende në pikën nga ku mund të kuptohet uniteti i materies. Supozimi se ka shumë lloje të ndryshme cilësore të materies, midis të cilave nuk ka lidhje të brendshme, nuk ishte i kënaqshëm.

Nga fillimi i shekullit të 19-të, tashmë ishin gjetur prova në favor të marrëdhënies midis elementëve të ndryshëm kimikë. Kjo dëshmi qëndron në faktin se peshat atomike të shumë elementeve dukej se ishin shumëfisha të plotë të një njësie më të vogël, e cila përafërsisht korrespondon me peshën atomike të hidrogjenit. Në favor të ekzistencës së kësaj marrëdhënieje foli edhe ngjashmëria e vetive kimike të disa elementeve. Por ishte vetëm nëpërmjet aplikimit të forcave shumë herë më të forta se ato që vepronin në proceset kimike, që ishte e mundur të vendosej me të vërtetë një lidhje midis elementëve të ndryshëm dhe të afrohej më shumë për të kuptuar unitetin e materies.

Vëmendja e fizikantëve u tërhoq nga këto forca në lidhje me zbulimin e zbërthimit radioaktiv nga Becquerel në 1896. Në studimet e mëvonshme nga Curie, Rutherford dhe të tjerë, u tregua qartë transformimi i elementeve në proceset radioaktive. Grimcat alfa u emetuan në këto procese në formën e fragmenteve të atomeve me një energji që është rreth një milion herë më e madhe se energjia e një grimce të vetme në një proces kimik. Rrjedhimisht, këto grimca tani mund të përdoren si një mjet i ri për studimin e strukturës së brendshme të atomit. Modeli bërthamor i atomit, i propozuar nga Rutherford në 1911, ishte rezultat i eksperimenteve mbi shpërndarjen e grimcave alfa. Karakteristika më e rëndësishme e këtij modeli të njohur ishte ndarja e atomit në dy pjesë krejtësisht të ndryshme - bërthama atomike dhe predha elektronike që rrethojnë bërthamën atomike. Bërthama atomike zë në qendër vetëm një pjesë jashtëzakonisht të vogël të hapësirës totale të zënë nga atomi - rrezja e bërthamës është afërsisht njëqind mijë herë më e vogël se rrezja e të gjithë atomit; por gjithsesi përmban pothuajse të gjithë masën e atomit. Ngarkesa e saj elektrike pozitive, e cila është një shumëfish integral i të ashtuquajturës ngarkesë elementare, përcakton numrin total të elektroneve që rrethojnë bërthamën, sepse atomi në tërësi duhet të jetë elektrikisht neutral; kështu përcakton formën e trajektoreve elektronike.

Ky ndryshim midis bërthamës atomike dhe shtresës elektronike dha menjëherë një shpjegim të qëndrueshëm për faktin se në kimi janë elementët kimikë që janë njësitë e fundit të materies dhe se nevojiten forca shumë të mëdha për t'i shndërruar elementët në njëri-tjetrin. Lidhjet kimike midis atomeve fqinje shpjegohen nga bashkëveprimi i predhave elektronike dhe energjitë e ndërveprimit janë relativisht të vogla. Një elektron i përshpejtuar në një tub shkarkimi me një potencial prej vetëm disa volt, ka energji të mjaftueshme për të "liruar" predha elektronike dhe për të bërë që drita të emetohet ose të thyejë një lidhje kimike në një molekulë. Por sjellja kimike e një atomi, megjithëse bazohet në sjelljen e predhave të elektroneve, përcaktohet nga ngarkesa elektrike e bërthamës atomike. Nëse dikush dëshiron të ndryshojë vetitë kimike, duhet të ndryshojë vetë bërthamën atomike, dhe kjo kërkon energji që janë rreth një milion herë më të mëdha se ato që ndodhin në proceset kimike.

Por modeli bërthamor i atomit, i konsideruar si një sistem në të cilin ligjet e mekanikës Njutoniane janë të vlefshme, nuk mund të shpjegojë qëndrueshmërinë e atomit. Siç u konstatua në një kapitull të mëparshëm, vetëm aplikimi i teorisë kuantike në këtë model mund të shpjegojë faktin se, për shembull, një atom karboni, pasi ka ndërvepruar me atome të tjera ose ka lëshuar një sasi drite, është ende një atom karboni. ., me të njëjtën shtresë elektronike si më parë. Ky stabilitet mund të shpjegohet thjesht në termat e vetë tipareve të teorisë kuantike që bëjnë të mundur një përshkrim objektiv të atomit në hapësirë dhe kohë.

Kështu, pra, u krijua baza fillestare për të kuptuar strukturën e materies. Vetitë kimike dhe vetitë e tjera të atomeve mund të shpjegohen duke aplikuar skemën matematikore të teorisë kuantike në predha elektronike. Duke u nisur nga ky themel, më tej ishte e mundur të përpiqeshim të analizojmë strukturën e materies në dy drejtime të ndryshme. Dikush ose mund të studiojë ndërveprimin e atomeve, lidhjen e tyre me njësi më të mëdha, si molekulat, kristalet ose objektet biologjike, ose mund të përpiqet, duke ekzaminuar bërthamën atomike dhe pjesët përbërëse të tij, të përparojë deri në pikën në të cilën uniteti i materies do te behej e qarte.. Kërkimi fizik është zhvilluar me shpejtësi në dekadat e fundit në të dy drejtimet. Prezantimi i mëposhtëm do t'i kushtohet sqarimit të rolit të teorisë kuantike në të dyja këto fusha.

Forcat midis atomeve fqinje janë kryesisht forca elektrike - po flasim për tërheqjen e ngarkesave të kundërta dhe zmbrapsjen midis atyre të ngjashme; elektronet tërhiqen nga bërthama atomike dhe tërhiqen nga elektronet e tjera. Por këto forca veprojnë këtu jo sipas ligjeve të mekanikës Njutoniane, por sipas ligjeve të mekanikës kuantike.

Kjo çon në dy lloje të ndryshme lidhjesh midis atomeve. Me një lloj lidhjeje, një elektron nga një atom kalon në një atom tjetër, për shembull, në mënyrë që të mbushë një shtresë elektronike që ende nuk është mbushur plotësisht. Në këtë rast, të dy atomet janë në fund të fundit të ngarkuar elektrikisht dhe quhen "jone"; meqenëse ngarkesat e tyre janë të kundërta, ato tërheqin njëri-tjetrin. Kimisti flet në këtë rast për një "lidhje polare".

Në llojin e dytë të lidhjes, elektroni u përket të dy atomeve në një mënyrë të caktuar, karakteristike vetëm për teorinë kuantike. Nëse përdorim figurën e orbitave të elektroneve, atëherë përafërsisht mund të themi se elektroni rrotullohet rreth të dy bërthamave atomike dhe kalon një pjesë të konsiderueshme të kohës si në njërin ashtu edhe në atomin tjetër. Ky lloj i dytë i lidhjes korrespondon me atë që kimisti e quan "lidhje valence".

Këto dy lloje lidhjesh, të cilat mund të ekzistojnë në të gjitha llojet e kombinimeve, në fund të fundit çojnë në formimin e grumbullimeve të ndryshme atomesh dhe provojnë të jenë përcaktuesit përfundimtarë të të gjitha strukturave komplekse që studiohen nga fizika dhe kimia. Pra, komponimet kimike formohen për shkak të faktit se grupe të vogla të mbyllura lindin nga atome të llojeve të ndryshme, dhe secili grup mund të quhet një molekulë e një përbërjeje kimike. Gjatë formimit të kristaleve, atomet vendosen në formën e grilave të renditura. Metalet formohen kur atomet janë të paketuara aq fort saqë elektronet e jashtme largohen nga lëvozhga e tyre dhe mund të kalojnë nëpër të gjithë pjesën e metalit. Magnetizmi i disa substancave, veçanërisht i disa metaleve, lind nga lëvizja rrotulluese e elektroneve individuale në këtë metal, etj.

Në të gjitha këto raste, dualizmi midis materies dhe forcës mund të ruhet ende, pasi bërthamat dhe elektronet mund të shihen si blloqet ndërtuese të materies që mbahen së bashku me forcat elektromagnetike.

Ndërsa fizika dhe kimia (ku lidhen me strukturën e materies) përbëjnë një shkencë të vetme, në biologji, me strukturat e saj më komplekse, situata është disi e ndryshme. Vërtetë, megjithë integritetin e dukshëm të organizmave të gjallë, ndoshta nuk mund të bëhet një dallim i mprehtë midis materies së gjallë dhe jo të gjallë. Zhvillimi i biologjisë na ka dhënë një numër të madh shembujsh nga të cilët mund të shihet se funksione specifike biologjike mund të kryhen nga molekula të veçanta ose grupe ose zinxhirë të molekulave të tilla. Këta shembuj nxjerrin në pah prirjen në biologjinë moderne për të shpjeguar proceset biologjike si pasojë e ligjeve të fizikës dhe kimisë. Por lloji i stabilitetit që shohim te organizmat e gjallë është disi i ndryshëm në natyrë nga qëndrueshmëria e një atomi ose një kristali. Në biologji, bëhet fjalë më shumë për stabilitetin e procesit ose funksionit sesa për stabilitetin e formës. Pa dyshim, ligjet e mekanikës kuantike luajnë një rol shumë të rëndësishëm në proceset biologjike. Për shembull, për të kuptuar molekulat e mëdha organike dhe konfigurimet e tyre të ndryshme gjeometrike, forca specifike mekanike kuantike janë thelbësore, të cilat mund të përshkruhen vetëm disi në mënyrë të pasaktë në bazë të konceptit të valencës kimike. Eksperimentet mbi mutacionet biologjike të shkaktuara nga rrezatimi tregojnë gjithashtu rëndësinë e natyrës statistikore të ligjeve mekanike kuantike dhe ekzistencën e mekanizmave të amplifikimit. Analogjia e ngushtë midis proceseve në sistemin tonë nervor dhe proceseve që ndodhin gjatë funksionimit të një makinerie llogaritëse elektronike moderne thekson përsëri rëndësinë e proceseve elementare individuale për një organizëm të gjallë. Por të gjithë këta shembuj ende nuk vërtetojnë se fizika dhe kimia, të plotësuara nga teoria e zhvillimit, do të bëjnë të mundur një përshkrim të plotë të organizmave të gjallë. Proceset biologjike duhet të interpretohen nga natyralistët eksperimentalë me më shumë kujdes sesa proceset e fizikës dhe kimisë. Siç shpjegoi Bohr, mund të rezultojë se një përshkrim i një organizmi të gjallë, i cili nga këndvështrimi i një fizikani mund të quhet i plotë, nuk ekziston fare, sepse një përshkrim i tillë do të kërkonte eksperimente të tilla, të cilat do të duhej të vijnë shumë në konflikt me funksionet biologjike të organizmit. Bohr e përshkroi këtë situatë si më poshtë: në biologji kemi të bëjmë më shumë me realizimin e mundësive në pjesën e natyrës së cilës i përkasim, sesa me rezultatet e eksperimenteve që ne vetë mund të bëjmë. Situata e komplementaritetit, në të cilën ky formulim është efektiv, pasqyrohet si një tendencë në metodat e biologjisë moderne: nga njëra anë, përdorimi i plotë i metodave dhe rezultateve të fizikës dhe kimisë dhe, nga ana tjetër, ende. përdorin vazhdimisht koncepte që i referohen atyre veçorive të natyrës organike që nuk përfshihen në fizikë dhe kimi, si, për shembull, koncepti i vetë jetës.

