Aniq fanlar

10- seminar mavzusi
20- Asrda fizika fani taraqiyoti.
XX1- asrni kimdir nanotexnologiya asri bo‘ladi desa, yana boshqasi genetika asri bo‘ladi, deydi. Fizika asri bo‘ladi deganlar ham talaygina. Jahonda bo‘layotgan bu munozarali tortishuvlarda bizning respublikamiz olim­lari ham ishtirok etishayotirmi? Yoshlarimiz-chi?
Men, XXI asr fizika asri bo‘ladi, degan nuqtayi nazar tarafdoriman. Boisi, o‘tgan asrlar davomida fizika fani qilgan kashfiyotlar o‘z salmog‘i jihatidan juda ulkan bo‘lsa ham, qator ilmiy muammolar hamon olimlarni hayajon va sarosimaga solarli darajada bo‘lib turibdi.
Faylasuflarning materiyaga nisbatan «Kishi ongidan tashqarida va unga bog‘liq bo‘lmagan holda yashaydigan obyektiv borliq» deya bergan ta’rifi bugungi kunga kelib astrofiziklarni mutlaqo qanoatlantirmay qo‘ydi.
Ma’lum bo‘lishicha, barcha yulduzlar, sayyoralar va yulduzlararo gaz Olam massasining faqat ozgina qisminigina tashkil qilar ekan. Materiyaning qolgan qismi nimadan tashkil topganiga astrofiziklarning aqli yetmay tu­ribdi. XXI asrda, albatta, uning tabiatini tushunishga erishiladi. Ushbu noma’lum materiya insoniyatga na ko‘rinadi va na biror-bir sezgimizga ta’sir o‘tkaza oladi. Bu materiyaning o‘zini qurshab turgan olamni, o‘ta katta gravi­tatsiya ta’siri hisobga olinmaganida, uni «mutloq hech narsa» deb atagan ma’qulroq bo‘lar edi. Astrofiziklarning hozirgi zamon mo­deli bo‘yicha, olamning 73 foizi qora energiyadan, 23 foizi — qora materiyadan va 4 foizigina odatdagi materiyadan (barion)­ tashkil topgan, deb hisoblanyapti. Koinotda yulduzlar cheksiz ko‘p bo‘lsa, ularning har biridan bizga bittadan bo‘lsa-da nur yetib kelgan taqdirda ham, osmon odamzodga ertayu kech yarqirab ko‘rinib turishi kerak bo‘lar edi. Lekin ko‘rib turganimizdek, os­mon bizga unday ko‘rinmaydi.
Tabiatning tuzilishi haqida gap ketganida, dunyodagi biror inson ushbu dunyo nega boshqacha emas, aynan shunday tuzilganini tushuntirib bera olmaydi, chunki buni o‘zi ham to‘laligicha tushunmaydi. Qadim zamonlardan beri insoniyatga issiqlik, yorug‘lik, tovush hodisalari, harakat va gravitatsiya kabi ko‘pgina fizik hodisalar nazariyalari u yoki bu ko‘rinishda ma’lum bo‘lgan. Isaak Nyuton harakat qonunlarini tushuntirib bergach, ushbu turlicha deb tushunilib kelinayotgan hodisalarning bir nechtasi bir hodisaning turli tomondan ko‘rinishi ekani ma’lum bo‘ldi. Shundan so‘ng fizikaning bir nechta ulkan bo‘limlarini jamlab, bir butun sodda nazariya ko‘rinishi berildi. Ushbu nazariyaga faqat gravitatsiyagina bo‘yinsunmay qoldi!
Fizika fani taraqqiyoti jarayonida Jeyms Klark Maksvell 1873-yili elektr va magnetizm hodisalari hamda yorug‘lik va optik hodisalarni birlashtirib, ushbu hodisalar uchun umumiy bo‘lgan nazariyani yaratdi va ushbu nazariyaga binoan, yorug‘likni ham elektromag­nit to‘lqini deb qaradi. Shun­day qilib, taraqqiyotning ushbu bosqichida harakat qonunlari, elektromagnetizm qonunlari va gravitatsiya qonunlari mavjudligi insoniyatga ma’lum edi.
