среда, 15 марта 2023 г.

კოსმოლოგია: აღმოჩენები და საიდუმლოებები

ცოდნა სინათლეა - Knowledge is light - Знание свет -  

მაშ ასე ჩვენ ვიკლევთ სამყაროს აგებულებას და მის                                             იდუმალებას ბუნებას
კოსმოლოგია        აღმოჩენები          და                                      საიდუმლოებები
                               
იხ. ბმულზე წყარო კოსმოლოგია განსაკუთრებული მეცნიერებაა. მისი საგანია მთელი სამყარო, განიხილება როგორც ერთიანი მთლიანობა, როგორც ფიზიკური სისტემა განსაკუთრებული თვისებებით, რომელიც არ შეიძლება შემცირდეს მასში მობინადრე ასტრონომიული სხეულებისა და ფიზიკური ველების თვისებების ჯამამდე. დაკვირვებადი სამყაროს ზომა დაახლოებით 10 მილიარდი სინათლის წელია. ეს არის მეცნიერების უდიდესი ობიექტი სივრცითი მასშტაბის თვალსაზრისით. გარდა ამისა, ის არსებობს ერთ ეგზემპლარად. ამ მხრივ, კოსმოლოგია აშკარად ძალიან განსხვავდება სხვა საბუნებისმეტყველო მეცნიერებისგან. მაგრამ, როგორც ნებისმიერ მეცნიერებაში, კოსმოლოგიაში მთავარია საიმედოდ დადგენილი ფაქტები, სანდო ინფორმაცია რეალური ობიექტების, პროცესებისა და ფენომენების შესახებ. ცნობილი რუსი ასტროფიზიკოსების სტატიაში საუბარია კოსმოლოგიაში ოთხ მთავარ აღმოჩენაზე და ამ მეცნიერების რთულ საიდუმლოებებზე - ძველსაც და ძალიან ახალს, რომლებიც ჯერ კიდევ არ არის ამოხსნილი.
იხ. ვიდეო - ЗАГАДКИ КОСМОСА, КОТОРЫМ НЕТ ОБЪЯСНЕНИЯ



რაც უფრო შორს, მით უფრო სწრაფად
თანამედროვე კოსმოლოგია სათავეს იღებს მეოცე საუკუნის პირველ ათწლეულებში. 1915-1917 წლებში. ამერიკელმა ასტრონომმა ვესტო სლიფერმა აღმოაჩინა, რომ გალაქტიკები (რომლებსაც მაშინ ნისლეულებს ეძახდნენ) არ დგანან, არამედ მოძრაობენ სივრცეში და მათი უმეტესობა ჩვენგან შორდება. ეს დასკვნა მოჰყვა გალაქტიკების სპექტრებზე დაკვირვების შედეგად: მათი მოძრაობა გამოიხატა სპექტრის წითელი ბოლოებისკენ სპექტრული ხაზების გადანაცვლებაში.

ამ სახის წითელ გადაადგილებას, რომელიც შეიძლება განიმარტოს, როგორც ფიზიკაში დიდი ხნის განმავლობაში ცნობილი დოპლერის ეფექტი, აქვს, როგორც მოგვიანებით გაირკვა, უნივერსალური ხასიათი: იგი შეინიშნება სამყაროს ყველა გალაქტიკაში. ერთადერთი გამონაკლისი არის ჩვენთან ყველაზე ახლოს მყოფი ვარსკვლავური სისტემები, მაგალითად, ცნობილი ანდრომედას ნისლეული და სხვა (პატარა) გალაქტიკები, რომლებიც მდებარეობს 1 მეგაპარსეკზე (1 Mpc ≈ 3,26 მილიონი სინათლის წელი) მანძილზე. თუ მანძილი 1 Mpc-ზე მეტია, მაშინ გალაქტიკები, სლაიფერის გამოთქმის მიხედვით, „იფანტებიან სივრცეში“.
                                                                  
სამყარო გალაქტიკების სამყაროა. პერსევსის თანავარსკვლავედში მშვენიერი გროვის ეს სურათი გვიჩვენებს სხვადასხვა ზომისა და ფორმის, ასაკისა და ფერის მრავალ გალაქტიკას. ზოგიერთი მათგანი ჰგავს პატარა ბუნდოვან ლაქებს, მაგრამ თითოეული წარმოადგენს უზარმაზარ ვარსკვლავურ სისტემას, რომელიც შეიცავს ათობით და ასეულობით მილიარდ მნათობს, მსგავსი ან არც თუ ისე მსგავსი ჩვენივე ვარსკვლავის - მზეს. ფოტოზე ყველაზე პატარა და მკრთალი ლაქები ყველაზე შორეული გალაქტიკაა, რომელთაგან ზოგიერთი ხილული სამყაროს კიდეებთან მდებარეობს. მათგან შუქს მილიარდობით წელი სჭირდება, ამიტომ ჩვენ ვაკვირდებით მათ ისე, როგორც ეს იყო მილიარდობით წლის წინ. ფოტო ჯ.-ჩ. კუილანდრა, დ. ანსელმი
1929 წელს კიდევ ერთმა ამერიკელმა მკვლევარმა, ედვინ ჰაბლმა, რომელსაც ხშირად უწოდებენ მე-20 საუკუნის უდიდეს ასტრონომს, დაადგინა, რომ გალაქტიკების უკანდახევა მიჰყვება მარტივ კანონს: ჩვენგან მოშორებული გალაქტიკის სიჩქარე V პროპორციულია მანძილის R. მას: V = H R. ეს არის სიჩქარისა და მანძილის თანაფარდობა, რომელსაც ახლა ჰაბლის კანონი ეწოდება, ხოლო პროპორციულობის H კოეფიციენტი არის ჰაბლის მუდმივი. H-ის მნიშვნელობა მუდმივია იმ გაგებით, რომ ის ყველა გალაქტიკისთვის ერთნაირია და არ არის დამოკიდებული არც მანძილს გალაქტიკამდე და არც მის მიმართულებაზე ცაში. თანამედროვე მონაცემების მიხედვით, ჰაბლის მუდმივი მნიშვნელობა 60-დან 75 კმ/წმ-მდე მეგაპარსეკზეა.
გალაქტიკა არის, ვთქვათ, 1000 Mpc მანძილზე, შემდეგ ის ჩვენგან შორდება 60-75 ათასი კმ/წმ სიჩქარით. ეს არის უზარმაზარი სიჩქარე, რომელიც მხოლოდ 4-5-ჯერ ჩამორჩება სინათლის სიჩქარეს. გალაქტიკების ზოგადი რეცესია ბუნების ყველაზე გრანდიოზული მოვლენაა
                                                                              
ზემოთ მოყვანილი სურათი გვიჩვენებს ოპტიკური დოპლერის ეფექტს. ეს არის სინათლის ტალღის სიგრძის ცვლილება, რომელიც ასხივებს წყაროს, რომელიც მოძრაობს დამკვირვებლისკენ. უკანდახევის წყაროსთვის ტალღის სიგრძე იზრდება, ანუ შუქი „წითლდება“. ასტრონომიაში რადიაციული ტალღის სიგრძის z = Δλ/λ შედარებით ზრდას (ისევე როგორც თავად ფენომენს) წითელ ცვლას უწოდებენ. იგი აღმოჩენილია სპექტრალური ხაზების გადანაცვლებით (მარჯვნივ სურათზე). დაბალი წითელ გადაადგილებისას (z << 1) მოქმედებს სავარაუდო ფორმულა V = c z. აქ V არის წყაროს სიჩქარე, s არის სინათლის სიჩქარე, უდრის 300000 კმ/წმ.
სლიფერისა და ჰაბლის აღმოჩენებმა, ისევე როგორც შემდგომმა კვლევებმა, ჩაუყარა დაკვირვების საფუძველი, რომელზედაც აგებულია და ვითარდება მთელი თანამედროვე კოსმოლოგია. ჩვენ ახლა ვიცით, რომ ვცხოვრობთ უზარმაზარ სამყაროში, რომელიც ასევე დროთა განმავლობაში ფართოვდება. გაფართოება დაიწყო დაახლოებით 14 მილიარდი წლის წინ; დროის ეს გიგანტური პერიოდი მსოფლიოს ასაკად ითვლება. და მოვლენას, რომელმაც გამოიწვია კოსმოლოგიური გაფართოება, ეწოდება დიდი აფეთქება.
მაგრამ რა არის დიდი აფეთქების ფიზიკური ბუნება? სად ჰქონდათ გალაქტიკებს უზარმაზარი რეცესიის სიჩქარე? რამ აიძულა ისინი სწრაფად დაშორდნენ ერთმანეთს? ამ კითხვებზე პასუხის გაცემა ვერც ცნობილმა ასტრონომ-დამკვირვებლებმა, კოსმოლოგიის დამფუძნებლებმა და ვერც დიდმა ფიზიკოსებმა, აინშტაინიდან დაწყებული, ვერ გასცეს. მათზე პასუხი არც ჩვენი დროის კოსმოლოგებს აქვთ. ეს, ალბათ, ყველაზე რთული და ყველაზე რთული გამოცანაა, რაც კი ოდესმე წარმოიშვა საბუნებისმეტყველო მეცნიერებებში. ჩვენ არ ვიცით, სინამდვილეში როგორ დაიწყო კოსმოლოგიური გაფართოება, წარმოდგენა არ გვაქვს ფიზიკის შესახებ, რომელიც შეიძლება იყოს მის უკან. ისიც კი არ არის ცნობილი, თუ როგორ უნდა დაისვას კოსმოლოგიური გაფართოების მიზეზი. უფრო მეტიც, ვერაფერს ვიტყვით იმაზე, რაც მოხდა ამ მოვლენამდე და არც მთლად ნათელია, რას ნიშნავს აქ „ადრე“.

მიუხედავად ამისა, მსოფლიოს გაფართოების შესაძლებლობა იწინასწარმეტყველა რუსმა მათემატიკოსმა ალექსანდრე ფრიდმანმა, მსოფლიო მეცნიერების კლასიკოსმა. აინშტაინის თეორიის გამოყენებით ფრიდმენი 1922-1924 წლებში განვითარდა. სამყაროს ფიზიკურ-მათემატიკური მოდელი, რომელიც ზოგადი გაფართოების მდგომარეობაშია. ამ მოდელის პირდაპირი შედეგია სიჩქარისა და მანძილის პროპორციულობის კანონი, რომელიც აღმოაჩინეს ჰაბლის დაკვირვებებში. ფრიდმანის კოსმოლოგიური მოდელი თანამედროვე კოსმოლოგიის თეორიული საფუძველია. ეს მოდელი, ასტრონომიული დაკვირვებების მონაცემებთან ერთად, ძალიან კარგად აღწერს კოსმოლოგიური გაფართოების დინამიკას. რა თქმა უნდა, არა „თავიდანვე“, რომლის შესახებაც არაფერია ცნობილი. მაგრამ აღსანიშნავია, რომ ფრიდმანის თეორია ძალაშია კოსმოლოგიური გაფართოების პირველი წამის შემდეგ. გარდა ამ პირველი წამისა, ჩვენთვის ცნობილია მსოფლიოს მთელი შემდგომი ისტორია; უფრო მეტიც, ეს თეორია სამყაროს მომავალზეც საუბრობს: პროგნოზირებს, რომ კოსმოლოგიური გაფართოება განუსაზღვრელი ვადით გაგრძელდება.

