क्वांटम भौतिकी का सार। "डमी" के लिए पांच प्रयोगों में क्वांटम भौतिकी के मूल तत्व

भौतिकी सभी विज्ञानों में सबसे रहस्यमय है। भौतिकी हमें अपने आसपास की दुनिया की समझ देती है। भौतिकी के नियम निरपेक्ष हैं और बिना किसी अपवाद के सभी पर लागू होते हैं, चाहे व्यक्ति और सामाजिक स्थिति कुछ भी हो।

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क्वांटम भौतिकी में मौलिक खोजें

आइजैक न्यूटन, निकोला टेस्ला, अल्बर्ट आइंस्टीन और कई अन्य भौतिक विज्ञान की अद्भुत दुनिया में मानव जाति के महान मार्गदर्शक हैं, जिन्होंने भविष्यवक्ताओं की तरह, मानव जाति को ब्रह्मांड के महानतम रहस्यों और भौतिक घटनाओं को नियंत्रित करने की क्षमता के बारे में बताया। उनके उज्ज्वल सिर ने अनुचित बहुमत की अज्ञानता के अंधेरे को काट दिया और एक मार्गदर्शक सितारे की तरह रात के अंधेरे में मानवता को रास्ता दिखाया। भौतिकी की दुनिया में इन कंडक्टरों में से एक क्वांटम भौतिकी के पिता मैक्स प्लैंक थे।

मैक्स प्लैंक न केवल क्वांटम भौतिकी के संस्थापक हैं, बल्कि विश्व प्रसिद्ध क्वांटम सिद्धांत के लेखक भी हैं। क्वांटम सिद्धांत क्वांटम भौतिकी का सबसे महत्वपूर्ण घटक है। सरल शब्दों में, यह सिद्धांत सूक्ष्म कणों की गति, व्यवहार और अंतःक्रिया का वर्णन करता है। क्वांटम भौतिकी के संस्थापक हमारे लिए कई अन्य वैज्ञानिक कार्य भी लाए जो आधुनिक भौतिकी की आधारशिला बन गए हैं:

• थर्मल विकिरण का सिद्धांत;
• सापेक्षता का विशेष सिद्धांत;
• ऊष्मप्रवैगिकी के क्षेत्र में अनुसंधान;
• प्रकाशिकी के क्षेत्र में अनुसंधान।

माइक्रोपार्टिकल्स के व्यवहार और परस्पर क्रिया के बारे में क्वांटम भौतिकी का सिद्धांत संघनित पदार्थ भौतिकी, प्राथमिक कण भौतिकी और उच्च ऊर्जा भौतिकी का आधार बन गया। क्वांटम सिद्धांत हमें हमारी दुनिया की कई घटनाओं का सार समझाता है - इलेक्ट्रॉनिक कंप्यूटर के कामकाज से लेकर खगोलीय पिंडों की संरचना और व्यवहार तक। इस सिद्धांत के निर्माता मैक्स प्लैंक ने अपनी खोज के लिए धन्यवाद, हमें प्राथमिक कणों के स्तर पर कई चीजों के सही सार को समझने की अनुमति दी। लेकिन इस सिद्धांत का निर्माण वैज्ञानिक की एकमात्र योग्यता से बहुत दूर है। वह ब्रह्मांड के मौलिक नियम - ऊर्जा संरक्षण के नियम की खोज करने वाले पहले व्यक्ति थे। मैक्स प्लैंक के विज्ञान में योगदान को कम करके आंका जाना मुश्किल है। संक्षेप में, उनकी खोजें भौतिकी, रसायन विज्ञान, इतिहास, कार्यप्रणाली और दर्शन के लिए अमूल्य हैं।

क्वांटम क्षेत्र सिद्धांत

संक्षेप में, क्वांटम क्षेत्र सिद्धांत माइक्रोपार्टिकल्स के विवरण के साथ-साथ अंतरिक्ष में उनके व्यवहार, एक दूसरे के साथ बातचीत और पारस्परिक परिवर्तनों का एक सिद्धांत है। यह सिद्धांत स्वतंत्रता की तथाकथित डिग्री के भीतर क्वांटम सिस्टम के व्यवहार का अध्ययन करता है। यह खूबसूरत और रोमांटिक नाम हममें से कई लोगों के लिए कुछ नहीं कहता है। डमी के लिए, स्वतंत्रता की डिग्री एक यांत्रिक प्रणाली की गति को इंगित करने के लिए आवश्यक स्वतंत्र निर्देशांक की संख्या है। सरल शब्दों में, स्वतंत्रता की डिग्री गति की विशेषताएं हैं। स्टीवन वेनबर्ग द्वारा प्राथमिक कणों के संपर्क के क्षेत्र में दिलचस्प खोज की गई थी। उन्होंने तथाकथित न्यूट्रल करंट की खोज की - क्वार्क और लेप्टान के बीच बातचीत का सिद्धांत, जिसके लिए उन्हें 1979 में नोबेल पुरस्कार मिला।

मैक्स प्लैंक का क्वांटम सिद्धांत

अठारहवीं शताब्दी के नब्बे के दशक में, जर्मन भौतिक विज्ञानी मैक्स प्लैंक ने थर्मल विकिरण का अध्ययन किया और अंततः ऊर्जा के वितरण के लिए एक सूत्र प्राप्त किया। क्वांटम परिकल्पना, जो इन अध्ययनों के दौरान पैदा हुई थी, ने क्वांटम भौतिकी की शुरुआत के साथ-साथ क्वांटम क्षेत्र सिद्धांत की खोज की, जिसे 1900 वें वर्ष में खोजा गया था। प्लैंक का क्वांटम सिद्धांत यह है कि थर्मल विकिरण के दौरान, उत्पादित ऊर्जा लगातार नहीं, बल्कि एपिसोडिक रूप से, क्वांटम रूप से उत्सर्जित और अवशोषित होती है। सन 1900, मैक्स प्लैंक द्वारा की गई इस खोज के लिए धन्यवाद, क्वांटम यांत्रिकी के जन्म का वर्ष बन गया। यह प्लैंक के सूत्र का भी उल्लेख करने योग्य है। संक्षेप में, इसका सार इस प्रकार है - यह शरीर के तापमान और उसके विकिरण के अनुपात पर आधारित है।

परमाणु की संरचना का क्वांटम-यांत्रिक सिद्धांत

परमाणु की संरचना का क्वांटम यांत्रिक सिद्धांत क्वांटम भौतिकी में अवधारणाओं के मूल सिद्धांतों में से एक है, और वास्तव में सामान्य रूप से भौतिकी में। यह सिद्धांत हमें हर चीज की संरचना को समझने की अनुमति देता है और गोपनीयता का पर्दा खोलता है कि वास्तव में क्या चीजें शामिल हैं। और इस सिद्धांत पर आधारित निष्कर्ष बहुत अप्रत्याशित हैं। संक्षेप में परमाणु की संरचना पर विचार करें। तो एक परमाणु वास्तव में किससे बना है? एक परमाणु में एक नाभिक और इलेक्ट्रॉनों का एक बादल होता है। परमाणु का आधार, उसका नाभिक, परमाणु का लगभग पूरा द्रव्यमान ही समाहित करता है - 99 प्रतिशत से अधिक। नाभिक में हमेशा एक धनात्मक आवेश होता है, और यह उस रासायनिक तत्व को निर्धारित करता है जिसका परमाणु एक हिस्सा है। एक परमाणु के नाभिक के बारे में सबसे दिलचस्प बात यह है कि इसमें परमाणु का लगभग पूरा द्रव्यमान होता है, लेकिन साथ ही यह इसके आयतन का केवल दस-हज़ारवां भाग ही घेरता है। इससे क्या होता है? और निष्कर्ष बहुत अप्रत्याशित है। इसका मतलब है कि परमाणु में घना पदार्थ केवल एक दस-हजारवां है। और बाकी सब का क्या? परमाणु में बाकी सब कुछ एक इलेक्ट्रॉन बादल है।

इलेक्ट्रॉन बादल स्थायी नहीं है और वास्तव में, भौतिक पदार्थ भी नहीं है। एक इलेक्ट्रॉन बादल एक परमाणु में इलेक्ट्रॉनों के प्रकट होने की संभावना मात्र है। यानी परमाणु में नाभिक केवल एक दस हजारवें हिस्से में रहता है, और बाकी सब कुछ खालीपन है। और अगर हम इस बात को ध्यान में रखें कि धूल के कणों से लेकर आकाशीय पिंडों, ग्रहों और तारों तक हमारे चारों ओर की सभी वस्तुएं परमाणुओं से बनी हैं, तो यह पता चलता है कि वास्तव में हर चीज में 99 प्रतिशत से अधिक खालीपन होता है। यह सिद्धांत पूरी तरह से अविश्वसनीय लगता है, और इसके लेखक, कम से कम, एक भ्रमित व्यक्ति, क्योंकि जो चीजें मौजूद हैं उनमें एक ठोस स्थिरता है, वजन है और महसूस किया जा सकता है। इसमें शून्यता कैसे हो सकती है? क्या पदार्थ की संरचना के इस सिद्धांत में कोई गलती हो गई है? लेकिन यहां कोई त्रुटि नहीं है।

सभी भौतिक वस्तुएं परमाणुओं के बीच परस्पर क्रिया के कारण ही घनी दिखाई देती हैं। परमाणुओं के बीच आकर्षण या प्रतिकर्षण के कारण ही चीजों में ठोस और घनी स्थिरता होती है। यह रसायनों के क्रिस्टल जाली के घनत्व और कठोरता को सुनिश्चित करता है, जिसमें सब कुछ सामग्री शामिल है। लेकिन, एक दिलचस्प बिंदु, जब, उदाहरण के लिए, पर्यावरण की तापमान की स्थिति बदलती है, परमाणुओं के बीच के बंधन, यानी उनका आकर्षण और प्रतिकर्षण कमजोर हो सकता है, जिससे क्रिस्टल जाली कमजोर हो जाती है और यहां तक ​​कि इसके विनाश तक हो जाती है। यह गर्म करने पर पदार्थों के भौतिक गुणों में परिवर्तन की व्याख्या करता है। उदाहरण के लिए, जब लोहे को गर्म किया जाता है, तो यह तरल हो जाता है और किसी भी आकार का हो सकता है। और जब बर्फ पिघलती है, तो क्रिस्टल जाली के विनाश से पदार्थ की स्थिति में परिवर्तन होता है, और यह ठोस से तरल में बदल जाता है। ये परमाणुओं के बीच के बंधनों के कमजोर होने के स्पष्ट उदाहरण हैं और, परिणामस्वरूप, क्रिस्टल जाली के कमजोर होने या नष्ट होने और पदार्थ को अनाकार बनने की अनुमति देते हैं। और इस तरह के रहस्यमय रूपांतरों का कारण ठीक यही है कि पदार्थ केवल एक दस-हज़ारवें भाग से बने होते हैं, और बाकी सब खालीपन है।

और पदार्थ परमाणुओं के बीच मजबूत बंधनों के कारण ही ठोस प्रतीत होते हैं, जिसके कमजोर होने से पदार्थ बदल जाता है। इस प्रकार, परमाणु की संरचना का क्वांटम सिद्धांत हमें अपने आस-पास की दुनिया पर पूरी तरह से अलग नज़र डालने की अनुमति देता है।

