Yangilanayotgan fizika va ortda qolayotgan ta’lim
Prezident Sh.Mirziyoyev o‘z ma’ruzalarida axborot-kommunikatsiya texnologiyalarini rivojlantirish uchun qulay sharoit yaratish va shu orqali mamlakat iqtisodiyotining raqobatdoshligini oshirish muhimligini bir necha bor ta’kidlagan. Iqtisodiyot, konsalting va boshqa yo‘nalishlar masalalarining innovatsion yechimlari uchun yuqori texnologiyalar zarur bo‘ladi.
Ushbu texnologiyalarning rivojlanishida fizika muhim rol o‘ynaydi. “Fizikani qanday o‘qitish kerak?” maqolasida akademiklar R. Sagdeyev, V. Fabrikant, L. Gribov, S. Kapitsa shunday yozadi: “Fizikaning o‘zi fan sifatida kuchli matematik apparatga tayanib, nisbatan kam sonli tajriba prinsiplari asosida har qanday bilim sohasi uchun intilishi kerak bo‘lgan narsani namoyish etadi. Siz mantiqiy ravishda juda ko‘p oqibatlarni chiqarib tashlashingiz va dastlabki ma’lumotlardan yakuniy natijani aniq bashorat qilishingiz mumkin. Fizika kursini izchil o‘rganish, boshqa fanlarda ham juda samarali bo‘lgan fikrlash, intuitsiya, mantiqiy usulni rivojlantiradi”(“Izvestiya”, 1975, 30-sentabr).
Maqolada 45 yil oldin aytilgan masalalar hozirgi kun uchun ham dolzarb. Unda ko‘tarilgan g‘oyalar zamonaviy mutaxassislar tayyorlashda ham muhim ekanligiga e’tiborni qaratmoqchimiz. Maqolada texnika oliy o‘quv yurtlarida fizika kurslari o‘quv soatlarining kamayib ketishi masalasi ko‘tarilgan. Hozirgi vaqtda ham texnika oliy o‘quv yurtlarida fizikaga ajratilgan soatlar miqdorini oshirish masalasini ko‘tarish kerak.
Keyingi vaqtlarda xalqaro integratsiya, yangi yo‘nalishlar va kashfiyotlar fizikani texnika oliy o‘quv yurtlarida o‘qitishni tubdan o‘zgartirish, uni o‘qitishga innovatsion yondashishni talab qilmoqda.
Fizikadagi yangi kashfiyotlar va g‘oyalar innovatsion texnologiyalarning asosiga aylandi va ular texnikaning turli sohalarida keng qo‘llanilmoqda. Misol tariqasida, nanomateriallar (xususan, grafen) kashf qilinishi bilan nanotexnologiya jadal rivojlana boshladi. Grafen (ingl. graphene) – uglerodning ikki o‘lchamli allotrop shaklidir. Bir atom qalinligidagi uglerod atomlari qatlami sp2 bog‘ orqali geksagonal ikki o‘lchamli kristallik panjara hosil qilib birikadi. Uni hajmiy kristaldan ajratib olingan grafitning bitta tekisligi sifatida tasavvur qilish mumkin.
Grafen katta mexanik qattiqlikka (~1TPa), yaxshi issiqlik (~5•103 Vt•m-1•K-1) va elektr o‘tkazuvchanlikka (1.16•10-8 ) ega. Optik jihatidan shaffof. Xona haroratida zaryad tashuvchilar harakatchanligining kattaligi (2•105 sm2•V-1•s-1) uni turli-tuman amaliy maqsadlarda, jumladan nanoelektronika kelajagining asosini belgilovchi va integral mikrosxemalarda kremniyni almashtirishi mumkin bo‘lgan material hamda quyosh batareyalari uchun element sifatida ishlatish imkonini beradi. Shunga qaramasdan grafenning hali o‘rganilmagan juda ko‘p qirralari mavjud. Kelajakda yosh olimlar bu materialning hali kashf qilinmagan xossalarini tadqiq qilish orqali juda ko‘p yangi va olamshumul kashfiyotlar qilishlari tayin.
Bunday yuksak revolyutsion texnologik ish uchun 2010-yili Buyuk Britaniyada faoliyat yuritayotgan rossiyalik olimlar Andrey Geym va Konstantin Novosyolovlar Nobel mukofotiga sazovor bo‘lishdi. Nanomateriallar hozir texnologiyaning ko‘pgina sohalarida va qurilish materiallari ishlab chiqarishda keng qo‘llanilmoqda.
