Yorug‘lik tezligi deyarli cheksiz bo‘lgan mayda zarrachalardan tashkil topadi

Yorug'likning elektromagnit to'lqin tabiati

O‘z vaqtida Nyuton yorug‘lik haqida mulohaza yuritar ekan, bu haqida, "yorug‘lik - tezligi deyarli cheksiz bo‘lgan mayda zarrachalardan tashkil topadi" deb ta'kidlar edi. Nyutonning zamondoshi bo‘lgan yana bir mashhur fizik olim Xristian Gyuygens esa aksincha, yorug‘lik to‘lqin tabiatiga ega bo‘lib, u xuddi tovushning havoda, yoki, istalgan biror moddiy muhitda tarqalishi singari tarqaladi degan g‘oyani ilgari surardi. Taassufki, Gyuygensning g‘oyalari Nyutonning ilmiy nufuzi soyasida qolib ketdi va akademik doiralarda unchalik ham katta qiziqishga sabab bo‘lmadi. Hatto, odatda sermulohazaligi bilan ajralib turadigan kuchli olimlar ham, faktlarni tekshirib o‘tirmasdan, shunchaki Nyutonning ta'kidlariga ishonib qo‘ya qolishdi. Chunki, ularning fikricha, Nyuton noto‘g‘ri gapirishi ehtimoli mavjud emasdi...

 Biroq, yangi avlod olimlari asta-sekinlik bilan katta sahnaga chiqib kelar ekan, baribir yorug‘lik tabiatiga Nyuton g‘oyalaridagi kemtiklarga e'tibor qaratila boshladi. 1700 yilga kelib, Yung, Frenel va boshqa olimlar, yorug‘likning Nyuton ta'limoti bilan tushuntirib bo‘lmaydigan ayrim xossalarini o‘rganishga kirishdilar. Nyuton yondoshuvi bilan tushuntirib bo‘lmaydigan yorug‘lik hodisalari orasida, Nyuton halqasi deb ataladigan hodisa, shuningdek, ayrim hashoratlarning tanasida yuz beradigan murakkab yorug‘lik interferensiyasi natijasida ularning yorqin tus bilan tovlanishi kabilar mavjud edi. Nyuton halqasini fotoplyonka bilan ishlab ko‘rgan fotograflar juda yaxshi bilishdi. U diapozitiv shisha plastinkalar orasiga joylashtirilgan vaqtda hosil bo‘ladi. Yung va Frenellarning tajribalari ham yorug‘likning to‘lqin tabiatiga ega ekaniga yaqqol ishora qilib, Gyuygensning ishlarida haq gaplar keltirilganini ko‘rsatib bergan bo‘lsa-da, baribir, yorug‘likning to‘lqin tabiati haqidagi g‘oya XIX asrning ikkinchi yarmigacha ham shubha ostida qolaverdi. Buning ikkita asosiy sababi bor edi. Birinchisi - Faradeyning tajribalari bo‘lib, u magnit maydonining yorug‘likka ta'siri mavjudligini ko‘rsatib bergandi. Ikkinchi sabab esa, Maksvell olib borgan tajribalar bo‘lib, unda elektr va magnit hodisalarining o‘zagi bitta ekani ifodalab berilgan edi. Bunga ko‘ram yorug‘lik - elektromagnit tabiatiga ega bo‘lib, bu - shakl va tarkibning yorug‘lik ko‘rinishidagi ajoyib uyg‘unligiga ishora edi.

Elektromagnetizm haqidagi tushunchalarning rivojlanishi asnosida yuzaga kelgan yorug‘likning mohiyatiga oid yangi fikrlar, yorug‘lik tabiatiga oid avvaldan mavjud chalkashliklarni yanada chigallashtirib yubordi. Bu masala ayniqsa Faradeyni ikkilantirib qo‘ygandi. Faradey yorug‘lik tabiatiga oid yangi izohni izlay boshladi. Xususan Faradeyning kuch chiziqlari ham shunday tabiatga ega bo‘lib, ularni statik emas, balki, dinamik nuqtai nazardan qarash lozim edi. Faradey yorug‘likning elektromagnit tabiati haqida fikrlar ekan, bu boradagi o‘z ilmiy tekshirishlarining natijalarini, o‘zining 1846-yilda chop etilgan "Nur vibratsiyalari haqidagi fikrlar", hamda, "Magnit kuchining fizik chiziqlari haqida" deb nomlangan, 1851-yilda chop etilgan asarlarida bayon qilgan.