სამყაროს ზედმეტი წონა
1933 წელს შვეიცარიელმა ამერიკელმა ასტრონომმა ფრიც ცვიკიმ შენიშნა, რომ სამყაროში გალაქტიკების მანათობელი მატერიის გარდა, ასევე უნდა არსებობდეს უხილავი, „დამალული“ მასები, რომლებიც ვლინდება მხოლოდ მათი გრავიტაციით. მან შეისწავლა კომას გალაქტიკების გროვა თანავარსკვლავედის კომა-ბერენიკესში, დიდი წარმონაქმნი, რომელიც შეიცავს ათასობით ვარსკვლავურ სისტემას, როგორიცაა ანდრომედას ნისლეული ან ჩვენი გალაქტიკა. გალაქტიკები ამ გროვაში მოძრაობენ 1000 კმ/წმ სიჩქარით. მტევნის მოცულობაში შესანარჩუნებლად საჭიროა გრავიტაცია, რომლის შექმნა მხოლოდ გალაქტიკების ხილულ, მანათობელ მასებს არ ძალუძს. ამისათვის საჭიროა უფრო ძლიერი გრავიტაცია და, ცვიკის გამოთვლებით, საჭიროა დამატებითი მასები.
                                                                            
ჰაბლის კანონი აკავშირებს გალაქტიკის V სიჩქარესა და R მანძილს მასთან მარტივი თანაფარდობით: V = H R. რაც უფრო შორს არის გალაქტიკა, მით უფრო სწრაფად შორდება ის ჩვენგან. პროპორციულობის H კოეფიციენტი არის ჰაბლის მუდმივა; მისი მნიშვნელობა შეესაბამება აფრენის სიჩქარის ზრდას 60-75 კმ/წმ-ით ყოველი მეგაპარსეკ მანძილზე.
60-75 კმ/წმ ჩამონადენი ყოველი მეგაპარსეკ მანძილზე


მოგვიანებით, 1970-იან წლებში, ასტრონომებმა სსრკ-დან და აშშ-დან აღმოაჩინეს, რომ ფარული მასები უნდა იყოს წარმოდგენილი არა მხოლოდ გალაქტიკათა მტევნებში, არამედ იზოლირებულ დიდ გალაქტიკებშიც. Jaan Einasto, Vera Rubin, Jeremiah Ostryker, Jim Peebles და მათმა კოლეგებმა აღმოაჩინეს, რომ ფარული მასები ქმნიან გალაქტიკების უხილავ ჰალოებს. ფაქტია, რომ შესაძლებელია სპირალური გალაქტიკების ბრუნვის სიჩქარის დამოკიდებულების გაზომვა ცენტრამდე მანძილზე (ბრუნვის მრუდი), რომლის მიკვლევაც შესაძლებელია როგორც ვარსკვლავური სისტემის შიგნით, ასევე მის გარეთ (ნეიტრალური წყალბადის ღრუბლების მოძრაობით). ). გალაქტიკის ხილული დისკის მიღმა რაიონში ბრუნვის მრუდი ხდება, როგორც წესი, ბრტყელი, ანუ პრაქტიკულად არ არის დამოკიდებული მანძილზე. ყველა შემთხვევაში, ამ „ბრტყელი“ დამოკიდებულების მიმდინარეობა მიუთითებს ფარული მატერიის არსებობაზე როგორც ვარსკვლავური სისტემის შიგნით, ისე მის გარეთ, ხოლო ჰალოში უხილავი მატერიის მასა 3-10-ჯერ აღემატება გალაქტიკის მასას.

ეს ჰალოები თითქმის სფერულია, რადიუსით ხუთ-ათჯერ აღემატება თავად ვარსკვლავურ სისტემას. ასეთი დიდი გალაქტიკები, როგორიცაა, ვთქვათ, ანდრომედას ნისლეული ან ჩვენი გალაქტიკა, შედგება ვარსკვლავური დისკისგან, რომელიც ჩაეფლო უხილავი მასის განაწილებაში, რომელიც ვრცელდება 100 კმკ-მდე დისტანციებზე. ეს ბნელი ჰალოები, ისევე როგორც ცვიკის დამატებითი მასები, ვლინდება ექსკლუზიურად გრავიტაციით. უხილავ მატერიას, რომელიც ავსებს გალაქტიკებისა და გროვების ჰალოებს, ახლა ჩვეულებრივ ბნელ მატერიას უწოდებენ.

ბნელი მატერიის არსებობის დამადასტურებელი სხვა საინტერესო ემპირიული მტკიცებულება დაკავშირებულია გრავიტაციული ლინზების ეფექტთან. გალაქტიკათა გროვები ქმნიან გრავიტაციული ველის მიერ სინათლის გადახრის აინშტაინის ეფექტს. ამ შემთხვევაში, შორეული გალაქტიკები და კვაზარები სინათლის წყაროს ემსახურებიან. გალაქტიკების გამოსახულება დამახინჯებულია, როდესაც მათი შუქი გადის გროვის გრავიტაციულ ველში, რომელიც ერთგვარი გრავიტაციული ლინზაა. განასხვავებენ ძლიერ და სუსტ ლინზირებას. ძლიერი ლინზირებით, დამახინჯება იმდენად მნიშვნელოვანია, რომ წყაროს რამდენიმე სურათი ჩნდება. ეს ხდება მაშინ, როდესაც კუთხოვანი მანძილი ლინზასა და წყაროს შორის შედარებით მცირეა. შედარებით დიდ კუთხურ დისტანციებზე დამახინჯება არც ისე მნიშვნელოვანია (სუსტი ლინზირება) და ის მცირდება წყაროს ხილული ფორმის ცვლილებამდე, მაგრამ მისი გამოსახულების გაყოფის გარეშე. ორივე შემთხვევაში, ეს ეფექტი მიუთითებს მტევნის მასაზე, რომელიც ემსახურება გრავიტაციულ ლინზას. ასობით ათასი და მილიონობით შორეული გალაქტიკისთვის ასეთი დამახინჯების შესწავლით, შეგიძლიათ მიიღოთ ინფორმაცია ლინზების გროვებში მასის სიდიდისა და განაწილების შესახებ. ამ ტიპის დაკვირვებები უცვლელად მიუთითებს იმაზე, რომ მტევანი შეიცავს დიდ ფარულ მასებს.
                                                                          
დაკვირვებული ადგილობრივი (მასების სისტემის ცენტრში) გალაქტიკების სიჩქარე გროვებში ძალიან მაღალია მხოლოდ ხილული, მანათობელი მატერიის გრავიტაციით ასახსნელად. მტევნის მოცულობაში შესანარჩუნებლად საჭიროა დამატებითი, „დამალული“ მასები, რომლებიც სიდიდის რიგითობით აღემატება თავად გალაქტიკების ხილულ მასას. ეს ასევე ეხება დიდი გალაქტიკების ბრუნვას, როგორიცაა ანდრომედას ნისლეული. უხილავ მატერიას, რომელიც ავსებს გალაქტიკებისა და გროვების სფერულ ჰალოებს, ჩვეულებრივ ბნელ მატერიას უწოდებენ.
ბნელი მატერიის აღმოჩენა მეორე ყველაზე მნიშვნელოვანი მოვლენაა კოსმოლოგიის ისტორიაში (კოსმოლოგიური გაფართოების აღმოჩენის შემდეგ). ჩვეულებრივი ნივთიერება, რომელიც ქმნის პლანეტას დედამიწას (და მასზე არსებულ ყველაფერს, მათ შორის ჩვენც), მზეს, სხვა ვარსკვლავებს, შედგება მხოლოდ სამი ტიპის ელემენტარული ნაწილაკებისგან: პროტონები, ნეიტრონები და ელექტრონები. და ბნელ მატერიას, რომელიც სამყაროში გაცილებით უხვადაა, სრულიად განსხვავებული შემადგენლობა აქვს: ეს არ არის ბარიონები (პროტონები და ნეიტრონები), არა ელექტრონები, მაგრამ ... უცნობია რა.
                                                                         
ბნელ მატერიას შეუძლია საკუთარი თავის გახმაურება, შორეული ობიექტების გამოსახულების დამახინჯება, როგორც ძველი მინის მიერ შემოტანილი დამახინჯება. შესაძლებელია შეფასდეს ბნელი მატერიის განაწილება, რომელიც იწვევს ამ დამახინჯებებს. ძლიერი გრავიტაციული ლინზირებით, დამახინჯება იმდენად მნიშვნელოვანია, რომ წყაროს რამდენიმე სურათი ჩნდება. სუსტი ლინზირება მცირდება მხოლოდ წყაროს აშკარა ფორმის ცვლილებამდე. ცოტა ხნის წინ, კანადურ-ფრანგულ-ჰავაის ტელესკოპით გადაღებული 200 ათასი გალაქტიკის გამოსახულების დამუშავების შედეგები იქნა მიღებული. აქ მოცემულია ბნელი მატერიის განაწილების კომპიუტერული სიმულაციის მაგალითი (წითლად ნაჩვენები), რომელიც ახშობს შორეული გალაქტიკების სინათლის სხივებს და ამახინჯებს მათ ფორმას. ავტორი ს. კოლუმბი (პარიზის ასტროფიზიკური ინსტიტუტი)
მეოთხედი საუკუნის წინ ია ბ ზელდოვიჩმა აქტიურად განავითარა იდეა, რომ ბნელი მატერია შეიძლება შედგებოდეს ნეიტრინოებისგან. კოსმოლოგიური ნეიტრინოები (და ანტინეიტრინოები) ნამდვილად არსებობს სამყაროში. ისინი გამოვიდნენ წონასწორობიდან მატერიასთან, როდესაც სამყაროს ასაკი ერთ წამზე ნაკლები იყო და მას შემდეგ ისინი იმყოფებოდნენ სივრცეში და ურთიერთქმედებენ ენერგიის სხვა ფორმებთან თითქმის ექსკლუზიურად გრავიტაციულად. სივრცის ყოველ კუბურ სანტიმეტრზე საშუალოდ დაახლოებით 300 უნდა იყოს. 1980-იანი წლების დასაწყისში ჩანდა, რომ ლაბორატორიული ფიზიკის ექსპერიმენტი საშუალებას აძლევს ამ ნაწილაკებს ჰქონდეთ მასები, რომლებიც შესაფერისია ნეიტრინოებისთვის ბნელი მატერიის როლის შესასრულებლად. თუმცა, ახლა ცხადი გახდა, რომ ნეიტრინოების მასები გაცილებით მცირეა, ასე რომ, საუკეთესო შემთხვევაში, ბნელი მატერიის დაახლოებით 10% შეიძლება მიეკუთვნოს მათ. რა არის ამ ნივთიერების მთავარი მატარებლები?