परमाणु के सिद्धांत के संस्थापक, नील्स बोहर ने एक दिलचस्प अवधारणा को सामने रखा कि परमाणु में इलेक्ट्रॉन लगातार ऊर्जा का विकिरण नहीं करते हैं, बल्कि केवल उनके आंदोलन के प्रक्षेपवक्र के बीच संक्रमण के क्षण में होते हैं। बोहर के सिद्धांत ने कई अंतर-परमाणु प्रक्रियाओं को समझाने में मदद की, और मेंडेलीव द्वारा बनाई गई तालिका की सीमा को समझाते हुए रसायन विज्ञान के विज्ञान में भी एक सफलता हासिल की। के अनुसार, अंतिम तत्व जो समय और स्थान में मौजूद हो सकता है, उसकी क्रम संख्या एक सौ सैंतीस है, और एक सौ अड़तीसवें से शुरू होने वाले तत्व मौजूद नहीं हो सकते, क्योंकि उनका अस्तित्व सापेक्षता के सिद्धांत का खंडन करता है। साथ ही, बोहर के सिद्धांत ने परमाणु स्पेक्ट्रा जैसी भौतिक घटना की प्रकृति की व्याख्या की।

ये मुक्त परमाणुओं के अंतःक्रियात्मक स्पेक्ट्रा हैं जो उनके बीच ऊर्जा उत्सर्जित होने पर उत्पन्न होते हैं। इस तरह की घटनाएं प्लाज्मा अवस्था में गैसीय, वाष्पशील पदार्थों और पदार्थों के लिए विशिष्ट हैं। इस प्रकार, क्वांटम सिद्धांत ने भौतिकी की दुनिया में एक क्रांति की और वैज्ञानिकों को न केवल इस विज्ञान के क्षेत्र में, बल्कि कई संबंधित विज्ञानों के क्षेत्र में भी आगे बढ़ने की अनुमति दी: रसायन विज्ञान, ऊष्मप्रवैगिकी, प्रकाशिकी और दर्शन। और मानवता को चीजों की प्रकृति के रहस्यों को भेदने की अनुमति भी दी।

परमाणुओं की प्रकृति को समझने के लिए, उनके व्यवहार और बातचीत के सिद्धांतों को समझने के लिए मानवता द्वारा अपनी चेतना में अभी भी बहुत कुछ किया जाना बाकी है। इसे समझने के बाद, हम अपने आस-पास की दुनिया की प्रकृति को समझ पाएंगे, क्योंकि जो कुछ भी हमें घेरता है, धूल के कणों से शुरू होकर सूर्य पर ही समाप्त होता है, और हम स्वयं - सब कुछ परमाणुओं से मिलकर बनता है, जिसकी प्रकृति रहस्यमय है और अद्भुत और बहुत सारे रहस्यों से भरा हुआ।

नमस्कार प्रिय पाठकों। यदि आप जीवन से पीछे नहीं रहना चाहते हैं, आप वास्तव में एक खुश और स्वस्थ व्यक्ति बनना चाहते हैं, तो आपको क्वांटम आधुनिक भौतिकी के रहस्यों के बारे में पता होना चाहिए, कम से कम इस बात का थोड़ा अंदाजा है कि वैज्ञानिकों के पास ब्रह्मांड की कितनी गहराई है आज खोदा। आपके पास गहन वैज्ञानिक विवरण में जाने का समय नहीं है, लेकिन आप केवल सार को समझना चाहते हैं, लेकिन अज्ञात दुनिया की सुंदरता को देखना चाहते हैं, तो यह लेख: साधारण डमी के लिए क्वांटम भौतिकी या, कोई कह सकता है, गृहिणियों के लिए, बस है आपके लिए। मैं समझाने की कोशिश करूंगा कि क्वांटम भौतिकी क्या है, लेकिन सरल शब्दों में, स्पष्ट रूप से दिखाने के लिए।

"खुशी, स्वास्थ्य और क्वांटम भौतिकी के बीच क्या संबंध है?" तुम पूछो।

तथ्य यह है कि यह मानव चेतना से संबंधित कई समझ से बाहर सवालों के जवाब देने में मदद करता है, शरीर पर चेतना का प्रभाव। दुर्भाग्य से, शास्त्रीय भौतिकी पर निर्भर चिकित्सा हमें हमेशा स्वस्थ रहने में मदद नहीं करती है। और मनोविज्ञान आपको ठीक से यह नहीं बता सकता कि खुशी कैसे खोजी जाए।

दुनिया का केवल गहरा ज्ञान ही हमें यह समझने में मदद करेगा कि वास्तव में बीमारी से कैसे निपटें और खुशी कहाँ रहती है। यह ज्ञान ब्रह्मांड की गहरी परतों में पाया जाता है। क्वांटम भौतिकी बचाव के लिए आती है। जल्द ही आपको सब कुछ पता चल जाएगा।

क्वांटम भौतिकी सरल शब्दों में क्या अध्ययन करती है

हाँ, वास्तव में, क्वांटम भौतिकी को समझना बहुत कठिन है क्योंकि यह सूक्ष्म जगत के नियमों का अध्ययन करता है। यानी दुनिया अपनी गहरी परतों में, बहुत कम दूरी पर, जहां एक व्यक्ति के लिए देखना बहुत मुश्किल है।

और दुनिया, यह पता चला है, वहां बहुत अजीब, रहस्यमय और समझ से बाहर व्यवहार करता है, जैसा कि हम अभ्यस्त नहीं हैं।

इसलिए क्वांटम भौतिकी की सभी जटिलता और गलतफहमी।

लेकिन इस लेख को पढ़ने के बाद, आप अपने ज्ञान के क्षितिज का विस्तार करेंगे और दुनिया को पूरी तरह से अलग तरीके से देखेंगे।

संक्षेप में क्वांटम भौतिकी के इतिहास के बारे में

यह सब 20वीं शताब्दी की शुरुआत में शुरू हुआ, जब न्यूटनियन भौतिकी कई चीजों की व्याख्या नहीं कर सकी और वैज्ञानिक एक मृत अंत तक पहुंच गए। तब मैक्स प्लैंक ने क्वांटम की अवधारणा पेश की। अल्बर्ट आइंस्टीन ने इस विचार को उठाया और साबित कर दिया कि प्रकाश लगातार नहीं फैलता है, लेकिन भागों में - क्वांटा (फोटॉन)। इससे पहले, यह माना जाता था कि प्रकाश में तरंग प्रकृति होती है।

लेकिन जैसा कि बाद में पता चला, कोई भी प्राथमिक कण न केवल एक क्वांटम है, बल्कि एक ठोस कण है, बल्कि एक लहर भी है। इस तरह से क्वांटम भौतिकी में कोरपसकुलर-वेव द्वैतवाद प्रकट हुआ, पहला विरोधाभास और सूक्ष्म जगत की रहस्यमय घटनाओं की खोज की शुरुआत।

सबसे दिलचस्प विरोधाभास तब शुरू हुआ जब प्रसिद्ध डबल-स्लिट प्रयोग किया गया, जिसके बाद रहस्य बहुत अधिक हो गए। हम कह सकते हैं कि क्वांटम भौतिकी की शुरुआत उनके साथ हुई थी। आइए इसे देखें।

क्वांटम भौतिकी में दोहरा भट्ठा प्रयोग

ऊर्ध्वाधर पट्टियों के रूप में दो स्लॉट वाली प्लेट की कल्पना करें। हम इस प्लेट के पीछे एक स्क्रीन लगाएंगे। यदि हम प्रकाश को प्लेट पर निर्देशित करते हैं, तो हमें स्क्रीन पर एक व्यतिकरण पैटर्न दिखाई देगा। यानी बारी-बारी से डार्क और ब्राइट वर्टिकल स्ट्राइप्स। हस्तक्षेप किसी चीज के तरंग व्यवहार का परिणाम है, हमारे मामले में प्रकाश।

यदि आप अगल-बगल स्थित दो छिद्रों से पानी की एक लहर गुजारें, तो आप समझ जाएंगे कि व्यतिकरण क्या है। अर्थात्, प्रकाश एक प्रकार का हो जाता है जैसे कि उसकी तरंग प्रकृति होती है। लेकिन जैसा कि भौतिकी, या बल्कि आइंस्टीन ने सिद्ध किया है, यह फोटॉन कणों द्वारा प्रचारित होता है। पहले से ही एक विरोधाभास। लेकिन यह ठीक है, कणिका-लहर द्वैतवाद अब हमें आश्चर्यचकित नहीं करेगा। क्वांटम भौतिकी हमें बताती है कि प्रकाश तरंग की तरह व्यवहार करता है लेकिन फोटॉन से बना होता है। लेकिन चमत्कार अभी शुरू हो रहे हैं।

आइए एक प्लेट के सामने दो स्लॉट वाली एक बंदूक रखें, जो प्रकाश नहीं, बल्कि इलेक्ट्रॉनों का उत्सर्जन करेगी। आइए इलेक्ट्रॉनों की शूटिंग शुरू करें। हम प्लेट के पीछे स्क्रीन पर क्या देखेंगे?

आखिरकार, इलेक्ट्रॉन कण होते हैं, जिसका अर्थ है कि इलेक्ट्रॉनों का प्रवाह, दो स्लिट्स से गुजरते हुए, स्क्रीन पर केवल दो धारियां छोड़नी चाहिए, दो निशान स्लिट्स के विपरीत। क्या आपने कल्पना की है कि कंकड़ दो स्लॉट से उड़ते हुए स्क्रीन से टकराते हैं?

लेकिन हम वास्तव में क्या देखते हैं? सभी समान हस्तक्षेप पैटर्न। निष्कर्ष क्या है: इलेक्ट्रॉन तरंगों में फैलते हैं। तो इलेक्ट्रॉन तरंगें हैं। लेकिन आखिर यह एक प्राथमिक कण है। भौतिकी में फिर से कणिका-लहर द्वैतवाद।

लेकिन हम मान सकते हैं कि गहरे स्तर पर इलेक्ट्रॉन एक कण है, और जब ये कण एक साथ आते हैं, तो वे तरंगों की तरह व्यवहार करने लगते हैं। उदाहरण के लिए, एक समुद्री लहर एक लहर है, लेकिन यह पानी की बूंदों से बनी होती है, और एक छोटे स्तर पर अणुओं और फिर परमाणुओं से बनी होती है। ठीक है, तर्क ठोस है।

तो चलो एक बंदूक से गोली मारते हैं इलेक्ट्रॉनों की एक धारा के साथ नहीं, बल्कि एक निश्चित अवधि के बाद इलेक्ट्रॉनों को अलग से छोड़ते हैं। मानो हम दरारों से गुजर रहे हों, समुद्र की लहर नहीं, बल्कि बच्चों की पानी की पिस्तौल से अलग-अलग बूँदें थूक रहे हों।

यह काफी तर्कसंगत है कि इस मामले में पानी की अलग-अलग बूंदें अलग-अलग स्लॉट में गिरेंगी। प्लेट के पीछे स्क्रीन पर, कोई तरंग से हस्तक्षेप पैटर्न नहीं देख सकता था, लेकिन प्रत्येक स्लिट के विपरीत दो अलग-अलग प्रभाव फ्रिंज देख सकते थे। हमें वही दिखाई देगा यदि हम छोटे-छोटे पत्थर फेंकते हैं, तो वे दो दरारों से उड़ते हुए, दो छिद्रों से छाया की तरह एक निशान छोड़ जाते हैं। आइए अब इन दो धारियों को इलेक्ट्रॉन प्रभावों से स्क्रीन पर देखने के लिए अलग-अलग इलेक्ट्रॉनों को शूट करें। उन्होंने एक जारी किया, प्रतीक्षा की, दूसरी, प्रतीक्षा की, और इसी तरह। क्वांटम भौतिक विज्ञानी ऐसा प्रयोग करने में सफल रहे हैं।