Prandaj, deri më tani, ne kemi kryer një analizë të strukturës së materies në një drejtim - nga atomi në strukturat më komplekse të përbëra nga atomet: nga fizika atomike në fizikën e gjendjes së ngurtë, te kimia dhe, së fundi, te biologjia. Tani duhet të kthehemi në drejtim të kundërt dhe të gjurmojmë linjën e kërkimit të drejtuar nga rajonet e jashtme të atomit në rajonet e brendshme, te bërthama atomike dhe, së fundi, te grimcat elementare. Vetëm kjo linjë e dytë ndoshta do të na çojë në një kuptim të unitetit të materies. Nuk ka nevojë të kesh frikë se vetë strukturat karakteristike do të shkatërrohen në eksperimente. Nëse vendoset detyra për të verifikuar në eksperimente unitetin themelor të materies, atëherë ne mund t'i nënshtrojmë materies veprimit të forcave më të forta të mundshme, kushteve më ekstreme, për të parë nëse, në fund, materia mund të shndërrohet në ndonjë çështje tjetër.

Hapi i parë në këtë drejtim ishte analiza eksperimentale e bërthamës atomike. Në periudhat fillestare të këtyre studimeve, që mbushin rreth tre dekadat e para të shekullit tonë, mjetet e vetme për eksperimente në bërthamën atomike ishin grimcat alfa të emetuara nga substancat radioaktive. Me ndihmën e këtyre grimcave, Rutherford arriti në vitin 1919 të kthejë bërthamat atomike të elementeve të dritës në njëra-tjetrën. Ai ishte në gjendje, për shembull, të kthente një bërthamë azoti në një bërthamë oksigjeni duke bashkuar një grimcë alfa në bërthamën e azotit dhe në të njëjtën kohë duke rrëzuar një proton prej saj. Ky ishte shembulli i parë i një procesi në distanca të rendit të rrezeve të bërthamave atomike, të cilat i ngjanin proceseve kimike, por që çuan në transformimin artificial të elementeve. Suksesi tjetër vendimtar ishte përshpejtimi artificial i protoneve në pajisjet e tensionit të lartë drejt energjive të mjaftueshme për transformimet bërthamore. Diferencat e tensionit prej rreth një milion volt janë të nevojshme për këtë qëllim, dhe Cockcroft dhe Walton, në eksperimentin e tyre të parë vendimtar, arritën të shndërrojnë bërthamat atomike të elementit litium në bërthama atomike të elementit helium. Ky zbulim hapi një fushë krejtësisht të re për kërkime, e cila mund të quhet fizikë bërthamore në kuptimin e duhur të fjalës dhe që shumë shpejt çoi në një kuptim cilësor të strukturës së bërthamës atomike.

Në fakt, struktura e bërthamës atomike doli të ishte shumë e thjeshtë. Bërthama atomike përbëhet nga vetëm dy lloje të ndryshme të grimcave elementare. Një nga grimcat elementare është protoni, i cili është edhe bërthama e atomit të hidrogjenit. Tjetri u quajt neutron, një grimcë që ka përafërsisht të njëjtën masë si një proton dhe është gjithashtu neutrale elektrike. Kështu, çdo bërthamë atomike mund të karakterizohet nga numri i përgjithshëm i protoneve dhe neutroneve nga të cilët përbëhet. Bërthama e një atomi të zakonshëm karboni përbëhet nga 6 protone dhe 6 neutrone. Por ka edhe bërthama të tjera të atomeve të karbonit, të cilat janë disi më të rralla - quheshin izotope të të parëve - dhe që përbëhen nga 6 protone dhe 7 neutrone, etj. Kështu, në fund, ata arritën në një përshkrim të materies, në të cilat në vend të shumë elementëve të ndryshëm kimikë, u përdorën vetëm tre njësi bazë, tre blloqe themelore ndërtimore - protoni, neutroni dhe elektroni. E gjithë materia përbëhet nga atome dhe për këtë arsye është ndërtuar përfundimisht nga këto tre blloqe bazë ndërtimi. Kjo, natyrisht, nuk do të thotë unitet i materies, por sigurisht do të thotë një hap i rëndësishëm drejt këtij uniteti dhe, ajo që ishte ndoshta edhe më e rëndësishme, do të thotë një thjeshtim domethënës. Vërtetë, kishte ende një rrugë të gjatë për të bërë nga njohja e këtyre blloqeve bazë të ndërtimit të bërthamës atomike deri në një kuptim të plotë të strukturës së saj. Këtu problemi ishte disi i ndryshëm nga problemi përkatës në lidhje me shtresën e jashtme të atomit, i zgjidhur në mesin e viteve njëzet. Në rastin e shtresës elektronike, forcat midis grimcave ishin të njohura me saktësi të madhe, por, përveç kësaj, duheshin gjetur ligje dinamike, dhe ato përfundimisht u formuluan në mekanikën kuantike. Në rastin e bërthamës atomike, mund të supozohet se ligjet dinamike ishin kryesisht ligjet e teorisë kuantike, por këtu forcat midis grimcave ishin kryesisht të panjohura. Ato duhej të nxirreshin nga vetitë eksperimentale të bërthamave atomike. Ky problem ende nuk mund të zgjidhet plotësisht. Forcat ndoshta nuk kanë një formë kaq të thjeshtë si në rastin e forcave elektrostatike midis elektroneve në shtresën e jashtme, dhe për këtë arsye është më e vështirë të nxirren matematikisht vetitë e bërthamave atomike nga forca më komplekse dhe, për më tepër, pasaktësia e eksperimenteve. pengon përparimin. Por idetë cilësore për strukturën e bërthamës kanë marrë një formë mjaft të caktuar.

Në fund, problemi i fundit madhor mbetet problemi i unitetit të materies. A janë këto grimca elementare - protoni, neutroni dhe elektroni, blloqet e fundit, të pazbërthyeshme të materies, me fjalë të tjera, "atomet" në kuptimin e filozofisë së Demokritit, pa asnjë lidhje reciproke (duke shpërqendruar nga forcat që veprojnë midis tyre), apo a janë ato vetëm forma të ndryshme të të njëjtit lloj materie? Më tej, a mund të shndërrohen ato në njëra-tjetrën apo edhe në forma të tjera të materies? Nëse ky problem zgjidhet eksperimentalisht, atëherë kjo kërkon forca dhe energji të përqendruara në grimcat atomike, të cilat duhet të jenë shumë herë më të mëdha se ato që janë përdorur për të studiuar bërthamën atomike. Meqenëse rezervat e energjisë në bërthamat atomike nuk janë mjaftueshëm të mëdha për të na siguruar mjetet për të kryer eksperimente të tilla, fizikanët ose duhet të përdorin forcat në hapësirë, domethënë në hapësirën midis yjeve, në sipërfaqen e yjeve, ose duhet të besoni aftësitë e inxhinierëve.

Në fakt, është bërë përparim në të dyja rrugët. Para së gjithash, fizikanët përdorën të ashtuquajturin rrezatim kozmik. Fushat elektromagnetike në sipërfaqen e yjeve, të shtrira në hapësira të gjera, në kushte të favorshme mund të përshpejtojnë grimcat e ngarkuara atomike, elektronet dhe bërthamat atomike, të cilat, siç doli, për shkak të inercisë së tyre më të madhe, kanë më shumë mundësi të qëndrojnë në fushën përshpejtuese për një kohë më të gjatë, dhe kur ato mbarojnë lënë sipërfaqen e yllit në hapësirën boshe, atëherë ndonjëherë ata arrijnë të kalojnë nëpër fusha potenciale prej shumë miliarda volt. Nxitimi i mëtejshëm në kushte të favorshme ndodh edhe në fusha magnetike të ndryshueshme midis yjeve. Sido që të jetë, rezulton se bërthamat atomike mbahen për një kohë të gjatë duke alternuar fusha magnetike në hapësirën e Galaktikës dhe në fund ato mbushin kështu hapësirën e galaktikës me atë që quhet rrezatim kozmik. Ky rrezatim arrin në tokë nga jashtë dhe për këtë arsye përbëhet nga të gjitha bërthamat e mundshme atomike - hidrogjen, helium dhe elementë më të rëndë - energjitë e të cilëve variojnë nga rreth qindra ose mijëra miliona elektron volt në vlerat një milion herë më të mëdha. Kur grimcat e këtij rrezatimi në lartësi të madhe hyjnë në atmosferën e sipërme të Tokës, ato përplasen këtu me atomet e azotit ose oksigjenit të atmosferës, ose atomet e ndonjë pajisjeje eksperimentale që është e ekspozuar ndaj rrezatimit kozmik. Më pas mund të ekzaminohen efektet e ekspozimit.

Një mundësi tjetër është ndërtimi i përshpejtuesve shumë të mëdhenj të grimcave. Si një prototip për ta, mund të konsiderohet i ashtuquajturi ciklotron, i cili u ndërtua në Kaliforni në fillim të viteve tridhjetë nga Lawrence. Ideja bazë e ndërtimit të këtyre instalimeve është që, për shkak të fushës së fortë magnetike, grimcat atomike të ngarkuara detyrohen të rrotullohen në mënyrë të përsëritur në një rreth, në mënyrë që ato të mund të përshpejtohen vazhdimisht nga fusha elektrike në këtë rrugë rrethore. Instalimet në të cilat mund të arrihen energji prej qindra miliona elektron volt janë tani në funksionim në shumë vende të globit, kryesisht në Britaninë e Madhe. Falë bashkëpunimit të 12 vendeve evropiane, në Gjenevë po ndërtohet një përshpejtues shumë i madh i këtij lloji, i cili shpresohet të prodhojë protone me energji deri në 25 milionë elektron volt. Eksperimentet e kryera duke përdorur rreze kozmike ose përshpejtues shumë të mëdhenj kanë zbuluar veçori të reja interesante të materies. Përveç tre blloqeve bazë të materies - elektroni, protoni dhe neutroni - janë zbuluar grimca të reja elementare që krijohen në këto përplasje me energji të lartë dhe të cilat, pas periudhave jashtëzakonisht të shkurtra kohore, zhduken, duke u shndërruar në të tjera. grimcat elementare. Grimcat e reja elementare kanë veti të ngjashme me ato të vjetra, me përjashtim të paqëndrueshmërisë së tyre. Edhe grimcat më të qëndrueshme elementare kanë një jetëgjatësi prej vetëm rreth një të milionta të sekondës, ndërsa jetëgjatësia e të tjerave është ende qindra ose mijëra herë më e shkurtër. Aktualisht, njihen rreth 25 lloje të ndryshme të grimcave elementare. Më i riu prej tyre është një proton i ngarkuar negativisht, i cili quhet antiproton.

