Утасны онол (эхний хэсэг)

Эйнштэйн нэгдэл (unification)-ийн онолын томьёоллыг хайж, амьдралынхаа сүүлийн мөчүүдийг хүртэл цаас харандаанаас салаагүй гэдэг. Тэр өөрийгөө томоохон нээлтийн өмнө ирсэнийг мэдэрсэн байж магадгүй ч зорьсноо биелүүлж чадалгүйгээр хорвоогоос хальжээ. Түүнээс хойш хагас зуун өнгөрсөн ч нэгдлийн онол физикчдийн хувьд туйлын зорилго хэвээр байна. Гэхдээ үүнд дөхөж очих онол бий болсон нь утасны онол (string theory) юм. Хэрэв энэ онол үнэн бол бид уран зөгнөл мэт гайхалтай ертөнцөд оршин байж таарна. 11 хэмжээст тэнхлэг, яг дэргэд байх паралель ертөнц, утаснаас гарах авиануудаар бүрдэх үзэсгэлэн төгөлдөр орчлон ертөнц гэх мэт. Утасны онолын санаа маш энгийн. Орчлон ертөнц бүхэлдээ цорын ганц элементээс бүрдэнэ. Тэр нь төсөөлөхөд ч бэрх өчүүхэн хэмжээтэй, чичирхийлэх энергийн утас юм. Энэ утасны янз бүрийн хэлбэлзэл янз бүрийн материйг үүсгэнэ. Хөгжмийн чавхдаснаас гарах төрөл бүрийн авиа ер бусын, аварга симфонийг үүсгэх мэт.

1. Эйнштейний биелээгүй мөрөөдөл

Нэгдлийн онолын эрэл хайгуул шинжлэх ухааны түүхэн дэх хамгийн алдартай үйл явдлаас эхэлжээ. 1665 оны нэгэн өдөр модон дор сууж байсан нэгэн залуугийн толгой дээр тохиолдлоор алим унасан гэгддэг. Үүний үр дүнд Исаак Ньютон шинжлэх ухаанд хувьсгал хийв. Алим газарт унах, сар дэлхийд татагдан, түүнийг тойрон эргэхэд хүргэх хүч нэгэн адил зүйл гэж Ньютон үзэв. Хүндийн болон таталцлын хүч нь нэг л хүч юм. Шинжлэх ухаан таниж мэдсэн хамгийн анхны хүч - хүндийн хүчний ачаар газар тэнгэр хоёрыг холбов. Хэдийгээр 300 жилийн өмнө нээгдсэн боловч хүндийн хүчний хууль маш өндөр нарийвчлалтай учир одоо ч ашиглагдсаар байна. Хүн саран дээр буух үед хүндийн хүчнээс өөр юу ч хэрэггүй байсан юм. Гэвч Ньютоны хууль хүндийн хүчний хэмжээг тодорхойлох боловч бодит байдалд уг хүч хэрхэн үйлчилдгийг тайлбарлаж чадахгүй байв.

1900-аад оны эхээр Швейцарийн патентийн байгууллагад ажиллаж байсан Эйнштэйн патентын баримтуудыг шалгах ажлын зэрэгцээ гэрлийн шинж чанарын тухай бодолхийлж байв. Энэ нь хүндийн хүчний мөн чанарыг танихад хүргэнэ. Тэр 26 насандаа гайхалтай нээлт хийж, энэ орчлонд гэрлийн хурдыг гүйцэх зүйл үгүй гэв. Гэвч уг онолоо нийтлүүлэх үед тэрээр Ньютонтой зөрчилдөж байгааг анзаарчээ. Зөрчлийн тухай ойлгоход дөхөм болгох үүднээс нэгэн туршилт хийж, нарыг гэв гэнэт ор мөргүй алга боллоо хэмээн төсөөлье. Нар алга болонгуут Ньютоны хуулийн дагуу гаригууд нарны хүндийн хүчнээс ангижирч, орчлонгийн орон зайд нисэн одно. Хичнээн хол зайд байрлаж байсан ч хүндийн хүч хормын төдийд биетүүдийн хооронд дамжина гэдэгт Ньютон итгэж байв. Тэгвэл гэрлийн шинж чанарыг нарийвчлан судлаж байсан Эйнштейн гэрэл нэг цэгээс нөгөө цэгт хормын төдийд хүрэхгүй гэдгийг мэдэж байв.

