Табиғатты сипаттаудың континуальды концепциясы.

 1.  Кванттық физиканың үздіксіз дискреттік әлемі.

Мазмұны  : Үздіксіз Әлемнің обьекті- физикалық өріс. Тұтас орта моделі. Декарттан Максвеллге дейінгі физика. Тұтас орта және серпімді толқындар. Дыбыс. Әсерлесу : алыс әсер және жақын әсер. Электромагниттік өріс және электромагниттік толқындар. Электромагниттік сәулеленудің көптүрлілігі. Интерференция, дифракция және поляризация құбылыстары.

         Дыбыс пен жарықтың таралуы туралы көзқарастардың қалыптасуына байланысты бөлшектер моделімен қатар, тұтас орта моделі де пайда болды. Бүкіл кеңістік жарық тасымалданатын эфирмен қамтылып, аспан денелері осы ортада жүзіп жүреді деп саналды. Жарық көзінен қабылдағышқа жарық аралығындағы эфир арқылы таралады деп ұйғарылды, яғни дыбыстың ауада таралу аналогиясы қабылданды.

         И. Ньютон жарықты бөлшектер немесе корпускулалар ағыны, ал Гюйгенс оны толқын деп ұйғарды. XYII ғасырда Рене Декарттың «Бастамалар» («Начала») және одан ертеректе «Жарық туралы» («О свете») деген ғылыми трактаттары жарық көрді. Ертедегі атомистерден өзгеше көзқарастағы Декарт материя шексіз, бөлінеді деп есептеп, оның ұсақ бөлшектерін «элементтер» деп атады. «Элементтерге» от, ауа және Жерді жатқызды. Жер бөлшектері – еңі ірі, баяу қозғалатын, өзара оңай бірігеді. Ауа бөлшектері – ұсақ, қозғалғыш, жылтыр және шар тәрізді бір-біріне қатысты жылжығыш. От бөлшектері – оңай бөлінетін, ауа мен жер бөлшектері арасын толтыратын белгілі бір формасы жоқ ең жұқа материя деп саналады. Бұл «элементтер» , яғни бөлшектер қозғалып орын ауыстырады және әлемдегі барлық қозғалыстар механикалық орын ауыстыруға жатады деп ұйғарылды. Декарт бойынша, «жасырын» әсерлесу күш мүлдем болмайды, физикадағы әсерлесу – денелер немесе бөлшектердің өзара әсерінен болады. Осының нәтижесінде олардың қозғалыс күйі өзгерілді деп есептелді. И. Ньютон механикасында денелердің өзара әсерлесуі күш арқылы сипатталды. Бастапқыда келген нүктесіндегі бір  бөлшек тербеліске түссе, ол көрші жатқан екінші бөлшекке беріліп, оны да тербетеді. Бұл процесс ары қарай белгілі бір жылдамдықпен таралады. Кеңістікте тербелістің таралу процесін серпімді толқын деп атайды. Орта бөлшектері тепе-теңдік қалыпта тербеліп тұрады, толқынмен ілесіп ілгері қозғалмайды. Серпімді толқындар қума және көлденең толқындарға бөлінеді. Қума толқындарда бөлшектер толқынның таралу бағытында тербеледі, ал көлденең толқындар оған перпендикуляр тербеледі. Жиіліктері 16 мен 2000 Гц дейінгі серпімді толқындар адамның мүшесіне әсер етіп, есту қабілеттілігін туғызады, оны дыбыс дейміз. Жиілігі 16 Гц-тен кем серпімді толқындар инфрадыбыс, ал 2000 Гц-тен артығы ультрадыбыс деп аталады, яғни дыбыс пен жарықта толқындардың табиғаты бар. Электромагниттік толқындар жиілікке байланысты гаммарентген, ультракүлгін, көзге көрінетін инфрақызыл және радиотолқындарға бөлінеді. Дифракция, интерференция және поляризация құбылыстары жарықтың толқындық табиғатымен смпатталады.

 Кванттық физиканың үздіксіз дискреттік әлемі.

Мазмұны : Қызған денелердің сәулеленуін түсіндіруге классикалық физиканың жеткіліксіздігі. Кванттар болжамы. Анықталмаушылық пен қосымшалық принциптері. Кванттық механика. Кванттық механиканың ықтималдық сипаттамасы. Физикадағы «Кентаврлар». Атом мен ядро құрылыстары. Адрондардың кварттық моделі. Планктан Диракқа дейінгі физика. Фундаментальді әсерлесу және тасымалдаушы бөлшектер.

