Өнөөдөр бид "хэт ягаан туяаны сүйрэл" гэх мэт ойлголтын мөн чанарын тухай ярих болно: энэ парадокс яагаад үүссэн, түүнийг шийдвэрлэх арга зам байгаа эсэх.
Сонгодог физик
Квант үүсэхээс өмнө байгалийн шинжлэх ухааны ертөнцөд сонгодог физик ноёрхож байсан. Мэдээжийн хэрэг математикийг үргэлж гол зүйл гэж үздэг. Гэсэн хэдий ч алгебр, геометрийг ихэвчлэн хэрэглээний шинжлэх ухаан болгон ашигладаг. Сонгодог физик нь биеийг халаах, тэлэх, цохих үед хэрхэн ажилладагийг судалдаг. Энэ нь энергийг кинетикээс дотоод руу хувиргах талаар тайлбарлаж, ажил, хүч гэх мэт ойлголтуудын талаар ярьдаг. Физикт хэт ягаан туяаны сүйрэл хэрхэн үүссэн бэ гэсэн асуултын хариулт яг энэ хэсэгт байдаг.
Хэзээ нэгэн цагт энэ бүх үзэгдлийг маш сайн судалсан тул өөр нээх зүйл байхгүй юм шиг санагдсан! Шинжлэх ухааны эдгээр салбарт л нээлт хийх боломжтой тул авьяаслаг залуусыг математикч, биологичдод очихыг зөвлөдөг болсон. Гэвч хэт ягаан туяаны сүйрэл, практикийг онолтой уялдуулсан нь ийм санаа буруу байсныг нотолсон.
Дулааны цацраг
Сонгодог физик, парадоксуудыг хассангүй. Жишээлбэл, дулааны цацраг нь халсан биед үүсдэг цахилгаан соронзон орны квант юм. Дотоод энерги нь гэрэл болж хувирдаг. Сонгодог физикийн дагуу халсан биеийн цацраг нь тасралтгүй спектр бөгөөд түүний хамгийн их хэмжээ нь температураас хамаардаг: термометрийн заалт бага байх тусам "улаан" гэрэл хамгийн хүчтэй байдаг. Одоо бид хэт ягаан туяаны сүйрэлд шууд хандах болно.
Терминатор ба дулааны цацраг
Дулааны цацрагийн жишээ бол халсан болон хайлсан металл юм. Терминаторын кинонд ихэвчлэн үйлдвэрлэлийн байгууламжууд гардаг. Туульсын хамгийн сэтгэл хөдөлгөм хоёрдугаар хэсэгт төмрийн машин шаржигнах цутгамал төмрийн ваннд умбана. Мөн энэ нуур улаан өнгөтэй. Тиймээс энэ сүүдэр нь тодорхой температуртай цутгамал төмрийн хамгийн их цацрагтай тохирч байна. Энэ нь улаан фотон хамгийн бага долгионы урттай тул ийм утга нь бүх боломжит хамгийн өндөр нь биш гэсэн үг юм. Үүнийг санах нь зүйтэй: шингэн металл нь хэт улаан туяа, харагдахуйц, хэт ягаан туяаны бүсэд энерги ялгаруулдаг. Зөвхөн улаанаас өөр фотон маш цөөхөн байна.
Төгс хар бие
Халаасан бодисын цацрагийн спектрийн чадлын нягтыг олж авахын тулд хар биетийн ойролцооллыг ашиглана. Энэ нэр томьёо аймшигтай сонсогдож байгаа ч үнэн хэрэгтээ энэ нь физикт маш хэрэгтэй бөгөөд бодит байдал дээр тийм ч ховор биш юм. Тэгэхээр бүрэн хар бие бол өөрт нь унасан биетүүдийг “суллахгүй” биет юм.фотонууд. Түүнээс гадна түүний өнгө (спектр) нь температураас хамаардаг. Бүрэн хар биеийг ойролцоогоор тооцоолох нь нэг талдаа бүх зургийн талбайн арав хүрэхгүй хувьтай нүхтэй шоо байх болно. Жишээ нь: энгийн өндөр барилгуудын орон сууцны цонхнууд. Тийм учраас тэд хар өнгөтэй харагддаг.
