Klassik fizika

Klassik fizika — kvant və nisbilik nəzəriyyələrinin meydana gəlməsinə qədər fizika elmində hakim istiqamət olmuşdur. Klassik fizikanın əsasları Avropa İntibah dövründə klassik mexanikanın banisi İsaak Nyuton başda olmaqla bir sıra alimlər tərəfindən qoyulmuşdur.

Klassik fizika aşağıdaki prinsiplərə əsaslanır:

• Səbəb nəticəni birmənalı şəkildə təyin edir (determinizm)
• Zaman və məkan mütləqdirlər – bu o deməkdir ki zaman və məkan materiyadan və onun hərəkətindən və zaman-məkan kəsimlərinin ölçülməsi seçilmiş hesablama sistemindən asılı deyil (başqa sözlə, müşahidəçiyə nəzərən ölçülən obyektin hərəkət sürətindən)
• Fiziki sistemi xarakterizə edən istənilən kəmiyyətin dəyişməsi kəsilməzdir – bu o deməkdir ki, fiziki sistemin bir vəziyyətdən başqa vəziyyete keçidi sonsuz aralıq keçidlərlə baş tutur. Bu zaman sistemin bütün fiziki parametləri başlanğıc və son vəziyyətlər arasında aralıq bir qiymət alır.

Klassik fizikanın fundamental nəzəriyyələri aşağıdakılardır:

• Klassik mexanika
• Termodinamika və statistik fizika
• Klassik elektrodinamika

XIX–XX əslərin astanasında klassik fizikada böhran

XX əsrin əvvəllərində klassik fizika çərçivəsində izahı mümkün olmayan bir sıra suallar yaranmağa başladı:

• Elektromaqnit şüalanmasının spektrləri. Klassik nəzəriyyə mütləq qara cismin şüalanma spektrlərinin qənaətbəxş təsvirini verə bilmirdi. İşığın qaz halında olan maddələrdən şüalanması və əksinə udulması zamanı müşahidə olunan xətti spektrləri də klassik fizika çərçivəsində öz cavablarını tapa bilmirdilər.
• Günəş və ulduzların enerji mənbələri. Klassik fizikanın ulduzların enerji mənbəyinə dair irəli sürdüyü fərziyyə bu enerjini dəqiq ifadə edə bilmirdi.
• 1896-cı ildə Bekkerel tərəfindən kəşf olunan və Mari və Pyer Kürilər tərəfindən tədqiq olunan radioaktivlik hadisləri atom daxilində ölçüləri və kütlələri ilə nisbətdə çox böyük enerji olduğuna dəlalət etdi. Bu enerjinin mənbəyini də klassik fizika izah edə bilmirdi.
• Xarici fotoeffektin qırmızı sərhəddi- şüalanmanın ixtiyari intensivliyində fotoeffektin müşahidə oluna bilmədiyi elektromaqnit şüalanmanın maksimal dalğa uzunluğu da klassik fizika ilə izah oluna bilinmirdi.
• Elektronun tecrübi müşahidəsi – XIX əsrin sonlarında kəşf olunmuş elektronun elektrik yükünün onun kütləsindən deyil, hərəkət sürətindən asılı olduğu müəyyən olunudu ki, bu da klassik fizikanın nəzəri əsaslarına ziddiyyət təşkil edirdi.
• XIX əsrin sonlarına doğru mütləq məkan konsepsiyası daha böyük şübhələr doğurmağa başladı. Bu konsepsiyaya görə mütləq məkan müşahidə oluna bilmir. Bu isə fizikanın təməl prinsiplərinə tamamilə ziddir, çünki fizikada müşahidə oluna bilməyən hadisə qəbul edilməzdir. Bununla belə bu ziddiyətin efir adlanan mütləq məkanı dolduran və elektromaqnit dalğalarının yayıla bildiyi sırf nəzəri material mühit hesabına aradan qaldırılmasına dair ümidlər hələ də tam ölməmişdi. Lakin 1887-ci ildə Maykelson tərəfindən həyata keçirilən təcrübə efirin mövcudluğunu müəyyən edə bilmədi.

