Zamonaviy tabiiyot bilmilari konsepsiyalari Leksiyalar kursi mundarija

Materiya tashkillanishining tuzilishi sathlari. Mikro-, makro- va megadunyolar
Materiya – dunyodagi cheksiz barcha ob’ekt va sistemalar bo‘lib, har qanday shakllarining substati (asosi). Materiya tabiatda bevosita ko‘z bilan ko‘riladigan ob’ektlar va jismlargina emas, balki kuzatish vositalari va eksperimentning takomillashishi asosida kelgusida bilinishi mumkin bo‘lgan narsalarni ham o‘z ichiga oladi. Hozirgi zamon fanlarining xulosalariga ko‘ra, har qanday jism molekulalardan, molekulalar atomlardan, atomlar yadrodan va elektronlardan, yadrolar protonlar va neytronlardan tashkil topgan va hokazo.

Materiya tuzilishi darajalariga ko‘ra, mikrodunyo, makrodunyo va megadunyoga bo‘linadi. Mikrodunyo – molekuladan kichik zarralar, masalan, atom, yadro, elementar zarra va boshqalar. Makrodunyo – molekuladan katta jismlar, masalan, qum, tosh, Yer, Quyosh, planeta, hayvon, odam va boshqalar. Megadunyo – Yerdan to Koinot miqyosigacha bo‘lgan o‘lchovdagi dunyo. Bu uchala dunyo bir-biri bilan bog‘liq, shuningdek, ular bir-biriga aylanishi mumkin.

Materiyani strukturaviy tuzilishini moddiy sistemalar va ularga mos keladigan strukturaviy sathlar tashkil etadilar: elementar zarralar, fizikaviy vakuum; yadro; atom; molekula; makrojismlar; planetalar; yulduzlar; Galaktika, Koinot.

Elementar zarralar – materiyaning eng kichik zarralari. Elementar zarralar materiya tuzilishining boshlang‘ich bo‘linmas elementlaridir. Elementar zarralardan birinchi bo‘lib manfiy elementar elektr zaryadli elektron kashf qilingan. 1919 yilda E.Rezerforf musbat zaryadli va elektron massasiga qarganda 1840 marta katta massali proton (p) ni kashf qildi.

(1)

Ingliz fizigi J.Chedvik neytron (n) ni kashf qildi. Neytronning massasi protonning massasiga juda yaqin.

(2)

Bu uchta zarra – elektron, proton va neytron atom tuzilishida qatnashadi. Hozirgi paytda ma’lumki, bo‘linmas elementar zarralar hisoblangan proton va neytron murakkab tarkibiy tuzilishga ega.

Elementar zarralarning massasi m, elektr zaryadi q, yashash vaqti va spini S ularning umumiy harakteristikalaridir. Elementar zarralar yashash vaqtiga qarab stabil va nostabil guruhiga ajraladi.

Elementar zarralar guruhlarga bo‘lingan va massalarining ortishi tartibida joylashtirilgan.

Birinchi guruh yengil zarralardan – leptonlardan iborat. Ikkinchi guruhni o‘rta og‘ir zarralar – mezonlar tashkil etadilar. Og‘ir elementar zarralar barionlar deb ataladi va uchinchi guruhni takshil etadi. Elektromagnit nurlanish kvanti - foton to‘rtinchi guruhini tashkil etadi.

Materiyani eng chuqur sathida elementar zarralardan tashqari yana fizikaviy vakuum joylashgan. Fizikaviy vakuum boshliq emas, u materiyani maxsus holatidir. Barcha zarralar va fizikaviy jimlar vakuumda botirilgan. Fizikaviy vakuumda doimiy ravishda murakkab jarayonlar ro‘y berib ular zarralarni tug‘ilishi va yuqolishi orqali o‘tadi. Banday zarralar virtual zarralar deyiladi.

Elementar zarralar va ularning aylanishlari kashf etilgandan keyin materiya tuzilishining birligi olamning yagona manzarasida asosiy o‘ringa chiqdi. Bu birlikning zamirida barcha elementar zarralarning moddiyligi yotadi. Turli elementar zarralar materiya mavjudligining turli konkret shakllaridir.

Nuklonlardan, ya’ni protonlar va neytronlardan tashkil topgan atom o‘zagi atom yadrosi deyiladi. Elementlarning atom yadrolari protonlar soni z va neytronlar soni N bilan bir-biridan farq qiladi. Atom yadrosidagi protonlar va neytronlar yig‘indisi atom yadrosining massa soni deyiladi va A harfi bilan belgilanadi:

(3)

Hozirgi vaqtda A: 1260 bo‘lgan yadrolar ma’lum. A=1 vodorod atom yadrosi, A=260 kurchatov elementi atom yadrosi. Elementning atom yadrosini izohlashda shu element simvolining pastki chap tomonida z, ustki o‘ng tomonida A yoziladi, ya’ni _zElement^A. Masalan, ₁H¹, ₂He⁴, ₉₂U²³⁵. Atom yadrosida A har xil bo‘lib, z bir xil bo‘lsa, izotoplar deb ataladi. Izotoplarda atom yadrosining tuzilishi har xil, kimyoviy xossalari bir xil bo‘ladi.

