Роберт Бойль (1627 - 1691)

Роберт Бойль (43-сурет) 1627 ж. 25 қаңтарда Лисморда (Ирландия) туылды, Итон колледжiнде (1635 - 1638) және Женева академиясында (1639 – 1644) бiлiм алды. Содан кейiн ол ешқайда шықпастан Столбридждегi өзiнiң имениясында тұрды, онда ол 12 жыл бойы өзiнiң химиялық зерттеулерiн жүргiздi. 1656 ж. Б. Оксфордқа, ал 1668 ж. Лондонға көштi.

Роберт Бойль ғылыми қызметi физика мен химия салаларына байланысты эксперименттік әдiстерге негiзделген және атомистикалық теорияны дамытты. 1660 ж. ол газ қысымының көлемге тәуелдiлiгiн анықтайтын заңды тапты. Кейiнiрек, бұл заң Бойль – Мариотт заңы деп аталды: бұл заңды Бойльден байланыссыз француз физигi Э. Мариотт ашты.

Бойль химиялық процесстердi көп зерттедi, мысалы, металды күйдiргендегi, ағашты құрғақ айдағандағы, тұздар, қышқыл және сiлтiлер түрленгенде болатын процесстердi. 1654 ж. ол ғылымға денелер құрамының анализi деген ұғым енгiздi. Бойльдiң бiр кiтабы «Химик - скептик» деп аталған.

Ол агрегаттық күйдегi денелердiң ерекшелiгiне алғаш рет түсiндiрме бердi. 1660 ж. Бойль калий ацетатын айдап ацетон шығарды, 1663 ж. Шотландияның тауларында өсетiн лакмус қынасынан лакмус индикаторын тауып өз зерттеулерiнде пайдаланды.

43 сурет. - Роберт Бойль

1680 ж. ол сүйектерден фосфорды алу әдiсiн дайындады, ортофосфорлық қышқылды және фосфиндi шығарды. Бойль Оксфордта ғылыми қоғамды құруға белсене қатысты. Бұл қоғам кейiн Лондон Корольдiк қоғамы болып аталынды (ағылшын Ғылыми Академиясымен бiрдей). Роберт Бойль 1691 ж. 30 желтоқсан айында дүние салды. Ол болашақ ұрпаққа бай ғылыми мұра қалдырды. Бойль өте көп кiтаптар жазды, кейбiреулерi ол өлгеннен кейiн басылып шықты: кейбiр қолжазбалар Корольдік қоғамының мұражайынан табылды.

Студенттің өзіндік жұмысына арналған сұрақтар:

1. XVIII ғ. жылу туралы ілім.

2. XVIII ғ. термометрия. Жылу мен температура.

3. Статистикалық физиканың пайда болуы.

4. Молекула-кинетикалық теорияның эксперименттік негіздері.

5. Молекула-кинетикалық теория біріктірген бірнеше физикалық зерттеулердің бағыттары (атомизм, жылу туралы ілім және т.б.).

6. М.В. Ломоносовтың өмірбаяны, ғылыми жолы.

7. XIX ғ. басындағы жылу туралы ғылымның жағдайы.

9-дәріс

ҚАЗІРГІ ЗАМАНҒЫ ФИЗИКА

XIX ғ. аяғы – XX ғ. басындағы ғылыми көтеріліс ( Эйнштейннің салыстырмалылық теориясы )

XIX-XX ғғ. классикалық физикадан жаңа кванттық-релятивистік физикаға өту кезеңі болып табылады.

Бұл кездерде Эйнштейн 20 жаста, Бор 14 жаста болған еді. Ол кезде ешкім алдағы жаңа ғасырдың қаншалықты көп ұлы ашуларды әкелетінін білмеп еді.

Ғылыми төңкеріс XIX ғ. ескі формалардың мұра болып қалған теорияларынан туды. Ғылыми журналдарда бұрынғыдан көп 3-3,5 мың жылына жұмыстар жарық көріп жатты. Ғылыммен айналыстаын адамдар қатары көбейді, қайсы біреулерінің есімдері ұмыт болып та жатты.

Жаңа физика қоғаммен тығыз байланыста, қарым-қатынаста болды. Ғылымның дамуымен қатар, АҚШ-тағы өндірістік күштер белсенді дами бастады. Осылай герман электротехникалық концерні «Симменс» Берлиндегі Гельгольц басқарған физика-техникалық институтты жартылай қаржыландырып отырған. Содан кейін, өз өндірістерінде жеке электротехникалық зертханаларды құрып алды. Осындай жағдай Англия, АҚШ және Францияда да бағыт алды. Кеңес өкіметі бұл жағынан артта еді. Тек атақты Нобелдер жанұясы ғана Ресейдің ғылымының дамуына ақша салуды қажет деп тапқан. Бұл әрине XX ғ. басы үшін жеткіліксіз еді.

Жеке капиталдарды ғылыми зерттеулерге салып отыру ғалымдар мен жұмыс берушілер арасында жаңа қарым-қатынасты құруға әсерін тигізді.

Ғылым мен қоғам арасындағы қарым-қатынас үшін ең ыңғайлы болғаны ғылыми-техникалық төңкеріс кезінде 1901 ж. Нобель сыйлықтары еді. Нобель сыйлықтары бір жағынан ғалым, оқымысты үшін ең жоғары марапат, мәртебе болып табылды, екінші жағынан жай адамға ғылым әлеміне бағдар алу мүмкіндігін беру еді.

XIX-XX ғғ. физикамен үш мыңға жуық адам айналысқан. I Халықаралық конгресте 1901 жылы Парижге үш жүзге жуық оқымысты келген. Олардың көбі жастар еді. Коперник ол кезде 70 жаста болар еді, Галилей мен Ньютон 45 жас шамасында еді. XX ғ. жаңа физиканы құрушылар Резерфорд, Эйнштейн, Бор 30 жас шамасында болды.

Осы кезеңде пайда болған жаңа ғылымды классикалық физика кезеңінде тәрбиеленген орта және кәрі жас қауым қабылдай алмай жатты.

XIX-XX ғғ. ғылыми төңкеріс алдына физика мен техниканың қатынасы туралы сұрақты жаңадан қойды. Осы кезде техника – қолданбалы физика екені тұжырымдалды. Физика жаңа техника салаларын және жаңа техникалық мүмкіндіктерді аша бастады. XX ғ. физиканың негізгі жетістігі болып ғылыми аспап жасау еді.

Жаңа төңкерістің құрылуымен ғылымның «әріптестігіне» алып келді. Жалғыз басты оқымыстылар енді бірігіп жұмыс жасай бастайды. Бұл процесс XIX ғ. ортасында ғылыми институттар негізі салынғанда басталған еді (мысалы, Англиядағы Кавендиш зертханасы, Германиядағы физика-техникалық институт).

Аздаған оқымыстылар топтары да ғылымда жетістікке жетуге жеткілікті болмады, басқа да сала мамандарымен жұмыс жасау қажет болды. Осылайша, үлкен ғылыми коллективтер пайда бола бастады, бұл әсіресе XX ғ. ортасындағы көптеген ашулар жасалған уақытқа тиесілі.

