Այսօր մենք կխոսենք այնպիսի հայեցակարգի էության մասին, ինչպիսին է «ուլտրամանուշակագույն աղետը».
Դասական ֆիզիկա
Մինչ քվանտի գալուստը բնական գիտության աշխարհում գերիշխում էր դասական ֆիզիկան: Իհարկե, մաթեմատիկան միշտ համարվել է գլխավորը։ Այնուամենայնիվ, հանրահաշիվը և երկրաչափությունը առավել հաճախ օգտագործվում են որպես կիրառական գիտություններ։ Դասական ֆիզիկան ուսումնասիրում է, թե ինչպես են մարմինները պահում տաքացման, ընդլայնման և հարվածի ժամանակ: Այն նկարագրում է էներգիայի փոխակերպումը կինետիկից ներքինի, խոսում է այնպիսի հասկացությունների մասին, ինչպիսիք են աշխատանքը և ուժը: Հենց այս ոլորտում է պատասխանում այն հարցին, թե ինչպես է առաջացել ուլտրամանուշակագույն աղետը ֆիզիկայում։
Ինչ-որ պահի այս բոլոր երևույթներն այնքան լավ էին ուսումնասիրված, որ թվում էր, թե այլևս ոչինչ չկար հայտնաբերելու: Բանը հասավ նրան, որ տաղանդավոր երիտասարդներին խորհուրդ տվեցին գնալ մաթեմատիկոսների կամ կենսաբանների մոտ, քանի որ միայն գիտության այս ոլորտներում են հնարավոր բեկումնային զարգացումները։ Սակայն ուլտրամանուշակագույն աղետը և պրակտիկայի ներդաշնակեցումը տեսության հետ ապացուցեցին նման գաղափարների մոլորությունը:
Ջերմային ճառագայթում
Դասական ֆիզիկան և պարադոքսները չզրկվեցին. Օրինակ, ջերմային ճառագայթումը էլեկտրամագնիսական դաշտի քվանտան է, որն առաջանում է տաքացած մարմիններում։ Ներքին էներգիան վերածվում է լույսի։ Դասական ֆիզիկայի համաձայն՝ տաքացած մարմնի ճառագայթումը շարունակական սպեկտր է, և դրա առավելագույնը կախված է ջերմաստիճանից՝ որքան ցածր է ջերմաչափի ցուցանիշը, այնքան ավելի «կարմիր»՝ ամենաուժեղ լույսը: Այժմ մենք ուղղակիորեն կմոտենանք նրան, ինչ կոչվում է ուլտրամանուշակագույն աղետ։
Տերմինատոր և ջերմային ճառագայթում
Ջերմային ճառագայթման օրինակ են տաքացվող և հալած մետաղները։ Տերմինատորի ֆիլմերում հաճախ ներկայացված են արդյունաբերական օբյեկտներ: Էպոսի ամենահուզիչ երկրորդ մասում երկաթե մեքենան սուզվում է կարկաչուն չուգունի բաղնիքի մեջ: Եվ այս լիճը կարմիր է: Այսպիսով, այս երանգը համապատասխանում է որոշակի ջերմաստիճանով չուգունի առավելագույն ճառագայթմանը: Սա նշանակում է, որ նման արժեքը բոլոր հնարավորներից ամենաբարձրը չէ, քանի որ կարմիր ֆոտոնն ունի ամենափոքր ալիքի երկարությունը։ Հարկ է հիշել. հեղուկ մետաղը էներգիա է ճառագայթում ինֆրակարմիր, տեսանելի և ուլտրամանուշակագույն շրջանում: Միայն կարմիրից բացի շատ քիչ ֆոտոններ կան:
Կատարյալ սև մարմին
Տաքացվող նյութի ճառագայթման սպեկտրային հզորության խտությունը ստանալու համար օգտագործվում է սև մարմնի մոտավորությունը։ Տերմինը սարսափելի է թվում, բայց իրականում այն շատ օգտակար է ֆիզիկայում և իրականում այնքան էլ հազվադեպ չէ։ Այսպիսով, ամբողջովին սև մարմինն այն առարկան է, որը չի «արձակում» իր վրա ընկած առարկաները։ֆոտոններ։ Ավելին, նրա գույնը (սպեկտրը) կախված է ջերմաստիճանից։ Ամբողջովին սև մարմնի մոտավոր մոտավորությունը կլինի մի խորանարդ, որի մի կողմում կա անցք ամբողջ գործչի տարածքի տասը տոկոսից պակաս: Օրինակ՝ սովորական բարձրահարկ շենքերի բնակարանների պատուհաններ: Դրա համար նրանք սև են հայտնվում։
Rayleigh-Jeans
