*ओळख क्वांटम मेकॅनिक्स ची* (भाग ४)
ब्लॅक बॉडी रेडीएशन -
ब्लॅक बॉडी या नावातच सर्व येतं की ज्याचा शब्दशः अर्थ जो होतो तोच त्याचा अर्थ आहे.फक्त फरक इतकाच आहे की नाव जरी ब्लॅक असलं तरी हा पदार्थ किंवा बॉडी ही प्रत्येक वेळी ब्लॅकच असेल असं नाही. ब्लॅक बॉडी म्हटलं गेलं आहे त्याचं कारणच असं आहे की ज्याप्रमाणे ब्लॅक म्हणजे काळा पदार्थ उष्णता शोषून घेतो त्याप्रमाणे ही ब्लॅक बॉडी उष्णता, उर्जा शोषून घेते. त्यामुळे कल्पना करताना प्रत्येक वेळी समोर एखादा काळा पदार्थच आणला पाहिजे असं नाही. ब्लॅक बॉडी चे उत्तम उदाहरण म्हणजे आपला सूर्य.
संपूर्णतः (perfectly) ब्लॅक बॉडी या नावाची एक संकल्पना आहे. perfectly ब्लॅक बॉडी किंवा संपूर्णतः कृष्ण असा पदार्थ म्हणजे असा पदार्थ जो त्याच्यावर पडणारी कोणत्याही तरंगलांबीची सर्व उत्सर्जने/ उत्सर्जित झालेली उर्जा शोषून घेतो. वैज्ञानिक भाषेत सांगितलं जातं की ब्लॅक बॉडी चा शोषण गुणांक/स्थिरांक(coefficient of absorbtion) हा १ आहे, तर त्याचा परवार्तनांक (coefficient of reflection) आणि उत्सर्जनांक (coefficient of transmission) हे शून्य आहेत. या वाक्यावरून अर्थ लगेच लक्षात येतो की ह्या परफेक्टली ब्लॅक बॉडी ही येणारी उर्जा फक्त शोषून घेते पण बाहेर काहीही उत्सर्जित करत नाही किंवा परावर्तित करत नाही. जेव्हा आपण वास्तविक दृष्ट्या बघतो तेव्हा मिळणाऱ्या ब्लॅक बॉडी ह्या अशा प्रकारच्या नसतात, म्हणूनच संपूर्णतः (perfectly) ब्लॅक बॉडी ही आयडियल प्रकारात मोडते म्हणजेच हा प्रकार फक्त गृहीतक म्हणून ठीक आहे परंतु वास्तवात असा कृष्ण पदार्थ अस्तित्वात असू शकत नाही.
परंतु आपण जेव्हा एक सामान्य ब्लॅक बॉडी घेतो तेव्हा ती एक अशी ब्लॅक बॉडी असते जी त्यावर पडणाऱ्या सगळ्या फ्रिक्वेन्सीच्या आणि तरंगलांबी च्या रेडीएशन शोषूनघेतात तसेच उत्सर्जीतही करतात. आपला सूर्य हे ब्लॅक बॉडी च उत्तम उदाहरण आहे. जेव्हा याकडे बघितलं गेलं तेव्हा समजलं की ही ब्लॅक बॉडी जशी एकाच वेळी सर्व फ्रिक्वेन्सीच्या रेडीएशन शोषून घेतो तसच ब्लॅक बॉडी तापवली की एकाच वेळी सर्व फ्रिक्वेन्सीच्या रेडीएशन उत्सर्जित करत नाही. हे असं का हे समजायला पर्याय नव्हता. वेगवेगळ्या ब्लॅक बॉडी वर प्रयोग केले तरी मिळणारे रिझल्ट्स हे सारखेच होते. अखेर या गुंत्यामध्ये प्लँक पडला आणि त्याने तो सहज सोडवला. जेव्हा आपण प्रकाशाला किंवा एखाद्या उत्सर्जनाला लहर मानतो तेव्हा आपण हा प्रश्न सहजासहजी सोडवू शकत नाही. तेव्हा प्लँकने असं सांगितलं की जेव्हा आपण प्रकाशाला कण मानतो तेव्हा हा प्रश्न सहज सोडवता येतो. ब्लॅक बॉडी मधून बाहेर पडणारे रेडीएशन हे टप्प्या टप्प्याने म्हणजेच एकाच वेळी एकत्र बाहेर न पडता वेगवेगळ्या फ्रिक्वेन्सी ला वेगवेगळे असे बाहेर पडतात असं निरीक्षण संशोधकांनी नोंदवलं होतं. पण जर आपण ह्या रेडीएशन चा विचार लहर म्हणून केला तर हे असं व्हायला नको होतं कारण जर त्या लहरी असत्या तर एकाच वेळी सलगपणे बाहेर पडल्या असत्या पण असं होत नव्हतं. हे पाहून प्लँकने एक उपाय काढला, त्याने या उत्सर्जनांना म्हणजेच प्रकाशाला कारण प्रकाश ज्याप्रमाणे विद्यतचुंबकीय लहर आहे त्याचप्रमाणे हे रेडीएशनही विद्युतचुंबकीय लहर असतात) कण स्वरूप मानलं.
