Манзараи муосири физикии олам. Бунёди механикаи кванти ва консепсияи нави атомизм

Нақшаи дарс:

1. Мафҳумҳо ва принсипҳои асосии механикаи квантӣ. Гипотезаҳои Планк ва Де – Бройл. Принсипи номуайянии Гейзенберг.
2. Кашфи электрон ва консепсияи нави атомизм.
3. Сохти атом. Олами зарраҳои элементарӣ. Модели кваркии зарраҳои элементарӣ.
4. Нишондодҳои методологии физикаи муосир.
5. Мафҳумҳо ва принсипҳои асосии механикаи квантӣ. Гипотезаҳои Планк ва Де – Бройл. Принсипи номуайянии Гейзенберг

Дар ибтидои асри 20 дар натиҷаи кашфиётҳои нав маълум шуд, ки мафҳумҳо ва принсипҳои физикаи классикӣ натанҳо барои омӯзиши хосиятҳои фазо ва вақт, балки барои тадқиқ намудани хусусиятҳои микрообъектҳо (электронҳо, протонҳо, нейтронҳо, атомҳо, молекулаҳо ва ғайра) низ татбиқнашавандаанд. Ғайр аз ин, барои дарки хусусиятҳо ва қонуниятҳои объектҳои микроолам, бояд аз тасаввуротҳои пештара оид ба олами объектҳои макроскопӣ даст кашем. Ин, албатта, кори осон нест, зеро тасаввуротҳои физикаи классикӣ ба мушоҳидаю таҷрибаҳои ҳаррӯзаи инсон (ҳодисаҳое, ки бо чашми худ мебинем ва бузургиҳое, ки бо дасти худ чен мекунем) мувофиқ мебошанд ва ба ақли солим рост меоянд.

Бо вуҷуди он, вақте ки физикон бо омӯзиши ҳодисаҳои микроолам шурӯъ карданд, онҳо аз хосиятҳои ғайриоддии зарраҳои майдатарини материя ба тааҷҷуб омаданд. Тавре медонем, мувофиқи тасаввуроти физикаи классикӣ бузургиҳои тавсифдиҳандаи зарраҳо масса ва андозаи онҳо буда, мавҷҳоро дарозии мавҷи онҳо ва басомадашон тавсиф медиҳанд, яъне зарраҳо ва мавҷҳо объектҳои комилан гуногунтабиатанд. Аз таърихи омӯзиши ҳодисаҳои оптикӣ маълум аст, ки Нютон рӯшноиро сели зарраҳои майдатарин – корпускулаҳо ҳисобида, дар ҳамин асос қонунҳои инъикос ва шикасти рӯшноиро муқаррар кард. Вале пас аз кашфи ҳодисаҳои интерференсия ва дифраксияи рӯшноӣ табиати мавҷӣ доштани он эътироф гардид. Солҳои 60 – уми асри 19, пас аз бунёди назарияи электромагнитизм, маълум шуд, ки рӯшноӣ мавҷи электромагнитӣ буда, дар фазои холӣ бо суръати ниҳоят калон вале охирноки с = 300000 км/сон паҳн мешавад. Ҳамин тавр, қатъиян муқаррар гардид, ки рӯшноӣ табиати мавҷӣ дорад ва ин тасаввурот то охирҳои асри 19 қобили қабул буд.

Хусусиятҳои ғайриоддии микрообъектҳо, ки дар боло зикр намудем, аз назари физикаи классикӣ воқеан тааҷҷубоваранд. Кашфиётҳои охирҳои асри 19 ва ибтидои асри 20 нишон доданд, ки ҳамон як объект дар баъзе таҷрибаҳо хосиятҳои заррагӣ ва дар таҷрибаҳои дигар хосиятҳои мавҷӣ зоҳир мекунад. Саъю кӯшишҳои дар доираи мафҳумҳо ва присипҳои физикаи классикӣ тасвир намудан ва хусусан, маънидод кардани ин хусусиятҳои ғайриоддӣ ба бебарорӣ дучор гардид.

Ҷустуҷӯи мафҳумҳо ва принсипҳои нав барои маънидоди хосиятҳои микроолам дар ниҳоят ба пайдоиши назарияи нав – механикаи квантӣ овард. Дар бунёду асосноккунии ин усули нави тадқиқот саҳми як қатор олимон, аз ҷумла, Макс Планк, Луи де – Бройл, Эрвин Шредингер, Вернер Гейзенберг, Макс Борн, Нилс Бор ва дигарон беандоза зиёд аст. Бояд гуфт, ки поягузори назарияи нисбият Алберт Эйнштейн сараввал ба ақидаҳои квантӣ бо шубҳа менигарист, вале сонитар ба қатори асосгузарони ин назария дохил гардид.