Taxminan 1900-yillari modda nima ekanini tushun­tirib bera oladigan nazariya yaratildi. Bu moddaning elek­tron nazariyasi edi. Ushbu na­zariyaga binoan, atomlar ichida mayda zaryadlangan zarrachalar mavjud deb faraz qilindi. Ushbu nazariyaning taraqqiyoti elektronlar yadrolar atrofida harakatlanadi, degan tushunchaga olib keldi. Natijada atom kattaligi darajasida nima hodisalar bo‘layotganini tushunish uchun o‘sha davr fan olamida qabul qilingan sog‘lom fikrlashlardan qutulish zarurati tug‘ildi. Natijada 1926-yili elektronning modda ichidagi harakatini tushuntirib bera oladigan nazariya ishlab chiqildi. Bu nazariya “Kvant mexanikasi” deb nomlandi. «Kvant» so‘zi tabiatning sog‘lom fikrlash mumkin bo‘lmagan xususiyatiga taalluqli edi. Kvant mexanikasining yaratilishida va rivojlanishida M.Plank, L. De Broyl, E.Shryodinger, V.Geyzenberg, P.Dirak, N.Bor, V.Fok, M.Born, P.Erenfest kabi olimlarning ishlari muhim o‘rin tutadi. Bu olimlarning P.Erenfestdan bo‘lak barchasi insoniyat oldidagi buyuk xizmatlari uchun Nobel mukofotiga sazovor bo‘lishgan. Kvant mexanikasi nazariy kimyoning asosini tashkil qildi. Nobel mukofoti sovrindori Richard Fillips Feynman «Fundamental nazariy kimyo aslini olganda, fizikadir», degan edi. Kimyo haqida shu fikrni o‘z davrida yana bir Nobel mukofoti sohibi L. D. Landau ham aytgan bo‘lib, u yana «hozirgi zamon matematikasi bu aslini olganda na­zariy fizi­kadir», de­gan xulosani ham berib o‘tgan. Kvant mexanikasi insoniyatning ulkan yutug‘i bo‘lib, u kimyoni butkul va moddaning turli-tuman xususiyatlarini tushuntirib bera oldi. Lekin yorug‘lik hamda moddaning o‘zaro ta’siri masalasi hal bo‘lmay qolaverdi. YA’ni, Maksvellning elektr va magnetizm nazariyasini kvant mexanikasi prinsiplariga muvofiq qaytadan ishlab chiqish zarurati tug‘ildi. Nihoyat, 1929-yili qator buyuk fiziklar yorug‘lik va moddaning o‘zaro ta’siri nazariyasini yara­tishdi hamda unga «kvant elektrodinamikasi» deb vahimali nom ham berishdi. Kvant elektrodinamikasi yaratilishida M.Plank, A.Eynshteyn, P.Di­rak, V.Pauli, V.Geyzenberg, E.Fermining xizmatlari katta bo‘ldi. Kvant mexanikasi taraqqiyotiga ko‘p hissa qo‘shgan Eyn­shteyn hayotining oxirigacha ham ushbu nazariyaning ko‘p o‘rinlarini tan olmadi. Elektronlar yadro atrofida aylanib unga tushib ketmasligi haqidagi Bor nazariyasi yoritilgan maqolani o‘qiganida, u: «Agar buning barisi haqiqat bo‘lsa, fizika fan sifatida tugabdi», degan xulosasini aytgan paytlar ham bo‘lgan. Kvant elektrodinamikasida hisoblash muammosini 1948-yil I.J.Shvinger, S.Tomanago, R.Feynman hal qilib berishdi. Ular ham Nobel mukofoti sovrindorlari bo‘lishdi.