Bu və ya digər müşahidə olunan hadisələrin klassik fizikanin nəzəriyyələri ilə uyğunsuzluq təşkil etməsi bu nəzəriyyələrin əsasında duran kütlənin, enerji və impulsun saxlanma qanunları kimi fundamental prinsiplərin universallığına dair şübhələrə səbəb oldu. Məşhur fransız riyaziyyatçısı və fiziki Anri Puankare bu vəziyyəti "fizikanın böhranı" adlnadırdı.

Bütün bu xarabalıq içində toxunulmaz olan nə qalıb? Prinsiplərin büsbütün məhvi fonunda riyazi fizika hansı mövqeyi tutmalıdır?

Yeni fizikanın təsəkkülü

1900-cü ilde alman fiziki Maks Plank ozunun şüalanmanın kvant nəzəriyyəsini irəli sürür. Bu nəzəriyyəyə görə işıq klassik nəzəriyyələrin söylədiyi kimi fasilsəsiz deyil, diskret (yeni porsiyalarla) şəkildə şüalanır. Plank bu porsiyalara kvant adı verdi. Bu nəzəriyyənin paradoksallığına baxmayaraq (belə ki burada işığın şüalanamsı eyni zamanda həm dalğa prosesi həm də hissəciklərin-kvantların axını kimi təsvir olunurdu) o bərk ve maye cisimlərin istilik şüalanmasının spektrlərini yaxşi təsvir edə bildi.

1905-ci ildə Albert Eynşteyn işığın kvant təbiəti mövqeyindən çıxış edərək fotoeffekt hadisəsinin riyazi təsvirini irəli sürür ve beləliklə fotoeffektin qırmızı sərhəddi problemidə öz həllini tapır. Eynşteyn Nisbilik nəzəriyyəsinə görə deyil, məhz bu işinə görə 1921-ci ildə Nobel mükafatına layiq görülür. 1926-cı ildə Nils Bor atomun kvant nəzəriyyəsini irəli sürür. Buna görə elektronlar nüvə ətrafında sabit radiuslu, yəni stasionar orbitlər üzrə hərəkət edir. Bu zaman onlar nə şüa buraxır nədə ki udurlar. Elektron bir stasionar orbitdən digərinə keçdikdə işıq kvantlarının buraxılması (şüalanması) və ya udulması kəsilməz deyil, aralıq vəziyyəti olmadan sıçrayışla baş verir. Bu zaman udulan və ya buraxılan kvantın E-enerjisi, atomun stasionar hallardakı enerjiləri fərqinə bərabər olur. HV=E2-E1 Əgər keçid yuxarı səviyyədən aşağıya baş verirsə bu zaman spektrdə şülanma xətti əksinə baş verdikdə isə udulma xətti yaranır.

Borun bu postulatından çıxan nəticəyə görə elektromaqnit şüa dalğasının tezliyi, elektronun nüvə ətrafında fırlanma tezliyinə görə deyil, atomun stasionar hallardakı enerji fərqi ilə təyin olunur. Beləliklə, kvant prinsipi işıqdan savayı həm də elektronun hərəkətinə də şamil olundu. Bu nəzəriyyə elektromaqnit dalğaların qazlar tərəfindən udulma və ya buraxılması zamanı müşahidə olunan xətti spektrləri, kimyəvi birləşmələrin fiziki təbiətinin başa düşülməsi, kimyəvi elementlərin xassələri və Mendeleyevin dövri qanunu daha yaxşı başa düşməyə imkan verir.

Sonradan kvant mexanikası mikrodünyada baş verən proseslərin təsvirində əsas nəzəri alətə çevrildi. Kvant mexanikasının inkişafı ərzində klassik fizikanın qəti determinizm prinsipindən imtina edildi və Heyzenberqin qeyri-müəyyənlik prinsipi hakim prinsip kimi qəbul olundu.

Kvant təsəvvürləri sayəsində atomların nüvələrində və ulduzların dərinliklərində baş verən hadisələri, radioaktivliyi, elementar zərrəciklərin fizikasını, bərk cismin fizikası və aşağı temperaturlar fizikasını (yüksəkkeçiricilik və yüksək axıcılq) izah etmək mümkün oldu. Bu təsəvvürlər fizikanın bir çox tətbiqi sahələrində-atom energetikası, yarımkeçiricilər texnikası, lazerlər ve s. sahələrdə nəzəri baza rolunu oynadı.