Këto rezultate duket se në shikim të parë largohen përsëri nga idetë e unitetit të materies, pasi numri i blloqeve themelorë të materies, me sa duket, është rritur përsëri në një numër të krahasueshëm me numrin e elementeve të ndryshëm kimikë. Por ky do të ishte një interpretim i pasaktë i gjendjes aktuale të punëve. Sepse eksperimentet kanë treguar në të njëjtën kohë se grimcat lindin nga grimcat e tjera dhe mund të shndërrohen në grimca të tjera, se ato formohen thjesht nga energjia kinetike e grimcave të tilla dhe mund të zhduken përsëri, në mënyrë që grimcat e tjera të dalin prej tyre. Prandaj, me fjalë të tjera: eksperimentet treguan konvertueshmërinë e plotë të materies. Të gjitha grimcat elementare në përplasjet me energji mjaft të lartë mund të kthehen në grimca të tjera ose thjesht mund të krijohen nga energjia kinetike; dhe ato mund të kthehen në energji, siç është rrezatimi. Rrjedhimisht, ne kemi këtu në fakt provën përfundimtare të unitetit të materies. Të gjitha grimcat elementare janë "bërë" nga e njëjta substancë, nga i njëjti material, të cilin tani mund ta quajmë energji ose materie universale; ato janë vetëm format e ndryshme në të cilat materia mund të shfaqet.

Nëse e krahasojmë këtë situatë me konceptin e Aristotelit për lëndën dhe formën, atëherë mund të themi se materia e Aristotelit, e cila në thelb ishte "potencë", pra mundësi, duhet të krahasohet me konceptin tonë për energjinë; kur lind një grimcë elementare, energjia zbulohet për shkak të formës si realitet material.

Natyrisht, fizika moderne nuk mund të mjaftohet vetëm me një përshkrim cilësor të strukturës themelore të materies; ajo duhet të përpiqet, në bazë të eksperimenteve të kryera me kujdes, të thellojë analizën në formulimin matematikor të ligjeve të natyrës që përcaktojnë format e materies, përkatësisht grimcat elementare dhe forcat e tyre. Një dallim i qartë midis materies dhe forcës ose forcës dhe materies në këtë pjesë të fizikës nuk mund të bëhet më, pasi çdo grimcë elementare jo vetëm që gjeneron forca dhe përjeton vetë forcat, por në të njëjtën kohë përfaqëson në këtë rast një fushë të caktuar force. . Dualizmi mekanik kuantik i valëve dhe grimcave është arsyeja pse i njëjti realitet shfaqet si materie ashtu edhe si forcë.

Të gjitha përpjekjet për të gjetur një përshkrim matematikor për ligjet e natyrës në botën e grimcave elementare deri më tani filluan me teorinë kuantike të fushave valore. Hulumtimet teorike në këtë fushë u ndërmorën në fillim të viteve tridhjetë. Por edhe punimet e para në këtë fushë zbuluan vështirësi shumë serioze në fushën ku ata u përpoqën të kombinonin teorinë kuantike me teorinë speciale të relativitetit. Në pamje të parë, duket se dy teoritë, kuantike dhe relativitet, i referohen aspekteve aq të ndryshme të natyrës saqë në praktikë ato nuk mund të ndikojnë në njëra-tjetrën në asnjë mënyrë, dhe për këtë arsye kërkesat e të dyja teorive duhet të plotësohen lehtësisht në të njëjtin formalizëm. . Por një studim më i saktë tregoi se të dyja këto teori bien në konflikt në një pikë të caktuar, si rezultat i së cilës lindin të gjitha vështirësitë e mëtejshme.

Relativiteti special zbuloi një strukturë të hapësirës dhe kohës që doli të ishte disi e ndryshme nga struktura që i atribuohej atyre që nga krijimi i mekanikës Njutoniane. Karakteristika më karakteristike e kësaj strukture të sapo zbuluar është ekzistenca e një shpejtësie maksimale që nuk mund të tejkalohet nga asnjë trup lëvizës apo sinjal që përhapet, pra shpejtësia e dritës. Si pasojë e kësaj, dy ngjarje që ndodhin në dy pika shumë të largëta nuk mund të kenë ndonjë lidhje të drejtpërdrejtë shkakësore nëse ndodhin në momente të tilla kohore kur sinjali i dritës që del në momentin e ngjarjes së parë nga kjo pikë arrin në tjetrin vetëm pasi momenti i një ngjarjeje tjetër dhe anasjelltas. Në këtë rast, të dyja ngjarjet mund të quhen të njëkohshme. Meqenëse asnjë veprim i asnjë lloji nuk mund të transferohet nga një proces në një kohë në një proces tjetër në një kohë tjetër, të dy proceset nuk mund të lidhen me asnjë veprim fizik.

Për këtë arsye, veprimi në distanca të gjata, siç duket në rastin e forcave gravitacionale në mekanikën e Njutonit, doli të ishte i papajtueshëm me relativitetin special. Teoria e re duhej të zëvendësonte një veprim të tillë me "veprim me rreze të shkurtër", domethënë transferimin e forcës nga një pikë vetëm në pikën menjëherë ngjitur. Shprehja natyrore matematikore e ndërveprimeve të këtij lloji rezultoi të ishte ekuacione diferenciale për valët ose fushat që janë të pandryshueshme nën transformimin e Lorencit. Ekuacione të tilla diferenciale përjashtojnë çdo ndikim të drejtpërdrejtë të ngjarjeve të njëkohshme mbi njëra-tjetrën.

Prandaj, struktura e hapësirës dhe e kohës, e shprehur nga teoria speciale e relativitetit, kufizon jashtëzakonisht ashpër rajonin e njëkohshmërisë, në të cilën nuk mund të transmetohet asnjë ndikim, nga rajone të tjera në të cilat mund të ndodhë ndikimi i drejtpërdrejtë i një procesi në një tjetër.

Nga ana tjetër, lidhja e pasigurisë së teorisë kuantike vendos një kufi të vështirë në saktësinë me të cilën koordinatat dhe momentet ose momentet e kohës dhe energjisë mund të maten njëkohësisht. Meqenëse kufiri jashtëzakonisht i mprehtë nënkupton saktësinë e pafundme të fiksimit të pozicionit në hapësirë dhe kohë, momentet dhe energjitë përkatëse duhet të jenë plotësisht të papërcaktuara, domethënë, me një probabilitet dërrmues, proceset edhe me momente dhe energji arbitrare të mëdha duhet të dalin në plan të parë. Prandaj, çdo teori që përmbush njëkohësisht kërkesat e teorisë speciale të relativitetit dhe teorisë kuantike çon, rezulton, në kontradikta matematikore, përkatësisht, në divergjenca në rajonin e energjive dhe momenteve shumë të larta. Këto përfundime mund të mos jenë domosdoshmërisht të nevojshme, pasi çdo formalizëm i llojit të konsideruar këtu është, në fund të fundit, shumë i ndërlikuar dhe është gjithashtu e mundur që të gjenden mjete matematikore që do të ndihmojnë në eliminimin e kontradiktës midis teorisë së relativitetit dhe teorisë kuantike në këtë pikë. Por deri tani, të gjitha skemat matematikore që janë hetuar, në fakt kanë çuar në divergjenca të tilla, pra në kontradikta matematikore, ose kanë rezultuar të pamjaftueshme për të përmbushur të gjitha kërkesat e të dyja teorive. Për më tepër, ishte e qartë se vështirësitë në të vërtetë vinin nga pika e sapo shqyrtuar.

Pika në të cilën skemat matematikore konvergjente nuk plotësojnë kërkesat e teorisë së relativitetit ose teorisë kuantike doli të ishte shumë interesante në vetvete. Një skemë e tillë çoi, për shembull, kur u tentua të interpretohej me ndihmën e proceseve reale në hapësirë dhe kohë, në një lloj përmbysjeje kohore; ai përshkruante procese në të cilat, në një moment të caktuar, ndodhi papritur lindja e disa grimcave elementare, dhe energjia për këtë proces erdhi vetëm më vonë për shkak të disa proceseve të tjera të përplasjes midis grimcave elementare. Fizikanët, në bazë të eksperimenteve të tyre, janë të bindur se procese të këtij lloji nuk ndodhin në natyrë, të paktën kur të dy proceset ndahen nga njëri-tjetri nga një distancë e matshme në hapësirë dhe kohë.

Në një skemë tjetër teorike, u bë një përpjekje për të eliminuar divergjencat e formalizmit në bazë të një procesi matematikor, i cili u quajt "rinormalizim". Ky proces konsiston në faktin se pafundësitë e formalizmit mund të zhvendosen në një vend ku nuk mund të ndërhyjnë në marrjen e marrëdhënieve të përcaktuara rreptësisht midis sasive të vëzhguara. Në të vërtetë, kjo skemë ka çuar tashmë, në një farë mase, në përparime vendimtare në elektrodinamikën kuantike, pasi ofron një mënyrë për të llogaritur disa karakteristika shumë interesante në spektrin e hidrogjenit që më parë ishin të pashpjegueshme. Megjithatë, një analizë më e saktë e kësaj skeme matematikore e ka bërë të besueshme të konkludohet se ato sasi të cilat në teorinë e zakonshme kuantike duhet të interpretohen si probabilitete, në këtë rast, në rrethana të caktuara, pasi të jetë kryer procesi i rinormalizimit, mund të bëhen negative. . Kjo do të përjashtonte, natyrisht, një interpretim të qëndrueshëm të formalizmit për përshkrimin e materies, pasi probabiliteti negativ është një koncept i pakuptimtë.

Kështu, ne kemi arritur tashmë te problemet që tani janë në qendër të diskutimeve në fizikën moderne. Zgjidhja do të merret një ditë falë materialit eksperimental të pasuruar vazhdimisht, i cili përftohet në matje gjithnjë e më të sakta të grimcave elementare, gjenerimit dhe asgjësimit të tyre, forcave që veprojnë midis tyre. Nëse kërkojmë zgjidhje të mundshme për këto vështirësi, atëherë ndoshta duhet të kujtojmë se procese të tilla me ndryshim kohor të dukshëm, të diskutuar më sipër, nuk mund të përjashtohen në bazë të të dhënave eksperimentale nëse ato ndodhin vetëm brenda rajoneve shumë të vogla hapësinore-kohore. , brenda të cilave është ende e pamundur të gjurmohen proceset në detaje me pajisjet tona eksperimentale aktuale. Natyrisht, në gjendjen e tanishme të njohurive tona, vështirë se jemi gati të pranojmë mundësinë e proceseve të tilla të ndryshimit të kohës, nëse nga kjo rezulton se është e mundur që në një fazë të mëvonshme të zhvillimit të fizikës të vëzhgohen procese të tilla në të njëjtën kohë. mënyrë siç vërehen proceset e zakonshme atomike. Por këtu një krahasim i analizës së teorisë kuantike dhe analizës së relativitetit na lejon të paraqesim problemin në një dritë të re.