         Анықталмаушылық принципі Лаплас детерминизмі негізсіз екендігін дәлелдеді. Шындығында, қазіргі уақытта шамаларды дәл өлшеу мүмкін болмаса болашақты қалай болжауға болады. 20 жылдары В. Гейзенберг, Э. Шредингер және П. Дирак еңбектері негізінде жаңа, кванттық механика қалыптасты және ол үшін анықталмаушылық принципі алынды. Кванттық механика бойынша бөлшектің кеңістіктегі орны мен жылдамдығын бір мезгілде дәл анықтау мүмкін емес. Оларды белгілі-бір кванттық күймен сипаттауға болады және суперпозиция принципіне негізделеді. Кванттық механикада бақылау бір ғана нәтиже бермейді, қайта бірнеше нәтижелер қатарын келтіріп, әрқайсысының ықтималдылығын көрсетеді. Демек, кездейсоқтық пен ықтималдылық элементтерін енгізеді. Кванттық механика қазіргі ғылым мен техника негізі болып табылады. Жартылай өткізгіштік интегралдық схемасы (телевизор, ЭЕМ, Т.Б. ) КВАНТТЫҚ МЕХАНИКА ПРИНЦИПТЕРІНЕ СҮЙЕНЕДІ. Химия, биология салаларында кванттық механика кеңінен қолданылады. Жарық сәулесі толқындардан тұрғанымен Планк гипотезасына сәйкес сәуле шығару (жұту) және таралу кезінде оның кванттық, яғни фотондық (бөлшектік) көрінісі орын алады. Гейзенбергтің анықталмаушылық қатынасына сәйкес бөлшектерді белгілі бір мөлшерде толқын деп те санауға болады. Олардың кеңістікте орны болмайды, тек болу ықтималдылығын анықтауға болады. Кванттық механикада толқындар мен бөлшектердің нақты әлемі сипатталмайды, физикадағы «кентаврлар» (дуализм) яғни әрі бөлшектік, әрі толқындық қасиеті бар обьектілер қарастырылады. Бөлшектердің толқындық қасиеті туралы идеяны француз физигі Луи де Бройль болды. Қазіргі кезде бөлшектердің толқындық табиғаты электрон және басқа да бөлшектердің интерференция мен дифракция құбылыстары арқылы тәжірибе жүзінде толық дәлелденді. Кванттық механиканың қалыптасуына атом құрылысын түсіндірумен байланысты. Осы ғасырдың басында атом күн жүйесіне ұқсас деп алынды ; теріс зарядты электрондар центрдегі оң зарядты ядро төңірегінде айнала қозғалады деп қарастырылды. 1932 жылы Джеймс Чедвик массасы протон массасына жуық нейтрал бөлшек-нейтронды ашты. Бұдан 20 жылдай бұрын протондар мен нейтрондар ең кішкене яғни «элементер» бөлшектер деп аталған еді. Үлкен жылдамдықпен қозғалған протондар мен электрондардың протондармен әсерлесуін тәжірибемен бақылағанда, олардың құрамы күрделі екендігі анықталды. Мюрей Гелл-Мани (Калифорния технологиялық институтының теоретигі) 1962 жылы протондар мен нейтрондардың «кварттық» болжамдық моделін ұсынды. Кварк аты Джеймс Джойстың өлеңіндегі «Мистер Марк үшін үш кварк» деген бір жолынан алынған болатын. Гипотеза бойынша кварктің алты «хош иісті» түрі бар :  u-жоғарғы, d-төменгі,  s-біртүрлі (странный), с-ғажайыптанған (очарованный), b-әсем (прелестный) және t-ақиқат (истинный). Әр «хош иісті» кварктың үш «түсі» болады; қызыл, жасыл және көк. Хош иісі мен түсі кварктарға жәй берілген белгілер. Әр кварктың антикваркы болады. Протон әр түсті үш кварктан тұрады: екі u және бір  d; нейтрон екі d және бір u кварктардан түзеледі. Сонымен, тек атом ғана емес, оның құраушылары болып саналатын протондар мен нейтрондарда өздерінен ұсақ бөлшектерден тұратындығы болжанған. Барлық заттарды құрайтын ең кіші элементар бөлшек не екен деген сұрақ туады. Жарықтың толқын ұзындығы атом өлшемінен әлдеқайда үлкен болғандықтан қазіргі қолданып жүрген әдістермен атомды құраушы бөлшектерді «көру» мүмкін емес. Оларды байқау үшін өте қысқа толқындар қажет болады. Ал толқын ұзындығы қысқарған сайын квант энергиясы артатындығы белгілі. Энергияның атомдық физикада қолданатын бірлігі –электровольт (1Эв).  XIX ғасырда энергиясы бірнеше электровольт болатын бөлшектер зерттелген, сондықтан атом заттың ең кіші бөлшегі деп есептелген Резерфорд тәжірибесінде альфа бөлшектерінің энергиясы 10 6 электровольтқа жуық еді.