XIX-XX ғғ. ғылыми төңкеріс ғылыми зерттеулердің әдістерін іске асыру туралы айта кету керек. Сонау Архимед заманынан-ақ, алғашқы ғылым жетістіктері соғыс, әскери облыстарда қолданыс тапқан, өкінішке орай, сол жетістіктердің кесірінен миллиондаған адамдар көз жұмды. Осы жағдай XX ғасырларда көрініс тапты, әсіресе ғасырдың екінші жартысында бүкіл адамзатты жоюға қабілетті ядролық қару ойлап табылған соң да адамдардың өліміне әкеп соқты (Херосима, Нагасаки және өзіміздің Семей полигоны).

Нобель барлық ашулар тек тыныштық, татулық үшін болса екен деген арманы орындалмауы да мүмкін, яғни жаңағы әскери қарулар барлық мақсатта да қолданыс табады. Бұл ғылымның дамуының логикасы.

Енді ұлы ашуларға тоқталайық.

Абсолют қара дененің (АҚД) шағылуын зерттелуін қарастырайық. Бұл мәселені зерттеу өте ертеде басталған. 1792 жылы швейцарлық физик Пьер Прево (1751-1839) дененің жұтылуы және шағылуы қабілеттері бір-біріне пропорционал деген ережені жазған еді. Алайда, нақты зерттеулерді Густав Кирхгоф (18247-1888) бастаған еді. Оның физикадағы жетістіктері: атақты Кирхгоф ережесі, Гюйгенс-Френель принципін математикалық тұрғыда дәлелдеді, спектрлік талдауды Р.Ф. Бунзенмен (1811-1889) бірге өңдеген және күн спектріндегі фраунгофер сызықтарын түсіндірді.

Кирхгоф заңы бойынша кез-келген дененің жұтылу және шағылу қабілеттерінің қатынасы бірдей:

Е (шағылу қабілеті) және А (жұтылу қабілеті) функциялары кез-келген болуы мүмкін, ал функциясы біреу ғана болу керек. Бұл термодинамикалық ойлардан шыққан абсолют қатты дене үшін .

Ары қарай түрін түсіндіру зерттеледі. Ол үшін эксперименттік теориялық жұмыстар жасалды. түрінің эксперименттік түрін 1879 ж. австрия физигі Й. Стефан (1835-1839), ал 1884 жылы Л. Больцман теориялық түрін берген:

Бұл қатынас Стефан-Больцман заңы деп аталады. Бұл заң – интегралды, ол температурасымен АҚД шағылуының энтропия өзгерісін анықтайды.

Енді АҚД шағылуының жиіліктік тәуелділігін табу керек еді. Мұның шешімін 1896 ж. Вильгельм Вин (1864-1928) АҚД спектріндегі энергияның таралу заңы ретінде берді:

Бұл формула тек таза термодинамикада ғана жұмыс істейді және спектрдің ұзынтолқынды бөлігі үшін жұмыс істемейді.

Дж. Рэлей (1842-1919) және Дж.Джинс бұл өрнекті спектрдің ұзынтолқынды бөлігі үшін берді, бұл формула Рэлей-Джинс формуласы деп аталады.

Осылайша, Вин және Рэлей-Джинс формулалары АҚД шағылу ерекшеліктерін толығымен нақты сипаттай алмады. Бұл формулаларды қорыту үшін классикалық физика рамкасында жасауға болмайтыны түсінікті болды. Бұған енді жаңа ойлар мен жаңа жолдар қажет болды. Мұны Макс Планк (1858-1947) жасады. Ол көтерілістік қадам жасады, мынадай гипотеза айтылды: АҚД шағылуы кванттармен дискретті болды деген.

Планк энтропия мен осциллятордың орташа энергиясымен байланыс құрып өзінің атақты формуласын алды:

Бұл өрнек 1900 ж. алынды, теориялық қорытылуы болмады. Эксперимент жүзінде теорияны тексергенде дәлме-дәл келген. Енді Планктің алдында осы формуланы теориялық жолмен алу тұрды. Ол Больцманның идеал газдың микрокүйін микрокүй сандары анықтайды деген идеясын қолдады. Соңында ол мынадай формуланы алды: , р – бүтін сан. Сөйтіп, Планк теориялық жолмен формуланы қорытып шығарды. Планк өз формуласына түсініктемелер бермек болды, бірақ бере алмады. Планк теориясы классикалық физикаға қайшы келді. Квант гипотезасы уақыт өте кейбір есептерге қолдана бастады. Ол ақырындап классикалық емес физиканың жаңа негізінің біріне айнала бастайды.

Кванттық физиканың негіздерін тұжырымдауда үлкен рөлді Альберт Эйнштейн атқарды. Планктің гипотезасын температураның жылусыйымдылыққа тәуелділігін түсіндіру үшін қолданылды. Классикалық теорияға сәйкес кез-келген дененің молярлық жылусыйымдылығы 3RT -ға тең – бұл осы заңды ашқан Пьер Луи Дюлонг (1785-1838) және Алексис Терез Птидің (1791-1820) есімдерімен аталған атақты заң. Алайда, практикада ол барлық заттар үшін орындалмайды: кейбір материалдар үшін температураның төмендеуімен жылусыйымдылық та кемиді.

Осциллятордың энергиясы квантталады дегенді ұстанып, 1907 ж. Эйнштейн бір еркіндік дәрежеге класикалықтан ерекшелінетін энергия сай келетінін көрсетті. Онда экспериментпен дәл келетін жылусыйымдылық үшін өрнекті алуға болады:

Кейінірек, 1912 ж. бұл теорияны П.Й.В. Дебай (1884-1966 жж.) жетілдіріп және оны қатты денелердің жылусыйымдылықтарын есептеу үшін қолданды.

1905 жылы Эйнштейн Планк гипотезасын фотоэффект және ұқсас құбылыстарға қолданды. Ол кеңістікте сәулелену энергиясы -ға тең порциялармен (кванттармен) таралады деп санаған.

АҚД сипаттауда Планктан Эйнштейннің сипаттамасы өзгеше. Эйнштейн Вин формуласын алады. Оны қолдана, айна қуысындағы монохроматты сәулеленудің энтропиясын анықтады:

мұндағы V₂– қуыстың көлемі, V₁- сәулеленуге ұшыраған көлем.

Бұл идеал газға арналған өрнекке сәйкес келеді, өйткені - кванттар саны. Осыдан барып сәулелену кванттары енгізіледі.

Осылайша, сәулеленудің кванттық үлгісі рамкасында бірқатар құбылыстар түсіндірілді: люминесценция кезіндегі стоксты ығысу, фотоэффект, газдардың фотоионизациясы және т.б.

Эйнштейннің өзі көп жылдар бойы және табысты сәулелену проблемаларымен айналысты. Осылай, 1912 жылы фотохимияның негізгі заңын бекітті: әрбір жұтылған фотон бір элементар фотореакцияны тудырады. 1917 жылы Эйнштейн спонтандық және еріксіз сәулелену түсініктерін енгізді. Бұл түсініктер қазіргі заманғы кванттық генераторлар теориясының негізіне жатады. 1917 ж. жұмысында ол фотон импульсі ұғымын енгізді.

