Atama o'rganiladigan o'quv birliklari Polimer nanokompozitlari30 min. KimyoMakromolekulyar kimyoPolimerlar

fizik nazariya jismoniy hodisalarning modeli. Uning bashoratlari empirik kuzatuvlar bilan qay darajada muvofiqlashishi bilan baholanadi. Jismoniy nazariyaning sifati, shuningdek, yangi kuzatishlar bilan tasdiqlanishi mumkin bo'lgan yangi bashorat qilish qobiliyatiga qarab baholanadi. Jismoniy nazariya a dan farq qiladi matematik teorema bunda ikkalasi ham ba'zi bir shakllarga asoslangan aksiomalar, matematik jihatdan tatbiq etish har qanday eksperimental natijalar bilan kelishuvga asoslanmagan.^[3][4] Jismoniy nazariya xuddi shunga o'xshash tarzda farq qiladi matematik nazariya, "nazariya" so'zi matematik jihatdan boshqacha ma'noga ega degan ma'noda.^[b]
Uchun tenglamalar Eynshteyn kollektori, ishlatilgan umumiy nisbiylik egriligini tasvirlash uchun bo'sh vaqt
Jismoniy nazariya turli xil o'lchovlar miqdori o'rtasidagi bir yoki bir nechta munosabatlarni o'z ichiga oladi. Arximed kema suv massasini siljitib suzib yurishini tushundi, Pifagoralar a uzunligi orasidagi munosabatni tushundi tebranish tor va u yaratadigan musiqiy ohang.^[5][6] Boshqa misollarga quyidagilar kiradi entropiya pozitsiyalarga nisbatan noaniqlik o'lchovi sifatida va harakatlar ko'rinmas zarralar va kvant mexanik degan fikr (harakat va) energiya doimiy o'zgaruvchan emas.
Nazariy fizika bir necha xil yondashuvlardan iborat. Ushbu munosabatda, nazariy zarralar fizikasi yaxshi namunani shakllantiradi. Masalan; misol uchun: "fenomenologlar"ishga olishi mumkin (yarim) empirik formulalar va evristika eksperimental natijalar bilan tez-tez rozi bo'lish chuqur jismoniy tushunchasiz.^[c] "Modelerlar" (ularni "model quruvchilar" ham deyishadi) ko'pincha fenomenologlarga o'xshab ko'rinadi, ammo ba'zi kerakli xususiyatlarga ega bo'lgan spekulyativ nazariyalarni modellashtirishga harakat qilishadi (eksperimental ma'lumotlarga emas) yoki matematik modellashtirish fizika muammolariga.^[d] Ba'zilar taxminiy nazariyalarni yaratishga harakat qilishadi samarali nazariyalar, chunki to'liq ishlab chiqilgan nazariyalar hal qilinmaydigan yoki sifatida qabul qilinishi mumkin juda murakkab. Boshqa nazariyotchilar bunga urinishlari mumkin birlashtirmoq, mavjud nazariyalarni rasmiylashtirish, qayta talqin qilish yoki umumlashtirish yoki umuman yangilarini yaratish.^[e] Ba'zan sof matematik tizimlar tomonidan taqdim etilgan tasavvur fizik tizimni qanday modellashtirish mumkinligi haqida ma'lumot beradi;^[f] Masalan, tufayli tushunchasi Riemann va boshqalar, bu bo'sh joy o'zi egri bo'lishi mumkin. Hisoblash tekshiruviga muhtoj bo'lgan nazariy muammolar ko'pincha tashvishlantiradi hisoblash fizikasi.
Nazariy yutuqlar eski, noto'g'riligini chetga surishdan iborat bo'lishi mumkin paradigmalar (masalan, Ater nazariyasi yorug'lik tarqalishi, kaloriya nazariyasi rivojlanayotgan issiqlikdan iborat yonish phlogistonyoki astronomik jismlar Yer atrofida aylanmoqda) yoki aniqroq yoki kengroq qo'llanilishi mumkin bo'lgan javoblarni beradigan muqobil model bo'lishi mumkin. Ikkinchi holatda, a yozishmalar printsipi ni tiklash uchun talab qilinadi ilgari ma'lum bo'lgan natija.^[7][8] Ba'zida, yutuqlar turli yo'llar bilan davom etishi mumkin. Masalan, mohiyatan to'g'ri nazariya ba'zi kontseptual yoki daliliy qayta ko'rib chiqishga muhtoj bo'lishi mumkin; atom nazariyasi, birinchi ming yil oldin postulyatsiya qilingan (tomonidan Yunoniston va Hindistondagi bir necha mutafakkirlar) va ikki suyuqlik nazariyasi elektr energiyasi^[9] bu erda ikkita holat. Biroq, yuqorida aytib o'tilganlarning barchasi uchun istisno to'lqin-zarracha ikkilik, turli xil, qarama-qarshi modellarning jihatlarini birlashtirgan nazariya Borni to'ldirish printsipi.