ერთ-ერთი თანამედროვე ჰიპოთეზა, რომელიც წარმოიშვა ზელდოვიჩის იდეიდან, არის ის, რომ ბნელი მატერია ძირითადად შედგება ნაწილაკებისგან, რომლებიც გარკვეულწილად ძალიან ჰგავს ნეიტრინოებს: ისინი სტაბილურები არიან, არ აქვთ ელექტრული მუხტი და მონაწილეობენ მხოლოდ გრავიტაციულ და სუსტ ურთიერთქმედებებში. თუმცა, ასეთი ნაწილაკები ძლიერ განსხვავდებიან ნეიტრინოებისგან მასით: ისინი უნდა იყვნენ ძალიან მძიმე, პროტონზე დაახლოებით 1000-ჯერ მძიმე, ამიტომ ასეთი ნაწილაკების დანარჩენი ენერგია დაახლოებით 1 ტევ-ია. ასეთი ნაწილაკები ჯერ არ არის ცნობილი არც თეორიულად და არც ფიზიკურ ექსპერიმენტებში. თუ ისინი ნამდვილად არსებობენ, მაშინ, როგორც თეორია გვიჩვენებს, ისინი შეიძლება იმყოფებოდნენ სამყაროში სწორი რაოდენობით. ამგვარად, კოსმოლოგია საინტერესო წინასწარმეტყველებამდე მიდის: ბუნებაში უნდა არსებობდეს მასიური, სტაბილური, სუსტად ურთიერთქმედება ელემენტარული ნაწილაკები, რომლებიც შეადგენენ სამყაროს მთლიანი მასისა და ენერგიის დაახლოებით 25%-ს, რაც 4-5-ჯერ აღემატება წვლილს. ბარიონების.
ერთ-ერთი ჰიპოთეზის თანახმად, ბნელი მატერია შედგება ნეიტრინების მსგავსი ნაწილაკებისგან. თუმცა, ასეთი ნაწილაკები პროტონზე დაახლოებით 1000-ჯერ მძიმე უნდა იყოს
შესაძლებელია, რომ ცერნ-ის დიდ ადრონულ კოლაიდერზე, რომელიც უპრეცედენტო ექსპერიმენტების ჩასატარებლად ემზადება, სწორი თვისებების მქონე ახალი ნაწილაკები აღმოჩნდეს. ამ უძლიერეს ამაჩქარებელზე პროტონებისა და იონების სხივები აჩქარდება 10 ტევ-ზე მეტ ენერგიამდე, რაც ბევრად აღემატება ჰიპოთეტური ბნელი ნაწილაკების დანარჩენ ენერგიას. მსოფლიოს რამდენიმე დიდი ლაბორატორია, მათ შორის რუსეთი, აშენებს სპეციალურ ობიექტებს ბნელი მატერიის ნაწილაკების აღმოსაჩენად, რომლებიც დედამიწაზე მოდის ჩვენი გალაქტიკის ჰალოდან. შესაძლოა, ბნელი მატერიის ფიზიკური ბუნების საკითხი უახლოეს მომავალში გადაწყდეს. ყოველ შემთხვევაში, ეს გამოცანა არ ჩანს ისეთი უიმედო, როგორც კოსმოლოგიური გაფართოების ბუნება.
ფოტონის ფონი
1965 წელს ამერიკელმა რადიო ასტრონომებმა არნო პენზიასმა და რობერტ უილსონმა აღმოაჩინეს, რომ მთელი სამყარო გაჟღენთილია ელექტრომაგნიტური გამოსხივებით, რომელიც მოდის დედამიწაზე იზოტროპულად, ანუ თანაბრად ყველა მიმართულებით. ეს არის მესამე უდიდესი აღმოჩენა კოსმოლოგიაში.
1965 წელს Bell Lab რადიო ასტრონომებმა არნო პენზიასმა და რობერტ უილსონმა აღმოაჩინეს კოსმოსური მიკროტალღური ფონის გამოსხივება. ამ გამოსხივების სპექტრში მაქსიმალური მდგომარეობს მილიმეტრიან დიაპაზონში. მაქსიმუმის პოზიცია შეესაბამება ტემპერატურას T = 2,7 კ. ეს აღმოჩენა, რომელიც მოგვიანებით მიენიჭა ნობელის პრემია, შემთხვევით გაკეთდა: ვილსონის თქმით, არც ის და არც მისი კოლეგა არ ფიქრობდნენ კოსმოლოგიაზე და არც კი სმენიათ ამის შესახებ, როდესაც ისინი დარეგისტრირდნენ. მათი ანტენის მოუხსნელი იზოტროპული სიგნალი, რომელიც მათ ინსტრუმენტულ ხმაურში შეცდა. მომხდარის მნიშვნელობა პრინსტონის უნივერსიტეტის თეორიულმა ფიზიკოსებმა განმარტეს
ამ გამოსხივების სპექტრში მაქსიმუმი მოდის მილიმეტრულ ტალღებზე, ხოლო თავად სპექტრი, ანუ განაწილება ტალღის სიგრძეებზე (ან სიხშირეებზე), ფორმაში ემთხვევა აბსოლუტურად შავი სხეულის სპექტრს. კვანტების ენაზე შეგვიძლია ვთქვათ, რომ მსოფლიოში არის ფოტონების გაზი, რომელიც ერთნაირად ავსებს მთელ სივრცეს. ამ გაზის ტემპერატურა ზუსტად იზომება: T = 2,725 K. როგორც ხედავთ, ეს არის ძალიან დაბალი ტემპერატურა, ის არ არის სამ გრადუსზე მაღალი, აბსოლუტური ნულიდან დათვლა (ცელსიუსის მასშტაბით ეს არის −270 °). ასეთი კოსმოსური ფოტონები სამყაროში ბევრია: პროტონებზე თითქმის 10 მილიარდჯერ მეტია, თუ ნაწილაკების რაოდენობით დავთვლით. სივრცის კუბური სანტიმეტრი შეიცავს დაახლოებით 500 კოსმოსური მიკროტალღური ფონის ფოტონს.

თავისთავად, იზოტროპული კოსმოსური გამოსხივება არ მალავს რაიმე განსაკუთრებულ საიდუმლოებებს. ეს არის რელიქვია, ანუ ნაშთი იმ მდგომარეობისა, რომელშიც სამყარო იყო ძალიან შორეულ წარსულში, მისი გაფართოების პირველ წუთებში. იმ დღეებში მასში არ იყო ვარსკვლავები და გალაქტიკები და მთელი მატერია მეტ-ნაკლებად თანაბრად იყო განაწილებული სივრცეში. ამის წარმოდგენა შეიძლება, თუ გონებრივად შევცვლით დროის მსვლელობას: უკან რომ გავიხედოთ, დავინახავთ, რომ გალაქტიკები არ იფანტებიან, არამედ უახლოვდებიან ერთმანეთს. და გარკვეულ მომენტში ისინი უნდა აირიონ ისე, რომ მათი ნივთიერება აღმოჩნდეს დაახლოებით ერთგვაროვანი სიმკვრივის გაზი. ეს გაზი ძალიან ცხელი უნდა იყოს. ჩვენ სკოლიდან ვიცით, რომ როდესაც სხეულები ფართოვდებიან, გაცივდებიან და როცა იკუმშებიან, თბება. ფიზიკიდან ასევე ცნობილია, რომ ცხელ აირში აუცილებლად უნდა იყოს ფოტონები, რომლებიც თერმოდინამიკურ წონასწორობაში იმყოფებიან გაზთან. სამყაროს გაფართოებასთან ერთად ფოტონები არ ქრება და უნდა შენარჩუნდეს თანამედროვე ეპოქამდე.
                                                                            
სამყაროში მხოლოდ ჩვეულებრივი გრავიტაცია რომ ყოფილიყო, გალაქტიკების რეცესია დროთა განმავლობაში შენელდებოდა (ისევე, როგორ ანელებს ზემოთ გადმოსროლილი ქვა). თუმცა 1998-1999 წწ. აღმოჩნდა, რომ სულ მცირე, მისი ისტორიის მეორე ნახევრის განმავლობაში, სამყარო ფართოვდება, პირიქით, აჩქარებით. ეს ფაქტი მოწმობს ანტიგრავიტაციის - უნივერსალური მოგერიების არსებობის სასარგებლოდ. ახალ ენერგიას "ბნელ ენერგიას" უწოდებენ. ფიგურაში ნაჩვენებია სამყაროს ევოლუციის სხვადასხვა სცენარები, პრინციპში, დაშვებული თეორიით. ბოლო ათწლეულის დაკვირვებებმა შესაძლებელი გახადა ავირჩიოთ ის ვარიანტი, რომელიც რეალურად განხორციელდა - ის შეესაბამება წითელ მრუდს. ამ შემთხვევაში, დაახლოებით 14 მილიარდი წელი გადის კოსმოლოგიური გაფართოების დაწყებიდან დღევანდელ ეპოქამდე. ამავდროულად, კოსმოლოგიური გაფართოება ხდება შენელებით პირველი 7 მილიარდი წლის განმავლობაში, რის შემდეგაც გაფართოება აჩქარებს.
ასე ვფიქრობდი 1940-იან წლებში. გეორგი გამოვი, ოდესღაც პროფესორ ფრიდმანის სტუდენტი ლენინგრადში. მან ააგო „ცხელი სამყაროს“ თეორია, რომელსაც ასევე უწოდებენ დიდი აფეთქების თეორიას და მის საფუძველზე შეძლო ამ ნარჩენი, რელიქტური გამოსხივების არსებობის პროგნოზირება. უფრო მეტიც, მან ასევე იწინასწარმეტყველა კოსმოსური მიკროტალღური ფონის ფოტონების ამჟამინდელი ტემპერატურა. მისი გამოთვლებით ის არ უნდა აღემატებოდეს 10 კ-ს. ერთ-ერთ პოპულარულ სამეცნიერო სტატიაში (1950 წელს) გამოვ წერდა, რომ ტემპერატურა აბსოლუტური მასშტაბის დაახლოებით სამი გრადუსი უნდა იყოს. როგორც ათწლენახევრის შემდეგ გაირკვა, პროგნოზი ძალიან ზუსტი აღმოჩნდა. ბევრი მიიჩნევს, რომ ეს არის ყველაზე ლამაზი რაოდენობრივი პროგნოზი მთელ კოსმოლოგიურ თეორიაში.

მაგრამ რაღაც არ არის ბოლომდე ნათელი რელიქტური გამოსხივებით. კოსმოლოგები ვერ ხვდებიან, რატომ არის ამდენი რელიქტური ფოტონი (პროტონებთან შედარებით). თუმცა, უფრო სწორი იქნება თუ ვიტყვით, რომ ეს არ ეხება ფოტონებს, არამედ პროტონებს: რატომ არის ისინი ამდენი, როგორც ცნობილია დაკვირვებებიდან? პასუხი ჯერ არ არის. სახაროვმაც კი, რომელიც მას ერთ-ერთ ფუნდამენტურ პრობლემად თვლიდა როგორც კოსმოლოგიაში, ისე მთელ ფუნდამენტურ ფიზიკაში, ვერ გაუმკლავდა ამ პრობლემას.