Рэйли-Жинс
Энэ томьёо нь зөвхөн сонгодог физикийн өгөгдөлд тулгуурлан хар биеийн цацрагийг тодорхойлдог:
-
u(ω, T)=kTω2/π2c3, хаана
u нь зөвхөн энергийн гэрэлтүүлгийн спектрийн нягт, ω нь цацрагийн давтамж, kT нь чичиргээний энерги юм.
Хэрэв долгионы урт нь том бол утгууд нь үнэмшилтэй бөгөөд туршилттай тохирно. Гэвч бид үзэгдэх цацрагийн шугамыг давж, цахилгаан соронзон спектрийн хэт ягаан туяаны бүсэд ормогц энерги нь гайхалтай утгад хүрдэг. Нэмж дурдахад, тэгээс хязгааргүй хүртэлх давтамжийн томъёог нэгтгэх үед хязгааргүй утгыг олж авна! Энэ баримт нь хэт ягаан туяаны сүйрлийн мөн чанарыг илчлэх болно: хэрэв зарим биеийг хангалттай сайн халаавал түүний энерги нь орчлон ертөнцийг устгахад хангалттай байх болно.
Планк ба түүний квант
Олон эрдэмтэд энэ парадоксыг тойрон гарах гэж оролдсон. Шинжлэх ухааныг гацаанаас гаргаж, үл мэдэгдэх зүйл рүү бараг зөн совинтой алхам хийлээ. Планкийн таамаглал нь хэт ягаан туяаны сүйрлийн парадоксыг даван туулахад тусалсан. Хар биеийн цацрагийн давтамжийн тархалтын Планкийн томьёо нь уг ойлголтыг агуулж байв"квант". Эрдэмтэн өөрөө үүнийг хүрээлэн буй ертөнцөд системийн маш жижиг ганц үйлдэл гэж тодорхойлсон. Одоо квант бол зарим физик хэмжигдэхүүний хамгийн жижиг хуваагдашгүй хэсэг юм.
Кванта нь олон хэлбэрээр ирдэг:
- цахилгаан соронзон орон (солонгон дээрх фотоныг оруулаад);
- вектор талбар (глюон нь хүчтэй харилцан үйлчлэл байгааг тодорхойлдог);
- таталцлын талбар (гравитон нь цэвэр таамаглалын бөөмс хэвээр байгаа бөгөөд энэ нь тооцоонд байгаа боловч туршилтаар хараахан олдоогүй байна);
- Хигсийн талбайнууд (Хиггс бозоныг саяхан Том Адрон коллайдераас туршилтаар нээсэн бөгөөд шинжлэх ухаанаас хол хүмүүс хүртэл түүний нээлтэд баярлаж байсан);
- хатуу биеийн торны атомуудын синхрон хөдөлгөөн (фонон).
Шредингерийн муур ба Максвеллийн чөтгөр
Квантыг нээсэн нь маш чухал үр дагаварт хүргэсэн: физикийн цоо шинэ салбар бий болсон. Квантын механик, оптик, талбайн онол нь шинжлэх ухааны нээлтүүдийн дэлбэрэлтийг үүсгэв. Нэр хүндтэй эрдэмтэд хуулиудыг нээсэн эсвэл дахин бичсэн. Энгийн бөөмсийн системийг тоолох баримт нь Максвелл чөтгөр яагаад оршин тогтнох боломжгүйг тайлбарлахад тусалсан (үнэндээ гурван тайлбарыг санал болгосон). Гэсэн хэдий ч Макс Планк өөрөө нээлтийнхээ үндсэн шинж чанарыг маш удаан хугацаанд хүлээн зөвшөөрөөгүй. Тэрээр квант бол тодорхой бодлыг илэрхийлэх тохиромжтой математик арга гэж тэр итгэдэг байсан, гэхдээ үүнээс илүүгүй. Түүгээр ч барахгүй эрдэмтэн шинэ физикчдийн сургуульд инээв. Иймээс М. Планк өөрийнх нь хувьд тайлагдашгүй парадоксыг гаргаж ирэвШредингерийн муурны тухай. Хөөрхий амьтан нэгэн зэрэг амьд, үхсэн байсан нь төсөөлөхийн аргагүй юм. Гэхдээ ийм даалгавар ч гэсэн квант физикийн хүрээнд нэлээд тодорхой тайлбартай байдаг бөгөөд харьцангуй залуу шинжлэх ухаан өөрөө аль хэдийн дэлхий даяар хүч чадал, үндсэндээ алхаж байна.