लेकिन डरावनी। इन दो फ्रिन्जों के स्थान पर अनेक फ्रिन्जों के समान व्यतिकरण प्रत्यावर्तन प्राप्त होते हैं। ऐसा कैसे? ऐसा तब हो सकता है जब एक इलेक्ट्रॉन एक ही समय में दो स्लिट्स से उड़ता है, लेकिन प्लेट के पीछे, एक लहर की तरह, यह खुद से टकराता है और हस्तक्षेप करता है। लेकिन ऐसा नहीं हो सकता, क्योंकि एक कण एक ही समय में दो स्थानों पर नहीं हो सकता। यह या तो पहले स्लॉट से या दूसरे स्लॉट से उड़ान भरता है।

यहीं से क्वांटम भौतिकी की वास्तव में शानदार चीजें शुरू होती हैं।

क्वांटम भौतिकी में सुपरपोजिशन

गहन विश्लेषण से, वैज्ञानिकों ने पाया कि कोई भी प्राथमिक क्वांटम कण या एक ही प्रकाश (फोटॉन) वास्तव में एक ही समय में कई स्थानों पर हो सकता है। और ये चमत्कार नहीं हैं, बल्कि सूक्ष्म जगत के वास्तविक तथ्य हैं। क्वांटम भौतिकी यही कहती है। इसलिए, जब एक तोप से एक अलग कण की शूटिंग होती है, तो हम हस्तक्षेप का परिणाम देखते हैं। प्लेट के पीछे, इलेक्ट्रॉन स्वयं से टकराता है और एक व्यतिकरण पैटर्न बनाता है।

स्थूल जगत की साधारण वस्तुएं हमेशा एक ही स्थान पर होती हैं, एक अवस्था होती है। उदाहरण के लिए, अब आप एक कुर्सी पर बैठे हैं, वजन, मान लीजिए, 50 किग्रा, की नाड़ी दर 60 बीट प्रति मिनट है। बेशक, ये संकेत बदलेंगे, लेकिन कुछ समय बाद ये बदल जाएंगे। आखिरकार, आप घर पर और काम पर एक ही समय में 50 और 100 किलो वजन के साथ नहीं हो सकते। यह सब समझ में आता है, यह सामान्य ज्ञान है।

सूक्ष्म जगत के भौतिकी में, सब कुछ अलग है।

क्वांटम यांत्रिकी का दावा है, और यह पहले ही प्रयोगात्मक रूप से पुष्टि की जा चुकी है, कि कोई भी प्राथमिक कण एक साथ न केवल अंतरिक्ष में कई बिंदुओं पर हो सकता है, बल्कि एक ही समय में कई राज्य भी हो सकते हैं, जैसे कि स्पिन।

यह सब दिमाग में फिट नहीं होता है, दुनिया के सामान्य विचार को कमजोर करता है, भौतिकी के पुराने नियम, सोच बदल देता है, कोई सुरक्षित रूप से कह सकता है कि यह आपको पागल कर देता है।

इस प्रकार हम क्वांटम यांत्रिकी में "सुपरपोजिशन" शब्द को समझते हैं।

सुपरपोजिशन का मतलब है कि सूक्ष्म जगत की कोई वस्तु एक साथ अंतरिक्ष के विभिन्न बिंदुओं में हो सकती है, और एक ही समय में कई अवस्थाएँ भी हो सकती हैं। और यह प्राथमिक कणों के लिए सामान्य है। ऐसा है माइक्रोवर्ल्ड का नियम, चाहे वह कितना भी अजीब और शानदार क्यों न लगे।

आप हैरान हैं, लेकिन ये केवल फूल हैं, क्वांटम भौतिकी के सबसे अकथनीय चमत्कार, रहस्य और विरोधाभास अभी बाकी हैं।

सरल शब्दों में भौतिकी में वेव फंक्शन का पतन

तब वैज्ञानिकों ने यह पता लगाने और अधिक सटीक रूप से देखने का फैसला किया कि क्या इलेक्ट्रॉन वास्तव में दोनों स्लिट्स से होकर गुजरता है। अचानक यह एक भट्ठा से होकर गुजरता है और फिर किसी तरह अलग हो जाता है और एक हस्तक्षेप पैटर्न बनाता है क्योंकि यह गुजरता है। अच्छा, आप कभी नहीं जानते। यानी, आपको स्लिट के पास कुछ उपकरण लगाने की जरूरत है, जो इसके माध्यम से एक इलेक्ट्रॉन के पारित होने को सटीक रूप से रिकॉर्ड करेगा। आपने कहा हमने किया। बेशक, इसे लागू करना मुश्किल है, आपको एक उपकरण की आवश्यकता नहीं है, बल्कि एक इलेक्ट्रॉन के पारित होने को देखने के लिए कुछ और चाहिए। लेकिन वैज्ञानिकों ने ऐसा किया है।

लेकिन अंत में नतीजे ने सबको चौंका दिया.

जैसे ही हम यह देखना शुरू करते हैं कि इलेक्ट्रॉन किस स्लिट से होकर गुजरता है, यह तरंग की तरह नहीं, एक अजीब पदार्थ की तरह व्यवहार करना शुरू कर देता है जो एक ही समय में अंतरिक्ष में विभिन्न बिंदुओं पर स्थित होता है, बल्कि एक साधारण कण की तरह होता है। यही है, यह क्वांटम के विशिष्ट गुणों को दिखाना शुरू कर देता है: यह केवल एक ही स्थान पर स्थित होता है, यह एक स्लॉट से गुजरता है, इसका एक स्पिन मान होता है। स्क्रीन पर जो दिखाई देता है वह इंटरफेरेंस पैटर्न नहीं है, बल्कि स्लिट के विपरीत एक साधारण ट्रेस है।

लेकिन यह कैसे संभव है। मानो इलेक्ट्रॉन मजाक कर रहा हो, हमारे साथ खेल रहा हो। सबसे पहले, यह एक लहर की तरह व्यवहार करता है, और फिर, जब हमने एक भट्ठा के माध्यम से इसके मार्ग को देखने का फैसला किया, तो यह एक ठोस कण के गुणों को प्रदर्शित करता है और केवल एक भट्ठा से होकर गुजरता है। लेकिन सूक्ष्म जगत में ऐसा ही है। ये क्वांटम भौतिकी के नियम हैं।

वैज्ञानिकों ने प्राथमिक कणों का एक और रहस्यमय गुण देखा है। इस प्रकार क्वांटम भौतिकी में अनिश्चितता और तरंग फलन के पतन की अवधारणाएँ सामने आईं।

जब एक इलेक्ट्रॉन अंतराल की ओर उड़ता है, तो यह अनिश्चित अवस्था में होता है या, जैसा कि हमने ऊपर कहा, एक सुपरपोजिशन में। यही है, यह एक लहर की तरह व्यवहार करता है, यह अंतरिक्ष में विभिन्न बिंदुओं पर एक साथ स्थित होता है, इसके दो स्पिन मान होते हैं (एक स्पिन में केवल दो मान होते हैं)। अगर हम इसे नहीं छूते हैं, इसे देखने की कोशिश नहीं करते हैं, यह पता नहीं लगाते हैं कि यह कहां है, अगर हम इसके स्पिन के मूल्य को नहीं मापते हैं, तो यह दो स्लिट्स के माध्यम से एक लहर की तरह उड़ जाएगा। उसी समय, जिसका अर्थ है कि यह एक हस्तक्षेप पैटर्न बनाएगा। क्वांटम भौतिकी तरंग फ़ंक्शन का उपयोग करके इसके प्रक्षेपवक्र और मापदंडों का वर्णन करती है।

हमारे द्वारा माप लेने के बाद (और माइक्रोवर्ल्ड के एक कण को ​​​​उसके साथ बातचीत करके ही मापना संभव है, उदाहरण के लिए, किसी अन्य कण से टकराकर), फिर तरंग फ़ंक्शन ध्वस्त हो जाता है।

यानी अब इलेक्ट्रॉन अंतरिक्ष में बिल्कुल एक ही स्थान पर है, इसका एक स्पिन मान है।

कोई कह सकता है कि एक प्राथमिक कण भूत की तरह है, ऐसा लगता है, लेकिन साथ ही यह एक ही स्थान पर नहीं है, और एक निश्चित संभावना के साथ यह तरंग फ़ंक्शन के विवरण के भीतर कहीं भी हो सकता है। लेकिन जैसे ही हम उससे संपर्क करना शुरू करते हैं, यह एक भूतिया वस्तु से एक वास्तविक मूर्त पदार्थ में बदल जाता है, जो शास्त्रीय दुनिया की सामान्य वस्तुओं की तरह व्यवहार करता है जो हमें परिचित हैं।

"यह शानदार है," आप कहते हैं। ज़रूर, लेकिन क्वांटम भौतिकी के चमत्कार अभी शुरू हो रहे हैं। सबसे अविश्वसनीय अभी आना बाकी है। लेकिन आइए जानकारी की प्रचुरता से विराम लें और एक अन्य लेख में एक बार फिर क्वांटम एडवेंचर्स पर लौटें। इस बीच, आज आपने जो सीखा, उस पर चिंतन करें। ऐसे चमत्कार क्या कर सकते हैं? आखिरकार, वे हमें घेर लेते हैं, यह हमारी दुनिया की संपत्ति है, भले ही यह गहरे स्तर पर हो। क्या हम अभी भी सोचते हैं कि हम एक उबाऊ दुनिया में रहते हैं? लेकिन हम बाद में निष्कर्ष निकालेंगे।

मैंने क्वांटम भौतिकी की मूल बातों के बारे में संक्षेप में और स्पष्ट रूप से बात करने की कोशिश की।

लेकिन अगर आपको कुछ समझ में नहीं आता है, तो क्वांटम भौतिकी के बारे में इस कार्टून को दो स्लिट्स के साथ प्रयोग के बारे में देखें, वहां सब कुछ समझने योग्य, सरल भाषा में बताया गया है।

क्वांटम भौतिकी के बारे में कार्टून:

या आप इस वीडियो को देख सकते हैं, सब कुछ ठीक हो जाएगा, क्वांटम भौतिकी बहुत दिलचस्प है।

क्वांटम भौतिकी के बारे में वीडियो:

आप इसके बारे में पहले कैसे नहीं जानते थे?

क्वांटम भौतिकी में आधुनिक खोजें हमारी परिचित भौतिक दुनिया को बदल रही हैं।

ब्लॉग में आपका स्वागत है! मुझे तुम पर बहुत खुशी है!