რელიქტური გამოსხივების აღმოჩენასა და შესწავლას მიენიჭა ორი ნობელის პრემია. პირველი მიენიჭა 1978 წელს პენზიასსა და ვილსონს, მეორე 2006 წელს ჯორჯ სმუტს და ჯონ მეთერს, რომლებმაც 1992 წელს დაადასტურეს, რომ CMB ნამდვილად არის გარკვეული ტემპერატურის ფოტონების თერმოდინამიკურად წონასწორული გაზი. ეს გაკეთდა ამერიკული თანამგზავრის COBE (Cosmic Background Explorer) გამოყენებით. გარდა ამისა, COBE-მ გაზომა ფონის გამოსხივების სუსტი - პროცენტის მეათასედი დონეზე - ანიზოტროპია. ეს უკანასკნელი არის ადრეული სამყაროს საკითხში თავდაპირველად სუსტი არაჰომოგენურობის „ანაბეჭდი“, რამაც მოგვიანებით წარმოშვა დაკვირვებული ფართომასშტაბიანი კოსმოსური სტრუქტურები - გალაქტიკები და გალაქტიკათა გროვები.

ჯორჯ გამოვმა (1904-1968) იწინასწარმეტყველა 15 წლით ადრე პენზიასის და ვილსონის აღმოჩენამდე, რომ CMB ტემპერატურა უნდა იყოს დაახლოებით სამი გრადუსი. ეს იყო ყველაზე ზუსტი რაოდენობრივი პროგნოზი კოსმოლოგიაში
დღეს, CMB დაკვირვებები ემსახურება ასტრონომებს სამყაროს ფართომასშტაბიანი თვისებების შესასწავლად. ბოლო წლებში ამ გზაზე მიღწეული ყველაზე გასაოცარი შედეგი ეხება სამგანზომილებიანი სივრცის გეომეტრიას, რომელშიც გალაქტიკების რეცესია ხდება. ფრიდმენიდან დაწყებული, კოსმოლოგები ცდილობდნენ გაერკვიათ რეალური სივრცის გეომეტრიის ტიპი. აღმოჩნდა, რომ ეს არის ჩვეულებრივი სკოლის ევკლიდეს გეომეტრია. გამოდის, რომ ჩვენი სამყარო არც თუ ისე რთულია: ყოველ შემთხვევაში, მისი სივრცითი გეომეტრია ყველაზე მარტივია.
                                                                         
ალბერტ აინშტაინი (1879-1955), გადაღებული 1920 წელს. სამი წლით ადრე მან წამოაყენა უნივერსალური კოსმოსური მოგერიების იდეა. აინშტაინმა აჩვენა, რომ უნივერსალურ გრავიტაციასთან ერთად - სხეულების ურთიერთმიზიდულობა - ბუნებაში, პრინციპში, შეიძლება არსებობდეს უნივერსალური ანტიგრავიტაციაც, რომელიც ყველა სხეულს აიძულებს აშოროს ერთმანეთს. ანტიგრავიტაცია აღმოაჩინეს 1998-1999 წლებში.
1998-1999 წლებში დამკვირვებელთა ორმა საერთაშორისო ჯგუფმა, ერთი ბრაიან შმიდტისა და ადამ რეისის მეთაურობით, ხოლო მეორე სოლ პერლმუტერის ხელმძღვანელობით, დაადგინეს, რომ დაკვირვებული კოსმოლოგიური გაფართოება აჩქარებს: გალაქტიკების მოცილების სიჩქარე დროთა განმავლობაში იზრდება. აღმოჩენა გაკეთდა გარკვეული ტიპის (Ia) შორეული სუპერნოვების შესწავლით, რომლებიც აღსანიშნავია იმით, რომ მათ შეუძლიათ გამოიყენონ როგორც "სტანდარტული სანთლები", ანუ წყაროები ცნობილი შინაგანი სიკაშკაშით. მათი განსაკუთრებული სიკაშკაშის გამო, სუპერნოვა შეიძლება შეინიშნოს ძალიან დიდ, მართლაც კოსმოლოგიურ მანძილზე ათასობით მეგაპარსეკში.

მატერიას (მათ შორის ბნელ მატერიას) არ ძალუძს გალაქტიკების აჩქარება, მაგრამ მხოლოდ ანელებს მათ გაფართოებას: გალაქტიკათა ურთიერთმიზიდულობა მიდრეკილია მათ ერთმანეთთან დაახლოებისკენ. ამრიგად, ასტრონომების მიერ აღმოჩენილი დაჩქარებული გაფართოების ფაქტი მიუთითებს იმაზე, რომ ჩვეულებრივ მატერიასთან ერთად, რომელიც ქმნის გრავიტაციას, სამყაროში არის სპეციალური კოსმოსური მასა, ანუ ენერგია, რომელიც ქმნის არა გრავიტაციას, არამედ ანტიგრავიტაციას - სხეულების ზოგად მოგერიებას. ამავდროულად, კოსმოლოგიური მასშტაბით, ანტიგრავიტაცია უფრო ძლიერია ვიდრე გრავიტაცია. ახალ ენერგიას ბნელი ენერგია ეწოდება. ის ნამდვილად უხილავია: არ ასხივებს, არ ფანტავს და არ შთანთქავს სინათლეს (და საერთოდ ყველა ელექტრომაგნიტურ ტალღას); ის მხოლოდ ანტი-გრავიტაციად ვლინდება.

ასტრონომებმა აღმოაჩინეს, რომ დაახლოებით 7 მილიარდი სინათლის წლის მანძილზე, კოსმოლოგიური აჩქარება დადებითია. მაგრამ კიდევ უფრო შორეულ დისტანციებზე აჩქარება, როგორც აღმოჩნდა, ცვლის ნიშანს: იქ ის უარყოფითია, რაც ნიშნავს, რომ ამ ზედმეტად დიდ დისტანციებზე კოსმოლოგიური გაფართოება ხდება შენელებით.

ახლა გავითვალისწინოთ, რომ სინათლე სივრცეში ვრცელდება სასრული სიჩქარით. ეს ნიშნავს, რომ ჩვენ ვხედავთ ობიექტებს, როგორც ისინი იყვნენ, როდესაც ისინი ასხივებდნენ შუქს, რომელსაც ახლა ვიღებთ. ჩვენ ვხედავთ მზეს 8 წუთის დაგვიანებით, ვაკვირდებით შორეულ გალაქტიკებს, როგორიც იყო მილიარდობით წლის წინ. ტელესკოპი არის დროის რეალური მანქანა, რომელიც საშუალებას გაძლევთ დაინახოთ სამყაროს წარსული საკუთარი თვალით. მსოფლიოს ასაკი 13,7 მილიარდი წელია – ეს არის უახლესი კოსმოლოგიური მონაცემები.
რაც ახლახან ითქვა კოსმოლოგიურ აჩქარებაზე ნიშნავს, რომ მისი ისტორიის პირველ ნახევარში სამყარო გაფართოვდა შენელებით, ხოლო მეორე ნახევრის განმავლობაში აჩქარებით. პირველი 7 მილიარდი წლის განმავლობაში, გაფართოებული სამყარო პრაქტიკულად არ გრძნობდა მასში ბნელი ენერგიის არსებობას: მატერიის სიმკვრივე (ბნელი მატერია და ბარიონები) გაცილებით მაღალი იყო, ვიდრე ბნელი ენერგიის სიმკვრივე. ვარაუდობენ, რომ ბნელი ენერგიის სიმკვრივე დროზე არ არის დამოკიდებული, ის მუდმივი მნიშვნელობაა. და მატერიის სიმკვრივე მცირდება გაფართოების პროცესში, ისე რომ წარსულში ის უფრო მაღალი იყო ვიდრე ახლა; ამ მიზეზით, გარკვეულ მომენტამდე, მატერიის გრავიტაცია უფრო ძლიერი იყო, ვიდრე ბნელი ენერგიის ანტიგრავიტაცია. ეს ორი ძალა მხოლოდ 7 მილიარდი წლის წინ გახდა სიდიდის თანაბარი. მას შემდეგ ბნელი ენერგია დომინირებს და ანტიგრავიტაციის ეს ერა გაგრძელდება განუსაზღვრელი ვადით.

სხვადასხვა დაკვირვებების მთლიანობის საფუძველზე (კოსმოსური მიკროტალღური ფონის გამოსხივების დაკვირვებების ჩათვლით), დღემდე დადგენილია თითოეული კოსმოსური კომპონენტის წილი სამყაროს მთლიან ენერგეტიკულ ბალანსში. ამ კომპონენტებს ახლა კოსმოსური ენერგიის ტიპებს უწოდებენ. ბნელი ენერგია შეადგენს მსოფლიოს მთლიანი ენერგიის დაახლოებით 70%-ს; ბნელი მატერიისთვის - 25%; ჩვეულებრივი მატერიისთვის (პროტონები, ნეიტრონები, ელექტრონები) - დაახლოებით 5%; რელიქტური გამოსხივებისთვის - 0,1%-ზე ნაკლები. ეს არის „ენერგეტიკული ნარევის“ რეცეპტი, რომელიც ავსებს თანამედროვე სამყაროს. როგორც ვხედავთ, მასში ბევრი „ბნელია“ - 95%-მდე. ეს იყო ყველაზე დიდი სიურპრიზი ასტრონომებისთვის, კოსმოლოგებისთვის და ფიზიკოსებისთვის.