Nisbilik nəzəriyyəsi

1905-ci ildə Albert Eynşteyn özünün Xüsusi nisbilik nəzəriyyəsini irəli sürdü. Burada zaman məkanın mütləqilliyi təkzib olunur, əvəzində onların hər ikisinin nisbiliyi fikri irəli sürülür. Hər hansı fiziki cismin zaman və məkan kəsimlərinin qiymətləri həmin cismin verilən hesablama sisteminə (koordinat sistemi) nəzərən hərəkət sürətindən asılıdır. Müxtəlif koordinat (hesablama) sistemlərində bu kəmiyyətlər müxtəlif qiymətlər ala bilər. Xüsusi halda, bir-birindən asılı olmayan fiziki hadislərin eyni vaxtda baş verməsi də nisbidir. Yəni bir koordinat sistemidnə eyni zamanda baş verən hadisələr, başqa hesablama sistemində zamanın müxtəlif anlarında baş verə bilər. Bu nəzəriyyə müşahidə oluna bilməyən mütləq məkan, mütləq zaman və efir anlayışlarından vaz keçməklə dünyanın məntiqi ziddiyətsiz kinematik mənzərəsini qurmağa imkan verdi.

Nisbilik nəzəriyyəsi təcrübi təsdiqi olmaması səbəbindən bir müddət fərziyyə olaraq qaldı. 1916-cı ildə isə Eynşteyn Ümumi nisbilik nəzəriyyəsini irəli sürdü. Qısa müddət ərzində bu nəzəriyyə Merkuri planetinin perilegiyasının anomal pressesiyasını izah etməklə öz təcrübi təsdiqini tapdı. Buna qədər klassik astronomiya bu anomaliyanı Günəş sistemində Merkuridən də Günəşə yaxın daha bir planetin olması hesabına uğursuzluqla həll etməyə cəhd edirdi. Müasir günümüzdə isə ümumi nisbilik nəzəriyyəsini təsdiqləyən daha çox təcrübi sübutlar əldə edilmişdir.

Klassik mexanika müasir günümüzdə

Bir çox hadisələrin klassik fizika çərçivəsində adekvat təsvirini əldə etmək mümkün olmasa da, o bəşər biliyinin "qızıl fondu"nun mühüm hissəsini təşkil edir və əksər fiziki və mühəndisi məsələlərdə öz əhəmiyyətini itirmir. Klassik fizika dünyanın bütün universitetlərinin tədris materialna daxildir.

Bu "yeni" fizikanın yalnız xüsusi hallarda üstünlük əldə etməsi ilə izah olunur:

• Kvant effektləri əhəmiyyətli dərəcədə ölçüləri atom ölçülərində olan mikrodünyada təzahür edir. Böyük məsafələrdə isə kvant tənlikləri klassik tənliklərə gəlib çıxır.
• Mikrodünya miqyaslarında əhəmiyyət kəsb edən Heyzenberq qeyri-müəyyənliyi makrodünya miqyaslarında fiziki kəmiyyətlərin ölçülməsində yol verilən xətalarla müqyisədə çox kiçik olduğundan öz əhəmiyyətini itirir.
• Relyativistik fizika neeng kütlələrə (qalaktikalar və s.) və işıq sürətlərinə yaxın hərəkət sürətlərinə malik cisimləri daha dəqiq təsvir edir.

Bundan əlavə klassik fizikanın riyazi aparatı gündəlik təcrübələr baxımında daha sadə və anlaşılandır və əksər hallarda klassik fizika üsulları ilə əldə olunan nəticələrin dəqiqliyi praktik tələblərə tam cavab verir. Beləliklə, "yeni fizika" nəinki klassik fizikanın üsul və nailiyyətlərinin tam inkarına gətirib çixarmadı, o eyni zamanda klassik fizikanı Puankarenin 1905-ci ildə səsləndirdiyi mütləq məhvə gətirib çıxarmadı. Bu isə determinizm, fiziki kəmiyyətlərin ölçülməsinin kəsilmezliyi və zaman və məkanın mütləqliyi kimi klassik prinsiplərdən imtina bahasına başa gəldi.