1. Issiqlik nurlanishning kvant naziriyasi. Kvant parametrlari. Issiqlikdan nurlanish yutilish qobiliyati

Kvant inqilobi
Ammo, tez orada avvalgi «samimiy» fizika tarafdorlarining hafsalasi pir bo‘ldi. Chunki, atom tuzilishining bunday modeli ham amalda bo‘lishi mumkin emas edi. Xuddi Quyosh tizimi singari tuzilishga ega bo‘lgan, ya’ni, markazda Quyosh-yadro bo‘lgan va uning atrofida sayyoralar-elektronlar aylanayotgan tarzida tasavvur qilingan ko‘rinishdagi atom beqaror zarracha bo‘lgan bo‘lardi va unda, kvant zarrachalarining xatti harakatini ham avvaldan aniq bilish mumkin bo‘lardi (xuddi tennis to‘pining qayerga borib tushishini avvaldan bilsa bo‘lganidek). Kvant nazariyasining rivojlanib borishi sari, olimlarga shunday ajabtovur narsalar namoyon bo‘la boshladiki, ma’lum bo‘lishicha, biz bilgan va ko‘nikkan olam (uni makrodunyo deb ataymiz) va kvant zarrachalari olami – mikrodunyodagi fizik hodisalar orasida aql bovar qilmas katta tafovut mavjud ekan. Bizning makrodunyoda tennis to‘pini uloqtirganda, uning massasi va unga berilgan kuchga ko‘ra to‘pning trayektoriyasini aniq hisoblash va oldindan bilish mumkin. Kvant zarralarining o‘zini qanday tutishini esa, faqat ma’lum ehtimollik bilan, oldindan taxminan bilish mumkin xolos. Kvant zarrachalari tabiatida noaniqlik tamoyili avvalboshdan (yaratilishdan) mavjud bo‘lib, ushbu tamoyil ochilmagunicha, kvant zarralarining u yoki bu holatda o‘zini qay tarzda tutishini bilishning imkoni bo‘lmagan. Bu narsa Eynshteynning boshini qotirib, tashvishga solib qo‘ydi. U shunday yozgan edi: «Men, nurlanish ta’sirda uchib chiqayotgan elektronning nafaqat o‘z harakati davomiyligini, balki, harakat yo‘nalishini ham o‘z xohish-irodasi bilan tanlashi haqidagi g‘oyani ma’qullay olmayman. Agar shunday bo‘lgan taqdirda, men yaxshisi kosib bo‘lganim, yoki, o‘yinxonalarda xizmatchi bo‘lganim yaxshi edi». Uning yanada mashhur bo‘lgan iborasi esa «Xudo gardkam o‘ynamaydi» - tarzida yangragan. Lekin, ushbu g‘oya garchi Eynshteynga yoqmagan bo‘lsa-da, boshqa olimlar uchun qiziqarli va asosli bo‘lib ko‘rindi. Amerikalik buyuk fizik Richard Feynman shunday hikoya qilgan edi: «Men sizlarga Tabiatning nima ekanligini aytib beraman, va agar u sizga ma’qul kelmasa, ehtimol siz buni tushunmagan bo‘lasiz... Kvant fizikasi Tabiat haqida ongli ravishda bo‘lmag‘ur gaplarni gapiradi. Eng asosiysi, biz uchun bo‘lmag‘ur gap bo‘lib ko‘ringan o‘sha narsalarning haq ekanini amaliy-eksperimentlar tasdiqlab turadi. Shu sababli, umid qilamanki, siz Tabiatni qanday bo‘lsa shundayligicha, o‘sha bo‘lmag‘ur g‘oyalari bilan qabul qilasiz». O‘ylaymanki, ushbu kitob, xuddi Feynman aytganidek, bir qarashda bo‘lmag‘ur bo‘lib tuyuladigan, lekin, aslida bag‘oyat maftunkor va qiziqarli bo‘lgan kvant mikrodunyosi ajoyibotlaridan boxabar bo‘lishga va unlardan hayratlanib, go‘zalligidan bahramand bo‘lishingizga xizmat qiladi.