აინშტაინის მეცნიერული შორსმჭვრეტელობა გასაკვირია და აღფრთოვანებული: ჯერ კიდევ 1917 წელს მან ისაუბრა უნივერსალურ კოსმიურ მოგერიებაზე, როგორც შესაძლო ფიზიკურ ფენომენზე კოსმოლოგიური მასშტაბით. აინშტაინისთვის ანტიგრავიტაცია აღწერილია მხოლოდ ერთი მუდმივით, რომელსაც კოსმოლოგიური მუდმივი ეწოდება. ბნელი ენერგიის შესახებ ამჟამად ხელმისაწვდომი დაკვირვების მონაცემების მთელი დიაპაზონი შესანიშნავად შეესაბამება ამ აღწერას.
მზის სისტემაში მოძრაობის გამოთვლასთან დაკავშირებით, აინშტაინის ფარდობითობის ზოგადი თეორია დიდი ხანია თითქმის საინჟინრო მეცნიერებაა. ამრიგად, ავტომატური კოსმოსური ხომალდების ფრენები პლანეტებზე წარმოუდგენელია GR-ის გარეშე. ფიგურაში ნაჩვენებია ამერიკული კასინის ზონდი, რომელმაც სატურნამდე 2004 წელს მიაღწია. სატურნიდან.jpl.nasa.gov
2004 წელი სატურნი. სატურნიდან.jpl.nasa.gov


ანტიგრავიტაცია იქმნება არა გალაქტიკების ან სხვა კომპაქტური ობიექტების მიერ, არამედ უწყვეტი სივრცის საშუალებით, რომელშიც ყველა სხეულია ჩაძირული - ბნელი ენერგიით.
აინშტაინმა არ დაგვიტოვა კოსმოლოგიური მუდმივის ფიზიკური ინტერპრეტაცია. E.B. Gliner-ის წინადადების მიხედვით, რომელიც ჯერ კიდევ 1965 წელს იყო გაკეთებული, კოსმოლოგიური მუდმივი შეიძლება ჩაითვალოს, როგორც ფიზიკური მახასიათებელი სპეციალური სახის უწყვეტი საშუალებისა, რომელიც იდეალურად და ერთნაირად ავსებს სამყაროს მთელ სივრცეს. ამ საშუალების სიმკვრივე არა მხოლოდ ერთგვაროვანია, არამედ დროზეც არ არის დამოკიდებული, ის ერთნაირია ყველა მითითების ფარგლებში. ბნელი ენერგიის სპეციალური მაკროსკოპული თვისებები ამ წარმოდგენიდან გამომდინარეობს. ასე რომ, გამოდის, რომ მას აქვს წნევა და ის უარყოფითია და აბსოლუტური მნიშვნელობით უდრის ენერგიის სიმკვრივეს (შეგახსენებთ, რომ ენერგიის სიმკვრივეს და წნევას ერთი და იგივე განზომილება აქვთ). მისი უარყოფითი წნეხის გამო ბნელი ენერგია ქმნის ანტიგრავიტაციას - ეს არის ზოგადი ფარდობითობის სპეციფიკური ეფექტი.

მაგრამ რა არის ბნელი ენერგიის არა მაკროსკოპული, არამედ მიკროსკოპული თვისებები? რისგან შედგება? 1960-იანი წლების ბოლოს, ბნელი ენერგიის აღმოჩენამდე დიდი ხნით ადრე, ზელდოვიჩმა განიხილა შესაძლო კავშირი კოსმოლოგიურ მუდმივასა და ელემენტარული ნაწილაკებისა და ფიზიკური ველების კვანტურ ვაკუუმს შორის. ეს ფიზიკური ვაკუუმი არ არის აბსოლუტური სიცარიელე, მას აქვს საკუთარი არანულოვანი ენერგია. მისი მატარებლები არიან კვანტური ველების ეგრეთ წოდებული ნულოვანი წერტილის რხევები, რომლებიც ყოველთვის არსებობენ სივრცეში მასში ნაწილაკების არარსებობის შემთხვევაშიც კი. თუ ეს კვანტური ვაკუუმი მაკროსკოპულად განიხილება, როგორც ერთგვარი საშუალება, მაშინ მას უნდა მივაწეროთ არა მხოლოდ ენერგიის სიმკვრივე, არამედ წნევაც. ამ შემთხვევაში წნევასა და სიმკვრივეს შორის ურთიერთობა ზუსტად ისეთივე უნდა იყოს, როგორიც ბნელი ენერგიისა, რომელიც აღწერილია აინშტაინის კოსმოლოგიური მუდმივით. განა ბნელი ენერგია ფიზიკური ვაკუუმის იდენტური არ არის?
ჰაბლის კოსმოსური ტელესკოპი (HST) არის ყველაზე დიდი ასტრონომიული ინსტრუმენტი დედამიწის ორბიტაზე. KTX სარკის დიამეტრი 2,4 მ; ის თითქმის იგივე ზომისაა, როგორც ედვინ ჰაბლის თავის დროზე. მაგრამ დედამიწის ატმოსფერო არ ერევა კოსმოსურ ტელესკოპს და მასზე არსებული სინათლის მიმღები სრულყოფილი მოწყობილობა ისეთია, რომ სარკეზე დავარდნილი სინათლის თითქმის ყველა კვანტი გამოიყენება. HST-ის დახმარებით გაკეთებული ყველაზე გამორჩეული აღმოჩენა არის სამყაროში ბნელი ენერგიის აღმოჩენა. ფოტო ევროპის კოსმოსური სააგენტოს მიერ
                                                                     მშვენიერი იქნება, თუ ჩვენ დავამტკიცებთ, რომ ეს მართლაც ასეა: ერთი შეხედვით განსხვავებული ერთეულების გაერთიანება მეცნიერების განვითარების ყველაზე ნაყოფიერი გზაა. ეს ცნობილი იყო მაქსველის დროიდან, რომელიც აერთიანებდა ელექტროენერგიასა და მაგნეტიზმს. მაგრამ ჯერჯერობით, ზელდოვიჩის იდეა არ დამტკიცდა და არც უარყოფილა. ბნელი ენერგიის ფიზიკური ბუნება და მიკროსკოპული სტრუქტურა ახლა კოსმოლოგიისა და მთელი ფუნდამენტური ფიზიკის ცენტრალურ პრობლემად იქცა. როგორც ჩანს, ის ისეთივე რთულია, როგორც კოსმოლოგიური გაფართოების წარმოშობის საკითხი.

ასე რომ, თავისი არსებობის 90 წლის განმავლობაში, სლაიფერის პირველი დაკვირვებებიდან და აინშტაინის თეორიული ნაშრომებიდან დათვალებით, კოსმოლოგია გადავიდა აბსტრაქტული და თითქმის ფანტასტიკური, როგორც ჩანდა, იმდროინდელი შორეულ პერიფერიაზე კვლევების სფეროდან. მეცნიერება 21-ე საუკუნეში საბუნებისმეტყველო მეცნიერების ერთ-ერთ ცენტრალურ მიმართულებად იქცა. მას აქვს მყარი დაკვირვების საფუძველი, რომელიც შედგება სამყაროს შესახებ ძირითადი ფაქტებისგან. იგი აშენებს და ავითარებს თეორიას, რომელიც მყარად არის დაკავშირებული ყველა თანამედროვე ფიზიკასთან, მათ შორის ფარდობითობის ზოგად თეორიასთან, ბირთვულ ფიზიკასთან და ელემენტარული ნაწილაკების ფიზიკასთან. კოსმოლოგია ბადებს ახალ მნიშვნელოვან კითხვებს, აყენებს მნიშვნელოვან იდეებსა და ჰიპოთეზებს და აკეთებს გაბედულ პროგნოზებს. ის იძლევა მსოფლიოს ფართო, მდიდარ და თანმიმდევრულ სურათს, რომელიც ახლა ხდება კაცობრიობის ზოგადი კულტურის განუყოფელი ნაწილი. და გადაუჭრელი პრობლემები ცოცხალ, რთულ მეცნიერებაში ყოველთვის არსებობს და უნდა არსებობდეს - ეს არის მისი შემდგომი განვითარების წყარო და რეზერვი.

ლიტერატურა

Weinberg S. პირველი სამი წუთი. მოსკოვი: ატომიზდატი, 1982 წ.

Novikov I.D., Sharov A.S. ადამიანი, რომელმაც აღმოაჩინა სამყაროს აფეთქება. მოსკოვი: ნაუკა, 1989 წ.

Rozental IL ელემენტარული ნაწილაკები და სამყაროს სტრუქტურა. მოსკოვი: ნედრა, 1984 წ.

Tropp E. A., Frenkel V. Ya., Chernin A. D. ალექსანდრე ალექსანდროვიჩ ფრიდმანი. სამუშაოები და ცხოვრება. მოსკოვი: ნაუკა, 1988 წ.

Cherepashchuk A. M., Chernin A. D. სამყარო, სიცოცხლე, შავი ხვრელები. ფრიაზინო: Vek-2, 2003 წ.

Cherepashchuk A. M., Chernin A. D. სამყაროს ჰორიზონტები. ნოვოსიბირსკი: SO RAN-ის გამომცემლობა, 2005 წ.  
იხ. ვიდეო - Unexplained Universe Mysteries | Space Documentary
რეკლამა იხ ბმულზე 




ბრომელინი

ცოდნა სინათლეა - Knowledge is light - Знание свет -  

                                ბრომელინი 

Durkee-ის ხორცის დამატენიანებელი ქილა, რომელიც შეიცავს ბრომელინს.
(ინგლისური ბრომელაინი) არის პროტეოლიზური ფერმენტი, რომელიც გვხვდება ბრომელიადების ოჯახის მცენარეებში, კერძოდ ანანასში. წარმოდგენილია ანანასის ყველა ორგანოში, მაგრამ ღერო ყველაზე გავრცელებული წყაროა. ბრომელანის კომერციული პრეპარატები ჰეტეროგენულია და შეიცავს სულ მცირე ოთხ განსხვავებულ ცისტეინის პროტეაზას, რომლებიც გაწმენდილია აფინური ქრომატოგრაფიით. ანანასის ღეროების წვენიდან გამოყოფილ პროტეაზას ღეროს ბრომელაინი ეწოდება, ხოლო ნაყოფიდან მიღებულ ფერმენტს ხილის ბრომელაინი.
იხ. ვიდეო - Бромелайн как влияние на организм человека
ბრომელაინი არის მაღალი მოლეკულური წონის გლიკოპროტეინი, რომლის მოლეკულა შედგება ერთი პოლიპეპტიდური ჯაჭვისგან, რომელიც დაკავშირებულია ხუთი დისულფიდური ბმით. ანანასის ღეროებიდან ან ხილიდან გამოყოფილი ფერმენტები განსხვავდება არსებითი ამინომჟავების შემცველობით. ნაყოფისგან იზოლირებული ბრომელინი არის მჟავე და აქვს იზოელექტრული წერტილი pH 4.6. ღეროებიდან მიღებული ბრომელინი არის ტუტე და აქვს იზოელექტრული წერტილი pH 9,55. ის ნაკლებად აქტიურია ვიდრე ხილიდან მიღებული ფერმენტი ცილოვან და სინთეზურ სუბსტრატებზე. ანანასის ღეროებიდან გაწმენდილი ბრომელინი ჰიდროლიზებს რიგ სინთეზურ დაბალმოლეკულური წონის სუბსტრატებს და არგინინის წარმოებულებს ყველაზე მაღალი სიჩქარით. ბრომელინი ძალიან ეფექტურად ანადგურებს დაბალი მოლეკულური წონის არგინინის შემცველ ცილას - პროტამინის სულფატს: ფერმენტის მიერ მისი დაშლის სიჩქარე ერთი რიგით მეტია, ვიდრე კაზეინი.
ფარმაკოლოგიური თვისებები
ბრომელინს აქვს ანთების საწინააღმდეგო ეფექტი, აჩქარებს ქსოვილების აღდგენის პროცესებს უჯრედშორისი სტრუქტურების დეპოლიმერიზაციისა და სისხლძარღვთა გამტარიანობის მოდიფიკაციის შედეგად. ბრომელინის ანთების საწინააღმდეგო და ანტითრომბოციტების მოქმედება განპირობებულია მისი უნარით შეცვალოს არაქიდონის მჟავას მეტაბოლიზმი. დექსტრანისა და კარაგენანის შეყვანით გამოწვეული ექსპერიმენტული ანთების მოდელზე ნაჩვენები იყო ბრომელინის ანთების საწინააღმდეგო ეფექტი ექსუდატში პროსტაგლანდინის E2 და თრომბოქსან B2 დონის შემცირების გამო.
იხ. ვიდეო  - Bromelain Health Benefits
გამოყენება კვების მრეწველობაში
კვების მრეწველობაში მცენარეული პროტეინაზები გამოიყენება ხორცპროდუქტების გასარბილებლად (არბილებისთვის): პაპაინი (პაპაიას ხილიდან), ბრომელინი (ღეროებიდან, ანანასის ნაყოფიდან), ფიცინი (ლეღვის ხისგან). ხორცის დარბილება მნიშვნელოვანი პროცესია სხვადასხვა ხორცპროდუქტების წარმოებაში, როგორიცაა შებოლილი ხორცი. პროტეაზებით დამუშავებული ხორცპროდუქტები აუმჯობესებს მათ ხარისხობრივ მახასიათებლებს. ასევე, ფერმენტების დახმარებით ხორცპროდუქტების სხვადასხვა ტყავი (ქეისი) შეიძლება გახდეს რბილი, რომელიც, როგორც წესი, მყარია და ამცირებს პროდუქტის ხარისხს. ფერმენტების დახმარებით შესაძლებელია ძეხვის და სხვა დაფქული ხორცის დამწიფების დაჩქარება, რბილი და ადვილად მოსანელებელი, თუნდაც შედარებით მძიმე ნედლეულისგან დამზადებული.


