Монгол Улсын Шинжлэх Ухааны Академийн Физик, технологийн хүрээлэн өнгөрсөн онд Европын цөмийн судалгааны төв байгууллагын (CERN) LHCb коллаборацитай хамтын ажиллагаа эхлүүлсэн. Үүнтэй холбогдуулан тус хүрээлэнгийн доктор Ц.Энхбаттай квантын физик болон салбарын хөгжлийн талаар ярилцлаа.

-Квантын физик сонгодог физикээс хойно хөгжсөн. ХХ зууны эхэн үеэс гэж үзэх үү?

-1897 онд Жозеф Жон Томсон электроныг нээж, атом бол хуваагдашгүй биш, харин дотроо сөрөг цэнэгтэй жижиг электрон агуулдаг болохыг нээсэн. Түүнээс өмнө хамгийн хөнгөн бодис ус төрөгч байсан. Гэтэл тэрээр атомоос гарч байгаа цэнэгт бөөмийн массыг хэмжихэд устөрөгчөөс 2000 дахин хөнгөн байв. Мөн тухайн цаг үед аливаа хөдөлгүүр нь уурын хөдөлгүүр байсан. Уг хөдөлгүүрийн ашигт үйлийн коэффициентийг нэмэгдүүлэх технологийн шийдэл хайх явцад гэрэл материйн хооронд энерги, дулаан солилцох үзэгдлийг ойлгох шаардлага үүссэн. Атом бодисыг бүрдүүлж байгаа бол дулаан нь атомын хөдөлгөөнтэй холбоотой болж таараад тэр үеэс эхэлж бодис, дулааны харилцан үйлчлэлийн тухай эрдэмтэд судлах болсон. Квант физикийн суурь ойлголтыг 1900-гаад онд Макс Планк анх дэвшүүлж квант гэдэг үгийг хэрэглэсэн. Гэрлийг тэр үед хүртэл долгион гэж үздэг байсан. Гэтэл гэрэл нь бөөм шиг тоолж болдог багц буюу квант бүтэцтэй гэж тэрээр үзсэн. Бодис, гэрлийн харилцан үйлчлэлийн онол ийнхүү бий болж квант онол үүссэн түүхтэй.

-Өөрийн онолдоо М.Планк баттай итгэлтэй байгаагүй гэдэг. Альберт Эйнштейн онолыг нь илүү боловсронгуй болгон хөгжүүлсэн гэдэг?

- М. Планк квантын ойлголтоо бодитой гэдэгт өөрөө итгээгүй. Математик аргаар квант гэдэг ойлголтыг бий болгоод. Гэрэл бол долгион, гэхдээ хэзээ нэгэн цагт долгионы онол илүү боловсронгуй болж буцаад үүнийг зөвөөр тайлбарлах байх гэсэн. Гэрэл нь долгион юм бол өндөр, нам давлагаатай байх ёстой. Өндөр давлагаа бол их масстай буюу хүчтэй ирнэ. Эрчим ихтэй буюу олон гэрэл тусгах тусам энерги ихтэй болоод бодис руу шарах үед электрон сугарч гарах ёстой байв. Гэвч эрчим ихтэй гэрлээс металлын гадаргыг шараад байсан боловч электрон сугарахгүй байсан. Альберт Эйнштейн давтамжийг өсгөөд, эрчмийг нь өсгөхгүйгээр туршихад электрон сугарч байгаа нь Планкийн онол зөвхөн математик биш, гэрэл үнэхээр квант чанартайн буйн баталгаа гэсэн санааг дэвшүүлсэн. Ийнхүү давтамжийг нь өсгөснөөр гэрлийн квант электроныг суга цохиод гаргаад ирж байгаа юм. Үүнийг фотоэффект гэдэг. Гэрэл квант бүтэцтэй юм байна гэдийг ийнхүү баталсан

-Фотоэффектийг ийнхүү нээсэн нь бид зурагт, гар утастай байгаа шалтгаан гэдэг?