Atom kimyoviy elementning eng kichik strukturaviy birligi bo‘lib, elementning barcha xossalarini o‘zida mujassamlashtiradi.

Atomlar haqidagi ta’limot qadim zamondayoq paydo bo‘lgan.

Mashhur grek faylasuflari: Levkipp (eramizdan 500 yil oldin), Anaksagor (e.a. 500 – 428 y.y.), Empedokl (e.a. 492-432 y.y.), Demosrit (e.a. 460 – 370 y.y.), Epikur (e.a. 341-270 y.y.) jismlarning atom tuzilishi haqidagi ta’minotni rivojlantirganlar.

Bu sohada Demokritning xizmati ayniqsa kattadir. U Koinot bo‘sh fazodan va cheksiz ko‘p bo‘linmas materiya zarralari atomlardan tuzilgan deb hisoblagan. Barcha jismlar atomlardan tuzilgan bo‘lib, bu atomlar bir –biridan shakli, vaziyati va taqsimlanishi bo‘yicha farq qiladi. Jismlar faqat atomlarning qo‘shilishi va bo‘linishi tufayli paydo bo‘ladi va yo‘q bo‘ladi. Harakat qandaydir g‘ayri-tabiiy kuchlar ta’sirida vujudga keladi. Demokritning atom ta’limoti tom ma’noda materialistik ta’limot edi. Biroq uning dunyoqarashida muhim kamchilik bo‘lgan, ya’ni u bo‘sh fazo mavjud, deb faraz qilgan. Aristotel bunga qarshi chiqdi, u materiyaning uzluksizligiga asoslanib, bo‘sh fazoning mavjudligini rad etdi. Lekin shu bilan birga Aristotel bo‘linmas atomlarning mavjudligini ham inkor qildi.

Shunday qilib, qadim zamonlardayoq, materiya tabiati haqidagi ikki qarama-qarshi nuqtai nazar orasida kurash paydo bo‘lgan: bir nuqtai nazarga ko‘ra materiya bo‘linadi va uzlukli deb hisoblangan, boshqasi esa materiyaning uzluksizligiga asoslangan. Hozirgi vaqtda, materiya ham uzlukli (atomlardan tuzilgan) ham uzluksiz (tutash) hisoblanadi.

Dastlabki “bo‘linmas” nomini olgan atomning ichki tuzilishi anchagina murakkab. Atom musbat zaryadlangan yadro va yadro atrofida harakatlanuvchi elektronlardan tashkil topgan. Atomdagi elektronlar soni yadrodagi protonlar soniga teng, protonlar soni elementning davriy tizimidagi tartib raqamiga teng.

Materiyaning atomistik tuzilishi va harakati haqidagi buyuk ishlar rus olimi M.V.Lomonosov ishlarida kimyoviy elementlar haqidagi tasavvurlarni ishlab chiqdi va sodda hamda murakkab jismlarni tashkil qilgan zarralar orasidagi farqni aniqladi. Shunday qilib, molekula haqidagi tasavvurlarni birinchi bo‘lib, M.V.Lomonosov ishlab chiqdi. U molekulani atomlardan tuzilgan murakkab zarra deb ta’rifladi. Molekula kimyoviy birikmaning kichik strukturaviy birligidir.

Muayyan moddaning barcha kimyoviy xossalarini namoyon qiladigan eng kichik zarrachasi molekula deyiladi. Bir xil (oddiy moddalarda) yoki har xil (kimyoviy birikmalarda) atomlardan tashkil topishi mumkin.

Atom yoki molekulalari juda ko‘p bo‘lgan jismlar makroskopik jismlar (modda) deb ataladi. Oddiy modda atomar bo‘ladi, murakkab modda esa molekulyar. Makroskopik jismlarning o‘lchamlari atomlarning o‘lchamlaridan juda ko‘p marta katta bo‘ladi. Ballon ichidagi gaz, stakandagi suv, qum zarrasi, tosh, po‘lat sterjen, Yer shari makroskopik jism hisoblanadi. Makroskopik jismlar gazsimon, suyuq va qattiq jismlarni tashkil etadilar. Makrojismlar bir-birlaridan mexanik, issiqlik, elektr, magnit va optik xususiyatlari bilan farq qiladilar.

