3-мавзу: Мегадунёнинг ранг-баранглиги

3-мавзу: Мегадунёнинг ранг-баранглиги
Қадимдатабиийфанларбирданигахосилбулмасданбалки, аста-секиннатурфилософиянегизидашаклланиб, сунгалохддайуналишсифатидаажралган. Натурфалсафатабиатфалсафасибулиб, атроф-муҳитнибирбутундебқараб, мушохадаэтишСократгача (Сукротмил. ав. тахминан 470-399 й. Юнонфайласуфи. Унингтаълимотигакура, фалсафанингмаксади- инсонуз-узинибилишибулиб, буэсачинэзгуликкаэришишйулидир, дебтаълимберган) булганилкилмийдунёқарашбулган. Уйгонишдавридаатроф-муҳитга, табиатгақизиқишнатурфалсафанингривожланишигасабаббулди. Кейинчаликэксперименталтабиатшуносликнингривожланиши, илмиймаълумотларгаасослангантабиатҳақидагиназарияларнатурфалсафанисиқибчиқаришгасабабчибулди.Натурфалсафанинг асосий ютукдаридан бири физика фанининг шаклланишига сабабчи булди. Физика табиат ҳақидаги фан, моддий дунёнинг энг содда ва шу билан бирга, умумий хоссаларини урганади. Бундай умумийлик туфайли физика ва унинг қонунлари бутун табиатшуносликнинг асосини ташкил қилади. Мазкур соха элементар зарралар, атом ядролари, атомлар, молекулалар, каттик жисмлар, плазмалар физикаси ва бошкаларга булинади. Назарий физиканинг асосий булимларига классик механика, электродинамика, термодинамика, статистик физика, нисбийлик назарияси, квант механикаси, майдон квант назарияси киради.
Классик физиканинг шаклланишида Галилео Галилей алохдда урин эгаллайди. Галилео Галилей (1564-1642) Италия олими, механика фанининг асосчиси, ҳаракатнинг нисбийлик гоясини илгари сурган, инерция, жисмнинг эркин тушиш қонунларини ишлаб чиккан. У 32 марта катталаштириб курсатадиган телескоп ясаб, Ойдаги доглар, Юпитернинг 4 та йулдоши, Венера фазалари, Қуёшдаги догларни кашф килган. Гелиоцентрик системани фаол ёклаб чикканлиги учун инквизиция судига тортилган, унинг илмий кашфиётлари замонавий табиатшуносликни шакллантиришга катта хисса қушди.Инглиз олими Исаак Нютон механиканинг илмий назарияларини ишлаб чиккан, Fap6 олимларининг таърифибуйича у дуне олимларининг қироли хисобланиб, унинг илмий салохиятига фақат Архимед ва Эйнштейнлар яқин келиши мумкин. У, Лейбницдан мустакилҳолда дифференциал ва интеграл хисобни ишлаб чиққан. Ёруглик дисперсияси, хроматик аберрацияни кашфқилган. Ёруглик интерференцияси ва дифракциясини тадқиқ килган; еругликнинг корпускуляр тузилиши туғрисидаги назарияни ривожлантириб у айни вақтда ёруғликни тулқин хусусиятига хам эга деган гипотезани илгари сурган. Кўзгули телескопихтаро қилган. Классик механикага асос солиб, унинг асосий қонунларинитаърифлаган. Бутун олам тортишиш қонунини кашф килган, осмон механикасининг асоси- самовий жисмларнинг харакат назариясини яратган. Нютон вақт маконга ва материяга боглиқ эмас деган гояни илгари сурган. Шундай килиб, Исаак Нютон дунёнинг механик нуқтаи назардан тавсифини яратди. Исаак Нютон механикасига асосан гидродинамика, эластиклик, иссиклик механикаси ва молекуляр- кинетик назариялар шаклланиб. улар алохдда фан сифатида ажралдилар.Исаак Нютон классик механиканинг асосини ташкил қилган 3 қонунни кашф қилган. 1- конун: хар бир жисм унга бошқа бир жисм таъсир қилмагунча узининг тинч холатини ёки тугри чизикли текис харакатини саклайди. 2-конун: жисм массасининг тезланишга купайтмаси унга таъсир келаётган кучга тенг, тезланишнинг йуналиши эса кучнинг йуналиши билан мосбулади. . 3-қонун: хар кандай таъсирга унга тенг ва карама-карши йуналган таъсир хамма вақт мавжуд ёки икки жисмнинг бир-бирига таъсири хамма вақт микдор жихатидан тенг ва йуналиши қарама-қарши булади.