Fizika Elm sah ə si → öyr ə nir
Yüklə 1,16 Mb. Pdf görüntüsü
|
|
Relyativist v
ә kvant fizikası. Nüvә vә elementar zәrrәciklәr fizikası Albert Eynşteyn, Verner Heyzenberq, Maks Plank, Hendrik Lorens, Nils Bor, Mariya Küri, Ervin Şredinger v ə Pol Dirak kimi görk əmli fiziklərin iştirakı il ə 1927-ci il Solvey Konfransı s әviyyәdә işığın korpuskulyar nәzәriyyәsi yaradıldı. İşığın tәbiәtindә olan dualizm onu bir tәrәfdәn zәrrәciklәr (korpuskullar) seli, dig әr tәrәfdәn isә dalğa (interferensiya, difraksiya) kimi interpretasiya etmәyә imkan verir. Elektromaqnit şüalanmasının “kvantlanmasına” әsasәn 1913-cü ildә N.Bor belә nәticәyә gәldi ki, atomdaxili proseslәrin enerjisi dә sıçrayışla dәyişmәlidir. Borun bu n әticәsi Rezerfordun atom modelini izah etmәyә imkan verdi. Belә ki, 1911-ci ildә E.Rezerford alfa-zәrrәciklәrin madd әdәn sәpilmәsini eksperimental tәdqiq edәrәk atomun planetar modelini yaratdı. Bu modelә görә elektronlar nüvә әtrafında, planetl әr Günәş әtrafında fırlandığı kimi fırlanır. Lakin Maksvellin elektrodinamikasına görә belә atom dayanıqlı ola bilmәz, çünki elliptik orbitl әr üzrә tәcillә hәrәkәt edәn elektronlar daim elektromaqnit şüalar buraxmalı, enerji itirmәli vә nüvәyә yaxınlaşaraq t әxminәn 10 –8 san әrzindә onun üzәrinә düşmәlidir. Klassik qanunlar çәrçivәsindә atomların dayanıqlığını vә onların xәtti, diskret spektrini izah etm әk mümkün deyildi. Bu çәtin vәziyyәtdәn çıxışı yolunu Bor göstәrdi. Onun irәli sürdüyü postulata әsasәn atomlar xüsusi stasionar hallarda olur v ә bu vәziyyәtdә elektronlar enerji şüalandırmır. Şüalanma ancaq bir stasionar haldan digәrinә keç әrkәn baş verir. C.Frank vә H.Hertс (1913–14) tәrәfindәn elektrik sahәsindә sürәtlәndirilmiş elektronlarla atomların toqquşmasının t әdqiqi atomların enerji spektrinin diskret olduğunu sübut etdi. Ən bәsit atom olan hidrogen üçün Bor şüalanma spektrinin t әcrübә ilә uzlaşan kәmiyyәt nәzәriyyәsini yaratdı. Bu dövrl әrdә bәrk cisim fizikasına çoxlu sayda (~10 22 sm –3 ) z әrrәciklәrdәn ibarәt kondensasiyalanmış sistem kimi müasir bir baxış formalaşmağa başladı. 1925-ci il ә qәdәr bәrk cisim fizikası iki istiqamәtdә inkişaf edirdi: kristallik qәfәsin fizikası vә kristalların ( әsasәn metalların) elektron fizikası. Sonralar bu istiqamәtlәr kvant nәzәriyyәsi әsasında bir-biri ilә qovuşdu. Kristallar – fәzada nizamla düzülmüş v ә qarşılıqlı tәsir qüvvәlәrinin kömәyilә tarazlıqda olan atomlar çoxluğu haqqında tәsәvvürlәr artıq 20-ci әsrin әvvәllәrindә tam formalaşdı. 