19-р зууны үед ойролцоогоор 100-гаад төрлийн атом байдаг нь тодорхой болсон ба эдгээрийг ангилах асуудал хурцаар тавигдсан. 1869 онд Менделеев атомуудын шинж үелэн давтагддаг болохыг нээсэн нь атомыг түүнээс илүү энгийн жижиг хэсгээс тогтдог болохыг харуулсан.
Ингээд атомын бүтцийн талаар 2 онол гарсны нэг Томсоны атом үзэмтэй дугуй талхтай төсөөтэй буюу талх нь нэмэх, үзэм нь хасах цэнэгтэй гэж үзсэн. Электроны массыг хэмжих туршилтаар электрон устөрөгчийн атомаас хэд дахин хөнгөн болохыг тодорхойлсон үр дүн нь дэлхий нарнаас хэд дахин хөнгөн болохтой адилхан гарсан нь атомыг гаригийн бүтэцтэй адилхан гэж төсөөлөхөд хүргэсэн.
Резерфордын хийсэн туршилт нь сүүлийн таамаглалыг үнэн болохыг баталсан ч атомын ихэнх хэсэг хоосон зай болохыг илрүүлснээр гайхшралд оруулсан. Өөрөөр атомын өчүүхэн бага хэсгийг цөм эзлэх ба тодорхой тойргоор электронууд тойрон эргэлдэж, эдгээрийн хооронд асар их хоосон зай байгааг илрүүлсэн болно.
Ингээд бараг 100-гаад жилийн хугацаанд электрон, протон, нейтрон, электроны эсрэг бөөм болох позитрон гэсэн бодисыг бүрдүүлэгч 4 бөөм, харилцан үйлчлэлийг зөөгч фотон, мезон гээд нийтдээ 6 бөөмийг илрүүлсэн болно. Мөн 7 дахь бөөм буюу бяцхан нейтрино байж болох таамаглал л байв.
Дэлхийн 2-р дайны дараа бөөмийн хурдасгуурыг хийсэн нь маш өндөр хурдтай болгож хурдасгасан бөөмөөр цөмийг бут цохиж түүний хэлтэрхийг цуглуулах санаа төрсөн. Энэ нь санаанд багтамгүй үр дүнд хүргэж ердөө хэдхэн жилийн дотор хэдэн зуун бөөмийг нээсэн болно.
Хамгийн гайхалтай нь эдгээр бөөмс атом ба цөмийг бүрдүүлдэггүй болох нь гайхшрал төрүүлж байв. Өөрөөр эдгээр бөөмс цөмийг хурдан бөөмөөр бөмбөгдөхөд явагдах цөмийн урвалаас шинээр төрж байв. Гол санаа нь бөөмийг хурдасгах үед түүний масс ихэснэ. Бөөм тайвны масстай байх бөгөөд хурдасгасан үед олж авах кинетик энергитэй холбоотой үүсэх масс нэмэгдсэнээр хурдасгасан бөөмийн масс ихэснэ.
Ингээд хурдасгасан бөөмийг тайван байгаа цөмтэй мөргөлдүүлэхэд хурдасгасан бөөм ба тайван байх бөөмийн массын зөрүүнээс үүдэлтэй энергийн нөлөөгөөр шинэ бөөмс төрдөг байна. Бөөмийг хэчнээн хурдасгаж чадах буюу хэдийчинээ өндөр үзүүлэлттэй хурдасгуур ашиглаж байна төдийчинээ шинэ бөөм нээх магадлал өндөртэй болох нь эндээс харагдаж байна.
Ерөөсөө 2 бөөмийн дундаас тэдгээрийн энергийн зөрүү болгонд янз бүрийн шинэ бөөм үүсээд байх юм бол ер нь хэчнээн ч бөөм байхыг тогтоох аргагүй шахам байдалд орууллаа.
Гэтэл атомыг зөвхөн электрон, протон, нейтрон гэсэн 3хан бөөмөөр бүтээж болох ба эдгээр бөөмийг хооронд нь барьцалдуулахад фотон, мезон (атомын цөм нь протон, нейтрон тэдгээрийг холбогч мезон, атом, молекулыг электрон, цөм тэдгээрийг холбогч фотон) нийтдээ 5хан бөөмөөр л бодисыг бүтээж болж байна.
