Максвеллдің электромагниттік өріс теориясын жасауы


Электромагнетизм саласында Фарадей ашқан жаңалықтарды көрнекті ағылшын физигі және математигі Максвелл (1831-1879) дамытып жетілдірді. Оның электромагнетизм теориясында электр мен магнетизмнің органикалық байланысы анықталды. Ертеректе Фарадей айтқан идеяларды негізге ала отырып, Максвелл электромагниттік өріс ұғымын енгізді.
Өзіне дейінгі экспериментальдық жолмен (Кулонның, Ампердің, Био Савараның) ашылған электромагниттік құбылыс заңдары мен Фарадейдің ашқан электромагнетизм индукциясы құбылысын біріктіріп тұжырымдап, Максвелл таза математикалық әдіспен электромагниттік өрісті өрнектейтін дифференциальды теңдеулер жүйесін тапты. Бұл тендеулер жүйесі электромагниттік құбылысты өз шамасында барынша толық өрнектейді және ньютондық механика жүйесі сияқты толық та жетілген жаңа теорияны сипаттайды. Осы тендеулерден электрлік зарядтарға "байланбаған" өрістің жеке өмір сүру негізгі түсінігі - температура мен энтропия енгізілді. Энтропия - энергияның қайтымсыз түрде таралуының өлшемі. Статикалық физикада энтропия - қандай да бір макроскопиялық жағдайдың болу мүмкіншілігінің өлшемі.
Классикалық электродинамикада негізгі ұғымды электромагнитті толқын мен оны жасайтын оның екі құрамдасы — бір бірімен ауысып отыратын электрлік және магниттік өрістер құрайды. Осы өрістердің негізгі көрсеткіштері бір мезгілде енгізіледі.
Соныменен, жоғарыда айтылғандай, физикадағы принциптер мен концепцияларды уақыт эволюциясы бойынша қарастыруға тырысайық.
3.2. Ломоносовтың әмбебап сақталу заңы
Адамзат тарихы көптеген жан-жақты, дарынды адамдарды біледі. Солардың арасында алғашқы орындардың бірін ұлы орыс ғалымы, физик, астроном, химик, математик Михаил Васильевич Ломоносовка (1711-1765) беруге болады. Оптика және жылу, электр және тартылыс, әдебиет пен тарих, метереология мен өнер, геология және астрономия - бұлар Ломоносовтың өшпейтін ізін қалдырған салалар.
Бұл данышпанның физика мен химия саласындағы еңбектеріне біздің кезімізде жүргізілген терең зерттеулер әлемдік ғылымдағы Ломоносов ролінің ерешелігін тіпті жаңаша ұғынуды ашты. Ломоносовтың ғылымдағы барлық бастамалары жаңашылдыққа әкелді.
М. В. Ломоносов москвалық славян-грек-латын академиясында, Петербургтік ғылым академиясында оқып, Маргбург (Германия) университетінде металлург, кен ісі мен химия мамандығы бойынша білім алады. 1755 ж. ол Москва университетінің ашылуында неғізгі ұйымдастырушы болды.
Профессор атағын алысымен Ломоносов алғашқы химиялық зертхананы құрып, "Эксперименттік Вольфиан физикасын" өз аудармасында бастырып шығарды. Осы аударманың жарық көруімен орыс физикасы орыс тіліндегі бірінші оқулықты алып қана қойған жоқ, сонымен қатар ғылыми орыс тілінің негіздері салынды. 1752-1754 жылдары ол физикалық химияның тіпті ерекше жаңа және өзгеше курсын дайындап, дәрістер оқыды, шындығында, ол мұнымен жаңа ғылымның негізін қалады.
Оның жаратылыстанудың дамуына қосқан үлесіне баға жетпейді. Ломоносов жылу мен газдардың кинетикалык теориясының негізін қалаушылардың бірі, материя мен қозғалыстың сақталу заңының авторы, алғаш рет температураның абсолюттік нөлінің барлығын алдын ала болжады. Ломоносов алғаш рет электр мен жарық құбылыстарының байланысы туралы, солтүстік шұғыласының электрлік табиғаты туралы ойды айтты, жарықтың толқындық теориясын қорғады.
Ғалым өз артына өте мол идеялар қалдырды, бұлар ол өмірден өткен соң да 100-150 жылдар бойы ғылым тарапынан жүзеге асырылды. Нақты мысалдар келтірейік. "Таразының электрлендірілген тостағанының темір плитаға тартылатындығын" бақылап жазып, Ломоносов "таразымен электр күшін өлшеуге болады" деген қорытынды жасайды. Шындығында, бұл идеяның лорд Кельвин мен У. Томсонның тарапынан абсолюттік электрометр арқылы жүзеге асырылғанын біз тарихтан білеміз. Электрмен шұғылдана отырып, Ломоносов былай деп белгілейді: "Жарық сәулесі электрленген шыны мен суда басқаша сына ма? -осыған тәжірибе жасау керек". Мұндай тәжірибені кейінірек 1875 жылы Керр жасап, электр өрісінде сәуленің екі түрлі сынатынын ашты.