Дар бунёди тасаввуротҳои квантӣ қадами аввалинро физики немис Макс Планк гузошт. Ӯ соли 1900 барои маънидод намудани афканишоти ҷисми мутлақ сиёҳ ақидаеро пешниҳод кард, ки гипотезаи Планк номида мешавад ва мувофиқи он энергияи мавҷҳои электромагнитӣ танҳо ба намуди порсияҳои (квантҳои) дискретӣ афканида ва фурӯ бурда мешавад: ҳар як кванти мавҷи электромагнитӣ дорои энергияе мебошад, ки бузургии он ба басомади мавҷ мутаносибии роста дорад:

Ин ҷо Е – энергияи квант, — басомади мавҷ ва h = 6,6*10^-34 Ҷ*сон – коэффисиенти мутаносибӣ буда, доимии Планк номида мешавад ва яке аз доимиҳои универсалии физикӣ ба ҳисоб меравад.

Ақидаи квантӣ то ба он дараҷа ғайриоддӣ менамуд, ки худи М. Планк як чанд муддат ба пешниҳоди худ боварии комил зоҳир накарда, онро ҳамчун як усули ёрирасони математикӣ меҳисобид. Вале дере нагузашта А. Эйнштейн нишон дод, ки ин ҷо физика ба вазъияти моҳиятан нав рӯ ба рӯ шудааст. Вай аз формулаи Планк истифода бурда, ҳодисаи фотоэффектро, ки қонуниятҳои он солҳои 50 – уми асри 19 аз ҷониби физики рус А.Г. Столетов муқаррар гардида буд, маънидод кард.

Фотоэффект гуфта, ҳодисаи дар таҳти таъсири дастаи рӯшноӣ аз сатҳи металл канда шуда баромадани электронҳоро меноманд. Фотоэффект дар назари аввал ҳодисаи ғайриоддӣ нест, вале қонуниятҳои вай дар доираи тасаввуротҳои классикӣ маънидод нашуда буданд. Агар соддатар карда гӯем, рӯшноиро мавҷи бефосила ҳисобида, қонуниятҳои фотоэффектро маънидод кардан имкон надорад. Акнун ба хотир меорем, ки мувофиқи гипотезаи Планк рӯшноиро ҳамчун сели квантҳои рӯшноӣ (корпускулаҳо) низ тасаввур кардан мумкин аст.

А. Эйнштейн ҳодисаи фотоэффектро ҳамаҷониба омӯхта ба хулосаи муҳим омад, ки гипотезаи Планк тахмини беасос набуда, балки дар ҳақиқат рӯшноӣ (мавҷи электромагнитӣ) дар як қатор ҳодисаҳо (аз ҷумла, дар ҳодисаи фотоэффект) табиати заррагӣ зоҳир мекунад. Дар ҳамин асос А. Эйнштейн квантҳои рӯшноиро корпускулаҳои махсус – фотонҳо номид. Ҳамин тавр, ба физика дафъаи аввал як ақидаи ба истилоҳ «ваҳшиёна» – и робитаи ботинии зарра ва мавҷ дохил шуд, ки минбаъд ин ақида «дуализми мавҷ ва зарра» ном гирифт. Назарияи фотонҳои Эйнштейн ба пояи бефосилагӣ – майдони электромагнитии мавҷӣ нақшу аломати бо вай комилан ғунҷоишнопазир – фосиланокиро дохил кард. Табиати мавҷию заррагӣ доштани рӯшноӣ эътироф гардид.

Қадами нави қатъиро дар ташаккулёбии механикаи квантӣ физики фаронсавӣ Луи де- Бройл гузошт. Дар физикаи классикӣ моддаро ҳама вақт иборат аз зарраҳо (атомҳо, молекулаҳо) медонистанд ва бинобар он ба моддаҳо хусусиятҳои мавҷӣ бегона ҳисобида мешуд. Соли 1924 Де — Бройл тахмине пешниҳод намуд, ки мувофиқи он электрон зарра набуда, балки мавҷ аст, аниқтараш ҳам зарра ва ҳам мавҷ. Дере нагузашта (соли 1927) физикони америкоӣ К. Дэвиссон ва Л. Ҷермер ҳодисаи диффаксияи электронҳоро дар кристалли никел мушоҳида намудаанд, ки исботи таҷрибавии тахмини Де – Бройл мебошад.