XXI asr nanotexnologiyalarni sanoatda qo‘llash asri deb tan olingan. Shu bilan birga, nanotexnologiyani qo‘llash samaradorligida asosiy rol funksional materiallar va ularga asoslangan mahsulotlar zimmasiga yuklangan. XXI asrda magnit materiallari axborot texnologiyalari, elektron asboblar, ekologik toza, energiya tejamkor texnologiyalar, shuningdek, texnikalarning eng so‘nggi yutuqlarini ta’minlaydi.
Doimiy magnitlarni ishlab chiqarish uchun eng istiqbolli materiallar antiferromagnit to‘ldiruvchiga va polimer matritsaga asoslangan kompozit materiallardir. Yumshoq polimer ichiga magnit to‘ldiruvchi kiritilgan tizimlar yaqinda paydo bo‘ldi. Ular magnitoreologik yoki yumshoq magnit elastomerlar deb nomlangan aqlli materiallarning yangi oilasini shakllantirdi. Bunday materiallar yaqinda Moskva davlat universiteti kristallar va polimerlar kafedrasida kashf qilindi (2020-yil, mart), bunda antiferromagnit modda (Mn O) polimeriga kiritilganda u akkumulyator vazifasini bajardi. Bu ish mualliflari nomzodi Nobel mukofotiga tavsiya etildi.
Hozirgi paytda bir qator yetakchi mamlakatlarda ulkan magnitokalorik effektga asoslangan sovutish moslamalarini yaratish bo‘yicha ishlar olib borilmoqda. Magnitokalorik effekt deb magnitning yoki magnit materialining adiabatik sharoitda magnit maydon tomonidan magnitlanishi yoki magnitsizlantirilishida haroratining o‘zgarishiga aytiladi. Bunday sovutkichning samaradorligi (FIK) 89-90% bo‘ladi. Hozirgi vaqtda ishlatilayotgan kompression sovutkichlarning samaradorligi 5%, absorbsion sovutkichlarniki esa 20%.
To‘qsoninchi yillardan boshlab kondensirlangan holat fizikasining yangi yo‘nalishi faol rivojlanmoqda, bu elektronning yo‘naltirilgan spinini ferromagnitdan magnit bo‘lmagan yarimo‘tkazgichga o‘tkazish imkoniyati bilan bog‘liq. Ushbu ishlarning amaliy yo‘nalishi “spintronika” deb nomlangan bo‘lib, ular informatika uchun bir
elektronli mantiqiy struktura va spin-axborot tizimlarini yaratish uchun muhimdir. Spintronikadan foydalanish uchun asosiy va istiqbolli nomzodlardan biri uy haroratida ferromagnit tizimga ega bo‘lgan suyultirilgan magnit yarimo‘tkazgichlardir.
So‘nggi paytlarda ma’lumotlarni saqlash zichligi yuqori bo‘lgan qurilmalarda muvaffaqiyatli ishlatiladigan o‘ta kichik magnitlarga qiziqish ortib bormoqda. Ularning supermagnetizmi bitta molekula miqyosidagi magnit xususiyatlari bilan bog‘liq.
Texnik mahsulotlarning asosiy qismi (birinchi navbatda, mashinasozlikda) ferromagnit (temir, po‘lat) bo‘lganligi uchun, ularning tarkibini magnit nazorat qilish (magnit-struktura tahlili), mexanik mustahkamligi va plastik xususiyatlarini, metalning uzluksizligi, begona aralashma qo‘shimchalar mavjudligi, shuningdek, temir-beton buyumlar va konstruksiyalarning mustahkamligi va sifati defektlarini aniqlash uchun keng imkoniyatlar mavjud (magnit defektoskopiya).
Magnit suyuqliklardan foydalanish istiqbollidir. Ushbu mahsulot gidravlik texnika elementlarining o‘rnini bosuvchi va tebranadigan energiyani elektr energiyasiga aylantirish, saraton hujayralarini yo‘q qilish uchun xizmat qilishi mumkin (o‘zgaruvchan magnit maydonda isitish orqali). Bundan tashqari, uni oqava suvlarni tozalash uchun sorbent sifatida; uglevodorodlarni neftshlaklaridan ajratishda; avtomobilsozlikda ishlatish mumkin.
