InfoHub Logo

Kvanttyq fızıka týraly estip kórmegen tyńdarmandy munyń ataýynyń ózi-aq shoshytady. Ol tipti kúndelikti qoldanyp júrse de, keıbir fızıkter úshin de birtúrli, aqylǵa sıymsyz kórinýi múmkin. Biraq, ol sonshalyqty túsiniksiz emes. Eger sizdi kvanttyq fızıka shynymen de qyzyqtyratyn bolsa, onda negizgi alty túsinikti oıyńyzdan shyǵarmańyz. Joq, olardyń kvanttyq qubylystarmen baılanysy joq dese de bolady. Bul oıdan shyǵarylǵan tájirıbeler de emes. Bar bolǵany, ony jaqsylap uǵyp alsańyz, kvanttyq fızıkany túsiný anaǵurlym ońaı bolmaq.

Bári tolqynnan turady. Bólshekter de.

Bul talqylaýdy bastaýǵa bolatyn jer kóp: bizdiń búkil Ǵalam birmezette bólshektik jáne tolqyndyq qasıetke ıe. Ony erekshelep aıtsaq, bylaı bolar edi: «Osynyń bári tolqyndar, tek qana tolqyndar». Bul kvanttyq fızıka úshin ádemi teńeý bolǵan sıaqty. Shynymen de, myna ǵalamnyń bári tolqyndyq qasıetke ıe.

Árıne, Ǵalamnyń bólshektik te qasıeti bar. Bul birtúri estiletin shyǵar, biraq tájirıbe sony kórsetedi. 

Shynaıy nysandardy birmezette bólshek jáne tolqyn retinde sıpattaý naqty bolmas edi. Negizi, kvanttyq fızıkamen sıpattalatyn nysandar bólshek te, tolqyn da emes. Ony tolqyndyq (keńistikte taralýmen birge tolqyn jıiligi men uzyndyǵy bar) jáne azdaǵan bólshektik (olardy sanaýǵa jáne belgili bir dárejede shekteýge bolady) qasıeti bar úshinshi sanatqa jatqyzýǵa bolady. Bul «Jaryqty bólshek retinde qarastyrý durys pa?» degen taqyrypta fızıka qaýymdastyǵynda tartysty pikirtalastyń týyndaýyna sebepshi bolar edi. Bul pikirtalastyń týyndaýyna jaryqtyń bólshektik qasıeti bolýy qaıshylyq týdyrǵandyqtan emes, fotondardy «kvanttyq óristiń qozýy» emes, «bólshekter» dep ataý sebep bolatyny anyq. Bul stýdentterdiń basyn qatyratyn másele bolar edi. Qysqasy, bul elektrondardy bólshek dep ataýǵa bola ma degen máselege de qatysty. Biraq, ondaı pikirtalas tek akademıalyq ortada ǵana kóteriledi.

Kvanttyq nysandardyń «úshinshi» tabıǵaty kvanttyq qubylysty zertteıtin fızıkterdiń de áńgimesiniń ózegi bolady. Hıggs bozony Úlken adronomdy kollaıderde bólshek retinde anyqtalǵan edi. Biraq, sizder barlyq keńistikti toltyratyn shektelmegen zattar týraly «Hıggs órisi» degen sóz tirkesin estigen bolarsyz? Bulaı bolý sebebi, bólshekterdiń soqtyǵysýy sıaqty tájirıbeler jaǵdaıynda bólshekterdiń sıpatyn anyqtaǵannan góri Hıggs órisiniń qozýyn talqylaǵan áldeqaıda aqylǵa qonymdy bolar edi. Al anyqtalǵan bólshekterdiń massasy bar degen máseleni jalpy talqylaý sıaqty basqa jaǵdaıda, fızıkany termın tilinde ǵalamdyq masshtabtyń kvanttyq órispen ózara áserlesýi retinde túsindirgen ońaı bolar edi. Bul birdeı matematıkalyq nysandardy sıpattaıtyn ártúrli tilder.

