Пи тооны өдөр буюу жил бүрийн 3-р сарын 14 (3.14) энэ өдөр Альберт Эйнштейн мэндэлжээ.
Мөн Стивен Хокинг нас барсан…
Долгион уу Бөөм үү?
1921 оны физикийн салбар дахь Нобелийн шагналыг Эйнштейнд түүний Харьцангуйн онолд нь зориулж… Өгөөгүй.
Тухайн үед Харьцангуйн онол хэтэрхий абстракт, хийсвэр санагдаж байсан гэдэг. 1918 оны нар хиртэлтийг ажигласан Артур Эддингтоны ажиглалт Харьцангуйн онолын нэгэн баталгаа болсон гэж үздэг ч, ажиглалтын нарийвчлал хүлээн зөвшөөрөхүйц өндөр байгаагүй. Тиймээс бүгд л дотроо “бяцхаан” эргэлзээтэй хоцорсон… Харьцангуйн онолын таамаглалыг шалгаж болох нэг зүйл нь “гравитацийн долгион” байв. Харамсалтай нь технологи үүнийг шалгах хэмжээний өндөр хөгжөөгүй байжээ. Бүтэн зууны дараа… 2015 оны 9-р сарын 14-ны өдөр л хүн төрөлхтний түүхэн дэх анхны гравитацийн долгионыг бүртгэсэн юм. Ажиглалт үнэхээр “жинхэнэ” байсан гэдгийг Эйнштейний “140”-н насны ойгоор олон нийтэд мэдэгдэж түүнд бэлэг барьжээ.
Тэгвэл Эйнштейнд юуны төлөө нобелийн шагнал гардуулсан бэ? Фотоэффектийн үзэгдэл…Энэ нь Ньютоны үеэс эхлэн өнгөрдөг зууны хагас хүртэл үргэлжилсэн Гэрэл долгион уу эсвэл бөөм үү гэдэг маргаантай холбоотой. Ньютон “гэрэл бол бөөм” гэтэл Гюгюнс эсрэгээр “Үгүй ээ энэ чинь долгион” гэдэг байж. Маргаан үргэлжилсээр 20-р зууны эхэн үед ДОЛГИОН талынхан илт давуу ялалтыг байгуулав. Жеймс Клерк Максвелл-н цахилгаан соронзон орныг нэгтгэсэн тэгшитгэлүүдэд “гэрэл бол цахилгаан соронзон ДОЛГИОН юмаа” гэдгийг харуулав… Ингээд л бүх физикчид, эрдэмтэд гэрэл бол долгион, түүнийг зөвхөн хэр тод тусаж буй эрчмээр нь л ангилах хэрэгтэй гээд байж байтал БӨӨМ талынхны сүүлчийн итгэл найдвар Фотоэффектийн үзэгдэл нээгджээ.
Дамжуулагч утсыг дундуур нь таслачихсан байна гэж саная. Тасарсан үзүүрүүд хоорондоо маш бага зайтай бол нэг үзүүрээс сугарсан электрон нөгөө үзүүр рүү хүрч чадна. Хэрвээ бид нэг үзүүр дээр гэрэл тусгавал, гэрлийн эрчимээс шалтгаалж, үзүүрээс электрон сугараад нисчих боломжтой. Физикчдийн итгэж байсанчлан ингэж электроныг сугалахад тусаж буй гэрлийн эрчим л чухал. Хэр тод тусгана төдий чинээ их электрон нисгээд байх нь… Харамсалтай нь бодит байдал эсрэгээр… Хийгдсэн туршилт бүр гэрэл хэр их эрчимтэй тусахаас үл шалтгаалан харин тодорхой гэрлийн долгионы уртуудад өөр өөр үр дүнгүүдийг өгч эхлэх нь тэр. Үүнийг шийдвэрлэх хялбар аргыг Эйнштейн олжээ… Энерги хадгалагдах хууль…
Хөгшин эрдэмтэн Макс Планкийн Хар биеийн цацаргалтыг тайлбарлахад ашигласан өөрийнх нь хэлсэнээр “математик залийг” Эйнштейн фотоэффектийн үзэгдлийг тайлбарлахад амжилттай ашиглав. Маш энгийн санаа. Ертөнц дэх бүх биет өөрөөсөө төрөл бүрийн долгионы урттай гэрэл цацруулдаг ба, үүнийг бид дулааны цацаргалт гэдэг, энэхүү биетээс цацрах гэрэл тасралтгүй буюу долгионы бүх уртад жигд бол ертөнц бүхэлдээ дулааны цацаргалтаар дүүрч хөрөх байв. Гэтэл үгүй шүү дээ. Хэт улаан сүйрэл гэж нэрлэгдсэн энэхүү асуудлыг гэрэл төрөл бүрийн долгионы уртад жигд цацардаг бус тодорхой долгионы уртад хамаарагдах тодорхой “багц” хэлбэрээр буюу “квант, квантаар” цацаргадаг гэж үзвэл хялбархан шийдэж болно. Гэвч энэ нь байгальд гэрэл тасралтгүй үргэлжилсэн бус квант, квантаар тасралттай цацардаг долгион гэсэн таамаглалыг дэвшүүлнэ. Өөрөөр хэлбэл биетээс цацрах гэрэл тасралтгүй үргэлжилсэн бус тодорхой долгионы уртад ноогдсон тодорхой энергитэй л байна. Энэ хамгийн бага энергийн хэмжээг “нэг квант” гэнэ. Биетээс цацрах гэрлийн энерги түүний эрчмээр бус долгионы урт болон өдгөө Планкийн тогтмол гэж нэрлэгдсэн тогтмолын үржвэрээр шууд тодорхойлогдоно. Өндөр энергитэй гэрэл биетээс цацрахын тулд босго энергийн хэмжээ их байх ба Планкийн тогтмол болон долгионы уртаар тодорхойлогдох тул цацрах боломж бага. Зөвхөн боломжит долгионы уртын мужид л гэрэл багц, багцаар – квант квантаар цацрах боломжтой. Иймээс биет өөрөөсөө төрөл бүрийн долгионы урттай гэрэл цацруулсаар эцэст нь ямар ч энергигүй болон хөрөх аюулаас аврагдах юм. Эйнштейн Планкийн санааг фотоэффектийн үзэгдлийг тайлбарлахад ашиглажээ. Тэр энэхүү гэрлийн квантыг “фотон” гэж нэрлэсэн нь өдгөө бидний мэдэх гэрлийн бөөмийн нэршил юм.