     

вторник, 14 марта 2023 г.

ჩამიჩი, ქიშმიში

ცოდნა სინათლეა - Knowledge is light - Знание свет -  

                            ჩამიჩი, ქიშმიში

ქიშმიშით ამოღებული ქიშმიში
შემადგენლობა 100 გრ პროდუქტზე
ენერგეტიკული ღირებულება 300 კკალ 1252 კჯ
ცილები 3,07 გ
ცხიმები 0,46გრ
ნახშირწყლები 79,18 გ
- შაქარი 59,19 გ
ვიტამინები
თიამინი (B1), მგ 0,106
რიბოფლავინი (B2), მგ 0,125
ნიაცინი (B3), მგ 0,766
პანტოტენის მჟავა (B5), მგ 0,095
პირიდოქსინი (B6), მგ 0,174
ფოლაცინი (B9), მკგ 5
ასკორბინის მჟავა (ვიტ. C), მგ 2.3
ტოკოფეროლი (ვიტ. E), მგ 0,12
ვიტამინი K, მკგ 3,5
კვალი ელემენტები
კალციუმი, 50 მგ
რკინა, მგ 1,88
მაგნიუმი, მგ 32
ფოსფორი, მგ 101
კალიუმი, მგ 749
ნატრიუმი, მგ 11
თუთია, მგ 0,22
სხვა
ფტორები 233.9

ვინ იფიქრა, რომ ეს პატარა გამხმარი ყურძენი ვიტამინების საწყობია! ქიშმიშის სამკურნალო თვისებები ცნობილი იყო ძველ ჩინეთში. თქვენ არ დაიჯერებთ, მაგრამ ის ერთ-ერთი ყველაზე ძვირადღირებული საჩუქარი იყო აბრეშუმისა და ჩითის შემდეგ! ის მდიდარია ნუტრიენტებითა და მინერალებით, რომლებიც ხელს უწყობენ ჯანმრთელობის შენარჩუნებას და გაუმჯობესებას.

წაიკითხეთ ეს სტატია იმისათვის, რომ გაირკვეს, რატომ არის ქიშმიში სასარგებლო და რატომ უნდა მიირთვათ ის.

ქიშმიშის სარგებელი თვისებები ორგანიზმისთვის

1. კარგი ხედვა

ქიშმიში შეიცავს ბეტა კაროტინის და სხვა კაროტეოიდების, ვიტამინებს, კალციუმს და სხვა ელემენტებს. ეს პროდუქტი ძალიან მნიშვნელოვანია თვალისთვის. ის შეანელებს ასაკთან დაკავშირებულ მხედველობის გაუარესებას და ასევე აქვს ანთების საწინააღმდეგო ეფექტი.

2. კიბოს პრევენცია

ძალიან ცოტა ქიშმიშიც კი შეამცირებს კიბოს განვითარების რისკს. ამ გამხმარ ხილში არსებობს ფენოლის ნაერთები, რომლებიც კლავს და ამცირებს კიბოს უჯრედების ზრდას.

3. ათავისუფლებს ყაბზობას

ქიშმიშში ცელულოზას მაღალი შემცველობა ხელს უწყობს საჭმლის მონელებას. სწორედ ამიტომ არის შეუცვლელი ინსტრუმენტი ადამიანებისთვის, რომლებსაც აქვთ ნაწლავის პრობლემები.

4. ნერვული სისტემის დაავადებების პრევენცია

ამ ხმელი ნაყოფის დიდი რაოდენობით მიღება ხელს უწყობს კოორდინაციის გაუმჯობესებას, მეხსიერების განმტკიცებას და კონცენტრაციას.

5. ანემიის პრევენცია და მკურნალობა

რკინისა და ვიტამინს B-ს ნაკლებობა, იწვევს ანემიას. აუცილებლად დაამატეთ ქიშმიში თქვენს მენიუს.  ნახევარი ჭიქა ხმელი ნაყოფი შეიცავს 5% რკინას, რაც ყოველდღიური დოზაა.

6. წონის კონტროლი

თუ თქვენ ხართ დიეტაზე, მაშინ ამ დელიკატესს შეუძლია შეცვალოს ჩვეულებრივი ტკბილეული. ქიშმიში – ენერგიის წყაროა, ამიტომ მისი მიღება აუცილებალია.

7. ჯანსაღი კბილები

ქიშმიშის შემადგენლობა კბილის ზედაპირს ასუფთავებს, აძლიერებს ღრძილებს და ებრძვის ბაქტერიას, ასევე ეს აძლიერებს კბილებს და ხელს უშლის კარიესის წარმოქმნას.

8. ქოლესტერინის შემცირება

ქიშმიშის გამოყენებას შეუძლია შეამციროს ქოლესტერინი ბუნებრივი და ჯანსაღი გზით. ეს დადებით გავლენას ახდენს კარდიოვასკულური სისტემის მდგომარეობაზე.

9. სექსუალური აქტივობა

მეცნიერებმა დაამტკიცეს, რომ ქიშმიშს აქვს ფასდაუდებელი თვისებები, რომელიც ეხმარება მამაკაცებსა და ქალებს სექსუალურ ცხოვრებაში. ამრიგად, იგი გამოიყენება ერექციის პრობლემების დროს, ასევე აღაგზნებისა და ასტიმულირებს ლიბიდოს.

ასე, რომ ქიშმიშს შეუძლია გააუმჯობესოს ჯანმრთელობა და მოახდინოს დაავადებების პრევენცია!

იზრუნეთ თქვენს ორგანიზმზე და გაუზიარეთ ეს სასარგებლო ფაქტები მეგობრებს.იხ. ბმულზე წყარო

იხ. ვიდეო - ქიშმიში - გემრიელი წამალი



ბირთვული ქიმია

ცოდნა სინათლეა - Knowledge is light - Знание свет -  

                          ბირთვული ქიმია


ალფა დაშლა არის რადიოაქტიური დაშლის ერთ-ერთი სახეობა, რომლის დროსაც ატომის ბირთვი ასხივებს ალფა ნაწილაკს და ამით გარდაიქმნება (ან "დაშლის") ატომად, რომლის მასის რიცხვი შემცირებულია 4-ით და ატომური რიცხვი შემცირებულია 2-ით.
ქიმიური მეცნიერების ახალი დარგი, რომელიც ბირთვული ფიზიკისა და ქიმიის მიჯნაზეა. თავდაპირველად იგი ჩამოყალიბდა, როგორც ბირთვული ფიზიკის დარგი, რომელიც ქიმიური მეთოდების გამოყენებით (რადიოქიმია) განიხილავდა ატომთა თვისებებს და მათი ბირთვების გარდაქმნებს. ამჟამად ბირთვული ქიმია შეისწავლის ატომებისა და მოლეკულების ელექტრონული გარსების ისეთ ცვლილებას, რომელიც განპირობებულია ატომური ბირთვებისა და ელემენტარული ნაწილაკების გარდაქმნით. ბირთვული ქიმიის მეთოდების გამოყენებით შეიძლება დადგინდეს ნივთიერების ატომმოლეკულური სტრუქტურა, ფიზიკურ-ქიმიური თვისებები და ქიმიური რეაქციების მექანიზმი. ბირთვულ გარდაქმნებთან დაკავშირებული ქიმიური მოვლენები, კერძოდ, ატომებისა და მოლეკულების იონიზაცია, აღგზნება და ქიმიური რეაქციები საშუალებას იძლევა შევისწავლოთ ბირთვულ რეაქციაში მონაწილე ატომის ელექტრონული გარსის გარდაქმნის ბუნება. ბირთვული ქიმიის ამ ნაწილს მეცნიერული პრობლემატიკის თვალსაზრისით ბევრი რამ აქვს საერთო რადიაციულ ქიმიასთანპლაზმოქიმიასთანმაღალი ტემპერატურების ქიმიასთან. ყველა ამ დარგს აერთიანებენ მაღალი ენერგიის ქიმიური სახელწოდებით. ბირთვული ქიმიის ძირითადი მიმართულებები:

ბირთვული გამა-რეზონანსული (ბ გ-რ) ანუ მესბაუერის სპექტროსკოპია

იგი დამყარებულია რუდოლფ მესბაუერის მიერ 1958 წელს აღმოჩენილ ეფექტზე. ამ ეფექტის გამოყენებით შეიძლება განხორციელდეს ატომური ბირთვის მიერ γ-კვანტების რეზონანსული შთანთქმა ან გამოსხივება. მესბაუერის ეფექტმა დიდი გამოყენება პოვა კოორდინაციული და ორგანული ნაერთების სტრუქტურულ ქიმიაში. ამ მეთოდით მიღებულია მონაცემები ადსორბენტების ზედაპირზე ატომების დინამიკისა და ქიმიური მდგომარეობის შესახებ, მყარი სხეულების ზედაპირზე მიმდინარე რეაქციების შესახებ და სხვა.

იხ. ვიდეო - Уран. Химия – просто



γ-კვანტების კუთხური კორელაციის შეშფოთების მეთოდი

ბირთვული გამა-რეზონანსული მოვლენა შეიმჩნევა მხოლოდ ზოგიერთ ელემენტზე. γ-კვანტების კუთხური კორელანციის შეშფოთების (კკშ) მეთოდი და დამატებით შესაძლებლობას იძლევა შევისწავლოთ ელექტრონული გარსების ურთიერთქმედება ატომის ბირთვთან. ვინაიდან ბირთვის მიერ თანამიმდევრულად გამოსხივებული γ-კვანტის მიმართულებას შორის კუთხე დამოკიდებულია ატომის ან მოლეკულის ელექტრონული გარსის სტრუქტურაზე, ამიტომ კკშ მეთოდი შეიძლება გამოვიყენოთ მოლეკულის შიდა ველის, ატომებისა და მოლეკულების ელექტრული გარსების სტრუქტურის შესწავლისათვის საჭირო რაოდენობრივი ინფორმაციის მისაღებად.