Teoria e relativitetit është e lidhur me konstanten universale të natyrës - me shpejtësinë e dritës. Kjo konstante është e një rëndësie vendimtare për vendosjen e një lidhjeje ndërmjet hapësirës dhe kohës, dhe për këtë arsye duhet të përfshihet në çdo ligj të natyrës që plotëson kërkesat e pandryshueshmërisë sipas transformimeve të Lorencit. Gjuha jonë e zakonshme dhe konceptet e fizikës klasike mund të zbatohen vetëm për fenomene për të cilat shpejtësia e dritës mund të konsiderohet praktikisht e pafundme. Nëse i afrohemi shpejtësisë së dritës në çfarëdo forme në eksperimentet tona, duhet të jemi të përgatitur për rezultate që nuk mund të shpjegohen më në terma të këtyre koncepteve të zakonshme.

Teoria kuantike është e lidhur me një tjetër konstante universale të natyrës - me kuantin e veprimit të Planck. Një përshkrim objektiv i proceseve në hapësirë dhe kohë është i mundur vetëm kur kemi të bëjmë me objekte dhe procese në një shkallë relativisht të madhe, dhe pikërisht atëherë konstanta e Planck-ut mund të konsiderohet praktikisht e pafundme. Teksa i afrohemi në eksperimentet tona rajonit në të cilin kuanti planckian i veprimit bëhet i rëndësishëm, ne vijmë në të gjitha vështirësitë me zbatimin e koncepteve konvencionale që janë diskutuar në kapitujt e mëparshëm të këtij libri.

Por duhet të ketë një konstante të tretë universale të natyrës. Kjo rrjedh thjesht, siç thonë fizikanët, nga konsideratat dimensionale. Konstantat universale përcaktojnë madhësitë e shkallëve në natyrë, ato na japin madhësitë karakteristike në të cilat mund të reduktohen të gjitha madhësitë e tjera në natyrë. Megjithatë, për një grup të plotë të njësive të tilla nevojiten tre njësi bazë. Mënyra më e lehtë për të konkluduar këtë është nga konventat e zakonshme të njësive, siç është përdorimi nga fizikanët e sistemit CQS (centimetër-gram-sekondë). Njësitë e gjatësisë, njësitë e kohës dhe njësitë e masës së bashku janë të mjaftueshme për të formuar një sistem të plotë. Kërkohen të paktën tre njësi bazë. Ato gjithashtu mund të zëvendësohen me njësi të gjatësisë, shpejtësisë dhe masës, ose me njësi të gjatësisë, shpejtësisë dhe energjisë, etj. Por, në çdo rast, tre njësitë bazë janë të nevojshme. Shpejtësia e dritës dhe kuanti i veprimit të Plankut na japin, megjithatë, vetëm dy nga këto sasi. Duhet të ketë një të tretë, dhe vetëm një teori që përmban një njësi të tillë të tretë mund të jetë e aftë të çojë në përcaktimin e masave dhe vetive të tjera të grimcave elementare. Bazuar në njohuritë tona moderne për grimcat elementare, atëherë ndoshta mënyra më e thjeshtë dhe më e pranueshme për të futur konstantën e tretë universale është supozimi se ekziston një gjatësi universale e rendit prej 10-13 cm, një gjatësi, pra, e krahasueshme përafërsisht me rrezet e bërthamave atomike të mushkërive. Nëse nga. këto tri njësi formojnë një shprehje që ka dimensionin e masës, atëherë kjo masë ka rendin e madhësisë së masës së grimcave elementare të zakonshme.

Nëse supozojmë se ligjet e natyrës përmbajnë një konstante të tillë të tretë universale të gjatësisë prej 10-13 cm, atëherë është shumë e mundur që idetë tona të zakonshme mund të zbatohen vetëm në rajone të tilla të hapësirës dhe kohës që janë të mëdha në krahasim me kjo konstante e gjatësisë universale. . Ndërsa eksperimentet tona i afrohen zonave të hapësirës dhe kohës që janë të vogla në krahasim me rrezet e bërthamave atomike, ne duhet të jemi të përgatitur për faktin se do të vërehen procese të një natyre cilësisht të re. Fenomeni i përmbysjes së kohës, i cili u diskutua më lart dhe deri më tani vetëm si një mundësi e nxjerrë nga konsideratat teorike, mund t'i përkasë, pra, këtyre rajoneve më të vogla hapësirë-kohore. Nëse po, atëherë ndoshta nuk do të ishte e mundur të vëzhgohej në atë mënyrë që procesi përkatës të mund të përshkruhet në terma klasikë. E megjithatë, në masën që procese të tilla mund të përshkruhen në terma klasikë, ato duhet të shfaqin gjithashtu një rend klasik në kohë. Por deri më tani, dihet shumë pak për proceset në rajonet më të vogla hapësirë-kohore - ose (që sipas lidhjes së pasigurisë përafërsisht korrespondon me këtë deklaratë) në energjitë dhe momentet më të mëdha të transferuara - dihet shumë pak.

Në përpjekjet për të arritur, në bazë të eksperimenteve mbi grimcat elementare, një njohje më e madhe e ligjeve të natyrës që përcaktojnë strukturën e materies dhe, në këtë mënyrë, strukturën e grimcave elementare, një rol veçanërisht të rëndësishëm luajnë vetitë e caktuara të simetrisë. Kujtojmë se në filozofinë e Platonit grimcat më të vogla të materies ishin formacione absolutisht simetrike, përkatësisht trupa të rregullt - një kub, një tetëedron, një ikozaedron, një katërkëndor. Megjithatë, në fizikën moderne, këto grupe të veçanta simetrie që rezultojnë nga grupi i rrotullimeve në hapësirën tredimensionale nuk janë më në qendër të vëmendjes. Ajo që ndodh në shkencat natyrore të kohëve moderne nuk është aspak një formë hapësinore, por është një ligj, prandaj, në një masë të caktuar, një formë hapësirë-kohore, dhe për këtë arsye simetritë e aplikuara në fizikën tonë duhet t'i referohen gjithmonë hapësirës dhe hapësirës dhe kohe bashke.. Por disa lloje të simetrisë duket se në fakt luajnë rolin më të rëndësishëm në teorinë e grimcave elementare.

Ne i njohim ato në mënyrë empirike falë të ashtuquajturave ligje të ruajtjes dhe falë sistemit të numrave kuantikë, me ndihmën e të cilit është e mundur të renditen ngjarjet në botën e grimcave elementare sipas përvojës. Matematikisht, ne mund t'i shprehim ato me ndihmën e kërkesës që ligji bazë i natyrës për materien të jetë i pandryshueshëm në grupe të caktuara transformimesh. Këto grupe transformimi janë shprehja më e thjeshtë matematikore e vetive të simetrisë. Ato shfaqen në fizikën moderne në vend të trupave të ngurtë të Platonit. Më të rëndësishmet janë renditur shkurtimisht këtu.

Grupi i të ashtuquajturave transformime të Lorencit karakterizon strukturën e hapësirës dhe kohës të zbuluar nga teoria speciale e relativitetit.

Grupi i studiuar nga Pauli dhe Guerschi korrespondon në strukturën e tij me grupin e rrotullimeve hapësinore tredimensionale - është izomorfik ndaj tij, siç thonë matematikanët - dhe manifestohet në shfaqjen e një numri kuantik, i cili u zbulua empirikisht në grimcat elementare njëzet. -Pesë vjet më parë dhe mori emrin "isospin".

Dy grupet e ardhshme, që sillen zyrtarisht si grupe rrotullimesh rreth një boshti të ngurtë, çojnë në ligje të ruajtjes për ngarkesën, për numrin e barioneve dhe për numrin e leptoneve.

Së fundi, ligjet e natyrës duhet të jenë ende të pandryshueshme në lidhje me disa veprime reflektimi, të cilat nuk duhet të numërohen këtu në detaje. Për këtë çështje, studimet e Lee dhe Yang rezultuan të ishin veçanërisht të rëndësishme dhe të frytshme, sipas idesë se cila sasi e quajtur barazi dhe për të cilën më parë supozohej se ishte e vlefshme ligji i ruajtjes, nuk ruhet në të vërtetë.

Të gjitha vetitë e simetrisë të njohura deri më tani mund të shprehen duke përdorur një ekuacion të thjeshtë. Për më tepër, me këtë nënkuptojmë se ky ekuacion është i pandryshueshëm në lidhje me të gjitha grupet e emërtuara të transformimeve, dhe për këtë arsye mund të mendohet se ky ekuacion tashmë pasqyron saktë ligjet e natyrës për materien. Por kjo pyetje nuk ka ende zgjidhje, ajo do të merret vetëm me kalimin e kohës me ndihmën e një analize më të saktë matematikore të këtij ekuacioni dhe me ndihmën e krahasimit me materialin eksperimental të mbledhur në përmasa gjithnjë e më të mëdha.

Fizika kuantike ka ndryshuar rrënjësisht kuptimin tonë për botën. Sipas fizikës kuantike, ne mund të ndikojmë në procesin e përtëritjes me vetëdijen tonë!

Pse është e mundur kjo?Nga pikëpamja e fizikës kuantike, realiteti ynë është një burim i potencialeve të pastra, një burim i lëndëve të para që përbëjnë trupin tonë, mendjen tonë dhe gjithë universin. Fusha universale e energjisë dhe informacionit nuk ndalet kurrë së ndryshuari dhe transformuari, duke u shndërruar në diçka të re çdo sekondë.

Në shekullin e 20-të, gjatë eksperimenteve fizike me grimca nënatomike dhe fotone, u zbulua se fakti i vëzhgimit të rrjedhës së një eksperimenti ndryshon rezultatet e tij. Ajo ku ne përqendrojmë vëmendjen tonë mund të reagojë.

Ky fakt konfirmohet nga një eksperiment klasik që çdo herë i habit shkencëtarët. Është përsëritur në shumë laboratorë dhe gjithmonë janë marrë të njëjtat rezultate.

Për këtë eksperiment u përgatit një burim drite dhe një ekran me dy të çara. Si burim drite u përdor një pajisje që “xhironte” fotone në formën e pulseve të vetme.

