Fizika taraqqiyoti tarixi solnomasi (1900-2015)”

1.2. Kvant fizikasining rivojlanishi

Plankning kvant shartlari klassik fizikadagi to’lqinli optika ta`limotini tebratib quydi. Bol’tsman va Gibsni energiyaning erkinlik darajasi bo’yicha tekis taqsimlanish qonunini to’g’riligini ham shubhalidek ekanligini ko’rsatdi. Reley Djins formulasi tajriba natijalari bo’yicha to’g’ri kelmadi. SHu davrda fiziklar, Plank ham kvant gipotezasini vaqtinchalik (fenomen) hodisa deb o’ylar edilar.

E ynshteyn o’zining “YOrug’likning hosil bo’lishi va aylanishiga tegishli evristik nuqtai nazar” degan maqolasida fotoeffekt hodisasini .

(1.2.1)

formula orqali, fotonlar soni nurlanish energiyasini energiya kvanti ga bo’linganiga teng deb tushuntiradi, Broun harakatini muhitdagi zichlik va bosimni o’zgarib turishida fluktuatsion jarayon bo’lishidan kelib chiqadi, deb tushuntiradi. eynshteyn past temperaturalarda qattiq jismlarning issiqlik sig’imi , ya`ni S qiymati ga teskari proportsional ekanligini ko’rsatdi. Nernst, eynshteyn formulasini tajribada sifat o’zgarishini to’g’ri ifodalasada miqdoriy o’zgarishni noto’g’ri ifodalaydi deb ko’rsatdi. eynshteyn zarrachalarni ostsilyator deb olganida, ostsilyatorlarni o’zaro ta`sirini hisobga olib formulasiga tuzatma kiritdi va bu to’g’ri formulaga aylandi. Debay (1864-1941) juda kichik temperaturada issiqlik sig’imi temperaturaning uchinchi darajasiga proportsional bo’lishini ko’rsatdi. M. Born va Karman ham shu natijani, diskret kristall panjara uchun hosil qildilar.

Bu ilmiy tekshirishlardan keyin bo’lganida panjara “nolinchi energiya”ga ega bo’ladi. Bu nolinchi energiya ga teng deb qabul qildilar. Bu “nolinchi energiya” mavzusida qattiq bahslar bo’ldi. Bu bahslar oxiri “kvant mexanikasining paydo bo’lishi” va rivojlanishi bilan nihoyasiga etdi.

1911 yilda o’tkazilgan fizik va ximiklar kongressi kvant nazariyasiga bag’ishlanadi. Bunda Lorents, klassik fizika ta`limoti, albatta noto’g’ri deb hisoblangan Reley-Djins qonuniga olib keladi, deb tushuntirdi. SHu kongressda Plank “fazaviy tekislik” tushunchasini kiritib bu tekislikda chiziqli ostsilyator (tebrangich)ning holati impul’s R va siljish Q orqali aniqlanadigan nuqta bilan tasvirlanadi. Ostsilyator harakati vaqtida bu nuqta yopiq chiziq - fazaviy traektoriyani chizadi deb tushuntiradi. Plank ko’rsatdiki fazaviy integral

(1.2.2)

shartini bajaradigan hollarda fazaviy traektoriyalar bo’lishi mumkin.

Bu (2) ga asoslanib, N. Bor 1913 yilda kvant nazariyasini vodorod spektrini hisoblashga tadbiq etib, birinchi marta spektral nurlanish qonunlarini nazariy asoslarini ishlab chiqdi. N. Bor nazariyasi bo’yicha olingan natijalar Bal’mer, Ridberg va Ritts kuzatgan spektr chiziqlarini to’g’ri ifodaladi.

Rentgen nurlari, radioaktivlik hodisasini kashfiyoti va elektronning ochilishi (1895-1897) atom fizikasi davrini boshlab berdi. 1815 yilda Uil’yam Praut (1785-1850) hamma atomlar vodorod atomidan tuzilgan, degan gipotezani bergan edi. Demak, atom murakkab tuzilgan degan g’oya paydo bo’ldi. Bu g’oya 1869 yilda D.I. Mendeleevning elementlarning davriy sistemasini tuzganidan keyin yana rivojlatirildi va keyinchalik tasdiqlandi. D.I. Mendeleev avvaldan bashorat qilgan № 31 nomerli Galliy, № 21 li Skandiy, № 32 li Germaniy elementlari ochildi.

