Tabiatda to’lqin holisalari nihoyatda turli-tuman. Hatto suvda ham ko’p xil to’lqinlar mavjud. To’lqinlar zarralar singari paydo bo’lishi to’qnashishi, sochilishi mumkin. Balki zarralar ham to’lqinlar bo’lib, faqat suvdagi emas, balki ko’zga ko’rinmas muhitdagi to’l-qinlardir?

Fizika tarixida bunga o’xshash fikrlar odamlar xayolida ko’p marta paydo bo’lgan. XVII asrda yorug’lik zarralar oqimi deb hisoblovchi korpuskulyar nazariya tarafdorlari va yorug’likni ko’zga ko’rinmas efirdagi to’lqinlar deb hisoblovchi to’lqin nazariyasi tarafdorlari orasida ayniqsa juda qizg’in munozaralar avj olgan edi. Kim haq chiqdi? Hech kim, yoki to’g’rirog’i, ikkala taraf ham.

Haqiqatan, yorug’lik - muayyan miqdordagi energiya va impulsga ega bo’lgan zarralar - kvantlar yoki fotonlar oqimi. Boshqa tomondan, yorug’lik bu - energiya va impulsga ega bo’lgan hamda fazoda yorug’lik tezligi bilan tarqalayotgan elektromagnit maydon to’lqinlaridir (Elektromagnit to’lqinlar).

Bu ikki turli xil tushunchani ya’ni to’lqin va zarra tushunchalarinn birlashtirish uchun Nyuton mexanikasini kayta ko’rib chiqishga to’g’ri keldi.

Kvant mexanikada har qanday zarraga to’lqin mos keladi. Zarralar ko’p bo’lgan holda-chi? Kvant mexanika nuqtai nazaridan har bir zarraga o’z maydonini mos keltirish mumkin bo’lar edi. Aytaylik, tezlatgichdan chiqayotgan dastadagi har bir elektronga o’z maydoni mos keladi, deb printsipial hisoblash mumkin bo’lar edi. Ammo, tajriba bir xil zarralarning tomonlama farqlanmasligi haqida guvohlik beradi. Albatta, elektronlar energiyasi va impulsi har xil bo’lishi mumkin. Lekin parametrlari bir xil bo’lgan elektronlar bir xildir.

Shunday qilib, agar bir muhitdagi to’lqinlar kabi barcha zarralar bir xil bo’lsa, u holda bu muhit, ya’ni maydon eng asosiy tushuncha bo’ladi, demakdir. Shu ma’noda efir nazariyasi tarafdorlari haqiqatga yaqin bo’lib chiqdi.

Maydon degani nima? Matematika nuqtai nazaridan maydon bu- koordinatalar va t vaqtning ixtiyoriy funktsiyami yoki funktsiyalari to’plamidir. Masalan, foton koordinatalar va vaqtga garmonik, ya’ni sinusodal bog’liq bo’lgan elektr maydoni va magnit maydoni bilan tavsiflanadi. Fotonning elektromagnit maydoni fazoviy koordinatalar va vaqtning muayyan kombinatsiyasining (yoki )= garmonik funktsiyasi bo’lishi juda muhimdir. Bu esa foton-elektromagnit to’lqin maydonining fazoda tezlik bilan tarqaluvchi va 2l ga bo’lingan to’lqin uzunlik bilan xarakterlanuvchi kvanti demakdir. Bu yerdagi to’lqin vektor deb ataladi, p esa to’lqin tarqalishi tomoniga yo’nalgan birlik vektordir. Fotonning impulsi uning eiyergiyasn esa e=ℏω.

Fizikada o’zgaruvchan maydonlardan boshqa statik elektr va magnit maydonlari deb ataluvchi o’zgarmas maydonlar muhim rol o’ynaydi. Bularga yerning magnit maydoni, momaqaldiroq bulutidagi elektr maydoni va hokazolar misol bo’ladi.

Bularning barchasi elektromagnit maydon namoyon bo’lishining turli shakllaridir.

To’lqin vektor eletromagnit to’lqin tarqalishi tomoniga yo’nalgan.

Pozitron va elektronning foton hosil bo’ladigan annigilyatsiyasi.

Tabiatda boshqa maydonlar ham ma’lum. Nyuton zamonidan boshlab moddiy jismlar vujudga keltiradigan gravitatsion maydonni bilamiz. Gravitatsion maydon jismning energiyasiga proportsional. Tinch turgan yoki sekin harakatlanayotgan jismlar uchun energiya massa bilan yorug’lik tezligi kvadratining ko’paytmasiga teng: E=tc², binobarin, gravitatsion maydon massaga proportsional, (Tortishish). Umumiy nisbiylik nazariyasiga muvofiq, Gravitatsion maydon vaqtga bog’liq bo’lishi va yorug’lik tezligi bilan tarqalishi mumkin.

Gravitatsion to’lqinlar hozircha tajribada aniqlangani yo’q, chunki ular modda bilan juda zaif o’zaro ta’sirlashadi. Ularni qidirishga doir ishlar jahonning ko’p laboratoriyalarida olib borilmokda.

Elektronlarga ham elektron - pozitron maydon deb ataluvchi maydon mos keladi. Bu yerda yangi-antizarra tushunchasi paydo bo’ladi (Antimodda). Birgina maydonning o’zi ham zarralarii (elektronlarni), ham antizarralarni (pozitronlarni) tavsiflaydi. Zarralar va antizarralar annigilyatsiya protsessida boshqa zarralarga, masalan, fotonlarga aylanadi. Teskari protsessning bo’lishi - elektromagnit maydondan elektron-pozitron juftlar tug’ilishi ham mumkin. Barcha bunday protsesslarii kvant elektrodinamika tavsiflaydi. Kvant elektrodinamikada elektron - pozitron maydon elektromagnit maydoni bilan shunday bog’langanki, bunda energiya va impuls u yoqqa ham, bu yoqqa ham oqib o’ta oladi. Bu - juftlarning paydo bo’lishi va annigilyatsiyasiga mos keladi.