Texnikaning rivojlanishi tobora o‘zida magnit, elektr, transport va prinsipial mutlaqo yangi xususiyatlarni birlashtirgan konstruktiv materiallarni talab qilmoqda. Masalan, siyrak yer (SY) boratlari orasida noyob optik, magnit va mexanik xususiyatlarga ega bo‘lgan 4f- va 3d- elementlari bo‘lgan aralashmalar juda jozibalidir. Bularga SY boratlar RM3(BOz)4 kiradi, bu yerda R — SY metall (SYM), M=Fe, Al, Co, Sc, Cr, ushbu oilaning ba’zi a’zolari multiferroiklar sinfiga tegishli. Ularda yangi turdagi o‘zaro ta’sir tufayli bir vaqtda yuz beradigan va katta amaliy ahamiyatga ega bo‘lgan magnitoelektr effektini — ferromagnit va ferroelektrik tartiblanishni kuzatish mumkin. B(r) shuni ko‘rsatadiki, u O –magnit maydonida taxminan 400–500 mkKl / m2 ga teng bo‘ladi. Shunga o‘xshash yangi materiallarni izlash amaliy texnika uchun qiziqarlidir.
Rus olimlari L.V. Nikitin, N.Eyxenvald, S.V. Vonsovskiy tomonidan ishlab chiqilgan magnetostrukturaviy tahlilda ferromagnit materialning asosiy xususiyatlari (magnitlanishning to‘yinganligi, o‘tkazuvchanligi yoki qabul qiluvchanligi, gisterezis nobudgarchiligi va boshqalar) ushbu materialning magnit bo‘lmagan fizik xususiyatlari — mexanik, elektr, optik, faza tarkibi va boshqalar bilan bog‘lanishidan foydalanadi. Ferromagnit materialning sifatini nazorat qilish uchun ishlatilishi mumkin bo‘lgan magnit xususiyatlari — bu koersitiv kuch va magnitlanishning to‘yinganligidir. Koersitiv kuch asosan materialning tarkibiga bog‘liq, magnitlanishning to‘yinganligiga esa qotishma tarkibidagi elementlarning o‘zgarishlari sezilarli darajada ta’sir ko‘rsatadi. Koersitimetrlar issiqlik bilan ishlov berish sifatini, qotishma tarkibini va sementlangan qatlamning chuqurligini nazorat qilish uchun ishlatiladi. Juda kichik o‘lchamlarga ega bo‘lgan Xoll datchiklari o‘lchash qiyin bo‘lgan joylarda yoki magnit maydonni aniq o‘lchash uchun ishlatiladi. Eng muhimi shundan iboratki, tekshirilayotgan qismlarga zarar yetkazmasdan magnit xarakteristikalarini osonlikcha o‘lchash mumkin. Shu sababli, magnit tadqiqot usullari zararsiz sinov usullari uchun keng imkoniyatlar ochadi.
So‘nggi paytlarda magnitostrukturaviy tahlildan zaif magnit materiallardan tayyorlangan mahsulotlar: diamagnetik va paramagnetik qotishmalar, birikmalarni tekshirish va sifatini nazorat qilishda foydalanilmoqda va bunda ularning kuchsiz magnitlanganligini tekshirishdan ham foydalana boshladilar. Magnit defektoskopiya usullarining maqsadi tekshiriladigan ferromagnit moddalarda turli xil begona aralashma va buzilishlarni aniqlashdir, ular ko‘pincha mahsulotlar ichida ko‘zga ko‘rinmas (masalan, kattalashtiruvchi lupa bilan ham) bo‘ladi.
Bunday tadqiqotlar bilan SamDUning umumiy fizika, MDUning kristallofizika va kristallografiya hamda SamDAQIning tabiiy fanlar kafedralari hamkorlikda ishlar olib bormoqda.
Nemis olimlari Xepner va boshqalarning ishlarida (Xиптнер Х., Штрониц Х. “Магнитные и токоверхивые способы испитания материалов” М. 1978 г.) materiallarning nuqsonlarini aniqlash, mahsulotlar va qoplamlarning qalinligini o‘lchash, materiallarning qattiqligi, mustahkamligi va boshqa xususiyatlarini aniqlash uchun magnitli nazorat usullarining umumiy obzori keltirilgan.
