"അണുഭൗതികം" എന്ന താളിന്റെ പതിപ്പുകൾ തമ്മിലുള്ള വ്യത്യാസം

ദ്രവ്യത്തിന്റെ അണുഘടനയിലേക്ക് വെളിച്ചം വീശുന്ന ആദ്യകാലപരീക്ഷണങ്ങളുടെ കൂട്ടത്തില്‍ വൈദ്യുതവിശ്ലേഷണവും (electrolysis), വാതകങ്ങളിലൂടെയുള്ള വൈദ്യുതപ്രവാഹവും എടുത്തുപറയേണ്ടവയാണ്. വൈദ്യുതവിശ്ലേഷണത്തെ സംബന്ധിച്ച പഠനങ്ങളില്‍നിന്നാണ് വൈദ്യുതിയുടെ അണുസ്വഭാവത്തെക്കുറിച്ച് ബോധമുണ്ടായത്. അതുപോലെതന്നെ താഴ്ന്ന മര്‍ദ്ദത്തില്‍ വാതകങ്ങളിലൂടെയുള്ള വൈദ്യുതപ്രവാഹത്തെപ്പറ്റിയുള്ള പഠനങ്ങളില്‍നിന്നാണ് പ്രത്യക്ഷമായോ പരോക്ഷമായോ അണുഭൌതികത്തിലെ പല കണ്ടുപിടിത്തങ്ങളും ഉണ്ടായത്.

 

 

19-ആം ശതകത്തിന്റെ അവസാനദശകത്തിലെ കണ്ടുപിടിത്തങ്ങളാണ് [[എക്സ്റേ|എക്സ്റേയും]] [[റേഡിയോ ആക്റ്റിവിറ്റി|റേഡിയോ ആക്റ്റിവതയും]] [[ഇലക്ട്രോണ്‍|ഇലക്ട്രോണും]]. 1895-ല്‍, [[റോണ്‍ജന്‍]] എന്ന [[ജര്‍മനി|ജര്‍മന്‍]] ശാസ്ത്രജ്ഞന്‍ എക്സ്റേ (X-ray) കണ്ടുപിടിച്ചു. [[അലൂമിനിയം]] തകിടില്‍ [[കാഥോഡ് കിരണങ്ങള്‍]] (cathode rays) പതിയുമ്പോള്‍ അതില്‍നിന്നും അദൃശ്യമായ എക്സ്റേകള്‍ പുറപ്പെടുമെന്ന് അദ്ദേഹം കണ്ടുപിടിച്ചു. തുടര്‍ന്ന് നടത്തിയ പരീക്ഷണങ്ങളിലൂടെ, [[തരംഗദൈര്‍ഘ്യം]] (wave length) കുറഞ്ഞ [[വൈദ്യുതകാന്തികതരംഗങ്ങള്‍]] (electromagnetic waves) ആണ് എക്സറേ എന്നും അവയ്ക്ക് പദാര്‍ഥങ്ങളെ തുളച്ചു കടക്കാന്‍ കഴിവുണ്ടെന്നും അവ [[പ്രതിദീപ്തി|പ്രതിദീപ്തിയും]] (fluorescence) [[വ്|സ്ഫുരദീപ്തിയും]] (phosphorescence) സൃഷ്ടിക്കുമെന്നും സ്ഥാപിക്കപ്പെട്ടു. [[1896]]-ല്‍ [[ഹെന്റി ബെക്വറല്‍]] എന്ന [[ഫ്രാന്‍സ്|ഫ്രഞ്ച്]] ശാസ്ത്രജ്ഞന്‍ റേഡിയോ ആക്റ്റിവത കണ്ടുപിടിച്ചു. റോണ്‍ജന്റെ എക്സ്റേ ട്യൂബില്‍ കാഥോഡ് കിരണങ്ങള്‍ വന്നിടിക്കുമ്പോള്‍ ട്യൂബിന്റെ ഭിത്തികളില്‍നിന്നുമാണ് എക്സ്റേ കൂടുതലും പുറപ്പെടുന്നത്. ഇതേത്തുടര്‍ന്ന് സ്ഫടികഭിത്തികളില്‍ പ്രതിദീപ്തിയും ദൃശ്യമായിരുന്നു. പ്രതിദീപ്തിയെപ്പറ്റി ബെക്വറല്‍ പഠനങ്ങള്‍ നടത്തിയിരുന്നു. എക്സ്റേയുടെ ഉത്പാദനവും പ്രതിദീപ്തിയും തമ്മില്‍ ബന്ധമുണ്ടായിരിക്കണമെന്ന അനുമാനത്തോടെ നടത്തിയ നിരീക്ഷണങ്ങളാണ് യുറേനിയത്തിന്റെ റേഡിയോ ആക്റ്റിവത കണ്ടുപിടിക്കുന്നതിന് അദ്ദേഹത്തെ സഹായിച്ചത്. [[യുറേനിയം|യുറേനിയത്തിന്റെ]] ഒരു ലവണം (Uranium salt) പൊതിഞ്ഞുവച്ചിരുന്ന ഫൊട്ടോഗ്രാഫിക് പ്ളേറ്റ് ഡെവലപ് ചെയ്തുനോക്കിയപ്പോള്‍, അതില്‍ യുറേനിയ ലവണത്തില്‍നിന്ന് പുറപ്പെടുന്ന അദൃശ്യകിരണങ്ങളുടെ അടയാളങ്ങള്‍ (radioactive rays) കണ്ടെത്തി. റേഡിയോ ആക്റ്റിവത യുറേനിയത്തിന്റെ മാത്രം സവിശേഷതയല്ലെന്നും മറ്റു പല വസ്തുക്കളും റേഡിയോ ആക്റ്റിവങ്ങളാണെന്നും പിന്നീട് കണ്ടു. തുടര്‍ന്നു നടത്തിയ പരീക്ഷണങ്ങളില്‍നിന്നും റേഡിയോ ആക്റ്റിവകിരണങ്ങളില്‍ വ്യത്യസ്ത സ്വഭാവങ്ങളോടുകൂടിയ α (ആല്‍ഫ),β (ബീറ്റ),γ (ഗാമ) എന്നീ മൂന്നുതരം വികിരണങ്ങള്‍ (radiations) അടങ്ങിയിട്ടുണ്ടെന്നു ബോധ്യമായി.