ज़रूर आपने कई बार सुना होगा क्वांटम भौतिकी और क्वांटम यांत्रिकी के अकथनीय रहस्यों के बारे में. इसके नियम रहस्यवाद को आकर्षित करते हैं, और यहां तक ​​कि भौतिक विज्ञानी भी स्वयं स्वीकार करते हैं कि वे उन्हें पूरी तरह से नहीं समझते हैं। एक तरफ इन नियमों को समझने की उत्सुकता है, लेकिन दूसरी तरफ भौतिकी पर बहु-खंड और जटिल किताबें पढ़ने का समय नहीं है। मैं आपको बहुत समझता हूं, क्योंकि मुझे ज्ञान और सत्य की खोज से भी प्यार है, लेकिन सभी पुस्तकों के लिए पर्याप्त समय नहीं है। आप अकेले नहीं हैं, इतने सारे जिज्ञासु लोग खोज लाइन में टाइप करते हैं: "डमी के लिए क्वांटम भौतिकी, डमी के लिए क्वांटम यांत्रिकी, शुरुआती के लिए क्वांटम भौतिकी, शुरुआती के लिए क्वांटम यांत्रिकी, क्वांटम भौतिकी की मूल बातें, क्वांटम यांत्रिकी की मूल बातें, बच्चों के लिए क्वांटम भौतिकी , क्वांटम यांत्रिकी क्या है"। यह पोस्ट आप के लिए है.

आप क्वांटम भौतिकी की मूल अवधारणाओं और विरोधाभासों को समझेंगे। लेख से आप सीखेंगे:

• हस्तक्षेप क्या है?
• स्पिन और सुपरपोजिशन क्या है?
• "माप" या "वेवफंक्शन पतन" क्या है?
• क्वांटम उलझाव (या डमी के लिए क्वांटम टेलीपोर्टेशन) क्या है? (लेख देखें)
• श्रोडिंगर की बिल्ली विचार प्रयोग क्या है? (लेख देखें)

क्वांटम भौतिकी और क्वांटम यांत्रिकी क्या है?

क्वांटम यांत्रिकी क्वांटम भौतिकी का हिस्सा है।

इन विज्ञानों को समझना इतना कठिन क्यों है? उत्तर सरल है: क्वांटम भौतिकी और क्वांटम यांत्रिकी (क्वांटम भौतिकी का एक हिस्सा) माइक्रोवर्ल्ड के नियमों का अध्ययन करते हैं। और ये कानून हमारे स्थूल जगत के नियमों से बिल्कुल अलग हैं। इसलिए, हमारे लिए यह कल्पना करना मुश्किल है कि सूक्ष्म जगत में इलेक्ट्रॉनों और फोटॉनों का क्या होता है।

मैक्रो- और माइक्रोवर्ल्ड के नियमों के बीच अंतर का एक उदाहरण: हमारे स्थूल जगत में, यदि आप 2 बक्सों में से एक में गेंद डालते हैं, तो उनमें से एक खाली हो जाएगी, और दूसरी - एक गेंद। लेकिन सूक्ष्म जगत में (यदि एक गेंद के बजाय - एक परमाणु), एक परमाणु एक साथ दो बक्से में हो सकता है। प्रयोगात्मक रूप से इसकी बार-बार पुष्टि की गई है। क्या इसे अपने सिर में रखना मुश्किल नहीं है? लेकिन आप तथ्यों के साथ बहस नहीं कर सकते।

एक और उदाहरण।आपने एक तेज दौड़ती लाल स्पोर्ट्स कार की तस्वीर खींची और फोटो में आपको एक धुंधली क्षैतिज पट्टी दिखाई दी, जैसे कि तस्वीर के समय कार अंतरिक्ष में कई बिंदुओं से थी। फोटो में आप जो देख रहे हैं उसके बावजूद, आप अभी भी सुनिश्चित हैं कि कार उस समय थी जब आपने इसे फोटो खिंचवाया था। अंतरिक्ष में एक विशिष्ट स्थान पर. सूक्ष्म जगत में ऐसा नहीं है। एक इलेक्ट्रॉन जो किसी परमाणु के नाभिक के चारों ओर चक्कर लगाता है, वास्तव में घूमता नहीं है, लेकिन गोले के सभी बिंदुओं पर एक साथ स्थित हैएक परमाणु के नाभिक के चारों ओर। भुलक्कड़ ऊन की एक ढीले घाव की गेंद की तरह। भौतिकी में इस अवधारणा को कहा जाता है "इलेक्ट्रॉनिक बादल" .

इतिहास में एक छोटा विषयांतर।पहली बार, वैज्ञानिकों ने क्वांटम दुनिया के बारे में सोचा, जब 1900 में, जर्मन भौतिक विज्ञानी मैक्स प्लैंक ने यह पता लगाने की कोशिश की कि धातु गर्म होने पर रंग क्यों बदलती है। यह वह था जिसने क्वांटम की अवधारणा पेश की थी। इससे पहले, वैज्ञानिकों ने सोचा था कि प्रकाश लगातार यात्रा करता है। प्लैंक की खोज को गंभीरता से लेने वाले पहले व्यक्ति तत्कालीन अज्ञात अल्बर्ट आइंस्टीन थे। उन्होंने महसूस किया कि प्रकाश केवल एक लहर नहीं है। कभी-कभी यह एक कण की तरह व्यवहार करता है। आइंस्टीन को उनकी खोज के लिए नोबेल पुरस्कार मिला कि प्रकाश अंशों, क्वांटा में उत्सर्जित होता है। प्रकाश की मात्रा को फोटॉन कहा जाता है ( फोटान, विकिपीडिया) .

क्वांटम के नियमों को समझना आसान बनाने के लिए भौतिक विज्ञानऔर यांत्रिकी (विकिपीडिया), यह आवश्यक है, एक निश्चित अर्थ में, हमें परिचित शास्त्रीय भौतिकी के नियमों से अलग करना। और कल्पना करें कि आपने एलिस की तरह, खरगोश के छेद के नीचे, वंडरलैंड में गोता लगाया।

और यहाँ बच्चों और वयस्कों के लिए एक कार्टून है। 2 स्लिट्स और एक ऑब्जर्वर के साथ क्वांटम यांत्रिकी के मौलिक प्रयोग के बारे में बात करता है। केवल 5 मिनट तक रहता है। इससे पहले कि हम क्वांटम भौतिकी के मूल प्रश्नों और अवधारणाओं में तल्लीन हों, इसे देखें।

डमी वीडियो के लिए क्वांटम भौतिकी. कार्टून में, पर्यवेक्षक की "आंख" पर ध्यान दें। यह भौतिकविदों के लिए एक गंभीर रहस्य बन गया है।

हस्तक्षेप क्या है?

कार्टून की शुरुआत में, एक तरल के उदाहरण का उपयोग करते हुए, यह दिखाया गया था कि तरंगें कैसे व्यवहार करती हैं - बारी-बारी से अंधेरे और हल्के ऊर्ध्वाधर धारियों को स्लॉट के साथ एक प्लेट के पीछे स्क्रीन पर दिखाई देता है। और मामले में जब असतत कण (उदाहरण के लिए, कंकड़) को प्लेट पर "शॉट" किया जाता है, तो वे 2 स्लॉट्स से उड़ते हैं और सीधे स्लॉट के विपरीत स्क्रीन से टकराते हैं। और स्क्रीन पर केवल 2 लंबवत धारियों को "ड्रा" करें।

प्रकाश हस्तक्षेप- यह प्रकाश का "लहर" व्यवहार है, जब स्क्रीन पर बहुत सी बारी-बारी से उज्ज्वल और गहरे रंग की लंबवत धारियां प्रदर्शित होती हैं। और वो खड़ी धारियाँ एक हस्तक्षेप पैटर्न कहा जाता है.

हमारे स्थूल जगत में, हम अक्सर देखते हैं कि प्रकाश एक तरंग की तरह व्यवहार करता है। यदि आप अपना हाथ मोमबत्ती के सामने रखते हैं, तो दीवार पर हाथ से स्पष्ट छाया नहीं होगी, बल्कि धुंधली आकृति होगी।

तो, यह इतना मुश्किल नहीं है! अब यह हमारे लिए बिल्कुल स्पष्ट है कि प्रकाश की तरंग प्रकृति होती है, और यदि 2 झिरियां प्रकाश से प्रकाशित होती हैं, तो उनके पीछे के पर्दे पर हम एक व्यतिकरण पैटर्न देखेंगे। अब दूसरे प्रयोग पर विचार करें। यह प्रसिद्ध स्टर्न-गेरलाच प्रयोग है (जो पिछली शताब्दी के 20 के दशक में किया गया था)।

कार्टून में वर्णित स्थापना में, वे प्रकाश से नहीं चमकते थे, लेकिन इलेक्ट्रॉनों के साथ "शॉट" (अलग कणों के रूप में)। फिर, पिछली शताब्दी की शुरुआत में, दुनिया भर के भौतिकविदों का मानना ​​​​था कि इलेक्ट्रॉन पदार्थ के प्राथमिक कण हैं और उनमें तरंग प्रकृति नहीं होनी चाहिए, बल्कि कंकड़ के समान होना चाहिए। आखिरकार, इलेक्ट्रॉन पदार्थ के प्राथमिक कण हैं, है ना? यही है, अगर उन्हें कंकड़ की तरह 2 स्लॉट में "फेंका" जाता है, तो स्लॉट्स के पीछे की स्क्रीन पर हमें 2 ऊर्ध्वाधर धारियां दिखनी चाहिए।

लेकिन... परिणाम आश्चर्यजनक था। वैज्ञानिकों ने एक हस्तक्षेप पैटर्न देखा - बहुत सारी ऊर्ध्वाधर धारियाँ। यानी प्रकाश की तरह इलेक्ट्रॉनों में भी तरंग प्रकृति हो सकती है, वे हस्तक्षेप कर सकते हैं। दूसरी ओर, यह स्पष्ट हो गया कि प्रकाश न केवल एक लहर है, बल्कि एक कण भी है - एक फोटॉन (लेख की शुरुआत में ऐतिहासिक पृष्ठभूमि से हमें पता चला कि आइंस्टीन को इस खोज के लिए नोबेल पुरस्कार मिला था)।

आपको याद होगा कि स्कूल में हमें फिजिक्स के बारे में बताया जाता था "कण-लहर द्वैतवाद"? इसका मतलब है कि जब सूक्ष्म जगत के बहुत छोटे कणों (परमाणु, इलेक्ट्रॉन) की बात आती है, तो वे दोनों तरंगें और कण हैं

यह आज है कि आप और मैं इतने स्मार्ट हैं और समझते हैं कि ऊपर वर्णित 2 प्रयोग - इलेक्ट्रॉनों के साथ शूटिंग और प्रकाश के साथ रोशनी वाले स्लॉट - एक ही चीज हैं। क्योंकि हम क्वांटम कणों को स्लिट्स पर निकाल रहे हैं। अब हम जानते हैं कि प्रकाश और इलेक्ट्रॉन दोनों क्वांटम प्रकृति के हैं, वे एक ही समय में तरंग और कण दोनों हैं। और 20वीं सदी की शुरुआत में इस प्रयोग के नतीजे सनसनीखेज थे।

ध्यान! अब एक और सूक्ष्म मुद्दे पर चलते हैं।

हम फोटॉन (इलेक्ट्रॉनों) की एक धारा के साथ अपने स्लिट्स पर चमकते हैं - और हम स्क्रीन पर स्लिट्स के पीछे एक इंटरफेरेंस पैटर्न (वर्टिकल स्ट्राइप्स) देखते हैं। यह स्पष्ट है। लेकिन हम यह देखने में रुचि रखते हैं कि प्रत्येक इलेक्ट्रॉन स्लिट से कैसे उड़ता है।

संभवतः, एक इलेक्ट्रॉन बाईं ओर उड़ता है, दूसरा दाईं ओर। लेकिन फिर स्क्रीन पर सीधे स्लॉट्स के विपरीत 2 लंबवत धारियां दिखाई देनी चाहिए। व्यतिकरण पैटर्न क्यों प्राप्त किया जाता है? हो सकता है कि स्लिट्स के माध्यम से उड़ने के बाद इलेक्ट्रॉन पहले से ही स्क्रीन पर एक-दूसरे के साथ बातचीत करते हैं। और परिणाम एक ऐसा तरंग पैटर्न है। हम इसका पालन कैसे कर सकते हैं?