Astronomik masshtablarga ega bo‘lgan makrojismlar planetalar deyiladi. Planetalar – Quyoshning tortish kuchi ta’sirida uning atrofida aylanuvchi yirik sharsimon jismlar. Planetalar Quyosh atrofida aylanuvchi minglab mayda planeta (asteroid)lardan farq qiladi. Quyosh atrofida aylanuvchi yirik planetalar 9 ta, ulardan 5 tasini oddiy ko‘z bilan ko‘rish mumkin.

Planetalar fizik tabiatiga ko‘ra, Yer tipidagi planetalar va gigant planetalarga bo‘linadi.

Planetalarning ayrimlari (Yer va Yupiter) sezilarli magnit maydoniga ega. Koinot qa’ridan va Quyoshdan kelayotgan kosmik nurlar va zarralar oqimi (asosan, elektronlar va protonlar)ni Yer magnit maydoni tutib qoladi. Bunday zarralar oxir-oqibatda Yer atrofida, geomagnit ekvatorni o‘rovchi halqa yoki kamar shaklini oladi.

Yer va Yupiter atrofida turli balandliklarda hosil bo‘lgan va radiatsion kamar deb ataluvchi ana shunday quvvatli elektron hamda protonlardan tashkil topgan kamarlardan bir nechtasi oxirgi yillarda kashf etildi.

Quyosh singari yorug‘lik sochuvchi osmon jismlari yuduzlar deb ataladi. Yulduzlar asosan, qaynoq plazmadan tarkib topgan. Gravitatsiya kuchlari ta’sirida gaz-chang muhiti, asosan vodorod va geliydan hosil bo‘ladi. Yulduzlar markazida yuqori zichlik va yuqori temperatura vujudga kelganda elementlarining sintezlanish termoyadro reaksiyasi sodir bo‘ladi. Bizning Galaktikamizda hammasi bo‘lib, taxminan 12 mlrd. yulduzlar bor. Yulduzlarni o‘rganish insonlarning moddiy hayot ehtiyoji – kalendar tuzish, aniq vaqtni belgilash, sayyohat vaqtida yulduzlarga qarab yo‘nalishni aniqlash va boshqalar taqozo qilgan.

19 asrning 2-yarmida yulduzlarni tekshirishga avval spektroskopiya, keyinchalik fotografiya qo‘llanila boshlandi. 20 asr boshlaridan fizika fani yutuqlaridan foydalanib, yulduzlarning fizik tabiatini o‘rganishga va evolyutsion qonunlarini tadqiq qilishga kirishildi.

Yulduzlarning asosiy ko‘rsatkichlari ularning massalari, radiuslari va yorqinligi hisoblanadi. Yulduzlar ravshanligi, yorqinligi va rangi bo‘yicha bir-biridan farq qiladi.

Yulduzlarning temperaturasi sirtida har xil bo‘lgani uchun ularning ranglari xilma-xil bo‘ladi. Ranglari asosida yulduzlar 5 ta guruhlarga bo‘lingan. Sirt temperaturasi 10000 K dan katta bo‘lgan yulduzlar havo rang yulduzlar deyiladi, ya’ni T>10000 K. Sirt temperaturasi taxminan 10000 K bo‘lgan yulduzlar oq yulduzlar deb ataladi, ya’ni T10000 K. Sirt temperaturasi 6000 K ga teng bo‘lgan yulduzlar sariq yulduzlar deyiladi, ya’ni T=6000 K. Quyosh sariq yulduzlar guruhiga kiradi. Sirt temperaturasi 3000 K dan katta bo‘lgan yulduzlar to‘q sariq, ya’ni T>3000 K. Sirt temperaturasi 3000 K dan kichik bo‘lgan yulduzlar qizil yulduzlar deyiladi, ya’ni T<3000 K.

Yulduzlarning temperaturasi sirtida bir necha ming gradus, ichida bir necha o‘n mln. gradusgacha bo‘lishi mumkin. Bunday temperaturada modda faqat ionlashgan atomlar holatidagina bo‘ladi. Shuning uchun yulduzlarning ichki tuzilishi modelini yasashda ideal gazlar nazariyasidan keng foydalaniladi.

Yulduzlar atrofida hayotni izlash alohida muammo hisoblanadi. Ulargacha bo‘lgan masofa uzoq bo‘lgani uchun ularni hozirgacha avtomatik apparatlar yordamida tekshirib bo‘lmadi. Agar ular atrofida yuqori sivilizatsiya bosqichiga erishgan hayot (aqliy faol mavjudotlar) bo‘lsa, ular bilan radioaloqa o‘rnatish mumkin bo‘ladi. Bu maqsadda 1960 yilda hayot bo‘lishi mumkin bo‘lgan yaqin yulduzlar tomon radiosignallar yuborildi. Bu signallar biz Yerliklar to‘g‘risidagi ma’lumotlarni olib ketdi.