19-cu əsrin sonunda E.S.Fyodorov kristalların strukturu vә simmetriyası sahәsindә apardığı işlәrlә n әzәri kristalloqrafiyanın әsasını qoydu; o, 1890–91-ci illәrdә kristallar üçün 230 simmetriya qrupunun – kristallik qәfәsdә atomların nizamlı düzülüş növl әrinin (Fyodorov gruplarının) mümkünlüyünü isbat etdi. 1907 ildә Eynşteyn, eyni tezlikli kvant harmonik ossilyatorlarının toplumu kimi q әbul olunan kristal modelinә әsasәn, Dülonq-Pti qanunu ilә ziddiyyәt tәşkil edәn, lakin tәcrübәdә müşahid ә olunan bәrk cisimlәrin istilik tutumlarının temperaturun aşağı düşmәsi ilә azalması hadisәsini izah edir. 1912 ildә M.Laue әmәkdaşları ilә birlikdә kristallarda rentgen şüalarının difraksiyasını kәşf etdi vә kristalların nizamlı atom quruluşuna malik olduğunu q әti olaraq tәsdiqlәdi. Bu kәşf әsasında kristallarda atomların yerlәşmә qanunauyğunluqlarının vә atomlararası mәsafәlәrin eksperimental t әyini metodikası işlәnib hazırlandı vә U.L.Breqq, U.H.Breqq (1913) vә G.Vulfun (1913) apardığı tәdqiqatlar n әticәsindә rentgen quruluş analizi metodu yaradıldı. 1907–14-cü illәrdә artıq kvant tәsәvvürlәrinә әsaslanan kristallik qәfәsin dinamik n әzәriyyәsi işlәnib hazırlandı. Kristallik qәfәsi, bir-birilә bağlı müxtәlif tezlikli kvant ossilyatorlarının toplumu kimi tәqdim ed әn daha mükәmmәl dinamik nәzәriyyә P.Debay (1912), M.Born, T.Karman (1913) vә E.Şredinger (1914) tәrәfindәn daha da inkişaf etdirildi. Elektronun k әşfindәn sonra metalların elektron nәzәriyyәsi inkişaf etmәyә başladı. Bu nәzәriyyәdә metal daxilindәki elektronlara, kristallik q әfәsi dolduran vә klassik Boltsman statistikasına tabe olan adi seyrәldilmiş molekulyar qazabәnzәr sәrbәst elektronlar kimi baxılırdı. Elektron n әzәriyyәsinin kömәyilә Om vә Videman-Frants qanunlarnı izah etmәk (P.Drude) mümkün oldu vә kristallarda işığın dispersiya n әzәriyyәsinin әsası qoyuldu. Lakin bir çox faktlar klassik elektron nәzәriyyәsinin kömәyilә izah edilә bilmәdi. Bel ә ki, metalların xüsusi müqavimәtinin temperatur asılılığı, elәcә dә elektron qazının metalların istilik tutumunda payının cüzi olması faktı izahsız qaldı. Yalnız kvant mexanikasının bu m әsәlәlәrә tәtbiqindәn sonra hәmin qaranlıq mәqamlara aydınlıq gәtirildi. 20-ci әsrin 20-ci illәrindә mikrozәrrәciklәrin hәrәkәtini vә hәmçinin makroskopik cisimlәrdә baş verәn bir çox fiziki hadisәlәri ardıcıl, m әntiqi surәtdә izah edә bilәn vә müasir nәzәriyyәlәrdәn әn dәrini vә mükәmmәli olan kvant (vә ya dalğa) nәzәriyyәsi yaradıldı. Kvant n әzәriyyәsinin әsasını Plank-Eynşteyn-Borun kvantlanma ideyası vә hәmçinin L. de Broyl tәrәfindәn irәli sürülmüş hipotez (1924) – korpuskulyardalğa dualizmi n әinki elektromaqnit şüasına (fotonlara), ümumiyyәtlә, materiyanın istәnilәn növün ә şamil olunur, hipotezi tәşkil edirdi. Bu hipotezә görә bütün mikrozәrrәciklәr (elektronlar, protonlar, atomlar vә s.) korpuskulyar xass әlәrlә yanaşı dalğa keyfiyyәtlәrinә dә malikdir: hәr bir