Қазіргі заманғы физика бойынша мақала
Қазіргі физика - құбылыстарды ең кіші және ең үлкен масштабта зерттеу арқылы әлемді басқаратын негізгі қағидаларды түсінуге тырысатын ғылым саласы. Ньютон сипаттағандай болжамды қозғалыс заңдарына және 19 ғасырда орнатылған термодинамикалық қағидаларға негізделген классикалық физикадан айырмашылығы, қазіргі физика кванттық механика мен салыстырмалылық теориясы салаларын терең зерттейді. Бұл мақалада осы екі негізгі тіректің шолуы, маңызды жаңалықтарды талқылау және жүргізіліп жатқан зерттеулер мен олардың ықтимал салдарын атап өту мақсаты қойылған.
Кванттық механика
Кванттық механика - атомдық және субатомдық масштабтардағы бөлшектердің мінез-құлқын сипаттайтын теориялық негіз. Оның классикалық механикадан негізгі ауытқуларының бірі - толқын-бөлшек дуализмі тұжырымдамасы. Луи де Бройль ұсынған толқын-бөлшек дуализмі электрон сияқты бөлшектердің тәжірибелік жағдайларға байланысты толқын тәрізді және бөлшек тәрізді қасиеттерді көрсететінін растайды.
Гейзенбергтің белгісіздік принципі
Вернер Гейзенбергтің белгісіздік принципі кванттық механиканың негізгі қағидасы болып табылады. Ол позиция және импульс сияқты физикалық қасиеттердің белгілі бір жұптарын бір уақытта дәл өлшеу мүмкін емес деп тұжырымдайды. Бір қасиет неғұрлым дәл өлшенсе, екіншісін соғұрлым дәлірек білуге болады. Бұл принцип классикалық механиканың детерминирленген сипатын жоққа шығарады және кванттық жүйелердің ықтималдық сипатын баса көрсетеді.
Суперпозиция және шатасу
Суперпозиция - кванттық жүйенің бір уақытта бірнеше күйде болуы мүмкін деген түсінік. Бұл принцип кванттық шатасу құбылысына әкеледі, мұнда екі немесе одан да көп бөлшектер бір-бірімен байланысып, біреуінің күйі олардың арасындағы қашықтыққа қарамастан, екіншісінің күйіне бірден әсер етеді. Альберт Эйнштейн мұны «қашықтықтағы қорқынышты әрекет» деп атаған, бірақ кейіннен ол эксперименталды түрде расталды.
Теориялық негіздемелер
Шредингер теңдеуі
Эрвин Шредингер физикалық жүйенің кванттық күйінің уақыт өте келе қалай өзгеретінін сипаттайтын толқындық теңдеуді жасады. Шредингер теңдеуі бөлшектердің мінез-құлқы мен өзара әрекеттесуін болжауда негізгі болып табылады. Бұл теңдеудің шешімдері кванттық механиканың ықтималдық сипатын бейнелей отырып, бөлшекті белгілі бір күйде табу ықтималдығын береді.
Кванттық өріс теориясы
Кванттық өріс теориясы (КӨТ) кванттық механиканы өрістерге кеңейтеді, бөлшектерді негізгі өрістің қозған күйлері ретінде қарастырады. Ол арнайы салыстырмалылық теориясы мен кванттық механиканы сәтті біріктіреді, бұл бөлшектер физикасының стандартты моделінің негізін қалайды. Стандартты модель табиғаттың төрт негізгі күшінің үшеуін түсіндіреді: электромагниттік, әлсіз және күшті ядролық күштер, бірақ гравитацияны қамтымайды.
Салыстырмалық
Альберт Эйнштейн физикада өзінің арнайы және жалпы салыстырмалылық теорияларымен төңкеріс жасап, кеңістік, уақыт және тартылыс күші туралы түсінігімізді түбегейлі өзгертті.
Арнайы салыстырмалылық
1905 жылы жарық көрген «Арнайы салыстырмалық теориясы» физика заңдары біркелкі қозғалыстағы барлық бақылаушылар үшін бірдей деген тұжырымдаманы енгізді. Оның негізгі жаңалықтарының бірі - вакуумдағы жарық жылдамдығы тұрақты және жарық көзінің немесе бақылаушының қозғалысына тәуелсіз. Бұл кеңістік пен уақыт бір-бірімен байланысты және кеңістік-уақыт деп аталатын төрт өлшемді континуумды құрайды деген түсінікке әкелді.
Жалпы салыстырмалылық
1915 жылы Эйнштейн жалпы салыстырмалылық теориясын ұсынды, ол гравитацияны күш ретінде емес, масса мен энергиядан туындаған кеңістік-уақыт қисығы ретінде сипаттайды. Массалық нысандар кеңістік-уақыттың деформациялануына әкеледі, ал бұл қисықтық нысандардың қозғалысын анықтайды, бұл идея 1919 жылғы күн тұтылуы кезінде расталған алыс жұлдыздан келетін жарықтың күн айналасындағы иілуімен әйгілі түрде көрсетілген.