ഇലക്ട്രോണിന്റെ അസ്തിത്വം അംഗീകരിക്കപ്പെട്ടതോടെ ആറ്റത്തിന് ഒരു സൂക്ഷ്മഘടന ഉണ്ടെന്നും ഇലക്ട്രോണ്‍, ആറ്റത്തിന്റെ ഒരു ഘടകമാണെന്നും ഉള്ള വിശ്വാസം ശാസ്ത്രജ്ഞര്‍ക്കിടയില്‍ പ്രബലമായി. ആറ്റം, വൈദ്യുതിയുടെ കാര്യത്തില്‍ 'ന്യൂട്രല്‍' (neutral) ആയതിനാല്‍ അതിലെ ഇലക്ട്രോണ്‍ ചാര്‍ജിനു തുല്യം ധന (positive) ചാര്‍ജും ആറ്റത്തില്‍ ഉണ്ടായിരിക്കണമെന്ന തത്ത്വത്തെ ആദരിച്ച് പല അണുമാതൃകകളും (atom ic models) നിര്‍ദേശിക്കപ്പെട്ടു. [[ജെ.ജെ. തോംസണ്‍|ജെ.ജെ. തോംസന്റെ]] മാതൃകയില്‍, ധനവൈദ്യുതി നിറച്ച ഒരു ഗോളവും അതില്‍ അങ്ങിങ്ങുസ്ഥാനംപിടിച്ചിട്ടുള്ള ഇലക്ട്രോണുകളും ഒരു ആറ്റത്തില്‍ ചേര്‍ന്നിരിക്കുന്നു. [[പെറിന്‍]] ആകട്ടെ, ആറ്റത്തിന് സൌരയൂഥത്തിന്റെ മാതൃകയിലുള്ളൊരു ഘടന നിര്‍ദേശിച്ചു-ധനചാര്‍ജ് വഹിക്കുന്ന ഒരു കേന്ദ്രവും ചുറ്റും ഭ്രമണം ചെയ്യുന്ന ഇലക്ട്രോണുകളും. ഈ മാതൃകകളെല്ലാംതന്നെ പരിചിതമായ സ്ഥൂലവസ്തുക്കളുടെ ചലനങ്ങളെ ഭരിക്കുന്ന യാന്ത്രിക നിയമങ്ങളും (mechanical laws) വിദ്യുത് കാന്തിക നിയമങ്ങളും അനുസരിച്ചു പ്രവര്‍ത്തിക്കുന്നവയായിട്ടാണ് അവതരിപ്പിക്കപ്പെട്ടത്. ഈ സമീപനം തെറ്റായിരുന്നുവെന്ന് പിന്നീടു ബോധ്യമായി.