Эйнштейн физикаға енгізген фотондарды ескі буынның оқымыстылары қабылдай алмады. Экспериментті түрде мұны 1924 ж. Артур Холли Комптон (1892-1962) рентген сәулелерінің таралу эффектісін ашумен дәлелдеді.

Комптон эффектісін классикалық физика түсіндіре алмады, ал кванттық теория бойынша түсінікті болды. Комптон эффектісінің ашылуы Планк пен Эйнштейннің физикаға кванттануды енгізгеннің дұрыстығын көрсетті. Енді шамаларды атау, оларды енгізу сияқты мәселелер тұрды, бұл корпускулалық-толқындық дуализмді түсіндіру үшін қандай да бір басқа ғылыми тіл қажет болды, ол кванттық-механиканың пайда болуына әкеп соқты.

Студенттің өзіндік жұмысына арналған сұрақтар:

1. Абсолют қатты денені оқып-зерттеу тарихы.

2. Макс Планктың өмірбаяны және ғылыми жетістіктері.

3. Пьер Луи Дюлонг және Алексис Терез Птидің өмірбаяндары.

4. Артур Холли Комптонның ғылыми өмірі мен ғылыми жетістіктері

5. Петер Дебайдың өмірбаяны және ғылыми жетістіктері.

6. XIX ғасырдағы механика. Жердің тәуліктік қозғалысы. Ньютон принциптерін сынау.

7. Лоренцтің электромагниттік теориясы.

8. Уақыт пен кеңістік салыстырмалылығы.

10-дәріс

Кванттық механиканың пайда болуы ( Атомдық және ядролық физиканыі туындауы мен дамуы )

Физикада болған ең ұлы төңкерiс ХХ ғасырдың бас кезiне дәл келедi. Тәжiрибеде байқалған жылудың сәуле шығару (қызған дененің электромагниттiк толқындар шығаруы) спектрлерiне энергияның үлестiрiлу заңдылықтарын түсiндiру мүмкiн болмады. Максвеллдiң сан рет тексерiлген электромагнетизм заңдарын заттың қысқа электромагниттiк толқындар шығару проблемасына қолданбақшы болғанда, кенет «қарсылық көрсеттi». Бұл заңдардың антеннаның радиотолқындар шығаруын тамаша сипаттауы және өз кезінде электромагниттiк толқындардың барын осы зандар негiзiнде алдын ала айтуы таңқаларлық едi.

Максвеллдiң қызған дене электромагниттiк толқындар шығару салдарынан үнемi энергия жұмсап шығындана отырып, абсолют нөлге дейiн салқындауы тиiс деген электродинамикасы мағынасыз тұжырым жасауға келтiрiлген-дi.

Классикалық теория бойынша зат пен толқын шығару арасында жылулық тепе-теңдiк болуы мүмкiн емес. Алайда күнделiктi тәжiрибеде шындығында мұндай ешнәрсе жоқ екенiн керсетедi. Кызған дене өзiнiң барлық энергиясын электромагниттiк толқын шығаруға жұмсайды. Теория мен тәжірибе арасындағы осы қарама- қайшылықтан шығудың жолын іздеу барысында неміс физигі Макс Планк (44-сурет) атомдар электромагниттік энергияны Макс Планк жеке порциялармен – кванттармен шығарады деп болжаған.

44 сурет. - Макс Планк

Әрбір порцияның Е энергиясы оны шығару жиілігі v -ге E=hv Прапорционалдық коэфиценті Һ Планк тұрақтысы деп аталады. Жарық қысымы Жарық қысымын П.Н. Лебедев өлшеді. Толқынның электр өрісінің әсерінен денедегі электрондар тербеліс жасайды. Электр тогы пайда болады. Бұл ток электр өрісі кернеулігінің бойымен бағытталған. Реттелген қозғалыстағы электрондарға магнит өрісі тарапынан Лоренц күші әсер етеді. Сол қол

ережесі бойынша Лоренц күші толқынның таралу бағытына қарай бағытталған. Жарық қысымының күші деген осы.

Максвелл теориясының дұрыстығын дәлелдеу үшiн жарық қысымын өлшеу маңызды болды. Көптеген ғалымдар солай жасамақшы едi, бiрақ жарық қысымы өте аз болғандықтан, оның сәтi келмедi. Жарық қысымын алғашқы рет атақты орыс физигi Петр Николаевич Л е б е д е в 1900 ж. өлшедi.

Жарықтың химиялық әсері. Фотосурет.

Молекулалардың кез-келген түрленуi - химиялық процесс. Көбiнесе жарықтың әсерiнен молекула ыдырағанда, тiзбектелген химиялық түрленулер басталады. Күн сәулелерiнiң әсерiнен матаның оңуы және күнге тотығуы - бұлар жарықтың химиялық әсерінің мысалдары.

Ағаштар мен шөптiң жасыл жапырақтарында, қылқан жапырақтылардың қылқандарында, тағы басқа көптеген микроорганизмдерде жарықтың әсерiнен аса маңызды химиялық реакциялар жүредi. Күннің әсерiнен жасыл жапырақтарда Жердегi барлық тiршiлiк үшін қажеттi процестер жүредi. Олар бiзге қорек бередi, сондай-ақ бiзге дем алу үшін оттегiн бередi.

Жапырақтар ауадан көмiрқышқыл газды жұтады да, оның молекулаларын құрама бөлiктерiне: көміртегi мен оттегiне ыдыратады. Орыс биологы Климент Аркадьевич Тимирязев анықтағандай, бұл хлорофилл молекулаларында күн спектрiнiң қызыл сәулелерiнiң әсерiнен орындалады. Көмiртегi тiзбегiне жерден тамыр арқылы алынатын басқа элементтер атомын бiрiктiре отырып, өсiмдiктер адам мен жануарлар үшін қореқ - белоктардың, майдың және көміртегінің молекулаларын құрастырады.

Фотосурет

Фотопластинаның сезгiш қабаты желатинге енгiзiлген бромды күмiстiң майда кристалдарынан тұрады. Кристалдарға жарық кванттары түскенде электрондар бромның кейбiр иондарынан бөлiнiп кетедi. Бұл электрондарды күмiстiң иондары қармап алады да, кристалдарда шағын мөлшерде күмiстің бейтарап атомдары пайда болады. Бiрақ осы процестiң есебiнен бөлiнiп шыққан металл күйдегi күмiстiң мөлшерi аз.

Шындығында, фотопластинаның (немесе фотопленканың) уақыт өтуiне байланысты жарықтан аз да болса қараятынын байқауға болады. Бұл қараю металл күмiстiң пайда болуынан туған. Жарықтың әсерiмен объектiнiң фотопластинада пайда болған кескiнiн жасырын деп айтады.