Kvanttyq fızıka dıskretti

Fızıka tilindegi «kvantým» sózi latynnyń «qansha» degen sózinen shyqqan jáne kvanttyq úlgilerdiń qashan da dıskrettik ólshemdegi birnárselerden turatynyn bildiredi. Kvanttyq óristegi energıa qandaı da bir negizgi energıanyń eselengen ólsheminde keledi. Jaryq úshin muny jaryq tolqynynyń jıiligimen jáne uzyndyǵymen baılanystyrýǵa bolady. Qysqa tolqyndy jıiligi joǵary jaryqtyń energıasy joǵary. Al uzyn tolqyndy jıiligi az jaryqqa az energıa tıeseli. 

Eki jaǵdaıda da belgili jaryq órisindegi tolyq energıa osy energıaǵa bútin sanmen eselengen  - 1, 2, 14, 137 ese. Munda bir jarym, «pı» nemese kvadrattyq túbir sıaqty úlesterdi kezdestirý múmkin emes. Mundaı qasıet atomdardyń dıskretti energetıkalyq deńgeılerinde de kezdesedi. Energetıkalyq aımaqtar naqty – energıanyń keıbir ólshemderin jiberse, keıbirin jibermeıdi. Atomdyq saǵattar ýaqytty «ekinshi sekiristi» júzege asyrýǵa qajetti deńgeıde ustap turatyn sezııdiń ruhsat etilgen eki kúıiniń arasyndaǵy aýysýǵa baılanysty jaryq jıiligin paıdalanyp, kvanttyq fızıkanyń dıskrettiligi sebepti jumys isteıdi.

Asa dál spektroskopıa qara materıa sıaqty zattardy izdestirýge jáne tómengi energetıkalyq irgeli fızıka ınstıtýtynyń jumysyn yntalandyrý úshin kerek.

Bul árqashan anyq bola bermeıdi. Tipti, qara deneniń sáýle shyǵarýy sıaqty negizinen kvantty bolyp tabylatyn nárseler úzdiksiz taratýǵa baılanysty. Biraq, aldaǵy zertteýlerde jáne matematıkany jaqsylap qoldanýda kvanttyq teorıa odan ári birtúrli bola túsedi. 

Kvanttyq fızıka yqtyımaldyq bolyp tabylady

Kvanttyq fızıkanyń eń ǵajaıyp jáne (eń bolmaǵanda, tarıhı) qaıshylyqqa toly qyrlarynyń biri bir tájirıbeniń kvanttyq júıemen aıaqtalýyn senimdi túrde aıtý múmkin emes. Fızıkter belgili bir tájirıbeniń sońy týraly boljam aıtqanda olardyń boljamdary naqty múmkin bolatyn nátıjelerdiń yqtımaldyǵy túrinde bolady. Al teorıa men tájirıbeni salystyrý qashan da kóptegen qaıtalanǵan tájirıbelerdiń yqtımaldyqtaryn taratýdan shyǵady. 

Kvanttyq fızıkanyń matematıkalyq sıpaty ádette «tolqyndyq fýnksıa» túrinde bolady jáne teńdeýlerde grektiń psı Ψ áripimen belgilenedi. Tolqyndyq fýnksıa degen naqty ne nárse degen kóptegen pikirtalastar júredi. Ol fızıkterdi eki topqa bóldi: tolqyndyq fýnksıany naqty fızıkalyq zat retinde (ontıkalyq teoretıkter) kóretinder men tolqyndyq fýnksıany tek qana belgili bir kvantyq nysannyń tómengi kúıde jatqanynan qaramastan, bizdiń bilimimizdiń (nemese bilimniń bolmaýyn) kórinisi (epıstemıkalyq teoretıkter) retinde qabyldaıtyndar. 