Ecuria e eksperimentit u monitorua. Pas përfundimit të eksperimentit, në letrën fotografike që ndodhej pas të çarave ishin të dukshme dy vija vertikale. Bëhet fjalë për gjurmë fotonesh që kanë kaluar nëpër të çarat dhe kanë ndriçuar letrën fotografike.

Kur ky eksperiment u përsërit në modalitetin automatik, pa ndërhyrjen njerëzore, fotografia në letër fotografike ndryshoi:

Nëse studiuesi ndezi pajisjen dhe u largua, dhe pas 20 minutash u zhvillua letra fotografike, atëherë mbi të u gjetën jo dy, por shumë vija vertikale. Këto ishin gjurmë rrezatimi. Por vizatimi ishte ndryshe.

Struktura e gjurmës në letrën fotografike i ngjante gjurmës së një valë që kalonte nëpër të çarat.Drita mund të shfaqë vetitë e një valë ose një grimce.

Si rezultat i faktit të thjeshtë të vëzhgimit, vala zhduket dhe shndërrohet në grimca. Nëse nuk vëzhgoni, atëherë një gjurmë e valës shfaqet në letrën fotografike. Ky fenomen fizik quhet Efekti i Vëzhguesit.

Të njëjtat rezultate u morën me grimcat e tjera. Eksperimentet u përsëritën shumë herë, por çdo herë ata i befasonin shkencëtarët. Pra, u zbulua se në nivelin kuantik, materia reagon ndaj vëmendjes së një personi. Kjo ishte e re në fizikë.

Sipas koncepteve të fizikës moderne, gjithçka materializohet nga zbrazëtia. Kjo zbrazëti quhet "fushë kuantike", "fushë zero" ose "matricë". Boshllëku përmban energji që mund të shndërrohet në materie.

Materia përbëhet nga energjia e përqendruar - ky është zbulimi themelor i fizikës së shekullit të 20-të.

Nuk ka pjesë të ngurta në një atom. Objektet përbëhen nga atome. Por pse objektet janë të ngurta? Një gisht i ngjitur në një mur me tulla nuk kalon nëpër të. Pse? Kjo është për shkak të dallimeve në karakteristikat e frekuencës së atomeve dhe ngarkesave elektrike. Çdo lloj atomi ka frekuencën e vet të dridhjeve. Kjo përcakton ndryshimet në vetitë fizike të objekteve. Nëse do të ishte e mundur të ndryshoni frekuencën e dridhjeve të atomeve që përbëjnë trupin, atëherë një person mund të kalonte nëpër mure. Por frekuencat vibruese të atomeve të dorës dhe atomeve të murit janë afër. Prandaj, gishti qëndron në mur.

Për çdo lloj ndërveprimi, është e nevojshme rezonanca e frekuencës.

Kjo është e lehtë për t'u kuptuar me një shembull të thjeshtë. Nëse ndriçoni një mur guri me dritën e një elektrik dore, drita do të bllokohet nga muri. Megjithatë, rrezatimi i telefonit celular do të kalojë lehtësisht përmes këtij muri. Gjithçka ka të bëjë me dallimet e frekuencës midis rrezatimit të një elektrik dore dhe një telefoni celular. Ndërsa jeni duke lexuar këtë tekst, rryma rrezatimi shumë të ndryshme po kalojnë nëpër trupin tuaj. Këto janë rrezatimi kozmik, sinjalet e radios, sinjalet nga miliona celularë, rrezatimi që vjen nga toka, rrezatimi diellor, rrezatimi i krijuar nga pajisjet shtëpiake, etj.

Nuk e ndjen sepse mund të shohësh vetëm dritë dhe të dëgjosh vetëm zë. Edhe nëse uleni në heshtje me sytë mbyllur, miliona biseda telefonike, foto të lajmeve televizive dhe mesazhe radioje kalojnë nëpër kokën tuaj. Ju nuk e perceptoni këtë, sepse nuk ka rezonancë të frekuencave midis atomeve që përbëjnë trupin tuaj dhe rrezatimit. Por nëse ka një rezonancë, atëherë reagoni menjëherë. Për shembull, kur kujtoni një të dashur që sapo mendoi për ju. Çdo gjë në univers u bindet ligjeve të rezonancës.

Bota përbëhet nga energjia dhe informacioni. Ajnshtajni, pasi u mendua shumë për strukturën e botës, tha: “I vetmi realitet që ekziston në univers është fusha”. Ashtu si valët janë krijim i detit, të gjitha manifestimet e materies: organizmat, planetët, yjet, galaktikat janë krijime të fushës.

Shtrohet pyetja, si krijohet materia nga fusha? Cila forcë kontrollon lëvizjen e materies?

Shkencëtarët hulumtues i çuan ata në një përgjigje të papritur. Themeluesi i fizikës kuantike, Max Planck, tha si vijon gjatë fjalimit të tij për çmimin Nobel:

“Gjithçka në Univers është krijuar dhe ekziston për shkak të forcës. Duhet të supozojmë se pas kësaj force qëndron një mendje e ndërgjegjshme, e cila është matrica e të gjithë materies.

ÇËSHTJA ESHTE NGA NDËRGJEGJJA

Në kapërcyellin e shekujve 20 dhe 21, në fizikën teorike u shfaqën ide të reja që bëjnë të mundur shpjegimin e vetive të çuditshme të grimcave elementare. Grimcat mund të shfaqen nga zbrazëtia dhe të zhduken papritur. Shkencëtarët pranojnë mundësinë e ekzistencës së universeve paralele. Ndoshta grimcat lëvizin nga një shtresë e universit në tjetrën. Të famshëm si Stephen Hawking, Edward Witten, Juan Maldacena, Leonard Susskind janë të përfshirë në zhvillimin e këtyre ideve.

Sipas koncepteve të fizikës teorike, Universi i ngjan një kukull foleje, e cila përbëhet nga shumë kukulla fole - shtresa. Këto janë variante të universeve - botëve paralele. Ato pranë njëri-tjetrit janë shumë të ngjashme. Por sa më larg të jenë shtresat nga njëra-tjetra, aq më pak ngjashmëri mes tyre. Teorikisht, për të lëvizur nga një univers në tjetrin, nuk kërkohen anije kozmike. Të gjitha opsionet e mundshme janë të vendosura njëra brenda tjetrës. Për herë të parë këto ide u shprehën nga shkencëtarët në mesin e shekullit të 20-të. Në kthesën e shekujve 20 dhe 21, ata morën konfirmimin matematikor. Sot, një informacion i tillë pranohet lehtësisht nga publiku. Sidoqoftë, nja dy qindra vjet më parë, për deklarata të tilla ata mund të digjeshin në kunj ose të shpalleshin të çmendur.

Gjithçka lind nga zbrazëtia. Gjithçka është në lëvizje. Artikujt janë një iluzion. Materia përbëhet nga energjia. Gjithçka krijohet nga mendimi. Këto zbulime të fizikës kuantike nuk përmbajnë asgjë të re. E gjithë kjo ishte e njohur për të urtët e lashtë. Në shumë mësime mistike, të cilat konsideroheshin sekrete dhe ishin të disponueshme vetëm për iniciatorët, thuhej se nuk kishte dallim midis mendimeve dhe objekteve.Gjithçka në botë është e mbushur me energji. Universi i përgjigjet mendimit. Energjia ndjek vëmendjen.

Ajo ku përqendroni vëmendjen tuaj fillon të ndryshojë. Këto mendime në formulime të ndryshme janë dhënë në Bibël, tekste të lashta gnostike, në mësime mistike që kanë origjinën në Indi dhe Amerikën e Jugut. Ndërtuesit e piramidave të lashta e morën me mend këtë. Kjo njohuri është çelësi i teknologjive të reja që po përdoren sot për të manipuluar realitetin.

Trupi ynë është një fushë energjie, informacioni dhe inteligjence, e cila është në një gjendje shkëmbimi të vazhdueshëm dinamik me mjedisin. Impulset e mendjes vazhdimisht, çdo sekondë, i japin trupit forma të reja për t'u përshtatur me kërkesat në ndryshim të jetës.

Nga pikëpamja e fizikës kuantike, trupi ynë fizik, nën ndikimin e mendjes sonë, është në gjendje të bëjë një kërcim kuantik nga një epokë biologjike në tjetrën pa kaluar nëpër të gjitha epokat e ndërmjetme. botuar

P.S. Dhe mbani mend, vetëm duke ndryshuar konsumin tuaj, ne po ndryshojmë botën së bashku! © econet

W. Heisenberg

Ndërsa fizika dhe kimia (ku lidhen me strukturën e materies) përbëjnë një shkencë të vetme, në biologji, me strukturat e saj më komplekse, situata është disi e ndryshme. Vërtetë, megjithë integritetin e dukshëm të organizmave të gjallë, ndoshta nuk mund të bëhet një dallim i mprehtë midis materies së gjallë dhe jo të gjallë. Zhvillimi i biologjisë na ka dhënë një numër të madh shembujsh nga të cilët mund të shihet se funksione specifike biologjike mund të kryhen nga molekula të veçanta ose grupe ose zinxhirë të molekulave të tilla. Këta shembuj nxjerrin në pah prirjen në biologjinë moderne për të shpjeguar proceset biologjike si pasojë e ligjeve të fizikës dhe kimisë. Por lloji i stabilitetit që shohim te organizmat e gjallë është disi i ndryshëm në natyrë nga qëndrueshmëria e një atomi ose një kristali. Në biologji, bëhet fjalë më shumë për stabilitetin e procesit ose funksionit sesa për stabilitetin e formës. Pa dyshim, ligjet e mekanikës kuantike luajnë një rol shumë të rëndësishëm në proceset biologjike. Për shembull, për të kuptuar molekulat e mëdha organike dhe konfigurimet e tyre të ndryshme gjeometrike, forca specifike mekanike kuantike janë thelbësore, të cilat mund të përshkruhen vetëm disi në mënyrë të pasaktë në bazë të konceptit të valencës kimike. Eksperimentet mbi mutacionet biologjike të shkaktuara nga rrezatimi tregojnë gjithashtu rëndësinë e natyrës statistikore të ligjeve mekanike kuantike dhe ekzistencën e mekanizmave të amplifikimit. Analogjia e ngushtë midis proceseve në sistemin tonë nervor dhe proceseve që ndodhin gjatë funksionimit të një makinerie llogaritëse elektronike moderne thekson përsëri rëndësinë e proceseve elementare individuale për një organizëm të gjallë. Por të gjithë këta shembuj ende nuk vërtetojnë se fizika dhe kimia, të plotësuara nga teoria e zhvillimit, do të bëjnë të mundur një përshkrim të plotë të organizmave të gjallë. Proceset biologjike duhet të interpretohen nga natyralistë eksperimentalë me më shumë kujdes sesa proceset e fizikës dhe kimisë. Siç shpjegoi Bohr, mund të rezultojë se një përshkrim i një organizmi të gjallë, i cili nga këndvështrimi i një fizikani mund të quhet i plotë, nuk ekziston fare, sepse një përshkrim i tillë do të kërkonte eksperimente të tilla, të cilat do të duhej të vijnë në konflikt të tepërt me funksionet biologjike të organizmit. Bohr e përshkroi këtë situatë si më poshtë: në biologji kemi të bëjmë më shumë me realizimin e mundësive në pjesën e natyrës së cilës i përkasim, sesa me rezultatet e eksperimenteve që ne vetë mund të bëjmë. Situata e komplementaritetit, në të cilën ky formulim është efektiv, pasqyrohet si një tendencë në metodat e biologjisë moderne: nga njëra anë, përdorimi i plotë i metodave dhe rezultateve të fizikës dhe kimisë dhe, nga ana tjetër, ende. përdorin vazhdimisht koncepte që i referohen atyre veçorive të natyrës organike që nuk përfshihen në fizikë dhe kimi, si, për shembull, koncepti i vetë jetës.

