Эйнштейний сүүлчийн мөрөөдөл. [1-р хэсэг]

Пакистаны Физикч 1979 оны Нобелийн шагналт эрдэмтэн Абдус Саламын Эйнштэйний сүүлчийн мөрөөдөл өгүүллийг доор буулгалаа.

Хүмүүс эрт дээр үеэс байгалийн үзэгдэл юмсыг аль болохоор цөөн, ерөнхий ухагдахуун ашиглаж ойлгохыг эрмэлзэж байв. Энэ үүднээс физикийн түүхэнд Ньютон, Максвелл, Эйнштэйн гурвын нэр нэг эгнээнд бичигддэг.Эд нар бол байгалийн хуулиудыг нэгтгэхэд хамгийн их амжилтанд хүрсэн эрдэмтэд.Ньютон, гурван зуун жилийн тэртээ дэлхийн татах хүчийг гравитацын хүчтэй (энд гравитацийн хүчтэй гэдэг нь дэлхийн татах хүчийг бүх ертөнцийн таталцалтай гэдэг утгаар хэрэглэгдэж байна.) адилтган үзэж нэгтгэсэн.Үүнээс хоёр зуун жилийн дараа Максвелл цахилгаан болон соронзон хүчнүүдийг нэгтгэж гэрэл бол энэхүү нэгдлийн илрэл гэдгийг баталсан.
Эйнштэйн 1905 онд огторгүй, хугацааны ухагдахууныг нэгтгэж улмаар арван нэгэн жилийн дараа огторгүй-хугацаа нэгдмэл цогц муруйлттай байдаг, үүний жишээ нь Ньютоны гравитац болохыг нотлон харуулсан юм. Энэ бол Ньютоны гравитац дээрх зоригтой нэгтгэлийн тод илрэл болохыг харуулж буй хэрэг ээ. Эйнштэйн цахилгаан үзэгдлийг Максвелл нэгтсгэсний адилаар цахилгаан соронзон хүчийг Ньютоны гравитацтай нэгтгэж болохгүй юу? гэдэг асуулт тавьжээ.Бид Ньютоны гравитац огторгүй-хугацааны муруйлтын илрэл байдгийг мэдэж байна.Дээрх асуултад болно хэмээн хариулах аваас Максвеллийн цахилгаан соронзонг огторгүй-хугацааны мөн ямар нэгэн геометр шинж чанарын илрэл мэтээр төсөөлөхөд хүрэх билээ.
Эйнштэйний сүүлчийн санаа энэ байв.Тэрээр амьд сэрүүн байсан бол тун ч үр өгөөжтэй энэхүү шинэ санааныхаа биелэлээ олох чигт гарсан дэвшилийг үзээд лавтайяа баярлах байсан билээ.

    
          Орчин үеийн физик дэх тулгуур харилцан үйлчлэлүүд

Юуны түрүүнд 30-д оны дунд үе гэхэд орчлон ертөнцийн бүх бодит юунаас тогтож байсан хийгээд түүний дүр төрхийг ямар гээч хүч жолоодож байсан талаарх ойлголтыг эргэж саная.Тун энгийн үгээр хэлбэл бидний ажиглаж байгаа бүх бодис үндсэн дөрвөнхэсэг буюу дөрвөн үндсэн бөөмсөөс тухайлбал: протон-p, нейтрон-n, гэх цөмийг бүтээх хоёр бөөм болон электрон-e, нейтрино-v гэх эгэл бөөмсөөс тогтоно. Өөр хоорондоо ойртоход эдгээр бөөмсийн дүр төрхийг тодорхойлогч үндсэн дөрвөн хүч үйлчилнэ. Өөрөөр хэлбэл эдгээр бөөмс нь хоорондоо үндсэн харилцан үйлчлэлээр харилцан үйлчлэлцэнэ.