Ҳамин тавр, чӣ хеле ки Эйнштейн ба мавҷҳои бефосила фотонҳои дискретиро мувофиқ кард, айнан ҳамин тавр Де – Бройл ба зарраҳои дискретӣ хусусиятҳои мавҷӣ дохил намуд, яъне барои зарраҳо ҳам дуализми мавҷию заррагиро ҷорӣ намуд. Ин тахмини дар таҷриба исботшуда гипотезаи Де – Бройл номида мешавад, ки таърифи он зайл аст: ба ҳар як зарраи материалӣ, новобаста аз табиати он, мавҷеро мувофиқ кардан мумкин аст, ки дарозии мавҷи он ба импулси зарра мутаносиби чаппа аст.

Ин ҷо — дарозии мавҷи Де – Бройл, h – доимии Планк ва — импулси зарра буда, ба ҳосили зарби масса ва суръати зарра баробар аст.

Пешниҳоди гипотезаҳои Планк ва Де – Бройл ва тасдиқи таҷрибавии онҳо (ҳодисаҳои фотоэффект ва диффаксияи электронҳо) аз он дарак доданд, ки ҳамаи микрообъектҳо (фотонҳо, электронҳо ва ғ.) ҳам ба хусусиятҳои заррагӣ (дорои энергия ва импулс) ва ҳам мавҷӣ (дорои басомад ва дарозии мавҷ) соҳибанд. Ин ҳолат ба доираи физикаи классикӣ тамоман намеғунҷид ва аз назари мафҳумҳо ва принсипҳои он комилан ғайриоддӣ ва хилофи «ақли солим» менамуд. Объектҳое, ки физикаи классикӣ меомӯхт хусусияти ё танҳо заррагӣ ва ё танҳо мавҷӣ доштанд. Вале аз гипотезаҳо ва таҷрибаҳои зикршуда ба хулоса омадан мумкин аст, ки микрообъектҳо дар як вақт ба хусусиятҳои ҳам заррагӣ ва ҳам мавҷӣ соҳибанд.

Охирҳои соли 1924 дуализми мавҷ ва зарра ҳамчун нуқтаи назари тасдиқшуда эътироф гардид ва масъалаи бунёди асоси назариявии он пеш омад. Соли 1925 физики немис В. Гейзенберг назарияи ба ном механикаи матритсавӣ ва соли 1926, физики австриягӣ Э. Шрёдингер назарияро ба номи механикаи мавҷӣ пешниҳод намуданд. Дере нагузашта маълум гардид, ки ҳам механикаи матритсавӣ ва ҳам ва механикаи мавҷӣ шаклҳои гуногуни ҳамон як назария мебошанд, ки дар ниҳоят механикаи квантӣ номида шуд.

В. Гейзенберг қонуниятҳои ченкунии бузургиҳоро дар механикаи квантӣ таҳлил намуда, ба натиҷаи муҳими принсипиалӣ оид ба имконнопазирии дар як вақт чен кардани ҷуфти бузургиҳои ба ҳам вобаста омад, ки минбаъд принсипи номуайянии Гейзенберг номида шуд. Моҳияти ин принсипро чунин баён кардан мумкин аст: бо ҳамон як саҳеҳӣ ҳам координата ва ҳам импулси микрозарраро муайян кардан мумкин нест: ҳосили зарби носаҳеҳии онҳо аз доимии Планк хурд шуда наметавонад, яъне

ин ҷо ва мувофиқан саҳеҳии ченшавии координата ва импулси зарра, h – доимии Планк буда- афзоиши бузургиро ифода мекунад.

Дар механикаи мавҷии худ Э. Шредингер барои тавсифи ҳолати дилҳоҳи система мафҳуми «функсияи мавҷӣ» – ро дохил мекунад, ки бар хилофи бузургиҳои механикаи классикӣ ин функсия параметрҳои ҳолатҳои минбаъдаи системаро на ба таври боэътимод, балки бо ин ё он дараҷаи эҳтимолият муайян менамояд. Ин чунин маънӣ дорад, ки функсияи мавҷӣ барои ин ва ё он параметри система танҳо пешгӯиҳои эҳтимолӣ медиҳад. Масалан, мавқеи ояндаи зарраи тадқиқшаванда на ба таври дақиқ, балки танҳо дар ягон интервали қиматҳо муайян карда мешавад.

Ҳамин тавр, механикаи квантӣ аз механикаи классикӣ ба он комилан фарқ мекунад, ки пешгӯиҳои вай характери сирф эҳтимолӣ доранд ва сабаби он яке аз асосҳои ин назария – принсипи номуайянии Гейзенберг мебошад.