-Зөв. 1925 онд Германы онолын физикч Вернер Карл Хайзенберг анхны квантын механикийг онолын том томьёоллыг гаргасан. Мөн зэрэгцээд Эрвин Шрёдингер зэрэг квант физикийн пионерууд маш сонин зүйл нээсэн. Өмнө нь ямар нэгэн зүйлийг ажиглаад, хаана, ямар хурдтай явж байгааг хэлж болдог байтал квант физикт ингэх боломжгүй. Хаана байгааг нь тогтоолоо гэхэд хурдыг нь огт мэдэх боломжгүй. Яг тийм хурдтай явж байна гэж тооцлоо гэхэд хаана явж байгааг нь мэдэх боломжгүй. Үүнийг тодорхойгүйн зарчим гэдэг. Маш сонин материйн зүй тогтол, чанар болж таарч байгаа юм.

-Жишээлбэл?

-Өндөр хана байлаа гэж төсөөлье. Давуулаад чулуу шидлээ гэхэд хангалттай энергитэй шидэж байж л чулууг давуулж чадна. Гэтэл квант үзэгдэлд хангалттай энерги байхгүй ч тэр ханыг нэвтлээд гарах магадлал байдаг. Энэ нь квант туннелийн эффект юм. Үүнийг классик физикт байх боломжгүй гэж үзэж байсан боловч тодорхойгүйн зарчмаар ханын нөгөө талд чулуу гарах магадлал бий. Энерги, хурдыг нь тодорхойлж болох, хоорондын зай нь тодорхойгүй болохоор ханын нөгөө талд байх магадлалтай юм. Орчин үеийн ихэнх электрон төхөөрөмж, жишээ нь бидний гар утсанд байгаа чип энэ онолын биелэл. Квант физик нь тухайн үедээ танин мэдэхүйн зорилгоор цөөн хэдэн эрдэмтэн л сонирхон судалж байсан.Бидний гар утасны чип яагаад ийм өндөр хүчин чадалтай болсон нь квант туннелийн эффектийг ашиглаад асар их тооцоог маш бага интеграл схем буюу чип бүтээгээд тооцдог болчихсонд байгаа юм.

-Аливаа биет хананы наана цаана нэвтрээд гарч болно гэж та хэллээ. Хүн орой зай хооронд шилжих боломж ирээдүйд бий болох уу?

-2022 онд квант телепортацийг хийсэн хүмүүс Нобелийн шагнал авсан. Тэд квант орооцолдоон гэж маш сонин үзэгдлийн тухай нээлтийг хийсэн. Хоёр атом байлаа. Атомууд бол ямар ч ялгаагүй, яг адилхан. Харин ялгаа болох зүйл гэвэл нэг нь өөр төлөвт оршиж болно. Нэг атомын төлөвийг нөгөө атом руу нь хуулсан. Дараа нь том хэмжээтэй молекул, хүний биеийг бүтээдэг уургийн молекул дээр ч хийсэн. Төлөв гэдэг нь тодорхой энергийн утгатай байхыг хэлдэг. Квант онолд ямар ч хамаагүй утга авах боломжгүй. Атомын цөмөө тойрсон орбитод магадлалын бүрхүүлд электронууд оршдог. Хамгийн дээд, доод бүрхүүл гэж байна. Зөвхөн тэр хүрээнд электронууд атом дотор оршдог. Эрдэмтэн Нильс Бор анх атомын онолын суурийг тавьж боломжит төлөвүүд байдаг гэж хэлсэн.

-Батааг А цэгээс Б цэг хүртэл шилжүүлэхийн тулд атом ширхэг бүрийг зөөвөрлөх шаадлагатай. Атом ширхэг бүрээр нь зөөгөөд А цэгээс Б цэгт хүргэлээ гэхэд нэг ширхэг атомоо гээсэн бол яах вэ. Б цэгээс гарч ирсэн Батаа А цэгээс орсон Батаа яг мөн үү?

-Шилжүүлэх биетийн хэмжээ нь томрох тусам амжилттай болох магадлал нь багасдаг. Хэзээ ч боломжгүй гэж хэлэхгүй. Гэхдээ хүнийг шилжүүлэх магадлал одоогийн онолоор асар бага, ертөнцийн төгсгөл хүртэл хүлээгээд ч биелэхгүй. Гэхдээ маш жижиг хэмжээтэй, атом зэрэг биетүүдэд байнга ажиглагддаг үзэгдэл.

