პაულის პრინციპი (100 წლისაა)

 პაულის გამორიცხვის პრინციპი (პაულის აკრძალვის პრინციპი) არის კვანტურ-მექანიკური პრინციპი, რომელიც ამბობს, რომ ორი ან მეტი იდენტური ფერმიონი (ნაწილაკები მთელნახევარი რიცხვის სპინით) ერთდროულად არ შეიძლება იყოს ერთსა და იმავე კვანტურ მდგომარეობაში კვანტურ სისტემაში.

 (1900–1958).

 სპინი – (ინგლ. spin – ტრიალი, ბრუნვა, ბზრიალი) – ელემენტარული ნაწილაკის საკუთარი იმპულსის მომენტია, რომელსაც აქვს კვანტური ბუნება და არ ნიშნავს ნაწილაკის, როგორც ერთი მთლიანი წერტილის გადაადგილებას. სპინი არ არის ნაწილაკის მოძრაობა სივრცეში (ორბიტული მომენტისგან განსხვავებით, მაგალითად, ელექტრონის მოძრაობა ბირთვის გარშემო), ეს არის შინაგანი, კვანტური მახასიათებელი (როგორც მასა, მუხტი…) რომელიც ვერ აიხსნება კლასიკური რელატივისტური მექანიკით. სპინის მნიშვნელობა შეიძლება იყოს როგორც მთელი რიცხვი (ბოზონები s = 0, 1, 2, …) ასევე წილადი (ფერმიონები s = 1/2, 3/2…). ბოზონები, ურთიერთქმედების გადამტანებია (ფოტონი, გრავიტონი, გლიუონი…), ფერმიონებისგან კი ჩვეულებრივი მატერია არის აწყობილი (პროტონი, ნეიტრონი, ელექტრონი…). 

 ფერმიონი – ნაწილაკი ან კვაზინაწილაკი მთელნახევარი სპინის მნიშვნელობით (კვარკები, ელექტრონი…) (ატომი; მოკლედ ელემენტარული ნაწილაკების შესახებ).

 ავსტრიელი ფიზიკოსი, ვოლფგანგ პაული – ერთ-ერთი ფიზიკოს-თეორეტიკოსთაგანია, რომლებმაც 1920-30-იან წლებში, კვანტური მექანიკის პრინციპებისა და პოსტულატების ფორმულირება მოახდინა.

 მისი სახელის მატარებელი პრინციპის უკეთ გაგებაში, ელექტრონები, ავტომანქანებს უნდა შევადაროთ, რომლებიც მრავალიარუსიან სადგომზე დგას. ყოველ ადგილზე მხოლოდ ერთი მანქანა ეტევა, მას შემდეგ, რაც პირველი სართულის ყველა ადგილი დაკავებული აღმოჩნდება, თავისუფალი ადგილის ძებნა ზედა სართულებზე გვიწევს.

 ასევეა ატომში მდებარე ელექტრონების შემთხვევაშიც, ბირთვის გარშემო მათი რაოდენობა იმაზეა დამოკიდებული, თუ რამდენი ”სადგომია” ამ ორბიტაზე. თუ ადგილები აღარ არის, მომდევნო ელექტრონი თავის ადგილს უფრო მაღალ ორბიტაზე ”ეძებს”.

 შემდეგ, ელექტრონები ისე იქცევიან, პირობითად რომ ვთქვათ, თითქოს საკუთარი ღერძის გარშემო იწყებენ ბრუნვას (ანუ აქვთ საკუთარი ბრუნვის მომენტი, რომელსაც სპინს უწოდებენ და რომელსაც მხოლოდ ორი მნიშვნელობა შეიძლება ჰქონდეს — +1/2 ან –1/2. ორი საწინააღმდეგო სპინის მქონე ელექტრონებს ერთ ორბიტაზე შეუძლია ყოფნა, როგორც მარცხენა და მარჯვენა საჭიანი მანქანები ერთ ფარეხში. სწორედ ამიტომ ვხედავთ მენდელეევის პერიოდულობის სისტემის პირველ რიგში მხოლოდ ორ ატომს (წყალბადი და ჰელიუმი (სამყაროს პირველი ელემენტები: წყალბადი, ჰელიუმი, ლითიუმი)): ქვედა ორბიტაზე საწინააღმდეგო სპინის მქონე ორი ელექტრონისთვის მხოლოდ ორი გაორმაგებული ადგილია გამოყოფილი. შემდეგ ორბიტაზე უკვე რვა ელექტრონი ეტევა (ოთხი –1/2 სპინით და ოთხი +1/2 სპინით, ამიტომ მენდელეევის სისტემის მეორე რიგში უკვე რვა ელემენტს ვხედავთ და ა.შ.)

 ვარსკვლავის წიაღში ისეთი მაღალი ტემპერატურაა, რომ ატომები, ძირითადად, იონიზებულ მდგომარეობაშია და ელექტრონები, ბირთვებს შორის თავისუფლად გადაადგილდებიან. პაულის აკრძალვა აქაც მოქმედებს, ოღონდ სახეშეცვლილი ფორმით – განსაზღვრულ სივრცულ მოცულობაში შეიძლება იყოს არა უმეტეს ორი ელექტონისა საწინააღმდეგო სპინებითა და გარკვეული ზღვრულად დასაშვები სიჩქარეების ინტერვალებით. თუმცა, სურათი მას შემდეგ იცვლება მკვეთრად, რაც ვარსკვლავის შიგნით ნივთიერების სიმკვრივე ზღვრულ მნიშვნელობას გადადის – 107 კგ/მ(წყლის სიმკვრივეზე 10 000-ჯერ მეტი!!!; ასანთის კოლოფის ზომის ასეთი ნივთიერება დაახლოებით 100 ტონას იწონის). ასეთი სიმკვრივის დროს, პაულის პრინციპი, ვარსკვლავის შიგნით წნევის სწრაფ ზრდაში გამოიხატება. ეს არის დეგენერირებული ელექტრონული გაზის მიერ წარმოქმნილი დამატებითი წნევა, მის არსებობაზე ის ფაქტი მიუთითებს, რომ მომაკვდავი ვარსკვლავის გრავიტაციული კოლაფსი მას შემდეგ ჩერდება, რაც ის დედამიწის ზომამდე იკუმშება. ასეთ ვარსკვლავებს თეთრ ჯუჯებს (1) უწოდებენ და ეს სტადია მზის მსგავსი ვარსკვლავების ევოლუციის ბოლო სტადიაა (როგორ კვდებიან ვარსკვლავები; უცნაური ვარსკვლავები).

 პაულის პრინციპი ნებისმიერი ელემენტარული ნაწილაკისთვის არის მართებული მთელნახევარი სპინით (1/2, 3/2, 5/2 და ა.შ). კერძოდ, ნეიტრონის სპინური რიცხვი, როგორც ელექტრონისა, მთელნახევას უტოლდება. ეს იმას ნიშნავს, რომ ნეიტრონებსაც გარკვეული ”სასიცოცხლო სივრცე” სჭირდებათ თავიანთ გარშემო. თუ თეთრი ჯუჯის მასა 1,4 მზის მასაზე მეტია, გრავიტაციული ძალები ელექტრონული გაზის წნევას გადაძლევს და ელექტრონებსა და პროტონებს გაერთიანებას აიძულებს. ამ შემთხვევაში გრავიტაციულ შეკუმშვას ნეიტრონული დეგენერირებული გაზი აჩერებს და საბოლოოდ, ვარსკვლავი სულ რაღაც რამდენიმე კილომეტრის ზომის ნეიტრონულ ვარსკვლავად იქცევა (ზეახლის აფეთქება). კიდევ უფრო მძიმე ვარსკვლავებში გრავიტაცია ამ წნევასაც გადაძლევს და მნათობი შავ ხვრელად გადაიქცევა.

Leave a Reply

თქვენი ელფოსტის მისამართი გამოქვეყნებული არ იყო. აუცილებელი ველები მონიშნულია *

This site uses Akismet to reduce spam. Learn how your comment data is processed.