Таталцалын хүч буюу Гравитаци: Дээрх дөрвөн бөөм масстайгаа шууд хамааралтай хүчээр биесдээ таталцана.Энэ бол бидний амьдарч байгаа орчлон ертөнцийн үндсэн онцлогийг тодорхойлж одот орчлон од гарагуудын дүр төрхийг тогтоодог харилцан үйлчлэл юм. Тэртээ гурван зуун жилийн өмнө Суут эрдэмтэн Исаак Ньютон таталцалыг анхлан томъёож түүнээс хойш 20-р зууны эхэн үе хүртэл Ньютоны бүтээсэн таталцалын онол хүчирхэг хэвээр байжээ. Гэвч Ньютоны таталцал Таталцал гэдэг нь яг юу вэ? гэдгийг тодорхойлж чаддагүй байв. 1905 онд Алберт Эйнштэйн Харьцангуйн тусгай онолдоо гэрлийн хурд нь хурдны дээд хязгаар гэдгийг постулат болгон сонгон авав. (Илүү дэлгэрэнгүйг эндээс сонирхож болно.) Өөрөөр хэлбэл юу ч гэрлээс хурдан тархахгүй гэж үзжээ. Гэтэл энэ нь Ньютоны таталцалын онолтой зөрчилдөөнд хүрсэн байна. Таталцал агшин зуурын үйлчлэлтэй байгаа нь Эйнштэйний юу ч гэрлээс илүү хурдлахгүй гэснийг тохуурхах мэт байлаа. Улмаар арван жилийн дараа Эйнштэйн Харьцангуйн ерөнхий онолоо болосвруулан үүндээ орон зай-хугацааны нэгтдмэл шинж чанар түүний муруйлтын үр дүн нь таталцалыг бий болгоно хэмээн тунхаглав. Орон зай-хугацааны муруйлтийн тухай эндээс дэлгэрэнгүй уншиж болно. Ийнхүү нэгэн томоохон бие даасан онол хөгжиж ирсэн юм.

Цахилгаан соронзон хүч: Дөрвөн бөөмийн хоёр нь буюу протон, электрон хоёр цахилгаан цэнэгтэй нөгөө хоёр нь цахилгаан цэнэгийн хувьд саармаг байдаг. Протон электронтой таталцах хүч атомыг бий болгож, энэ дэлхийн амьдралын түгээмэл үзэгдлийн эх сурвалж болж байна. Цахилгаан орныг Кулон анхлан томъёолсон бөгөөд тэр үед хүмүүс Цахилгаан орон болон Соронзон оронг тус тусад нь ойлшодог байлаа. Өөрөөр хэлбэл цахилгаан хүч болон соронзон хүч гэдэг хоёр бие даасан хүч байдаг хэмээн үздэг байсан хэрэг. Улмаар Майкл Фарадей хэмээх бага ангийн боловсролоос өөр боловсрол эзэмшээгүй залуухан авъяаслаг эрдэмтэн Соронзон орны нөлөөгөөр цахилгаан орон үүсэж буйг илрүүлсэн бөгөөд тухайн үед түүний энэхүү нээлтийг хүүхдийн тоглоом, хийх юмаа олж ядсан хүний дэмий зугаан хэмээн шоглож байжээ. Фарадей өөрөө ч энэ тухайгаа төдийлөн том нээлт болоогүй болов уу хэмээн үзсэн гэдэг. Гэтэл түүнээс бараг зуун жилийн дараа язгууртан гэр бүлээс гаралтай математикч физикч Жеймс Клерк Максвелл гэх үс сахландаа баригдсан нөхөр цахилгаан орон болон соронзон оронг нэгтгэсэн дөрвөн тэгшитгэлээ бичсэнээр соронзон орон болон цахилгаан орон нь цахилгаан соронзон орон хэмээх нэг хүч болохыг баталсан байна. Энэ физик дэх нэгтгэх санааны түүхийн эхлэл байсан юм.

Цөмийн сул хүч: Протон, нейтрон, электрон, нейтрино бүх бөөм бие биенээс 10^-16см-с хэтрэх үгүй зайнд, зүүн туйлшралтай төлөвт оршижбайх нөхцөлд цөмийн сул хүчээр харилцан үйлчилнэ.Энэхүү харилцан үйлчлэлийг 20-р зууны эхээр нээсэн.Бетта цацраг идэвхижил хэмээх үзэгдэл үүнтэй холбоотой бөгөөд орчлон ертөнц, дэлхий дээр хүнд элементүүд оршин байхыг зарчмын хувьд чухамдаа энэ харилцан үйлчлэл мэднэ.

