Бүгүн биз "ультра күлкүлүү апаат" деген түшүнүктүн маңызы жөнүндө сүйлөшөбүз: бул парадокс эмне үчүн пайда болгон жана аны чечүүнүн жолдору барбы.
Классикалык физика
Квант пайда болгонго чейин табият таануу дүйнөсүндө классикалык физика үстөмдүк кылган. Албетте, математика ар дайым негизги болуп эсептелет. Бирок, алгебра жана геометрия көбүнчө прикладдык илимдер катары колдонулат. Классикалык физика денелердин ысытылганда, кеңейгенде жана урганда кандай иштээрин изилдейт. Анда энергиянын кинетикалык жактан ичкиге өтүшү сүрөттөлөт, жумуш жана күч сыяктуу түшүнүктөр жөнүндө сөз болот. Дал ушул чөйрөдө физикадагы ультра кызгылт көк кырсык кантип пайда болгон деген суроого жооп берилет.
Бир убакта бул кубулуштардын баары ушунчалык жакшы изилденгендиктен, башка ача турган эч нерсе жоктой сезилген! Таланттуу жаштарга математиктерге же биологдорго баруу сунушталды, анткени ачылыштар илимдин ушул тармактарында гана мүмкүн. Бирок ультрафиолет кырсыгы жана практиканын теория менен шайкеш келиши мындай идеялардын жаңылыш экенин далилдеди.
Жылуулук нурлануусу
Классикалык физикадан жана парадокстон ажыратылган жок. Мисалы, жылуулук нурлануу - ысытылган денелерде пайда болгон электромагниттик талаанын кванттары. Ички энергия жарыкка айланат. Классикалык физика боюнча, ысытылган дененин нурлануусу үзгүлтүксүз спектр жана анын максимуму температурага көз каранды: термометрдин көрсөткүчү канчалык төмөн болсо, жарык ошончолук "кызыл" болот. Эми биз ультрафиолет катастрофасына түздөн-түз жакындайбыз.
Терминатор жана жылуулук нурлануусу
Жылуулук нурлануунун мисалы ысытылган жана эриген металлдар. Терминатор тасмаларында көбүнчө өнөр жай объектилери чагылдырылат. Эпостун эң таасирдүү экинчи бөлүгүндө темир машина шарылдаган чоюн мончосуна сүңгүп кетет. Ал эми бул көл кызыл. Ошентип, бул көлөкө белгилүү бир температура менен чоюндун максималдуу нурлануусуна туура келет. Бул кызыл фотон эң кичинекей толкун узундугуна ээ болгондуктан, мындай маани мүмкүн болгон эң жогорку эмес дегенди билдирет. Бул эстен чыгарбоо керек: суюк металл энергияны инфракызыл, көрүнөө жана ультра кызгылт көк чөлкөмдө чачат. Кызылдан башка фотондор өтө аз.
Мыкты кара дене
Ысытылган заттын нурлануусунун спектрдик кубаттуулугунун тыгыздыгын алуу үчүн кара денеге жакындоо колдонулат. Бул термин коркунучтуу угулат, бирок чындыгында ал физикада абдан пайдалуу жана чындыгында анча сейрек эмес. Демек, толугу менен кара дене - бул өзүнө түшкөн объекттерди "бошотпогон" объект.фотондор. Мындан тышкары, анын түсү (спектри) температурага көз каранды. Толугу менен кара дененин болжолдуу болжолдоосу куб болот, анын бир тарабында бүт фигуранын аянтынын он пайызынан азыраак тешик бар. Мисал: кадимки көп кабаттуу үйлөрдүн батирлериндеги терезелер. Ошондуктан алар кара болуп көрүнөт.
Рэйли-Джинсы
Бул формула кара дененин нурлануусун сүрөттөйт, классикалык физикада жеткиликтүү маалыматтарга гана негизделген:
-
u(ω, T)=kTω2/π2c3, мында
u - энергиянын жарыктыгынын спектралдык тыгыздыгы, ω - нурлануунун жыштыгы, kT - термелүү энергиясы.
Эгер толкун узундуктары чоң болсо, анда баалуулуктар акылга сыярлык жана экспериментке туура келет. Бирок биз көзгө көрүнгөн нурлануунун сызыгынан өтүп, электромагниттик спектрдин ультра кызгылт көк зонасына киргенибизде энергиялар укмуштуудай чоңдуктарга жетет. Кошумчалай кетсек, формуланы нөлдөн чексиздикке чейин жыштык аркылуу интегралдаганда чексиз маани алынат! Бул факт ультра кызгылт көк кырсыктын маңызын ачып берет: эгер кандайдыр бир дене жакшы ысытылган болсо, анын энергиясы ааламды жок кылууга жетет.
Планк жана анын кванты
Көптөгөн илимпоздор бул парадокстун тегерегинде иштөөгө аракет кылышкан. Бир ачылыш илимди туюктан алып чыкты, белгисиздикке дээрлик интуитивдик кадам. Планктын гипотезасы ультрафиолет кырсыгынын парадоксун жеңүүгө жардам берген. Планктын кара дененин нурлануу жыштыгын бөлүштүрүү формуласында түшүнүк камтылган"квант". Окумуштуу өзү аны курчап турган дүйнөгө системанын өтө кичинекей бир аракети катары аныктаган. Эми квант кээ бир физикалык чоңдуктардын эң кичине бөлүнгүс бөлүгү.
Кванттар ар кандай формада болот:
- электромагниттик талаа (фотон, анын ичинде асан-үсөн);
- вектор талаасы (глюон күчтүү өз ара аракеттенүүнүн бар экенин аныктайт);
- гравитациялык талаа (гравитон дагы эле таза гипотетикалык бөлүкчө, ал эсептөөлөрдө бар, бирок ал эксперименталдык түрдө табыла элек);
- Хиггс талаалары (Чоң адрон коллайдеринде жакында эле Хиггс бозону эксперименталдык түрдө ачылган жана анын ачылышына илимден өтө алыс адамдар да кубанышкан);
- катуу дененин торчосунун атомдорунун синхрондуу кыймылы (фонон).
Шредингердин мышыгы жана Максвеллдин жини
Кванттын ачылышы абдан олуттуу натыйжаларга алып келди: физиканын принципиалдуу жаңы тармагы түзүлдү. Кванттык механика, оптика, талаа теориясы илимий ачылыштардын жарылышын шарттады. Атактуу окумуштуулар мыйзамдарды ачышкан же кайра жазышкан. Элементардык бөлүкчөлөрдүн системаларын квантташтыруу фактысы Максвелл жининин эмне үчүн болушу мүмкүн эмес экенин түшүндүрүүгө жардам берди (чындыгында, үч түшүндүрмө сунушталган). Бирок, Макс Планк өзү абдан көп убакыт бою анын ачылышынын фундаменталдык мүнөзүн кабыл алган эмес. Ал квант белгилүү бир ойду туюндуруу үчүн ыңгайлуу математикалык ыкма деп эсептеген, бирок андан ашык эмес. Анын үстүнө окумуштуу жаңы физиктердин мектебине күлүп жиберди. Ошондуктан, М. Планк ага көрүнгөндөй, чечилбес бир парадоксту ойлоп тапканШредингердин мышыгы жөнүндө. Байкуш жырткыч бир убакта тирүү да, өлүү да болгон, муну элестетүү мүмкүн эмес. Бирок мындай тапшырманын да кванттык физиканын алкагында так түшүндүрмөсү бар жана салыштырмалуу жаш илимдин өзү планетанын бардык жеринде күчтүү жана негизги кадамдарды жасоодо.