Хулосаи муҳимтарини механикаи квантӣ аз он иборат аст, ки дар микроолам натиҷаҳои ченкунӣ ба таври принсипиалӣ номуайян аст ва бинобар он, пешбинии аниқу дақиқи оянда имконнопазир аст. Вале ин чунин маъно надоранд, ки дар микроолам пешгӯиҳо тамоман имкон надоранд. Пешгӯиҳо имконпазиранд, вале акнун онҳо характери эҳтимолӣ пайдо мекунанд.

То солҳои 30 –юми асри 20 (яъне, дар муддати нисбатан кӯтоҳ) механикаи квантӣ дар ҳалли як қатор масъалаҳои назариявӣ ва амалӣ мавриди истифода қарор дода шуд. Аз ҷумла, бо истифода аз принсипҳои механикаи квантӣ сохти атом ва молекулаҳо, моҳияти системаи даврии Менделеев, табиати бандҳои химиявӣ, ҳодисаҳои термоэлектрикӣ ва ферромагнетизм маънидод карда шуда, асосҳои назарияи мукаммалтари ҷисми сахт, назарияи ҳодисаи радиоактивнокӣ, физикаи ядро ва энергетикаи ядроӣ гузошта шуданд.

Татбиқи принсипҳои ду назарияи ҷадид – назарияи нисбият ва механикаи квантӣ ба якдигар ва соҳаҳои дигари физика ба пайдоиши самтҳои нави илм ва кашфиётҳои боз ҳам аҷоибтар овард. Дар натиҷаи татбиқи назарияи нисбият ба объектҳои квантӣ механикаи квантии релятивӣ ва назарияи квантии майдон ба вуҷуд омаданд. Дар заминаи механикаи квантӣ ва физикаи статистикӣ назарияи ҷисми сахт пайдо шуд, ки дар асоси он, масалан, транзистор ва асбобҳои дигари радиотехникӣ сохта шудаанд. Соҳаҳои навтарин ва бовусъат инкишофёфтаистодаи электродинамикаи квантӣ, зарраҳои элементарӣ, астрофизика ва ҳоказо низ дар асоси назарияҳои зикршуда арзи ҳастӣ намуданд.

Кашфи электрон ва консепсияи нави атомизм

Консепсияи атомизм, яъне ақидае ки мувофиқи он ҳамаи моддаҳои табиат аз зарраҳои майдатарин, ба чашм нонамоён ва дигар тақсимшаванда – атомҳо иборат аст, ҳанӯз дар асри V то милод аз ҷониби файласуфи Юнони қадим Левкипп ва шогирди ӯ Демокрит пешниҳод шудааст. Маънои истилоҳи атом тақсимнашаванда аст. Онҳо чунин мепиндоштанд, ки моддаҳои гуногун аз атомҳои шаклу андозаи ҳархела таркиб ёфтаанд. То Левкиппу Демокрит ва баъди онҳо дар тӯли садсолаҳо ақидае ҳукмфармо буд, ки кулли моддаҳо аз чор нахустматерия (чор унсур) – обу оташу хоку ҳаво иборат буда, ҳар як моддаи табиат аз якҷояшавии таносубҳои гуногуни миқдории ин чор унсур ҳосил мешавад. Ҳамин тавр, зиёда аз ду ҳазор сол ақидаи атомистӣ ба боди фаромӯшӣ дода шуд. Танҳо дар ибтидои асри 19 барои маънидод намудани ҳодисаи ҳаракати броунӣ (ҳаракати бетартибонаи зарраҳои майдаи дар моеъ ё газ омехташуда, ки бо ёрии микроскоп мушоҳида мешавад), мавҷудияти ҳақиқии атомҳо ҳамчун ҷузъи таркибии модда исбот карда мешавад. Вале то кашфи электрон атом зарраи майдатарини тақсимнашаванда ҳисобида мешуд.

Соли 1895 физики англис Ҷозеф Томсон дар аснои тадқиқи нурҳои катодӣ заррачаеро кашф намуд, ки аз рӯи андоза ва массааш аз атоми хурдтарин — атоми ҳидроген ҳам ҳазорҳо маротиба хурд буда, бар замми он дорои заряди электрикии манфӣ мебошад. Онро электрон номидаанд. Кашфи электрон ба пайдоиши ду самти нави тадқиқот замина гузошт. Физикон ба хулоса омаданд, ки модоме зарраи аз атом хурд мавҷуд аст, пас:

а) атом тақсимнашаванда набуда, шояд сохти мураккаб дошта бошад.