Negizi qalanǵan úlginiń ár klasynda nátıjeni tabý yqtımaldyǵy tolqyndyq fýnksıamyn tikeleı tabylmaıdy, kvadrattyq tolqyndyq fýnksıamen (qysqasha aıtqanda, dál sonyń ózi; tolqyndyq fýnksıa – bul kúrdeli matematıkalyq nysan (demek, kvadrattyq túbir nemese onyń teris máni sıaqty elestetýge bolatyn sandardan turady) jáne yqtımaldyqty alý operasıasy azdap kúrdelileý, biraq «tolqyndyq fýnksıanyń kvadraty» ıdeıanyń negizgi mánin túsinýge jetkilikti). Bul ony alǵash sheshken (onyń 1926-jylǵy jumysynyń  nusqasynda) jáne kóptegen adamdy sheshimniń sıyqsyz túrimen tańqaldyrǵan nemis fızıgi Maks Bornnyń quretine atalǵan Born erejesi retinde belgili. Born erejesin irgeli qaǵıdalardan shyǵarýda belsendi jumystar atqarylýda. Biraq, ǵylym úshin qyzyqty máselelerdiń basyn ashqanymen, ázirge olardyń bir de biri sátti aıaqtalǵan joq.

Teorıanyń bul aspektisi bir mezette kóptegen kúıde bolatyn bólshekterge alyp keledi. Biz tek bul yqtımaldyq jáne naqty nátıje almas burynǵy ólsheýge deıin ólshenetin júıe aralyq kúıde – barlyq múmkin yqtımaldyqtardy qamtıtyn sýperpozısıa kúıinde bolady dep boljam jasaı alamyz. Al júıe shynymen de kóptegen kúıde bola ma álde bir belgisiz kúıde bola ma – ol sizdiń ontıkalyq nemese epıstemıkalyq úlginiń qaısyn jaqtaıtynyńyzǵa baılanysty. Munyń ekeýi de bizdi kelesi bólimge alyp keledi.

Kvanttyq fızıka jergilikti emes

Eınshteınniń fızıkaǵa qosqan eń sońǵy úlken úlesi ol qateleskendikten keńinen tarala qoımady. 1935-jylǵy jumysynda jas seriktestesteri Borıs Podolkıı men Natan Rozenmen (EPR jumysy) birlesip, Eınshteın biz «qıýy qashqan» dep ataıtyn, ózin biraz ýaqyt áýrege salǵan birnárseniń naqty matematıkalyq túsindirmesin usyndy.  

EPR jumysy kvanttyq fızıka óte alystatylǵan jerlerde jasalǵan ólshemder bireýiniń sońǵysy ekinshisinen basyp ozatyndaı ara qatynasta bola alatyn júıeniń bolýyn moıyndady. Olar ólshem nátıjeleri qandaı da bir jalpy faktormen aldyn-ala anyqtalǵan bolý kerek dep tujyrymdady. Óıtkeni, basqa jaǵdaıda bir ólshemniń nátıjesin basqasyna aýystyrý úshin jaryq jyldamdyǵynan da artyq jyldamdyq kerek bolar edi. Osydan shyǵatyny, kvanttyq fızıka tolyq bolmaýy kerek, ol tereńirek teorıaǵa (bólek ólshemderdiń nátıjeleri ólshem júrgizetin jerden alysta turǵan turǵan jaryq jyldamdyǵymen zýlap kele jatqan (jergilikti) dybysty jaýyp tastaıyndaı birnársege táýeldi bolmaýy kerek, kerisinshe, shatasqan juptaǵy eki júıege de ortaq qandaı da bir faktormen (jabyq aınymaly) anyqtalatyn «jabyq jergilikti aınymaly» teorıasy) jýyqtaý bolýy kerek.  

Osynyń bári 30 jyldan asa túsiniksiz nusqama bolyp keldi. Oǵan eshkim de senbedi. Biraq 60-jyldardyń ortasynda ırlandıalyq fızık Djon Bell EPR jumysynyń saldaryn egjeı-tegjeıli zerttedi. Bell kvanttyq mehanıka  E, P jáne R usynǵan kez kelgen múmkin bolatyn teorıadan kúshtirek bolatyn alystatylǵan ólshemder arasyndaǵy korrelásıany boljaıtyn  jaǵdaıdy taba alatynymyzdy kórsetti. Muny tájirıbe júzinde 70-jyldary Djon Klojer men 80-jyldar basynda Alen Aspekt tekserdi. Olar osy shatasqan júıeler eshqandaı jergilikti jabyq aınymaly teorıasymen yqtımaldy túrde túsindirilmeıtinin kórsetti. 