Цөмийн хүчтэй хүч:  Протон, нейтронууд цөмийн сул цэнэгээс гадна хүчтэй цэнэг зөөдөг. Энэ бөөмс 10^-13 см-с дотогш бие биедээ ойртох үед хүчтэй таталцдаг.Хүчтэй харилцан үйлчлэл гели, литий, берилий, нүүрстөрөгч,уран болон бусад элементийн цөмд протон нейтроныг холбож байдаг.Нарны гэрэлтэх шалтгаан болдог халуун цөмийн гэгдэх урвал орчин үеийн цөмийн реакторуудад явагдах цөмийн хуваагдал гэх мэт үзэгдлүүд энэ харилцан үйлчлэлийн өөр өөр илрэл юм.

Энд дурдсан материйн дөрвөн үндсэн элемент, тэдгээрийн хоорондын дөрвөн үндсэн харилцан үйлчлэлийн дүр зураг нь ухагдахууны тоог цөөн байлгах шаардлагын талаас үзвэл тун ч хэмнэлттэй ажээ.Гэсэн хэдий ч физикчдэд энэ бас л хангалтгүй санагддаг юм.Тэд дээрх дөрвөн харилцан үйлчлэлийг нийлүүлж, бүх хүч нэгдсэн нэг тулгуур харилцан үйлчлэлийн бүрдэл хэсгүүд болж байхаар нэгтгэхийг зорьж байна.
Эйнштейний хувьд үүнээс ч цааш явахыг зорьж байв.Тэрээр нэгдмэл нэг харилцан үйлчлэл бий хэмээн таамаглаад түүнээ бидний дотор нь амьдарч байгаа огторгүй-хугацааны ямар нэг геометр шинж чанар мэтээр төсөөлөхийг оролдож байв.Үнэхээр л ийм байдаг бол харилцан үйлчлэлүүдий нэгдэл болон огторгүй-хугацааны бүтцийн шинж чанартай тэдгээрийн холбогдох холбооноос туршлага дээр ажиглагдах мөрдлөгүүд гарч ирэх болно.
Хүчнүүдийг нэгтгэнэ гэдэг чухамдаа ямар учир утгатай ухагдахуун болохыг түүхийн үүднээс товчхон авч үзье.