პოზიტრონისა და პოზიტრონიუმის ქიმია

პოზიტრონისა (e+) და ელექტრონის (e-) ურთიერთქმედებასთან დაკავშირებული მოვლენები მოლეკულების ელექტრონული, რხევითი და ბრუნვითი დონეების შესწავლის ერთ-ერთი უმნიშვნელოვანესი მეთოდია. ეს მეთოდი ემყარება ელექტრონის მიერ პოზიტრონის ჩაჭერის გზით წყალბადისებრი ატომის პოზიტრონიუმის (ps) წარმოქმნის მოვლენას. პოზიტრონიუმის სიცოცხლის ხანგრძლივობა მეტად მცირეა, ამიტომ პოზიტრონიუმს იყენებენ ძალიან სწრაფი ქიმიური რეაქციების შესასწავლად. ასეთ რეაქციებში ერთდროულად მონაწილეობენ პოზიტრონიუმი და კვლევის საგნად არჩეული ელემენტი (მაგ, წყალბადი). მათი ურთიერთქმედება გამოვლინდება პოზიტრონიუმის დაშლის მუდმივას ცვლილებაზე დაკვირვების გზით.

„ახალი ატომების“ ქიმია

ახალი ატომის მაგალითია პოზიტრონიუმი. იგი წყალბადისებრი ატომია: პოზიტრონი და ელექტრონი ქმნიან პროტონისა და ელექტრონის მსგავს სისტემას. პოზიტრონიუმის გარდა დღეისათვის ცნობილია მრავალი სხვა ახალი ატომი, ესენია: ა) წყალბადისებრი ატომები, რომლებშიც პროტონის როლს დადებითი მეზონი μ+ ასრულებს, რომლის ირგვლის მოძრაობს ელექტონი. ასეთ ატომს მიუონიუმი ეწოდება. ასევე წარმოიქმნება პიონიუმი. ბ) მრავალმუხტიანი ატომები, რომელთა გარსში ერთ-ერთი ელექტრონი შეცვლილია სხვა უარყოფითი ნაწილაკით. არსებობს თეორიული მონაცემები იმისა, რომ მეზოატომებისა და მეზომოლეკულების წარმოქმნა μ=-მეზონების მონაწილეობით შეიძლება გამოყენებულ იქნეს წყალბადის იზოტოპებისაგან ჰელიუმის ბირთვის სინთეზისათვის.

ბირთვულ გარდაქმნებთან დაკავშირებული ქიმიური ეფექტები

გარდარქმნის პროცესში ატომის ბირთვი გამოასხივებს γ-კვანტებს ან ნაწილაკებს, რის გამოც უკუცემას განიცდის. უკუცემის ენერგია იმდენად დიდია, რომ ატომი წყვეტს ქიმიურ ბმას და დიდი სიჩქარით განჭოლავს გარემოს. განარბენის ბოლოს მას ან გარემოს მოლეკულა ჩაიჭერს, ან დარჩება თავისუფალ ატომად. უკუცემის ენერგიის მქონე „ცხელი“ ატომების რეაქციები მყარ სხეულებში. ბირთვული რეაქციების შედეგად წარმოქმნილი ცხელი ატომები საგრძნობ რადიაციულ ზემოქმედებას ახდენენ ნივთიერებაზე, რასაც ნივთიერების ფიზიკური და ქიმიური თვისებების მკვეთრი ცვლილება მოჰყვება.

ტრანსურანული ელემენტების სინთეზი

თანამედროვე ბირთვული ქიმიის ერთ-ერთი ყველაზე საინტერესო დარგია ტრანსურანული ელემენტების სინთეზი. პირველი ტრანსურანული ელემენტი ნეპტუნიუმი (Np) მიიღეს 1940 წელს. ამჟამად 112-ე ელემენტის ჩათვლით ყველა სინთეზირებულია. ტრანსურანული ელემენტების თვისებების დადგენა და მათი მდგრადობის საზღვრის მონახვა ფიზიკისა და ბირთული ქიმიის ერთ-ერთი უმნიშვნელოვანესი ამოცანაა.

იხ. ვიდეო - იზოტოპის აღნიშვნა



დიფუზია

ცოდნა სინათლეა - Knowledge is light - Знание свет -  

                                  დიფუზია

ზოგიერთი ნაწილაკი იხსნება ჭიქა წყალში. თავდაპირველად, ნაწილაკები შუშის ერთ ზედა კუთხესთან ახლოსაა. თუ ნაწილაკები შემთხვევით მოძრაობენ ("დიფუზიური") წყალში, ისინი საბოლოოდ ნაწილდებიან შემთხვევით და თანაბრად მაღალი კონცენტრაციის ზონიდან დაბალ და ორგანიზებულ ზონაში (დიფუზია გრძელდება, მაგრამ წმინდა ნაკადის გარეშე).
(ლათ. diffusio „გავრცელება, გავრცელება, დისპერსია; ურთიერთქმედება“) - ნივთიერების გადაადგილების არათანაბარი პროცესი (მოლეკულები და ატომები აირებში, იონები პლაზმაში, ელექტრონები ნახევარგამტარებში და სხვ.) ნივთიერების გადაადგილება მაღალი კონცენტრაციის რეგიონიდან დაბალი კონცენტრაციის რეგიონი, რაც იწვევს კონცენტრაციების სპონტანურ გასწორებას მთელ დაკავებულ მოცულობაში. ჩვეულებრივ, განიხილება ერთი ნივთიერების დიფუზია გარემოში, მაგრამ შესაძლებელია ორი ნივთიერების დიფუზია, შემდეგ საუბარია აირების ურთიერთდიფუზიაზე. პლაზმაში იონებსა და ელექტრონებს აქვთ მუხტი და როდესაც ერთი ნივთიერება მეორეში შედის, ურთიერთდიფუზიის ნაცვლად გამოიყენება ტერმინი ამბიპოლარული დიფუზია. ამ შემთხვევაში ნივთიერების გადატანა ხდება მაღალი კონცენტრაციის (ან მაღალი ქიმიური პოტენციალის) რეგიონიდან დაბალი კონცენტრაციის (ან დაბალი ქიმიური პოტენციალის) რეგიონში კონცენტრაციის გრადიენტის მიმართულების საწინააღმდეგოდ.

დიფუზიის მაგალითია აირების (მაგალითად, სუნის გავრცელება) ან სითხეების შერევა (თუ წყალში მელანს ჩააგდებთ, გარკვეული პერიოდის შემდეგ სითხე ერთგვაროვან ფერს მიიღებს). კიდევ ერთი მაგალითი დაკავშირებულია მყარ სხეულთან: მიმდებარე ლითონების ატომები შერეულია კონტაქტის საზღვარზე.

დიფუზიის სიჩქარე დამოკიდებულია ბევრ ფაქტორზე. ასე რომ, ლითონის ღეროს შემთხვევაში, თერმული დიფუზია მიმდინარეობს უზარმაზარი სიჩქარით. თუ ღერო დამზადებულია დაბალი თბოგამტარობის მასალისგან (მაგალითად, მინისგან), თერმული დიფუზია ნელა მიმდინარეობს. მოლეკულების დიფუზია ზოგად შემთხვევაში კიდევ უფრო ნელა მიმდინარეობს. მაგალითად, თუ შაქრის ნაჭერი ჭიქა წყლის ფსკერზე ჩამოიყვანეთ და წყალი არ აურიეთ, ხსნარის ერთგვაროვნებამდე რამდენიმე კვირა დასჭირდება. კიდევ უფრო ნელია ერთი მყარის მეორეში დიფუზია. მაგალითად, რობერტ ბოილმა აჩვენა, რომ თუ სპილენძი დაფარულია ოქროთი, ოქრო სპილენძში გავრცელდება. ამასთან, ნორმალურ პირობებში (ოთახის ტემპერატურა და ატმოსფერული წნევა) ოქროს შემცველი ფენა რამდენიმე მიკრონის სისქეს მხოლოდ რამდენიმე ათასი წლის შემდეგ მიაღწევს. კიდევ ერთი მაგალითია უილიამ რობერტს-ოსტინის მიერ ტყვიის ოქროში გავრცელების სისტემატური შესწავლა და გამოქვეყნებული 1896 წელს. ხუთი წლის წონაზე ტყვიის ღერო შეაღწია ოქროს ზლონგში ერთი მილიმეტრით.

დიფუზიის პირველი სისტემატური ექსპერიმენტული კვლევა ჩაატარა თომას გრეჰემმა. მან შეისწავლა დიფუზია აირებში და ეს ფენომენი (გრეჰემის კანონი) მის მიერ იყო აღწერილი 1831-1833 წლებში.

დიფუზიური პროცესების პირველი რაოდენობრივი აღწერა გერმანელმა ფიზიოლოგმა ა. ფიკმა 1855 წელს მისცა.

დიფუზიური პროცესების შესწავლის თეორიასა და პრაქტიკაში დიდი წვლილი შეიტანა Ya.I. Frenkel-მა, რომელმაც 1926 წელს შესთავაზა და განავითარა ადგილობრივი დეფექტების (ვაკანსიები და ინტერსტიციული ატომები) დიფუზიის იდეა.
იხ. ვიდეო - დიფუზია
ზოგადი აღწერა
ყველა სახის დიფუზია ემორჩილება ერთსა და იმავე კანონებს. დიფუზიის სიჩქარე პროპორციულია ნიმუშის კვეთის ფართობის, აგრეთვე კონცენტრაციების, ტემპერატურისა და მუხტების სხვაობას (ამ პარამეტრების შედარებით მცირე მნიშვნელობების შემთხვევაში). ამრიგად, სითბო ოთხჯერ უფრო სწრაფად გაივლის ორ სანტიმეტრის დიამეტრის ღეროს, ვიდრე ერთი სანტიმეტრის დიამეტრის ღეროში. ეს სიცხე უფრო სწრაფად გავრცელდება, თუ ტემპერატურული სხვაობა სანტიმეტრზე 5°C-ის ნაცვლად 10°C იქნება. დიფუზიის სიჩქარე ასევე პროპორციულია კონკრეტული მასალის დამახასიათებელი პარამეტრის. თერმული დიფუზიის შემთხვევაში ამ პარამეტრს თბოგამტარობა ეწოდება, ელექტრული მუხტების ნაკადის შემთხვევაში ელექტრული გამტარობა. ნივთიერების რაოდენობა, რომელიც დიფუზირდება მოცემულ დროს და დიფუზიური ნივთიერების მიერ გავლილი მანძილი, პროპორციულია დიფუზიის დროის კვადრატული ფესვისა.