Grupi i të ashtuquajturave transformime të Lorencit karakterizon strukturën e hapësirës dhe kohës të zbuluar nga teoria speciale e relativitetit.

Dy grupet e ardhshme, që sillen zyrtarisht si grupe rrotullimesh rreth një boshti të ngurtë, çojnë në ligje të ruajtjes për ngarkesën, për numrin e barioneve dhe për numrin e leptoneve.

Por edhe duke mos marrë parasysh këtë mundësi, mund të shpresohet se për shkak të koordinimit të eksperimenteve në fushën e grimcave elementare të energjive më të larta me analizën matematikore të rezultateve të tyre, një ditë do të jetë e mundur të arrihet në një kuptim të plotë të unitetit të materies. . Shprehja "kuptim i plotë" do të nënkuptonte që format e materies - afërsisht në kuptimin në të cilin Aristoteli përdori këtë term në filozofinë e tij - do të rezultonin të ishin përfundime, domethënë zgjidhje për një skemë të mbyllur matematikore që pasqyron ligjet e natyrës. për çështjen.

Bibliografi

Për përgatitjen e kësaj pune, materiale nga faqja http://www.philosophy.ru/

Tutoring

Keni nevojë për ndihmë për të mësuar një temë?

Ekspertët tanë do të këshillojnë ose ofrojnë shërbime tutoriale për tema me interes për ju.
Paraqisni një aplikim duke treguar temën tani për të mësuar në lidhje me mundësinë e marrjes së një konsultimi.

E. h. m. tejkalon numrin e elementeve të periodikut. Sistemet e Mendelejevit. E. h. m. - në thelb kuantike-mekanike. objektet (shih Mikrogrimcat), lëvizja e tyre (që ndodh mjaft shpesh me shpejtësi afër shpejtësisë së dritës) mund të jetë vetëm relativiste, d.m.th. teori që plotëson kërkesat e relativitetit. Në vitet 30-50. besohej se teoria e përgjithshme e E.h.m. do të ishte mekanika kuantike dhe teoria e relativitetit - relativiste. Megjithatë, një sërë përpjekjesh në këtë drejtim hasën në vështirësi të pakapërcyeshme. Prandaj, në fizikë është zhvilluar se për të krijuar një teori të përgjithshme të ECM, është e nevojshme të plotësohen parimet e teorisë kuantike dhe teoria e relativitetit me koncepte dhe rregullsi thelbësisht të reja që janë karakteristike vetëm për botën e ECM.

Nga filozofitë që kanë lindur në këtë drejtim. problemet më së shumti tërhoqën natyrën e hapësirë-kohës në distanca shumë të vogla. Të shumta përpjekjet e drejtpërdrejta. kuantizimi i hapësirave, marrëdhëniet në nivelin E. h. m. me një sekuencë logjike. Eksperimentet zbuluan papajtueshmërinë e tyre me kërkesat e teorisë së relativitetit dhe me të dhënat e një eksperimenti mbi shpërndarjen e rrezatimit elektromagnetik në energji shumë të larta. Lindenbaum dhe të tjerët në vitin 1966 vërtetuan se deri në distanca prej 10 -17 cm mikrobota ka një strukturë të vazhdueshme, jo diskrete. Aktualisht janë konsideruar modele të ndryshme të hapësirë-kohës diskrete. koha si një nga fushat e hulumtimit për çështjen e fizike reale. struktura e distancave shumë të vogla dhe intervaleve kohore. Aplikimi i matematikës në fizikën e E.h.m bazohet ende në aksiomën Eudoks - Arkimedit, sipas së cilës, nga dy segmente të marra në mënyrë arbitrare, më i vogli mund të shtyhet gjithmonë për një numër më të madh herë, pas së cilës ky i fundit do të jetë tejkaluar në gjatësi. Ky, që karakterizon topologjinë e hapësirës, ngre dyshime në botën e E. h. m., veçanërisht në lidhje me mundësinë e shndërrimeve të ndryshme virtuale të tyre në njëra-tjetrën. Në kuadër të të ashtuquajturës. teoria abstrakte e fushës, aplikimi në ndërtimin e një teorie të përgjithshme të matematikës E. h. m. hapësirat e topologjike më të përgjithshme. natyra, përfshirë. dhe jometrike (d.m.th., të tilla, në të cilat është e pamundur të futet një masë e caktuar e "largësisë" së objekteve nga njëri-tjetri - një analog i "distances" midis tyre).

Dr. filozofisë probleme që lidhen me zgjedhjen e një objekti elementar, i cili mund të merret si bazë e teorisë së E.h. m. Disa objekte të vëzhgueshme empirikisht (për shembull, hiperoni i protonit, neutronit dhe lambda në teorinë e japonezëve. Sakata) dhe më shumë. indirekt entitete të lidhura me përvojën (p.sh., disa spinor Heisenberg jolinear universal, vetëveprues), dhe objekte hipotetike. natyra (kuarkët e Gell-Mann dhe Cweig ose regglions e Chew, Frauchi dhe pasuesit e tyre). Shumë nga këto përpjekje lidhen drejtpërdrejt me disa filozofi. idetë. Pra, Sakata e konsideron teorinë e tij të bazuar në idetë e dialektikës. materializmi, Heisenberg rrjedh nga doktrina e Platonit për trupat idealë gjeometrikisht të përsosur, Gell-Man e lidh "simetrinë oktale" të tij me tetë mënyrat e të kuptuarit të së vërtetës së Budës dhe me kërkimin e një forme të re atomizmi, të cilit, përkundrazi, e konsideron idenë e atomizmit të vjetëruar dhe propozon të udhëhiqet nga ideja e Leibniz-it për më të mirët nga botët dhe ideja e "demokracisë" - i njëjti status i të gjithë të njohurve E.h.m.

Të gjitha variantet e teorisë së përgjithshme të E. h. mospërputhja e vetive të E. h. m. si objekte shkencore. hulumtimi: nga njëra anë, është e dukshme qëndrueshmëria befasuese e masave, ngarkesave, rrotullimeve dhe karakteristikave të tjera të këtij lloji E.h.m.; nga ana tjetër, konvertueshmëria e ndërsjellë e E.h.m është në thelb një formë e qenies së tyre - për shkak të pranisë së proceseve virtuale, secilës prej ngarkesave të njohura E.h.m dhe lepton).

Një sërë filozofish Problemet e fizikës së E. Ch. Vitet e fundit, në lidhje me zbulimin e vetive të reja të simetrisë së EM, ka pasur një bindje se ligjet e teorisë kuantike dhe ligjet e teorisë së relativitetit janë vetëm një rast i caktuar kufizues i ligjeve të së ardhmes. teoria e përgjithshme e EM (për shembull, në kufirin e energjive mjaft të ulëta - deri në një milion elektron volt për trup - dhe kur kufizohet në objekte që kanë një topologji të parëndësishme, metrike). Me fjalë të tjera, i qasemi ndërtimit të teorisë së E.h.m. nga këndvështrimi i korrespondencës së parimit. Shpresa të mëdha vendosen në vetitë e studiuara intensivisht të simetrisë së ndërveprimeve të E. h. m. Është e qartë se vetëm me t. sp. Një teori e unifikuar e E. h. m. do të jetë në gjendje të shpjegojë faktin e ekzistencës së këtij grupi të veçantë të E. h. kohë, por empirikisht forca e ndërveprimit shumë e qartë e dalë në shkallën e simetrisë së saj (ulja e kësaj force ndërsa shkalla e simetrisë së ndërveprimit zvogëlohet).

Lit.: Markov M. A., Rreth modernes. forma e atomizmit (Mbi konceptin e një grimce elementare), "VF", 1960; Nr 3, 4; Marshak R. dhe Sudershan E., Hyrje në fizikë E. h., përkth. nga anglishtja, M., 1962; Philos. problemet e fizikës E. h., M., 1863; Heisenberg V., Fizikë dhe, përkth. nga gjermanishtja., M., 1963; Natyra e materies, "Uspekhi fizichesk. nauk", 1965; vëll 86, nr. 4; Chew J., Analist. Teoria e matricës S, përkth. nga anglishtja, M., 1968.

I. Akchurin. Moska.

Enciklopedi Filozofike. Në 5 vëllime - M .: Enciklopedia Sovjetike. Redaktuar nga F. V. Konstantinov. 1960-1970 .