Гэтэл энэ шинээр нээгдээд байгаа олон бөөмс ер нь байгальд ямар хэрэгтэй болох тухай асуудал гарч ирсэн. Бодисыг бүтээхэд оролцдоггүй мөртлөө байгаад байдаг. Юунд чухам хэрэгтэй гэж. Мөн бөөмсийн тоо гэнэт олширсон нь тэдгээрийг ангилж болох асуудал шинээр гарч ирсэн.
Эхлээд эдгээр бөөмсөөс илүү энгийн эгэл хэсгийг нь ялгах оролдлого хийсэн боловч ямар ч амжилтад хүрээгүйгээр барахгүй эдгээр бүх бөөмс бүгд эрх тэгш, эгэл хэсэг болох нь тогтоогдсон бөгөөд эдгээр дундаас аль нэгийг нь илүү энгийн гэж үзэх үндэслэл олдсонгүй.
Энэ үед нэгэн сонирхолтой нээлт нээгдсэн нь эгэл бөөм гэж үзэж байсан протон нь өөр эгэл хэсгүүдэд хуваагддаг болохыг нээсэн явдал байлаа.
Энд протон дангаараа байх үедээ мезоныг цацруулж, эргүүлж шингээж авч байдаг нь тогтоогдсон. Өөрөөр хэлбэл протон нэмэх цэнэгтэй мезоныг цацруулж нейтрон болж хувираад, дахин хасах цэнэгтэй мезон цацруулаад протон болж хувирдаг ба энэ процесс тасралтгүйгээр явагддаг болох нь тогтоогдсон. Протон амьд юм шиг лугшдаг буюу анивчдаг бүтэцтэй байх нь.
Түүнчлэн мезон ч өөрөө нуклон, эсрэг нуклон болж хувирч байв. Нуклон дотор ч мезон байдаг, мезон дотор ч нуклон байж таардаг болов.
Удалгүй бүх бөөмс анивчдаг бүтэцтэй, дотроо төрөл бүрийн хүнд хөнгөн бөөмийг агуулж байдаг нь тодорхой болов. Эгэл бөөм болгон дотроо эгэл бөөмийг агуулна.
Бидний эгэл бөөм гэж үзэж байсан бөөм болгон дотроо тэр ч байтугай өөрөөсөө хүнд эгэл бөөмийг агуулдаг болох нь тогтоогдсон нь бүх зүйлийн эмх замбарааг алдагдуулсан хачирхалтай нээлт боллоо.
Ингээд протон доторхыг харахыг оролдов.
Хүний нүд 50 микрон хэмжээтэй зүйлийг ялгаж харж чаддаг. Үүнээс бага зүйлийг микроскопын тусламжтайгаар харна. Үүний тусламжтайгаар 0,01 микрон хэмжээтэй зүйлийг харж чадна.
Микроскопын ажиллах зарчим нь юмс өөр дээрээ тусаж байгаа гэрлийн долгионыг шингээж, эсвэл ойлгох ба энэ өөрчлөлтийг бид нүдээрээ мэдэрдэг. Гэтэл гэрэл нь долгионлог шинжтэй бөгөөд өөрийнхөө урттай тэнцүү хэмжээний саадыг тойрдог. Үүнээс шалтгаалж 0,01 микроноос бага хэмжээтэй саадыг гэрлийн долгион тойрчихдог тул үүнээс бага зүйлийг гэрлийн долгион ашиглан харах боломжгүй юм.
Үүнээс бага зүйлийг харахад гэрлийн долгионы оронд электроныг ашигладаг. Ийм багажийг электрон микроскоп гэнэ. Электрон ч гэсэн долгионлог шинжтэй тул жижиг зүйлийг тойрдог. Гэхдээ үүний тусламжтайгаар микроныг 10000 хуваасны нэгтэй тэнцэх хэмжээстэй зүйлийн зургийг авч чадна.
Мөн электрон хөдлөхдөө бага зэрэг салганан чичирч байдаг тул түүний явсан мөр бүдгэрдэг. Үүний улмаас дүрсийг тод болгохын тулд хурдан электроныг ашигладаг бөгөөд тэдний хөдөлгөөний эрч нь электроны долгионы чичрэлтийг тооцохооргүй их байна.