Faradey tomonidan 1845-yilda kashf etilgan, magnetizm hamda yorug‘lik hodisalarining o‘zaro bog‘liq ekanligi haqidagi kashfiyot, yorug‘likning mohiyati haqidagita'limotlarga yangi qon bo‘lib kirib keldi va yorug‘lik to‘lqinlarining qat'iy ko‘ndalangligiga yana bir bora ishora bergan edi. Bu esa, olimlar ongida o‘rnashib qolgan, efir haqidagi eski aqidaga zid bo‘lib, bu Faradey g‘oyalarining ham xuddi Gyuygens g‘oyalari kabi shubha ostiga olinishiga sabab bo‘lishi mumkin edi. Faradey o‘zining yorug‘likning‘ elektromagnit tabiati haqidagi fikrlarini bayon qilar ekan, ko‘ndalang to‘lqinlar hosil bo‘ladigan kuch chiziqlari haqida to‘xtalib, shunday deydi: "Bizga ma'lum nazariyadagi (olim bunda Gyuygensning to‘lqin nazariyasini nazarda tutmoqda) - tebranishlar yorug‘lik hodisalarining asosini tashkil etishi va u bilan bog‘liq hodisalar esa, kuch chiziqlarida sodir bo‘lishi mumkinligi haqida taxmin qilib ko‘rish mumkin. Ushbu kuch chiziqlari zarrachalarni o‘zida birlashtiradi. Demak, materiyaning massasini va tebranishini umumlashtiradi. Agar imkon berilsa, bu g‘oya bizni efir tushunchasidan xalos etishi mumkin. Boshqa tomondan qaralsa, ushbu tebranishlar aynan efir muhitida yuz beradi deb olinadi".

Olim elektromagnit kuch chiziqlarida yuz beruvchi tebranishlarning mohiyatini qandaydir mexanik jarayonlarga asoslanmagan, aksincha, bu tur tebranishning tamomila yangicha, hali to‘liq tushunib yetilmagan qandaydir "oliy" turi deb ataydi. Bu turdagi tebranishlar ko‘ndalangiga yuz beradi va shu sababli har xil qutblanish jarayonlarini ham aynan shu nuqtai nazardan izohlash mumkin bo‘ladi. Bunday tebranishlari havo va suyuqliklardagi tovushning bo?ylab tebranishlar bilan tarqalishi hodisasiga umuman o‘xshamaydi. Faradeyning o‘z ta'biri bilan aytganda, ushbu g‘oya, ya'ni, yorug‘likning elektromagnit tabiati tushunchasi, yorug‘lik fizikasidan efir tushunchasini chiqarib tashlaydi; lekin tebranishlar tushunchasini saqlab qoladi. Olim ushbu elektromagnit to‘lqinlar, ya'ni, yorug‘lik muayyan chekli tezlik bilan harakatlanadi deb uqtiradi:

"...Kuch chiziqlarining bir tarafida yuz bergan o‘zgarish, chiziqlarning boshqa tarafida ham o‘zgarishlar yuz berishiga sabab bo‘ladi. Yorug‘likning, umuman olganda, har qanday nurlanishlarning tarqalishi uchun vaqt zarur bo‘ladi. Kuch chiziqlaridagi tebranishlar tufayli yorug‘lik paydo bo‘lishi uchun, ushbu tebranishlarning o‘zi ham muayyan vaqt davom etishi kerak".

Yorug‘likning mohiyatini yangi nuqtai nazardan tekshirayotgan Faradey ushbu fikrlari orqali fanga yangi bir g‘oyani ham olib kirgan edi. Ya'ni, u elektromagnit kuch chiziqlarining ko‘ndalang tebranishlari orqali, muayyan chekli tezlikka ega bo‘lgan yorug‘lik nurlari tarqaladi degan ta'limotning yuzaga kelishiga sabab bo‘ldi. Bunda ikkita muhim g‘oya mujassam bo‘lgan. Birinchisi - elektromagnit hodisalari va yorug‘lik hodisalarining mohiyati bir; qolaversa, yorug‘lik muayyan vaqt davomida tarqaladi va binobarin, uning tezligi chekli.