Дамжуулагч утасны тасарсан үзүүр дээр тусаж буй гэрэл тасралтгүй үргэлжилсэн бус харин квант, квантаар тусах ба тусаж буй нэг квантын энерги (өөрөөр фотоны энерги) электроныг дамжуулагч утасны үзүүрээс сугалах хамгийн бага энергитэй тэнцсэн тохиолдолд электрон үзүүрээс сугаран нисэх боломжтой. Ингэснээр тусгаж буй гэрлийн эрчим бус түүний долгионы урт чухал. Гэрлийн долгионы урт богино байх тусам, эсрэгээр давтамж өндөр байх ба тухайн гэрлийн нэг квантын энерги ихсэнэ, богино долгионы урттай гэрлийн хувьд электроныг сугалахад хялбар. Учир нь тэр их энергитэй. Дүгнэж хэлвэл: Электроныг сугалахын тулд гэрэл хэр тод, хэр удаан тусах нь чухал бус харин ямар давтамжтай байх нь чухал. Зөв давтамжтай гэрлийг тусгавал удаан, хурдан-удаан, тод-бүдэг тусахаас үл шалтгаалан электроныг сугалах болно. Эйнштейн энэ бүгдийг маш энгийн энерги хадгалагдах хууль дээр суурилсан тэгшитгэлд нэгтгэн бичсэн юм: Туссан гэрлийн энерги болон электроныг сугалахад шаардагдах хамгийн бага энергийн зөрүү нь сугаран гарсан электроны энергитэй тэнцүү.
Эйнштейний тайлбар гэрэл цахилгаан соронзон долгионоос гадна фотон гэх материаллаг бөөм болохыг харуулсан юм. Хожим нь уг нээлт классик квант физикийн суурийг тавьж, орчин үеийн их энерги эгэл бөөмийн физикийн хөгжилд томоохон хувь нэмэр оруулсан. Гэрэл цахилгаан соронзон долгион мөн бөөм ч мөн. Үүнийг өдгөө долгион-бөөмийн дуализм гэдэг ба гэрэл зөвхөн аль нэг нь бус. Харин гэрэл долгион ч мөн, бөөм ч мөн. Ньютоны ч зөв, Гюгюнсийн ч зөв байсан. Квант физик хөгжиснөөр зөвхөн гэрэл ч бус, электрон, мюон, кварк зэрэг эгэл бөөмсүүд гэрэлтэй адил долгионлог – бөөмлөг хосолмол шинж чанартай болохыг нээжээ. Ертөнцийн хамгийн жижиг бүтцүүдийг судладаг квант физикийн шавыг хамтран тавилцсанаараа Альберт Эйнштейн орчин үеийн физикийн хоёр том баганыг босгосон юм. Эдгээр нь ертөнцийн үүсэл хөгжил ирээдүй, огторгуй-хугацаа болон түүн дэх материйн харилцан үйлчлэл, галактик одод эрхэс зэрэг аварга хэмжээсийг судладаг Харьцангуйн ерөнхий бол нөгөө нь атомын бүтэц, материйн бүтэц, тэдгээрийг бүтээгч эгэл бөөмсийн харилцан үйлчлэлийг судладаг Квант физик юм. Өдгөө орчин үеийн онолын физикийн нэгэн томоохон асуудал Харьцангуйн ерөнхий онол болон Квант физикийг хамтад нь багтаасан, нэгдсэн орны онолыг байгуулах асуудал юм. Байгаль ертөнцийг 1. Гравитацийн буюу Таталцалын 2. Цахилгаан соронзон 3. Цөмийн сул 4. Цөмийн хүчтэй гэсэн үндсэн дөрвөн харилцан үйлчлэл жолооддог. Гравитацийн харилцан үйлчлэлийг Харьцангуйн ерөнхий тайлбарладаг бол үлдсэн гурвыг нь Квант физик – Квант орны онолоор тайлбарлана. Гравитацийг тайлбарлах квант орны онолын оролдлогууд амжилт олоогүй ба нэгдсэн орны онолыг бүтээх нь квант гравитацийн онолыг байгуулах тухай асуудал юм. “Бүх зүйлсийн онол” хэмээн нэрлэгддэг үндсэн дөрвөн харилцан үйлчлэлийг нэгтгэсэн онолыг байгуулах санааг мөн л Альберт Эйнштейн сэдэж, өөрийн амьдралын сүүлийн 25 орчим жилийг цахилгаан соронзон онолыг гравитацийн онолтой нэгтгэхэд зориулсан билээ. Харамсалтай нь эдгээр оролдлогууд өдгөө ч түүний мөрөөдөл хэвээр байна…
Жич: Photoelectric effect – Фото эффект гэж орчуулсан болно.
Нийтлэлийг бичсэн:
Б. Билгүүн, Эгэл бөөм цөмийн физикийн салбар, ФТХ.
