რელატივისტური და კვანტური ფიზიკა

ფიზიკაში ახალი ეპოქის დადგომა მომზადდა მე-19 საუკუნის დასასრულს ჯ.ტომსონის (J. J. Thomson) მიერ ელექტრონისაღმოჩენით. გაირკვა, რომ ატომები არ არიან ელემენტარული, არამედ წარმოადგენენ რთულ სისტემებს, რომელთა შემადგენლობაში შედიან ელექტრონები. მნიშვნელოვანი როლი ამ აღმოჩენაში ითამაშა აირებში განმუხტვის მოვლენების კვლევამ.

მე-19 საუკუნი დასასრულსა და მე-20 საუკუნის დასაწყისში ჰ.ლორენცის (Н. A. Lorentz) მიერ საფუძველი ჩაეყარა ელექტრონული თეორიის შექმნას, რომელსაც ხშირად უწოდებდნენ მიკროსკოპულ ელექტროდინამიკას.

მე-20 საუკუნის დასაწყისში გაირკვა, რომ ელექტროდინამიკა მოითხოვს სივრცისა და დროის შესახებ წარმოდგენების ძირეულ გადახედვას, იმ წარმოდგენების, რომლებიც საფუძვლად უდევს ნიუტონის კლასიკურ მექანიკას. 1905 წელს აინშტაინმა შექმნაფარდობითობის სპეციალური (კერძო) თეორია - ახალი მოძღვრება სივრცისა და დროის შესახებ.

ფარდობითობის სპეციალური თეორიის შექმნამ აჩვენა მსოფლიოს მექანიკური სურათის შემოსაზღვრულობა. მცდელობები ელექტრომაგნიტური პროცესები დაეყვანათ მექანიკურ ჰიპოთეტურ გარემოს - ეთერის წარმოდგენამდე არმოჩნდა უსაფუძვლო.

1916 წელს ა.აინშტაინმა ფარდობითობის პრინციპი განავრცო ათვლის არაინერციულ სისტემებზე და ააგო ფარდობითობის ზოგადი თეორია - სივრცის, დროისა და მიზიდულობის ფიზიკური თეორია. ეს თეორია გარდაქმნიდა ნიუტონისეულ მიზიდულობის თეორიას.^[35]

წარმოდგენა ქმედების კვანტის h≈ 6,6.10-27 ერგ.წმ არსებობის შესახებ ჩაისახა წონასწორული სითბური გამოსხივებისსტატისტიკური თეორიის ჩარჩოებში.

1900 წელს მ.პლანკის (М. Planck) მიერ გამოთქმულიქნა ჰიპოთეზა, რომ ატომები ელექტრომაგნიტურ ენერგიას ასხივებენ ცალკეული პორციებით - კვანტებით. ყოველი ასეთი კვანტის ენერგია პირდაპირპორპორციულია სიხშირისა, ხოლო პროპორციულობის კოეფიციენტს წარმოადგენს ქმედების კვანტი h, რომელმაც შემდგომ პლანკის მუდმივას სახელწოდება მიიღო.

1095 წელს აინშტანიმა გაავრცო პლანკის ჰიპოთეზა, ივარაუდა რა, რომ გამოსხივებადი ელექტრო-მაგნიტურო ენერგიის პორცია ინარჩუნებს თავის ინდივიდუალურობას - ვრცელდება და შთაინთქმება მხოლოდ მთლიანად, ანუ იქცევა ნაწილაკის მსგავსად (მოგვიანებით ის წოდებულ იქნა ფოტონად). ამ ჰიპოთეზის საფუძველზე აინშტაინმა ახსნა ფოტოეფექტის კანონზომიერებები, რომელის ახსნა კლასიკური ელექტროდიმანიკით ვერ ხერხდებოდა.