हम इलेक्ट्रॉनों को बीम में नहीं, बल्कि एक-एक करके फेंकेंगे। इसे गिराओ, रुको, अगले को गिराओ। अब, जब इलेक्ट्रॉन अकेले उड़ता है, तो यह स्क्रीन पर अन्य इलेक्ट्रॉनों के साथ बातचीत करने में सक्षम नहीं होगा। हम थ्रो के बाद प्रत्येक इलेक्ट्रॉन को स्क्रीन पर पंजीकृत करेंगे। एक या दो, निश्चित रूप से, हमारे लिए एक स्पष्ट तस्वीर "रंग" नहीं करेंगे। लेकिन जब एक-एक करके हम उनमें से बहुत से स्लॉट्स में भेजते हैं, तो हम देखेंगे ... ओह हॉरर - उन्होंने फिर से एक हस्तक्षेप तरंग पैटर्न "खींचा"!

हम धीरे-धीरे पागल होने लगते हैं। आखिरकार, हमें उम्मीद थी कि स्लॉट्स के विपरीत 2 लंबवत धारियां होंगी! यह पता चला है कि जब हमने एक बार में एक फोटॉन फेंका, तो उनमें से प्रत्येक एक ही समय में 2 स्लिट्स के माध्यम से पारित हो गया और स्वयं के साथ हस्तक्षेप किया। उपन्यास! हम अगले भाग में इस घटना की व्याख्या पर लौटेंगे।

स्पिन और सुपरपोजिशन क्या है?

अब हम जानते हैं कि हस्तक्षेप क्या है। यह सूक्ष्म कणों का तरंग व्यवहार है - फोटॉन, इलेक्ट्रॉन, अन्य सूक्ष्म कण (चलिए अब से उन्हें सरलता के लिए फोटॉन कहते हैं)।

प्रयोग के परिणामस्वरूप, जब हमने 1 फोटॉन को 2 स्लिट्स में फेंका, तो हमने महसूस किया कि यह एक ही समय में दो स्लिट्स के माध्यम से उड़ता है। स्क्रीन पर इंटरफेरेंस पैटर्न की व्याख्या कैसे करें?

लेकिन एक तस्वीर की कल्पना कैसे करें कि एक फोटॉन एक ही समय में दो स्लिट्स के माध्यम से उड़ता है? 2 विकल्प हैं।

• पहला विकल्प:फोटॉन, एक लहर की तरह (पानी की तरह) एक ही समय में 2 स्लिट्स के माध्यम से "तैरता है"
• दूसरा विकल्प:एक फोटॉन, एक कण की तरह, 2 प्रक्षेपवक्र के साथ एक साथ उड़ता है (दो भी नहीं, बल्कि सभी एक साथ)

सिद्धांत रूप में, ये कथन समतुल्य हैं। हम "पथ अभिन्न" पर आ गए हैं। यह रिचर्ड फेनमैन का क्वांटम यांत्रिकी का सूत्रीकरण है।

वैसे, बिल्कुल रिचर्ड फेनमैनप्रसिद्ध अभिव्यक्ति के अंतर्गत आता है कि हम विश्वास के साथ कह सकते हैं कि कोई भी क्वांटम यांत्रिकी को नहीं समझता है

लेकिन उनकी इस अभिव्यक्ति ने सदी की शुरुआत में काम किया। लेकिन अब हम होशियार हैं और हम जानते हैं कि एक फोटॉन एक कण और एक तरंग दोनों के रूप में व्यवहार कर सकता है। कि वह एक ही समय में 2 स्लॉट के माध्यम से किसी तरह से उड़ सकता है जो हमारे लिए समझ से बाहर है। इसलिए, हमारे लिए क्वांटम यांत्रिकी के निम्नलिखित महत्वपूर्ण कथन को समझना आसान होगा:

कड़ाई से बोलते हुए, क्वांटम यांत्रिकी हमें बताता है कि यह फोटॉन व्यवहार नियम है, अपवाद नहीं। कोई भी क्वांटम कण, एक नियम के रूप में, कई राज्यों में या एक साथ अंतरिक्ष में कई बिंदुओं पर होता है।

मैक्रोवर्ल्ड की वस्तुएं केवल एक विशिष्ट स्थान पर और एक विशिष्ट अवस्था में हो सकती हैं। लेकिन एक क्वांटम कण अपने स्वयं के नियमों के अनुसार मौजूद है। और उसे परवाह नहीं है कि हम उन्हें नहीं समझते हैं। यह सही बात है।

यह हमारे लिए केवल एक स्वयंसिद्ध के रूप में स्वीकार करना बाकी है कि क्वांटम ऑब्जेक्ट के "सुपरपोजिशन" का अर्थ है कि यह एक ही समय में 2 या अधिक प्रक्षेपवक्र पर, एक ही समय में 2 या अधिक बिंदुओं पर हो सकता है।

यही बात दूसरे फोटॉन पैरामीटर - स्पिन (इसकी अपनी कोणीय गति) पर भी लागू होती है। स्पिन एक वेक्टर है। एक क्वांटम वस्तु को एक सूक्ष्म चुंबक के रूप में माना जा सकता है। हम इस तथ्य के अभ्यस्त हैं कि चुंबक वेक्टर (स्पिन) या तो ऊपर या नीचे निर्देशित होता है। लेकिन इलेक्ट्रॉन या फोटॉन हमें फिर से बताता है: "दोस्तों, हमें परवाह नहीं है कि आप किस चीज के अभ्यस्त हैं, हम एक ही बार में दोनों स्पिन राज्यों में हो सकते हैं (वेक्टर अप, वेक्टर डाउन), जैसे हम 2 प्रक्षेपवक्र पर हो सकते हैं एक ही समय में या एक ही समय में 2 बिंदुओं पर!

"माप" या "वेवफंक्शन पतन" क्या है?

यह हमारे लिए थोड़ा रह जाता है - यह समझने के लिए कि "माप" क्या है और "लहर फ़ंक्शन का पतन" क्या है।

तरंग क्रियाएक क्वांटम वस्तु (हमारे फोटॉन या इलेक्ट्रॉन) की स्थिति का विवरण है।

मान लीजिए हमारे पास एक इलेक्ट्रॉन है, यह अपने आप उड़ जाता है एक अनिश्चित अवस्था में, इसकी स्पिन एक ही समय में ऊपर और नीचे दोनों दिशाओं में निर्देशित होती है. हमें उसकी स्थिति को मापने की जरूरत है।

आइए एक चुंबकीय क्षेत्र का उपयोग करके मापें: जिन इलेक्ट्रॉनों का स्पिन क्षेत्र की दिशा में निर्देशित किया गया था, वे एक दिशा में विचलित हो जाएंगे, और जिन इलेक्ट्रॉनों का स्पिन क्षेत्र के खिलाफ निर्देशित होता है, वे दूसरी दिशा में विचलित हो जाएंगे। फोटॉन को ध्रुवीकरण फिल्टर में भी भेजा जा सकता है। यदि फोटॉन का स्पिन (ध्रुवीकरण) +1 है, तो यह फिल्टर से होकर गुजरता है, और यदि यह -1 है, तो ऐसा नहीं होता है।

विराम! यह वह जगह है जहाँ प्रश्न अनिवार्य रूप से उठता है:माप से पहले, आखिरकार, इलेक्ट्रॉन की कोई विशेष स्पिन दिशा नहीं थी, है ना? क्या वह एक ही समय में सभी राज्यों में थे?

यह क्वांटम यांत्रिकी की चाल और अनुभूति है।. जब तक आप क्वांटम ऑब्जेक्ट की स्थिति को नहीं मापते हैं, यह किसी भी दिशा में घूम सकता है (अपने स्वयं के कोणीय गति वेक्टर - स्पिन की कोई भी दिशा है)। लेकिन जिस समय आपने उसकी अवस्था मापी, वह तय करता दिख रहा है कि कौन सा स्पिन वेक्टर लेना है।

यह क्वांटम वस्तु इतनी मस्त है - यह अपनी अवस्था के बारे में निर्णय लेती है।और हम पहले से भविष्यवाणी नहीं कर सकते कि जब यह चुंबकीय क्षेत्र में उड़ जाएगा तो यह क्या निर्णय लेगा जिसमें हम इसे मापते हैं। संभावना है कि वह एक स्पिन वेक्टर "ऊपर" या "नीचे" करने का फैसला करता है, 50 से 50% है। लेकिन जैसे ही वह फैसला करता है, वह एक निश्चित स्थिति में एक विशिष्ट स्पिन दिशा के साथ होता है। उनके निर्णय का कारण हमारा "आयाम" है!

यह कहा जाता है " तरंग समारोह पतन". माप से पहले तरंग कार्य अनिश्चित था, अर्थात। इलेक्ट्रॉन स्पिन वेक्टर एक साथ सभी दिशाओं में था, माप के बाद, इलेक्ट्रॉन ने अपने स्पिन वेक्टर की एक निश्चित दिशा तय की।

ध्यान! समझने के लिए हमारे स्थूल जगत से एक उत्कृष्ट उदाहरण-संघ:

एक सिक्के को टेबल पर ऊपर की तरह घुमाएँ। जबकि सिक्का घूम रहा है, इसका कोई विशेष अर्थ नहीं है - सिर या पूंछ। लेकिन जैसे ही आप इस मूल्य को "मापने" और अपने हाथ से सिक्के को पटकने का फैसला करते हैं, यह वह जगह है जहां आपको सिक्के की विशिष्ट स्थिति मिलती है - सिर या पूंछ। अब कल्पना कीजिए कि यह सिक्का तय करता है कि आपको "दिखाने" के लिए क्या मूल्य है - सिर या पूंछ। इलेक्ट्रॉन लगभग उसी तरह व्यवहार करता है।

अब कार्टून के अंत में दिखाए गए प्रयोग को याद करें। जब फोटॉनों को झिरियों से गुजारा जाता था, तो वे एक तरंग की तरह व्यवहार करते थे और स्क्रीन पर एक व्यतिकरण पैटर्न दिखाते थे। और जब वैज्ञानिकों ने उस क्षण को ठीक करना (मापना) चाहा जब फोटॉन स्लिट से होकर गुजरे और स्क्रीन के पीछे एक "पर्यवेक्षक" लगाया, तो फोटॉन तरंगों की तरह नहीं, बल्कि कणों की तरह व्यवहार करने लगे। और स्क्रीन पर 2 लंबवत धारियों को "खींचा"। वे। माप या अवलोकन के समय, क्वांटम वस्तुएं स्वयं चुनती हैं कि उन्हें किस अवस्था में होना चाहिए।

उपन्यास! ऐसा नहीं है?