zәrrәciyә müәyyәn λ dalğa uzunluqlu (λ = h/p, burada h – Plank sabiti, p – z әrrәciyin impulsudur) vә ν tezlikli (ν = E/h, E – zәrrәciyin enerjisidir) dalğa uyğun gәlir. De Broyl dalğaları s әrbәst zәrrәciklәri tәsvir edir. 1927-ci ildә elektronların difraksiyasının eksperimental müşahidә olunması onların dalğa tәbiәtinә malik olduğunu sübut etdi. Sonralar dig әr mikrozәrrәciklәrdә (о cümlәdәn molekullarda) dә difraksiya hadisәsi müşahidә olundu (bax Z әrrәciklәrin difraksiyası). 1925-ci ild ә V.Heyzenberq vә M.Born xüsusi riyazi aparatın kömәyilә kvant hadisәlәrini izah ed әn matris mexanikasını qurdular. 1926 ildә atomun diskret energetik spektrini dalğavarı t әnliklәrlә izah etmәyә çalışan Şredinger kvant mexanikasının әsas tәnliyini aldı. 1925-ci ild ә C.Y.Ulenbek vә S.A.Qaudsmit spektroskopik eksperimentlәr vasitәsilә elektronun m әxsusi hәrәkәt miqdarı momentinә – spinә (elәcә dә onunla bağlı mәxsusi spin maqnit momentin ә) malik olduğunu kәşf etdilәr. Spinin ölçüsünü adәtәn, ћ = h /2π vahidi ilә ifad ә edirlәr; bu vahid ilә elektronun spini 1/2-ә bәrabәrdir. V.Pauli qeyri-relyativist elektronun xarici elektromaqnit sah әsindә maqnit sahәsi ilә spin maqnit momentinin qarşılıqlı t әsirini nәzәrә almaqla hәrәkәt tәnliyini aldı. O, hәmçinin bir kvant halında yalnız bir elektronun yerl әşә bilmәsi haqqında prinsipi (Pauli prinsipi) formulә etdi (1925). Çoxlu z әrrәciklәrdәn ibarәt sistemlәrin kvant nәzәriyyәsinin qurulmasında Pauli prinsipinin mühüm әhәmiyyәti olmuşdur. Belә ki, onun kömәyilә çoxelektronlu atomlarda elektron örtükl әrinin vә qatlarının elektronlarla dolma qanunauyğunluqlarını vә belәliklә dә, Mendeleyevin elementl әrin dövri sistemini nәzәri izah etmәk mümkün oldu. 1928-ci ild ә P.A.M.Dirak elektronun hәrәkәtinin kvant relyativist tәnliyini aldı. Bu tәnlikdәn elektronun spinә malik olduğu tәbii sur әtdә çıxırdı. Hәmin tәnlik әsasında 1931-ci ildә Dirak pozitronun (ilk antizәrrәciyin) mövcudluğunu öncәdәn xәbәr verdi vә 1932-ci ild ә K.D.Anderson kosmik şüalarda bu zәrrәciyi kәşf etdi (protonun vә neytronun antizәrrәciklәri olan antiproton vә antineytron, uyğun olaraq, 1955-ci v ә 1956-cı illәrdә eksperimental olaraq kәşf olundu). Kvant mexanikası il ә yanaşı, kvant statistikası da inkişaf edirdi. 1924-cü ildә hind fiziki Ş.Boze kvant statistikasının prinsiplәrini spini 1 olan fotona t әtbiq edәrәk, tarazlıqda olan şüalanmanın enerji spektrini ifadә edәn Plank düsturunu, Eynşteyn isә bu prinsiplәrin köm әyilә ideal qazın molekullarının enerjiyә görә paylanmasını ifadә edәn formulu (Boze-Eynşteyn statistikasını) aldı. 1926-cı ild ә Dirak vә italyan fiziki E.Fermi göstәrdilәr ki, elektronlar çoxluğu vә 1/2 spinә malik digәr zәrrәciklәr üçün fәrqli statistik paylanma qanunu – Fermi-Dirak statistikası t әtbiq olunmalıdır. Kvant statistikası bәrk cisim fizikasının inkişafında çox mühüm rol oynadı. 