Galaktika – yulduzlar sistemasi. Galakatikada yulduzlarning soni N:1010¹² tashkil etadi. Galaktikada yulduzlardan tashqari yulduzlararo muhit - gaz, chang va turli mayda kosmik zarralar ham bor. Galaktikani diametri taxminan 30 ming parsek, umumiy massasi taxminan M10⁴¹ kg, o‘rtacha yoshi 10 mlrd. yil, o‘z o‘qi atrofidagi aylanish davri T=200 mln. yil.

Galaktika tuzilishiga doir tadqiqotlar elektromagnit nurlanish spektrining barcha diapazonlarida olib borildi. Galaktikamizda infraqizil nurlar, rentgen nurlari va hatto gamma nurlar manbalari topildi. Galaktika tarkibi, massasi va boshqa parametrlari bo‘yicha turlicha alohida komponentlar – o‘zak, disk, balj, galo va tojdan iborat ekan. Yulduzlarning fizik harakteristikalari nuqtai nazaridan va tarkibi jihatidan esa Galaktika asosan ikkita tashkil etuvchi to‘plamlarga bo‘linadi. I tur yulduz to‘plamiga eng yosh, qaynoq yulduzlar, o‘ta gigantlar, yangi va o‘ta yangi yulduzlar, gaz-chang moddalari hamda yulduzlarning tarqoqsimon to‘dalari kiradi. Bu to‘plam ob’ektlari faqat Somon yo‘lida, uning simmetriya tekisligi va yaqin atrofida joylashib, Galaktikaning boshqa joylarida, xususan, o‘zak yoki galo qismlarida umuman kuzatilmaydi. Ularni tekislik tashkil etuvchi qism ob’ektlari ham deyiladi.

Hozirgi zamon ilmiy tasavurlariga ko‘ra, Yerdan boshqa, masalan, uzoq yulduzlar atrofida aylanadigan planetalarda yashashi mumkin bo‘lgan aqlli mavjudotlar jamiyatlari bor, bunday jamiyatlar – Yerdan tashqari sivilizatsiyalar. Ularning taraqqiyot darajasi insoniyatning taraqqiyot darajasiga yaqin yoki undan yuqori deb faraz qilinadi. Yerdagi hayot evolyutsiyasi, ya’ni bir hujayralilardan ko‘p hujayralilar sari, ko‘p hujayrali tuban organizmlardan yuqori organizmlar sari taraqqiy etish, shuningdek, Metagalaktikaning milliard-milliard planetalardan tashkil topganligi va bu planetalarning ayrimlarida organik hayot paydo bo‘lib rivojlanishi uchun shart-sharoitlar mavjudligi ehtimoli Yerdan tashqarida, Koinotning biror qismida hayotning mavjud bo‘lishini taqozo etadi. Mazkur umumiy mulohaza asosida, shuningdek, Yerga yaqin Mars va Venerada atmosfera va boshqa fizik shart-sharoitlar mavjudligiga qarab, bu planetalarda hayotning eng oddiy shakllari bor degan taxminlar paydo bo‘lgan. 20 asrning 50-60-yillarida planetalardagi hayot uchun zarur bo‘lgan fizik sharoitlarni o‘rganish natijasida Oyda, Venera, Mars va Quyosh sistemasidagi boshqa sayyoralarda Yerdagidek oliy hayot shakllari bo‘lmasligi isbotlandi. Lekin Marsdagina eng oddiy hayot shakllari bo‘lishi mumkin deb taxmin qilinadi. Quyosh sistemasiga yaqin turgan va o‘z planetalar sistemasiga ega bo‘lgan ko‘pgina yulduzlarning tabiiy sharoitlarini o‘rganish ana shu planetalar sistemasida hayot paydo bo‘lib, rivojlanishi mumkin degan ehtimolni deyarli yo‘qqa chiqardi. Hozir juda kamdan-kam yulduzlardagina hayot bunyodga kela oladigan sohalar bo‘lishi mumkin deb taxmin qilinadi.

Yerdan tashqaridagi sivilizatsiyalarning mavjudligi haqidagi masala hozirgi vaqtda ehtimoldan holi bo‘lmagan gipoteza bo‘lib, hali eksperimental dalillar bilan tasdiqlangani yo‘q. Kosmonavtikaning keyingi taraqqiyoti va Koinotdan kelayotgan elektromagnit nurlarni o‘rganish sohasidagi tekshirishlar Yerdan tashqaridagi sivilizatsiyalar bor degan taxminni quvvatlaydigan yoki bo‘lish ehtimolini kamaytiradigan dalillarni beradi.