Кванттық механика мен салыстырмалылықтың қиылысы
Қазіргі физикадағы ең үлкен қиындықтардың бірі - кванттық механика принциптерін жалпы салыстырмалылық принциптерімен үйлестіру. Кванттық тартылыс күші, оның ішінде ішек теориясы және ілмек кванттық тартылыс күші сияқты теориялар, тартылыс принциптерін қамтитын кванттық теорияны жасауға тырысады. Дегенмен, кванттық тартылыс күші туралы толық қабылданған теория әлі күнге дейін белгісіз.
Маңызды жаңалықтар мен тәжірибелер
Хиггс бозоны
2012 жылы CERN-нің Үлкен Адрон Коллайдерінде Хиггс бозонының ашылуы үлкен жетістік болды. Бұл бөлшектердің массасын беретін Хиггс өрісінің бар екенін растады. Бұл жаңалық Стандартты модельдің соңғы расталмаған бөлігін растады, дегенмен бөлшектер физикасы туралы жаңа сұрақтар туғызды.
Гравитациялық толқындар
2015 жылы Лазерлік интерферометр гравитациялық толқын обсерваториясы (LIGO) алғаш рет гравитациялық толқындарды анықтады. Жалпы салыстырмалылық теориясы болжаған кеңістік-уақыттағы бұл толқындар қара құрдымдардың немесе нейтрондық жұлдыздардың бірігуі сияқты апатты оқиғалардан туындайды. Бұл жаңалық электромагниттік сәулеленуге негізделген дәстүрлі әдістерді толықтыра отырып, ғаламды бақылаудың жаңа жолын ашты.
Жүргізіліп жатқан зерттеулер мен салдарлар
Қараңғы зат және қараңғы энергия
Әлемнің шамамен 95%-ы электромагниттік күштермен әрекеттеспейтін қараңғы материя мен қараңғы энергиядан тұрады, бұл оларды көрінбейтін және тек гравитациялық әсерлер арқылы анықталатын етеді. Қараңғы материя галактикалар үшін тірек қызметін атқаратын сияқты, ал қараңғы энергия ғаламның жедел кеңеюін қозғайды. Бұл жұмбақ компоненттерді түсіну қазіргі физиканың басты басымдығы болып табылады.
Кванттық есептеу
Кванттық есептеулер белгілі бір тапсырмалар үшін классикалық компьютерлерден әлдеқайда асатын жылдамдықта есептеулерді орындау үшін суперпозиция және шатасу принциптерін пайдаланады. Бұл құрылғылар криптографиядан бастап материалтануға дейінгі салаларда төңкеріс жасау мүмкіндігіне ие.
Біртұтас теорияларды іздеу
Барлық негізгі күштерді, соның ішінде тартылыс күшін біріктіретін барлық нәрсе теориясын (TOE) іздеу теориялық физиктерді шабыттандыруды жалғастыруда. Бөлшектердің нүкте тәрізді нысандар емес, бір өлшемді «жіптер» екенін алға тартатын ішек теориясы жетекші кандидат болып табылады. Дегенмен, ол әлі күнге дейін тәжірибелік түрде расталмаған негізінен математикалық негіз болып қала береді.
Тәжірибелік қосымшалар
Қазіргі физика принциптері жартылай өткізгіштер, лазерлер және магниттік-резонанстық томография (МРТ) сияқты технологиялық жетістіктердің пайда болуына себеп болды. Кванттық механиканы түсіну қазіргі заманғы технологияның негізін құрайтын микроэлектрониканың дамуына маңызды рөл атқарды.
қорытынды
Қазіргі физика кванттық механика мен салыстырмалылық теориясы шеңберінде біздің ғалам туралы түсінігімізді терең өзгертті. Ең кішкентай субатомдық бөлшектерден бастап кеңістік-уақыттың кең ауқымына дейін бұл теориялар біздің шындықты қабылдауымызға күмән келтіреді және адам білімінің шекараларын кеңейтеді. Хиггс бозоны және гравитациялық толқындар сияқты маңызды жаңалықтар қазіргі теориялық құрылымдардың беріктігін растаса да, көптеген сұрақтар жауапсыз қалып отыр. Қараңғы материяны, қараңғы энергияны түсінуге және физикалық ғылымның шекарасын білдіретін кванттық механика мен гравитацияны үйлестіретін біртұтас теорияны әзірлеуге деген ұмтылыс жалғасуда. Осылайша, қазіргі физика біздің ғалам туралы түсінігімізді тереңдетіп қана қоймай, сонымен қатар болашағымызды қайта қалыптастыра алатын технологиялық инновацияларға жол ашады.