1929-cu ild ә İ.E.Tamm kristal atomlarının istilik hәrәkәtinә kvazi- zәrrәciklәrin – fononların toplusu kimi baxmağı tәklif etdi. Bel ә yaxınlaşma aşağı temperaturlarda temperaturun azalması ilә metalların istilik tutumunun ~T 3 qanununa әsasәn azalmasını izah etdi v ә hәmçinin metalların elektrik müqavimәtinin әsas sәbәbinin elektronların fononlardan sәpilmәsi olduğunu göstәrdi. 1928-ci ild ә alman fiziki A.Zommerfeld metallarda köçürmә proseslәrini izah etmәk üçün Fermi-Dirak paylanma funksiyasından istifad ә etdi. Bu addım bәrk cisimlәrdә kinetik hadisәlәrin (elektrik vә istilikkeçirmә, qalvanomaqnit, termoelektrik vә s. effektlәr) kvant n әzәriyyәsinin inkişafına tәkan verdi. Pauli prinsipinә görә hәtta mütlәq sıfırda belә metal daxilindәki elektronların ümumi enerjisi sıfırdan f әrqlidir, yәni hәyәcanlanmamış vәziyyәtdә bütün enerji sәviyyәlәri sıfır sәiyyәsindәn başlayaraq müәyyәn bir maksimal qiym әtә (Fermi sәviyyәsinә) qәdәr elektronlarla tutulmuş olur. Bu modelin kömәyilә Zommerfeld metallarda elektronların istilik tutumuna verdiyi payın kiçikliyini izah etdi: qızdırılark әn ancaq Fermi sәviyyәsi yaxınlığındakı hәyacanlanmış elektronlar istilik tutumuna pay verir. 1928–34-cü ill әrdә F. Blox, H.A.Bete vә L.Brillüen tәrәfindәn kristalların zona energetik strukturu nәzәriyyәsi yaradıldı vә bu n әzәriyyәnin kömәyilә dielektriklәrin vә metalların elektrik xassәlәri asanlıqla izah olundu. 1928-ci ildә Y.İ.Frenkel vә Heyzenberq göst әrdilәr ki, ferromaqnetizm kvant mübadilә qarşılıqlı tәsiri әsasında baş verir; 1932–33-cü illәrdә fransız fiziki L.Neel vә ondan asılı olmayaraq L.D.Landau antiferromaqnetizmin mövcudluğunu önc әdәn xәbәr verdilәr. Kamerlinq-Onnes t әrәfindәn ifratkeçiriciliyin (1911) vә P.L.Kapitsa tәrәfindәn maye heliumda ifrataxıcılığın (1938) kәşfi kvant statistikasında yeni metodların inkişafına t әkan verdi: Landau tәrәfindәn ifrataxıcılığın fenomenoloji nәzәriyyәsi (1941), daha sonra is ә Landau vә V.L.Ginzburq tәrәfindәn ifratkeçiriciliyin (1950) fenomenoloji nәzәriyyәsi yaradıldı. 20-ci әsrin 50-ci illәrindә çoxzәrrәcikli sistemlәrin statistik kvant nәzәriyyәsinә yeni, güclü hesablama metodlarının tәtbiqi C.Bardin, L.Kuper, C.Şriffer (ABŞ) v ә N.N.Boqolyubov (SSRİ) tәrәfindәn ifratkeçiriciliyin mikroskopik nәzәriyyәsinin yaranmasına g әtirib çıxardı. 20-ci әsrin 2-ci rübündә atom nüvәsinin strukturunun öyrәnilmәsi vә elementar zәrrәciklәr fizikasının yaradılması sahәsindә xeyli ir әlilәyiş oldu. Rezerford tәrәfindәn atom nüvәsinin kәşfindәn öncә 19-cu əsrin sonlarında radioaktivlik hadisәsi (A.Bekkerel, P. vә M.Küri, Fransa), 20-ci əsrin әvvәlindә izotoplar kәşf olundu. 