დიფუზია არის პროცესი მოლეკულურ დონეზე და განისაზღვრება ცალკეული მოლეკულების მოძრაობის შემთხვევითი ბუნებით. ამრიგად, დიფუზიის სიჩქარე პროპორციულია მოლეკულების საშუალო სიჩქარის. გაზების შემთხვევაში, მცირე მოლეკულების საშუალო სიჩქარე უფრო დიდია, კერძოდ, ის უკუპროპორციულია მოლეკულის მასის კვადრატული ფესვის მიმართ და იზრდება ტემპერატურის მატებასთან ერთად. მაღალ ტემპერატურაზე მყარ სხეულებში დიფუზიური პროცესები ხშირად პრაქტიკულ გამოყენებას პოულობს. მაგალითად, გარკვეული ტიპის კათოდური სხივების მილები (CRTs) იყენებენ მეტალის თორიუმს, რომელიც დიფუზირდება მეტალის ვოლფრამიში 2000°C ტემპერატურაზე.

თუ აირების ნარევში ერთი მოლეკულის მასა ოთხჯერ მეტია მეორეზე, მაშინ ასეთი მოლეკულა ორჯერ უფრო ნელა მოძრაობს სუფთა აირში მის მოძრაობასთან შედარებით. შესაბამისად, მისი დიფუზიის სიჩქარეც უფრო დაბალია. მსუბუქ და მძიმე მოლეკულებს შორის დიფუზიის სიჩქარის ეს განსხვავება გამოიყენება სხვადასხვა მოლეკულური წონის მქონე ნივთიერებების გამოსაყოფად. ამის მაგალითია იზოტოპების გამოყოფა. თუ გაზი, რომელიც შეიცავს ორ იზოტოპს, გაივლის ფოროვან მემბრანაში, მსუბუქი იზოტოპები უფრო სწრაფად აღწევენ მემბრანაში, ვიდრე მძიმეები. უკეთესი გამოყოფისთვის პროცესი რამდენიმე ეტაპად ტარდება. ეს პროცესი ფართოდ გამოიყენებოდა ურანის იზოტოპების განცალკევებისთვის (235U გამოყოფა 238U ძირითადიდან). ვინაიდან გამოყოფის ეს მეთოდი ენერგო ინტენსიურია, შემუშავებულია სხვა, უფრო ეკონომიური გამოყოფის მეთოდები. მაგალითად, ფართოდ არის განვითარებული თერმული დიფუზიის გამოყენება აირისებრ გარემოში. იზოტოპების ნარევის შემცველი გაზი მოთავსებულია კამერაში, რომელშიც შენარჩუნებულია სივრცითი ტემპერატურის სხვაობა (გრადიენტი). ამ შემთხვევაში მძიმე იზოტოპები დროთა განმავლობაში კონცენტრირდება ცივ რეგიონში.
იხ. ვიდეო - დიფუზია - შესავალი
ისტორიული თვალსაზრისით, დიფუზია მყარ სხეულებში გამოიყენებოდა დიფუზიის თეორიის შექმნამდე დიდი ხნით ადრე. მაგალითად, პლინიუს უფროსმა ადრე აღწერა ცემენტირების პროცესი, რომლის დროსაც ფოლადი მზადდება რკინისგან (Fe) ნახშირბადის დიფუზიის გზით. კიდევ ერთი მაგალითი, რომელიც კარგად არის ცნობილი მრავალი საუკუნის განმავლობაში, არის ვიტრაჟების ან ფაიანსის და ჩინური კერამიკის დიფუზია.

თანამედროვე მეცნიერებაში დიფუზიის პირველი სისტემატური ექსპერიმენტული კვლევა ჩაატარა თომას გრეჰემმა. მან შეისწავლა დიფუზია აირებში და მთავარი ფენომენი მის მიერ აღწერილი იყო 1831-1833 წლებში:

„...სხვადასხვა ბუნების აირები, შეხებისას, არ არის განლაგებული მათი სიმკვრივის შესაბამისად: ყველაზე მძიმე ქვედა ნაწილში და მსუბუქია ზედა ნაწილში, ისინი სპონტანურად და თანაბრად ნაწილდებიან ერთმანეთში და ამიტომ რჩებიან ერთში. ნარევის მდგომარეობა თვითნებური ვადით.

გრეჰემის გაზომვები დაეხმარა ჯეიმს კლერკ მაქსველს 1867 წელს, მიეღო CO2-ის დიფუზიის კოეფიციენტი ჰაერში 5%-ზე ნაკლები შეცდომით.

1855 წელს ადოლფ ფიკმა, 26 წლის ანატომიის ლექტორმა ციურიხიდან, შემოგვთავაზა თავისი დიფუზიის კანონი. მან გამოიყენა გრეჰემის გაზომვები და განაცხადა, რომ მისი მიზანი იყო „სივრცის ერთ ელემენტში დიფუზიის ფუნდამენტური კანონის შემუშავება“. მან აღიარა ღრმა ანალოგია დიფუზიასა და სითბოს ან ელექტროენერგიის გამტარობას შორის, შექმნა ფორმალიზმი, რომელიც მსგავსია ფურიეს კანონის სითბოს გამტარობისთვის (1822) და ომის კანონის ელექტრო დენის შესახებ (1827).

რობერტ ბოილმა აჩვენა დიფუზია მყარ სხეულებში მე-17 საუკუნეში სპილენძის მონეტაში თუთიის შეღწევით. მიუხედავად ამისა, მყარ სხეულებში დიფუზია სისტემატურად არ იყო შესწავლილი XIX საუკუნის მეორე ნახევრამდე. უილიამ ჩენდლერ რობერტს-ოსტინი, ცნობილი ბრიტანელი მეტალურგი და თომას გრეჰამის ყოფილი თანაშემწე, სისტემატურად სწავლობდა მყარი ნივთიერებების დიფუზიას, მაგალითად, ოქროს გამოყენებით ტყვიაში 1896 წელს. :

". . . ჩემი დიდი ხნის ინტერესი გრეჰემის კვლევებით, ჩემს მოვალეობად აქცევს, ვეცადო, გავაფართოვო მისი მუშაობა ლითონებზე სითხის დიფუზიის შესახებ.

1858 წელს რუდოლფ კლაუზიუსმა შემოიტანა ცნება საშუალო თავისუფალი გზის შესახებ. იმავე წელს ჯეიმს კლერკ მაქსველმა შეიმუშავა გაზებში ტრანსპორტირების პროცესების პირველი ატომისტური თეორია. დიფუზიისა და ბრაუნის მოძრაობის თანამედროვე ატომისტური თეორია შეიმუშავეს ალბერტ აინშტაინმა, მარიან სმოლუჩოვსკიმ და ჟან ბატისტ პერენმა. ლუდვიგ ბოლცმანმა მაკროსკოპული სატრანსპორტო პროცესების ატომისტური საფუძვლების შემუშავებისას შემოიტანა ბოლცმანის განტოლება, რომელიც მათემატიკოსებსა და ფიზიკოსებს 140 წელზე მეტი ხნის განმავლობაში ემსახურება როგორც იდეებისა და პრობლემების წყაროს.

1920-1921 წლებში გიორგი დე ჰევეზიმ გაზომა თვითდიფუზია რადიოიზოტოპების გამოყენებით. მან შეისწავლა ტყვიის რადიოაქტიური იზოტოპების თვითდიფუზია თხევად და მყარ ტყვიაში.

იაკოვ ფრენკელმა შემოგვთავაზა და შეიმუშავა 1926 წელს კრისტალებში დიფუზიის იდეა ადგილობრივი დეფექტების (ვაკანსიები და ინტერსტიციული ატომები) მეშვეობით. იგი მივიდა დასკვნამდე, რომ დიფუზიის პროცესი შედედებულ მედიაში არის ელემენტარული ნახტომების და ნაწილაკებისა და დეფექტების კვაზიქიმიური ურთიერთქმედების ერთობლიობა. მან შემოიტანა რამდენიმე დიფუზიის მექანიზმი და აღმოაჩინა სიჩქარის მუდმივები ექსპერიმენტული მონაცემებიდან.

რამდენიმე ხნის შემდეგ კარლ ვაგნერმა და ვალტერ შოტკიმ განავითარეს ფრენკელის იდეები დიფუზიის მექანიზმების შესახებ. ახლა ზოგადად მიღებულია, რომ ატომური დეფექტები აუცილებელია კრისტალებში დიფუზიისთვის.

ჰენრი აირინგმა და სხვებმა გამოიყენეს რეაქციის აბსოლუტური სიჩქარის თეორია ნახევარკლასიკურ ფრენკელის დიფუზიის მოდელზე. რეაქციის კინეტიკასა და დიფუზიას შორის ანალოგიამ გამოიწვია ფიკის კანონის სხვადასხვა არაწრფივი განზოგადება.
იხ. ვიდეო - დიფუზია • ექსპერიმენტი •

ამბიპოლარული დიფუზია

ელექტრონებისა და იონების ერთობლივი დიფუზიის პროცესი სუსტად იონიზებულ პლაზმაში, რომელშიც ელექტრონებისა და იონების ნაკადები ან ემთხვევა სიდიდით ან განსხვავდება გარკვეული მუდმივი მნიშვნელობით.

უმარტივეს შემთხვევაში, ამბიპოლარული დიფუზია პირველად 1924 წელს განიხილა გერმანელმა ფიზიკოსმა ვ. შოტკიმ.
იხ. ვიდეო -- Ambipolar diffusion
ფიზიკური მნიშვნელობა
სივრცეში სუსტად იონიზებული პლაზმის დამუხტული ნაწილაკების სიმკვრივის არაჰომოგენური განაწილების არსებობისას შეინიშნება ამ ნაწილაკების სპონტანური მიმართული მოძრაობა, რაც იწვევს მათი კონცენტრაციის გათანაბრებას მთელ დაკავებულ მოცულობაში. ამ პროცესს პლაზმური დიფუზია ეწოდება. ისევე როგორც ნეიტრალურ გაზს, პლაზმის დიფუზია გარე მაგნიტური ველის არარსებობის შემთხვევაში განისაზღვრება ნაწილაკების თერმული მოძრაობის სიჩქარით და მათი ერთმანეთთან და ნეიტრალურ ატომებთან შეჯახების სიხშირით. იმის გამო, რომ ელექტრონების მასა გაცილებით დაბალია, ვიდრე იონები, მათი თერმული მოძრაობის სიჩქარე უფრო მაღალია. ამრიგად, ელექტრონებს აქვთ უფრო მაღალი მობილურობა და უფრო სწრაფად დიფუზობენ. ამასთან, ელექტროსტატიკური ველი, რომელიც წარმოიქმნება ელექტრონებისა და იონების გამოყოფის დროს, ანელებს ელექტრონების მოძრაობას და ერთდროულად აჩქარებს იონების მოძრაობას. ამრიგად, ელექტრონებისა და იონების დიფუზიის სიჩქარის შედარება ხდება, რაც უზრუნველყოფს პლაზმისთვის კვაზინეიტრალურობის მდგომარეობის დაკმაყოფილებას.



  

მშობიარობა

ცოდნა სინათლეა - Knowledge is light - Знание свет -                              მშობიარობა დედა და ახალშობილი ნაჩვენებია vernix caseosa სა...