б) дар табиат зарраҳои дигари ҳамтои электрон бояд мавҷуд бошанд.

Дере нагузашта ҳар ду гумон ҳам тасдиқ шуданд. Дар натиҷа назарияи сохти атом ва назарияи зарраҳои элементарӣ бунёд гардид, ки минбаъд ба пайдоиши шохаҳои нави физика физикаи атомӣ, физикаи ядроӣ, физикаи зарраҳои элементарӣ асос гузоштанд.

Консепсияи нави атомизм, ки дар асоси ин кашфиётҳо ба вуҷуд омад, муқаррар менамояд, ки атомҳо яке аз ҷузъҳои майдатарини моддаҳо мебошанд, вале онҳо тақсимнашаванда набуда, балки сохти мураккаб доранд ва аз объектҳои боз ҳам майдатари зарраҳои элементарӣ номидашаванда таркиб ёфтаанд.

3. Сохти атом. Олами зарраҳои элементарӣ. Модели кваркии зарраҳои элементарӣ.

Яке аз масъалаҳои муҳимтарин, ки пас аз кашфи электрон дар физика ба миён омад, проблемаи сохти атом ҳисобида мешуд. Кашфкардаи электрон Ҷ. Томсон модели аввалини сохти атомро пешниҳод намуд (расми 12). Атоми Томсон курачаи заряди мусбат дошта буда, дар дохили он электронҳои зарядашон манфӣ мавҷуд мебошанд. Бузургии заряди мусбати кура ба заряди манфии электронҳо баробар ва бино бар он атом безаряд аст.

Расми 12. Модели атоми Томсон

Дар солҳои 1909-1910 физики англис Эрнест Резерфорд ҳодисаи парокандашавии зарраҳоро аз лавҳачаи тунуки тиллоӣ тадқиқ намуда ба хулоса омад, ки модели сохти

атоми Томсон натиҷаи ин таҷрибаро маънидод намекунад (расми 13). Дар таҷрибаи Резерфорд як қисми ά – зарраҳо (иони атоми гелий) аз лавҳача рост гузашта мераванд, гӯё, ки монеъа мавҷуд набошад. Қисми дигари ά – зарраҳо аз лавҳача гузашта ба кунҷҳои гуногун майл мекунанд ва, ниҳоят, қисми боқимондаи онҳо ба қафо, ба 180º бармегарданд. Агар модели атоми Томсонро ба инобат гирем, ин натиҷаи таҷрибаро маънидод карда наметавонем, зеро дар ин сурат – зарраҳо аз монеа бояд ё пурра гузаранд ва ё тамоман нагузаранд.

Расми 13. Таҷрибаи Резерфорд а) схемаи дастгоҳ; б) парокандашавии ά-зарраҳо

Э. Резерфорд, дар асоси таҷрибаи худ, ба хулоса омад, ки қисми асосии массаи атом дар маркази он (ядрои атом) ҷой гирифтааст: ядрои атом заряди мусбати электрикӣ дорад ва дар атрофи он электронҳои заряди манфӣ дошта аз рӯи мадорҳои худ давр мезананд; заряди ядрои атом одатан ба заряди электронҳои даврзананда баробар аст ва бинобар он атом объекти аз назари электрикӣ нейтрал, яъне безаряд мебошад. Ин модел, ки таҷрибаи Резерфордро маънидод кард, модели сайёравии сохти атом номида мешавад, зеро он ба Системаи офтобӣ монанд аст (расми 14).

Сонитар ин модел аз ҷониби физики даниягӣ Нилс Бор такмил дода шуд. Маълум шуд, ки электронҳо на аз рӯи мадорҳои дилхоҳ, балки аз рӯи мадорҳои статсионарӣ номида шаванда давр мезананд, зеро, дар акси ҳол, онҳо бефосила аз худ энергия афканда оқибат ба ядро меафтанд ва онгоҳ атом нобуд мегардад. Дар асл

Расми 14. Модели сайёравии сохти атом

чунин ҳодиса рӯй намедиҳад, чунки атомҳо системаҳои устуворанд ва электронҳои атом танҳо ҳангоми аз як мадори статсионарӣ ба мадори статсионарии дигар гузаштан нур меафкананд, ё нур фурӯ мебаранд. Танҳо бо дарназардошти ин принсипҳо модели атом маънои дурусти физикӣ пайдо мекунад.

Принсипҳои зикршуда, ки модели атоми Резерфордро пурра мегардонад, постулатҳои Бор ном гирифт ва, аз ин рӯ, ин моделро модели атоми Бор – Резерфорд (ва ҳатто модели атоми Бор) меноманд.

