ઉચ્ચ શાળામાં આપણે ભૌતિકશાસ્ત્રનો અભ્યાસ કરવા માટે ટેવાયેલા છીએ. જો કે, ભૌતિકશાસ્ત્રનો એક પ્રકાર છે જેનો કદાચ દરેકને ઉપયોગ થતો નથી. તે વિશે છે ક્વોન્ટમ ભૌતિકશાસ્ત્ર. ઘણાને ખબર નથી કે ક્વોન્ટમ ફિઝિક્સ શું છે. તે એક અત્યંત ચર્ચાસ્પદ અને રસપ્રદ વિષય છે જે આપણી આસપાસના બ્રહ્માંડ વિશેના આપણા વિચારમાં ક્રાંતિ લાવી શકે છે. તે ભૌતિકશાસ્ત્રનો સિદ્ધાંત છે જે દ્રવ્યની વર્તણૂકનું વર્ણન કરે છે અને રોજિંદા જીવનમાં તેની ઘણી એપ્લિકેશનો પણ છે.
તેથી, આ લેખમાં અમે તમને ક્વોન્ટમ ભૌતિકશાસ્ત્ર શું છે અને તેની વિશેષતાઓ શું છે તે જણાવવા જઈ રહ્યા છીએ.
ક્વોન્ટમ ભૌતિકશાસ્ત્ર શું છે
ક્વોન્ટમ ભૌતિકશાસ્ત્રને ક્વોન્ટમ અથવા યાંત્રિક સિદ્ધાંત પણ કહેવામાં આવે છે. કારણ કે તે એક યાંત્રિક સિદ્ધાંત પર આધારિત છે જે લંબાઈના સ્કેલ અને અણુ અને સબએટોમિક ઊર્જાની ઘટના પર ધ્યાન કેન્દ્રિત કરે છે, જે અગાઉના સિદ્ધાંતોને નવું જીવન આપે છે, જેને હવે અપ્રચલિત ગણવામાં આવે છે.
ક્લાસિકલ ફિઝિક્સ અને ક્વોન્ટમ ફિઝિક્સ વચ્ચે શું તફાવત છે? બાદમાં કિરણોત્સર્ગ અને દ્રવ્યને દ્વિ અસાધારણ ઘટના તરીકે વર્ણવે છે: તરંગો અને કણો. તેથી, તરંગ-કણ દ્વૈતતાને આ મિકેનિક્સની લાક્ષણિકતાઓમાંની એક તરીકે ગણી શકાય. તરંગો અને કણો વચ્ચેના સંબંધનો અભ્યાસ અને પુષ્ટિ બે સિદ્ધાંતો દ્વારા કરવામાં આવે છે:
- પૂરકતાનો સિદ્ધાંત
- હેઇઝનબર્ગનો અનિશ્ચિતતા સિદ્ધાંત (બાદમાં ભૂતપૂર્વને ઔપચારિક બનાવે છે).
આપણે નિશ્ચિતપણે કહી શકીએ કે, સાપેક્ષતાના સિદ્ધાંતની શોધ અને શાસ્ત્રીય ભૌતિકશાસ્ત્રના જન્મ પછી, આ આંતરદૃષ્ટિએ નવા યુગ, આધુનિક ભૌતિકશાસ્ત્રની શરૂઆત કરી. ક્વોન્ટમ મિકેનિક્સનો વ્યાપક અભ્યાસ કરવા માટે, ભૌતિકશાસ્ત્રના વિવિધ ક્ષેત્રો વચ્ચે એકીકરણ જરૂરી છે:
- અણુ ભૌતિકશાસ્ત્ર
- ભૌતિક કણો
- પદાર્થનું ભૌતિકશાસ્ત્ર
- ન્યુક્લિયર ફિઝિક્સ
મૂળ
શાસ્ત્રીય ભૌતિકશાસ્ત્ર XNUMXમી સદીના અંતમાં સૂક્ષ્મ સ્તરે દ્રવ્યનો અભ્યાસ કરી શક્યા ન હતા, જે પરમાણુ માપનના અવકાશની બહાર કહી શકાય. તેથી, પ્રાયોગિક વાસ્તવિકતાનો અભ્યાસ કરવો અશક્ય છે, ખાસ કરીને પ્રકાશ અને ઇલેક્ટ્રોન સંબંધિત ઘટનાઓ. પરંતુ લોકો હંમેશા આગળ જવા માંગે છે, અને તેની જન્મજાત જિજ્ઞાસા તેને વધુ અન્વેષણ કરવા પ્રેરે છે.
