მატერიის ყველა მდგომარეობა: სიმეტრია და წესრიგი

 გაზი, სითხე, მყარი სხეული? ეს სასაცილოა: დღეისათვის ნივთიერების 500-ზე მეტი მდგომარეობაა ცნობილი, რომელთაც ახლახანს კლასიფიკაცია მოუძებნეს(Perimeter Institute for Theoretical Physics).

 ტრადიციულად, ნივთიერების აგრეგატული მდგომარეობა მისი სიმეტრიულობის ჩარჩოებში განიხილება. წარმოიდგინეთ, რომ ატომის ზომამდე დაპატარავდით და წყალში მიცურავთ. ამ მაღალი სიმეტრიის მდგომარეობაში საითაც არ უნდა გავიხედოთ ყველგან ერთნაირ სურათს დავინახავთ. ხოლო თუ წყალი გაიყინება, მაშინ ჩვენ, ყინულში მოძრაობისას, გარკვეულ სტრუქტურებს წავაწყდებით: ჯაჭვებად და ბრტყელ ფიგურებად ორგანიზებულ ატომებს. განსხვავებული მიმართულებებით განსხვავებულ სურათს დავინახავთ: ყინული – მდგომარეობა მცირე სიმეტრიით.

 აგრეგატულ მდგომარეობებზე ასეთი შეხედულება საბჭოთა ფიზიკოსმა ლევ ლანდაუმ წარმოადგინა, რაც ნივთიერების ჯერჯერობით უცნობი მდგომარეობებისადმი სისტემური მიდგომის მძლავრ ინსტრუმენტად იქცა. გასაკვირი არაა, რომ წლების განმავლობაში ითვლებოდა, თითქოს ყველა ეს მდგომარეობა მხოლოდ ლანდაუს კონცეფციით შეიძლება მოიძებნოს, ხოლო მდგომარეობა ყოველთვის სიმეტრიასთან არის დაკავშირებული.

 დროთა განმავლობაში ახალი მდგომარეობები გამოვლინდა: პლაზმა, დეგენერირებული მატერია(თეთრ ჯუჯებში, ნეიტრონულ ვარსკვლავებში), ბოზე-აინშტაინის კონდენსატი. ბოლო დროს აღმოაჩინეს ისეთი მდგომარეობებიც, რომლებიც ამ განმარტებას ვერ ეთანხმებიან. მაგალითად, 1980 წელს სიაო-განგ ვენმა კოლეგებთან ერთად კვანტური სისტემები აღმოაჩინა, რომელთაც არსებობა განსხვავებული მდგომარეობებით შეუძლიათ ერთნაირი სიმეტრიის დროს. მეცნიერება აჩვენეს, რომ ეს მდგომარეობები არა სიმეტრიულობითაა განსხვავებული, არამედ ტოპოლოგიური მოწესრიგებულობით.

 ეს კვანტური მახასიათებელი, არა  მდგომარეობის სიმეტრიასთანაა დაკავშირებული, არამედ მის ტალღურ ფუნქციასთან და ლანდაუს, კლასიკური ფიზიკის ჩარჩოებში შედგენილ, კონცეფციასთან კავშირი არა აქვს. ის ნივთიერების კვანტური მდგომარეობებისა და მათ შორის გადასვლების აღსაწერად არის გამოსადეგი.

 ის ნივთიერების მდგომარეობის არა სიმეტრიულობას ახასიათებს, არამედ ამ დროს წარმოქნილ კვანტურად დაკავშირებულ(შროდინგერის კატა) ნაწილაკთა ქსელს(მიკროსამყაროს უნიკალური მოვლენა, რომელიც ორი და მეტი ნაწილაკის ერთმანეთთან დაკავშირების საშუალებას იძლევა, ისე, რომ ერთი ნაწილაკის თვისებათა ცვლილება დანარჩენების თვისებებზე მომენტალურად აისხება). ამ ურთიერთქმედებათა ქსელები სიმეტრიის ფორმულებით ვერ აღიწერება – აქ ტოპოლოგია იქნება საჭირო.

მატერიის ერთ-ერთი თეორიულად ნვარაუდევი მდგომარეობა – ”სიმურ-ქსელური სითხე”(String-net liquid). აღიწერება ტოპოლოგიური მოწესრიგებულობით.

 ეს ახალი თვალთახედვა ნივთიერების შესაძლო აგრეგატულ მდგომარეობებზე უფრო უნივერსალური აღმოჩნდა, ვიდრე კლასიკური, თან მეტი ვარიანტების აღწერის საშუალებას იძლევა. თუმცა, აქამდე რჩებოდნენ ზოგიერთი მდგომარეობები, რომლებიც ტოპოლოგიური მოწესრიგებულობითაც არ ღიწერებოდნენ. ეს იშვიათი მდგომარეობები კვანტური კომპიუტერების ზეგამტარებისთვისა და იზოლატორებისთვის იქნება საჭირო, ამიტომ მათში გარკვევა ნამდვილად ღირდა.

 ამ სამუშაომ არა ერთი წელი დაიკავა, მხოლოდ 2012-ის ბოლოს ვენმა და მისმა ჯგუფმა თავიანთი მოდელის დაზუსტებული ვარიანტი წარმოადგინა, რომელიც ყველა მდგომარეობას მოიცავს გამონაკლისების გარეშე.

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.