Пластинаны өңдеудегi бiрiншi операция айқындау болып табылады. Пластина гидрохинонның метолдың немесе басқа заттардың ертiндiсiне батырылады, олардың әсерiнен бромды күмiстiң жеке молекулалары ыдыраған барлық кристалдарынан металл күмiс бөлiнiп шығады. Пластинада объектiнiң негатив кескiнi пайда болады, онда объектiнiң жарық жерлерi караңғы және керiсiнше болады.

Бұдан кейiнгi операция - бекiту, мұнда бромды күмiстiң калған кристалдары ерiтiледi де, жуылады. Осының салдарынан пластина жарық сезгiш болмай калады. Бекiту үшiн пластинаны гипосульфиттiң ерiтiндiсiне батырады. Суға жуған соң негатив дайын болады. Оны фотоқағаздың, яғни жарық сезгiш қабат қапталған кәдiмгi қағаздың үстiне орналастырып, жарықтандырып және жоғарыда көрсетiлгендей, химиялық өңдеу жасаған соң, позитив кескiн шығарып алады. Ендi позитивте жарық және қараңғы реңктердiң таралуы дұрыс (айналдырылмаған) болды.

Бордың кванттық постулаттары. Сутегі атомының Бор жасаған моделі

Табиғаттағы процестер туралы кванттық түсiнiктердi одан әрi дамыта отырып, 1913 ж. данияның ұлы физигi Нильс Бор физиктердi ойландырған өте қиын жағдайдан шығарудың жолын тапты.

Бордың еңбегiне сүйсiнген Эйнштейн, оны “ақыл-ой саласындағы жоғары музыкалық дарын” деп бағалады. Бір-бiрiнен дара жатқан тәжiрибе деректерiне сүйене отырып, Бор данышпандық интуицияның жәрдемiмен iстiң мәнiн дұрыс аңғарды.

Бордың бiріншi постулатында былай делiнген: атомдық жүйе тек ерекше стационар немесе кванттық күйлерде ғана болады, олардың әрқайсысына белгiлi бiр энергия Е_n сәйкес келедi. Стационар күйде атом сәуле шығармайды.

Бордың екінші постулатына сәйкес, атом үлкен энергиялы Е_к стационар күйден аз энертиялы Е_n стационар күйге өткенде жарық шығарылады. Шығарылған фотонның энергиясы атомның стационар екi күйдегi энергияларының айырмасына тең:

Nv_kn=E_k – E_n

Бұдан сәуле шығару жиілігін былай өрнектеуге болады:

Жарықтың жұтылу кезінде атом энергиясы аз тұрақты күйден энергиясы көп тұрақты күйге өтеді.

Студенттің өзіндік жұмысына арналған сұрақтар:

1. Салыстырмалылық теорияның пайда болуы мен дамуы.

2. Салыстырмалылық теория туралы түсінікке философиялық күрес.

3. Қозғалған орта электродинамикасының дамуы.

4. Жарық кванттар туралы түсніктердің пайда болуы және сәулелену теориясының дамуы.

5. Атом құрылысы теориясының дамуының басы; Бор атомының теориясы.

6. Кванттық механиканың дамуы.

7. Кванттық механикадағы интерпретацияның дамуы.

8. Кванттық механиканың дамуына үлес қосқан оқымыстылардың өмірбаяндары.

11-дәріс

Қозғалған орта электродинамикасы және электрондық теория.

А. Эйнштейн ( Кеңес дәуірлік физиканың қалыптасуы )

А. Майкельсон 1881 ж. «Жердің салыстырмалы қозғалысы және эфир» мақаласында эфирге қатысты ешқандай жер қозғалысы бақылана алмағанын айтқан. Бұл мақалаға орасан зор эксперименттік жұмыс қажет болды. Оның негізгі мақсаты эфирге қатысты жер қозғалысын табу, бақылау еді. Ол кезде эфирдің бар екендігіне ешкімнің күмәні болған емес. Тек Жер қозғалғанда эфир қозғалыссыз қала ма, әлде жоқ па деген сұрақ қана түсініксіз болды. Бәріне тоқтамды эксперимент қою керек болды. Оның авторы болған Альберт Абрахам Майкельсон (1852-193.).

Эксперименттің мақсаты – жер қозғалысы бағытына және перпендикуляр жіберілген жарық сәулесінің жылдамдығын өлшеу еді. Егер осы жылдамдықтар әр түрлі болса, эфир жермен қозғалмайды, ал егер жылдамдықтар бірдей болатын болса эфир жермен бірге қозғалар еді. Оқымысты өлшеулер үшін жоғарғы сезімтал аспап - өзінің атымен аталған ерекше конструкциялы интерферометрді қолданған. Майкельсон интерферометрінің алғашқы үлгісі Берлиндегі Гельмгольц зертханаларында сынақтан өткен. Алайда, көшедегі қозғалыстар және басқа да кедергілер нақты дәлдікті экспериментке кедергі жасады. Сондықтан интерферометр енді тыныш Потсдамға әкелініп, болашақ телескоптың бетон фундаментіне орнатылды. Экспериментттер жүргізілді. Эфирге қатысты ешқандай Жердің қозғалысы байқалмады.

Г.А. Лоренц Майкельсон тәжірибесіндегі есептеулерден қате тауып, ол туралы 1886 жылы ашық жариялады. Бір жыл өткен соң Майкельсон мен Эдвард Морли (1838-1923) тәжірибені жоғарғы дәлдікпен қайталады. Сынабы бар резервуарда жүзіп жүрген тас плитаға интерферометр жөнделіп орнатылды. Көп шағылуларды қолданудан оптикалық жолдың ұзындығы 11 м болды, ол өлшеу дәлдігін 10 есеге арттырды. Тәжірибелер 1887 жылы аяқталды да, оның қорытындысы теріс болып қала берді. Бұл Г. Герц айтқан ойлардан басқа, сол кездегі ой-пікірлерге қайшы келді.

1890 жылы Генрих Герцтің екі маңызды мақаласы жарық көрді. Біріншісінде, Максвеллдің теңдеулеріне сараптама жасайды, дәл осы Герц қазіргі бізге мәлім формулада Максвелл теңдеулерін жазған. Екінші мақаласында, ол Майкелсон-Морли тәжірибесін түсіндіреді. Алайда, бұл мақала басқа фактілерді: Физо тәжірибесі, абберрация, Рентген эксперименттері және т.б. түсіндіре алмайды. Сол кезге лайық жаңа идеяларға негізделген қозғалған орта электродинамикасы бойынша тәжірибелі фактілердің барлық кешенін сипаттайтын басқа теория қажет болды. Бұл теория физика тарихында электрондық теория деген атпен белгілі.

Ұлы Максвелл өзінің «Трактатында» атомдық заряд деген идеяға келеді. Оның бұл ойы орындалмады. Керісінше, электр дискреттілігі туралы ойлары дами бастады. 1891 ж. ирланд физигі Джонсон Стоней (1891-1911) «электрон» терминін енгізді. Бірақ бұл термин ғана, ал электр зарядының дискреттілі туралы идеясы Фарадейдің иелігінде.

