Bu gün biz "ultrabənövşəyi fəlakət" kimi bir konsepsiyanın mahiyyətindən danışacağıq: bu paradoksun niyə ortaya çıxması və onu həll etməyin yolları olub-olmaması.
Klassik fizika
Kvant yaranmazdan əvvəl təbiət elmləri dünyasında klassik fizika üstünlük təşkil edirdi. Təbii ki, riyaziyyat həmişə əsas hesab edilib. Bununla belə, cəbr və həndəsə ən çox tətbiqi elmlər kimi istifadə olunur. Klassik fizika cisimlərin qızdırıldığı, genişləndiyi və vurulduğu zaman necə davrandığını araşdırır. Enerjinin kinetikdən daxiliyə çevrilməsini təsvir edir, iş və güc kimi anlayışlardan bəhs edir. Fizikada ultrabənövşəyi fəlakətin necə yarandığı sualının cavabı məhz bu sahədədir.
Bir vaxtlar bütün bu hadisələr o qədər yaxşı öyrənilmişdi ki, sanki kəşf ediləcək başqa heç nə yox idi! İş o yerə çatdı ki, istedadlı gənclərə riyaziyyatçıların və ya bioloqların yanına getməyi tövsiyə etdilər, çünki elmin yalnız bu sahələrində irəliləyişlər mümkündür. Lakin ultrabənövşəyi fəlakət və təcrübənin nəzəriyyə ilə uyğunlaşdırılması bu cür fikirlərin yanlışlığını sübut etdi.
İstilik şüalanması
Klassik fizika və paradokslardan məhrum deyildi. Məsələn, istilik şüalanması qızdırılan cisimlərdə yaranan elektromaqnit sahəsinin kvantıdır. Daxili enerji işığa çevrilir. Klassik fizikaya görə, qızdırılan bir cismin şüalanması davamlı bir spektrdir və onun maksimumu temperaturdan asılıdır: termometr oxunuşu nə qədər aşağı olarsa, "qırmızı" işıq ən sıxdır. İndi biz birbaşa olaraq ultrabənövşəyi fəlakət adlandırılan hadisəyə yaxınlaşacağıq.
Terminator və termal şüalanma
İstilik şüalanmasına misal olaraq qızdırılan və ərimiş metalları göstərmək olar. Terminator filmlərində tez-tez sənaye obyektləri göstərilir. Eposun ən təsirli ikinci hissəsində dəmir maşını gurultulu çuqun hamamına qərq olur. Və bu göl qırmızıdır. Beləliklə, bu kölgə müəyyən bir temperaturda çuqun maksimum radiasiyaya uyğundur. Bu o deməkdir ki, belə bir dəyər bütün mümkün olanların ən yüksəki deyil, çünki qırmızı foton ən kiçik dalğa uzunluğuna malikdir. Xatırlamağa dəyər: maye metal infraqırmızı, görünən və ultrabənövşəyi bölgədə enerji yayır. Yalnız qırmızıdan başqa çox az foton var.
Mükəmməl qara bədən
Qızdırılan maddənin şüalanmasının spektral güc sıxlığını əldə etmək üçün qara cisim yaxınlaşmasından istifadə edilir. Termin qorxulu səslənir, amma əslində fizikada çox faydalıdır və reallıqda o qədər də nadir deyil. Deməli, tamamilə qara cisim üzərinə düşən cisimləri “buraxmayan” bir cisimdir.fotonlar. Üstəlik, onun rəngi (spektri) temperaturdan asılıdır. Tamamilə qara bir cismin təxmini təxmini bir tərəfində bütün fiqurun sahəsinin on faizindən az bir çuxur olan bir kub olardı. Misal: adi çoxmərtəbəli binaların mənzillərindəki pəncərələr. Buna görə də onlar qara görünür.