Robototexnika yuqori texnologiyali mutaxassislarni tayyorlashda alohida o‘rin
tutadi. E.I. Yurevich o‘zining “Robototexnika asoslari” nomli kitobida (Sankt-Peterburg, 2020) shunday yozadi: “Zamonaviy robototexnika tarkibiga uzunligi o‘n metrdan ortiq kosmik va qurilish manipulyatorlari va yerda, suvda yuradigan va uchadigan millimetr kattalikdagi mikrorobotlar kiradi. Shuning uchun zamonaviy robototexnika — butun tirik dunyo obyektlarining, shu jumladan, odamning ham texnik analoglaridir”. Hozirgi vaqtda ko‘pchilik mamlakatlarda robototexnikadan koronavirusga qarshi foydalanish loyihalari tayyorlanmoqda.
Fizikaning qo‘llanilishiga misollarni yana davom ettirish mumkin. Texnika oliy o‘quv yurtlarida yuqori sifatli, kompetentli va yuqori texnologiyali mutaxassislarni tayyorlash uchun o‘quv dasturiga: magnitostrukturaviy tahlil, magnit defektoskopiya, kvant texnologiyasi, mikromagnetizm, nanotexnologiya, robototexnika asoslari fanlarini kiritish zarur deb hisoblaymiz. Bu esa raqamli iqtisodiyot uchun fizik, texnologik, kvant kompyuter texnologiyalarini egallagan, zamon talabiga javob beradigan mutaxassislar tayyorlash imkonini beradi.
Buning uchun avvalo fizikadan oliy texnika o‘quv yurtlaridagi mavjud kamchiliklarni hal etish kerak. Fizikadan dars soatlari kamayib ketgan, buni tuzatish lozim.
Asosiy sabablar oliy o‘quv yurtlari uchun zamonaviy darsliklar, o‘quv qo‘llanmalarning yo‘qligi; darslarning sobiq SSSR davrida bosilib chiqqan darsliklar bo‘yicha o‘tilishi, laboratoriya uskunalarining eskirib ketganligi; fizikadan o‘tilayotgan darslarning yangi kashfiyotlar va texnologiyalar bilan ta’minlanmaganligi.
Mavjud muammolarni hal etish uchun takliflar:
1. Fizika fanini bo‘lajak mutaxassislik faoliyati bilan bog‘lab o‘qitish.
2. Fizika bo‘yicha keyingi qilingan kashfiyotlar va texnologiyalarni aks ettirgan darsliklar va o‘quv qo‘llanmalar yaratish.
3. Mutaxassislikning turiga qarab tanlov fanlarni o‘qitish.
4. Mustaqil ishlash ko‘nikmasini va malakasini shakllantirish, ayniqsa, modul-kredit tizimiga o‘tilganda asosiy e’tibor talabaning mustaqil ishiga qaratiladi.
5. Fizikani mutaxassislik fanlari bilan integratsiyalashgan ravishda o‘qitish.
6. Ba’zi mutaxassisliklar uchun tizimli yondashuv va sinergetika asoslarini DTSga kiritish.
7. Modul reyting tizimini qayta qarab chiqish va uni zamonaviylashtirish.
8. Bitiruvchilarning kompetentliligini Benjamin Blum taksonomiyasi asosida baholash.
9. Magistratura tizimini takomillashtirish, undagi ijtimoiy-gumanitar blokka kiruvchi fanlarni olib tashlash.
10. Yuqori texnologiya talab qilinadigan barcha mutaxassisliklarga mexanotronika(mexanotronika–mexanika,elektronika va kompyuter texnologiyasining sinergetik integratsiyasi) va robototexnika fanlarini kiritish.
11. Texnologiya bilan ishlaydigan mutaxassislar tayyorlash Davlat Ta’lim Standartini(DTS)ni yaratish zarur.
Biz keltirgan takliflar zamonaviy texnologiya bilan qurollangan, raqamli iqtisodiyot talablariga mos keladigan mutaxassislar tayyorlashda muhim rol o‘ynaydi.
Obloqul QUVONDIQOV, Samarqand davlat universiteti professori, f-m.f.d.
O‘ktam O‘SAROV, Samarqand davlat arxitektura-qurilish instituti professori, f-m.f.n.