Нютоннинг бутун олам тортишиш конуни куйидагича: хамма жисмлар бир бирини модули узларининг массалари купайтмасига тугри пропорционал ва орасидаги масофанинг квадратига тескари пропорционал булган куч билан тортади. m1, m2 массали r масофада булган моддий нуқталарнинт узаро тортишкучи куйидаги формула билан ифодаланиб, ,бу ерда G-гравитацион доимийлик.Табиатдаги оптик ва электромагнит ходисаларини механика конунлари ёрамида тушунтириб булмас эди. Оптик ходисаларни Нютон, жумладан, ёрутликни моддий заррачалардан тузилган яъни, корпускуляр деб талқин килган. Ёругликнинг заррача, яъни фотонлардан иборатлигини фотоэффект ходисаси тасдикдайди. Лекин ёругликнинг интерференция ва дифракция ходисалариниНютоннинг корпускуляр назарияси билан тушунтириб булмас эди.Тулкин интерференцияси-когерент тулкинларнинг кушилиш ходисаси. Когерент тулкинлар-тулкин узунликлари бир хил, фазалар фарки узгармас қилиб мослаштирилган тулкинлардир.Интерференция терминини инглиз олими Томас Юнг фангакиритган ва у юпқа парда интерференциясини (совун купиги) нинг ҳар хил рангда товланиш сабабларидан бири парданинг ташки юзасидан, иккинчиси эса ички юзасидан кайтувчи ёруглик тулкинларининг кушилишидан деб тушунтиради. Бунда ёруглик тулкинларининг интерференцияси содир булади. Интерференция натижасида (йигинди тебраншпларнинг кучайиши ёки заифлашуви) ёругликнинг пардага тушиш бурчаги, парданинг калинлиги ва тулкиннинг узунлигига боглик булади.Тулкин дифракцияси-тулкинларнинг тусикларни айланиб утиш ҳодисаси.Дифракцияга оид классик тажрибани 1802 йили Юнгутказган. У когерент тулкинларни ҳосил килиш максадида шаффоф булмаган тусикқа тугнагич ёрдамида бир-биридан унчалик узок булмаган икки тирқишниҳосил килади. Бу тиркишлар тор тирқишдан утиб келаётган ёруглик билан ёритилади. Дифракция туфайли бу тиркишлардан икки ёруглик конуслари чикиб, улар бир-бирини кисман беркитган.Когерент тулкинларнинг интерференцияси натижасида экранда кетма-кет жойлашган ёруғ ва коронги йуллар ҳосил
булади.Ёругликнинг интерференцияси ва дифракцияланишини электромагнит ҳодисалари оркали тушунтира бошланди. Бу соҳада инглиз олими ва табиатшуноси Фарадей ишлари диккатга сазавордир. Фарадей Майкл- инглиз олими, электромагнит майдон хакидаги таълимотнинг асосчисидир. Электромагнит индукция ҳодисасини, электролиз конунларини, пара ва диамагнетизмни, магнит майдонида ёругликнинг кутбланиш текислигининг бурилишини очган. Электр ва магнит майдон тушунчаларини фанга кириттан. Электромагнитли тулкиннинг мавжудлиги ҳакидаги гояни айтган. Электромагнит майдон тушунчасини Фарадей фанга киритган булса, Максвелл дифференциал тенгламалар оркали назарий асослаб берган. У ёругликнинг электромагнит табиати ҳакидаги гояни илгари сурган. Фарадей ва Максвелларнинг гояларини немис олими Г. Герц тажрибаларда электромагнит ва ёруглик тулкинларинингасосий хоссалари бир хил эканлигини тасдиклаган. Герцтажрибаларидан сунг майдон тушунчаси физика фанида мустаҳкам урин олди. XIX асрнинг охирида физика фани нуқтаи назаридан материя икки ҳолатда-модда ва майдон куринишида булар экан деган тушунча хосил булди.Модда дискрет ҳолатда, атомлардан тузилиб, майдон эса, тулкин табиатлидир. Лекин, модда ва майдон бир-бирлари билан узвий богликдирлар. Демақ ёруглиқ зарра ҳам тулқин табиатига эга. Демак булар, физикавий дунёнинг бир бутун эканлигини исботловчи омиллардир.