 

റഥര്‍ഫോര്‍ഡും അനുയായികളും ദ്രവ്യത്തിലൂടെ x-കണങ്ങളെ കടത്തിവിട്ട് അവയുടെ പഥത്തിനുണ്ടാകുന്ന വ്യതിചലനം (deflection) സംബന്ധിച്ച് നടത്തിയ പരീക്ഷണങ്ങളില്‍നിന്നും ആറ്റത്തിന്റെ കേന്ദ്രത്തില്‍ ഏറ്റവും ചുരുങ്ങിയൊരു സ്ഥാനത്തായി അതിന്റെ മിക്കവാറും മുഴുവന്‍ ദ്രവ്യമാന(mass)വും ധനചാര്‍ജും കേന്ദ്രീകരിച്ചിരിക്കുന്നതായി വ്യക്തമായി. പെറിന്‍ ആവിഷ്കരിച്ച ആശയംകൂടി സ്വീകരിച്ചുകൊണ്ട് 1910-ല്‍ റഥര്‍ഫോര്‍ഡ് തന്റെ പ്രസിദ്ധമായ 'ന്യൂക്ളിയര്‍ ആറ്റം മാതൃക' (nuclear atom model) അവതരിപ്പിച്ചു. ഇതനുസരിച്ച് ആറ്റത്തിന്റെ കേന്ദ്രത്തില്‍ ധനചാര്‍ജ് വഹിക്കുന്ന അത്യധികം ഭാരമേറിയ ന്യൂക്ളിയസ്സും അതിനുചുറ്റും ഭ്രമണംചെയ്യുന്ന ഭാരംകുറഞ്ഞ ഇലക്ട്രോണുകളുമാണ്. ഇലക്ട്രോണുകളുടെ എണ്ണത്തില്‍ ഒരു മൂലകത്തിന്റെ ആറ്റം മറ്റൊന്നിന്റേതില്‍നിന്നു വ്യത്യസ്തമായിരിക്കുന്നു. ക്ളാസ്സിക്കല്‍ ഭൌതികസിദ്ധാന്തങ്ങളില്‍ അധിഷ്ഠിതമായ റഥര്‍ഫോര്‍ഡിന്റെ മാതൃക തൃപ്തികരമായ ഒരു അണുസിദ്ധാന്തത്തിന് രൂപംകൊടുക്കാന്‍ പര്യാപ്തമായിരുന്നില്ല. വിശേഷിച്ചും ആറ്റത്തിന്റെ സ്ഥായിയായ നിലനില്പിനെയും (stable existence) സ്പെക്ട്ര സ്വഭാവങ്ങളെയും വിശദീകരിക്കുന്ന കാര്യത്തില്‍ റഥര്‍ഫോര്‍ഡ് പരാജയപ്പെട്ടു. എന്നാല്‍ റഥര്‍ഫോര്‍ഡിന്റെ ന്യൂക്ളിയര്‍ ആറ്റംമാതൃകയെ ക്വാണ്ടം സിദ്ധാന്ത(Quantum theory)ത്തിലെ നിയമങ്ങളുടെ ചട്ടക്കൂട്ടില്‍ കൊണ്ടുവന്ന നീല്‍സ് ബോര്‍ സ്വീകാര്യമായ ഒരു അണുസിദ്ധാന്തത്തിന് ഇദംപ്രഥമമായി ജന്‍മം കൊടുത്തു.

 