Бодит байдалд нарны гэрэл 150 сая км алслагдсан дэлхийд хүрэхэд 8 минут илүү хугацаа зарцуулна. Хүндийн хүчний тархалт гэрлээс илүү хурдлах учиргүй гэж үзсэн Эйнштейн өөрийн онолд итгэлтэй байсан тул Ньютонд эргэлзэж эхэлсэн байна. Гэтэл Ньютон андуурсан гэж үзвэл гаригууд яагаад өөрийн тойрог замаар тогтвортой эргэлдэнэ вэ. Гаригуудын хөдөлгөөнийг Ньютоны хуульгүйгээр тайлбарлах боломжгүй. Энэхүү эргэлзээг Эйнштэйн 10 жилийн дараа тайлав. Бидний мэдэх хүндийн хүч нь орон зай, цаг хугацааны тэнхлэгийн муруйлтын үр дүн юм. Дэлхий мэтийн гаригууд нарыг тойрон эргэхдээ түүний хүндийн хүчний үйлчлэлд шууд автаж байна гэсэн үг биш. Нарны хүндийн хүчнээс үүдэлтэй тэнхлэгийн муруйлтыг л даган хөдлөж байгаа хэрэг ажээ.

Хүндийн хүчний шинэ онолын хүрээнд дээрх туршилтаа давтан хийж үзье. Нар алга болонгуут түүний хүндийн хүчнээс чөлөөлөгдсөн тэнхлэгийн давалгаа үүснэ. Яг л усанд чулуу шидэхэд үүсдэг давалгаатай адил. Давалгаа дэлхийд хүрч иртэл бид дэлхийн тойрог замаасаа гарахыг мэдрэхгүй. Өөрөөр хэлбэл дэлхий нисэн одохгүй. Хүндийн хүч нь гэрэлтэй адил хурдаар тархана хэмээн тооцоолсон Эйнштэйн Ньютоны онолд эргэлзэх зөрчлийг арилгав. Эйнштэйн үүгээр сэтгэл ханасангүй. Хүндийн хүчийг тухайн үед нээгдээд байсан цахилгаан соронзон хүчтэй нэгтгэхийг зорьжээ. Цахилгаан соронзон хүч нь цахилгаан болон соронзон хүчний нэгдэл бөгөөд аль хэдийн нэгэн хүч гэдгийг тогтоосон байв. Цахилгаан болон соронзны хооронд ямар нэгэн холбоо байгаа нь 19-р зууны үеэс тодорхойлогдож, Самуэл Морз түүнийг ашиглан телеграфын төхөөрөмжийг бүтээсэн байв. Цахилгаан долгион утсаар дамжин хэдэн мянган км зайд байх өөр газарт хормын төдий хүрч, соронзны тусламжтайгаар морзын дохиолол үүсгэгдэнэ. Телеграф гайхалтай бүтээл байсан боловч түүнд ашиглагдсан цахилгаан соронзон хүчний мөн чанар тодорхойгүй байв. 