लेकिन यह बिलकुल भी नहीं है। अंत में हम सबसे दिलचस्प के लिए मिला।

लेकिन ... मुझे ऐसा लगता है कि जानकारी का एक अधिभार होगा, इसलिए हम इन 2 अवधारणाओं पर अलग-अलग पोस्ट में विचार करेंगे:

• क्या हुआ है ?
• एक विचार प्रयोग क्या है।

और अब, क्या आप चाहते हैं कि जानकारी को अलमारियों पर रखा जाए? कैनेडियन इंस्टीट्यूट फॉर थियोरेटिकल फिजिक्स द्वारा निर्मित एक वृत्तचित्र देखें। 20 मिनट में, यह आपको बहुत संक्षेप में और कालानुक्रमिक क्रम में क्वांटम भौतिकी की सभी खोजों के बारे में बताएगा, जिसकी शुरुआत 1900 में प्लैंक की खोज से हुई थी। और फिर वे आपको बताएंगे कि क्वांटम भौतिकी के ज्ञान के आधार पर वर्तमान में कौन से व्यावहारिक विकास किए जा रहे हैं: सबसे सटीक परमाणु घड़ियों से लेकर क्वांटम कंप्यूटर की सुपर-फास्ट गणना तक। मैं इस फिल्म को देखने की अत्यधिक अनुशंसा करता हूं।

फिर मिलते हैं!

मैं आपको आपकी सभी योजनाओं और परियोजनाओं के लिए प्रेरणा की कामना करता हूं!

P.S.2 अपने प्रश्न और विचार कमेंट में लिखें। लिखें, क्वांटम भौतिकी के और कौन से प्रश्न हैं जिनमें आपकी रुचि है?

P.S.3 ब्लॉग की सदस्यता लें - लेख के तहत सदस्यता प्रपत्र।

ग्रीक "फ्यूसिस" से "भौतिकी" शब्द आता है। इसका अर्थ है "प्रकृति"। चौथी शताब्दी ईसा पूर्व में रहने वाले अरस्तू ने सबसे पहले इस अवधारणा को पेश किया था।

एमवी लोमोनोसोव के सुझाव पर भौतिकी "रूसी" बन गई, जब उन्होंने जर्मन से पहली पाठ्यपुस्तक का अनुवाद किया।

विज्ञान भौतिकी

भौतिकी मुख्य में से एक है दुनिया भर में विभिन्न प्रक्रियाएं, परिवर्तन, यानी घटनाएं लगातार हो रही हैं।

उदाहरण के लिए, किसी गर्म स्थान पर बर्फ का एक टुकड़ा पिघलना शुरू हो जाएगा। और केतली में पानी आग पर उबलता है। तार से गुजरने वाला एक विद्युत प्रवाह इसे गर्म कर देगा और इसे गर्म भी कर देगा। इनमें से प्रत्येक प्रक्रिया एक घटना है। भौतिकी में, ये यांत्रिक, चुंबकीय, विद्युत, ध्वनि, थर्मल और प्रकाश परिवर्तन हैं जिनका विज्ञान द्वारा अध्ययन किया जाता है। उन्हें भौतिक घटनाएँ भी कहा जाता है। उन्हें ध्यान में रखते हुए, वैज्ञानिक कानून निकालते हैं।

विज्ञान का कार्य इन नियमों की खोज करना और उनका अध्ययन करना है। जीव विज्ञान, भूगोल, रसायन विज्ञान और खगोल विज्ञान जैसे विज्ञानों द्वारा प्रकृति का अध्ययन किया जाता है। वे सभी भौतिक नियम लागू करते हैं।

मामले

भौतिकी में सामान्य शब्दों के अलावा, वे विशेष शब्दों का भी उपयोग करते हैं जिन्हें शब्द कहा जाता है। ये "ऊर्जा" हैं (भौतिकी में यह बातचीत के विभिन्न रूपों और पदार्थ की गति के साथ-साथ एक से दूसरे में संक्रमण का एक उपाय है), "बल" (अन्य निकायों और क्षेत्रों के प्रभाव की तीव्रता का एक उपाय) एक शरीर पर) और कई अन्य। उनमें से कुछ ने धीरे-धीरे बोलचाल की भाषा में प्रवेश किया।

उदाहरण के लिए, किसी व्यक्ति के संबंध में रोजमर्रा की जिंदगी में "ऊर्जा" शब्द का उपयोग करके, हम उसके कार्यों के परिणामों का मूल्यांकन कर सकते हैं, लेकिन भौतिकी में ऊर्जा कई अलग-अलग तरीकों से अध्ययन का एक उपाय है।

भौतिकी में सभी निकायों को भौतिक कहा जाता है। उनके पास मात्रा और आकार है। उनमें पदार्थ होते हैं, जो बदले में, पदार्थों के प्रकारों में से एक हैं - यह वह सब कुछ है जो ब्रह्मांड में मौजूद है।

अनुभव

लोग जो कुछ भी जानते हैं, वह अवलोकनों से आया है। घटनाओं का अध्ययन करने के लिए, उन्हें लगातार देखा जाता है।

उदाहरण के लिए, जमीन पर गिरने वाले विभिन्न निकायों को लें। यह पता लगाना आवश्यक है कि क्या यह घटना असमान द्रव्यमान, विभिन्न ऊंचाइयों, आदि के गिरने पर भिन्न होती है। विभिन्न निकायों की प्रतीक्षा करना और देखना बहुत लंबा होगा और हमेशा सफल नहीं होगा। इसलिए, ऐसे उद्देश्यों के लिए प्रयोग किए जाते हैं। वे टिप्पणियों से भिन्न होते हैं, क्योंकि उन्हें विशेष रूप से एक पूर्व निर्धारित योजना के अनुसार और विशिष्ट लक्ष्यों के साथ लागू किया जाता है। आमतौर पर, योजना में, कुछ अनुमान पहले से बनाए जाते हैं, अर्थात वे परिकल्पनाओं को सामने रखते हैं। इस प्रकार, प्रयोगों के दौरान, उनका खंडन या पुष्टि की जाएगी। प्रयोगों के परिणामों को सोचने और समझाने के बाद निष्कर्ष निकाले जाते हैं। इस प्रकार वैज्ञानिक ज्ञान प्राप्त होता है।

मात्राएँ और उनकी इकाइयाँ

अक्सर, किसी का अध्ययन अलग-अलग माप करता है। जब कोई पिंड गिरता है, उदाहरण के लिए, ऊंचाई, द्रव्यमान, गति और समय मापा जाता है। यह सब कुछ है, यानी कुछ ऐसा जिसे मापा जा सकता है।

किसी मान को मापने का अर्थ है उसकी तुलना उसी मान से करना, जिसे एक इकाई के रूप में लिया जाता है (तालिका की लंबाई की तुलना लंबाई की एक इकाई से की जाती है - एक मीटर या कोई अन्य)। ऐसे प्रत्येक मूल्य की अपनी इकाइयाँ होती हैं।

सभी देश एक समान इकाइयों का उपयोग करने का प्रयास करते हैं। रूस में, अन्य देशों की तरह, इंटरनेशनल सिस्टम ऑफ यूनिट्स (SI) का उपयोग किया जाता है (जिसका अर्थ है "अंतर्राष्ट्रीय प्रणाली")। यह निम्नलिखित इकाइयों को अपनाता है:

• लंबाई (संख्यात्मक शब्दों में रेखाओं की लंबाई की विशेषता) - मीटर;
• समय (प्रक्रियाओं का प्रवाह, संभावित परिवर्तन की स्थिति) - दूसरा;
• द्रव्यमान (यह भौतिकी में एक विशेषता है जो पदार्थ के जड़त्वीय और गुरुत्वाकर्षण गुणों को निर्धारित करता है) - किलोग्राम।

अक्सर ऐसी इकाइयों का उपयोग करना आवश्यक होता है जो पारंपरिक गुणकों की तुलना में बहुत बड़ी होती हैं। उन्हें ग्रीक से संबंधित उपसर्गों के साथ बुलाया जाता है: "डेका", "हेक्टो", "किलो" और इसी तरह।

इकाइयाँ जो स्वीकृत इकाइयों से छोटी होती हैं उन्हें उपगुणक कहा जाता है। लैटिन भाषा के उपसर्ग उन पर लागू होते हैं: "डेसी", "संति", "मिली" और इसी तरह।

मापन उपकरण

प्रयोग करने के लिए, आपको उपकरण चाहिए। उनमें से सबसे सरल शासक, सिलेंडर, टेप उपाय और अन्य हैं। विज्ञान के विकास के साथ, नए उपकरणों में सुधार हो रहा है, जटिल और नए उपकरण दिखाई दे रहे हैं: वोल्टमीटर, थर्मामीटर, स्टॉपवॉच और अन्य।

मूल रूप से, उपकरणों में एक पैमाना होता है, यानी धराशायी विभाजन जिस पर मान लिखे जाते हैं। माप से पहले, विभाजन मूल्य निर्धारित करें:

• मूल्यों के साथ पैमाने के दो स्ट्रोक लें;
• छोटे को बड़े से घटाया जाता है, और परिणामी संख्या को बीच के विभाजनों की संख्या से विभाजित किया जाता है।

उदाहरण के लिए, "बीस" और "तीस" मानों के साथ दो स्ट्रोक, जिसके बीच की दूरी को दस रिक्त स्थान में विभाजित किया गया है। इस मामले में, विभाजन मूल्य एक के बराबर होगा।

सटीक माप और त्रुटि के साथ

माप कमोबेश सटीक हैं। स्वीकार्य अशुद्धि को त्रुटि का मार्जिन कहा जाता है। मापते समय, यह मापने वाले उपकरण के विभाजन मूल्य से अधिक नहीं हो सकता है।

सटीकता पैमाने के अंतराल और उपकरण के सही उपयोग पर निर्भर करती है। लेकिन अंत में, किसी भी माप में, केवल अनुमानित मान प्राप्त होते हैं।

सैद्धांतिक और प्रायोगिक भौतिकी

ये विज्ञान की प्रमुख शाखाएँ हैं। ऐसा लग सकता है कि वे बहुत दूर हैं, खासकर जब से ज्यादातर लोग सिद्धांतवादी या प्रयोगकर्ता हैं। हालांकि, वे लगातार साथ-साथ विकसित हो रहे हैं। किसी भी समस्या पर सिद्धांतकार और प्रयोगकर्ता दोनों विचार करते हैं। पूर्व का व्यवसाय डेटा का वर्णन करना और परिकल्पना प्राप्त करना है, जबकि बाद वाला परीक्षण सिद्धांत व्यवहार में, प्रयोग करना और नया डेटा प्राप्त करना है। कभी-कभी उपलब्धियां केवल प्रयोगों के कारण होती हैं, बिना सिद्धांतों का वर्णन किए। अन्य मामलों में, इसके विपरीत, बाद में जाँच किए गए परिणाम प्राप्त करना संभव है।

क्वांटम भौतिकी

यह दिशा 1900 के अंत में उत्पन्न हुई, जब एक नए भौतिक मौलिक स्थिरांक की खोज की गई, जिसे जर्मन भौतिक विज्ञानी मैक्स प्लैंक के सम्मान में प्लैंक स्थिरांक कहा जाता है। उन्होंने गर्म पिंडों द्वारा उत्सर्जित प्रकाश के वर्णक्रमीय वितरण की समस्या को हल किया, जबकि शास्त्रीय सामान्य भौतिकी ऐसा नहीं कर सकी। प्लैंक ने थरथरानवाला की क्वांटम ऊर्जा के बारे में एक परिकल्पना की, जो शास्त्रीय भौतिकी के साथ असंगत थी। इसके लिए धन्यवाद, कई भौतिकविदों ने पुरानी अवधारणाओं को संशोधित करना शुरू कर दिया, उन्हें बदल दिया, जिसके परिणामस्वरूप क्वांटम भौतिकी उत्पन्न हुई। यह दुनिया का बिल्कुल नया नजारा है।