XX асрга келиб табиатни мушохада килиш микрофизика ёки квант механикаси асосида тушунтира бошланди. Бу даврга келиб илмий кашфиётлар асосида ядронинг булинмаслиги ҳақида тушунча нотугри эканлиги исботланди.1895 йилда инглиз олими Томсон электронни кашф килди ва унининг манфий зарядга эга эканлигини курсатди. Кейинчалиқ
инглиз олими Резерфорд атомда ядро борлиги, у мусбат зарядга эга эканлигини аникдади, Шундай қилиб бу даврга келиб физикада квант механикаси шаклланди. У микрозарраларнинг муайян ташқи майдонлардаги ҳаракатини тавсифлаш усули ва харакат қонунларини ифодаловчи булим булиб, физиканинг бу соҳаси биринчи марта атомларнинг структурасини ва уларнинг спекторларини аниклади.Квант механикаси қаттиқ жисмларнинг купгина хоссаларини тушунишга, ута утказувчанлик ферромагнитизм (модданинг магнит ҳолати), ута окувчанлик ва булак ҳодисаларни изохлашга имкон берди.
Бу даврнинг катта ютукдаридан бири радиоактивлик кашф қилинди. Радиоактивлик деганда-беқарор атом ядроларининг зарралар ёки у -квант чиқариш йули билан уз-узидан булак элемент ядроларига айланиши тушунилади.Ҳар хил элементларнинг радиоактивлик хусусиятларини Пьер, Мария Кюрилар ўрганишиб, улар янги кимёвий элементлар: полоний, радийларни кашф қилишди. Улар радиоактив элементнинг нурланиши натижасида бошқа элемент атомига утишини курсатиб бердилар ва атомнинг структураси аникданди.Микрозаррачаларнинг тадқиқ килиниши натижасида бир хил объектлар ҳам тулқинли ва бир вақтнинг узида корпускуляр хусусиятга эга эканлиги аникданди. Шундай хулосага немис олими М. Планк келди: „Электромагнит энергиянинг нурланиши дискрет характерда булади, яъни электромагнит энергия айрим порциялар билан чикади. Ҳар қайси бундай порциянинг энергияси нурланаётган тулқиннинг частотасига боглиқ".
E = hv
Демак Е, v частотали квант энергиянинг микдори, h доимийлик. Бу h доимийликни, кейинчалик Планк доимийлиги деб атала бошлашди. Унинг сон қиймати жуда кичик
h = 6, 625- 10'^ эрг. с.
Шунинг учун ҳар бир квант энергияси хам жуда кичикдир. Мазкур янгиликнинг эълон қилиниши квант назарияга асос булиб, ёругликнинг квант назарияси яратилди. А. Эйнштейн, немис физиги ёругликнинг квант назарияси буйича хам ишлаган, фанга фотон тушунчасини киритган, фотоэффект конунларини очган.Фотоэффект-электромагнит нурланиш таъсирида каттиқ жисм (ёки суюклик) дан электронларнинг ажралиб чиқиши билан боглиқ булган ходиса. Фотоэлектрик эффект учун Эйнштейн 1922 йили Нобел мукофотига сазавор булган.Планк тадқиқотларини давом эттирган Эйнштейн ёругликнинг квант назариясига асос солди. Уларнинг мазкур изланишлари асосида Нильс Бор узининг атом моделини таклиф килди. Борнинг атомҳакидаги изланишларига қадар инглиз олими Резерфорд атомнинг планетар моделини тавсия қилган (1911). Мазкур тизимга асосан атом худди Қуёш системасига ухшаш марказда мусбат зарядга эга булган ядро, кобуғда эса манфий зарядли электронлардан ташкил топган. Атомнинг зарядидаврий системадаги элементнинг тартиб сонига тенг. Атомнинг нейтрал ҳолатида зарядлар сони тенг булади.Резерфорд моделининг камчиликларидан бири: электронлар уз ҳолатларининг тургун булиши учун ядро атрофида харакатда булиб туришлари, электродинамика қонунига асосан электромагнит энергия ажратиб туриши зарур. Акс холда электрон уз энергиясини сарфлаб, ядрога кулаши мумкин булиб қолар эди. Электронларнинг харакати даврида Резерфорд модули буйича уларнинг ёруглик нурланишининг частотаси узгариб туриши туфайли элекгроннингнурланиш спектри узлуксиз булиши керак эди. Лекин, тажрибалардаатомлар ҳар доим аниқ частотали нурланиш спектрига эга. ДемақРезерфорд атомнинг планетар модели Максвелнинг электродинамика конунларига мос келмаслигини аникдади.Нильс Бор янги гояни илгари суриб, куйидаги постулатларни (исботсиз қабул қилинадиган қоида, фараз) эълон килган. Улар куйидагича:
1. Атом системасига муайян Е энергия мос келганида мазкур тизим стационар ёки квант холатларда булади. Атом стационар холатда ёруглик чиқармайди .