         Тасымалдау бөлшектерінің массасы өте үлкен болса, үлкен қашықтықта олардың пайда болуы мен алмасулары қиындап, жақын әсерлесу күштері туындайды. Тасымалдау бөлшектерінің меншікті массасы болмаған кезде алыс әсерлесу күштері туады. Зат бөлшектерінің өзара әсерлесуін қамтамасыз ететін тасымалдау бөлшектері ешқандай қабылдағыш детектормен тіркелмейді, олар «нақты» бөлшектерге жатпайды, вертуальды деп аталады. Дегенмен, вертуальды бөлшектер бар, лоар өлшеуге болатын эффектілер тудырады: вертуаль бөлшектердің арқасында бөлшектердің өзара әсерлесу күштері пайда болады. Кейбір жағдайда спині 0, 1, 2 тең бөлшектер нақты болып оларды тіркеу мүмкіндігі туады. Физикалық көзқарас бойынша тасымалдау бөлшектері жарық немесе гравитациялық толқындар түрінде болады. Тасымалдау бөлшектерін тасымалдайтын әсеріне және қандай бөлшекпен әсерлескеніне байланысты төрт түрге бөлуге болады мұндай бөлулер тек шартты ғана, теорияларды дамыту үшін қажет болады. Бірінші, күштердің түріне гравитациялық күштің ықпалында болады және оның шамасы бөлшектің массасы мен энергиясымен анықталады. Гравитация күші -әлсіз күш, алыс қашықтықта әсер етеді және тартылыс күші болып табылады. Материяның екі бөлшектерінің арасында әсер ететін гравитация күші спині «2»-ге тең, меншікті массасы жоқ –гравитон деп аталатын бөлшек арқылы тасымалданады. Гравитациялық толқындар әлсіз болғандықтан тіркелмеген және гравитондар – болждамдағы бөлшектер. Екінші күштерге зарядталған бөлшектер арасында әсерлесу тудыратын электромагниттік күштерді жатқызамыз. Заряды жоқ бөлшектердің әсерлесуіне бұл күш үлес қоспайды. Электромагниттік әсерлесу гравитациялық әсерден көп үлкен (10 42) және ол тартылыс пен тебілу деп бөлінеді. Өте үлкен денелерде (Күн, Жер) оң мен теріс зарядтар шамалас болады, ал молекулалар мен атомдарда электромагниттік әсерлесу күштірек болады. Электромагниттік әсерлесу спині «1»-ге тең, меншікті массасы жоқ вертуальды бөлшектер – фотондармен алмасу нәтижесінде пайда болады. Әсерлесудің үшінші түрі - әлсіз әсерлесу: ол радиоактивтілік үшін жауапты күш және заттың спині «1/2» -ге тең бөлшектер арасында орындалады. Спині «0», «1», «2» тең бөлшектерде әлсіз әсерлесу күші болмайды. 1967 жылы Абдус Салам және Стивен Вайнберг бір-біріне тәуелсіз, бір мезгілде фотонға қосымша тағы да үш бөлшектер бар деген универсал теория ұсынды. Бұл бөлшектердің массалары, 100 гигаэлектронвольтқа (гига-мың миллион) жуық, спині «1» -W+, W- және Z 0 базондар. Салам Вайнберг теориясындаспонтаңды симметрияны бұзатын қасиет келтірілген. Оның мағынасын былай түсінуге болады ; төменгі энергияға әртүрлі болып көрінетін бөлшектер жоғарғы энергияда түрлі күйде тұрған бір бөлшектің өзі болады. Салам-Вайнберг теориясы жоғарғы энергияда 3 жаңа бөлшектермен фотон бірдей қасиет білдірсе, төменгі энергияда бұл “симметриялардың” бұзылатындығын болжап айтты. 1983 жылы ЦЕРН-де болжанған массаға сәйкес келетін үш бөлшек ашылды.

         Әсерлесудің төртінші түрі –ядролық күш. Ол ядро ішінде протондар мен нейтрондар және олардың ішіндегі кварктарды ұстап тұратын әсерлесу. Ядролық күшті әсерлесуді тасымалдайтын бөлшек –глюон деп аталады, спині “1” –ге тең. Күшті әсердің бір ерекше қасиеті оның конфайнменттілігінде. Конфайнмент дегеніміз –бөлшектердің әркезде түссіз комбинацияларда болуы. Глюон секілді жалғыз кварк өзінше жеке өмір сүре алмайды. Глюондар мен кварктар туралы бұл көзқарастар метафизикалық емес деген сұрақ туары сөзсіз. Олай болуы мүмкін есем, себебі күшті әсерлесу тағы бір қасиетпен сипатталады. Ол асимптотикалық еркіндікке ие болуында. Кәдімгі энергияда кварктар бір-біріне тығыз сығылады, ал жоғарғы дәрежелі энергияда –күшті әсерлесу әлсіреп, кварктар мен глюондар өздерін еркін бөлшектер секілді ұстайды.

Әдебиеттер :

1. Акоста В. ,  Кован К. , Грэм Б. Основы современной физики М., 1981
2. Купер Л. Физика для всех. М., 1972
3. Спасский Б.И. Физика для философов М., 1975
4. Алматов Ж.К., т.б. Қазіргі жаратылыстану концепциясы. Шымкент. 1999 ж.
5.