Faradeyning ushbu g‘oyalaridan ilhomlangan Jeyms Klark Maksvell o‘zining Bregg ismli do‘stiga yozgan xatida shunday deydi: "Faradeyga tegishli bo‘lgan "Nur vibratsiyasi haqida fikrlar" (1846 yil may) va yoki, "Eksperimental tadqiqotlar"asarlarida keltirilgan, yorug‘likning elektromagnit tabiati haqidagi nazariya aslida men o‘zimning "Maydonning dinamik nazariyasi" (may 1865) maqolamda o‘rtaga tashlagan nazariyaning o‘zginasidir. Faqat, farqi shundaki, 1846 yilda ushbu tebranishlarning tarqalish tezligi haqida ma'lumotlar mavjud bo‘lmagan".

Yuqoridagi fikrlari orqali, mashhur olim Maksvell, olimlarga xos kamtarinlik bilan, yorug‘likning elektromagnit tabiati haqidagi o‘z tadqiqotlarining asosida Faradey ishlari yotganini tan olib o‘tadi. Biroq, bu borada tan olingan asosiy ilmiy ishlar baribir Maksvell qalamiga mansub bo‘lib, yorug‘likning to‘lqin tabiatiga ega ekanini isbotlagan va bu orqali fizikada Nyuton obro‘si orqali o‘rnashib qolgan chigal tushunchalarga barham bergan shaxs aynan Maksvell bo‘ladi.

Jeyms Klark Maksvell (1831-1879) Shotlandiyaning Edinburg shahrida tavallud topgan. U tug‘ilganidan bir necha kun o‘tib, ota-onasi o‘zlariga qarashli Glenler yeriga ko‘chib o‘tishadi. Maksvell bolaligida ota-onasi uning uchun muallim yollab, uyda ta'lim berishgan. Keyinchalik bo‘lajak olim, o‘z davri uchun yangilik bo‘lgan o‘quv muassasasi - Edinburg akademiyasi nomi bilan ochilgan chuqurlashtirilgan ta'lim beruvchi maktabga qatnay boshlagan. Maksvell ushbu akademiyaning ilk bitiruvchilaridan bo‘lib, shu tufayli uning uchun Edinburg universitetida kirishi ham birmuncha oson kechgan.

Maksvell talabalik yillaridayoq taranglik va elastiklik nazariyasiga oid jiddiy va ajoyib bir ilmiy ish bilan chiqish qilib, olimlar va mutaxassislarni lol qoldirgan edi. Undagi iqtidor va o‘tkir zehnni payqagan ustozlari, bo‘lajak olimni Kembrij universitetiga o‘qishga jo‘natishga qaror qilishadi. Maksvell o‘ta intiluvchan, kuchli intellektual salohiyatga ega, ajoyib mantiqiy fikrlash va xulosalash qobiliyatiga bilan yaqqol ajralib turgan. U Kembrijni o‘zi tamomlagan yildagi talabalar reytingida universitet bo‘yicha ikkinchi o‘rinda bo‘lgan.

Endilikda bakalavr diplomiga ega yosh mutaxassis Maksvellning ilmiy salohiyatini Kembrij universitetidagi o‘z ustozlari va umuman ilmiy-pedagogik jamoa juda yaxshi bilardi va uni o‘zlarida o‘qituvchi sifatida olib qolishga urinishardi. Maksvell dastavval o‘z ustozlarining taklifiga rozi bo‘ldi Kembrijdagi Triniti-kollejida o‘qituvchilik qila boshladi. Biroq, uni zamonaviy fizikaning dolzarb masalalari ko‘proq qiziqtirardi va u ilmiy tadqiqotlar olamiga sho‘ng‘imoqchi edi. Uning geometriya va ranglar bilan bog‘liq fizik hodisalarga qattiq qiziqishi 1852 yildan boshlangan bo‘lib, yosh mutaxassis Maksvell bu borada uncha-muncha ish qilib qo‘ygandi. Endi esa, uni Faradeyning asarlari orqali, elektromagnit hodisalari qiziqtirib qo‘ydi.