2. Атом бир стационар холатдан иккинчисига утганда электромагнит квант энергия чиқаради ёки ютади.Борнинг мазкур постулатлари атомларнинг стабил тургунлигини белгиловчи омиллар булиб, электромагнит энергияни таркатмаслик сабабларини курсатади. Демақатомларнинг холати узгармас, тургун булишларини квант механика нуқтаи назаридан илмий асослаб берилди.Борнинг назариясини водород атомини тушунтиришда куллаш мумкин, чунки водород битта электрондан ташкил топган. Электронлари куп булган атомларга Борнинг постулотлари мос келавермаслиги назарий ва амалиётда курсатилган. Шундай ноаникликлар электронларнинг тулкинли хусусиятга эга эканлигидан дарак беради. Электрон нуқта, шар, диск ёки эллипслиги ноаниқ булса хам, унинг ички структурага эга эканлиги аникданган. Аммо атомнинг электронлар орбитасига асосан, унинг структурасига аниқ таъриф бериб булмайди. Электрон тулқинли табиатга эга.Бир электронли водород атоми учун Бор назариясига биноан ҳисоблаб чизилган троектория амалиётда, уз аксини топган. Лекин Бор постулатлари, классик физика ёрдамида атом структураси билан боглиқ булган энг содда тажрибаларни ҳам тушунтириб булмас экан. Шуларга қарамай Н. Борнинг илмий тадқиқот ишлари микрофизика фанининг ривожланишига катаҳисса қушди.
КОРПУСКУЛА - ТУЛК.ИН ДУАЛИЗМИ
Материянинг ҳарқандай микрообъектлари (фотонлар, электронлар, протонлар, атомлар ва х. к .) зарра (корпускула) ҳам тулкин хоссаларига эга эканлиги ҳакидаги қоида, корпускула- тулқин дуализмининг микдорий ифодаси - де Бройл (француз физик олими) томонидан тадқиққилинган. Унинг назариясига асосан тулкин ва корпускула деб қараш факат ёругликка тегишли булмасдан материяга ҳам қулласа булишини курсатган.Корпускула - тулкин дуализми материянинг ҳар-хил куринишларига: жумладан, электрон, протон, атом, молекула ва ҳатто макроскопик жисмларга ҳам тегишли эканлигини де Бройл исботлашга ҳаракат килган. Шуларга асосан Австрия физиги Шредингер электроннинг тулқинли ҳолатини аникдовчи дунёга машхур тенглама ишлаб чиккан.Де Бройлнинг назарияси кейинчалик амалиётда исботланган. Тулқин механикасига асосан янги-янги элементар заррачалар аникланган. Корпускула- тулкин дуализми ҳар қандай моддий объектга тегишли эканлигини де Бройл томонидан назарий ва ҳамдаамалий жихатдан исботланган.Микрозаррачалар дунёсини илмий талқин қилишда немис олими Гейзенбергнинг кашфиёти алохида уринга эга. Фанда айниқса, фалсафада куп баҳс ва мунозаларларга сабабчи булиб келаётган ноаниклик принципи диққатга сазовордир. Гейзенбергнинг гоясига асосан бир вақтнинг узида харакатдаги заррачаларнинг икки параметри тезлиги ва координатасини аниқ улчаш мумкин эмас. Ҳеч качон бир вақтнинг узида ҳаракатланаётган микрозаррача каерда, кандай тезлик билан, қайси томонга йушалишда эканлигини аниклаб булмайди. Классик физика нуктаи назаридан ҳаракатланаётган зарранинг координатасини аникласа булади. Демақ ноаниклик принципи фақат микрозаррачалар фаолиятига тегишли булиб, макрофизикага тугридан-тугри тадбиққилиб булмайди. Гейзенбергнинг ноаниклик принципи илохий илм вакилларининг фикрларига қараганда жамият ва инсон ҳаётида ҳам учраб туради. Бундай ноаникликларни энергия, вақт ва радиоактивлик жараёнларида кузатиш мумкин. Воқеа ва ходисалардаги кичик хатоликларни математиклар фикрича хисобга олмаса ҳам булади, лекин реал ҳаётда булар катта хатоликлар, ноаникдикларга сабабчи булиши мумкин. Демак моддий дунёдаги фан томонидан кашф килинган қонун-қоидалар мутлақ деб қаралмасдан, уларда хам хатолик ва ноаникликлар учраб туриши табиий ҳол деб қаралиши керак.