Kvant elektrodinamikasi yaratilganiga salkam 80 yil bo‘ldi. Ushbu yillar davomida bu nazariya qayta-qayta o‘ta ziyraklik bilan turli sharoitlarda tekshirildi. Insoni­yat ushbu nazariya va eksperimentlar natijasida biror-bir arzigulik tafovut yo‘qligi bilan mag‘rurlansa arziydi. Ushbu nazariya gravitatsiya va yadrolarning bir sathdan boshqa sathga o‘tishini xarakterlaydigan radioaktiv hodisalardan (yadro fizikasidan) boshqa fizik olamdagi barcha hodisalarni tushuntirib bera oladi. Fizika fani o‘zining butun taraqqiyoti davomida do­imo turli hodisalarni ro‘yob­ga chiqaruvchi yakdil sabablarni qidirib kelmoqda, o‘z atrofini birlashtirishga harakat qilmoqda.
Nemislarning mashhur fi­zik olimi German Ludvig Fernenand Gelmgols (1821—1894): «Borgan sari yangi dalillar ko‘payib murakkablashib borishi yangi fikrlarning rango-rang bo‘lib borishiga olib keladi va bu dunyoqarashlarning birlashmog‘iga nisbatan bo‘lgan chaqiriq amirona bo‘lishi tabiiydir», de­gan so‘zlari bilan fan taraqqiyotining asosiy intilish yo‘nalishini yoritib bergan. Hozirgi davrda olimlar barcha ma’lum o‘zaro fizik ta’sirlarni birlashtirishga urinmoqdalar. Elektromagnit, kuchsiz va kuchli o‘zaro ta’sirlarni fiziklar «Buyuk birlashish» deb nomlangan nazariya orqali birlashtirib, uchala o‘zaro ta’sir uchun ushbu nazariya orqa­li bir xil izoh berishmoqchi. Ushbu nazariya hali yakuniga yetgani yo‘q, lekin uning ber­gan ba’zi xulosalariga bino­an, proton 1030 — 1033 sekund vaqtdan keyin pozit­ron va neytral pi-mezon yoki neytrino va musbat pi-mezonlarga parchalanishi kerak. Bu xulosalar tajribalarda tekshirilmoqda va agarda tasdig‘ini topsa, nazariya to‘g‘ri yo‘lda, degan xulosaga kelinadi. Buyuk birlashish nazariya­si, to‘rtinchi o‘zaro ta’sir — gravitatsiyani birlashtirmaydi. Shu sababdan, qator nazariyachilar hozirgi davrda superbirlashish nazariyasi ustida ham ish olib borishmoqda. Bunda to‘rtala o‘zaro ta’sir — elektromagnit, kuchsiz, kuchli va gravitatsiya bir manzarani bergan bo‘lar edi, ya’ni, tabiatdagi barcha o‘zaro ta’sir, barcha kuchlar bir kuch, bir qudratning turlicha namoyon bo‘lishi, deb ham qarashimiz mum­kin bo‘lar edi…
Kvant elektrodinamikasi nazariyasi 1929-yili insoniyatga taqdim etgan bir muhim fizik konstanta (doimiy) haqidagi ma’lumot salkam 80 yildan beri fiziklarning boshini qotirib kelmoqda. Bu konstantani fiziklar «aloqa konstantasi» deb nomlashib, lotincha «ye» harfi bilan belgilashgan. Bu konstanta real elektron real fotonni yutishi yoki chiqarishi kattaligini (amplitudasini) bildiradi. O‘tkazilgan tajriblarga muvofiq «ye» ning son miqdori «0.08542455» ga teng. Odatda fiziklar ushbu sonning teskari qiymati kvadratiga teng bo‘lgan 137,03597 sonidan foydalanishadi. Fi­zika qonunlarini ifodalash uchun fizik kattaliklar o‘rtasidagi o‘zaro matematik munosabatlarni beruvchi tenglamalardan foydalaniladi. Ko‘pincha shunday tenglamalarga o‘zgarmas son ko‘rinishida bo‘lgan fizik konstantalar kiritilgan bo‘ladi. Masalan, butun olam tortishish qonunidagi gravitatsiya doimiysi, issiqlik balansi tenglamasidagi solishtirma issiqlik sig‘imi, jism massasi va uning to‘liq energiyasini bog‘lab turuvchi Eynshteyn formulasidagi yorug‘lik tezligi shular jumlasidandir. Ko‘pgina fi­zik doimiylar shartli ravishda shu nom bilan atalgan bo‘la­di. Haqiqatan ham, suv o‘rniga spirt qizdirilsa, is­siqlik sig‘imining boshqa miqdoridan foydalanishga to‘g‘ri keladi. Ishqalanish koeffitsiyenti, solishtirma qarshilik, zichlik va hokazolar mana shunday «nisbiy» doimiylarga kiradi. Shu bilan birga, o‘z qiymatini o‘zgartirmaydigan konstantalar ham mavjud. Bunday universal konstantalarga gravitatsiya doimiysi, elektr zaryadi, yorug‘likning vakuumda tarqalish tezligi kiradi. Universalligi sababli bunday konstantalar olamiy yoki fundamental doimiylar deyiladi. Mana shunday fundamental doimiylar ichidagi eng asillaridan biri «ye» konstantasi hisoblanadi.