1854-yilning 20-fevralida Maksvell boshqa bir yirik fizik olim Tomsonga yozga xatida o‘zining kelajak ilmiy rejalari haqida o‘rtoqlashib, endilikda "elektr sohasiga hujum qilmoqchi" ekanini aytadi. Tez orada uning ushbu "hujumi"ning amaliy natijalari ham ilmiy jamoatchilik e'tiboriga havola etiladi. Olim qalamiga mansub "Faradeyning kuch chiziqlari haqida"nomli ilmiy ish uning elektromagnit hodisalarini tadqiq qilishidagi dastlabki yutuqlarini o‘zida ifoda etgan. Shundan so‘ng Maksvell elektromagnit maydon nazariyasiga oid yana ikkita mukammal ilmiy ishlarni e'lon qildi va shunday qilib, uning jami uch qismdan iborat ilmiy ishi yuzaga keldi. Shunisi qiziqki, "maydon" so‘zini Maksvell o‘zining Tomsonga yo‘llagan va yuqorida qayd etilgan xatidagina qo‘llaydi. Lekin, u o‘zining rasmiy e'lon qilingan, kuch chiziqlariga oid uch qismli ilmiy ishlarida "maydon" atamasidan foydalanmaydi. Hozirda fizikadagi asosiy tushunchalardan biri sanaladigan ushbu muhim tushuncha, Maksvell asarlarida faqat 1864 yildagi "Elektromagnit maydonning dinamik nazariyasi" asarida qayta paydo bo‘lgan.

Maksvell o‘zi barpo qilgan elektromagnit maydon nazariyasi haqida ikkita katta ilmiy ish yozib, nashrdan chiqargan. Ulardan birinchisini olim 1861-1862 yillarda yozgan bo‘lib, "Fizik kuch chiziqlari haqida" deb nomlangan. Olimning ikkinchi muhim ilmiy ishi esa, yuqorida ham qayd etilgan asar bo‘lib, u 1864-1865 yillarda yozib tugatilgan "Elektromagnit maydonning dinamik nazariyasi" asaridir. Mazkur ilmiy ishlar, XIX asr ikkinchi yarmi ilm-fanida tub burilish yasagan eng muhim ilmiy nazariyalardan bo‘lib, ushbu ishlar orqali Jeyms Klark Maksvell qandaydir o‘n yil ichida yosh mutaxassis o‘qituvchilikda, o‘z zamonasining eng yirik fizik olimlari qatoriga chiqib bordi. Uning elektromagnit maydon nazariyasiga oid izlanishlari fizikaning mazkur yo‘nalishida fundamental ishlarga aylandi va termodinamika, statistik fizika, hamda mexanika sohalari bilan bir qatorda, mumtoz fizikaning asoslaridan biriga aylandi.

Maksvell ilmiy faoliyatining eng cho‘qqisi esa, uning "Elektr va magnetizm haqida risola" asaridir. Unda olim o‘zining 1854-yildan boshlab elektromagnetizm sohasida olib borgan, ko‘p yillik ilmiy izlanishlari va tajribalarining yakuniy xulosalarini bayon qiladi. Shunisi e'tiborga molikki, ushbu "Risola'ning muqaddimasini Maksvell 1873 yilning 1-fevral sanasi bilan imzolagan. Ya'ni, olim o‘zining asosiy ilmiy tadqiqoti yuzasidan naq 20 yil mehnat qilgan ekan!

Maksvellning yuqorida sanab o‘tilgan ilmiy ishlaridagi eng muhim, fundamental ahamiyatga ega xulosalardan biri shu ediki, tabiatda hali fiziklarga ma'lum bo‘lmagan elektromagnit to‘lqinlar mavjud bo‘lib, ularning bo‘shliqdagi tarqalish tezligi yorug‘lik tezligi bilan bir xil, ya'ni, soniyasiga 300000 km bo‘lishi kerak ekan. Maksvell fiziklarga shuni ta'kidlardiki, elektromagnit to‘lqinlar hosil bo‘lgan zahotiyoq fazo bo‘ylab yorug‘lik tezligi bilan bir xil tezlikda tarqaladi va borgan sari yana va yana katta hajmni egallab boradi. Olimning tasdiqlashicha, biz ko‘zimiz ko‘radigan yorug‘lik ham, aslida, o‘zgaruvchan elektr toki oqayotgan o‘tkazgich atrofida hosil bo‘ladigan elektromagnit to‘lqin bilan bir xil narsa. Faqat ular to‘lqin uzunligiga ko‘ra o‘zaro farqlanadi. Ya'ni, soddaroq qilib aytadigan bo‘lsak, yorug‘lik ham elektromagnit to‘lqindir. To‘lqin uzunligi juda qisqa bo‘lgan elektromagnit tebranishlarni biz yorug‘lik sifatida ko‘ramiz va his qilamiz.

