პაულის პრინციპი

 ატომში არ შეიძლება იყოს ორი ელექტრონი ერთნაირი კვანტური რიცხვებით. ავსტრიელი ფიზიკოსი ვოლფგანგ პაული – ერთ-ერთი ფიზიკოს-თეორეტიკოსთაგანია, რომლებმაც 1920-30 წლებში კვანტური მექანიკის პრინციპებისა და პოსტულატების ფორმულირება მოახდინეს.

 მისი სახელის მატარებელი პრინციპის უკეთ გაგებაში ელექტრონები, ავტომანქანებს უნდა შევადაროთ, რომლებიც მრავალიარუსიან სადგომზე დგანან. ყოველ ბოქსში მხოლოდ ერთი მანქანა ეტევა, მას შემდეგ, რაც პირველი სართულის ყველა ბოქსი 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(ფერმიონები)). ორი საწინააღმდეგო სპინის მქონე ელექტრონებს ერთ ორბიტაზე შეუძლიათ 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 ჩვენ უკვე რვა ელემენტს ვხედავთ და ა.შ.

 ვარსკვლავის წიაღში ისეთი მაღალი ტემპერატურაა, რომ ატომები ძირითადად იონიზირებულ 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/მ3(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 მასის ტოლფასი(ჩანდრასეკარის ზღვარი) ვარსკვლავების ევოლუციის ბოლო სტადიაა(როგორ კვდებიან ვარსკვლავები; უცნაური ვარსკვლავები).

 პაულის პრინციპი ნებისმიერი ელემენტარული ნაწილაკისთვის არის მართებული წილადი სპინით(1/2, 3/2, 5/2 და ა.შ). კერძოდ, ნეიტრონის სპინური რიცხვი, როგორც ელექტრონისა, ½ უტოლდება. ეს იმას ნიშნავს, რომ ნეიტრონებსაც გარკვეული ”სასიცოცხლო სივრცე” ჭირდებათ თავიანთ გარშემო. თუ თეთრი ჯუჯას 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 იქცევა.

 კომპიუტერული ტექნიკის განვითარებასთან ერთად ასეთი ”არააშკარა” კანონები სულ უფრო დიდ როლს ითამაშებს. ამ ტიპის კანონები კლასიკური ფიზიკის კანონებისგან განსხვავდება, როგორიც ნიუტონის მექანიკის კანონებია – ისინი არ წინასაწარმეტყველებენ, რა მოხდება სისტემაში, ამის მაგივრად ისინი, განსაზღვრავენ, რა შეიძლება მოხდეს მასში.

Leave a Reply

თქვენი ელფოსტის მისამართი გამოქვეყნებული არ იყო. აუცილებელი ველები მონიშნულია *