Olamdagi barcha o‘zini hurmat qiladigan fizik nazariyachilar kabinetlari devorida ushbu “137” soni har kimga ko‘rinadigan qilib yozib qo‘yilgan va ular doimo bo‘sh qoldi deguncha ushbu son ustida bosh qotirishadi.
Biz uchun fizika sohasidagi Nyutonning tortishish nazariyasi xuddi «ikkini ikkiga» ko‘paytirish kabi ayondir, lekin biror bir fizikaviy hodisa bo‘yicha gravitatsiya kabi fizik xodisa haqida ko‘p narsa ma’lum va shu bilan birga noma’lum emas.
Biz doimo gravitatsiyaning o‘zimizga ta’sirini boshdan kechirib turamiz. Lekin uning tabiati shu paytgacha ham insoniyatga noma’lumligicha qolmoqda. Olimlar hozirgi kunlarda ham gravitatsiya favquloda hodisasi sirini topish yo‘lida betinim urinishmoqda. Masalan, gravitonlar — massasi bo‘lmagan va gravitatsiya ta’sirini xuddi elektromag­nit ta’sirni uzatuvchi fotonlar kabi uzatuvchi gravitatsiya zarrachalari mavjudmi? Bunday zarrachalar shu paytgacha ham topilgani yo‘q. Kvant gra­vitatsiya nazariyasi bizda shakllangan olam tuzilishi haqidagi nazariyani siqib chiqara olarmikan?..
Elementar zarrachalar fizikasida ko‘p narsalar Xiggs-Bozon kabi faraziy zarrachalarga bog‘liq bo‘lib qolyapti. Faraz qilinishicha, mana shu tasavvurdagi zarrachalar elementar zarrachalarga massa ulashadi. Lekin hozircha ushbu zarrachalarni izlash bo‘yicha barcha urinishlar besamar qolmoqda. 2007-yili Yevropa yadro izlanishlari markazida yangi kollayder (SERN)ning ishga tushirilishi natijasida ushbu tutib bo‘lmas zarrachalarning topilishiga olimlar katta umid bog‘lashgan. Balki ushbu zarrachalar topilganidan so‘ng elementar zarrachalarning yangi qatori — supersimmetrik zarrachalar kashf qilinsa, ajab emas, degan qarashlar bor. Olimlar faraz qilishicha, bizga ma’lum barcha zarrachalarning o‘ziga o‘xshashi mavjud. Ushbu o‘xshashliklarning kashf qilinishi zamonaviy fizikaning navbatdagi g‘alabasi bo‘lardi. Hozirning o‘zida supersimmetrik zarrachalar ega bo‘lishi mumkin bo‘lgan ba’zi xususiyatlar haqida ma’lumotlar bor.
Yorug‘lik manbai harakatdami yoki qo‘zgalmasmi, baribir yorug‘lik tezligi doimo bir xil. Bu taajjubli holat, albatta. Sog‘lom aqlga zid bo‘lgan fikr ustidagi ushbu mulohazalar Eynshteynga 1905-yili maxsus nisbiylik nazariyasini yaratishida juda qo‘l keldi. O‘shandan beri son-sanoqsiz tajribalar ushbu gipotezaning haq ekaninigina tasdiqlab kelmoqda. Shunga qaramay, oxirgi yillarda olimlar «yorug‘lik tezligidan kat­ta bo‘lgan tezlikda axborot uzatish mumkinmikan?» de­gan masala ustida bosh qotirib kelmoqdalar. Balki XXI asrda olimlarning izlanishlari yorug‘lik tezligidan katta tezlikda harakatlana olishi mumkin deb hisoblanayotgan va «Taxion» deb nomlangan faraziy zarrachalarni topishga imkoniyatlar ochib berar. Ba’zi nazariy farazlarga ko‘ra, taxionlar olami bizning olamga «parallel» joylashgan, degan xayoliy qarashlar ham bor.