प्लँकने सांगितलं की ब्लॅक बॉडीतून बाहेर पडणारी उर्जा ही छोट्या छोट्या पुंजक्यांमधून/ पाकीटातून बाहेर पडते. त्याला एनर्जी पॅकेट असं म्हटलं गेलं. त्याने सांगितलं की ही उर्जा सलग न वाढता टप्प्या टप्प्याने म्हणजेच या उर्जा पॅकेटच्या स्वरूपात वाढत जाते. या उर्जा पॅकेट मधल्या उर्जेच्या फ्रिक्वेन्सी ते ज्या उत्सर्जनाच्या रुपात बाहेर पडतात त्या उत्सर्जनाचा रंग अवलंबून असतो. म्हणून आपण जसजशी ती ब्लॅक बॉडी तापवू आणि त्याचं तापमान वाढेल त्या प्रकारे त्यातील उत्सर्जनाचा रंगही बदलत जाईल. म्हणूनच आपल्याला एखादी गोष्ट तापवली की आधी ती लाल दिसते कारण त्याची फ्रिक्वेन्सी ही लाल रंगाच्या फ्रिक्वेन्सीशी जुळत असते, मग पिवळी दिसते, मग निळी आणि सरते शेवटी पांढरी दिसते कारण हळू हळू फ्रिक्वेन्सी बदलत जाऊन शेवटी पांढऱ्या रंगात सर्व फ्रिक्वेन्सी एकत्र सापडतात.
वर सांगितलं त्याप्रमाणे प्लँक आणि आईनस्टाईन यांनी लहर आणि कण याविषयी मत मांडलय. प्लँकने सांगितलं की ही उर्जा ही पॅकेटच्या स्वरूपात असते. आईनस्टाईनने त्याच्या शोधनिबंधात हेच जरा वेगळ्या प्रकारे सांगितलं. त्याने मांडलं की प्रकाश हा लहान लहान कणांचा बनलेला आहे. हे कण म्हणजेच उर्जेचे पुंजके आहेत असे प्लँकने मानून त्याला लाईट क्वांटा किंवा फोटॉन असं नाव दिलं. क्वांटा म्हणजे लाईट पार्टिकल. म्हणूनच आईनस्टाईनच्या फोटोइलेक्ट्रिक इफेक्ट वर आधारित नोबेल पुरस्कार विजेत्या शोधनिबंधाचं नाव होतं- लाईट क्वांटम अँड फोटोइलेक्ट्रिक इफेक्ट.
न्यूटन ने १७व्या शतकात प्रकाश हा कणांचा बनलेला असतो हे गृहीतक केवळ कल्पनेच्या जोरावर मांडलेलं होतं जे पुढे २०व्या शतकात सिद्ध झालं. प्रकाश किंवा कोणतीही विद्युतचुंबकीय लहर काही ठिकाणी लहरींच्या स्वरूपात दिसते, तर काही ठिकाणी कण स्वरूप दिसून येते. या संशोधनांमधून आणि गृहीतकांवरून त्यापूर्वी क्लासिकल मेकॅनिक्स मध्ये म्हणजेच गॅलिलिओ, न्यूटन पासून मॅक्सवेल, हर्ट्झ यांनी उभारलेला क्लासिकल डोलारा कोसळू लागला.
या
प्रकाश कणांना दिल्या गेलेल्या नावातून म्हणजे क्वांटा या शब्दातूनच पुढे क्वांटम मेकॅनिक्स चा आणि त्याच्या नावाचा जन्म झाला.