Atomlarning ichki tuzilishi va D.I. Mendeleev elementlar davriy jadvali mohiyatiga fizikaviy talqin berildi. Bu haqida D.I. Mendeleevning o’zi atomlar kimyoda bo’linmas zarracha deb uqtirgan edi. Fizik olimlar nurlanish hodisalarini o’rganib, ul’trabinafsha va infraqizil oralig’idan yana quyidagi nurlarni ro’yxatga qo’shdilar:

1. 
   Katod nurlari ( Kruks, 1879, Gittorf, 1889)
   
2. 
   Kanalli nurlar (Gol’dshteyn, 1886)
   
3. 
   Rentgen nurlari (Rentgen, 1895)
   
4. 
   Radioaktiv nurlar (Bekkerel’, 1896).
   

Katod nurlari elektrondan iboratligi, kanalli nurlar musbat zaryadlangan zarrachalar ekanligi aniqlandi va bu nurlar uchun solishtirma zaryadlar aniqlandi. A. Zommerfel’d rentgen nurlarini impul’sini eni sm ekanligini aniqladi va rentgen nurlari to’lqin ekanligi aniq bo’ldi. Rentgen nurlari bilan tajriba o’tkazib 1920 yilda Plank doimiysi H ni aniqlandi. Kyuri radioaktivlik atamasini kiritdi, bu hodisa Bekkerl’ tomonidan ochilgan. Rezerford 1900 yilda va nurlarini, P. Villard nurlarini ochdilar, radioaktiv emirilish qonuni ochildi, radioaktivlik hodisasidan yangi elementlar: poloniy, radiy va aktiniy (M. Kyuri va uning eri P. Kyuri 1898-1899 yillarda) elementlari topildi. Atomlarning ichki energiyalari bo’lganligidan , , emirilishlarda issiqlik ajraladi deb Rezerford va Soddi tushuntirdilar. Izotop tushunchasi kiritildi. Kruks 1903 yilda spektroskopni, Geyger 1910 yilda Geyger hisoblagichini (schyotchigini) ixtiro qildi. Bu vaqtda-Rezerford 1906 yilda zarrachalar moddadan keskin sochilishini kashf qilgan edi. Geyger har 8000 ta zarracha platinadan o’tganida faqat bittasi 9 0°dan ko’proq burchak bilan qaytganini aniqladi.

Rezerford bu hodisalarni umumlashtirib atom markazida juda katta massali musbat zaryadlangan yadro va atrofida elektron joylashgan degan gipotezani berdi va isbotladi. Rezerfordni atomni planetar modelidan oldinroq U. Tomson fikrini rivojlantirib D.D. Tomson uzining Tomson modelini berdi. Bu Tomson modeliga muvofiq atom musbat zaryadlangan sferadan tuzilgan bo’lib, bu sfera ichida elektronlar suzib yuradi. Rezerford tajribalari bu modelni to’g’riligini tasdiqlamaganligidan atomni planetar modeli qabul qilindi. Bor bu tajriba natijalariga asoslanib o’zining mashhur postulatlarini ishlab chiqdi. (Frank va Gerts tajribalarida simob bug’lari elektronlar bilan to’qnashganida faqat uzuq-uzuq energiya miqdorlarini yutadi).