Matematika va fizika o'rtasidagi bog'liqlik
Jismoniy nazariyalar, agar ular to'g'ri bashorat qila olsalar va noto'g'ri (yoki ozgina) noto'g'ri bo'lsa, qabul qilinadi. Nazariya, hech bo'lmaganda ikkinchi darajali maqsad sifatida, ma'lum bir iqtisod va nafislikka ega bo'lishi kerak (bilan taqqoslang matematik go'zallik), ba'zan "deb nomlangan tushunchaOkkamning ustara"XIII asr ingliz faylasufidan keyin Okkam Uilyam (yoki Okham), bunda bir xil masalani tavsiflovchi ikkita nazariyaning eng soddasi shunchaki etarlicha afzal ko'riladi (lekin kontseptual soddalik matematik murakkablikni anglatishi mumkin).^[10] Agar ular keng ko'lamli hodisalarni bir-biriga bog'lab tursalar, ularni qabul qilish ehtimoli ko'proq. Nazariyaning natijalarini sinash ilmiy uslub.
Jismoniy nazariyalarni uchta toifaga ajratish mumkin: asosiy nazariyalar, taklif qilingan nazariyalar va chekka nazariyalar.
Tarix
Qo'shimcha ma'lumotlar: Fizika tarixi
Nazariy fizika kamida 2300 yil oldin boshlangan Prekokratik falsafava davom etdi Aflotun va Aristotel, uning qarashlari ming yilliklar davomida saqlanib qolgan. Ko'tarilish davrida o'rta asr universitetlari, faqat tan olingan intellektual intizomlar etti kishi edi liberal san'at ning Trivium kabi grammatika, mantiqva ritorika va Kvadrivium kabi arifmetik, geometriya, musiqa va astronomiya. Davomida O'rta yosh va Uyg'onish davri, tushunchasi eksperimental fan, qarshi nuqta kabi nazariyalar bilan boshlandi Ibn al-Xaysam va Frensis Bekon. Sifatida Ilmiy inqilob yig'ilgan sur'at, tushunchalari materiya, energiya, makon, vaqt va nedensellik bugungi kunda biz bilgan shaklni asta-sekin egallay boshladi va boshqa fanlar rubrikadan ajralib chiqdi tabiiy falsafa. Shunday qilib zamonaviy nazariya davri Kopernik paradigma astronomiyada o'zgarishi, tez orada Yoxannes Keplerning puxta kuzatishlarini sarhisob qilgan sayyora orbitalari uchun ifodalari Tycho Brahe; bu odamlarning asarlari (Galiley bilan bir qatorda) ilmiy inqilobni tashkil qilishi mumkin.
Zamonaviy tushuntirish tushunchasi tomon katta surish boshlandi Galiley, oz sonlaridan biri fiziklar u ham mukammal nazariyachi va ham buyuk edi eksperimentalist. The analitik geometriya va mexanikasi Dekart tarkibiga kiritilgan hisob-kitob va mexanika ning Isaak Nyuton, eng yuqori darajadagi boshqa nazariyotchi / eksperimentalist, Principia Mathematica-ni yozish.^[11] Unda Kopernik, Galiley va Kepler asarlarining katta sintezi mavjud edi; 20-asrning boshlariga qadar dunyoqarash sifatida saqlanib kelgan Nyutonning mexanika va tortishish nazariyalari. Bir vaqtning o'zida optikada (xususan, rang nazariyasi va qadimiy ilm-fan sohasida ham) yutuqlarga erishildi geometrik optikasi), Nyuton, Dekart va gollandiyaliklar Snell va Gyuygens iltifotlari bilan. 18-19 asrlarda Jozef-Lui Lagranj, Leonhard Eyler va Uilyam Rovan Xemilton klassik mexanika nazariyasini ancha kengaytiradi.^[12] Ular interfaol aralashuvni oldilar matematika va fizika ikki ming yil oldin Pifagor tomonidan boshlangan.
19 va 20-asrlarning buyuk kontseptual yutuqlari qatoriga g'oyaning mustahkamlanishi kiradi energiya (shuningdek, uning global muhofazasi) qo'shilishi bilan issiqlik, elektr va magnetizm, undan keyin yorug'lik. The termodinamikaning qonunlari, va eng muhimi singular kontseptsiyasini joriy etish entropiya moddaning xususiyatlari uchun makroskopik tushuntirish bera boshladi. Statistik mexanika (dan so'ng statistik fizika va Kvant statistikasi mexanikasi) 19-asr oxirida termodinamikaning bir bo'lagi sifatida paydo bo'ldi. XIX asrdagi yana bir muhim voqea - bu kashfiyot edi elektromagnit nazariya, elektr, magnetizm va yorug'likning ilgari ajralib chiqqan hodisalarini birlashtirgan.