और चेतना

मानव चेतना की दृष्टि से घटना पूर्णतया नई नहीं है। इसकी नींव जंग और पाउली ने रखी थी। लेकिन केवल अब, विज्ञान की इस नई दिशा के गठन के साथ, घटना को बड़े पैमाने पर माना और अध्ययन किया जाने लगा।

क्वांटम दुनिया बहुआयामी और बहुआयामी है, इसके कई शास्त्रीय चेहरे और अनुमान हैं।

प्रस्तावित अवधारणा के ढांचे के भीतर दो मुख्य गुण हैं अधीक्षण (अर्थात, कहीं से भी जानकारी प्राप्त करना) और व्यक्तिपरक वास्तविकता का नियंत्रण। साधारण चेतना में, एक व्यक्ति दुनिया की केवल एक तस्वीर देख सकता है और एक बार में दो पर विचार करने में सक्षम नहीं है। जबकि हकीकत में इनकी संख्या बहुत ज्यादा है। यह सब एक साथ क्वांटम दुनिया और प्रकाश है।

यह क्वांटम भौतिकी हमें एक व्यक्ति के लिए एक नई वास्तविकता देखना सिखाती है (हालांकि कई पूर्वी धर्मों के साथ-साथ जादूगरों के पास भी ऐसी तकनीक है)। केवल मानवीय चेतना को बदलने की जरूरत है। अब एक व्यक्ति पूरी दुनिया से अविभाज्य है, लेकिन सभी जीवित चीजों और चीजों के हितों को ध्यान में रखा जाता है।

तभी, एक ऐसी स्थिति में गिरकर जहां वह सभी विकल्पों को देखने में सक्षम है, वह अंतर्दृष्टि में आता है, जो कि परम सत्य है।

क्वांटम भौतिकी के दृष्टिकोण से जीवन का सिद्धांत एक व्यक्ति के लिए, अन्य बातों के अलावा, एक बेहतर विश्व व्यवस्था में योगदान करने के लिए है।

मुझे लगता है कि यह कहना सुरक्षित है कि कोई भी क्वांटम यांत्रिकी को नहीं समझता है।

भौतिक विज्ञानी रिचर्ड फेनमैन

यह कहना कोई अतिशयोक्ति नहीं है कि अर्धचालक उपकरणों का आविष्कार एक क्रांति थी। यह न केवल एक प्रभावशाली तकनीकी उपलब्धि है, बल्कि इसने उन घटनाओं का मार्ग भी प्रशस्त किया है जो आधुनिक समाज को हमेशा के लिए बदल देंगी। सेमीकंडक्टर उपकरणों का उपयोग सभी प्रकार के माइक्रोइलेक्ट्रॉनिक उपकरणों में किया जाता है, जिसमें कंप्यूटर, कुछ प्रकार के चिकित्सा निदान और उपचार उपकरण और लोकप्रिय दूरसंचार उपकरण शामिल हैं।

लेकिन इस तकनीकी क्रांति के पीछे सामान्य विज्ञान में एक क्रांति और भी अधिक है: क्षेत्र क्वांटम सिद्धांत. प्राकृतिक दुनिया को समझने में इस छलांग के बिना, अर्धचालक उपकरणों (और विकास के तहत अधिक उन्नत इलेक्ट्रॉनिक उपकरणों) का विकास कभी सफल नहीं होता। क्वांटम भौतिकी विज्ञान की एक अविश्वसनीय रूप से जटिल शाखा है। यह अध्याय केवल एक संक्षिप्त अवलोकन प्रदान करता है। जब फेनमैन जैसे वैज्ञानिक कहते हैं, "कोई नहीं समझता [इसे]", तो आप सुनिश्चित हो सकते हैं कि यह वास्तव में एक कठिन विषय है। क्वांटम भौतिकी की बुनियादी समझ के बिना, या कम से कम उन वैज्ञानिक खोजों की समझ के बिना, जिनके कारण उनका विकास हुआ, यह समझना असंभव है कि अर्धचालक इलेक्ट्रॉनिक उपकरण कैसे और क्यों काम करते हैं। अधिकांश इलेक्ट्रॉनिक्स पाठ्यपुस्तकें अर्धचालकों को "शास्त्रीय भौतिकी" के संदर्भ में समझाने की कोशिश करती हैं, जिससे उन्हें परिणाम के रूप में समझने में और भी भ्रमित हो जाता है।

हम में से कई लोगों ने परमाणु मॉडल आरेख देखे हैं जो नीचे दिए गए चित्र की तरह दिखते हैं।

रदरफोर्ड परमाणु: ऋणात्मक इलेक्ट्रॉन एक छोटे धनात्मक नाभिक के चारों ओर चक्कर लगाते हैं

पदार्थ के सूक्ष्म कण कहलाते हैं प्रोटानऔर न्यूट्रॉन, परमाणु का केंद्र बनाते हैं; इलेक्ट्रॉनोंएक तारे के चारों ओर ग्रहों की तरह घूमते हैं। प्रोटॉन की उपस्थिति के कारण नाभिक में एक सकारात्मक विद्युत आवेश होता है (न्यूट्रॉन का कोई विद्युत आवेश नहीं होता है), जबकि एक परमाणु का संतुलन ऋणात्मक आवेश परिक्रमा करने वाले इलेक्ट्रॉनों में रहता है। नकारात्मक इलेक्ट्रॉन सकारात्मक प्रोटॉन की ओर आकर्षित होते हैं जैसे ग्रह सूर्य की ओर आकर्षित होते हैं, लेकिन इलेक्ट्रॉनों की गति के कारण कक्षाएँ स्थिर होती हैं। हम परमाणु के इस लोकप्रिय मॉडल का श्रेय अर्नेस्ट रदरफोर्ड के काम को देते हैं, जिन्होंने 1911 के आसपास प्रयोगात्मक रूप से निर्धारित किया था कि परमाणुओं के सकारात्मक चार्ज एक छोटे, घने नाभिक में केंद्रित होते हैं, और व्यास के साथ समान रूप से वितरित नहीं होते हैं, जैसा कि एक्सप्लोरर जे जे थॉमसन ने पहले माना था। .

रदरफोर्ड के प्रकीर्णन प्रयोग में धनात्मक आवेशित अल्फा कणों के साथ एक पतली सोने की पन्नी पर बमबारी करना शामिल है, जैसा कि नीचे दिए गए चित्र में दिखाया गया है। युवा स्नातक छात्रों एच. गीगर और ई. मार्सडेन को अप्रत्याशित परिणाम मिले। कुछ अल्फा कणों का प्रक्षेप पथ एक बड़े कोण से विचलित हो गया था। कुछ अल्फा कण लगभग 180° के कोण पर पीछे की ओर बिखरे हुए थे। अधिकांश कण अपने प्रक्षेपवक्र को बदले बिना सोने की पन्नी से गुजरे, जैसे कि कोई पन्नी ही नहीं थी। तथ्य यह है कि कई अल्फा कणों ने अपने प्रक्षेपवक्र में बड़े विचलन का अनुभव किया, एक छोटे से सकारात्मक चार्ज के साथ नाभिक की उपस्थिति को इंगित करता है।

रदरफोर्ड प्रकीर्णन: अल्फा कणों का एक पुंज पतली सोने की पन्नी द्वारा बिखरा हुआ है

यद्यपि रदरफोर्ड के परमाणु मॉडल को थॉमसन की तुलना में प्रयोगात्मक डेटा द्वारा बेहतर समर्थन दिया गया था, फिर भी यह अपूर्ण था। परमाणु की संरचना को निर्धारित करने के लिए और प्रयास किए गए, और इन प्रयासों ने क्वांटम भौतिकी की अजीब खोजों का मार्ग प्रशस्त किया। आज परमाणु के बारे में हमारी समझ थोड़ी अधिक जटिल है। फिर भी क्वांटम भौतिकी की क्रांति और परमाणु की संरचना की हमारी समझ में इसके योगदान के बावजूद, परमाणु की संरचना के रूप में सौर प्रणाली के रदरफोर्ड के चित्रण ने लोकप्रिय चेतना में इस हद तक जड़ें जमा ली हैं कि यह शिक्षा के क्षेत्र में बनी रहती है। , भले ही वह अनुचित हो।

एक लोकप्रिय इलेक्ट्रॉनिक्स पाठ्यपुस्तक से लिए गए परमाणु में इलेक्ट्रॉनों के इस संक्षिप्त विवरण पर विचार करें:

घूमते हुए ऋणात्मक इलेक्ट्रॉन धनात्मक नाभिक की ओर आकर्षित होते हैं, जो हमें इस प्रश्न की ओर ले जाता है कि इलेक्ट्रॉन परमाणु के नाभिक में क्यों नहीं उड़ते। इसका उत्तर यह है कि घूर्णन करने वाले इलेक्ट्रॉन दो समान लेकिन विपरीत बलों के कारण अपनी स्थिर कक्षा में बने रहते हैं। इलेक्ट्रॉनों पर अभिनय करने वाला केन्द्रापसारक बल बाहर की ओर निर्देशित होता है, और आवेशों का आकर्षक बल इलेक्ट्रॉनों को नाभिक की ओर खींचने की कोशिश कर रहा है।

रदरफोर्ड के मॉडल के अनुसार, लेखक इलेक्ट्रॉनों को गोल कक्षाओं में रहने वाले पदार्थ के ठोस टुकड़े मानता है, विपरीत रूप से चार्ज किए गए नाभिक के लिए उनका आंतरिक आकर्षण उनके आंदोलन से संतुलित होता है। "केन्द्रापसारक बल" शब्द का प्रयोग तकनीकी रूप से गलत है (यहां तक ​​कि ग्रहों की परिक्रमा के लिए भी), लेकिन मॉडल की लोकप्रिय स्वीकृति के कारण इसे आसानी से माफ कर दिया जाता है: वास्तव में, बल जैसी कोई चीज नहीं होती है, प्रतिकारककोई भीअपनी कक्षा के केंद्र से घूर्णन पिंड। ऐसा इसलिए प्रतीत होता है क्योंकि शरीर की जड़ता इसे एक सीधी रेखा में गतिमान रखती है, और चूंकि कक्षा सीधी गति से एक निरंतर विचलन (त्वरण) है, इसलिए किसी भी बल के लिए एक निरंतर जड़त्वीय प्रतिक्रिया होती है जो शरीर को केंद्र की ओर आकर्षित करती है। कक्षा (सेंट्रिपेटल) का, चाहे गुरुत्वाकर्षण, इलेक्ट्रोस्टैटिक आकर्षण, या यहां तक ​​​​कि यांत्रिक बंधन का तनाव।