                                              Физик дэх нэгтгэх санааны түүх

Мусульман эрдэмтэн Бируни, Италын Галилей нарын дэлхий дээр нээсэн физикийн хуулиуд орчлон ертөнцийн хаана ч явагдах үзэгдлүүдэд адилхан тохирно гэж баталж байлаа.Тухайлбал, Галилей сарны гадаргуу дээрх уул нуруудыг ажиглаж энэ санаагаа нэлээд тодорхой гаргаж тавьсан байна.Байгаль ертөнц нэгдмэл гэдэгт итгэх энэ итгэл өнөөдөр бүхий л шинжлэх ухааны үндэс болж байна.
Галилейг насан эцэслэх тэр жил мэндэлсэн Ньютон одоогоос 300 орчим жилийн өмнө бүх ертөнцийн таталцах хуулийг томъёолж түүний дээрх санаанд тоон талын тайлбар өгөв.Ньютон дэлхий рүү унах биеийг жолоодон буй татах хүч нарыг тойрон эргэх гарагуудыг тойрог замд нь тогтоон барьж байдаг тэнгэрийн гравитацийн хүчтэй нэг болохыг тооны хувьд нотлов.
Ньютоноос хойг 150 жилийн дараа Майкл Фарадей, Андре Ампер нар хөдөлж байгаа цахилгаан цэнэг соронзон хүч үүсгэдгийг батлан харуулсан.Чухам эдүгэ хүртэл цахилгаан, соронзон хоёрыг байгалийн эрс өөр хоёр хүч гэж үзэж байсан билээ.Ийнхүү Фарадей, Ампер нар цахилгаан соронзон хоёрыг нэгтгэх эхийг тавьсан байна.Фарадейн ажлыг Максвелл гайхамшигт ялалтаар дуусгав.Максвелл хурдатгалтай хөдлөх цахилгаан цэнэгийн цахилгаан соронзон цацрал цахилгаан, соронзон хоёр нэгдмэл болохын мөрдөлгөө болно гэдгийг харуулав.Дулааны цацрал, гэрэл радио болон рентген туяа  энэ бүхэн цахилгаан соронзон харилцан үйлчлэлийн янз бүрийн илрэл ажээ.
Үүнээс 50 жилийн дараа Вернер Хайзенберг, Эрвин Шредингер, Поль Дирак нарын судалгаагаар химийн хүчнүүд, түүний дотор амьдрал тухайлбал уураг тархиний үйл ажиллагааг жолоодох хүчнүүд нь цахилгаан соронзонны бас нэг илрэл, тэгэхдээ квантын төвшин дэх илрэл мөн болох нь батлагдав. Эйнштейн 1905 онд огторгүй-хугацааны ухагдахууныг нэгтгэсэн. Энэ суурин дээрээ тулгуурлан нэгтгэх санааг улам гүнзгийрүүлэн хөгжүүлж Ньютоны гравитац огторгүй-хугацааны цогцын муруйлтын илрэл болохыг нээн илрүүлжээ.Огторгүй-хугацааны тухай энэ зоригтой төсөөлөл орчлон судлалын ухааныг шинэ шатанд гаргасан юм.Чухам энэ төсөөллийн үндсэн дээр орчлон ертөнц тэлсээр байна. 10^10 жилийн өмнө их тэсрэлтээр орчлон ертөнц төрж түүний ул мөр болох 3К температуртай үлдэгдэл цацрал өнөө үед бүртгэгдэж байгаа хэмээх таамаглал гарчээ. Эйнштейн гравитац болон цахилгаан соронзонг нэгтгэж, тэдгээрийг нэгдсэн харилцан үйлчлэлийн л өөр өөр талууд юм гэж батлахыг зорьж байв.Орчин үеийн хэрээл бол энэ нь цахилгаан цэнэг, гравитацийн цэнэг хоёрыг нэгтгэнэ гэсэн үг.Бас тэгээд ч үл зогсохгүй масс огторгүй-хугацааны муруйлттай холбогдохыг үзүүлсэнийхээ адил цахилгаан цэнэгийг ч огторгүй-хугацааны бүтцийн ямар нэг геометр шинжтэй холбогдоно гэж найдаж байжээ.