പ്രകൃതിയില്‍ ഊര്‍ജത്തിന്റെ വിനിമയം h γ (h-പ്ളാങ്ക്സ്ഥിരസംഖ്യ, γ-ഊര്‍ജം വികിരണം ചെയ്യുന്ന വസ്തുവിന്റെ ആവൃത്തി) എന്ന ക്വാണ്ടത്തിന്റെ പൂര്‍ണഗുണിതങ്ങളായ അളവുകളില്‍ മാത്രമേ സംഭവിക്കുകയുള്ളു എന്ന മാക്സ്പ്ളാങ്കിന്റെ ക്വാണ്ടംതത്ത്വത്തെ ആറ്റത്തിലെ ഇലക്ട്രോണ്‍ ചലനവുമായി ബന്ധപ്പെടുത്തുകയാണ് ബോര്‍ ചെയ്തത്. ബോര്‍ സിദ്ധാന്തത്തിലെ അടിസ്ഥാനസങ്കല്പങ്ങള്‍ താഴെ പറയുന്നവയാണ്: ഇലക്ട്രോണുകള്‍ ന്യൂക്ളിയസ്സിനുചുറ്റും ചില പ്രത്യേക പഥങ്ങളിലൂടെ മാത്രമേ ചലിക്കുകയുള്ളു; ഒരു പ്രത്യേക പഥത്തിലൂടെ ഭ്രമണം ചെയ്യുന്ന ഇലക്ട്രോണ്‍, ഊര്‍ജം വികിരണം ചെയ്യുകയില്ല; എന്നാല്‍ അത് ഒരു പഥത്തില്‍നിന്ന് മറ്റൊന്നിലേക്ക് ചാടുമ്പോള്‍ ഒരു നിശ്ചിത ക്വാണ്ടം ഊര്‍ജം അവശോഷണം ചെയ്യുകയോ, വികിരണം ചെയ്യുകയോ ചെയ്യുന്നു. ഇത്തരം സംക്രമങ്ങളാണ് (transition) സ്പെക്ട്രത്തിന്റെ ഉദ്ഭവത്തിനു കാരണം. അന്നുവരെ അറിയപ്പെട്ടിരുന്ന മിക്കവാറും എല്ലാ അണുപ്രതിഭാസങ്ങളെയും വിശദീകരിക്കാന്‍ ബോറിനു കഴിഞ്ഞു. സ്പെക്ട്രരേഖകളുടെ സൂക്ഷ്മസംരചന(fine structure)വിശദീകരിക്കുന്നതില്‍ മാത്രമാണ് ബോര്‍ സിദ്ധാന്തം പരാജയപ്പെട്ടത്. ഈ പോരായ്മ പരിഹരിക്കുന്നതിനുവേണ്ടി ആപേക്ഷികതാസിദ്ധാന്തത്തെ പ്രയോജനപ്പെടുത്തിക്കൊണ്ട്, ബോര്‍ ആറ്റംമാതൃകയെ പരിഷ്കരിക്കാന്‍ സോമര്‍ഫെല്‍ഡ് നടത്തിയ ശ്രമവും പൂര്‍ണമായി വിജയിച്ചില്ല.

 

ബോറിന്റെ സിദ്ധാന്തം അണുപ്രതിഭാസങ്ങളെ വിശദീകരിക്കുന്നതില്‍ വിജയിച്ചുവെങ്കിലും ഈ സിദ്ധാന്തത്തിനെതിരായി ഒരു വാദമുഖം പൊന്തിവന്നു: തെളിയിക്കപ്പെടാനാവാത്ത ഏതാനും പരികല്പനകളാണ് ബോര്‍ സിദ്ധാന്തത്തിനടിസ്ഥാനം; ശക്തമായ ഒരു ഗണിതതത്ത്വത്തിന്റെ അടിസ്ഥാനത്തിലല്ല അതു പടുത്തുയര്‍ത്തപ്പെട്ടിട്ടുള്ളത്. പ്രത്യക്ഷത്തില്‍ പരസ്പരവിരുദ്ധങ്ങളായ രണ്ടു സിദ്ധാന്തങ്ങളെ (ക്ളാസ്സിക്കല്‍ ക്വാണ്ടം സിദ്ധാന്തങ്ങള്‍) ആശ്രയിക്കാതെ ബോറിന് ഗത്യന്തരമില്ലായിരുന്നു. അണുഭൌതികത്തിന്റെ മണ്ഡലങ്ങളില്‍ പ്രയോഗക്ഷമമായ പുതിയൊരു ഗണിതസിദ്ധാന്തത്തിന്റെ ആവശ്യകത ഭൌതികശാസ്ത്രജ്ഞന്‍മാര്‍ക്കു ബോധ്യമായി. ഈ വഴിക്കുള്ള പരിശ്രമങ്ങളുടെ ഫലമായി 1925-നോടടുത്ത്, ക്വാണ്ടം മെക്കാനിക്സ് (Quantum Mechanics) എന്ന പേരില്‍ പുതിയൊരു വിജ്ഞാനശാഖ രൂപംകൊണ്ടു. ഷ്റോഡിംഗര്‍, ഹൈസന്‍ബെര്‍ഗ്, ഡിറാക് എന്നിവരാണ് ക്വാണ്ടം മെക്കാനിക്സിന്റെ വ്യാഖ്യാതാക്കള്‍. ഷ്റോഡിംഗറിന്റെ തരംഗബലതന്ത്ര(Wave Mechanics)വും ഹൈസന്‍ബെര്‍ഗിന്റെ 'മാട്രിക്സ് മെക്കാനിക്സും' (Matrix Mechanics) വ്യത്യസ്തമായ സമീപനങ്ങളാണെന്ന് ആദ്യകാലത്ത് കരുതപ്പെട്ടിരുന്നുവെങ്കിലും പിന്നീട് അവ രണ്ടും അഭിന്നമാണെന്നു മനസ്സിലായി. ദ്രവ്യതരംഗങ്ങളെ (matter waves)പ്പറ്റിയുള്ള ദെബ്രോയെയുടെ സങ്കല്പത്തില്‍നിന്നുമാണ് ഷ്രോഡിംഗര്‍ തന്റെ സിദ്ധാന്തം പടുത്തുയര്‍ത്തിയത്. തന്‍മൂലം ക്വാണ്ടംഭൌതികം, ദ്രവ്യവസ്തുക്കളില്‍ കണികാസ്വഭാവവും തരംഗസ്വഭാവവും ഒരേ സമയം ആരോപിക്കുന്നു. മുന്‍ അണുസിദ്ധാന്തങ്ങളില്‍നിന്ന് വ്യത്യസ്തമായി ആറ്റത്തിന്റെ ഗുണധര്‍മങ്ങളെ വിവരിക്കുന്നതിന് പുതിയ സിദ്ധാന്തം, ഒരു യാന്ത്രിക മാതൃകയെ ആശ്രയിക്കുന്നില്ല. സ്ഥൂലവസ്തുക്കളുടെ നിയമങ്ങള്‍ പദാര്‍ഥത്തിന്റെ സൂക്ഷ്മകണങ്ങളിലേക്ക് വ്യാപിപ്പിക്കുന്നത് ശരിയല്ലെന്ന് ക്വാണ്ടംമെക്കാനിക്സിന്റെ പ്രണേതാക്കള്‍ വാദിച്ചു. ആറ്റത്തിന് ഒരു മാതൃക കല്പിക്കുന്നത് നിരര്‍ഥകമാണ്, ഇവയുടെ കൃത്യമായ നിര്‍ണയത്തിലുള്ള പരിമിതിയെ 'അനിശ്ചിതത്വ തത്ത്വം' (Uncertainty principles) വഴി ഹൈസന്‍ബര്‍ഗ് വ്യക്തമാക്കി.