МАТЕРИЯНИНГ СТРУКТУРА ТУЗИЛИШИ
Физика фанининг кейинги таракқиётида микрозаррачаларнинг структураси тадқик килинди. XIX асрнинг охирида микродунё таркибида электрон, кейинги 10 йилликларда-фотон, протон, позитрон ва нейтронлар аникланди.Кучли энергияга эга булган тезлатгич курилмалар ёрдамида хозирги кунда 400 та элементар заррачалар аникланиб, уларданайримлари назарий асосланди. Жумладан, резонанслар (яшаш даври жуда кичик 10'22 -10‘24 сек.) кварклар (1/2 спинга, бутундан кичик электр зарядига эга), вертуал (оралиқ) заррачалар булиб, булар аксарият амалиётда хали аникланган эмас.Элементар заррача дейилганда аввалбулинмайдиган, энг содда моддий асос қабул килинган эди. Ҳозир эса элементар заррачаларнинг ички дунёси, структураси ҳам аниклана бошланди, номи рамзий булиб қолди.Элементар заррачаларнинг асосий курсаткич тавсифлари- масса, заряд, уртача яшаш даври, спин ва квантлар сони тушунилади.Элементар заррачаларнинг тинчликдаги массаси электронларга боглиқ. Тинчликдаги массаси булмаган заррачаларга фотонлар киради. Енгил заррача ёки уларни лептонлар деб уларга электрон ва нейтриноларни мисол келтириш мумкин. Мезонлар улар уртача, барионлар булиб электроннинг массасига нисбатан минг марта огир булган протон, нейтронлардир.Ҳамма заррачалар электр зарядига эга (мусбат ёки манфий). Заряди нолга тенг булганлари хам бор булиб буларга фотонлар мисол булади.Элементар заррачалар уртасидаги узаро таъсир кучлари қуйидагича: кучли, электромагнит, кучсиз ва гравитацион гуругхларга булинади.Кучли тортилиш ёки итариш кучлари заррачалар уртасидаги масофа 10'1:1 см атрофида булганда, улар уртасидаги богланиш юқори энергия ҳисобига содир булади. Шунинг учун атомлар стабил, тургун ҳолатида буладилар. Уларни парчалаш ёки емириш учун катта микдорда энергия зарур.Электромагнит таъсир кучлари минг марта атом тортилишидан кам, бу кучлар хисобига электронлар ядрога, ядролар эса атомга, улар молекулаларга богланадилар. Бу богланишлар кимё ва биологияда катта аҳамитга эга.Кучсиз таъсир масофа 10‘1М 0'22 см атрофида булганда содир булиб, ядронинг парчаланишида ҳосил булган нейтрон, протон, антинейтриноларнинг ҳосил булишига сабабчи булади.Гравитацион таъсир кучлар энг паст булса ҳам лекин космик масштабда катта ахамиятга эга. Заррачаларнинг узаро тукнашувидан янги зарра пайдо булиши ёки емирилиши мумкин.Охирги йиллардаги майдон, квант назариясининг шаклланишини физика фанининг ривожланиш боскичларидан бири деб қараш мумкин. Майдон, квант назарияси элементарзарралар, уларнинг узаро таъсири ва бир-бирига айланиш физикасининг асосий аппарати хисобланади.Маълум шароитда нейтрондан протон, электрон ва нейтринолар хосил булади. Элементар заррачалар икки хил энергия билан характерланадилар:
1. Массага тенг ҳисобланган элементнинг хусусий энергияси;
2. Заррача таркибидаги богларнинг энергияси:
Бу икки хил энергия бир-бирларидан ажралмас, узаро боглиқ булсалар ҳам лекин улар фарқ килувчи энергетик манбаларга кирадилар.Элементар заррачаларнинг пайдо булиши шу пайтгача номаълум. Улар купроқ коинотдаги вакуум, кора туйнуклар, кучли гравитация ва электромагнит майдонларда хосил булса керақ деган тахминлар бор. Демак элементар зарралар сайёрамизни, атроф-мухитни коинот билан богловчи восита, куприк десак хато қилмаймиз.Физиканинг ривожланиши бошқа табиий фанларнинг тарақкиётига ва янги соҳаларнинг шаклланишига сабабчи булди.