Г.А. Лоренц атомистиканы электр теориясы бұдан бұрынғы жұмыстарында-ақ енгізе бастаған еді. Өзінің докторлық диссертациясында электрленген бөлшектер әсерінің ортасындағы жарық жылдамдығының өзгерісін негіздегісі келген болатын. 1878 жылы дат оқымыстысы Л. Лоренцпен (1829-1891) бірігіп атақты сыну көрсеткіші мен орта тығыздығы арасындағы қатысты қортып шығарады (Лоренц-Лоренц формуласы):

мұндағы - поляризациялану.

1892 жылы Г.А. Лоренц электрондық теорияның негізгі жағдайларын мазмұндаған еді. Оның көзқарасы бойынша әлем заттар мен эфирден тұрады, эфир қозғалмайды деп санайды. Осы негізде ол сол кездегі белгілі (Френель, Физо, Майкельсон-Морли) тәжірибелерін түсіндіруге тырысты. Мұның бірден-бір жолы ұзындық қозғалысы бағыты және оған перпендикуляр болғандағы бойынша өлшенгенде l ұзындықтың теңсіздігі туралы ойлары еді:

мұндағы p – жердің жылдамдығы, - жарық жылдамдығы. Осылай атақты қатынас алынған, кейіннен бұл қатынасты ирланд физигі Дж.Ф. Фицджеральдпен (1851-1901 жж) алынғаны белгілі болды.

Дегенмен, бұл классикалық ойлардан алыста еді. Лоренц сонда да масштабты қысқарту гипотезасын сақтап қалады. Осылайша, электродинамикада алғашқы релятивистік қатынас пайда болды:

Басқа релятивистік қорытынды – энергиядан массаның тәуелділігін – 1881 жылы 25-жасар Джозеф Джон Томсон (1856-1940) алған.

Осылай, әлемнің электромагниттік көрінісі рамкасында салыстырмалылық теориясының маңызды қорытындылары: ұзындықтың қысқаруы, масса мен энергияның байланысы алынды. Сонымен, әлемді Максвелл электродинамикасы мен Ньютонның механикасы билейді деп санады. 1895 жылы Лоренцтің «Қозғалған денелердегі электр және оптикалық құбылыстары теориясының тәжірибелері» атты фундаменталды жұмысы жарық көрді. Онда электрондық теория жүйелі мазмұндалған.

Лоренц түрленулеріне тоқталайық. 1904 жылы «Жарық жылдамдығынан аз жылдамдықпен қозғалатын жүйелердегі элетромагниттік құбылыстар» атты мақаласында өз түрленулерін жазған еді. Алайда, 4 жыл бұрын ағылшын физик-теоретигі Джозеф Лармор (1857-1942) осы түрленулерді қазір бізге мәлім формада көрсеткен екен. Лармор егер қозғалатын және қозғалмайтын жүйелердің коэффициенттері арасындағы қатынас

; y^’=y; z^’=z

;

болса, Максвелл теңдеулері қозғалатын жүйелерде де өзгеріссіз қалатынын көрсеткен болатын. Осыны Лоренц Лармордан кешірек берді және нақты, дәлірек бере алмады. Сонда да Лоренц түрленулері болып физика тарихында қалды. Бұл атаудың өзін Анри Пуанкаре (1854-1952) берген, ол Лоренцті салыстырмалылық принципін ескермегенін сынап талқылаған. Пуанкаре өзі Лоренц түрленулерін кеңейтіп жазады. Ол жылдамдықтардың қосындысын, электр және магнит өрістеріндегі кернеулік түрленулерін, заряд тығыздығы мен ток тығыздығын және төрт өлшемді релятивистік электродинамиканы алады.

Алайда, Лармор да, Лорренц те, Пуанкаре де эфир концепциясына арқалана классикалық электродинамика базасында өз теорияларын дамытты.

Олар тәжірибелер топтарына келетін математикалық аппаратты өңдеп берді, оларды түсіндіре алды. Алайда, салыстырмалылық принципін олар табиғаттың жалпылама заңдары ретінде түсінігіне жете қоймады. Кеңістік пен уақыт туралы жаңа ойларды өңдеп шығару үшін фундаменталды мағыналы болатын жарық жылдамдығының шекті мәні және тұрақтылығы туралы мәселені олар көтермеді.

Салыстырмалылық теориясының түп негізін құрушысы Альберт Эйнштейн болып саналады.

Альберт Эйнштейн

45 сурет.- Альберт Эйнштейн

Альберт Эйнштейн (45-сурет) 14 наурыз 1879 жылы Ульм қаласында, еврейлік отбасында дүниеге келген. Әке-шешесі 8 тамызда 1876 жылы үйленген. Әкесі Герман Эйнштейн (1847-1902) ұсақ саудагер болған. Анасы Паулина Кох (1858-1920) дәулеттті отбасында дүниеге келген. Өсе келе, даңқты жаңалықтар ашып, әлемді дүр сілкіндірген жас бала ерекше жаратылған жоқ. Момын, ынжық, тілі кешігіп шыққан сөзге сараң, көздері жәудіреген, бұйра шашты қарапайым балалардың бірі болған. Болашақ талант әлемнің ұлы жаңалықтарын қызықтап өскен. 1880 жылы Мюнхенге көшіп келеді. Осында Герман Эйнштейн ағасы Якобпен электротехникалық фирма ашады.

Альбертті оқу жасына толысымен Мюнхендегі католиктік мектепке барады. Осы мектепте Альберт әр ұлттан құралған шәкірттердің ортасында оқиды. Бастауыш мектептегі сабақтардан жұрт қатарлы үлгеріп, тәртіпті шәкірттер санатында болады. Үйде музыка сабағын үздіксіз оқу Альберттің уақытын түгел алып отырған. Эйнштейн бастауыш мектепті 10 жасында бітіріп, Лунтпольд гимназиясына түседі.

Мұнда Эйнштейнге латын тілі мен грек тілі ауыр тиді. Математика жас Альбертті өз әлеміне тартады. Альберт Эйнштейн ғылымды Евклидтен бастайды, кейін Лобачевскийге сүйеніп, шың басына шығады. Қысқаша айтқанда, жас Эйнштейнді музыкаға Моцарт қоректендірсе, математикаға Евклид сусындатқан.

Альберт Эйнштейн алдымен физиканы толық меңгеруді мақсат етті. Атақты физик Лоренцтің жаңа шыққан идеясымен осы училище қабырғасында танысқан. Лоренцтің еңбегі Эйнштейнің теориясының іргесін салды деуге болады. Сөйтіп, математик Минховски мен физик Лоренц – Эйнштейннің алғыр ойына сәуле шашқан ең сүйікті ұстаздары болып саналады. Осы мектепті Эйнштейнің қадірлегені соншалық, ол “нағыз физик сонда ғана оқуға тиіс” деген пікірде болған. Баласы Гансты немересі Бернардты дәл осы Црих мектебінде оқытады.

Эйнштейнді болашақ ғалым ретінде қалыптастырған оның озық ойын ұштап, қанатын қатайтқан философиялық үйірме “олимпия академиясы” да дәл осы Бернде ұйымдасқан еді. Аталмыш Академия 1902 жылы ашылған. Құрамы үш мүшеден тұрған, яғни физик Эйнштейн, математик Габихт, философ Соловин. 1905 жылы күзде бұл академия жабылды.