Ломоносов органикалық және органикалық емес табиғаттың барлық құбылыстарын бірыңғай көзқарастан түсіндіретін табиғаттың орасан күрделі философиясын жазуды армандаған жан-жақты және терең ойлы философ болды. Өз зерттеулерінде ол мына негізгі идеяны қатал басшылыққа алды: "Табиғат өз заңдарын берік сақтайды және ол барлық жерде бірдей" уақыт, сәулелену мен зат туралы түсініктерімізді түбірінен өзгертті.
Эйнштейннің гравитациялық өріс теориясы. Салыстырмалықтың жалпы теориясы
1916 жылы Эйнштейн өзінің салыстырмалықтың жалпы теориясын жасап шығарып, физикалық ұғымдарда — бұл жолы гравитациялық өзара әсер туралы — тағы бір төңкеріс жасады. Бұл теорияның "фундаменті" 1907 жылы Эйнштейн эквиваленттілік принципін тұжырымдаған кезде "салынған" еді. Осы принциптің мәнін анықтайық.
Ньютонның екінші заңына қатысты "масса" термині инерттік масса мағынасында дененің қозғалыс қалпының кез келген өзгеруіне оның (дененің) кедергісінің мөлшерін білдіреді. Бірақ ньютондық бүкіләлемдік тартылыс заңындағы "масса" ұғымының мағынасы басқа - бұл тартылушы масса немесе гравитациялық масса. Әуелде Галилей де гравитациялық өрістегі барлық денелер олардың салмағына қарамастан бірдей үдеуге ие болатынын айтқан. Бұдан инерттік және гравитациялық массалардың тендігі шығады. Олардың тендік фактісінің өзін және гравитациялық өрісте барлық денелердің бірдей үдеумен құлайтындығын кейде эквиваленттіліктің әлсіз принципі деп те атайды.
Гравитациялық өрістердің көрсетілген қасиеті гравитациялық өрістегі денелер қозғалысы мен қайсыбір сыртқы өрісте орналаспаған, бірақ есептеудің инерциялық емес жүйесі көзқарасынан қарастырылатын де-нелер қозғалысының арасындағы маңызды ққсастықты анықтауға мүмкіндік береді. Есептеудің инерциялық емес жүйесіндегі қозғалыстың қасиеттері гравитациялық өріс бар болғандағы инерциялық жүйедегі тәрізді. Есептеудің инерциялық жүйесіндегі қозғалыс кейбір гравитациялық өріске эквивалентті. Бұл жағдайды эквиваленттік принципі деп атайды. Егер сіз лифтінің жабық кабинасында тұрсаңыз (Эйнштейннің келтірген мысалы), онда сіздің үдемелі қозғалыстың әсерінен тартылыстың ықпалын сезбейсіз. Мұндай жабық кабинада тартылысқа қатысты құбылыстарды үдемелі қозғалысқа тән құбылыстардан айыруға сізге мүмкіндік беретін ешқандай тәжірибелерді жа-сау мүмкін емес. Кішкене жабық кабинаның ішінде гравитация мен шапшаң қозғалыс әсері байқалмайды.
Эквиваленттік принципі салдарының бірі - тартылушы массаның маңында жарық сәулелерінің (фотондардың) ауытқуы, ал тартылушы масса шығаратын жарық қызыл түске ығысуы керек. Бұл тәжірибемен дәлелденген.
Салыстырмалықтың жалпы теориясындағы басқа бір шешуші жағдай кеңістік-уақыттың қисықтығы ұғымы болды. Эйнштейн үлкен салмақты денелердің қасында барлық кеңістік-уақыт қисаюы керек деп болжады (тек кеңістік қана емес) және жарық сәулелері мен бөлшектер уақыт кеңістігінде ең қысқа жолмен - геодезиялық сызықтармен (сферадағы геодезиялық сызық - бұл доға) жылжитын болады. Басқа сөзбен айтсақ, тартылу дегеніміз салмақты үлкен денелердің маңындағы кеңістік-уақыттың геометриялық қасиеттерінің салдары. Дене неғұрлым салмақты және оның тығыздығы жоғарырақ болса, ол өзін қоршаған кеңістік-уақытты соншалық кебірек қабыстырады, ал бұдан көрші денеге соншалықты көбірек тартылыс күші әсер етеді.
А. Уилер, американдық физик-теоретик, салыстырмалықтың жалпы теориясының дәл сипаттамасын берді: "Зат кеңістікке оның қалай қабысу керектігін айтады, ал кеңістік затқа оның қалай жылжу керектігін айтады".
Салыстырмалықтың жалпы теориясы кеңістік, уақыт, Әлем туралы біздің түсініктерімізді түбірінен өзгертті. Ол қандай да болмасын центризмнен бас тартуға әкелді. Метагалактика - немесе біз бақылай алатын барлық астрономиялық біртұтас бүтін Әлеміміз біртекті және изотропты даму барысындағы шексіз космологиялық модель түрінде бейнелене бастады.