Тавре зикр рафта буд, электрон таърихан зарраи аввалини элементарии кашфшуда аст. Соли 1919 Э. Резерфорд атомҳои никелро бо – зарраҳо бомбаборон карда зарраи нав — протонро кашф намуд, ки массаи он аз массаи электрон тақрибан 2000 маротиба калон буда, заряди электрикиаш ба заряди электрон баробар, вале мусбат аст. Соли 1932 нейтрон кашф гардид, ки ба протон монанд аст, вале заряди электрикӣ надорад.

Соли 1928 физики англис Пол Дирак назарияи релятивии электронҳоро бунёд намуда, ба хулоса омад, ки дар табиат бояд зарраи ҳамтои электрон, вале заряди мусбат дошта, мавҷуд бошад ва онро шартан антиэлектрон (баръакси электрон) номид. Ин зарраи аҷоиб, ки позитрон номиданд, соли 1932 кашф карда шуд. Маълум гардид, ки аксари кулли зарраҳои элементарӣ антизарраи худро доранд. Ғайр аз ин, аз назарияи Дирак бармеояд, ки агар электрон ва позитрон ба ҳам бархӯранд, онҳо нест мешаванд, аниқтараш ба ҷуфти фотонҳо (γ — квантҳо) табдил меёбанд. Ин просессро аннигилятсия (нестшавӣ, маҳвшавӣ) меноманд (расми 15). Соли 1933 аннигилятсияи ҷуфти электрон – позитрон дар таҷриба мушоҳида карда шуд. Айнан ҳамин ҳодиса бо ҷуфти зарраҳо ва антизарраҳои дигар низ ба вуҷуд меояд. Дар натиҷаи ин просессҳо фотонҳо ва зарраҳои дигари элементарии нейтрал пайдо мешаванд.

—

+

Расми 15. Аннигилятсияи ҷуфти электрон – позитрон

Агар просесси аннигилятсия яктарафа мебуд, онгоҳ аксари микрозарраҳо ба – квантҳо табдил ёфта, оламро асосан фотонҳо ва зарраҳои сирф нейтрал пур мекарданд. Хушбахтона, дар табиат просесси баръакси тавлиди ҷуфти зарра ва антизарра низ мавҷуд аст. Масалан, ҷуфти квант ба ҳамдигар бархӯрда, ҷуфти электрон – позитронро ба вуҷуд меорад (расми 16). Дар натиҷа ба ҳисоби миёна таносуби миқдории байни зарраҳо ва γ – нурҳо доимӣ мемонад.

—

+

Расми 16. Тавлиди ҷуфти электрон – позитрон

Мавҷудияти просессҳои аннигилятсия ва тавлиди зарра ва антизарраҳо яке аз хусусиятҳои муҳимтарини микроолам мебошад, ки фарқи консепсияи нави атомизмро аз атомизми классикӣ нишон медиҳад.

Кашфи зарраҳои нави элементарӣ, хусусан, пас аз сохта шудани суръатфизоҳои зарраҳо бо суръат давом ёфт ва то солҳои 50 – уми асри 20 шумораи зарраҳои кашфшуда тақрибан ба 400 расид. Кашфи зарраҳои нав ба нави хосиятҳои гуногун дошта дар назди физикон масъалаи ба онҳо номи мувофиқ гузоштан ва ба гурӯҳҳои алоҳида ҷудо карданро ба миён овард. Ба электрону фотону протону нейтрони ба мо шинос номҳои нави мезон, мюон, гиперон, барион ва ғайра ҳамроҳ шуданд. Дар навбати худ зарраҳо аз рӯи масса, заряди электрикӣ ва хосиятҳои квантӣ ба оилаҳо ҷудо карда шуданд. Ғайр аз фотон, ки массаи оромиаш баробари сифр аст, зарраҳои дигари элементарӣ ба ду оилаи зарраҳои сабуки – лептонҳо (электрон, мюон, нейтрино) ва зарраҳои вазнин – адронҳо ҷудо карда шуданд. Масалан, электрон ба оилаи лептонҳо ва протону нейтрон ба оилаи адронҳо дохил мешаванд.

