Орчин үеийн физикийн тухай илтгэл
Орчин үеийн физик бол хамгийн жижиг, хамгийн том хэмжээнд үзэгдлийг судлах замаар орчлон ертөнцийг удирддаг үндсэн зарчмуудыг ойлгохыг оролддог шинжлэх ухааны нэг салбар юм. Ньютоны тодорхойлсон хөдөлгөөний урьдчилан таамаглах боломжтой хууль болон 19-р зуунд тогтоосон термодинамикийн зарчмуудад ихээхэн найддаг сонгодог физикээс ялгаатай нь орчин үеийн физик нь квант механик ба харьцангуйн онолын хүрээг гүнзгий судалдаг. Энэхүү өгүүлэлд эдгээр хоёр гол тулгуур баганын тоймыг өгөх, чухал нээлтүүдийг хэлэлцэх, үргэлжилж буй судалгаа болон түүний болзошгүй үр дагаврыг онцлох зорилготой юм.
Квант механик
Квант механик нь атом ба атомын дэд түвшинд бөөмсийн зан төлөвийг тодорхойлдог онолын хүрээ юм. Сонгодог механикаас үндсэн хазайлтын нэг нь долгион-бөөмийн хоёрдмол байдлын тухай ойлголт юм. Луис де Бройлийн санал болгосон долгион-бөөмийн хоёрдмол байдал нь электрон зэрэг бөөмс нь туршилтын нөхцөл байдлаас хамааран долгион болон бөөмийн шинж чанарыг хоёуланг нь харуулдаг гэж үздэг.
Гейзенбергийн тодорхойгүй байдлын зарчим
Вернер Гейзенбергийн тодорхойгүй байдлын зарчим нь квант механикийн тулгын чулуу юм. Энэ нь байрлал ба импульс зэрэг физик шинж чанаруудын зарим хосыг нэгэн зэрэг нарийн хэмжих боломжгүй гэж үздэг. Нэг шинж чанарыг илүү нарийвчлалтай хэмжих тусам нөгөөг нь төдий чинээ нарийвчлалгүй мэдэж болно. Энэ зарчим нь сонгодог механикийн детерминистик шинж чанарыг сорьж, квант системийн магадлалын шинж чанарыг онцолж өгдөг.
Суперпозиция ба орооцолдол
Давхар байрлал гэдэг нь квант систем нэгэн зэрэг олон төлөвт оршиж болно гэсэн ойлголт юм. Энэ зарчим нь квант орооцолдох үзэгдэлд хүргэдэг бөгөөд хоёр ба түүнээс дээш бөөмс хоорондоо холбогдож, нэгнийх нь төлөв байдал нь тэдгээрийн хоорондох зайнаас үл хамааран нөгөөгийнх нь төлөв байдалд шууд нөлөөлдөг. Альберт Эйнштейн үүнийг "алсын зайд аймшигтай үйлдэл" гэж нэрлэдэг байсан ч энэ нь туршилтаар батлагдсан.
Онолын хүрээ
Шредингерийн тэгшитгэл
Эрвин Шредингер физик системийн квант төлөв цаг хугацааны явцад хэрхэн өөрчлөгддөгийг дүрсэлсэн долгионы тэгшитгэлийг боловсруулсан. Шредингерийн тэгшитгэл нь бөөмсийн зан төлөв, харилцан үйлчлэлийг урьдчилан таамаглахад үндсэн үүрэг гүйцэтгэдэг. Энэхүү тэгшитгэлийн шийдлүүд нь квант механикийн магадлалын шинж чанарыг илэрхийлж, тодорхой төлөвт бөөмийг олох магадлалыг өгдөг.
Квантын талбайн онол
Квант талбайн онол (КТО) нь квант механикийг талбайд өргөжүүлж, бөөмсийг суурь талбайн өдөөгдсөн төлөв гэж үздэг. Энэ нь харьцангуйн тусгай онол болон квант механикийг амжилттай хослуулж, бөөмсийн физикийн Стандарт загварын үндэс суурийг тавьдаг. Стандарт загвар нь байгалийн дөрвөн үндсэн хүчний гурвыг тайлбарладаг: цахилгаан соронзон, сул, хүчтэй цөмийн хүч боловч таталцлыг багтаадаггүй.
Харьцангуй байдал
Альберт Эйнштейн өөрийн Тусгай болон Ерөнхий Харьцангуйн онолуудаараа физикийн салбарт хувьсгал хийж, орон зай, цаг хугацаа, таталцлын талаарх бидний ойлголтыг үндсээр нь өөрчилсөн.
Тусгай харьцангуйн онол
1905 онд хэвлэгдсэн "Тусгай Харьцангуйн Онол" ном нь физикийн хуулиуд жигд хөдөлгөөнтэй бүх ажиглагчдад ижил гэсэн ойлголтыг нэвтрүүлсэн. Үүний гол нээлтүүдийн нэг нь вакуум дахь гэрлийн хурд тогтмол бөгөөд гэрлийн эх үүсвэр эсвэл ажиглагчийн хөдөлгөөнөөс хамааралгүй байдаг явдал юм. Энэ нь орон зай ба цаг хугацаа нь хоорондоо холбоотой бөгөөд орон зай-цаг хугацаа гэгддэг дөрвөн хэмжээст тасралтгүй байдлыг бүрдүүлдэг гэсэн ойлголтыг бий болгосон.