1909 жылы 7 мамыр күні Цюрихтің мемлекеттік кеңесі Энштейнді физика теориясының професоры етіп тағайындаған соң, ол отбасымен көшіп келеді. 1913 жылы қарашада Пруссияның оқу ағарту министрі Эйнштейнді Берлиндегі Пруссия Академиясының физика-математика бөліміне толық мүше етіп тағайындайды.

1921 жылы 23 наурызда Эйнштейн, арнайы шақырумен Америка Құрама Штатына сапар шегеді. Альберт Эйнштейнді Ротердамда да, Вашингтонда да, Пристонда да салтанатты түрде қарсы алады. Мамырдың аяғында Америкадан Англияға оралады. Эйнштейн Америкаға 1930, 1931, 1932 жылдары да келіп лекция оқиды.

Эйнштейннің әйгілі теориясы жарияланбастан, дәл 5 жыл бұрын атақты физик Макс Планк физикаға “жарық кванттары” деген ұғым кіргізген-ді. Ол теорияда Планк жарық шығарушы қайнар ол жарықты көзге ілікпейтін ұсақ “кванттар” түрінде шығарады, бізге олар үздіксіз ағып тұрғандай болып көрінеді деген болатын. Альберт Эйнштейн бұл теорияны өзінің “кванттар теориясы” деген мақаласында онан әрі ілгері дамытып, өз алдына жаңа сала болғандай биік дәрежеге көтереді. Оның жоруынша: жарықтың ұсақ бөлшектері оның тек шығуынан, немесе жарық болып түсуінен пайда болмайды, олар сол жарықтың табиғатына тән қасиеттер деп сипаттайды.

Жарықтың өзі, оның шығатын немесе оның түсетін орындарымен байланысты емес, кванттардан “жаратылған” деп түсіну керек деді. Екінші мақала молекулалардың броундық қозғалыстары туралы жазылған болатын. Егер заттардың ұсақ бөлшектері сұйықтармен араласса, онда ретсіз қозғалыс пайда болады, сол арқылы заттың денесіндегі малекулаларды есептеп шығару мүмкіндігі туады. Үшінші жұмысы “салыстырмалықтың арнайы теориясы” деп аталды.

1905 жылы Эйнштейн қозғалыс жөніндегі 2 аксиомасын ұсынады:

1) табиғат заңдары инерциялық системалардың бәрінде бірдей;

2) жарықтың жылдамдығы құр кеңестікте тұрақты.

Бұл екі постулат Эйнштейннің бүкіл “теориясына” негіз болды және бұлардан туатын салдарлар өз алдына тағы бірнеше салдар туғызады.

1905 жылы Эйнштейн Берн қаласындағы патенттік бюрода қызмет атқарып жүріп, бірнеше ғылыми жұмыстар жариялады. Солардың ішінде “салыстырмалықтың арнайы теориясы” ерекше орын алады. Енді сол теорияның негізгі мәселелеріне тоқталып өтейік.

Ньютон физикасында жарық жылдамдығы салыстырмалылық шама болып саналса, Эйнштейнше ол абсолютке айналып кетеді. Осыған байланысты Эйнштейн «арнайы теорияның» екі постулатын жариялайды:

1) Дененің тұрақты немесе бір қалыпты түзу қозғалыста болу жағдайын абсолют әдіспен өлшеуге болмайды.

2) Жарық шығатын жерінің қозғалысына қарамастан, құр кеңістік арқылы тұрақты жылдамдықпен өтеді.

Сонымен қатар, Эйнштейн ұзындық пен уақыт үшін өз формуласын ұсынған: ұзындық үшін және уақыт үшін .

Салыстырмалықтың жалпы теориясы жоғарыда айтылғандарға сүйене отырып, өз әлемін құратын теория, ол – бұл пікірлерді кеңітіп, ортақ ойға жол ашатын теория. Эйнштейннің жалпы теориясы бір дененің екінші денеге әсер етіп, я өзіне тартып, я өзінен серпіп, күш көрсетуімен тығыз байланысты.

Эйнштейн өзінің жалпы теориясын 1916 жылы, арнайы теориясынан 11 жыл кейін жариялады, онда ол арнайы теория жалпы теорияның тек бір түрі деп сипаттады.

1922 жылы оған Нобель сыйлығы ұсынылады.

Сонымен қатар, Эйнштейн бірнеше марапаттарға ие болған:

- неміс ордені “Сіңірген еңбегі үшін” (1920);

- Нью-Иорк (1921) және Тель-Авива (1923) әйгілі азаматтарының атағы берілді;

- француздық астрономиялық бірлестіктің Жюля Жансан сыйлығы (1923);

- “салыстырмалық теориясы және кванттық теориясына қосқан үлесі үшін” Копли медалы (1925);

- Ұлыбританияның астрономия бірлестігінің алтын медалы берілді (1926);

- Макс Планк атындағы медаль (1929).

Эйнштейн – ұлы ғалым, ірі қайраткер, ғажап музыкант, жақсы дос. Оның бойынан асыл, зиялы қасиеттердің бәрі де табылады. Жеңіл, ауызекі көңіл көтермекке айтылатын қалжыңның шебері. Эйнштейннің табан астында шығарып айтып жіберетін суырып салма ақындығы да болған. Эйнштейн физиканың ғана ізіне түскен бірегелі ғалым емес, ол сонымен бірге өнер адамы, ол ақтық демі біткенше скрипкада ойнап, Бах, Моцарттардың сазды музыкасынан ләззат, Гейне, Шиллер, Толстой шығармаларынан нәр алған.

1955 жылы Эйнштейннің денсаулығы күрт төмендейді де, ол 18 сәуір 1955 жылы дүниеден өтеді. 19 сәуір күні жерлеуі өтеді.

Студенттің өзіндік жұмысына арналған сұрақтар:

1. Альберт Эйнштейннің ғылыми жетістіктері.

2. Эфир және оның физика тарихында алатын орны.

3. Арнайы салыстырмалылықтар теориясының (АСТ) даму тарихы.

4. Жалпы салыстырмалылықтар теориясы (ЖСТ).

5. АСТ және ЖСТ эксперименттік дәлеледенулері.

6. ЖСТ – мегаәлемдегі құбылыс теориясы.

7. Қазіргі заманғы физикадағы мегаәлемнің мәселелері.

8. Қара құрдым және ЖСТ.

12-дәріс

Атомдық және ядролық физиканың пайда болуы, дамуы. ( Кванттық механиканың туындауы )

Атом құрылысы жөніндегі көзқарастың дамуы.

Зат атомдардан тұрады деген идея өте көне ғылым идеясы болып табылады: (біздің дәуірге дейінгі VI-II ғ, Демокрит, Эпикур). Осы идеяға сәйкес заттың ең кіші бөлшегіне - атомға дейін ғана бөлуге болады. Барлық зат атомдардан және атомаралық қуыстардан тұрады. Ал әр түрлі заттың болуы атомдардың пішіні және мөлшеріне байланысты түсіндірілді.