Саволе ба миён меояд, ки оё зарраҳоеро, ки шумораашон қариб ба 400 мерасид ва аз рӯи масса, заряд ва хосиятҳои дигар аз ҳам фарқ мекунанд, элементарӣ, яъне содда номидан мумкин аст? Мантиқан объекти тамоман содда бояд аз ҳар гуна хусусиятҳои сифатӣ орӣ бошад, зеро дар акси ҳол саволи аз кӯдакӣ маълуми «Чаро?» ба миён меояд. Яъне агар, масалан, ҳамагӣ ду зарраи элементарӣ мавҷуд бошад, пас онҳо бо кадом хосиятҳояшон аз якдигар фарқ мекунанд ва агар чунин фарқият ҷой дошта бошад, сабаби он дар чист? Ва ғайраву ҳоказо. Ҷустуҷӯи посух ба ин саволҳо ба физики амрикоӣ Марри Гелл – Ман имкон дод тахмине пешниҳод намояд, ки ҳамаи адронҳо аз зарраҳои боз ҳам майдатари дар ҳақиқат соддаи кваркҳо номидашаванда иборатанд. Мувофиқи ин модел мезонҳо аз як кварк ва як антикварк, барионҳо аз се кварк иборатанд ва ғайра. Ҳамин тавр, мувофиқи модели кваркӣ зарраҳои элементарӣ аз лептонҳо ва адронҳо, ки дар навбати худ, аз хиштчаҳои ниҳоии табиат – кваркҳо таркиб ёфтаанд, иборат мебошанд (расми 17).

Расми 17. Сохтори атом: протон ва нейтрон — зарраҳоянд, ки аз се кваркҳо

иборатанд

Имрӯзҳо шумораи лептонҳо ва кваркҳо, ки хосияти адронҳоро маънидод мекунанд ба 48 мерасад. Ин рақам хурд нест ва баъзе физикон дар он фикранд, ки шояд лептонҳо ва кваркҳо дар навбати худ аз зарраҳои боз ҳам майдатар иборат бошанд… Беихтиёр суханҳои файласуф – марксисти рус В. И. Ленин ба хотир меояд, ки гуфта буд: электрон ба мисли атом беинтиҳост, материя ҳам ба бар ва ҳам ба қаър интиҳо надорад.

Нишондодҳои методологии физикаи муосир

Тавре қайд намуда будем, проблемаҳои методологии табиатшиносии муосир масьалаҳоеро дарбар мегиранд, ки тамоми соҳаи илмҳои ба тадқиқи табиат вобаста бударо ба ҳам мепайванданд.

Ҳалли обьективонаи ин масьалаҳо пешниҳоди системаи нишондодҳои методологиро тақозо дорад, ки қисми муҳими таркибӣ ва принсипи методологии умумитарини ҳар як соҳаи илм ба шумор меравад. Ин нишондодҳо нақши танзимкунандаи фаьолияти илмиро бозида, ба бунёди хулосаҳои ҳақиқии назариявӣ ва таҷрибавӣ мусоидат мекунанд.

Ташакулёбии системаи нишондодҳои методологии физикаи классикӣ, ки бо бунёди механикаи классикӣ (асри 17) оғоз гардида буд, миёнаҳои асри 19, ба туфайли асосноккунии мафҳумҳо ва принсипҳои физикаи назариявии классикӣ, ба охир расид ва тассавуротҳои зеринро дар бар мегирад:

1. Олами физикии воқеӣ, новобаста аз инсон ва шуури вай мавҷуд аст;
2. Олами материалӣ омӯхташаванда аст;
3. Асоси донишҳои физикӣ ва меьёри асилии онҳо таҷриба аст;
4. Ба даст овардани донишҳои воқеӣ моҳиятан имконпазир аст;
5. Кулли ҷузиёти олами физикӣ байни худ бо робитаҳои сабабияту оқибат пайвандии ногусастанӣ доранд (детерминизми Лаплас);
6. Кулли хусусиятҳои обьекти таҳқиқшавандаро бо усули таҷрибавӣ дар як вақт муайян кардан мумкин аст;
7. Дар раванди тадқиқот обьекти физикӣ бетағйир мемонад ва аз тарзу шароити тадқиқот вобаста намебошад;
8. Сохту таркиби фаьолияти маьрифатӣ дар физика ба монанди сохту таркиби олами физикӣ абадист ва тағӣирнопазир аст;

Агар ба мазмуну мундариҷаи нишондодҳои методологии зикршуда диққат диҳем ба хулоса омадан мумкин аст, ки кулли хусусиятҳои физикаи олами воқеӣ то охири 19 комилан ва пурра омӯхта шудаанд.