Жумладан кимёда, физкимё, коллоид кимё соҳалари физика фани билан чамбарчас боглиқ. Физика тирик жонзотларни урганишда кулланилиб, биологая фанида янги соҳа- биофизиканинг шаклланишида катта хизмат килди.Биофизика, тирик организмлардаги физикавий ва физика- кимёвий ходисалар, биополимерларнинг структураси ва хоссаллари, турли физикавий омилларнинг тирик системаларга таъсирини урганувчи фан. Физикага тегишли гоя ва усулларни организмни ўрганииш (қон ҳаракати, товушни эшитиш, ёругликни кўриш, нерв хужайраларидан импулс узатиш ва бошқалар)га тадбиқ килишдан иборат. Ҳайвонлардаги электр токини урганиш (Галвани), тирик организмларнинг физиологик акустикаси ва оптикаси (Гелмгелц) ва мембрана назариялари билан боглиқ. Биофизика фанидан физика таъсирида янги йуналишлар радиобиология, биоэнергетика, фотобиология ва бошқа сохалар мустақил булиб ажралиб чикди. Булар ҳаммаси физика-кимёвий биологиянинг мажмуасига киради.

СИНОВ САВОЛЛАРИ

1. Физика фанининг вазифалари ва шаклланиш жараёнлари
2. Физика фанининг структуравий тузилиши.
3. Галилей ва Нютонларнинг физика фанидаги хизматлари.
4. Нютон крнунлари.
5. Электормагнит хрдисаларини тушунтириш.
6. Ёругликнинг интерференция ва дифракцияси.
7. Фарадейнинг физика фанидаги хизмати.
8. Микрофизика: элементар заррачалар тушунчаси.
9. Планк доимийлиги ва унинг ахдмияти.
10. Эйниггейннинг фотоэлектрик эффекта.
11. Резерфорднинг атом планетар модели ва унинг тахдили.
12. Бор постулатлари.
13. Корпускула-тулк^ин дуализми.
14. Гейзенбергнинг ноаникдик принципи.
15. Элементар заррачаларнинг структураси.
16. Физика фанининг булак соҳаларнинг ривожланишидагироли.

АДАБИЁТЛАР

1. Лавриенко В. Н. ва боцщалар. Концепции современного естествознания. Москва, из-во «ЮНИТИ», 1999 г.
2. Карпенков С. X. Основные концепции естествознания. Москва, из-во «ЮНИТИ», 1998 г.
3. Аҳмаджонов О. И. Физика курси, 1-3, Тошкент «УХитувчи» 1989 й.
ҚУШИМЧА АДАБИЁТЛАР
1. Солопов Е. Ф. «Концепции современного естествознания». Москва, из-во «ВЛАДОС», 1999 г.
2. Камолхуджаев Ш. ва бошкдлар. Электрические и магнитное поле в ваакуме и в среде. Тошкент, 1999 й.
3. Воронов В. К., Гречнева М. В., Согдеев Р. 3. Основы современного естествознания. Москва «Высшая школа» 1999 г.
4. Барашенко В.С. Кварки, протоны, Вселенная. Москва«Знание» 1987 г.
5. Бабушкин А. Н. «Современные концепции естествознания».Санкт-Петербург, 2001 г.