Shihni se çfarë është "GRIÇIMET ELEMENTARE TË materies" në fjalorë të tjerë:

Prezantimi. E. pjesët në kuptimin e saktë të këtij termi janë pjesë parësore, më tej të pazbërthyeshme, nga të cilat, sipas supozimit, përbëhet e gjithë lënda. Në moderne fizikë termi "E. h." zakonisht përdoret jo në kuptimin e tij të saktë, por më pak rreptësisht për emrin ... ... Enciklopedia Fizike

Fjalori i madh enciklopedik

Grimcat elementare janë grimcat më të vogla të materies fizike. Idetë për grimcat elementare pasqyrojnë atë fazë në njohjen e strukturës së materies, e cila është arritur nga shkenca moderne. Së bashku me antigrimcat, rreth 300 elementare ... ... Kushtet e energjisë bërthamore

grimcat elementare- Grimcat më të vogla të materies fizike. Idetë për grimcat elementare pasqyrojnë atë fazë në njohjen e strukturës së materies, e cila është arritur nga shkenca moderne. Së bashku me antigrimcat, janë zbuluar rreth 300 grimca elementare. Termi... ... Manuali i Përkthyesit Teknik

Enciklopedia moderne

Grimcat elementare- GRIÇIMET KOMPLETARE, emri i përgjithshëm i grimcave më të vogla të materies në nivelin e ardhshëm (pas bërthamave) të strukturës së materies (grimcat nënbërthamore). Grimcat elementare përfshijnë protonin (p), neutron (n), elektronin (e), fotonin (g), neutrinon (n), etj. dhe të tyre ... ... Fjalor Enciklopedik i Ilustruar

Prezantimi. E. grimcat në kuptimin e saktë të këtij termi janë grimca primare, të mëtejshme të pazbërthyeshme, nga të cilat, sipas supozimit, përbëhet e gjithë lënda. Për sa i përket "E. h." në fizikën moderne gjen shprehje ideja e entiteteve primitive, ... ... Enciklopedia e Madhe Sovjetike

Grimcat më të vogla të njohura të materies fizike. Idetë për grimcat elementare pasqyrojnë shkallën e njohjes së strukturës së materies, e cila është arritur nga shkenca moderne. Një tipar karakteristik i grimcave elementare është aftësia për të ndërsjellë ... ... fjalor enciklopedik

Në një kuptim të ngushtë, grimcat që nuk mund të konsiderohen se përbëhen nga grimca të tjera. Në moderne në fizikë, termi E. h. përdoret në një kuptim më të gjerë: i ashtuquajturi. grimcat më të vogla të materies i nënshtrohen kushtit që ato të mos jenë bërthama dhe atome atomike ... ... Enciklopedia Kimike

Grimcat më të vogla fizike çështje. Idetë për E. h. shkencës. Një tipar karakteristik i E.h. aftësia për transformime të ndërsjella; kjo nuk na lejon ta konsiderojmë E.h. si ... ... Shkenca natyrore. fjalor enciklopedik

librat

Teoria eterike e strukturës së materies së Universit, Anatoli Bedritsky. Në librin "Teoria eterike e strukturës së materies së universit" përcaktohen grimcat e vërteta elementare fillestare të materies - dyshekë që kanë një dendësi absolute dhe lëvizin rastësisht në të gjitha drejtimet, ...

Nëse mendonit se ishim zhytur në harresë me temat tona të trurit, atëherë ne nxitojmë t'ju shqetësojmë dhe t'ju kënaqim: keni gabuar! Në fakt, gjatë gjithë kësaj kohe jemi përpjekur të gjejmë një metodë të pranueshme për paraqitjen e temave të çmendura që lidhen me paradokset kuantike. Ne shkruam disa drafte, por të gjitha u hodhën në të ftohtë. Sepse kur bëhet fjalë për shpjegimin e shakave kuantike, ne vetë ngatërrohemi dhe pranojmë se nuk kuptojmë shumë (dhe në të vërtetë, pak njerëz e kuptojnë këtë çështje, përfshirë shkencëtarët më të mirë në botë). Mjerisht, bota kuantike është aq e huaj për botëkuptimin filistin saqë nuk ka aspak turp të pranojë keqkuptimin e dikujt dhe të përpiqet të kuptojë të paktën bazat së bashku pak nga pak.

Dhe megjithëse ne, si zakonisht, do të përpiqemi të tregojmë sa më shumë që të jetë e mundur me fotografi nga Google, lexuesit të papërvojë do t'i duhet një përgatitje fillestare, kështu që ju rekomandojmë që të shikoni temat tona të mëparshme, veçanërisht për kuantet dhe materien.
Sidomos për shkencat humane dhe të interesuarit e tjerë - paradokset kuantike. Pjesa 1.

Në këtë temë, ne do të flasim për misterin më të zakonshëm të botës kuantike - dualitetin valë-grimcë. Kur themi "më i zakonshmi" nënkuptojmë se fizikanët tashmë janë ngopur aq shumë me të sa nuk duket të jetë një mister. Por kjo është e gjitha sepse pjesa tjetër e paradokseve kuantike janë edhe më të vështira për t'u pranuar nga mendja e laikëve.

Dhe kështu ishte. Në ditët e mira të vjetra, diku nga mesi i shekullit të 17-të, Njutoni dhe Huygens nuk u pajtuan se ka dritë: Njutoni paturpësisht deklaroi se drita është një rrjedhë grimcash, dhe Huygens-i i vjetër u përpoq të provonte se drita është një valë. Por Njutoni ishte më autoritar, kështu që deklarata e tij për natyrën e dritës u pranua si e vërtetë dhe Huygens u tall. Dhe për dyqind vjet, drita konsiderohej një rrjedhë e disa grimcave të panjohura, natyrën e të cilave ata dikur shpresonin të zbulonin.

Në fillim të shekullit të 19-të, një orientalist i quajtur Thomas Young u përpoq me instrumente optike - ai përfundimisht mori dhe kreu një eksperiment që tani quhet eksperimenti i Young, dhe çdo fizikant e konsideron këtë përvojë të shenjtë.

Thomas Jung sapo drejtoi një rreze (me të njëjtën ngjyrë, në mënyrë që frekuenca të ishte afërsisht e njëjtë) drite përmes dy vrimave në pjatë dhe vendosi një pllakë tjetër ekrani pas. Dhe rezultatin ua tregoi kolegëve të tij. Nëse drita do të ishte një rrjedhë grimcash, atëherë do të shihnim dy breza drite në sfond.
Por, për fat të keq për të gjithë botën shkencore, një seri vijash të errëta dhe të lehta u shfaqën në ekran. Një fenomen i zakonshëm i quajtur interferencë është mbivendosja e dy (ose më shumë) valëve njëra mbi tjetrën.

Nga rruga, është falë ndërhyrjes që ne vëzhgojmë tejmbushje të ylbertë në një vend vaji ose në një flluskë sapuni.

Me fjalë të tjera, Thomas Jung provoi eksperimentalisht se drita është valë. Bota shkencore nuk donte ta besonte Jung për një kohë të gjatë, dhe në një kohë ai u kritikua aq shumë sa që ai madje braktisi idetë e tij për teorinë e valëve. Por vetë-drejtësia megjithatë fitoi dhe shkencëtarët filluan ta konsiderojnë dritën si një valë. Vërtetë, vala e asaj - ishte një mister.
Këtu, në figurë, përvoja e mirë e vjetër e Jung.

Duhet thënë se natyra valore e dritës nuk ndikoi shumë në fizikën klasike. Shkencëtarët rishkruan formulat dhe filluan të besojnë se së shpejti e gjithë bota do të binte në këmbët e tyre nën një formulë të vetme universale për gjithçka.
Por e keni marrë me mend, Ajnshtajni i ngatërroi gjërat, si zakonisht. Problemi u ngjit në anën tjetër - në fillim, shkencëtarët u hutuan duke llogaritur energjinë e valëve termike dhe zbuluan konceptin e kuanteve (sigurohuni që të lexoni temën tonë përkatëse "") për këtë. Dhe më pas, me ndihmën e këtyre kuantave, Ajnshtajni i dha një goditje fizikës duke shpjeguar fenomenin e efektit fotoelektrik.

Shkurtimisht: efekti fotoelektrik (një nga pasojat e të cilit është ndriçimi i filmit) është rrëzimi i elektroneve nga sipërfaqja e materialeve të caktuara nga drita. Teknikisht, kjo trokitje ndodh sikur drita të jetë një grimcë. Ajnshtajni e quajti një grimcë të dritës një kuant drite, dhe më vonë iu dha një emër - një foton.

Në vitin 1920, efekti i mahnitshëm Compton iu shtua teorisë kundër valës së dritës: kur një elektron bombardohet me fotone, fotoni kërcen nga elektroni me një humbje energjie ("ne gjuajmë" në blu, por ai tashmë fluturon e kuqe), si një top i bilardos nga një tjetër. Compton fitoi çmimin Nobel për këtë.

Këtë herë, fizikanët ishin të kujdesshëm që të mos braktisnin thjesht natyrën valore të dritës, por në vend të kësaj ata menduan shumë. Shkenca është përballur me një enigmë të tmerrshme: drita është ende një valë apo një grimcë?

Drita, si çdo valë, ka një frekuencë - dhe kjo është e lehtë për t'u kontrolluar. Ne shohim ngjyra të ndryshme sepse çdo ngjyrë është thjesht një frekuencë e ndryshme e një vale elektromagnetike (të dritës): e kuqja është një frekuencë e ulët, vjollca është një frekuencë e lartë.
Por është e mahnitshme: gjatësia e valës së dritës së dukshme është pesë mijë herë më e madhe se madhësia e një atomi - si përshtatet një "gjë" e tillë në një atom kur atomi thith këtë valë? Nëse vetëm një foton është një grimcë e krahasueshme në madhësi me një atom. A është një foton i madh dhe i vogël në të njëjtën kohë?

Për më tepër, efekti fotoelektrik dhe efekti Compton vërtetojnë qartë se drita është ende një rrymë grimcash: është e pamundur të shpjegohet se si një valë transferon energji tek elektronet e lokalizuara në hapësirë - nëse drita do të ishte një valë, atëherë disa elektrone do të rrëzoheshin. më vonë se të tjerët, dhe fenomeni nuk do të vëzhgonim efektin fotoelektrik. Por në rastin e një rrjedhe, një foton i vetëm përplaset me një elektron të vetëm dhe, në kushte të caktuara, e rrëzon atë nga atomi.

Në fund, u vendos që drita është edhe valë edhe grimcë. Përkundrazi, as njëra, as tjetra, por një formë e re e panjohur më parë e ekzistencës së materies: dukuritë që vëzhgojmë janë vetëm projeksione ose hije të gjendjes reale të punëve, në varësi të mënyrës se si e shikoni atë që po ndodh. Kur shikojmë hijen e një cilindri të ndriçuar nga njëra anë, shohim një rreth, dhe kur ndriçohet nga ana tjetër, hija është drejtkëndëshe. Kështu është me paraqitjen me valë korpuskulare të dritës.

Por edhe këtu nuk është gjithçka e lehtë. Nuk mund të themi se e konsiderojmë dritën ose valë ose rrjedhë grimcash. Shikoni nga dritarja. Papritur, edhe në një gotë të larë pastër, ne shohim reflektimin tonë, megjithëse të paqartë, por. Çfarë është kapja? Nëse drita është një valë, atëherë reflektimi në një dritare është i lehtë për t'u shpjeguar - ne shohim efekte të ngjashme në ujë kur një valë reflektohet nga një pengesë. Por nëse drita është një rrjedhë grimcash, atëherë reflektimi nuk mund të shpjegohet kaq thjesht. Në fund të fundit, të gjitha fotonet janë të njëjta. Sidoqoftë, nëse ato janë të gjitha të njëjta, atëherë pengesa në formën e xhamit të dritares duhet të ndikojë në mënyrë të barabartë tek ata. Ose të gjithë kalojnë nëpër xhami, ose të gjitha reflektohen. Dhe në realitetin e ashpër, disa nga fotonet fluturojnë nëpër xhami, dhe ne shohim një shtëpi fqinje dhe menjëherë vëzhgojmë reflektimin tonë.