Nisbiylik nazari­yasi paydo bo‘lganidan so‘ng biz vaqt fenomenining naqadar murakkab va sirli ekanini tobora yaqqolroq tushunib boryapmiz. Eynshteyn formulasiga ko‘ra odam qanchalik tez harakatlansa, uning uchun vaqt shunchalik sekin o‘tib boradi. Quvvatli gravitatsiya manbalari ham vaqt o‘tishini sekinlashtiradi. Ushbu ikki gipoteza ham tajribalarda o‘z tasdig‘ini topgan.
Biz olamning bir chekkasidan urvoqcha yerinigina kuzatib turibmiz xolos va shuning uchun ham bizlarning vaqt haqidagi tasavvurlarimiz o‘ta soddadir. Olam esa ulkan va cheksizdir. Quyidagi savollar kishining ko‘nglidan o‘tmasdan iloji yo‘q:
Nega endi vaqt faqat bir yo‘nalishdagina oqadi? Nega u bizlarga qaytmas bo‘lib tuyuladi? Tabiatni tavsiflovchi fi­zikaning asosiy qonunlari vaqtga nisbatan invariant-ku, axir? Mikroolam va makro olam o‘rtasidagi chegara qayerdan o‘tadi?
Hozirgi paytda o‘zini kvant olami qonunlariga bo‘ysunishi bilan hammani hayratga solayotgan makroobyektlar olimlarni juda ham qiziqtiryapti. Bunga misol qilib Boze-Eynshteyn kondensatini mi­sol qilib ko‘rsatishimiz mumkin. Boze-Eynshteyn kondensatida millionlab atomlardan tashkil topgan ushoqdek kichik bulut o‘zini bir butun atomdek tutyapti. Shu paytgacha materiyaning to‘rt xil — gaz, suyuq, qattiq va plazma ko‘rinishlarda bo‘lishi haqida insoniyat ma’lumotga ega edi. Boze-Eyn­shteyn kondensatining tajribada olinishi esa materiyaning beshinchi ko‘rinishi ham olamda mavjud ekanidan dalolat berib turibdi.
Ushbu hodisa haqida 1924-yili hind fizigi Shatendranat Bozening hisob-kitoblarini tahlil qilib, Albert Eynshteyn ilm ahliga o‘z axborotini ma’lum qilgan edi. Ushbu kondensat ko‘p o‘rinlarda, masalan, kvant kompyuterlari elementi sifatida ishlatilishi mumkinligi ehtimoli borligi bilan ham katta ahamiyatga ega bo‘lyapti. 2005-yili Amerika olimlari Roy Glauber va Jon Xollning Boze-Eynshteyn kondensati xususiyatlarini, aniqrog‘i, la­zer spektroskopiyasi bilan bog‘liq hodisalarini o‘rganishlar Nobel mukofoti bi­lan taqdirlanishi ushbu kondensatning o‘rganilishi ahamiyati naqadar katta ekani­dan dalolat berib turibdi. Boze-Eynshteyn kondensati kashfiyotchilaridan biri, 2001-yilning Nobel mukofo­ti sovrindori Volfgang Ketterle kondensatdan bo‘lakchalarni «burdalab» olish mumkinligini ko‘rsatib o‘tgan edi. Bu degani atom lazerini qurish, ya’ni, yorug‘likni nurlantiruvchi lazerni emas, moddani nurlantiruvchi lazerlarni yasashga erishish mumkin deganidir. Bunday lazerlar bilan nanometr aniqlikdagi o‘ta ki­chik tuzilmalarni yasash mum­kin bo‘ladi. Bu kashfiyot nanotexnologiya olamida sezilarli siljishlar bo‘lishiga olib keldi. Alohida atomlar usti­da manipulatsiya qilish uchun atom lazerlari hozirgi paytdagi eng aniq metoddir. Ushbu kashfiyot asosida nanotexnologiya katta ravon yo‘lning boshiga chiqib oldi, degan xulosani aytishimiz mumkin. Materiyaning oltinchi ko‘rinishi Fermion kondensatlari haqidagi maqolalar ham ora-sira ko‘zga tashlanib turibdi.