Elektr maydonidagi o‘zgarishlar natijasida magnit induksiyasi oqimi yuzaga kelishi haqidagi Maksvell taxmini ilm-fandagi navbatdagi muhim qadam bo‘lgan edi. Ya'ni, magnit maydoni atrofida hosil bo‘ladigan o‘zgaruvchan elektr maydoni, o‘z navbatida o‘sha elektr maydonni qoplab oladigan o‘zgaruvchan magnit maydonining paydo bo‘lishiga olib keladi. o‘z navbatida, ushbu o‘zgaruvchan magnit maydoni yana elektr maydonining yuzaga kelishiga omil bo‘ladi va jarayon shu taxlit davom etaveradi.

Shu taxlitdagi tez o‘zgaruvchan elektr va magnit maydonlari fazoda yorug‘lik tezligida tarqalib, elektromagnit maydonni hosil qiladi. Elektromagnit maydon esa fazoda" tarqalish jarayonida bir nuqtadan boshqasiga elektromagnit to‘lqinlar hosil qiladi. Ushbu fazoning har bir nuqtasidagi elektromagnit maydon, uning elektr va magnit maydonlarining kuchlanganligi orqali xarakterlanadi. Elektr va magnit maydonlarining kuchlanganligi esa vektor kattaliklar bo‘lib, ularning nafaqat qiymati, balki, yo‘nalishi ham muhim ahamiyatga ega bo‘ladi. Maydonlarning kuchlanganlik vektorlari o‘zaro perpendikulyar bo‘lib, tarqalish yo‘nalishiga ham perpendikulyar bo‘ladi. Shu sababli ham, elektromagnit to‘lqinlar ko‘ndalang bo‘ladi.

Maksvell nazariyasiga binoan, elektromagnit to‘lqin faqat elektr va magnit maydonlarining kuchlanganligining o‘zgarishi juda tezkor ravishda ro‘y bergandagina hosil bo‘ladi.

o‘sha davrda Maksvell g‘oyalari fizikada kuchli shov-shuvga sabab bo‘lgan bo‘lsa-da, lekin uning haq ekanligini amalda isbotlash uchun biroz muhlat talab etildi. Biroq, olimning o‘zi, mohiyatan o‘zi kashf etgan elektromagnit to‘lqinlarni "ko‘rolmay", 1879-yilda vafot etdi. "Ko‘rolmay" so‘zini biz bekorga qo‘shtirnoq bilan keltirmadik. Zero, yorug‘lik nurlaridan boshqa turdagi elektromagnit to‘lqinlarni odam ko‘zi ko‘rolmaydi va shu sababli ham ular haqida uzoq asrlar, ming yilliklar davomida odamzot hech narsa bilmagan. Lekin, ushbu elektromagnit to‘lqinlar bizni har tomondan o‘rab turganini, ular har doim har yerda mavjudligini Maksvell taxmin qilgan bo‘lib, o‘z taxminining amaliy isbotini ko‘rishi mumkin edi. Maksvell o‘zining haq ekani isbotlanishigacha atiga 9 yil qolgan vafot etgan.