Ning ustunlari zamonaviy fizikava, ehtimol, fizika tarixidagi eng inqilobiy nazariyalar bo'lgan nisbiylik nazariyasi va kvant mexanikasi. Nyuton mexanikasi maxsus nisbiylik va Nyutonnikiga bo'ysundirildi tortishish kuchi berilgan kinematik tomonidan tushuntirish umumiy nisbiylik. Kvant mexanikasi tushunishga olib keldi qora tanli nurlanish (bu haqiqatan ham nazariya uchun asl turtki bo'lgan) va undagi anomaliyalar maxsus issiqlik ning qattiq moddalar - nihoyat. Ning ichki tuzilmalarini tushunishga atomlar va molekulalar. Kvant mexanikasi tez orada formulaga yo'l qo'ydi kvant maydon nazariyasi (QFT), 1920 yillarning oxirlarida boshlangan. Ikkinchi Jahon Urushidan so'ng, ko'proq yutuqlar QFTga qiziqish uyg'otdi, bu dastlabki harakatlardan beri to'xtab qoldi. Xuddi shu davrda supero'tkazuvchanlik va fazali o'tish muammolariga qarshi yangi hujumlar, shuningdek QFTning nazariy quyultirilgan moddalar sohasidagi birinchi qo'llanmalari kuzatildi. 1960-70-yillarda formulalar ko'rildi Zarralar fizikasining standart modeli quyultirilgan moddalar fizikasida QFT va yutuqlardan foydalanish (nazariy supero'tkazuvchanlik asoslari va tanqidiy hodisalar, Boshqalar orasida) ga nisbatan nisbiylik qo'llanmalariga parallel ravishda astronomiya muammolari va navbati bilan kosmologiya.

Bu yutuqlarning barchasi nazariy fizikaga tajribalar taklif qilish uchun ham, natijalarni mustahkamlash uchun ham harakat qiluvchi kuch sifatida bog'liq edi - ko'pincha mavjud matematikani mohirona qo'llash orqali yoki Dekart va Nyutonda bo'lgani kabi (bilan Leybnits), yangi matematikani ixtiro qilish orqali. Furye issiqlik o'tkazuvchanligini o'rganish matematikaning yangi bo'limiga olib keldi: cheksiz, ortogonal qatorlar.^[13]
Zamonaviy nazariy fizika nazariyalarni birlashtirishga va hodisalarni tushunishga keyingi urinishlarda tushuntirishga harakat qilmoqda Koinot, dan kosmologik uchun elementar zarracha o'lchov Eksperiment o'tkazib bo'lmaydigan joylarda nazariy fizika hali ham matematik modellardan foydalanish orqali rivojlanishga intiladi.
Tabiatning barcha hodisalari (ko‘rinishlari) bir-biri bilan chambarchas bog‘liq bo‘lsa ham, inson ularni ma’lum bir tomondan o‘rganishga intiladi. Shuning uchun ham har qanday fan maxsus atamalar va tushunchalar tizimlariga ega, ularga o‘z ma’nosi beriladi. Bir ob’ektning o‘zi, masalan. “o‘quvchi” turli mutaxassislarda – vrach, psixolog (ruxshunos) yoki o‘qituvchilarda – turlicha kasbiy qiziqish uyg‘otadi.
Vrach uchun, dastavval, “o‘quvchi” quyidagi tushunchalar bilan aniqlanadi: og‘irligi, bo‘yining uzunligi, qon guruhi, u yoki bu kasalliklar mavjudligi, ruxshunos esa uning fikrlash turini yoki o‘z-o‘ziga baho berishini aniqlashga harakat qiladi. Matematika o‘qituvchisi esa o‘quvchini vazifani yaxshi bajarmasa uni qon guruhi yoki o‘z-o‘ziga bergan bahosi emas, berilgan mavzuni u qanday o‘zlashtirganligi, olingan bilimlarining chuqurligi va darsda o‘zini qanday tutishi nuqtai nazaridan baholaydi.
O‘quvchi ruxshunos yoki vrach xuzurida, matematika darsida qanday bo‘lsa o‘shanday qolgan bo‘lsa ham, lekin uni turli nuqtai nazarlardan “o‘rganish” mumkinligini ko‘rishimiz mumkin. Bu mulohaza barcha boshqa sohalar uchun ham adolatli. Shunga ko‘ra, tabiat hodisalari ham fizik, kimyogar yoki biolog uchun turli ko‘rinishlarda aks etadi.
Endi bizni qiziqtirayotgan “nanotexnologiya”larga qaytsak ham bo‘ladi. “Nanotexnologiya” so‘zining o‘zida 2 ta atamani “nano” va “texnologiya” terminlarini ko‘ramiz. Avval ikkinchi tushunchani aniqlab olaylik.