Rayleigh-Ceans
Bu düstur yalnız klassik fizikada mövcud olan məlumatlara əsaslanaraq qara cismin şüalanmasını təsvir edir:
-
u(ω, T)=kTω2/π2c3, burada
u sadəcə enerji parlaqlığının spektral sıxlığı, ω şüalanma tezliyi, kT vibrasiya enerjisidir.
Dalğa uzunluqları böyükdürsə, o zaman dəyərlər inandırıcıdır və təcrübə ilə yaxşı uyğunlaşır. Ancaq görünən şüalanma xəttini keçib elektromaqnit spektrinin ultrabənövşəyi zonasına daxil olan kimi enerjilər inanılmaz dəyərlərə çatır. Bundan əlavə, düsturun tezliyi sıfırdan sonsuza qədər inteqrasiyası zamanı sonsuz bir dəyər əldə edilir! Bu fakt ultrabənövşəyi fəlakətin mahiyyətini ortaya qoyur: əgər hansısa bədən kifayət qədər yaxşı qızdırılırsa, onun enerjisi kainatı məhv etməyə kifayət edəcək.
Plank və onun kvantı
Bir çox elm adamları bu paradoks ətrafında işləməyə çalışdılar. Bir sıçrayış elmi çıxılmaz vəziyyətdən çıxardı, naməlumluğa demək olar ki, intuitiv addım. Plankın fərziyyəsi ultrabənövşəyi fəlakətin paradoksunu aradan qaldırmağa kömək etdi. Plankın qara cisim radiasiyasının tezlik paylanması düsturu konsepsiyanı ehtiva edirdi"kvant". Alimin özü bunu sistemin ətraf aləmdə çox kiçik tək hərəkəti kimi müəyyən etmişdir. İndi kvant bəzi fiziki kəmiyyətlərin ən kiçik bölünməz hissəsidir.
Kvantlar bir çox formada olur:
- elektromaqnit sahəsi (göy qurşağı da daxil olmaqla foton);
- vektor sahəsi (qluon güclü qarşılıqlı təsirin mövcudluğunu müəyyən edir);
- qravitasiya sahəsi (qraviton hələ də hesablamalarda olan sırf hipotetik hissəcikdir, lakin eksperimental olaraq hələ tapılmayıb);
- Higgs sahələri (Hiqqs bozonu bir müddət əvvəl Böyük Adron Kollayderində eksperimental olaraq kəşf edilib və hətta elmdən çox uzaq insanlar da onun kəşfinə sevinirdilər);
- bərk cismin qəfəsinin atomlarının sinxron hərəkəti (fonon).
Şrödingerin pişiyi və Maksvellin iblisi
Kvantın kəşfi çox əhəmiyyətli nəticələrə gətirib çıxardı: fizikanın əsaslı şəkildə yeni bir qolu yaradıldı. Kvant mexanikası, optika, sahə nəzəriyyəsi elmi kəşflərin partlamasına səbəb oldu. Görkəmli elm adamları qanunları kəşf etdilər və ya yenidən yazdılar. Elementar hissəciklər sistemlərinin kvantlaşdırılması faktı Maksvell cininin niyə mövcud ola bilməyəcəyini izah etməyə kömək etdi (əslində üç izahat təklif edilmişdir). Bununla belə, Maks Plankın özü çox uzun müddət kəşfinin əsas mahiyyətini qəbul etmədi. O hesab edirdi ki, kvant müəyyən bir fikri ifadə etmək üçün əlverişli riyazi üsuldur, lakin artıq deyil. Üstəlik, alim yeni fiziklər məktəbinə güldü. Buna görə də M. Plank həll olunmayan, ona göründüyü kimi, bir paradoksla çıxış etdiŞrödingerin pişiyi haqqında. Yazıq heyvan eyni vaxtda həm diri idi, həm də ölü idi ki, bunu təsəvvür etmək mümkün deyil. Ancaq hətta belə bir tapşırığın kvant fizikası çərçivəsində kifayət qədər aydın izahı var və nisbətən gənc elm özü də artıq böyük və əsaslı şəkildə planetdə irəliləyir.