Ингээд электрон микроскопын тусламжтайгаар атомын цөм түүний бүрдүүлэгч хэсгүүд болох протон, нейтроныг нэвт гэрэлтүүлэн харах боломжтой болов.
Хурдан электроноор нэвт гэрэлтүүлэгдсэн протон нь маш жижиг хэсгүүдээс тогтдог болох тогтоогдсон ба энэ жижиг хэсгүүдийг партон гэж нэрлэсэн. Энэ партон нь онолын хувьд таамаглаж байсан кварк болох нь өнөөдөр тодорхой болжээ.
Протон нь бүтэцтэй болохыг түүнийг хурдан электроноор нэвт гэрэлтүүлэн харж, партонуудаас тогтдог гэдгийг нээхээс өмнө онолын хувьд тооцоолж гаргажээ. Ингэхдээ бөөмсийг ангилах талаар ажиллаж байсан математик аппаратыг ашигласан юм. Өөрөөр хэлбэл бөөмсийн тоо олшрох тусам тэднийг ангилах асуудал хүндээр тавигдаж ирсэн.
Шинээр нээгдэж буй бөөмс нь бусдаасаа ямар ч ялгаагүй байсан тулд хамгийн түрүүнд юуг үндэслэн ангилах вэ гэдэг дээр ирээд л гацчихсан байна. Гэтэл нэг ижилхэн бүлгийн элементүүдийг тэднээс арай цөөн өөр бүлгийн элементүүдээр угсарч болохыг математикийн хувьд тооцоолж олсон, энэ тухай математикийн бүхэл бүтэн онол байдаг. Энэ онолыг дөнгөж хорьхон насалсан Францын математикч Галауа өөрийнхөө амиа алдсан халз тулааныг хийсэн өдрийнхөө өмнөх өдрөө бичсэн гэдэг. Дараа өдөр нь харамсалтайгаар хорвоог орхижээ.
Ингээд одоо нээгдээд байгаа бүх бөөмсийг ердөө өөр 3 бөөмсөөс угсарч болохыг онолын хувьд харуулсан ба энэ 3 бөөмсийг яагаад ч юм Жойсын Фейннеган маягаар дурсахуй зохиолын гол дүр зүүдэндээ “Ноён Маркад зориулсан гурван кварк” хэмээн учир утгагүй хашхирсан үгнээс сэдэвлэн кварк хэмээн нэрлэжээ.
Санамсаргүй байдлаар нээсэн энэ онолдоо тухайн онолыг нээсэн онолчид ч гэсэн тоглоом шоглоомоор хандаж кварк гэж нэрлэсэн ч энэ нь маш олон туршлагын дүнг тайлбарлаж болж байгааг анзаарчээ. Одоо үнэхээр кваркан бүтцийн талаар нэгэнт эргэлзэх зүйлгүй болсон байна.
Нуклон, пи мезоныг угсрахад 2хон кварк хэрэгтэй байсан бол, сонирхолтой хачин гэж нэрлэгддэг бөөмсийг нээгдэхэд 3 дахь кварк, үзэсгэлэнтэй болон дур булаам гэж нэрлэгддэг бөөмсийг нээгдэхэд 4 ба 5 дахь кварк хэрэгтэй болжээ.
Харин саяхнаас 6 дахь кварк хэрэгтэй болохыг нээсэн байна. Гэтэл өнгө гэдэг шинэ ойлголт орж ирсэн. Кварк бүр хоорондоо ялгаатай 3 өнгөтэй гэсэн өнгөний тухай шинэ онол гарсан байна. Ингэсээр анх 3 байгаад дараа нь 6 болсон кварк маань шууд 18 болж 3 дахин ихэсдэг байна.
Үүнээс гадна кваркаар угсарч болдоггүй бөөмсийн нэг бүлэг байдаг бөгөөд түүнийг лептон гэдэг. Энэ ангилалд электрон, мю мезон, тау мезон, 3 нейтрино бүхий 6 бөөмс, тэдний эсрэг бөөмс гээд нийт 12 бөөмс орно. Үүнийг кварктай адилхан зэрэглэлд үзвэл нийт 18 кварк дээр 12 лептоныг нэмээд энэ эгэл бөөмс маань 30-аад гишүүнтэй боллоо.