ამრიგად მოხდა სინათლის კორპუსკულაული თეორიის აღორძინება და ახალ ხარისხობრივ დონეზე აყვანა.შედეგად აღმოჩნდა, რომ კლასიკური ფიზიკის თვალსაზრისით შეუთავსებელი ტალღური და კორპუსკულარული თვისებები თანაბრად არის დამახასიათებელი სინათლისთვის - ანუ მას გააჩნია ორმაგი ბუნება (დუალიზმი) ტალღური და კორპუსკულარული. გამოსხივების დაკვანტვა იძლეოდა იმის დასკვნის საშუალებას, რომ შიგაატომური მოძრაობის ენერგია ასევე იცვლება ნახტომისებურად. სწორედ ასეთი დასკვნა გაკეთდა ნ.ბორის (N. Bhor) მიერ 1913 წელს. ამ დროისთვის ე.რეზერფორდმა ((Е. Rutherford; 1911), რომელიც ახდენდა მის მიერ ჩატარებული α-ნაწილაკების ნივთიერებაზე გაბნევის ექსპერიმენტალური შედეგების ინტერპრეტირებას, აღმოაჩინა ატომის ბირთვი და წარმოადგინა საკუთარი, ატომის ბირთვული (პლანეტარული) მოდელი.ატომთა მდგრადობისა და მისი წრფივი სპექტრის ასახსნელად, ბორმა ჩამოაყალიბა პოსტულატი, რომლის თანახმადაც ატომებს შეუძლიათ იმყოფებოდნენ მხოლოდ განსაკუთრებულ სტაციონარულ მდგომარეობებში, ამ მდგომარეობაში ყოფნისას ელექტრონები არ ასხივებენ, და მხოლოდ ერთი სტაციონარული მდგომარეობიდან სხვა სტაციონარულ მდგომარობაში გადასვლისას ასხივებს ან შთანთქავს ენერგიას.

ქმედების დისკრეტულობა - ეს ფუნდამენტური ფაქტი ითხოვდა როგორც მექანიკის კანონების ისე ელექტროდინამიკის კანონების რადიკალურ გარდაქმნას. პლანკის მუდმივა - ეს არის უნივერსალური მსოფლიო მუდმივა, რომელიც თამაშობს ბუნების მოვლენების მასშტაბის როლს. კლასიკური კანონები სამართლიანია მხოლოდ საკმაოდ დიდი მასის ობიექტთა მოძრაობის განხილვისას.

1920 წელს აიგო თანმიმდევრული, ლოგიკურად დასრულებული, მიკრონაწილაკების მოძრაობის თეორია - კვანტური, ანუ ტალღური თეორია, მექანიკა რომელიც ყველაზე ღრმაა თანამედოვე ფიზიკურ თეორიებს შორის. მას საფუძვლად დაედო პლანკი-ბორის დაკვანტვის იდეა და 1924 წელს ლ. დე ბროილის (L. de Broglie) ჰიპოთეზა იმის შესახებ, რომ ორმაგი კორპუსკულარულ-ტალღური ბუნება დამახასიათებელია არა მხოლოდ ელექტრო-მაგნიტური გამოსხივებისათვის (ფოტონებისათვის), არამედ ნებისმიერი სხვა სახის მატერიისთვის. ყველა მიკრონაწილაკს (ელექტრონები, პროტონები, ატომები და სხვ.) გააჩნია არამარტო კორპუსკულარული, არამედ ტალღური თვისებები: ყოველი მათგანს შეიძლება შეუსაბამოთ ტალღა, რომლის ტალღის სიგრძეც ტოლია პლანკის მუდმივის h-ის ფარდობისა ამ ნაწილაკის იმპულსთან, ხოლო სიხშირე - ეს არის ენერგიის ფარდობა h -თან.

1926 წელს ე.შრედინგერმა (Е. Schrodinger), რომელიც ცდილობდა ატომში დისკრეტული ენერგიების მიღებას ტალღური ტიპის განტოლებიდან, მოახდინა არარელატივისტური კვანტური მექანიკისთვის ძირითადი განტოლების ფორმულირება, რომელსაც შემდგომ მისი სახელი ეწოდა. ვ.ჰაიზენბერგმა (W. Heisenberg) და სხვებმა შექმნეს კვანტური მექანიკა განსხვავებული მათემატიკურ ფორმით - ე.წ მატრიცული მექანიკა.

1925 წელს პაულიმ ჩამოაყალიბა ე.წ აკრძალვის პრინციპი, რომლის თანახმადაც ერთ კვანტურ მდგომარეობაში არ შეიძლება იმყოფებოდეს ერთზე მეტი ელექტრონი (პაულის პრინციპი). ამ პრინციპმა ითამაშა უმნიშვნელოვანესი როლი მრავალ ნაწილაკიანი სისტემების კვანტური თეორიის აგებისას, კერძოდ კი სწორედ ამ პრინციპმა ახსნა მრავალელექტრონიან ატომებში ელექტრონების მიერ ატომური ღრუბლებისა და შრეების შევსების კანონზომიერება და ამით მისცა თეორიული ახსნა ელემენტთა პერიოდული სისტემას.