XNUMXમી સદીની શરૂઆતમાં, અણુ સ્કેલમાંથી બહાર આવેલી શોધોએ જૂની ધારણાઓને પડકારી હતી. XNUMXમી સદીની શરૂઆતમાં શૈક્ષણિક મેક્સ પ્લાન્ક દ્વારા બનાવવામાં આવેલ શબ્દને કારણે ક્વોન્ટમ થિયરીનો જન્મ થયો હતો. મૂળભૂત ખ્યાલ એ છે કે કેટલીક ભૌતિક પ્રણાલીઓની માઇક્રોસ્કોપિક મેગ્નિટ્યુડ અને જથ્થા પણ અસંતુલિત પરંતુ અલગ રીતે બદલાઈ શકે છે.
આ એવા અભ્યાસો અને સંશોધનો છે જેણે આ નિષ્કર્ષ પર પહોંચવાનું શક્ય બનાવ્યું છે:
- 1803: પરમાણુઓના ઘટક તત્વ તરીકે અણુઓની માન્યતા
- 1860: સામયિક કોષ્ટક રાસાયણિક ગુણધર્મો દ્વારા અણુઓને જૂથબદ્ધ કરે છે
- 1874: ઇલેક્ટ્રોન અને ન્યુક્લિયસની શોધ
- 1887: અલ્ટ્રાવાયોલેટ કિરણોત્સર્ગ પર અભ્યાસ
છેલ્લી તારીખ મુખ્ય વિભાજન રેખાને ચિહ્નિત કરી શકે છે. થ્રેશોલ્ડની નીચે રેડિયેશન ફ્રીક્વન્સીઝ માટે, ઇલેક્ટ્રોમેગ્નેટિક રેડિયેશન અને દ્રવ્ય વચ્ચેની ક્રિયાપ્રતિક્રિયાની ઘટના (ફોટોઇલેક્ટ્રિક અસર) અદૃશ્ય થઈ જાય છે. ફોટોઇલેક્ટ્રિક અસરને લીધે, ઇલેક્ટ્રોનની ઊર્જા ઇલેક્ટ્રોમેગ્નેટિક રેડિયેશનની આવર્તન સાથે પ્રમાણસર છે. મેક્સવેલનો તરંગ સિદ્ધાંત હવે ચોક્કસ ઘટનાઓને સમજાવવા માટે પૂરતો નથી.
ક્વોન્ટમ સિદ્ધાંત
ક્વોન્ટમ ફિઝિક્સના જન્મમાં ફાળો આપનારા પરિબળોનો સારાંશ આપવા માટે, અમે ક્વોન્ટમ મિકેનિક્સના ઈતિહાસને ટ્રેસ કરવા માટે વપરાતી શોધો અને જ્ઞાન સાથે સંકળાયેલી વધુ મહત્વની તારીખોની યાદી બનાવી શકીએ છીએ:
- 1900: પ્લાન્ક આઇતે વિચાર રજૂ કરે છે કે ઊર્જાનું પ્રમાણ નક્કી કરવામાં આવે છે, શોષાય છે અને ઉત્સર્જિત થાય છે.
- 1905: આઈન્સ્ટાઈન ફોટોઇલેક્ટ્રિક અસર દર્શાવે છે (ઇલેક્ટ્રોમેગ્નેટિક ક્ષેત્રની ઊર્જા પ્રકાશના ક્વોન્ટા (ફોટોન્સ) દ્વારા પરિવહન થાય છે.
- 1913: બોહર ઇલેક્ટ્રોનની ભ્રમણકક્ષાની ગતિનું પ્રમાણ નક્કી કરે છે.
- 1915: સોમરફેલ્ડ નવા નિયમો રજૂ કરે છે, પ્રમાણીકરણ પદ્ધતિઓનું સામાન્યકરણ.
પરંતુ તે 1924 થી હતું કે ક્વોન્ટમ સિદ્ધાંત, જેમ કે આપણે હવે જાણીએ છીએ, પાયો નાખ્યો. આ દિવસે, લુઇસ ડી બ્રોગીએ પદાર્થના તરંગોનો સિદ્ધાંત વિકસાવ્યો હતો. પછીના વર્ષે, હેન્સબર્ગે સત્તા સંભાળી, મેટ્રિક્સ મિકેનિક્સ ઘડ્યું, અને પછી ડિરાકે 1927માં સાપેક્ષતાના વિશેષ સિદ્ધાંતની દરખાસ્ત કરી. 1982 સુધી, જ્યારે ઓરસે ઇન્સ્ટિટ્યૂટ ઑફ ઑપ્ટિક્સે બેલની અસમાનતાના ઉલ્લંઘનની તપાસ પૂર્ણ કરી, ત્યારે આ શોધ તેઓ એક પછી એક ચાલુ રહી. .