 

1925-27-നും ഇടയ്ക്കുള്ള കാലഘട്ടത്തിലുണ്ടായ ഭൌതികവിജ്ഞാനത്തിന്റെ സൈദ്ധാന്തികപരമായ വികാസങ്ങളാണ് മുകളില്‍ വിവരിച്ചത്. ഇതോടൊപ്പം അണുഭൌതികത്തിലും അതിലുപരി അണുകേന്ദ്രഭൌതികത്തിലും പരമപ്രധാനമായ ഇലക്ട്രോണ്‍ ചക്രണം (electron spin), പൌളിയുടെ അപവര്‍ജനനിയമം (Pauli's exclusion principle) തുടങ്ങിയ പുതിയ ആശയങ്ങള്‍ രൂപം കൊണ്ടു. ഇലക്ട്രോണിന് സഹജമായ ഒരു 'ചക്രണഗതി' (spin motion) ഉണ്ടായിരിക്കണമെന്ന ആശയം കൊണ്ടുവന്നത് ഉള്ളന്‍ബെക്, ഗുഡ്സ്മിത്ത് എന്നീ ശാസ്ത്രജ്ഞരാണ് (1925). സ്പെക്ട്രരേഖകളുടെ സൂക്ഷ്മഘടന തുടങ്ങി, അണുഭൌതികത്തിലെയും അണുകേന്ദ്രഭൌതികത്തിലെയും നിരവധി വിഷമപ്രശ്നങ്ങള്‍ക്ക് പരിഹാരം നിര്‍ദേശിക്കാന്‍ സമര്‍ഥമായ ഈ പുതിയ സങ്കല്പത്തിന് സൈദ്ധാന്തികമായ ഒരടിസ്ഥാനം നല്കുന്നതിനുള്ള ശ്രമങ്ങളുടെ ഫലമാണ് ഡിറാക്കിന്റെ 'ആപേക്ഷികീയ ക്വാണ്ടം മെക്കാനിക്സ്' (Relativistic Quantum Mechanics). ഈ വിജ്ഞാനശാഖ, അടിസ്ഥാനകണങ്ങളെപ്പറ്റി ക്രമബദ്ധമായ പഠനങ്ങള്‍ നടത്തുന്നതിന് സഹായകമായ ഒരു ഗണിതോപകരണായിത്തീര്‍ന്നിരിക്കുന്നു.

 

* [http://jilawww.colorado.edu/research/atomic.html JILA (Atomic Physics)]

* [http://www.phy.ornl.gov ORNL അണു ഭൌതികശാസ്ത്രവിഭാഗം]

 

[[വര്‍ഗ്ഗം:ഭൗതികശാസ്ത്രം]]

 

[[ar:فيزياء ذرية]]