Гэтэл харилцан үйлчлэлийг судлах явцад өөр шинэ онолууд гарч ирлээ. Байгал дээр гравитацын, цахилгаан соронзон, сул ба хүчтэй харилцан үйлчлэл гэсэн 4 төрлийн харилцан үйлчлэл байдаг. Эдгээр харилцан үйлчлэл нь тухайн харилцан үйлчлэлийг зөөгч бөөмсөөр дамжигдан явагддаг болохыг тогтоов.
Ингэснээр гравитацын харилцан үйлчлэлийг гравитон, цахилгаан соронзон харилцан үйлчлэлийг фотон, сул харилцан үйлчлэл нь бозон, хүчтэй харилцан үйлчлэл нь глюон гэж нэрлэгддэг бөөмсөөр дамжин явагддаг болохыг тогтоожээ. Гэтэл удалгүй цахилгаан соронзон ба сул харилцан үйлчлэл нь нэг төрлийн харилцан үйлчлэл болохыг харуулжээ. Энэ нь цааш хөгжин цахилгаан сул харилцан үйлчлэлийг хүчтэй харилцан үйлчлэлтэй нэгтгэх, энэ нэгдсэн харилцан үйлчлэлийг гравитацын харилцан үйлчлэлтэй нэгтгэх их нэгдлийн онол гарах үндэслэлийг тавьжээ.
Ингээд адронууд нь кварк ба антикваркаас тогтох ба кваркууд нь хоорондоо глюоноор холбогдсон байна. Эдгээр дээр электроныг нэмэхэд бүх атомуудыг, позитроныг нэмэхэд эсрэг атомуудыг угсарч болох ба эдгээрийг холбоход фотоныг ашиглана. Атомуудыг том макро биетэд барьцалдуулахын тул таталцлын буюу гравитацын харилцан үйлчлэлийг зөөгч гравитон нэмэгдэнэ. Ингээд бодисыг бүрдүүлэхэд 4 харилцан үйлчлэлийг зөөгч 3 нийт 7 бөөм хэрэгтэй.
Үүн дээр тау ба мю мезон, 3 төрлийн нейтрино болох 5 бөөм тэдний эсрэг бөөмсийг тооцвол нийт 10 лептоныг нэмж тооцох шаардлагатай. Лептонуудыг ашиглан бөөмсийн задралыг тайлбарладаг.
Ингээд нийт 17 бөөмс болж байна. Сүүлийн үед электрон ба нейтрино нь нэг бөөм болохыг баталсан учраас лептоны тоо багасах тул электроноос гаднах лептоны тоо тау ба мю мезон гээд 2 бөөмс тэдний эсрэг бөөмс бүхий 4 болж өөрчлөгдөнө. Ингэж тооцвол нийт бөөмсийн тоо 7+4=11 болж өөрчлөгдөнө. Сүүлийн жилүүдэд глюонтой төсөөтэй хиггсон хэмээх шинэ бөөмсийн талаар ярих болсон тул энэ тоог 12 гэж тооцож болно.
Хүчтэй ба цахилгаан сул харилцан үйлчлэлийг нэгтгэвэл атом нь кварк, антикварк, тэдгээрийг хооронд нь холбогч глюоноос тогтох ба атомыг макро биеттэй холбогч гравитон гэсэн 4 бөөмсөөс тогтно гэж үзэж болно. Харин бүх хүчнийг нэгтгэвэл кварк, антикварк, тэдгээрийг холбогч 3 бөөмсөөс бүх юм тогтно гэж үзэж болно.
Гэтэл өмнө дурдсанчлан кварк нь дотроо 6, тус бүр нь 3 өнгөтэй, антикварк мөн 6 байх ба тэд ч мөн тус бүр нь 3 өнгөтэй, мөн тэдгээрийг хооронд нь барьцалдуулагч глюон нь өнгийг дамжуулдаг гэж үзвэл 3 өнгөний нийт хослол бол 8 өнгөтэй гээд 44 гишүүнтэй болж байна. Хамгийн энгийн гээд байсан кварк-глюоны хослол л гэхэд 44 гишүүнтэй байдаг байна шүү. Ингээд ирэхээр юун кварк энгийн байх вэ дээ гэхдээ Галауагийн онолоор эдгээрийг ердөө 3 өөр бөөмөөр угсарч болохыг харуулсан ба эдгээрийг одоо преон гэж нэрлээд байна.