Osy nátıjeni túsiný úshin eń keń taraǵan qadam kvanttyq mehanıka jergilikti emes degen boljamǵa saıady. Belgili bir jerde atqarylǵan ólsheý nátıjeleri alystatylǵan nysannyń qasıetin baılanysty bolýy múmkin, sondyqtan muny jaryq jyldamdyǵymen qozǵalyp kele jatqan dabyldardy paıdalanyn túsindirýge bolmaıdy. Qysqasy, osy shekteýdi kvanttyq mehanıka arqyly aınalyp ótpek bolǵan kóptegen talpynystardyń bolǵanyna qaramastan, aqparatty asa joǵary jaryq jyldamdyǵymen jiberý múmkin emes.

Kvanttyq fızıka (qashan da derlik) az nárselermen baılanysty

Kvanttyq fızıkanyń bedeli birtúrli. Óıtkeni ol týraly boljamdar bizdiń kúndelikti tájirıbelerimizden bólek. Bulaı bolý sebebi, nysan úlken bolǵan saıyn onyń áseri de az kórinis tabady. Bólshektiń tolqyndyq áreketin qarastyrǵan kezde ýaqyt uzarǵan saıyn tolqyn uzyndyǵynyń qysqarǵanyn baıqaýyńyz múmkin emes. Júrip bara jatqan tóbet sıaqty makroskopıalyq nysannyń tolqyn uzyndyǵy kúlkini keltiretindeı myrdymsyz. Eger siz bólmedegi ár atomdy Kún júıesiniń ólshemine deıin úlkeıtseńiz, tóbettiń tolqyn uzyndyǵy osyndaı Kún júıesindegi bir atomnyń ólshemindeı bolar edi. 

Demek, kvanttyq qubylys negizinen kóp jaǵdaıda massasy men údeýi aıtarlyqtaı az atomdar men negizgi bólshekterdiń masshtabtarymen shektelgen. Mundaı kezde tolqyn uzyndyǵynyń kishi bolǵany sonsha, ony tikeleı baqylaý múmkin emes. Qysqasy, kvanttyq áserdi kórsetetin júıeniń ólshemin úlkeıtý úshin óte kóp kúsh salý kerek bolar edi.

Kvanttyq fızıka syıqyr emes

Aldyńǵy bólimderden túıgenimiz, kvanttyq fızıka qanshalyqty birtúrli kóringenimen, onyń eshqandaı da syıqyr emes ekeni anyq. Ol kúndelikti fızıka ólshemderine kelmeıtin sıpattamasyna qaramastan, túsinikti matematıkalyq erejelermen jáne qaǵıdalarmen shektelgen. Sondyqtan, eger sizge bireý múmkin emesteı kórinetin sheksiz energıa, syıqyrly emdeý kúshi, ǵajaıyp ǵaryshtyq qozǵaltqyshtar sıaqty birtúrli «kvanttyq» oılarmen kelgen bolsa, olardyń múmkin bolmaýy da ábden múmkin. Biraq, bul biz múmkin emes nárselerdi jasaý úshin kvantyq fızıkany qoldana almaımyz degendi bildirmeıdi. Biz kvanttyq qubylystardy paıdalaný arqyly tańǵajaıyp jetistikterge jetkenimiz týraly az jazyp jatqan joqpyz. Olar tipti adamzatty tań qaldyratyn deńgeıge jetti. Demek, biz termodınamıka zańdary men aqyl-oıdyń sheginen shyǵa almaımyz.

Eger joǵaryda keltirilgen dálelder sizge az sıaqty kórinse, onda muny talqylaýdy ári qaraı jalǵastyrýdyń jaqsy bastamasy retinde qabyldańyz.

---