-Физикийн тухай ярьж байгаа бол их тэсрэлтийн онолыг ярихгүй байж болохгүй гэж боддог. Энэ онолыг тайлбарлахад квант физик ашиглагддаг уу. Ертөнц яаж үүссэнийг квант физик дангаар тайлбарлах боломжтой юу?

-Үүслийг физикээр тайлбарласан онол одоогоор алга. Их тэсрэлтийн онолоор анх ертөнц асар жижиг хэмжээтэй, асар өндөр нягттай байж байгаад тэлсэн гэж үздэг. Их тэсрэлтийн онол ертөнц тэсрэх бөмбөг шиг тэсэрч үүссэн гээд байгаа юм биш. Дотор нь агуулагдсан их нягт багассаар байгаад ертөнцийн эзлэхүүн нэмэгдсэн. Ертөнцөд одоо буй элементүүд анх тэсрэхэд байсан уу гэхээр ертөнцийн эхлэлд устөрөгч, гели гэсэн хоёрхон л элемент байсан гэж үздэг. Устөрөгч, гели хоёр. Устөрөгч, гелийгээс үүл бий болсон. Үүний дараа нягт ихтэй газраа хумигдсаар байгаад тодорхой критик температураас хэтрэх үед цөмийн нэгдэх урвалд бий болоод анхны одод бий болсон. Одод шатаж дуусаад хүчтэй хумигдаж, илүү хүнд элементүүд үүсэх цөм нэгдэх процессууд явагдаж төмөр хүртэлх элементүүд үүссэн. Тэгхээр өртөнцийн эхэн үе яах аргагүй квант физиктэй холбоотой.

-Төмөр хүний биед ч агуулагддаг. Явж явж хүмүүсийн биед байгаа атом нэгэн цагт сансар огторгуй дахь од, гарагийн хэсэг байсан?

-Нэгэн цагт одод дотор байсан атомуудаас бид үүссэн. Харин чиний биеийн өөр хэсэгт байгаа атомууд өөр өөр одноос ирсэн байх магадлалтай.

-Алмааз бол дэлхий дээр ховор түүхий эд. Харин өөр гаригууд дээр бол элбэг. Харин мод бол ертөнцөд хамгийн ховор гэдэг үнэн үү?

-Алмааз нь нүүрстөрөгчийн атомоос бүрдсэн түүхий эд. Мод бол ертөнцөд ховор. Харин нүүрстөрөгч бол маш элбэг элемент. Дэлхийг сорил ирж мөргөх үед нүүрстөрөгч нягтарч алмааз үүссэн гэж үздэг. Сорилын олон мөргөлдөөнөөс үүдэж асар их алмаазаас бүрэлдсэн гариг ч байх боломжтой. Гэтэл мод шиг комплекс бүтэцтэй зүйл бий болох нь асар ховор үзэгдэл. Нарны аймагт гэхэд мод ургадаг ганц гариг нь дэлхий. Амьдрал үүсэх боломжтой гариг байхын тулд ус шингэн байх ёстой. Одноосоо хэт хол, эсвэл ойр байж болохгүй. Үүнийг goldilock бүс гэдэг. Алмааз амьдралтай холбоогүй болохоор хаана ч үүсч болно. Тиймээс амьдралаас үүсдэг болохоор ертөнцөд мод алмаазаас хамаагүй ховор гэж хэлж болно.

-Орой зай, цаг хугацаа хоорондоо холбоотой. Онолоор гэрлийн хурдаар сансрын нисгэгч цөөн хором аялаад ирлээ гэхэд дэлхий дээр хэдэн жил өнгөрсөн байдаг. Яагаад вэ?

-Альберт Эйнштейн харьцангуйн тусгай онолоо 1905 онд дэвшүүлсэн. Энэ онол хүн төрөлхтний орон зай, цаг хугацааны ойлголтыг орвонгоор нь эргүүлсэн. Энэ онол болабстракт зүйл биш. Технологид хэрэглэгдэж байгаа бодит зүйл. Та бид хоёр бугуйн цагаа яг адилхан таарууллаа гэж бодъё. Би байрандаа үлдээд, чи ямар нэг хурдтайгаа эндээс хөдөллөө. Таны цаг таны хувьд энгийн хурдтай цохино. Гэтэл намайг таны цаг руу харах үед таны цаг миний цагаас удаан цохино. Хурд их байх тусам цаг хугацаа удаан харагдана. Гэрлийн хурд руу дөхөхөд цаг хугацаа бараг явахгүй. Тэгэхээр гэрлийн хурдын 99 хувьд хүртэл хурдлах хөлгөөр биднээс хамгийн ойр зайд байдаг од руу явлаа гэж төсөөлье. Дэлхий дээр үлдсэн хүмүүс нийт найман жил хүлээнэ. Харин пуужинд суугаад яваад ирсэн нисгэгчид дөнгөж оччихоод, буцаад ирсэн мэт л санагдана.