1926 ж. австрия физигі Э. Шредингер материя толқынын сипаттайтын математикалық теңдеуді (Шредингер теңдеуі) тапты. Луи де Бройльдің бөлшектер мен толқындардың "дуализмі" туралы батыл ойы материя мен жарықтың қасиеттерін біртұтастық жағдайда қарастыратын теорияны жасауға мүмкіндік жасады. Осы жағдайда жарық кванты микроәлем құры-лымының айрықша бір күйі ретінде түсінілді. Алғашқы уақытта Луи де Бройльдің гипотезасы тәжірибе жүзінде дәлелдеуді қажет етті. Материяның толқындық қасиетінің бар екенін дәлелдеуде 1927 ж. американдық физиктер К. Дэвидсон мен Л. Джермердің электрондардың дифракциясын анықтауының үлкен маңызы болды. Кейінірек нейтрондардың, атомдардың жоне молекулардың да диф-ракциясын анықтауға арналған тәжірибелік жұмыстар жүргізілді. Тәжірибелік барлық нәтижелер Луи де Бройльдің гипотезасын растады.
Сонымен, жарық бөлшек ретінде де, толқын ретінде де әрекет ете алады, басқаша айтқанда, жарық дуализм қабілетіне ие. Жарықтың бұл қасиетінің дәлелдерінің бірі интерференция болып табылады. Жарықтың интерференциясы - бұл жарықтың екі сәулесі бірінің үстіне бірі салынатын физикалық құбылыс. Бұл жағдайда экранда кезектесіп орналасқан қара және ашық жолақтардың суреті пайда болады. Интерференциялық суретті жарықтың толқындық қасиеттері негізінде де, не жарықты фотондар - бөлшектер ретінде де қарастырып есептеуге болады. Кванттық бейнелеуден шығатыны - экранның бір бөліктерінде (ашық жолақтарға сәйкес келетін) фотондарды табу ықтималдығы көбірек, ал басқа бөліктерінде (қара жолақтар) - азырақ.
Кванттық механиканың негізгі идеясы микроәлемде оқиғалардың ықтималдығы туралы ұғымның анықтауышы болатындығында. Микроскоптық деңгейде (сөз фотондар немесе заттардың қарапайым бөлшектері туралы болса) біз нақты эксперименттің нәтижесін дәл болжап айта алмаймыз (мысалы, экранда фотон түсуге тиісті нүктені көрсету). Біздің бар істей алатынымыз - бұл тек тәжірибенің әр түрлі қорытындыларының ықтималдығын есептеп шығару. Бөлшектердің саны өте көп болғанда ғана біздің эксперимент барысы туралы болжамдарымыз қажетті дәлдікке ие болады. Бұл терең тұжырым біздің оқиғалардың дамуын болжау мүмкіндіктеріміздің шектеулі екендігін білдіреді.
Кванттық теорияның бұл өзіндік ерекшелігіне 1927 жылы айқындық енгізген неміс физигі, әйгілі белгісіздік принципінің авторы Гейзенберг (1901-1976) болды. Бұл принцп бойынша бөлшектердің бірін-бірі толықтырып тұрған екі сипаттамасын, мысалы, оның жылдамдығы мен координаталарын бір мезгілде дәл өлшеу мүмкін емес. Гейзенберг принципі негізді және өте маңызды.
Гейзенберг өз принципін гипотетикалық микроскоп үлгісінде көрнекі түрде түсіндірді ("Атом ядросының физикасы"). Егер біз импульсінің дәл мәні белгілі болған электронның координатасын анықтағымыз келсе, онда электронды көріп, оның орнын анықтау үшін біз оған жарық түсіруіміз керек, басқаша айтсақ, оған фотондар шоғырын бағыттауымыз қажет болар еді. Бірақ фотондар электрондармен қақтығысып, оған өз энергиясының бір бөлігін береді де, мұнымен оның импульсін белгісіз көлемге өзгертіп жібереді. Осылайша біз бөлшектің нақты координатасын өлшейміз, бірақ оның импульсі белгісіз болып шығады.


Ұқсас жұмыстар
Социум және әлеуметтік қатынастарды әлеуметтік жұмыс өрісінің объектісі ретінде қарастыру
Электромагниттік индукция туралы
Ұлыбританияда лейбористер
Магнит өрісі
ФОЛКЛОРИСТИКАДАҒЫ МИФ
Батыстағы әлеуметтік жұмыс теориясының даму тарихы.
Таңдайымыз өрісті оймен татымақ
Электромагниттік индукция
Журналист Сая Молдайып өзінің облыстық Сарыарқа самалы газетінің 14 ақпан 2017 жылғы 17 санында жарық көрген Жұртыңмен талай заман көрдің атты мақаласын Ойға өріс беріп көрейік деп бастаған екен
Көрісу айты


Көмек