Havoda, suyuqliklarda bo‘luvchi o‘rama hodisalar fi­zika fanida bir og‘iz so‘z bi­lan «turbulentlik hodisasi» deb ataladi va bu haqda ham shu paytgacha aniq hisob-kitoblar keltirilmagan. Texnikaning turli yo‘nalishlari taraqqiyotidagi jadal rivojlanishlar ushbu hodisaning tatbiqi va sabablarini o‘rganish ustida ham fiziklarning yanayam jiddiyroq bosh qotirishini taqozo etadi.
Qattiq jismlardagi magne­tizm va o‘ta o‘tkazuvchanlik hodisalari hanuzgacha insoniyatga o‘zining tabiatini to‘laligicha ochib bergani yo‘q. O‘tgan asrning buyuk fizigi Dirakning, olamda magnit zarrachalari (Dirak manopoliyalari) mavjud bo‘lishi kerak, deb aytgan so‘zi hanuzgacha insoniyat qulog‘i ostida jaranglab turibdi. Ushbu zarra­chalar mavjudmi yoki yo‘qmi — bu masala ham insoniyat oldida jumboqligicha qolib kelmok­da. Ba’zi qattiq jismlar elektr qarshiligini yo‘qotish tabiatining nazariyasi hanuzgacha ma’lum emas. Agarda na­zariya yo‘q bo‘lsa, qanday qilib ideal o‘ta o‘tkazuvchan materiallarni olish mumkin bo‘larkin? Balki ushbu masala yoritilishida nanotexnologiya o‘zining salmoqli hissasini qo‘shar?
Shunday kilib, 1961-yili taklif qilingan Olam modeli umumiy modelning xususiy bir ko‘rinishigina bo‘lib qoladigan ko‘rinadi. Chunki odatdagi standart model ko‘plab savollarga qoniqarli javob bera olmayapti. Ushbu model o‘zining ichki uyg‘unligiga va simmetriyasiga ega bo‘lmay qolyapti. U model nega ko‘pgina ele­mentar zarrachalar massaga ega ekanini tushuntirishga ojizlik qilib qolmoqda. Bundan tashqari, nega tabiatda bir-biridan ta’sir qilish ko‘rinishi bilan tubdan farq qiluvchi bir nechta o‘zaro ta’sirlar mavjud?
XX asrdan XXI asrga o‘tgan fizika oldidagi yana bir jumboq — zamona­viy fizikaning ikki ustuni — kvant mexanikasi bilan umumiy nisbiylik nazariyasining ko‘p o‘rinlardagi nomuvofiqligidir.
Olamning tanho formulasiga ega bo‘lish fiziklarning azaliy orzusidir.
Biz tabiat tomonidan XXI asr fiziklari oldiga qo‘ygan o‘ntacha sarkash jumboqlar­ haqida qisqacha to‘xtalib o‘tdik. Biz bunday fikrlarimiz doirasini yana bemalol davom ettirib boraverishimiz mumkin. Lekin fikrimiz rivojiga shu yerda nuqta qo‘yishga qaror qildik. Ushbu fikrimiz doirasini Fanlar Akademiyasi va oliy o‘quv yurtlarining olimlari respublikamizning bar­cha maktablari, litseylari va kolejlari o‘quvchilari bilan muntazam uchrashuvlar o‘tkazib, ularda bo‘ladigan ma’ruza va muzokaralarida ushbu maqola mazmunini yanayam boyitib, ko‘p o‘rinlarda aniqliklar kiritib borishadi, deb umid qilamiz.