-Амьдралд энэ онол яаж ашиглагдаж байна?

-GPS системд зориулсан дэлхийгээс 20 мянган км-ийн зайд байгаа хиймэл дагуулууд бий. Дэлхийн эргэлттэй яг адилхан дагаад нэг хэмд эргэж байдаг. Энэ технологийг цаг хугацаа удааширдаг гэдгийг тооцоолохгүй ажиллуулбал өдөрт 100 км-ийн алдаа гаргана. Дэлхийгээс хол байгаа хиймэл дагуулаад маш хурдтай яваа. Хурдан явах тусам цаг нь удаан цохино гэсэн үг.

-Манхэттены төслөөр хүн төрөлхтөн цөмийн зэвсэгтэй болсон. Хүн төрөлхтөн атомын бөмбөгийг зохион бүтээсэн, харин хулгана хэзээ ч хавх бүтээхгүй гэдэг. Цөмийн зэвсэг бүтээхэд квант физик яаж ашиглагдсан бэ?

-Харьцангуйн тусгай онолын E=MC² томьёог хүн төрөлхтөн бүгдээрээ мэддэг. Масс бол энерги юм гэсэн томьёо. Цөмийг бүтээж байгаа протон, нейтронууд асар хүчтэй барьцалддаг болохоор энерги нь их гэсэн үг. Нийлүүлсэн үеийнх нь масс, задарсан үеийнх нь масстай тэнцдэггүй. Задарсан үед илүү хөнгөн. Энэ зөрүү масс нь тэр барьцалдуулах энерги юм. Тиймээс цөмийг задлах үед маш их энерги ялгарч, хэлтэрхийнүүд нь сум шиг дэлбэрнэ. Яагаад гэвэл массын зөрүүнээс гэрлийн хурдын квадратаар үржсэнтэй тэнцэх хэмжээний энерги ялгарна. Энгийн үгээр бол ураны задрах процесс нь квант үзэгдэл юм.

-Танай хүрээлэнгийн хувьд ямар судалгааны ажлууд хийж байна вэ?

-Физик, технологийн хүрээлэнд их энергийн физикээс гадна олон талт судалгаа хийж байна. Материал судлал гэдэг бол хамгийн том салбар. Шинэ дэвшилтэт технологийн үндэс нь шинэ материал байдаг. Хүчтэй соронзонгоор газрын ховор элементийг ялгадаг. Хүчтэй соронзон байхгүй бол өнөөдрийн цахилгаан автомашинууд байхгүй шүү дээ. Хүрээлэнгийн үйл ажиллагаанаас онцлох зүйл нь өнгөрсөн онд Европын цөмийн судалгааны төв байгууллага ЦЕРН-ийн LHCb коллаборацитай хамтын ажиллагаа эхлүүлсэн. Шинэ, хүнд материйг судлах судалгааны чиглэлд хамтрагч гишүүнээр элссэн. Энэ нь өндөр энергийн мужид материйг судлах тэргүүн фронтын судалгаа юм. 10 тэрбум ам.долларын анхны хөрөнгө оруулалт, төсөвтэй. 100 орон нэгдсэн төсөл юм. Манай хүрээлэнгээс Б.Баасансүрэн доктор энэ хамтын ажиллагааг Монголд эхлүүлэхэд голлох хувьд нэмэр оруулсан. Түүний докторын зэргээ хамгаалсан АНУ-ын Сиракусын их сургууль нь өөрөө Европын цөмийн судалгааны төвтэй хамтран ажилладаг.

-Энэ судалгааг манай улсын физикчид өөрсдөө хийж байгаа нь ямар ач холбогдолтой вэ?