Այս բանաձևը նկարագրում է սև մարմնի ճառագայթումը` հիմնվելով միայն դասական ֆիզիկայի համար հասանելի տվյալների վրա:
-
u(ω, T)=kTω2/π2c3, որտեղ
u-ն էներգիայի պայծառության սպեկտրային խտությունն է, ω-ն ճառագայթման հաճախականությունն է, կՏ-ն թրթռման էներգիան է:
Եթե ալիքի երկարությունները մեծ են, ապա արժեքները հավանական են և լավ համընկնում են փորձի հետ: Բայց հենց որ անցնում ենք տեսանելի ճառագայթման գիծը և մտնում էլեկտրամագնիսական սպեկտրի ուլտրամանուշակագույն գոտի, էներգիաները հասնում են անհավանական արժեքների։ Բացի այդ, բանաձևը հաճախականությամբ զրոյից մինչև անսահմանություն ինտեգրելիս ստացվում է անսահման արժեք: Այս փաստը բացահայտում է ուլտրամանուշակագույն աղետի էությունը. եթե ինչ-որ մարմին բավականաչափ տաքացվի, նրա էներգիան բավական կլինի տիեզերքը ոչնչացնելու համար:
Պլանկը և նրա քվանտը
Շատ գիտնականներ փորձել են աշխատել այս պարադոքսի շուրջ: Ճեղքումը գիտությունը դուրս բերեց փակուղուց, գրեթե ինտուիտիվ քայլ դեպի անհայտություն: Պլանկի վարկածն օգնեց հաղթահարել ուլտրամանուշակագույն աղետի պարադոքսը։ Սև մարմնի ճառագայթման հաճախականության բաշխման Պլանկի բանաձևը պարունակում էր հայեցակարգ«քվանտ». Ինքը՝ գիտնականը, դա սահմանեց որպես համակարգի շատ փոքր միայնակ գործողություն շրջակա աշխարհի վրա: Այժմ քվանտը որոշ ֆիզիկական մեծությունների ամենափոքր անբաժանելի մասն է։
Քվանտները լինում են բազմաթիվ ձևերով.
- էլեկտրամագնիսական դաշտ (ֆոտոն, ներառյալ ծիածանը);
- վեկտորային դաշտ (գլյուոնը որոշում է ուժեղ փոխազդեցության առկայությունը);
- գրավիտացիոն դաշտ (գրավիտոնը դեռևս զուտ հիպոթետիկ մասնիկ է, որը գտնվում է հաշվարկների մեջ, բայց այն դեռ չի հայտնաբերվել փորձարարական եղանակով);
- Հիգսի դաշտեր (Հիգսի բոզոնը փորձնականորեն հայտնաբերվել է ոչ այնքան վաղ անցյալում Մեծ հադրոնային կոլայդերում, և նույնիսկ գիտությունից շատ հեռու մարդիկ ուրախանում էին դրա հայտնաբերմամբ);
- Պինդ մարմնի ցանցի (ֆոնոնի) ատոմների համաժամանակյա շարժում.
Շրոդինգերի կատուն և Մաքսվելի դևը
Քվանտի հայտնաբերումը հանգեցրեց շատ նշանակալի հետևանքների. ստեղծվեց ֆիզիկայի հիմնովին նոր ճյուղ: Քվանտային մեխանիկան, օպտիկան, դաշտի տեսությունը առաջացրին գիտական հայտնագործությունների պայթյուն։ Հայտնի գիտնականները հայտնաբերել կամ վերաշարադրել են օրենքներ: Տարրական մասնիկների համակարգերի քվանտացման փաստը օգնեց բացատրել, թե ինչու Մաքսվելի դևը չի կարող գոյություն ունենալ (իրականում առաջարկվել է երեք բացատրություն): Այնուամենայնիվ, ինքը՝ Մաքս Պլանկը, շատ երկար ժամանակ չէր ընդունում իր հայտնագործության հիմնարար բնույթը։ Նա կարծում էր, որ քվանտը որոշակի միտք արտահայտելու հարմար մաթեմատիկական միջոց է, բայց ոչ ավելին։ Ավելին, գիտնականը ծիծաղել է նոր ֆիզիկոսների դպրոցում։ Ուստի Մ. Պլանկը հանգեցրեց անլուծելի, ինչպես իրեն թվաց, պարադոքսիՇրյոդինգերի կատվի մասին. Խեղճ գազանը միաժամանակ և՛ ողջ էր, և՛ մեռած, ինչը անհնար է պատկերացնել։ Բայց նույնիսկ նման առաջադրանքը բավականին հստակ բացատրություն ունի քվանտային ֆիզիկայի շրջանակներում, և համեմատաբար երիտասարդ գիտությունն ինքն արդեն հզոր ու հիմնական քայլում է մոլորակով մեկ։