A. Zommerfel’d bitta energetik sathda bir necha orbitalar bo’lishi mumkin. Bu orbitalar o’zlarining kichik yarim o’qlari bilan farq qilishi mumkin (aynish). Agar relyativistik massani hisobga olsak, ya`ni elektron massasini tezlikka bog’liqligini hisobga olsak, aynish bo’lmaydi, spektral chiziqlar yaqin komponentalarga ajralishi (yupqa struktura) hosil bo’ladi. Zommerfel’d yangi azimutal kvant sonini kiritib fazoviy kvantlanishda azimut al kvant soni o’zgarishini kiritishi bilan normal Zeeman effektini tushuntirdi. SHunday qilib, atom strukturasini asta-sekin aniqlay boshlandi. Bol’tsman soni va Plank doimiyliklarini tajribada aniqladilar. Perren 1908 yilda Avogadro sonini aniqladi. Amerikalik Milliken (1868-1953) elektron zaryadini aniqladi. SHu davrga kelib atom tuzilishi haqida etarlik ilmiy dalillar to’plangan bo’lsada, bunday tuzilishning to’liq fizikaviy asoslari aniqlanmagan edi.

Milliken “atom va elektronlar dunyosi o’zlarining aniqligi va go’zal tuzilishi bilan fiziklar ko’zlarini mahliyo qildilar” deb aytgan edi. Ana shu davrda atomlar ichida to’lqinlarning hosil bo’lishi aniq emas edi. Bu yangi kashfiyotlar mexanistik fizika g’oyalarini buza boshladi. Massa o’zgarmas degan tushuncha puchga chiqdi, materiya yo’qoldi deb talqin qiluvchilar ham bo’ldilar. Doimiy kattaliklar bu xom xayol xaqiqat, bu kishining tasavvuri, materiya yo’q, ong mahsuli bor deguvchilar ham bor edi.

Fiziklar har qanday massaga ma`lum miqdorda energiya mos keladi, massa va energiya bir biriga orqali bog’langan. Katta tezliklarda jism massasi oshadi, buning ma`nosi shuki, katta tezliklarda jism energiyasi oshadi, energiya oshish natijasida massa xam oshadi. Fazo va vaqt deformatsiyalanadi, natijada uning egriligi o’zgaradi, bu o’zgarish natijasida tortishish maydoni o’zgaradi. Ana shu yangicha hodisalarni tushuntirib beradigan fizikaviy qarashlar zarur edi.

Elektron ochilishi elektr va magnit hodisalarini aks ettiruvchi nazariyaga katta ta`sir ko’rsatdi. Maksvell tenglamalariga elektr va magnit kirituvchanlik, elektr o’tkazuvchanlik, emprik doimiyliklar deb qaralgan bo’lsa endi 1900 yilda Drude va (1904-1905 yillarda) T.A. Lorents (tomonlaridan) elektr o’tkazuvchanlik nazariyasini ishlab chiqdilar. Bu nazariya asosida erkin elektronlar bor degan g’oya etar edi. Bu nazariya Om qonuni, Joul’-Lents qonuni, Videman-Frants qonunlarini isbotlab berdi. Richardson termoelektron tokni temperaturaga bog’lanish formulasini, Lengmyur termoelektron tokni kuchlanishga bog’liqligini aniqladi. Diod, triod va boshqa xil elektron lampalarni paydo bo’lishi yangi elektronika fanini va elektronika sanoatini hosil bo’lishiga sabab bo’ldi. Lekin, Komerling-Onnes (1853-1926) tomonidan ochilgan o’ta utkazuvchanlik hodisasi, qarshilikni ma`lum temperaturada nolgacha kamayishini tushuntirib bo’lmas edi. Born ionli kristallik panjarani (NaSl, KSl) xususiyatlarini elektron nazariyasidan foydalanib tahlil qilganidan so’ng qattiq jismlar uchun elektr nazariyasini (qattiq jism fizikasini) asosiy tomonlarini ishlab chiqdi. U “Qattiq jismlarning elastiklik kuchlari o’z mohiyati bilan elektrik kuchlardir” deb tushuntirdi. 1919 yilda D.S. Rojdestvenskiy atom abadiy mavjudligini bilamiz, biz uni tushunamizmi? - yo’q tushunmaymiz, chunki elektrodinamika qonunlariga asosan elektron yadroga kelib tushishi kerak, lekin kelib tushmaydi deb aytadi. Nurlanish jarayonining mexanizmi, nur yutish mexanizmi va boshqa fizikaviy hodisalarni fizikaviy, elektromagnit manzarasini tasvirlash dolzarb masala bo’lib qoldi.