क्रमशः
-पुष्कराज घाटगे
ब्लॅक बॉडी या नावातच सर्व येतं की ज्याचा शब्दशः अर्थ जो होतो तोच त्याचा अर्थ आहे.फक्त फरक इतकाच आहे की नाव जरी ब्लॅक असलं तरी हा पदार्थ किंवा बॉडी ही प्रत्येक वेळी ब्लॅकच असेल असं नाही. ब्लॅक बॉडी म्हटलं गेलं आहे त्याचं कारणच असं आहे की ज्याप्रमाणे ब्लॅक म्हणजे काळा पदार्थ उष्णता शोषून घेतो त्याप्रमाणे ही ब्लॅक बॉडी उष्णता, उर्जा शोषून घेते. त्यामुळे कल्पना करताना प्रत्येक वेळी समोर एखादा काळा पदार्थच आणला पाहिजे असं नाही. ब्लॅक बॉडी चे उत्तम उदाहरण म्हणजे आपला सूर्य.
संपूर्णतः (perfectly) ब्लॅक बॉडी या नावाची एक संकल्पना आहे. perfectly ब्लॅक बॉडी किंवा संपूर्णतः कृष्ण असा पदार्थ म्हणजे असा पदार्थ जो त्याच्यावर पडणारी कोणत्याही तरंगलांबीची सर्व उत्सर्जने/ उत्सर्जित झालेली उर्जा शोषून घेतो. वैज्ञानिक भाषेत सांगितलं जातं की ब्लॅक बॉडी चा शोषण गुणांक/स्थिरांक(coefficient of absorbtion) हा १ आहे, तर त्याचा परवार्तनांक (coefficient of reflection) आणि उत्सर्जनांक (coefficient of transmission) हे शून्य आहेत. या वाक्यावरून अर्थ लगेच लक्षात येतो की ह्या परफेक्टली ब्लॅक बॉडी ही येणारी उर्जा फक्त शोषून घेते पण बाहेर काहीही उत्सर्जित करत नाही किंवा परावर्तित करत नाही. जेव्हा आपण वास्तविक दृष्ट्या बघतो तेव्हा मिळणाऱ्या ब्लॅक बॉडी ह्या अशा प्रकारच्या नसतात, म्हणूनच संपूर्णतः (perfectly) ब्लॅक बॉडी ही आयडियल प्रकारात मोडते म्हणजेच हा प्रकार फक्त गृहीतक म्हणून ठीक आहे परंतु वास्तवात असा कृष्ण पदार्थ अस्तित्वात असू शकत नाही.
परंतु आपण जेव्हा एक सामान्य ब्लॅक बॉडी घेतो तेव्हा ती एक अशी ब्लॅक बॉडी असते जी त्यावर पडणाऱ्या सगळ्या फ्रिक्वेन्सीच्या आणि तरंगलांबी च्या रेडीएशन शोषूनघेतात तसेच उत्सर्जीतही करतात. आपला सूर्य हे ब्लॅक बॉडी च उत्तम उदाहरण आहे. जेव्हा याकडे बघितलं गेलं तेव्हा समजलं की ही ब्लॅक बॉडी जशी एकाच वेळी सर्व फ्रिक्वेन्सीच्या रेडीएशन शोषून घेतो तसच ब्लॅक बॉडी तापवली की एकाच वेळी सर्व फ्रिक्वेन्सीच्या रेडीएशन उत्सर्जित करत नाही. हे असं का हे समजायला पर्याय नव्हता. वेगवेगळ्या ब्लॅक बॉडी वर प्रयोग केले तरी मिळणारे रिझल्ट्स हे सारखेच होते. अखेर या गुंत्यामध्ये प्लँक पडला आणि त्याने तो सहज सोडवला. जेव्हा आपण प्रकाशाला किंवा एखाद्या उत्सर्जनाला लहर मानतो तेव्हा आपण हा प्रश्न सहजासहजी सोडवू शकत नाही. तेव्हा प्लँकने असं सांगितलं की जेव्हा आपण प्रकाशाला कण मानतो तेव्हा हा प्रश्न सहज सोडवता येतो. ब्लॅक बॉडी मधून बाहेर पडणारे रेडीएशन हे टप्प्या टप्प्याने म्हणजेच एकाच वेळी एकत्र बाहेर न पडता वेगवेगळ्या फ्रिक्वेन्सी ला वेगवेगळे असे बाहेर पडतात असं निरीक्षण संशोधकांनी नोंदवलं होतं. पण जर आपण ह्या रेडीएशन चा विचार लहर म्हणून केला तर हे असं व्हायला नको होतं कारण जर त्या लहरी असत्या तर एकाच वेळी सलगपणे बाहेर पडल्या असत्या पण असं होत नव्हतं. हे पाहून प्लँकने एक उपाय काढला, त्याने या उत्सर्जनांना म्हणजेच प्रकाशाला कारण प्रकाश ज्याप्रमाणे विद्यतचुंबकीय लहर आहे त्याचप्रमाणे हे रेडीएशनही विद्युतचुंबकीय लहर असतात) कण स्वरूप मानलं.