Аммо, дар ибтидои асри 20 ба тавассути бунёди назарияи нисбияти Эйнштейн, механикаи квантӣ ва кашфи зарраҳои элементарӣ зарурат пеш омад, ки нишондодҳои методологии зикршудаи физикаи классикӣ ба таври ҷиддӣ аз нав дида шавад. Дар айни замон нишондодҳои методологии 1, 2, 3 ва 4 – и физикаи классикии дар боло овардашуда амалан бетағйир мемонанд. Вале бар хилофи физикаи классикӣ, ки дар он олами физикаи ашёҳо ҳамчун объекти сифатан якҷинса ҳисобида мешавад, дар физикаи муосир мавҷудияти се савияи таркибии сифатан фарқкунанда — микроолам, макроолам ва мегаолам эътироф гардид.

Мувофиқи принсипҳои физикаи муосир сабабият ҳамчун яке аз ҷузьҳои робитаю таьсироти мутақобилаи байни обьектҳо ва ҳодисаҳои олами материалӣ ба микроолам низ хос аст, вале табиати ин робита ва таьсирот аз детерминизми классикӣ (нигар ба нишондоди 5) ба таври куллӣ фарқ мекунад: ҳодисаҳои микроолам моҳиятан тасодуфианд ва ба қонуниятҳои статистикӣ итоат мекунанд (детерминизми эҳтимолиятӣ).

Агар дар физикаи классикӣ хусусиятҳои объект дар як вақт чен карда шаванд (нишондоди 6), пас барои объектҳои квантӣ чунин имконот вуҷуд надорад (принсипи номуайянии Гейзенберг).

Фарқияти дигари ҷиддие ки дар методологияи физикаи муосир нисбат ба методологияи физикаи классикӣ зоҳир мешавад, вобастагии тасвири хусусиятҳои обьект аз тарзу шароити тадқиқот мебошад (нигар ба нишондоди 7). Масалан, дар физикаи релятивӣ тасвири обьекти таҳқиқшаванда дар системаҳои сарҳисоби гуногун якхела намебошад. Дар механикаи квантӣ бошад дар ин ҳолат зарурати ба эьтибор гирифтани нақши таъсири мутақобилаи байни обьекти микроскопӣ ва асбоби ченкунӣ ба миён меояд (принсипи мукаммалкунии Бор).

Таркиби фаьолияти маьрифатӣ дар физикаи муосир, бар хилофи физикаи классикӣ (нигар ба нишондоди 8), доимӣ ва абадӣ намебошад. Кашфи обьектҳои квантӣ ва ҳодисаҳои релятивӣ тарзу усули нави тадқиқот-механикаи квантӣ ва назарияи нисбияти Эйнштейнро ба вуҷуд овард.

Тавре ба назар мерасад, системаи нишондодҳои методологии физикаи муосир бо вуҷуди мавҷудияти як қатор умумиятҳо аз нишондодҳои методологии физикаи классикӣ бо мафҳумҳо, принсипҳо ва категорияҳои комилан нави гӯё «ба ақли солим рост наоянда» фарқияти принсипиалӣ доранд. Аз ин рӯ, дар аснои омӯзиш ва тадқиқи назариявӣ ва таҷрибавии ҳодисаҳои физикӣ ба эътибор гирифтани нишондодҳои зикршуда шарт ва зарур аст.

Саволҳои тестӣ

1. Заминаи илмии манзараи муосири табиию илмии Оламро кадом назарияҳо ташкил медиҳад?

а) механикаи классики Нютон, механикаи квантӣ, назарияи нисбияти Эйнштейн

б) механикаи классики Нютон, механикаи квантӣ, назарияи электромагнитизм

в) механикаи квантӣ, назарияи электромагнетизм, назарияи нисбияти Эйнштейн

г) ҷавоби дуруст нест.

1. Формулаи машҳури кадом ақидаро ифода мекунад?

а) гипотезаи Планк

б) гипотезаи де-Бройл

в) принсипи номуайянии Гейзенберг

г) ҷавоби дуруст нест.

1. Формулаи машҳури кадом ақидаро ифода мекунад?

а) гипотезаи Планк

б) гипотезаи де-Бройл

в) принсипи номуайянии Гейзенберг

г) ҷавоби дуруст нест.

1. Формулаи машҳури кадом ақидаро ифода мекунад?

а) гипотезаи Планк

б) гипотезаи де-Бройл

в) принсипи номуайянии Гейзенберг

г) ҷавоби дуруст нест.

1. Кадоме аз ин формулаҳо гипотезаи Планк аст?

1. Кадоме аз ин формулаҳо гипотезаи де-Бройл аст?
2. 
3. Кадоме аз ин формулаҳо принсипи номуайянии Гейзенберг мебошад?