Biror bir boshqa nazariyani kichik-kichik bo‘laklarga taqsimlab, uni odamlar oson tushunadigan va tez uqadigan qilib ajratishning ehtimolim kam. Biroq, kvant nazariyasi bundan mustasno. Kitobda tilga olingan kvant nazariyasiga taalluqli 50 ta mavzu 7 ta ruknlarga bo‘lib bayon qilingan va ularning har biri ushbu jozibador fizik nazariyaning muayyan bir sohasiga tegishlidir. Tabiiyki, biz so‘zimizni Nazariyaning tavalludi ruknidan boshlaymiz va unda atomlarning biz bilgan boshqa obyektlardan farq qilmasligini ta’kidlovchi eskicha tushunchalar qanday qilib inqirozga yuz tutgani va bunda aniq o‘lchashlar va kuzatishlar natijasida olimlar atomlarning nimaning evaziga barqaror turishini tushuntirishga uringanliklarini ko‘ramiz. Bu esa, oxir-oqibatda mumtoz fizikadan tubdan farq qiluvchi, tamomila boshqacha yondoshuvni taqozo etganini namoyon qiladi. Keyin esa biz Asosiy tushunchalar rukniga o‘tamiz va unda kvant fizikasining asosida yotuvchi eng muhim, ustuvor ilmiy tushunchalar bilan tanishamiz. Ular orasida, Geyzenbergning noaniqliklar tamoyili singari, shunchaki fizika fani doirasidan chiqib, zamonaviy kundalik hayotning bir qismiga aylangan tushunchalar sizni hayratlantirmay qo‘ymaydi. Asosiy tushunchalardan boxabar bo‘lgach esa, biz ulardan foydalangan holda, biz har kuni, har qadamda to‘qnash keladigan hodisalarni ilmiy nuqtai nazardan izohlashga kirishishimiz mumkin bo‘ladi va bu ishni biz kitobning «Yorug‘lik va materiya fizikasi» ruknidan boshlab yuboramiz. Kvant elektrodinamikasi, ya’ni, amalda deyarli barcha narsani – qanaqasiga yorug‘lik bizning tanamizni isitishdan tortib, nimaga biz o‘tirgan stulda oraliqdan tushib ketmasligimizgacha bo‘lgan narsalarni tushuntirib beruvchi nazariya bizga kvant dunyosiga nisbatan umuman boshqa ko‘z bilan qarashimiz lozimligini namoyish ko‘rsatib beradi. Kvant nazariyasi ichida, kuzatilayotgan hodisalarning avvaldan taxmin qilingan fikrlar bilan katta aniqlikda muvofiq kelishi nuqtai nazaridan aynan kvant elektrodinamikasi eng muvaffaqiyatli nazariya bo‘lib chiqdi. Keyin esa biz kvant fizikasidagi eng asosiy hodisalari haqida hikoya qiluvchi Kvant hodisalari va ularning izohlari rukni bilan tanishamiz. Bu ruknda, biz qanday qilib oyna orqali tashqarini va ko‘zguda aksimizni ko‘rishimiz, kvant tunnel effektining Quyosh uchun qanday ahamiyati borligi singari mavzularda suhbatlashamiz va shuningdek, eng kvant hodisalari haqidagi turli izohlar bilan tanishamiz. Bu nuqtai nazardan kvant fizikasi – noyob fandir. Kvant fizikasi siz bilan biz hayotda kuzatayotgan narsalar haqida avvaldan taxmin qilinish bo‘yicha nihoyatda yaxshi qurol bo‘lsa-da, lekin, o‘sha hodisalarning o‘zi aslida nima ekanini haligacha hech kim bilmasligi bilan qiziq. Kopengagen izohi, ko‘p olamli izoh, yoki, Bom izohi singari talqinlarda kuzatilayotgan hodisalar uchun qandaydir izoh berishga va ular asosida kvant fizikasining qandaydir bir «tub mohiyat»ni tushunib yetish uchun o‘ziga xos sinch (karkas) yasashga uriniladi. Biroq, bunday izohlarning birortasi hozirgacha o‘z ustunligini ko‘rsatmadi va ilmiy yakdillikka sabab bo‘lmadi. Olimlar uchun ham, u yoki bu kvant izohini tanlash yoki, to‘g‘ri deb qabul qilish masalasi, muayyan ilmiy mantiqqa asoslangan qarordan ko‘ra, har kim uchun o‘z shaxsiy tushunchalaridan kelib chiquvchi tanlov bo‘lib qolmoqda. Keyingi ruknda esa biz kvant fizikasining eng qiziq fenomeni bo‘lmish Kvant chigalligi bilan tanishamiz. Kvant chigalligini Eynshteyn « vahimali uzoqdan ta’sir» deb atagan edi va ushbu tamoyil orqali kvant fizikasini diskretlamoqchi bo‘lgandi. Ushbu tamoyilga ko‘ra, kvant zarrachalari bir-biri bilan masofadan turib ham o‘zaro ta’sirlashishi mumkin va bu ta’sirning ro‘y berishi uchun vaqt talab qilinmaydi, ya’ni, har qanday o‘zaro ta’sir bir lahzaning o‘zida sodir bo‘ladi. Bu g‘oya esa, Eynshteynning umumiy