Бірақ, бұл түсініктер дерексіз, ойдан шығарылғандықтан, ұзақ уақыт бойы қолдау таппай келеді. Тек XVIII ғ. ғана химиктер өз тәжірибе нәтижелерін атом ұғымын пайдаланып түсіндіре бастады. Реакцияға түсетін заттардың массалары арасындағы қатынасты түсіндіру үшін атом ұғымы қажет болды. 1808 ж. ағылшын ғалымы Д. Дальтон атомистикалық теорияны тұжырымдады. Осы теорияға сәйкес заттар жойылмайтын және жоқтан пайда болмайтын, өте кішкентай, бөлінбейтін бөлшектер – атомдардан тұрады. Бір элементтің атомдары бірінен – бірі айырғысыз, мысалы, масалары бірдей болады.

Атомдар жөніндегі осы түсінік ғылымда XIX ғ. аяғына дейін орын алып келді.

Атом ядросы және элементар бөлшектер деген сөз физика курсында әлденеше рет қайталанады. Атом ядросының өзi элементар бөлшектерден тұрады.

Физиканың атом ядроларының кұрылысы мен түрленуi зерттелетiн бөлiмi ядролық физика деп аталады.

XIX ғ. аяғы XXғ. басында ашылған бірқатар құбылыстарды атом күрделі және бөлінеді деген тісініктерге сүйенгенде ғана түсіндіруге мүмкін болды. Катодтық сәулелерді зерттеу, бұлардың электрондар ағыны екендігін көрсетті. Электрондардың атомдардан, катодтың қандай заттан екендігіне қарамастан шығарылуы, электрондардың әр түрлі атом құрамында болатындығын көрсетті. 1896 жылы француз ғалымы А.Беккерель радиоактивтілік құбылысын ашты. Осы құбылысты зерттеу нәтижелері атом өзгермейді және бөлінбейді деген түсінікті бүтіндей жоққа шығарды.

Ал, атом тұтас алғанда электрлік бейтарап болатындықтан, оның құрамындағы электрондардың теріс зарядын теңестіретін оң зарядталған бөлшектер де болуға тиіс. Енді атомдағы осы оң және теріс зарядтар қалай таралып, орналасқан деген сұрақ туады.

Бұл сұраққа жауапты 1911 жылы ағылшын ғалымы Э. Резерфорд тәжірибе жүзінде тапты.

1903 жылы ағылшын физигі Дж. Томсон атомның алғашқы физикалық моделін ұсынды. Осы модельге сәйкес атом – оң зарядталған сфера, ал электрондар сфераның әр жеріне, атом тұтас алғанда бейтарап болатындай орналасады.

Бірақ Томсон моделі көптеген күдік туғызды.

Радиоактивтіктің ашылуы

Атом ядросы және элементар бөлшектер деген сөз физика курсында әлденеше рет қайталанады. Атом ядросының өзi элементар бөлшектерден тұрады. Физиканың атом ядроларының құрылысы мен түрленуi зерттелетiн бөлiмi ядролық физика деп аталады. Атомдардың тұрақты еместiгi ХIХ ғасырдың ақырында ашылды. 46 жыл өткен соң ядролык реактор жасалды. Бiз атом ядросы физикасының тарихи ретпен жедел дамып келе жатқанын көрiп отырмыз.

Радиоактивтiліктiң - атом ядросының күрделi құрлысын дәлелдейтiн құбылыстың ашылуы сәттi кездейсоқтықтың жемiсi болды. Өзіміз бiлетiндей, рентген сәулелерi алғаш рет шапшаң электрондар разрядтық түтiктiң шыны ыдысының кабырғаларының соқтығысуынан алынған-ды. Олармен бiр мезгiлде түтiк қабырғаларының жарық шығаруы байкалған. Б е к к е р е л ь ұзақ уақыт осы тектес құбылысты алдын ала күн жарығына сәулелендiрiлген заттардың соңынан сәуле шығаруын зерттеумен шұғылданған. Оның ойында мынадай сұрақ пайда болады: уран тұздарын сәулелендiргеннен кейiн көрiнетiн жарықпен қатар рентген сәулесi де пайда болмай ма екен?

Беккерель фотопластинаны тығыз қара қағазға орап, үстiне уран тұзының қиыршықтарын сеуiп, ашық күн сәулесiне қойды. Айқындағаннан кейiн пластинаның тұз жатқан бөлiктерi қарайғанын көрген. Ендеше, уран, рентген сәулесi сияқты, мөлдiр емес денелерден өтiп, фотопластинаға әсер ететiн белгiсiз сәуле шығарады екен. Беккерель бұл сәуле шығару күн сәулелерiнiң әсерінен пайда болады деп ойлады. Бiрақ 1896 ж. ақпанның бiр күнiнде ауа райы бұлтты болғандықтан, кезектi тәжiрибенi өткiзу сәтi түспедi де, Беккерель үстiне уранның тұзы себiлген мыс крест жатқан пластинаны үстелдiң суырмасына алып койған. Екi күн өткен соң пластинаны алып қараған кезде, онда крестiң айқын көлеңке түрiнде дақ пайда болғанын байқаған. Бұл уран тұздарының сыртқы факторлардың әсерiнсiз-ақ, өздiгiнен белгiсiз сәуле шығаратынын көрсетедi. Қауырт зерттеулер басталды. Рас, осы сәттi кездейсоқтық деуге де болады, ол ерте ме, кеш пе радиоактивтi құбылыс ашылған болар едi.

Кешiкпей Беккерель, уран тұздарының шығарған сәулесi, рентген сәулелерi сияқты, ауаны иондайтынын, соның салдарынан электроскоп разрядталатынын байқаған. Уранның түрлiше химиялық қосылыстарын тексерiп көріп, ол мынадай маңызды фактiнi анықтады: сәуле шығарудың интенсивтiгi тек препараттағы уранның мөлшерiмен анықталады, оның қандай қосылыстарға кiретiндiгiне мүлдем тәуелсiз болады. Ендеше, бұл қасиет қосылыстарға тән емес, химиялық элемент уранға, оның атомдарына тең.

Ураннан басқа химиялық элементтердің өздiгiнен сәуле шығаруға қабiлетiн байқауға талпынып көру сөзсiз едi. 1898 ж. Францияда Мария Склодовская–Кюри және басқа да ғалымдар торийдiң сәуле шығаратынын байқаған. Бұдан әрi жаңа элементтердi iздеуде негiзгi күш салған Мария Склодовская-Кюри мен оның жолдасы Пьер К ю р и болды. Уран мен торийi бар рудаларды жүйелi түрде зерттеу, Мария Склодовская-Кюридің отаны — Польшаның құрметiне полоний деп аталған, жаңа элементтi бөлiп алуға мүмкiндiк бердi. Ақырында өте қуатты сәуле шығаратын тағы бiр элемент ашылды. Ол радий (яғни сәулелi) деп аталды, Өздiгiнен сәуле шығару құбылысының өзiн ерлi-зайыпты Кюрилер радиоактивтілік деп атады. Радийдiң салыстырмалы атомның массасы 226-ға тең және Д.И. Менделеев кестесiндегi 88-нөмiрлi торкөзге орналасқан. Кюри ашқанға дейiн бұл торкөз бос болған. Өзiнiң химиялық қасиеттерi бойынша радий сілтiлiк жер элементтерiне жатады. Соңынан реттiк нөмiрi 83-тен жоғары химиялық элементтердiң бәрi де радиоактивтi болатындығы анықталды.