Цахилгаан болон соронзон хүчийг нэгтгэхийг эрмэлзсэн хүн бол Жорж Максвеил юм. Тэр хоёр хүчний холбоог математикаар тайлбарлаж, тун энгийн дөрвөн томьёо бүтээснээр цахилгаан соронзон хүч нэгтгэгдэв. Энэ нь нэгдлийн онолд хүрэх том алхам байв. Эйнштэйн гэрэл, хүндийн хүч хоёр адил хурдаар тархах учир цахилгаан соронзон болон хүндийн хүчний хооронд ямар нэгэн холбоо байх ёстой гэж үзэж байв. Гэвч тэдгээрийг нэгтгэх судалгаа хийж үзэхэд хүчнүүдийн хоорондын ялгаа хэт их байсан учир хоорондын тэнцвэр (баланс) баригдахгүй байв. Өндөр байшин дээр зогсож байгаа хүний биед хүндийн хүч үйлчилнэ. Хэрэв тэр хүн байшин дээрээс үсэрвэл газрыг цөмлөн, дэлхийн төв хүртэл шигдэхгүй. Энэ бол цахилгаан соронзон хүчний ач тус юм. Хүний бие болон газрын гадарга бүгд нүдэнд үл үзэгдэх атом хэмээх бөөмсөөс бүрдэнэ. Атомын гадарга хасах цэнэгээр бүрхэгдсэн байна. Хүний биеийн атом газрын гадаргын атомтой мөргөлдөх үед цахилгаан хүч тэдгээрийн хооронд үйлчилж харилцан түлхэгдэхэд хүргэнэ. Өчүүхэн атомууд ч бүхэл бүтэн хүний жинг эсэргүүцэх хүчтэй. Тэгвэл түүнтэй харьцуулахад атомын түвшин дэх хүндийн хүчний үйлчлэл өчүүхэн бага хэмжээтэй байна.

Үүнээс гадна тухайн үеийн физикийн салбарт хувьсгал хийсэн онол бий болж, Эйнштэйний төлөвлөгөөнд саад болно. Эйнштэйн агуу онол бүтээж, цаашид ч физикт үнэт хувь нэмрээ оруулна хэмээн хүмүүс найдаж байсан юм. 1920-оод оны үед хэсэг залуу эрдэмтэдийн бүлэг уран зөгнөлөөс ч хэтийдэх нэгэн шинэ санааг гаргажээ. Тэдний төвд байсан хүн бол Данийн физикч Нилс Боор юм. Атом удаан хугацаанд материйн хамгийн жижиг хэсэгт тооцогдож байсан бол түүнээс ч жижиг эгэл бөөмсийг тухайн үед илрүүлжээ. Энэхүү атомоос жижиг ертөнцөд Эйнштэйний онол ч, Максвелийн онол ч үйлчилсэнгүй. Тэгвэл эрдэмтэдийн чармайлтын үр дүнд 1920-оод оны үеэс квант механик хэмээх физикийн шинэ салбар бий болж, эгэл бөөмийн хөдөлгөөний мөн чанарыг тайлбарлав. Гэвч уг онол орчлонгийн тухай тогтсон ойлголтыг үндсээр нь өөрчлөв. Орчлон ертөнц ямар нэгэн тогтсон дүрэм журамд захирагддаг, түүнийг урьдчилан тааварлах боломжтой байна гэж Эйнштэйн үзэж байсан юм. Гэвч эгэл бөөмийн ертөнц мөрийтэй тоглоомын шоо мэт зүйл байв. Тэнд шооны нүх хэд буухыг мэдэхгүйтэй адил яг таг зүйл гэж нэг ч үгүй байв. 

Квант механик нь ямар нэгэн үр дагавар гарах талаар зөвхөн таамаглал дэвшүүлж л чадна. Квант механикийг бидний оршин буй ертөнцөд хувирган төсөөлье. Тэгвэл таньд магадгүй өөрийн эрүүл ухаанаа алдсан мэт санагдана. Бидний мэдэх хачирхалтай үзэгдлүүд ийм ертөнцөд ердийн зүйл байна. Та квант механикийн кафед орж жүржийн жүүс захиаллаа гэж бодъё. Ийм тохиолдолд үйлчлэгч таньд туслахыг оролдоё гэнэ. Учир нь тэр тодорхой захиалга өгөх үйлчлүүлэгчид дасаагүй. Энд бүх зүйл санамсаргүйд захирагдана. Жүржийн жүүс захисан ч үнэхээр өгөх эсэхийг магадлалаас өөрөөр хэлж чадахгүй. Үйлчлэгчийн авч ирсэн ундаа таны захиалга биш байлаа ч санаагаар унах хэрэггүй юм. Учир нь квант механик таны захиалгын хариуд шар, улаан өнгөтэй жүүс ирэх магадлалыг ч бас давхар заана. Бидний ертөнцтэй зэрэгцэн орших өөр ертөнцөд аль аль нь бодит байдалд тохиож болно. Тухайлбал 1000 хувилбар байгаад аль нэгийг биелнэ хэмээн баттай хэлж чадахгүй бол 1000 хувилбар нэгэн зэрэг биелнэ. 