nisbiylik nazariyasiga, xossatan, undagi postulatlardan eng asosiysi – yorug‘lik tezligining chekli ekani haqidagi uqtirishlarga nisbatan shubha uyg‘otadi. Vaholanki, amaliy tajribalar takror va takror shuni ko‘rsatmoqdaki, bunday kvant chigalligi amalda haqiqatan ham mavjud ekan! Kvant nazariyasining amaliy qo‘llash sohalari ham aynan ushbu tamoyilga asoslangan bo‘lib, xususan, kvant shifrlash va kvant kompyuterlari singari amaliy-muhandislik ilmlari aynan kvant chigalligi asosida ishlaydi. So‘ngi ikki rukn esa, bizning kundalik turmushimizga kirib kelayotgan kvant texnologiyalari hamda, kvant nazariyasiga ko‘ra imkonli bo‘lgan aql bovar qilmas farazlar haqida to‘xtalamiz. «Kvant fizikasi amalda» - deb nomlangan ruknda biz ushbu nazariya tufayli ixtiro qilingan va bugungi kundalik turmushimizning ajralmas qismiga aylangan muhim texnik vositalar, xususan, tranzistor, magnitrezonansli tomograf, lazer va boshqa texnika yutuqlari haqida gaplashamiz. Albatta, biz har safar muayyan bir elektr asbobdan foydalanganimizda, biz o‘zimiz bilib, yoki bilmagan holda kvant effektlaridan amaliy naf chiqarayotgan bo‘lamiz. Shunga qaramay, so‘nggi yillarda elektronika sohasida kvant tamoyillarining qo‘llanishi shu darajada chuqur va yaqqol bo‘lmoqdaki, ayrim manbalarga ko‘ra, rivojlangan mamlakatlardagi internet bog‘lanishlarining uchdan bir qismi kvant texnologiyalari asosida ishlayotgani ta’kidlanmoqda. Kvant sarhadlari rukniga keladigan bo‘lsak, bu qismda biz hozircha faqat nazariy-gipotezalarda ko‘rib chiqilayotgan va nazariy jihatdan imkonli bo‘lgan, amalda ham uddalanishi mumkin bo‘lgan juda qiziqarli, deyarli fantastik kvant hodisalari haqida so‘z yuritamiz. Masalan, ushbu ruknda siz, favqulodda past haroratlarda bo‘lishi mumkin bo‘lgan va hatto vakuumda ham to‘liq bo‘shliq mavjud emas deb da’vo qiladigan nazariy energetik holat – nol nuqta energiyasi haqida mutolaa qilasiz. Shuningdek, mazkur rukn sizga kvant fizikasi tamoyillarini atom yadrolari, gravitatsiya, hamda hatto biologiyaga qanday tadbiq qilinishini ko‘rsatib beradi.
Xulosa:
Tabiiy dunyo hodisalarini tushunishda fizik juda muhim ikkita nuqtayi nazarga e’tibor beradi. Birinchisi - obyektlarning makroskopik dunyosi bo'lib, ularni biz. ko'ramiz, his qilamiz. Ikkinchisi -b u mikrokopik dunyo - atomlar va mikrozarralar olami bo'lib ularni ko'rib ham, his etib ham bo'lmaydi va bunda asosan diskretlik -m oddalarning kvant hususyatlari birinchi o'ringa o'tadi. Makroskopik dunyoni o'rganish jarayonida milliard-milliard atomlardan tuzilgan moddada zarralarning xaotik issiqlik harakati kvant dunyosining hodisalarini yashirib, diskretlikni surkab,. bo'yab qo'yadi va kvant hodisalarni ko'rish imkoniyati yo'qoladi. Juda past temperaturalarda vaziyat tamomila o'zgaradi. O'ta past temperaturalarda zarra- larning tartibsiz harakat qilishi tamomila yo'qolib, uning o'rniga ichki tartiblanish darajasi juda yuqori bo'lgan dunyo ko'zga tashlanadi. Amerika olimlari Djon Barden, Leon Kuper va Robert Shriffer tomonidan yaratilgan o'ta o'tkazuvchanlikning mikroskopik nazariyasiga ko'ra, o'ta o'tish nuqtasidan (odatda bu bir necha kelvinni tashkil'qiladi) past haroratlarda o'ta o'tkazgichning erkin elektronlardan hech bo'Imaganda bir qismi juftliklarga bog'lanadi.
Qattiq jismlarning turli hossalari, xususan, elektr o'tkazuvchanlik zonalar modeli
doirasida juda yaxshi tushuntiriladi. Qattiq jism lam i metall, yarim metall, yarim
o'tkazgich yoki izolator (dielektrik) bo'lishi energetik zonalarning strukturasiga bog'liq. Bu masalani yechishda birinchi navbatda qaysi zonalar tamomila to'Idiril-gan, qisman to'Idirilgan yoki mutlaqo bo'sh ekanligini hal qilish muhimdir. So'ng, shunga asoslanib, zonalar nazariyasi yordamida moddalarni o'tkazgichlarga, yarim
o'tkazgichlarga va izolatorlarga bo'linish sabablarini tushuntirib berish mumkin.