Одоо ингээд эхлээд эгэл бөөмс гэж байсан. Дараа нь кварк, одоо преон гээд гараад ирлээ энэ бүхэн цаашаа эцэс төгсгөлгүй үргэлжлэх үү гэдэг асуулт гарч байна. Тэгвэл одоохондоо энэ бүхэн орон зайн хэмжээсээр л хязгаарлагдаж байна. Эгэл бөөмс нь 10-ийн хасах 13 зэрэгт хэмжээстэй орчинд л эгэл байсан бол үүнээс бага орон зайд бүтэцтэй болох нь тогтоогддог.
Ойрын үед хэмжих багажуудын нарийвчлалыг 10-ийн хасах 25 зэрэгт хүртэл багасгаж болно. Туршилтын багажийн нарийвчлалын хэмжээс багасах тусам илүү нарийн бүтэц шинээр гарч ирж байсан. Гэтэл энэ нарийвчлал нь 10-ийн хасах 33 зэрэгт хүртэл л багасах боломжтой гэж үздэг. Ийм бага зай дахь харилцан үйлчлэл асар хүчтэй болж орчлон ертөнцийг өчүүхэн хөөс болтол хумьж чадахаар хэмжээнд хүрнэ. Иймээс энэ зайг геометрийн квант гэнэ. Харин одоо мэдэгдэж байгаа огторгуйн хамгийн том зай бол орчлон ертөнц өөрөө бөгөөд түүний хэмжээ нь 10-ийн нэмэх 23 зэрэгт хэмжээсээр хэмжигдэнэ.
Тэгвэл одоо байгаа орчлон ертөнцөөс цааш юуг байгааг одоогоор хэлэх ямар ч боломжгүй.
Хэрэв орчлон ертөнц муруйлттай бөгөөд битүү байвал эргээд нэг цэгт төвлөрөх болно. Энэ нь бид сансар уруу хэчнээн холыг харж чадна бичил ертөнцийн доторхыг сансраас ч харж болно гэдгийг харуулдаг. Өөрөөр бид орчлон ертөнцийн цаад хязгаарыг харж чадвал бидний эхлэлийг харж болно гэдэг санааг төрүүлжээ. Тэлж буй орчлон ертөнцийн талаарх Фридманы онол үүнээс анх санаа авчээ.
Орчлон ертөнцийн муруйлт нь түүний массаас шууд хамаарна. Масс ихсэх тусам таталцлын хүч улам ихэснэ. Энэ таталцлын улмаас хэт их масстай биетүүд шахагдаж хавчийж эхлэх ба нарнаас хэд дахин том масстай биет нэг шахалтад орохоороо энэ зогсолтгүй үргэлжилдэг болохыг харьцангуйн ерөнхий онол харуулдаг. Үүнийг гравитацын сүйрэл гэж нэрлэдэг бөгөөд ингэж шахагдсан бие геометрийн квант болтлоо шахагддаг байна.
Ерөнхийдөө атом молекулын электронуудын түлхэлцлийн улмаас биетүүд шахагдчихгүй тогтвортой байдаг. Гэхдээ шахалтын хүч буюу гравитацын хүч нь массаас шууд хамаардаг учраас хэт их масстай биеийн хувьд электронуудын хоорондох түлхэлцлийн хүч нь шахалтын энэ хүчийг тэсэж чадахгүйгээс болж гравитацын сүйрэлд хүргэдэг. Ийм сүйрэл байж болохыг онолын хувьд урьдчилан харж түүнийг хар нүх гэж нэрлэжээ.
Фридманыг нас барснаас 4 жилийн дараа тэлж буй орчлон ертөнцийн онол үнэн болохыг Хабл туршлагаар харуулжээ. Ингээд жижиг орон зай нь өөрөөсөө жижиг зүйлийг агуулдаггүй болох нь бодисын дотоод уруу чиглэсэн судалгаагаар ч сансар уруу хийсэн судалгаагаар ч тодорхой болов. Бидний асар жижигхэн гэж үздэг байгаа зүйлүүдэд агуу том биетүүд, асар их энерги байж болохыг эдгээр нь харуулдаг.