Ердийн хүнд эрүүл бус санагдаж болох ч физикчдийн хувьд эндүүрэл нь үнэн байх тохиолдол элбэг байдаг. Квант механик бидний ертөнцөд байж боломгүй үзэгдэл байх боломжтой гэдгийг ч итгэлтэй хэлж чадна. Тухайлбал эгэл бөөм хана болон саадыг нэвтлэн гарах боломжтой. Квант механикийг ойлгоё гэвэл орчлонгийн тухай өөрийн зөв гэж итгэж явдаг бүхий л ойлголтоо тархинаасаа арчин хаях шаардлагатай болно. Эйнштэйн орчлон ертөнц ямар нэгэн тогтсон дүрэм журамд захирагддаг, түүнийг урьдчилан тааварлах боломжтой гэсэн итгэлээсээ эцсээ хүртэл хагацахыг оролдоогүй юм. Үр дүнд нь нэгдмэл онолын талаар хийсэн түүний бүхий л тооцоо бүтэлгүйтнэ.

Квант механик нь атомоос жижиг ертөнцийг гайхалтай сайн тайлбарлаж байв. Квант механик гайхалтай үнэн зөв, таамаглал болон туршилтын үр дүн зөрсөн тохиолдол өдийг хүртэл нэг ч гараагүй гэдэг. 1930-аад оны үед Эйнштейний судалгаа зогсонги байдалд орсон бол квант механик эгэл бөөмийн нууцыг нээсээр байв. Атомын бүтцийг судлаж, түүн дотор үйлчлэх 2 шинэ хүч байгааг нээв. Хүчтэй хүч нь неитрон, протоныг нэгтгэж, янз бүрийн атомын цөмийг бүрдүүлнэ. Тэгвэл сул хүч нь неитроныг протонд хувиргаж, цацраг ялгаруулахад хүргэнэ. Гэхдээ эдгээр хүчний хажууд хүндийн хүч өчүүхэн бага юм.  Хүчтэй, сул хүчийг 1946 оны 7 сарын 15-нд хийсэн нэгэн туршилтаар анх удаа шалгажээ. Дөнгөж метр хагас диаметртэй анхны цөмийн бөмбөгний дэлбэрэлтийн үр дүнд цөмийн хүчтэй хүч суллагдаж, 20000 тонн (TNT) дэлбэрэх бодисын хөнөөлийг ялгаруулжээ. Хэдийгээр 50 жил өнгөрсөн боловч туршилт хийсэн тэр газарт цацраг идэвжхил ердийн хэмжээнээс 10 дахин өндөр хэвээр байна. Энэ нь цөмийн сул хүчний нөлөө юм. Хүчтэй болон сул хүч нь цахилгаан соронзон болон хүндийн хүчтэй харьцуулахад маш бага орон зайд үйлчилдэг.