Тэгвэл цөмийн сул болон их хүч буюу цөмийн сул ба хүчтэй цэнэгүүдийг яах болж байна вэ? Гравитац болон цахилгаан соронзон нь тулгуур дөрвөн харилцан үйлчлэлийн ердөө л хоёр нь шүү дээ.Чухам эндээс "Эйнштейнээс хойших" буюу сүүлийн үеийн судалгааны тухай ярих болж байна. Бидний бодлоор цахилгаан соронзон цэнэг, цөмийн сул болоод хүчтэй цэнэгүүд өөр хоорондоо тун ч ойрхон төрөл юм.Эдгээр нь зөвхөн тасралттай утгын бүрдлүүдийг л авдаг байж болох юм гэдгийг саяхан баталсан нь түүний тод илэрхийлэл боллоо.Иймд нэгтгэх анхны үе шат цахилгаан соронзон болон цөмийн харилцан үйлчлэлийг хамрах бөгөөд дараа нь эдгээрийг гравитацтай нэгтгэх болж байлаа.Ингэснээр Эйнштейний мөрөөдөл биелж, энэхүү нэгдсэн харилцан үйлчлэл огторгүй-хугацааны геометр шинжийн илрэл болж мэдэх юм.
Ийм дүгнэлтэд хүргэсэн онолын нотолгоонуудыг яг одоо илэрхийлэн гаргадаг хүнд байна.Гэвч цахилгаан соронзон, сул харилцан үйлчлэлүүд нэгдэлтэйг баталсан туршилтын үр дүнгүүд байна аа.Цахилгаан соронзон, сул харилцан үйлчлэлийг нэгтгэсэн онолын урьдаас маш тодорхой хэлж байгаа зүйлийг саяхан Станфордын шугаман хурдасгуур дээр баталлаа.Энэ бол хэрэв сул харилцан үйлчлэл үнэхээр нэгдсэн цахилгаан сул харилцан үйлчлэлийн нэгэн илрэл мөн юм бол протон электроны хооронд үйлчлэх хүч нарийн судалгаагаар урьд нь зөвхөн сул харилцан үйлчлэлд л тааралддаг байсан зарим шинж чанарыг үзүүлэх ёстой-гэсэн дүгнэлт юм.Ийм шинжийн нэг бол спиний өөр өөр байрлалтай электронуудад үйлчлэх хүчнүүдийн хоорондын ялгаа юм.Урьд өмнө байгаагүй өдөр нарийвчлалтайгаар энэ ялгааг хэмжсэн Станфордын туршилт хүнд усан дахь сарнилаар зүүн туйлшралтай электронуудын хазайх нь баруун туйлшралтайгаас 1/10000-аар их байхыг нотлон харуулав.Арван мянган задрал тутмаас нэгд нь сул харилцан үйлчлэл цахилгаан соронзон харилцан үйлчлэлийн мужид ийнхүү нэвтрэн орох ёстойг онолоор урьдчилан хэлж байлаа.Энэ бол сул ба цахилгаан соронзон харилцан үйлчлэлүүд нь нэгдсэн тулгуур харилцан үйлчлэлийн өөр өөр талууд болно гэсэн таамаглалыг баталсан хэрэг юм.Үүнээс ч илүү үр нөлөөтэй хоёрдох мөрдөлгөө мөн бий.Сул болон цахилгаан соронзон харилцан үйлчлэл нэг нь ойрын үйлчлэлтэй, нөгөө нь алсын үйлчлэлтэйгээрээ эрс ялгагдах энэ байдал нь орчлон ертөнц 30К тэмпературтай болтлоо хөрсөн, их тэсрэлтээс хойш барагцаалбал 10^10 жил өнгөрсөн энэ үед бид амьдарч байгаатай холбоотой гэсэн нотолгоо бий.Хэрэв бидэнд орчлон ертөнц үүссэний дараах 0,1 секундэд амьдарч, туршилт хийх боломж олдсон бол сул цахилгаан соронзон хоёр харилцан үйлчлэл хоёулаа алсын үйлчлэлтэй байхыг илрүүлж чадах юм.Хугацааны буцах чигт бид аялаж чадахгүй ч гэсэн сул болон цахилгаан соронзон хүчнүүдийн үйлчлэлийн радиусын хоорондох тоон ялгааг тодорхойлж өгнө.Үүнийг хэрэв эдгээр харилцан үйлчлэл үнэхээр нэгдсэн цахилгаан сул харилцан үйлчлэлийн өөр өөр илрэлүүд юм бол ойролцоогоор 80 болоод 90 протоны масстай хоёр шинэ эгэл бөөм оршиж байх ёстой, үүний эхнийх нь цэнэгтэй, нөгөөх нь цахилгаан саармаг байх учиртай гэж хөдөлшгүй томъёолдог.Фотон цахилгаан соронзон харилцан үйлчлэлийг зөөгч байдгийн адил эдгээр бөөм сул харилцан үйлчлэлийг зөөнө, Европийн цөмийн шинжилгээний төв-д 6 жилийн өмнө барьж ашиглалтад оруулсан хурдасгуурыг эдгээр бөөмийг эрж хайх туршилтад шаардагдах энерги бүхий протон, антипротоны багц гарган авахаар өргөтгөн тоноглож байна.1982 оны турш явуулах юм. Хэрэв чадахгүй бол илүү их энерги их эрчимтэй багч гаргаж авах бөөмийн шнэ хурдасгуур шаардагдана.

2-р хэсэг.