Орон зайн маш бага муж дахь хумигдалт нь энергийн асар их бөөгнөрлийг үүсгэж эцэстээ тэсрэлтээр төгсдөг. Тэгвэл бидний байгаа орчлон ертөнц иймэрхүү нэгэн тэсрэлтээр үүссэн гэсэн санаанаас биг бан буюу их тэсрэлтийн онол гарчээ. Орчлон ертөнцийн хурдыг хэмжих замаар их тэсрэлт хэзээ болохыг тогтоохыг оролдсон туршилтууд хийгдсэн байдаг.
Нэгэнт шахалтад орсон маш их масстай биетийн хажууд цаг хугацаа удааширч бараг зогссон мэт болдгийг харьцангуйн онол харуулдаг. Хэрэв сансрын аялагч маш их масстай таталцлын оронд хэсэгхэн зуур саатаад эргэн дэлхий дээрээ ирэхэд хэдэн зуун жил өнгөрсөн байх магадлалтай. Үүнийг ихрийн парадокс ч гэдэг.
Маш их масстай биет таталцлын хүчний улмаас шахагдаж эхлэх ба нэгэнт шахагдаж эхэлсэн биет нь маш хүчтэй таталцлын оронг үүсгэж эргэн тойронд байгаа бүгдийг сорон авдаг байна.
Үүнээс гадна нэгэнт шахагдаж орон зайн хувьд маш өчүүхэн болсон биетийн дотор ямар байхыг таамаглан хэлэх боломжгүй. Үүнийг гаднаас нь харахад нэгэн бичил бөөмийн хэмжээстэй харагдаж болох ч дотор нь маш томоохон сансрын биетүүдийг ч агуулсан байх боломжтой. Ийм бөөмийг фридман гэдэг бөгөөд одоогоор ийм бөөмийг бас л нээгээгүй л байна.
Эндээс манай орчлон ертөнц ч гэсэн нэг фридман байж болохыг үгүйсгэхгүй бөгөөд энэ номын нэр болох электрон доторх ертөнц гэдэг нь ч энэ санаатай холбоотой.
Манай орчлон ертөнц тэлж байгаа Хабл туршлагаар харуулсан ба тэлж буй орчлон ертөнц массаасаа хамаараад эргэн битүүрч болохыг Фридманы тэлж буй орчлон ертөнцийн загваруудад харуулдаг. Ингээд манай орчлон ертөнц эцэстээ хумигдах эсэхийг орчлон ертөнцийн массыг хэмжих замаар тогтоохыг оролдсон бөгөөд одоогоор тогтоосон масс нь эргэж битүүрэхэд шаардлагатай массаас даруй 10 дахин бага байгааг харуулдаг. Гэвч энд орчлон ертөнц дэх бүх биетийг нэмж массыг зөв тогтоосон эсэх нь эргэлзээтэй.
Хэрэв бид ямар нэгэн шахагдаж буй орон зай доторх фридман гэж үзвэл бидний хар нүх гэж нэрлэдэг зүйл маань бусад орчлон ертөнцүүдтэй харьцах үүд хаалга болж өгнө. Тэгэхээр бид хар нүхээр дамжин өөр орчлон ертөнц рүү нэвтрэх боломжтой байх нь. Хар нүх ерөөсөө л хаалга л юм байна.
Бага орон зай судлагдаагүй байгаа боловч протоны массаас хэдэн зуу дахин бага зайд байгалийн хуулиуд хүчин төгөлдөр болохыг харуулж чадсан. Гэхдээ л геометрийн квант хүртэлх орон зайн бичил мужид ч гэсэн байгалийн хуулиуд хүчин төгөлдөр үйлчилсээр байх уу гэдгийг хэлэхэд эрт байна.
Мөн түүнчлэн атомын бүтцийг судлахад ч, орчлон ертөнцийг судлахад ч хоосон орон зай болох вакуум гэсэн ойлголт гарч ирдэг. Орчин үед вакуумыг оргүй хоосон зүйл биш болохыг харуулсан. Энд бөөмс үүсэж, эргэж маш түргэн алга болох замаар флуктуац байнга явагддаг. Энэ үзэгдлийг хиггсон гэдэг бөөмөөр тайлбарладаг.