1933 онд нацист германаас зугтан ирсэн Эйнштэйн Нью-Жорж мужийн Принстонд амьдрах болжээ. Тэрээр хүндийн болон цахилгаан соронзон хүчийг нэгтгэх судалгаа хийж, амжилтад хүрэхэд тун ойрхон байгаа тухай сонингууд шуугиж байсан боловч ихэнх эрдэмтэд Эйнштэйний үе дууссан гэж бодож байв. Онолын физикчид атомын судалгааг эхлүүлэх үед Эйнштэйн тэднээс сондгойрч үлдсэн юм. Нэгэн цагт дэлхийд нэрээ дуурсгаж явсан суут эрдэмтэн аль хэдийн байр сууриа тавьж өгөх болсон нэгэн муу хөгшин мэт сэтгэгдэл төрүүлж байв. Эйнштэйн нэгдлийн онол бүтээх санаагаа гүйцээж чадалгүйгээр 1955 онд нас баржээ. 1950-аад оноос нэгдлийн онолыг судлах хүн бараг үгүй болж, физикийн салбар хоёр хэсэгт хуваагдсан байна. Нэг хэсэг нь харьцангуйн ерөнхий онолыг баримталж, аварга том одод галактикийг судлаж байсан бол нөгөө хэсэг нь квант механикийг ашиглан өчүүхэн жижиг эгэл бөөмсийг судлах болжээ. Ийм нөхцөлд ч орчлон ертөнцийн судалгаа бага багаар амжилт олсоор байв.

Гэвч нэгдмэл биш л бол өөр ямар ч онолоор тайлбарлах боломжгүй хачирхалтай бүс гарч ирсэн нь хар нүхний "ёроол" байв. Германы одон оронч Карл Шварцшилт 1916 онд хар нүхний тухай таамаглал дэвшүүлжээ. Дэлхийн 1-р дайны тэргүүн шугаманд байж, их бууны сумны траекторийг тооцоолох үүрэг хүлээсэн тэрээр ажлын завсар зайгаар харьцангуйн онолыг судалж, асар том масстай биет жижиг орон зайд нягтарвал тэнхлэгүүдийг хязгааргүй муруйлгах хүндийн хүч үүснэ хэмээн таамаглав. Шварцшилтийн таамаглал хэдэн арван жилийн туршид хоосон төөрөгдөл мэт ойлгогдож байсан боловч сүүлийн үеийн судалгаа, ажиглалтаар бодит зүйл гэдэг нь батлагдаад байна. Тэгвэл аварга од өчүүхэн болтлоо шахагдсан учир хар нүхний ёроолд харьцангуйн онол хүчин төгөлдөр байх уу, эсвэл маш жижиг цэг мэт учир квант механикийг ашиглах уу гэсэн асуудал урган гарчээ. Хоёр онолыг нэгэн зэрэг ашиглахаас өөр аргагүй мэт санагдавч ийм тохиолдолд яалт ч үгүй хоорондоо зөрчилдөнө. Зөрчлийг шийдэх үүднээс тэдгээрийг нэгтгэх хамгийн үнэмшилтэй онол дэвшүүлэгдсэн нь "утасны онол" юм.

Энэ онолоор орчлон ертөнц бүхэлдээ цорын ганц элементээс бүрддэг гэж үздэг. Тэр нь төсөөлөхөд ч бэрх өчүүхэн хэмжээтэй, чичирхийлэх энергийн утас байна. Энэ утасны чичирхийллийн янз бүрийн хэлбэр өөр өөр бөөмийг үүсгэнэ. Яг л хийлийн нэг утас өөр өөр аялгууг үүсгэдэг шиг. Утасны онол саяхныг хүртэл шинжлэх ухаанч бус гэгдэж байсан бүст нэвтэрч, бөөмс, хүчнүүд, орчлон ертөнцийн үүсэл, түүний одоогийн дүр төрхийн талаархи онолуудыг гайхалтайгаар нэгтгэж чадсан юм. Гэхдээ нөгөө талаас эрдэмтдийг сөргөлдөөнд дуудаж байна. Утас оршин байлаа ч бүр хэтэрхий өчүүхэн, түүнийг оршин байгааг шалгах, илрүүлэх ямар ч боломжгүй. Энэ нь утасны онолд үл итгэх байдлыг үүсгэнэ. 

үргэлжилнэ ...

Сансар судлал, Физик