Ерөнхий харьцангуйн онол
1915 онд Эйнштейн Харьцангуйн ерөнхий онолыг танилцуулсан бөгөөд энэ нь таталцлыг хүч гэж биш, харин масс болон энергиэс үүдэлтэй орон зай-цаг хугацааны муруйлт гэж тодорхойлдог. Асар том биетүүд орон зай-цаг хугацааны гажуудлыг үүсгэдэг бөгөөд энэхүү муруйлт нь биетүүдийн хөдөлгөөнийг тодорхойлдог бөгөөд энэ санааг 1919 оны нарны хиртэлтийн үеэр батлагдсан алслагдсан одноос нарыг тойрон эргэх гэрлийн муруйлтаар алдартайгаар харуулсан байдаг.
Квант механик ба Харьцангуйн онолын огтлолцол
Орчин үеийн физикийн хамгийн том сорилтуудын нэг бол квант механикийн зарчмуудыг ерөнхий харьцангуйн онолтой уялдуулах явдал юм. Утасны онол болон гогцооны квант таталцал зэрэг онолуудыг багтаасан квант таталцал нь таталцлын зарчмуудыг багтаасан квант онолыг хөгжүүлэхийг эрмэлздэг. Гэсэн хэдий ч квант таталцлын бүрэн хүлээн зөвшөөрөгдсөн онолыг олох боломжгүй хэвээр байна.
Чухал нээлтүүд ба туршилтууд
Хиггс Бозон
2012 онд CERN-ийн Том Хадрон Коллайдер дээр Хиггсийн бозоныг нээсэн нь асар том амжилт байв. Энэ нь бөөмсийн массыг өгдөг Хиггсийн талбай байгааг баталсан. Энэхүү нээлт нь Стандарт Загварын сүүлийн батлагдаагүй хэсгийг баталгаажуулсан боловч бөөмсийн физикийн талаар шинэ асуултуудыг нээж өгсөн.
Таталцлын долгион
2015 онд Лазер интерферометрийн таталцлын долгионы ажиглалтын төв (LIGO) анх удаа таталцлын долгионыг илрүүлсэн. Харьцангуйн ерөнхий онолоор таамаглаж буй орон зай-цаг хугацааны эдгээр долгион нь хар нүх эсвэл нейтрон оддын нэгдэл зэрэг гамшигт үйл явдлуудаас үүсдэг. Энэхүү нээлт нь цахилгаан соронзон цацрагт суурилсан уламжлалт аргуудыг нөхөж, орчлон ертөнцийг ажиглах шинэ аргыг нээсэн юм.
Үргэлжилж буй судалгаа ба үр дагавар
Хар бодис ба хар энерги
Орчлон ертөнцийн ойролцоогоор 95% нь хар матери болон хар энергиэс бүрддэг бөгөөд эдгээр нь цахилгаан соронзон хүчтэй харилцан үйлчилдэггүй тул тэдгээрийг үл үзэгдэх, зөвхөн таталцлын нөлөөгөөр илрүүлэх боломжтой болгодог. Харанхуй матери нь галактикуудын тулгуур болж ажилладаг бол хар энерги нь орчлон ертөнцийн хурдацтай тэлэлтийг хөдөлгөж байдаг. Эдгээр нууцлаг бүрэлдэхүүн хэсгүүдийг ойлгох нь орчин үеийн физикийн тэргүүлэх чиглэл юм.
Квант тооцоолол
Квант тооцоолол нь тодорхой ажлуудад сонгодог компьютерээс хамаагүй илүү хурдтай тооцоолол хийхийн тулд суперпозици ба орооцолдлын зарчмуудыг ашигладаг. Эдгээр төхөөрөмжүүд нь криптографиас эхлээд материалын шинжлэх ухаан хүртэлх салбаруудад хувьсгал хийх боломжтой.
Нэгдсэн онолуудын эрэл хайгуул
Таталцал зэрэг бүх үндсэн хүчийг нэгтгэсэн Бүх зүйлийн Онол (TOE)-ийг эрэлхийлэх нь онолын физикчдэд урам зориг өгсөөр байна. Бөөмс нь цэгэн хэлбэртэй объект биш харин нэг хэмжээст "утас" гэж үздэг утасны онол нь тэргүүлэх нэр дэвшигч юм. Гэсэн хэдий ч энэ нь голчлон математикийн хүрээ хэвээр байгаа бөгөөд туршилтаар батлагдаагүй байна.
Практик хэрэглээ
Орчин үеийн физикийн зарчмууд нь хагас дамжуулагч, лазер, соронзон резонансын дүрслэл (MRI) зэрэг технологийн дэвшлийг бий болгосон. Квант механикийг ойлгох нь орчин үеийн технологийн үндэс суурийг бүрдүүлдэг микроэлектроникийн хөгжилд чухал үүрэг гүйцэтгэсэн.
Дүгнэлт
Орчин үеийн физик нь квант механик ба харьцангуйн онолын хүрээнд орчлон ертөнцийн талаарх бидний ойлголтыг гүнзгий өөрчилсөн. Хамгийн жижиг атомын хэсгүүдээс эхлээд орон зайн өргөн уудам орон зай хүртэл эдгээр онолууд нь бодит байдлын талаарх бидний ойлголтыг сорьж, хүний мэдлэгийн хил хязгаарыг туулж байна. Хиггсийн бозон болон таталцлын долгион зэрэг чухал нээлтүүд нь орчин үеийн онолын бүтцийн бат бөх чанарыг баталж байгаа ч олон асуулт хариултгүй хэвээр байна. Харанхуй бодис, харанхуй энергийг ойлгох, квант механик ба таталцлыг нэгтгэсэн нэгдсэн онолыг боловсруулах, физикийн шинжлэх ухааны хил хязгаарыг төлөөлөх эрэл хайгуул үргэлжилж байна. Ингэснээр орчин үеийн физик нь орчлон ертөнцийн талаарх бидний ойлголтыг гүнзгийрүүлээд зогсохгүй бидний ирээдүйг өөрчлөх технологийн шинэчлэлүүдийн замыг нээж өгч байна.