Maksvellning elektromagnit to‘lqinlarning mavjudligi haqidagi taxminlarini amaliy tajriba yo‘li bilan olmon olimi Genrix Gers isbotlab berdi. XIX asrning 80-yillari boshida Gers Maksvell asarlarida qayd etilgan va o‘sha payt uchun "hozircha faqat ilmiy faraz" deb hisoblanayotgan elektromagnit to‘lqinlarni o‘rganishga kirishdi. Gers tajribaxonasi eniga 12 metr, uzunligi 14 metr bo‘lgan kattagina auditoriya edi. U xonaning bir tarafiga elektromagnit to‘lqinlar chiqarishi taxmin qilingan elektr vibratori o‘rnatdi va xonaning boshqa tarafidan turib, elektromagnit to‘lqinlarni tutmoqchi bo‘ldi. Uning aniqlashicha, to‘lqin qabul qilgich qurilma bilan vibrator orasidagi masofa 1 metrdan qisqa bo‘lsa, unda elektr kuchining tarqalish xarakteristikasi dipol maydoniniki bilan o‘xshash bo‘lib, masofaning kubiga teskari proporsionallik bilan kamayib borar ekan. Biroq, 3 metrdan ziyod masofalarda esa, maydon kuchlanganligi nisbatan sekin kamayib, boz ustiga turli yo‘nalishlardagi kamayish ko‘rsatkichi ham bir-biridan sezilarli farqqa ega edi. Masalan, vibrator o‘qiga ustma-ust yo‘nalishda maydon kuchlanganligi nisbatan tez so‘nardi. Vibratordan 4 metr masofada va o‘qqa parallel yo‘nalishda kuchlanganlik deyarli sezilarsiz bo‘lib qolardi. Vaholanki, o‘qqa perpendikulyar yo‘nalishda maydon kuchi to 12 metrgacha bo‘lgan masofada yaqqol sezilib turardi.

Gers qayd etgan ushbu natija, fizikada o‘rnashib qolgan "uzoq muddatli harakat" qonuniyatlariga zid kelar edi. Gers o‘z tadqiqotlarini davom ettirib, o‘zi ish olib borayotgan vibratorning to‘lqin qamrovi hududini va uning maydonini hisoblab chiqdi. U o‘z tajribalarini sinchkovlik va izchillik bilan olib borib, keyingi yillar ichida, tabiatda chekli tezlik bilan tarqaluvchi elektromagnit to‘lqinlarning mavjudligini isbotlovchi bir necha ilmiy ishlarni e'lon qildi. Uning mazkur tadqiqotlar yuzasidan 1888-yilda, tartib bo‘yicha 8-maqolasida shunday misralarni o‘qish mumkin: "Men tomonimdan o‘tkazilgan, tezkor elekt tebranishlari yuzasidan tajribalar shuni ko‘rsatdiki, elektrodinamikadagi boshqa barcha nazariyalardan ko‘ra Maksvellning nazariyasi ustunlikka ega ekan".

o‘zi ish olib borgan tajribaxonasidagi to‘lqinlar tarqalish maydonini Gers ham, Faradey va Maksvellar singari kuch chiziqlari vositasida chizib ko‘rsatdi. Uning tasvirlarida, turli vaqt momentlari uchun maydon holati alohida-alohida tasvirlanib, ular orasidagi farq va o‘xshashliklar yaqqol ifodalangan edi. Gersning mazkur tasvirlari keyinchalik elektr hodisalari bilan bog‘liq har qanday darsliklardan muqim o‘rin oldi va elektromagnit hodisalarni tushuntirish uchun benazir vositaga aylandi. Gersning mazkur tadqiqotlarida olib borgan hisob-kitoblari va unda qo‘llagan matematik uslublari, antennalarning to‘lqin taratish va qabul qilish xossalarini hisob-kitob qilish nazariyasiga va undan ham muhimi esa, atom va molekulalarning nurlanish nazariyasiga oid hisoblashlar uchun fundamental asos bo‘lib xizmat qildi.

Shunday qilib, Genrix Gers o‘z tadqiqotlari jarayonida to‘liq va so‘zsiz ravishda yana Maksvell nuqtai nazariga qaytdi va uning haq ekanini isbotlab berdi. Gersning ishlari orqali Maksvellning elektromagnit hodisalariga oid tenglamalari yanada ixchamlashib, qo‘llash uchun qulay ko‘rinishga keldi. Boz ustiga, Gers Maksvellning elektromagnit maydon nazariyasini, elektromagnit nurlanish nazariyasi bilan boyitib, mazkur fan sohasini yanada ilg‘or bosqichga olib chiqdi. Tarixda ilk bora aynan Genrix Gers elektromagnit to‘lqinlarni sun'iy hosil qilishga muvaffaq bo‘ldi va ularning yorug‘lik bilan bir xil tabiatga ega ekanini amaliy isbotlab berdi.