प्लँकने सांगितलं की ब्लॅक बॉडीतून बाहेर पडणारी उर्जा ही छोट्या छोट्या पुंजक्यांमधून/ पाकीटातून बाहेर पडते. त्याला एनर्जी पॅकेट असं म्हटलं गेलं. त्याने सांगितलं की ही उर्जा सलग न वाढता टप्प्या टप्प्याने म्हणजेच या उर्जा पॅकेटच्या स्वरूपात वाढत जाते. या उर्जा पॅकेट मधल्या उर्जेच्या फ्रिक्वेन्सी ते ज्या उत्सर्जनाच्या रुपात बाहेर पडतात त्या उत्सर्जनाचा रंग अवलंबून असतो. म्हणून आपण जसजशी ती ब्लॅक बॉडी तापवू आणि त्याचं तापमान वाढेल त्या प्रकारे त्यातील उत्सर्जनाचा रंगही बदलत जाईल. म्हणूनच आपल्याला एखादी गोष्ट तापवली की आधी ती लाल दिसते कारण त्याची फ्रिक्वेन्सी ही लाल रंगाच्या फ्रिक्वेन्सीशी जुळत असते, मग पिवळी दिसते, मग निळी आणि सरते शेवटी पांढरी दिसते कारण हळू हळू फ्रिक्वेन्सी बदलत जाऊन शेवटी पांढऱ्या रंगात सर्व फ्रिक्वेन्सी एकत्र सापडतात.
वर सांगितलं त्याप्रमाणे प्लँक आणि आईनस्टाईन यांनी लहर आणि कण याविषयी मत मांडलय. प्लँकने सांगितलं की ही उर्जा ही पॅकेटच्या स्वरूपात असते. आईनस्टाईनने त्याच्या शोधनिबंधात हेच जरा वेगळ्या प्रकारे सांगितलं. त्याने मांडलं की प्रकाश हा लहान लहान कणांचा बनलेला आहे. हे कण म्हणजेच उर्जेचे पुंजके आहेत असे प्लँकने मानून त्याला लाईट क्वांटा किंवा फोटॉन असं नाव दिलं. क्वांटा म्हणजे लाईट पार्टिकल. म्हणूनच आईनस्टाईनच्या फोटोइलेक्ट्रिक इफेक्ट वर आधारित नोबेल पुरस्कार विजेत्या शोधनिबंधाचं नाव होतं- लाईट क्वांटम अँड फोटोइलेक्ट्रिक इफेक्ट.
न्यूटन ने १७व्या शतकात प्रकाश हा कणांचा बनलेला असतो हे गृहीतक केवळ कल्पनेच्या जोरावर मांडलेलं होतं जे पुढे २०व्या शतकात सिद्ध झालं. प्रकाश किंवा कोणतीही विद्युतचुंबकीय लहर काही ठिकाणी लहरींच्या स्वरूपात दिसते, तर काही ठिकाणी कण स्वरूप दिसून येते. या संशोधनांमधून आणि गृहीतकांवरून त्यापूर्वी क्लासिकल मेकॅनिक्स मध्ये म्हणजेच गॅलिलिओ, न्यूटन पासून मॅक्सवेल, हर्ट्झ यांनी उभारलेला क्लासिकल डोलारा कोसळू लागला.
या
क्रमशः
-पुष्कराज घाटगे
Comments
Post a Comment