Bu masalalarni Kvant fizikasi hal qildi. Bunda asosiy g’oya kvantlanish, ya`ni uzuq-uzuq nur chiqarish yoki yutish, uzuq-uzuq energiya yoki impul’sga ega bo’lishdir. Bu g’oya Plankni qora nurlanish bo’yicha ishidan boshlanib eynshteyn va boshqalar tomonidan davom ettirildi. eynshteyn ignali nurlanish g’oyasini kiritdi.

Eynshteyn atom va nurlanuvchi maydon orasida muvozanat bo’lganida yutgan va chiqargan energiyalar teng bo’lishi lozim deb oldi. Atomlar nurlanishi bor postulatlariga muvofiq ikki qismdan: 1) spontan, atomni o’z o’zidan yuqori energetik sathdan pastgi energetik sathga o’tishi natijasida; 2) induktsiya orqali nurlanish atomni o’rab olgan nurlanishlar natijasida, bo’ladi deb oladi. Induktsiyali nurlanish rag’batlantiruvchi nurlanish ham deyiladi. bunday nurlanish optik kvant generatorlari va kuchaytirgichlarda ishlatildi. eynshteynning yorug’lik kvantlari g’oyasini 1922 yilda SHredinger ishlatib

(1.2.3)

Doppler effektini formulasini chiqardi. SHu davrlarda (1923) amerikalik fizik A. Kompton yorug’lik kvanti elektron bilan urilganda to’lqin uzunligi

(1.2.4)

qonunga muvofik o’zgarishini aniqladi. 1924 yilda yorug’likning kvant tabiati to’liq tajribalarda tasdiqlandi.

Bor kvant fizikasiga asoslanib Mendeleevni davriy sistemasini 1921 yilda ishlab chiqdi. Zarrachalar, elektronlar holatini to’rtta kvant soni orqali ifodalash odat tusiga kirdi. Geyzenberg 1929 yilda noaniqlik printsipini ishlab chiqib fizikaga aniqlik kiritdi. To’lqin nazariyasi va korpuskulyar nazariya alohidadek bo’lib qoldi. Bu ikki xil qarashni de Broyl’ 1924 yilda birlashtirib

(1.2.5)

formulalarni taklif etdi. 1926 yilda e. SHredinger (1887- 1961) (3) formuladan foydalanib

(1.2.6)

to’lqin tenglamasi yordamida zarrachalar holatini bo’lish extimoliyatini aniqlash mumkinligini ko’rsatdi. Bu - to’lqinli funktsiya bo’lib uning qiymati orqali ehtimoliyat aniqlandi. Bu tenglamadan energiya, impul’s momentini kvantlanishi avtomatik ravishda kelib chiqadi. Geyzenberg aniqmasligi va Borning qo’shimcha to’ldirish printsiplari fizikaviy va falsafiy kalitlar bo’lishi mumkinligini Geyzenberg va Borlarning o’zlari aytdilar.

Dirak, SHredinger tenglamasini relyativistik effektlarni hisobga olganida yangi tenglama, Dirak tenglamasi hosil bo’lishini ko’rsatdi. Bu tenglama echimidan keyin pozitron (1932y) kashf etildi. Bundan, ya`ni pozitron kashfiyotidan keyin har qanday zarrachaga antizarracha mavjud bo’ladi degan ta`limot fiziklar orasida tarqaldi va tan olindi.

Demak: 1) ochilgan yangi fizikaviy kashfiyotlar va hodisalarni eski mumtoz fizika nuktai nazaridan tushuntirib bulmaydigan darajada bo’lib qoldi, fizika krizisga uchradi; 2) yangi kashfiyotlar fizikada yangi g’oyalar bo’lishini takozo etdi; 3) kvant fizikasi fizikaviy kashfiyotlarni ilmiy tahlil qilishga qodir bo’lgan ta`limot shaklida maydonga chiqdi.