Ensiklopedik lug‘atda “texnologiya” so‘zi quyidagicha tavsiflangan: u yunoncha “techne” – “san’at”, “mahorat” va “bilish” + “logos” – “fan” qo‘shma so‘z
bo‘lib, biror bir mahsulot ishlab chiqarishdagi ishlov berish, tayyorlashni, holati xossasini, shaklini o‘zgartirish jarayonlarining umumlashgan uslubini bildiradi.
Texnologiyaning vazifasi – tabiat qonunlaridan inson manfaati uchun foydalanishdir. “Mashinasozlik texnologiyasi”, “suvni kimyoviy tozalash texnologiyasi”, “informatsion texnologiyalar” va boshqalar mavjud.
Ko‘rinib turibdiki, texnologiyalar boshlang‘ich xom ashyoning tabiatiga ko‘ra bir-biridan ajralib turadi. Metal (temir) tuzilmalar va informatsiya (ma’lumot) orasidagi kuchli farqlanishlar ularga ishlov berish va o‘zgartirish uslublaridagi farqlarni belgilab beradi.
Texnologiyalarni sanab o‘tganimizda “yuqori texnologiyalar” degan tushunchani esga olmaslik mumkin emas. Ularning mag‘zi nima ekanligini bir o‘ylab ko‘raylik? Yuqori texnologiyalar deb nisbatan yaqinda paydo bo‘lgan, hamma joyda tarqalib ulgurmagan samarali bo‘lgan texnologiyalarni tushunishga o‘rganib qolganmiz. Bu texnologiyalar asosan mikroelektronika sohasiga oid bo‘lib, asbob-uskunalarning juda kichik o‘lchami bilan bog‘liq.
Minglab yillar avval ota-bobolarimiz trillionta atomlarga ega bo‘lgan toshlarni olib, ulardan milliard, trillionta atomlarga ega bo‘lgan qatlamlarini yo‘nib, kamon o‘qlarining o‘tkir uchlarini tayyorlashgan. Ular qiyin bo‘lgan ishlarni juda ustalik bilan bajarishgan. O‘sha uzoq vaqtlarda toshlarni bunday yo‘nish usulini o‘ylab topgan odam uni yuqori texnologiya deb ataganda xato qilmagan bo‘lardi. Masalan, 15-20 yil avval uyali telefonlarni “high-tech” turdagi uskunalar deb hisoblangan. Hozirda esa “mobil telefoni” bilan hech kimni hayron qoldira olmaysan.
Shuning uchun ham jamiyat rivojlanishi bosqichida unga oid bo‘lgan barcha ilg‘or texnologiyalarni “yuqori texnologiyalar” deb atash joiz bo‘lsa kerak.
Endi “nanotexnologiya” tushunchasining o‘ziga ta’rif beramiz.
Nano qo‘shimchasi (yunon “nannos” – “mitti”) u yoki bu birlikning, bizning xolatda metrning, milliarddan bir (10^-9) bo‘lagini (nanometr- nm)ni anglatadi. Atomlar va juda mayda molekulalar 1 nanometr tartibdagi o‘lchamga ega.
Ingichka sochning o‘ndan bir qalinligi o‘lchamidagi tarkiblovchili zamonaviy mikrosxemalar chaqmoq tosh yo‘nuvchilar standartlarida kichkina deb hisoblanishi mumkin, ammo trillionlab atomlarga ega tranzistorlarning har biri va mikrochiplar hamon oddiy ko‘z bilan ko‘riladi.
Toshga qo‘lda ishlov berishdan boshlab to kremniyli chiplar tayyorlashgacha kuzatish mumkin bo‘lgan texnologiyalar atom va molekulalarning katta birikmalaridan tashkil topgan xom-ashyodan foydalanadi. Bu yo‘nalishni “balk- texnologiya” (ing. “bulk” – to‘p-to‘p, to‘plangan) deb atash mumkin.
Nanotexnologiya har bir atom va molekulalar bilan juda aniqlik bilan ishlashi lozim. U dunyoni biz xayolimizga keltiraolmaydigan darajada o‘zgartirib yuborishi mumkin.
Atom – (grek. “atomos” – “bo‘linmas”) – kimyoviy elementning juda mayda zarrachasi bo‘lib, boshqa atomlar bilan birlashib murakkab birikmalarni – molekulalarni hosil qila oladi.
E’tibor bersangiz “atom” so‘zining so‘zma-so‘z tarjima qilinishi noto‘g‘ridir va haqiqatdan atom zaryadlangan yadro va manfiy zaryadlangan elektronlardan tashkil topgan. Ammo bu so‘zni qadimgi grek faylasufi Demokrit o‘ylab topgan va hamma undan foydalanishga o‘rganib qolgan.