ક્વોન્ટમ ભૌતિકશાસ્ત્રના સિદ્ધાંતો
સૌથી આકર્ષક શોધોમાં અમને મળે છે:
- તરંગ-કણ દ્વૈત
- પૂરકતાનો સિદ્ધાંત
- અનિશ્ચિતતાની શરૂઆત
તરંગ-કણ દ્વૈતવાદ
પહેલાં, માત્ર શાસ્ત્રીય ભૌતિકશાસ્ત્ર અસ્તિત્વમાં હતું. આ કાયદાના બે જૂથોમાં વહેંચાયેલું હતું:
- ન્યુટનના નિયમો
- મેક્સવેલના કાયદા
કાયદાનો પ્રથમ સમૂહ યાંત્રિક પદાર્થોની ગતિ અને ગતિશીલતાનું વર્ણન કરે છે, જ્યારે કાયદાનો બીજો સમૂહ ઇલેક્ટ્રોમેગ્નેટિક ક્ષેત્રોનો ભાગ હોય તેવા વિષયો વચ્ચેની વૃત્તિઓ અને જોડાણોનું વર્ણન કરે છે: પ્રકાશ અને રેડિયો તરંગો, ઉદાહરણ તરીકે.
કેટલાક પ્રયોગો દર્શાવે છે કે પ્રકાશને તરંગ તરીકે માની શકાય છે. પરંતુ તેમની પુષ્ટિ થઈ નથી. બીજી બાજુ, પ્રકાશમાં કણોની પ્રકૃતિ છે (આઈન્સ્ટાઈન અને પ્લાન્કમાંથી) અને તેથી, તે ફોટોનથી બનેલો છે તે વિચારને વધુ ને વધુ કાયદેસરતા પ્રાપ્ત થઈ છે. બોહરને આભારી તે સમજી શકાયું હતું કે દ્રવ્ય અને કિરણોત્સર્ગની પ્રકૃતિ હતી:
- તેને તરંગ બનાવો
- તેને શરીર બનાવો
હવે એક અથવા બીજા દૃષ્ટિકોણથી વિચારવું શક્ય ન હતું, પરંતુ પૂરક પરિપ્રેક્ષ્યથી. બોહરનો પૂરક સિદ્ધાંત ફક્ત આ મુદ્દા પર ભાર મૂકે છે, એટલે કે, અણુ સ્કેલ પર બનતી ઘટનાઓમાં તરંગો અને કણોના બેવડા ગુણધર્મો હોય છે.
હેન્સેનબર્ગ અનિશ્ચિતતા સિદ્ધાંત
જેમ કે આપણે 1927માં અગાઉ ઉલ્લેખ કર્યો છે તેમ, હેઈનસેનબર્ગે દર્શાવ્યું હતું કે ભૌતિક જથ્થાની અમુક જોડી, જેમ કે વેગ અને સ્થિતિ, ભૂલ વિના વારાફરતી નોંધણી કરી શકાતી નથી. ચોકસાઈ બેમાંથી એક માપને અસર કરી શકે છે, પરંતુ એક જ સમયે બંને નહીં, કારણ કે ઝડપ જેવી ઘટના અન્ય માપન પરિણામને અસર કરશે અને માપને અમાન્ય કરશે.
ઇલેક્ટ્રોન શોધવા માટે, ફોટોન પ્રકાશિત કરવું જરૂરી છે. ફોટોનની તરંગલંબાઇ જેટલી ટૂંકી છે, ઇલેક્ટ્રોનની સ્થિતિનું માપન વધુ સચોટ છે. ક્વોન્ટમ ફિઝિક્સમાં, ફોટોનની નીચી તરંગ આવર્તન ઇલેક્ટ્રોન શોષી લે છે તેના કરતાં વધુ ઊર્જા અને ગતિ ધરાવે છે. તે જ સમયે, આ માપ નક્કી કરી શકાતા નથી.
હું આશા રાખું છું કે આ માહિતી દ્વારા તમે ક્વોન્ટમ ભૌતિકશાસ્ત્ર શું છે અને તેની લાક્ષણિકતાઓ શું છે તે વિશે વધુ જાણી શકશો.