1919-cu ildə Rezerford stabil azot nüvәlәrini a-zәrrәciklәrlә bombardman etm әklә onları oksigen nüvәlәrinә çevirә bildi. 1932 ildә C.Çedvik tәrәfindәn neytronun kәşfi nüvәnin müasir proton-neytron modelinin (D.D.İvanenko, Heyzenberq) yaranmasına s әbәb oldu. 1934-cü ildә fransız fiziklәri İ. vә F. Jolio-Kürilәr süni radioaktivlik hadis әsini kәşf etdilәr. Yüklü zәrrәciklәrin sürәtlәndiricilәrinin kәşfi müxtәlif nüvә reaksiyalarının öyr әnilmәsinә imkan yaratdı. Nüvәnin bölünmәsi kәşf olundu. 1939–45-ci illәrdә ilk dәfә 235 U nüv әlәrinin zәncirvarı reaksiyası hesabına nüv ә enerjisinin ayrılması baş verdi vә atom bombası yaradıldı. Nüv ә fizikasının inkişafı ilә yanaşı 20-ci əsrin 30-cu illәrindәn elementar zәrrәciklәr fizikasının da sürәtli inkişafı başladı. Belә ki, müonlar, pi-mezonlar, K-mezonlar v ә ilk hiperonlar kәşf edildi. Yüklü zәrrәciklәr sürәtlәndiricilәrinin gücü artdıqca yeni elementar z әrrәciklәrin kәşfi, onların xassәlәri vә qarşılıqlı tәsir xüsusiyyәtlәrinin öyrәnilmәsi prosesi daha da sürәtlәndi. Bir çox yeni z әrrәciklәrlә yanaşı, orta yaşama müddәti 10 –22 –10 –24 san olan h әdsiz dәrәcәdә qeyri-stabil zәrәciklәr – rezonanslar kәşf edildi v ә iki növ neytrinonun mövcudluğu eksperimental olaraq tәsdiq edildi. Elementar zәrrәciklәrin qarşılıqlı çevrilәbilmә qabiliyyәti, onların mütl әq mәnada elementar olmadıqlarını vә mürәkkәb daxili struktura malik olduqlarını göstәrdi. Elementar zәrrәciklәrin vә onların qarşılıqlı t әsir mexanizmlәrinin ardıcıl, mәntiqi izahı hәlә dә yetkinlik dәrәcәsinә çatmamış kvant sahә nәzәriyyәsinin işidir. 1917-ci ild ә şüalanma prosesinin kvant nәzәriyyәsini irәli sürәn Eynşteyn mәcburi şüalanma mexanizminin mümkünlüyünü göst әrmişdi. 50-ci illәrdә kvant sistemlәri vasitәsilә elektromaqnit dalğalarının generasiyası vә güclәndirilmәsi sahәsindә aparılan intensiv t әdqiqatlar N.G.Basov, A.M.Proxorov vә onlardan asılı olmayaraq Ç.Tauns (1964 ildә bu üç alim Nobel mükafatına layiq görülmüşl әr) tәrәfindәn mikrodalğalı molekulyar kvant generatorunun (mazerin) vә 60-cı illәrdә lazerin – görünәn işıq diapazonunda işl әyәn kvant genera-torunun yaranmasına sәbәb oldu. Müasir sür әtlәndiricilәrin yaradılması vә elementar zәrrәciklәrin müşahidә üsullarının tәkmillәşdirilmәsi yüksәk enerjilәr fizikasının yaranmasına s әbәb oldu. Yüksәk enerjilәr fizikasının inkişafı adronların kvarklardan tәşkil olunduğu, güclü qarşılıqlı t әsirin qlüonlarla daşındığı fәrziyyәlәrinin doğruluğuna inamı artırdı, zәif qarşılıqlı tәsiri daşıyan W± (1982) vә Zº (1983) mezonlarının t әcrübәdә kәşfinә gәtirib çıxardı. Yüklə 1,16 Mb. Dostları ilə paylaş:
|