-Монгол Улс LHCb-д явагдах физикийн судалгааны суурь төхөөрөмжийн детекторыг бүтээх, хөгжүүлэхэд гар бие оролцоно. Энэ чиглэлээр ажилласан оюутан, залуус асар өндөр мэдлэгтэй болно. Детекторыг ажиллуулахад гар бие оролцоно. Нэг детектор нь хэдэн давхар байшин шиг том байгууламж байгаа. Тус байгууламж нь 27 км тойрог урттай, 100 метрийн газрын гүнд хоёр протоныг хоёр чиглэлд өндөр хурдтай гүйлгэж байгаад детекторын дунд мөргөлдүүлдэг. Мөргөлдөөнөөс үүссэн тэсрэлтийн хэлтэрхийнүүдийг (бөөмсийг) детектор бүртгэж авна. Шинэ материйн төлөв, шинэ бөөмсийг нээх зорилготой. Ертөнцийн эхлэлд байсан төлөвүүдийг бий болгож байгаад судална гэсэн үг. Детекторын байгууламж дээр бүх датаг бүртгэх боломжгүй болохоор дэлхий даяар 20 гаруй тооцооллын төвд тараадаг. Нийт цуглуулсан дата нь 500 орчим петабайт болчихсон. Хүн төрөлхтний нийт бичгийн соёлыг текстийг файл болговол 50 петабайт болно гэж үздэг. Ийм их дата цугларч байна. Энэ асар их датаг симулациар судлах, туршилтын үр дүнгээ анализ хийх, өгөгдөлтэй ажиллах, суурь мэдлэгээ бататгах зэрэг маш олон боломж физикийн салбарын оюутан залуус, төгсөгчид, судлаачдад гарч ирж байна.

-Аливаа салбарын хөгжил хөрөнгө оруулалт, төсвөөс шалтгаалах нь гарцаагүй. Танай салбарын хувьд хөрөнгө оруулалт, төсөв хангалттай байна уу?

-Дэлхийд дунджаар улс орнууд шинжлэх ухааны хөгжилдөө ДНБ-ий нэгээс багагүй хувийг зарцуулж байна. БНХАУ гэхэд хоёроос их хувийг зарцуулж байгаа нь 200 орчим тэрбум ам.доллараар их. Монгол Улс шинжлэх ухаандаа 0.16 хувийг зарцуулдаг ч өнгөрсөн жил 0 хувь заасан. Энэ тоо ядаж 0.5 хувь болоход их өөрчлөлт гарна. 0.16 хувь гэдэг нь 30 орчим тэрбум төгрөг. Төрийн албаны жилийн бензиний зардал гэхэд хэдэн жилийн өмнө 50 тэрбум төгрөг гэж сонсож байсан.

Бид шинжлэх ухаанаасаа илүү төрийн бензинд мөнгө зарцуулж амьдардаг. Бензин хэрэглэх нь буруу гээгүй, шинжлэх ухаан нь ийм дор хаягдаж байгаа нь л эмгэнэлтэй. Шинжлэх ухааны салбарт ажиллах нь баян компанийн үйлчлэгчээс ялгаагүй цалин авахаар чинь шинжлэх ухааныг хэн чухалчлах вэ. Урт хугацаандаа, өндөр үр ашиг нь гардаг шинжлэх ухааны салбарт оюуны потенциалтай залуусыг татахыг хүсэж байгаа бол боломж, нөхцөлийг нь сайн бэлдэх хэрэгтэй байна. Урьдчилан хараагүй учраас дэмжихгүй байх сэтгэлгээтэй байж болохгүй.Нэг сонгуулиас нөгөө сонгуулийн хооронд амьдрал үргэлжлээд байж болохгүй. Суурь шинжлэх ухаанаа давтаад л судлаад байх бус шинжлэх ухааны салбараас олсон шинэ ололт амжилтыг нээж, илрүүлж, нэвтрүүлж байж л улс орон хөгжинө. Байгаа технологио л хэрэглээд, дэвшил эрмэлзэхгүй байх нь хуучин автомашиныхаа сэлбэгийг солиод унаад байгаагаас ялгаагүй.

 

Н.Нарванчин

ӨДРИЙН СОНИН