Изотоптар

Радиоактивтiк құбылысты зерттеу атом ядроларының табиғатына қатысты маңызды жаңалықтардың ашылуына себепшi болды.

Көптеген радиоактивтiк қасиеттері мүлдем әр түрлi (яғни түрлiше тәсiлдермен ыдырайтын), бiрақ өздерiнiң химиялық қасиеттерi жөнiнен барабар заттар бар екенi анықталды. Белгiлi химиялық тәсiлдердiң бәрiмен де оларды ажырату ешбiр мүмкiн болмады. Осының негiзiнде 1911 ж. Содди химиялық қасиеттерi бiрдей, басқа жағынан, мәселен өзiнiң радиоактивтiгiмен ұқсамайтын элементтер бар екенi жөнiнде болжам айтты. Мұндай элементтердi Менделеевтiң периодтық жүйесiнiң бiр тор көзiне орналастыру керек. Сондықтан Содди оларды изотоптар (яғни периодтық жүйде бiрдей орын алатындар) деп атады.

Резерфорд тәжiрибесi. Атомның ядролық моделi

Барлық заттар бөлiнбейтiн аса ұсақ бөлшектерден – атомдардан тұрады деген ұғым ерте қалыптасқан болатын. Егер атом шындығында заттың бөлiнбейтiн алғашқы кiрпiштерi болса, табиғаттағы кездесетiн сан алуан заттарға сан алуан атомдар сәйкес қойылуы тиiс. Бұлай болуы бiр жағынан күмән туғызады.

Физика ғылымының дамуы барысында ХIХ ғасырдың аяғына қарай атомның қасиеттерiне байланысты жаңа тәжiрибелiк деректер жинала бастады. Мысалы М.Фарадей 1833 жылы электролиз құбылысын зерттеу барысында электролит ертiндiлерiндегi ток иондардың реттелген қозғалысы екенiн анықтады. Ал 1897 жылы Дж.Томсон сиретiлген газдардағы электр разрядын зерттеу барысында қыздырылған немесе ультракүлгiн жарықпен сәулелендiрiлген кез-келген химиялық элементтiң атомы өзiнен терiс зарядталған бөлшектердi шығатынын анықтады. Осылай алғашқы элементар бөлшек – электрон ашылды. Атом құрлысының күрделiлiгiне ұқсайтын тағы бiр бұлтыртпас факт 1869 жылы орыс ғалымы Д.И.Менделеев ашқан химиялық элементтердiң периодтылық заңы. Атомдық масса өскен кезде элементтердiң қасиеттерiнiң қайталануын атомның құрамына кiретiн бөлшектердiң саны өскен кезде оның iшкi құрылымының қандай да бiр ерекшелiгiнiң қайталануымен түсiндiруге болады.

46 сурет. - Томсон моделі

Атомды күрделi жүйе деп ұйғарып, оның алғашқы моделiн ұсынған ғалым – Дж.Томсон. Томсон моделi бойынша атом дегенiмiз радиусы шамамен 10^{-10 м болатын шар. Бұл шардың бүкiл көлемi оң зарядталған, ал терiс зарядталған электрондар оның iшiнде су тамшысының iшiнде жүзiп жүрген түйiршiктер тәрiздi қозғалып жүредi (46-сурет).} Томсон моделi атомның бiрқатар қарапайым қасиеттерiн сәттi түсiндiргенiмен көп жағдайда қиыншылыққа тiрелетiн. Осы тұрғыдан атом құпиясына тереңiрек үңiлiп, оның жаңа бiр моделiн

ұсынған ғалым ағылшын оқымыстысы Э. Резерфорд болатын. Ол өз тәжiрибелерiнде аса шапшаң α-бөлшектер жұқа алтын фольгадан шашыраған кездегi бұрыштық таралуын зерттей келе, атомның планетарлық моделi деп аталатын моделiн ұсынды.

47 сурет.-Резерфорд моделі

Резерфордтың бұл моделi бойынша атомдағы оң зарядтар Томсон моделiндегiдей бүкiл көлемде таралмай, керiсiнше, оның орталығында жинақталады. Оны атом ядросы деп атайды. Ал электрондар болса Күн жүйесiндегi планеталар тәрiздi ядроны айнала қозғалып жүредi (47-сурет). Электрондардың массасы аса аз болғандықтан атомның бүкiлдей дерлiк массасы ядрода шоғырланған. Ядроның өлшемi атомның өлшемiмен салыстырғанда шамамен 10⁵ еседей кiшi.

Бор постулаттары. Бор жасаған сутегi атомының моделi

Атомның ядролық моделi α-бөлшектердiң жұқа алтын фольгадан шашырауын дұрыс түсiндiргенiмен екiншi жағынан басқа қиындыққа жолықты. Оның мәнiсi мынада болатын. Классикалық электродинамика заңдары тұрғысынан атомның планетарлық моделi тәрiздес жүйелер орнықты болмауы тиiс едi. Себебi, электрон ядроны айнала үдей қозғалатын болғандықтан өзiнен электромагниттiк сәуле шығаруы тиiс. Ал бұлай сәуле шашу оның энергиясын кемiтедi де, соның салдарынан электронның айналу радиусы бiрте-бiрте кемiп, түбiнде ол ядроға құлап түсуi тиiс болатын. Бiрақ, тәжiрибе бұған мүлдем керi нәтиже бередi. Атом орнықты жүйе және ол қозбаған күйде болса, өзiнен ешқандай да сәуле шығармайды.

Теория мен тәжiрибенiң арасындағы осындай қарама-қайшылықты шешу жолында ғалымдарға бiраз тер төгуге тура келдi. Бұл бағыттағы зерттеулер барысында алғашқы елерлiктей табысқа дат ғалымы Нильс Бор жеттi. Ол классикалық физиканың атомдық жүйеге қатысты барлық көзқарастарын қайта қарай келiп, оның атомдарға қатысты жаңа тәжiрибелiк деректердi түсiндiруде дәрменсiз екенiне көзi жеттi. Бұл жерде классикалық физика ұғымдарының ауқымынан тысқары шығу қажет болатын. Нильс Бор 1913 жылы солай жасады да, ол атомның жарықты шығаруы мен жұтуы жөнiндегi өзiнiң түсiнiгiн мынадай екi постулат түрiнде тұжырымдады:

1) Атомдар, тек стационарлық күйлер деп аталатын қандай да бiр күйлерде ғана бола алады. Бұл күйдегi электрондар ядроны айнала үдей қозғалғанымен өзiнен сәуле шығармайды.

2) Сәуле шығару немесе жұту тек бiр стационарлық күйден ек

Понравилась статья? Добавь ее в закладку (CTRL+D) и не забудь поделиться с друзьями: