მოკლედ – მატერია – ენერგია

 სამყარო, დედამიწისა და სხვა ობიექტების ჩათვლით კოსმოსურ სივრცეში, მატერიისგან შედგება. მატერიაა ყველაფერი, რაც იკავებს გარკვეულ სივრცეს და გააჩნია მასა, რითაც მატერიის რაოდენობა განისაზღვრება. დედამიწაზე, მატერია სამი ძირითადი ფორმით არის წარმოდგენილი: მყარი, თხევადი და აირადი. რაც უფრო მეტია ობიექტის მასა, მით მეტია მისი წონა, ერთნაირ გრავიტაციულ პირობებში რა თქმ უნდა. სამყარო ყოველთვის ერთი და იგივე რადოენობის მასას და ენერგიას შეიცავს (ნივთიერების აგრეგატული მდგომარეობა(თეთრი ჯუჯა და ნეიტრონული ვარსკვლავი); ექვივალენტობის პრინციპი).

 მატერიის ”საშენი მასალა” ატომებია. ძირითად ქიმიურ ნივთიერებებს, შემდგარს ერთი ტიპის ატომებისგან, ელემენტებს უწოდებენ. უკავშირდებიან რა ერთმანეთს, ატომები კავშირებს ქმნიან. სხვადასვა ტიპის ატომებისგან შემდგარი რთული ნივთიერებების ორი ტიპი არსებობს – მოლეკულური და იონური შენაერთები (ატომი; ქიმიურ ელემენტთა პერიოდული სისტემა).

 იონური შენაერთის მაგალითია ნატრიუმის ქლორიდი (სუფრის მარილი). ასეთი შენაერთები იონებისგან შედგება (ატომი ან ატომთა ჯგუფი, რომელთაც მუხტი გააჩნია). მოლეკულური შენაერთების მაგალითია – წყალი. მოლეკულა, მოლეკულური ნაერთის უმცირესი ფიზიკური ნაწილაკია.

 მეთვრამეტე ასწლეულში, კაცობრიობის ისტორიაში პირველად, ფრანგმა ქიმიკოსმა, ანტუან ლავუაზიემ აღმოაჩინა, რომ ქიმიური რეაქციის დროს (პროცესი, რომლის დროსაც ატომები ნივთიერებებს ქმნიან), მატერია არც ჩნდება და არც ქრება. ქიმიური ელემენტები, უბრალოდ, რეაგენტებში (რეაქციაში მონაწილე) ახალ სტრუქტურას ქმნიან.

 ქიმიური რექციის მიმდინარეობისას, ნივთიერებათა საერთო მასა უცვლელი რჩება. მიღებული ნივთიერების მასა რეაგენტების მასათა ჯამს უტოლდება. მატერიის ამ თვისებას მასის მუდმივობის კანონი უწოდეს. ქიმიურ რეაქტივებს ქიმიური ენერგია გააჩნია, რომელიც ერთად აკავებს ატომებს. ეს ენერგია, ქიმიური რეაქციის დროს, ატომებს შორის კავშირების დარღვევისას იჩენს თავს.

 ენერგიის მუდმივობის კანონი, მეცხრამეტე ასწლეულში, გერმანელმა მეცნიერმა, იულიუს რობერტ ფონ მაიერმა აღწერა. ამ ფიზიკური კანონის მიხედვით, ენერგიას შეუძლია ფორმის ცვლილება, ხოლო მისი საერთო მოცულობა სამყაროში, უცვლელი რჩება.

 სხვანაირად რომ ვთქვათ, არც მატერია და არც ენერგია ჩნდება არსაიდან და არც არსად ქრება. მხოლოდ ტრანსფორმირდება, ერთი ფორმიდან მეორეში გადასვლით. მაგალითად, სიმძიმის აწევისას, თქვენს მიერ საკვებიდან მიღებული ენერგია, ასაწევ ტვირთს გადაეცემა.

 ატომის ცენტრში ბირთვია, რომელიც პროტონებისა (დადებითად დამუხტული ნაწილაკები) და ნეიტრონებისგან (უმუხტო ნაწილაკები) შედგება, ხოლო მათ გარშემო ელექტრონები (უარყოფითად დამუხტული ნაწილაკი) ბრუნავს (ბორის ატომი). 1905 წელს, ალბერტ აინშტაინმა წამოაყენა თეორია, რომლის მიხედვითაც, განსაკუთრებულ პირობებში მასა შეიძლება გადაიქცეს ენერგიად, ენერგია კი მასად. ამ განსაკუთრებულ პირობებს ბირთვულ რეაქციებს უწოდებენ, როცა ცვლიელბები ატომის ბირთვში ხდება.

 ამ განსაკუთრებული პირობების გასათვალისიწნებლად, მუდმივობის კანონები, მასისა და ენერგიის მუდმივობის კანონში გააერთიანეს – მატერიასა და ენერგიას ურთიერთ გარდაქმნა შეუძლია. ამასთნ ერთად, სამყაროს მთელი მატერიისა და ენერგიის ჯამი უცვლელი რჩება. თუ ერთ-ერთი მათგანი მეტი ხდება, მეორე მცირდება და ა.შ.

 ენერგიის მასად გადაქცევის მაგალითია გამა-კვანტების გარდაქმნა ელექტრონებად და პოზიტრონებად. ამ ეფექტით უნდა იყოს გამოწვეული ზეახალზე ძლიერი აფეთქება ე.წ. ჰიპერახალი – ზეახალი არასტაბილური ელექტრონ-პოზიტრონული წყვილების წარმოქმნის მიმართ (pair-instability supernova). ასეთ ზეახალში, ხსენებული წყვილების გაჩენა ვარსკვლავის ბირთვში წნევის მკვეთრ დაცემას იწვევს, ხდება ნაწილობრივი კოლაფსი (შეკუმშვა), ეს თავის მხრივ, ტემერატურისა და წნევის მკვეთრი ზრდის მიზეზია, რაც აფეთქებითი თერმობირთვული წვის წამოწყებითა და ვარსკვლავის მთლიანად განადგურებით მთავრდება. განსხვავებული აფეთქების მიზეზი გამა-კვანტების, ანუ ენერგიის გარდაქმნაა ელექტრონებად და პოზიტრონებად (მატერიად), ეს უკანასკნელი კი ელექტრონის ანტინაწილაკია, მათი შეხება ანიჰილაციას იწვევს, მატერიის ისევ გარდაქმნას ენერგიად. ზეახალი SN 2006gy, ალბათ, ასეთი აფეთქების პირველად დაფიქისრებული მაგალითია. ეს ზეახალი დაიმზირებოდა გალაქტიკაში, რომელიც დედამიწას 240 მილიონი სინათლის წლითაა დაშორებული. ჰიპერახლობის სხვა კანდიდატებია: SN 2007bi, SN 2213-1745, SN 1000+0216, SN 2010mb, OGLE14-073, SN 2016aps, SN 2016iet, SN 2018ibb.

 თუმცა, ყოველდღიურ ცხოვრებაში მასისა და ენერგიის მუდმივობის კანონები განცალკევებულად გამოიყენება. როცა ენერგიის დაკარგავზე ან მიღებაზეა საუბარი, გასაგებია, რომ ენერგიის ერთი ფორმიდან მეორეში გადასვლა იგულისხმება. გამონაკლისია ბირთვული რეაქციები, რომელთა მიმდინარეობის დროს, ატომის ბირთვი იშლება და ხდება მატერიის ტრანსფორმაცია ენერგიად და პირიქით (ბირთვული დაშლა და სინთეზი).