Dhe i vetmi shpjegim që vjen në mendje është se fotonet janë në mendjen e tyre. Është e pamundur të parashikohet me siguri absolute se si do të sillet një foton i veçantë - nëse do të përplaset me xhamin si grimcë apo si valë. Kjo është baza e fizikës kuantike - sjellja plotësisht, plotësisht e rastësishme e materies në nivel mikro pa asnjë arsye (dhe në botën tonë të sasive të mëdha, ne e dimë nga përvoja se gjithçka ka një arsye). Ky është një gjenerues i përsosur i numrave të rastësishëm në krahasim me një hedhje monedhë.

Ajnshtajni brilant, i cili zbuloi fotonin, ishte i sigurt deri në fund të jetës së tij se fizika kuantike ishte e gabuar dhe i siguroi të gjithë se "Zoti nuk luan zare". Por shkenca moderne po konfirmon gjithnjë e më shumë: ai ende luan.

Në një mënyrë apo tjetër, por dikur shkencëtarët vendosën t'i japin fund mosmarrëveshjes "valë ose grimca" dhe të riprodhojnë përvojën e Jung, duke marrë parasysh teknologjitë e shekullit të 20-të. Në këtë kohë, ata kishin mësuar të gjuanin fotone një nga një (gjeneratorët kuantikë, të njohur në mesin e popullatës me emrin "lazer"), dhe për këtë arsye u konceptua të kontrollohej se çfarë do të ndodhte në ekran nëse një grimcë do të shkrehej në dy çarje: më në fund do të bëhet e qartë se çfarë është çështja në kushte të kontrolluara të eksperimentit.

Dhe befas - një kuant i vetëm drite (fotoni) tregoi një model ndërhyrjeje, domethënë, grimca fluturoi nëpër të dy çarjet në të njëjtën kohë, fotoni ndërhyri me vetveten (në terma shkencorë). Le të sqarojmë pikën teknike - në fakt, fotografia e ndërhyrjes u shfaq jo nga një foton, por nga një seri të shtënash në një grimcë në intervale prej 10 sekondash - me kalimin e kohës, skajet e Jung u shfaqën në ekran, të njohura për çdo treshe që nga viti 1801. .

Nga pikëpamja e valës, kjo është logjike - vala kalon nëpër çarje, dhe tani dy valë të reja ndryshojnë në rrathë koncentrikë, duke mbivendosur njëra-tjetrën.
Por nga pikëpamja korpuskulare, rezulton se një foton është në dy vende në të njëjtën kohë kur kalon nëpër të çarat dhe pasi kalon përzihet me vetveten. Është krejtësisht normale, apo jo?
Doli të ishte në rregull. Për më tepër, duke qenë se fotoni ndodhet në dy çarje njëherësh, do të thotë se ai është njëkohësisht kudo si para çarjeve ashtu edhe pasi kalon nëpër to. Dhe në përgjithësi, nga pikëpamja e fizikës kuantike, fotoni i lëshuar midis fillimit dhe përfundimit është njëkohësisht "kudo dhe menjëherë". Ky zbulim i një grimce "përnjëherë kudo" quhet nga fizikanët një mbivendosje - një fjalë e tmerrshme që dikur ishte një shaka matematikore, tani është bërë një realitet fizik.

Njëfarë E. Schrodinger, një kundërshtar i mirënjohur i fizikës kuantike, deri në këtë kohë nxori diku një formulë që përshkruante vetitë valore të materies, siç është uji. Dhe, duke e menduar pak për të, për tmerrin e tij ai nxori të ashtuquajturin funksion të valës. Ky funksion tregoi probabilitetin e gjetjes së një fotoni në një vend të caktuar. Vini re se është një probabilitet, jo një vendndodhje e saktë. Dhe kjo probabilitet varej nga katrori i lartësisë së kreshtës së valës kuantike në një vend të caktuar (nëse dikush është i interesuar për detajet).

Ne do t'i kushtojmë një kapitull të veçantë çështjeve të matjes së vendndodhjes së grimcave.

Zbulimet e mëtejshme treguan se gjërat me dualizëm janë edhe më të këqija dhe më misterioze.
Në vitin 1924, një Louis de Broglie e mori atë dhe deklaroi se vetitë e valës korpuskulare të dritës janë maja e ajsbergut. Dhe të gjitha grimcat elementare kanë një veti kaq të pakuptueshme.
Domethënë, jo vetëm grimcat e fushës elektromagnetike (fotonet), por edhe grimcat reale si elektronet, protonet etj. janë njëkohësisht grimcë dhe valë. E gjithë lënda rreth nesh është, në një nivel mikroskopik, valë.(dhe grimca në të njëjtën kohë).

Dhe nja dy vjet më vonë, kjo madje u konfirmua eksperimentalisht - amerikanët hodhën elektrone në tubat e rrezeve katodike (të cilat janë të njohura për pordhat e sotme si "kinescope") - dhe kështu vëzhgimet në lidhje me reflektimin e elektroneve konfirmuan se një elektron është gjithashtu një valë (për lehtësi të të kuptuarit, mund të thuash se një pllakë me dy të çara ishte vendosur në rrugën e elektronit dhe ndërhyrja e elektronit u pa ashtu siç është).

Deri më sot, në eksperimente është gjetur se edhe atomet kanë veti valore, madje disa lloje të veçanta molekulash (të ashtuquajturat "fullerene") manifestohen si valë.

Mendja kureshtare e lexuesit, e cila ende nuk është çmendur nga tregimi ynë, do të pyesë: nëse materia është valë, atëherë pse, për shembull, një top fluturues nuk lyhet në hapësirë në formën e valës? Pse një aeroplan reaktiv nuk duket në asnjë mënyrë si një valë, por është shumë i ngjashëm me një avion reaktiv?

De Broglie, dreqin, dhe më pas shpjegoi gjithçka: po, një top fluturues ose një "Boeing" është gjithashtu një valë, por gjatësia e kësaj valë është sa më e vogël, aq më i madh është impulsi. Momenti është masa shumëfish i shpejtësisë. Kjo do të thotë, sa më e madhe të jetë masa e materies, aq më e shkurtër është gjatësia e valës së saj. Gjatësia e valës së një topi që fluturon me një shpejtësi prej 150 km / orë do të jetë afërsisht e barabartë me 0.00 metra. Prandaj, ne nuk jemi në gjendje të vërejmë se si topi shpërndahet në hapësirë si valë. Për ne, kjo është çështje solide.
Një elektron është një grimcë shumë e lehtë dhe, duke fluturuar me një shpejtësi prej 6000 km / s, do të ketë një gjatësi vale të dukshme prej 0.0000000001 metra.

Nga rruga, ne do t'i përgjigjemi menjëherë pyetjes pse bërthama e një atomi nuk është aq "valore". Edhe pse ndodhet në qendër të atomit, rreth të cilit, i shtangur, elektroni fluturon dhe në të njëjtën kohë lyhet, ai ka një vrull të denjë të lidhur me masën e protoneve dhe neutroneve, si dhe me lëkundje (shpejtësi) me frekuencë të lartë. për shkak të ekzistencës së një shkëmbimi të vazhdueshëm të grimcave brenda bërthamës bashkëveprim i fortë (lexo temën). Prandaj, thelbi është më shumë si lëndë e ngurtë e njohur për ne. Elektroni, me sa duket, është e vetmja grimcë me masë që ka veti të theksuara valore, ndaj të gjithë e studiojnë me entuziazëm.

Le të kthehemi te grimcat tona. Kështu rezulton: një elektron që rrotullohet rreth një atomi është edhe grimcë edhe valë. Kjo do të thotë, një grimcë rrotullohet, dhe në të njëjtën kohë, një elektron, si një valë, është një guaskë e një forme të caktuar rreth bërthamës - si mund të kuptohet kjo nga truri i njeriut?

Më lart, ne kemi llogaritur tashmë se një elektron fluturues ka një gjatësi vale mjaft të madhe (për një mikrokozmos), dhe një valë e tillë ka nevojë për një hapësirë të pahijshme të madhe për t'u përshtatur rreth bërthamës së një atomi. Kjo është pikërisht ajo që shpjegon përmasat kaq të mëdha të atomeve në krahasim me bërthamën. Gjatësia e valës së një elektroni përcakton madhësinë e një atomi. Hapësira boshe midis bërthamës dhe sipërfaqes së një atomi është e mbushur me "vendosjen" e gjatësisë valore (dhe në të njëjtën kohë të grimcës) të elektronit. Ky është një shpjegim shumë i përafërt dhe i pasaktë - ju lutemi na falni - në fakt, gjithçka është shumë më e ndërlikuar, por qëllimi ynë është që të paktën të lejojmë njerëzit që janë të interesuar të kafshojnë një pjesë të granitit të shkencës.

Le ta sqarojmë përsëri! Pas disa komenteve për artikullin [në JP], kuptuam se çfarë vërejtjeje të rëndësishme i mungon këtij artikulli. Kujdes! Forma e materies që po përshkruajmë nuk është as valë as grimcë. Ajo ka vetëm (njëkohësisht) vetitë e valës dhe vetitë e grimcave. Nuk mund të thuhet se një valë elektromagnetike ose një valë elektronike është si deti ose valët e zërit. Valët e njohura për ne përfaqësojnë përhapjen e shqetësimeve në hapësirën e mbushur me disa substanca.
Fotonet, elektronet dhe rastet e tjera të mikrokozmosit kur lëvizin në hapësirë mund të përshkruhen me ekuacione valore, ata pëlqejnë vetëm një valë në sjellje, por në asnjë rast nuk janë valë. Është e ngjashme me anën korpuskulare të materies: sjellja e një grimce është e ngjashme me fluturimin e topave të vegjël me pikë, por këto nuk janë kurrë topa.
Kjo duhet kuptuar dhe pranuar, përndryshe të gjitha reflektimet tona përfundimisht do të çojnë në kërkimin e analogëve në makrokozmos dhe kështu kuptimi i fizikës kuantike do të marrë fund, dhe mendjelehtësia ose filozofia sharlatane do të fillojë si magjia kuantike dhe materialiteti i mendimeve. .

Pjesa tjetër e konkluzioneve dhe pasojave të tmerrshme të përvojës së modernizuar të Jung-ut do të diskutohet më vonë në pjesën tjetër - pasiguria e Heisenberg, macja e Schrödinger-it, parimi i përjashtimit të Paulit dhe ngatërrimi kuantik presin lexuesin e durueshëm dhe të zhytur në mendime që rilexon artikujt tanë më shumë se një herë dhe rrëmon në internet në kërkim të informacionit shtesë.

Faleminderit të gjithëve për vëmendjen tuaj. Shijoni të gjitha pagjumësinë ose ankthet njohëse!

NB: Ju kujtojmë me zell se të gjitha imazhet janë marrë nga Google (kërkimi i imazheve) - autorësia përcaktohet atje.
Kopjimi i paligjshëm i tekstit ndiqet penalisht, shtypet, mirë, e dini...