हालाँकि, पहली जगह में इस स्पष्टीकरण के साथ वास्तविक समस्या इलेक्ट्रॉनों के वृत्ताकार कक्षाओं में घूमने का विचार है। एक सिद्ध तथ्य कि त्वरित विद्युत आवेश विद्युत चुम्बकीय विकिरण उत्सर्जित करते हैं, यह तथ्य रदरफोर्ड के समय में भी जाना जाता था। चूंकि घूर्णी गति त्वरण का एक रूप है (स्थिर त्वरण में एक घूर्णन वस्तु, वस्तु को उसकी सामान्य सीधी गति से दूर खींचती है), घूर्णन अवस्था में इलेक्ट्रॉनों को एक चरखा से कीचड़ की तरह विकिरण का उत्सर्जन करना चाहिए। कण त्वरक में वृत्ताकार पथों के साथ त्वरित इलेक्ट्रॉनों को कहा जाता है सिंक्रोट्रॉनऐसा करने के लिए जाना जाता है, और परिणाम कहा जाता है सिंक्रोट्रॉन विकिरण. यदि इलेक्ट्रॉनों को इस तरह से ऊर्जा खोनी होती है, तो उनकी कक्षाएँ अंततः बाधित हो जाती हैं, और परिणामस्वरूप वे एक धनात्मक आवेशित नाभिक से टकरा जाते हैं। हालांकि, परमाणुओं के अंदर आमतौर पर ऐसा नहीं होता है। दरअसल, इलेक्ट्रॉनिक "कक्षाएं" कई तरह की स्थितियों में आश्चर्यजनक रूप से स्थिर हैं।

इसके अलावा, "उत्तेजित" परमाणुओं के प्रयोगों से पता चला है कि विद्युत चुम्बकीय ऊर्जा केवल कुछ आवृत्तियों पर परमाणु द्वारा उत्सर्जित होती है। प्रकाश जैसे बाहरी प्रभावों से परमाणु "उत्साहित" होते हैं, जिन्हें ऊर्जा को अवशोषित करने और कुछ आवृत्तियों पर विद्युत चुम्बकीय तरंगों को वापस करने के लिए जाना जाता है, बहुत कुछ ट्यूनिंग कांटा की तरह जो एक निश्चित आवृत्ति पर तब तक नहीं बजता जब तक कि यह मारा न जाए। जब एक उत्तेजित परमाणु द्वारा उत्सर्जित प्रकाश को प्रिज्म द्वारा उसके घटक आवृत्तियों (रंगों) में विभाजित किया जाता है, तो स्पेक्ट्रम में रंगों की अलग-अलग रेखाएँ पाई जाती हैं, वर्णक्रमीय रेखा पैटर्न एक रासायनिक तत्व के लिए अद्वितीय होता है। इस घटना का उपयोग आमतौर पर रासायनिक तत्वों की पहचान करने के लिए किया जाता है, और यहां तक ​​कि एक यौगिक या रासायनिक मिश्रण में प्रत्येक तत्व के अनुपात को मापने के लिए भी किया जाता है। रदरफोर्ड परमाणु मॉडल के सौर मंडल के अनुसार (इलेक्ट्रॉनों के सापेक्ष, पदार्थ के टुकड़े के रूप में, कुछ त्रिज्या के साथ कक्षा में स्वतंत्र रूप से घूमते हुए) और शास्त्रीय भौतिकी के नियमों के अनुसार, उत्साहित परमाणुओं को लगभग अनंत आवृत्ति रेंज में ऊर्जा वापस करनी चाहिए, और नहीं चयनित आवृत्तियों पर। दूसरे शब्दों में, यदि रदरफोर्ड का मॉडल सही था, तो कोई "ट्यूनिंग फोर्क" प्रभाव नहीं होगा, और किसी भी परमाणु द्वारा उत्सर्जित रंग स्पेक्ट्रम कई अलग-अलग रेखाओं के बजाय रंगों के निरंतर बैंड के रूप में दिखाई देगा।

हाइड्रोजन परमाणु का बोहर मॉडल (पैमाने पर खींची गई कक्षाओं के साथ) मानता है कि इलेक्ट्रॉन केवल असतत कक्षाओं में हैं। n=3,4,5 या 6 से n=2 तक जाने वाले इलेक्ट्रॉनों को बामर वर्णक्रमीय रेखाओं की एक श्रृंखला पर प्रदर्शित किया जाता है

1912 में कई महीनों तक रदरफोर्ड की प्रयोगशाला में अध्ययन करने के बाद नील्स बोहर नाम के एक शोधकर्ता ने रदरफोर्ड के मॉडल को बेहतर बनाने की कोशिश की। अन्य भौतिकविदों (विशेषकर मैक्स प्लैंक और अल्बर्ट आइंस्टीन) के परिणामों को समेटने की कोशिश करते हुए, बोहर ने सुझाव दिया कि प्रत्येक इलेक्ट्रॉन में एक निश्चित, विशिष्ट मात्रा में ऊर्जा होती है, और उनकी कक्षाओं को इस तरह से वितरित किया जाता है कि उनमें से प्रत्येक आसपास के कुछ स्थानों पर कब्जा कर सके। नाभिक, गेंदों की तरह। , नाभिक के चारों ओर वृत्ताकार पथों पर स्थिर होता है, न कि मुक्त गतिमान उपग्रहों के रूप में, जैसा कि पहले माना गया था (ऊपर चित्र)। विद्युत चुंबकत्व और त्वरण आवेशों के नियमों के संदर्भ में, बोह्र ने "कक्षाओं" को इस रूप में संदर्भित किया स्थिर अवस्थाइस व्याख्या से बचने के लिए कि वे मोबाइल थे।

यद्यपि बोहर का परमाणु की संरचना पर पुनर्विचार करने का महत्वाकांक्षी प्रयास, जो प्रयोगात्मक डेटा के साथ अधिक सुसंगत था, भौतिकी में एक मील का पत्थर था, यह पूरा नहीं हुआ था। उनके गणितीय विश्लेषण ने पिछले मॉडलों के अनुसार किए गए प्रयोगों की तुलना में बेहतर परिणामों की भविष्यवाणी की, लेकिन अभी भी अनुत्तरित प्रश्न थे कि क्या क्योंइलेक्ट्रॉनों को इस तरह के अजीब तरीके से व्यवहार करना चाहिए। यह कथन कि नाभिक के चारों ओर स्थिर क्वांटम राज्यों में इलेक्ट्रॉन मौजूद हैं, रदरफोर्ड के मॉडल की तुलना में प्रयोगात्मक डेटा के साथ बेहतर सहसंबद्ध हैं, लेकिन यह नहीं बताया कि इन विशेष अवस्थाओं में इलेक्ट्रॉनों का क्या कारण है। इस प्रश्न का उत्तर एक अन्य भौतिक विज्ञानी, लुई डी ब्रोगली से लगभग दस साल बाद आना था।

डी ब्रोगली ने सुझाव दिया कि इलेक्ट्रॉनों, जैसे फोटॉन (प्रकाश के कण) में कणों के गुण और तरंगों के गुण दोनों होते हैं। इस धारणा के आधार पर, उन्होंने सुझाव दिया कि तरंगों के संदर्भ में घूर्णन इलेक्ट्रॉनों का विश्लेषण कणों के संदर्भ में बेहतर है, और उनकी क्वांटम प्रकृति में अधिक अंतर्दृष्टि दे सकता है। दरअसल, समझने में एक और सफलता मिली।

दो स्थिर बिंदुओं के बीच गुंजयमान आवृत्ति पर कंपन करने वाला एक तार एक स्थायी तरंग बनाता है

डी ब्रोगली के अनुसार, परमाणु में खड़ी तरंगें होती हैं, एक ऐसी घटना जो भौतिकविदों को विभिन्न रूपों में अच्छी तरह से ज्ञात है। एक संगीत वाद्ययंत्र (ऊपर चित्रित) की खींची गई स्ट्रिंग की तरह, एक गुंजयमान आवृत्ति पर कंपन, इसकी लंबाई के साथ स्थिर स्थानों में "गांठ" और "एंटी-नॉट्स" के साथ। डी ब्रोगली ने परमाणुओं के चारों ओर इलेक्ट्रॉनों की कल्पना की थी क्योंकि तरंगें एक वृत्त में घुमावदार होती हैं (नीचे चित्र)।

नाभिक के चारों ओर खड़ी तरंग की तरह "घूर्णन" इलेक्ट्रॉन, (ए) कक्षा में दो चक्र, (बी) कक्षा में तीन चक्र

इलेक्ट्रॉन केवल नाभिक के चारों ओर कुछ निश्चित, विशिष्ट "कक्षाओं" में मौजूद हो सकते हैं, क्योंकि वे एकमात्र ऐसी दूरी हैं जहां तरंग के सिरों का मेल होता है। किसी अन्य त्रिज्या में, लहर विनाशकारी रूप से स्वयं से टकराएगी और इस प्रकार अस्तित्व समाप्त हो जाएगा।

डी ब्रोगली की परिकल्पना ने एक परमाणु के भीतर इलेक्ट्रॉनों की क्वांटम अवस्थाओं की व्याख्या करने के लिए एक गणितीय ढांचा और एक सुविधाजनक भौतिक सादृश्य दोनों प्रदान किए, लेकिन परमाणु का उनका मॉडल अभी भी अधूरा था। कई वर्षों से, भौतिक विज्ञानी वर्नर हाइजेनबर्ग और इरविन श्रोडिंगर, स्वतंत्र रूप से काम कर रहे हैं, डी ब्रोगली की तरंग-कण द्वैत की अवधारणा पर काम कर रहे हैं ताकि उप-परमाणु कणों के अधिक कठोर गणितीय मॉडल तैयार किए जा सकें।

डी ब्रोगली के आदिम स्टैंडिंग वेव मॉडल से हाइजेनबर्ग मैट्रिक्स के मॉडल और श्रोडिंगर डिफरेंशियल इक्वेशन की सैद्धांतिक प्रगति को क्वांटम यांत्रिकी का नाम दिया गया है, और इसने उप-परमाणु कणों की दुनिया में एक चौंकाने वाली विशेषता पेश की है: संभाव्यता का संकेत, या अनिश्चितता। नए क्वांटम सिद्धांत के अनुसार, एक क्षण में कण की सटीक स्थिति और सटीक गति को निर्धारित करना असंभव था। इस "अनिश्चितता सिद्धांत" के लिए एक लोकप्रिय व्याख्या यह थी कि एक माप त्रुटि थी (अर्थात, एक इलेक्ट्रॉन की स्थिति को सटीक रूप से मापने की कोशिश करके, आप इसकी गति में हस्तक्षेप करते हैं, और इसलिए यह नहीं जान सकते कि स्थिति को मापने से पहले यह क्या था। , और इसके विपरीत)। क्वांटम यांत्रिकी का सनसनीखेज निष्कर्ष यह है कि कणों की सटीक स्थिति और गति नहीं होती है, और इन दो मात्राओं के संबंध के कारण, उनकी संयुक्त अनिश्चितता एक निश्चित न्यूनतम मूल्य से कम नहीं होगी।

"अनिश्चितता" कनेक्शन का यह रूप क्वांटम यांत्रिकी के अलावा अन्य क्षेत्रों में भी मौजूद है। जैसा कि इस पुस्तक श्रृंखला के खंड 2 में "मिश्रित आवृत्ति एसी सिग्नल" अध्याय में चर्चा की गई है, एक तरंग के समय डोमेन डेटा और उसके आवृत्ति डोमेन डेटा में विश्वास के बीच परस्पर अनन्य संबंध हैं। सीधे शब्दों में कहें, जितना अधिक हम इसकी घटक आवृत्तियों को जानते हैं, उतना ही कम सटीक रूप से हम समय के साथ इसके आयाम को जानते हैं, और इसके विपरीत। खुद को उद्धृत करना:

अनंत अवधि के संकेत (चक्रों की एक अनंत संख्या) का पूर्ण सटीकता के साथ विश्लेषण किया जा सकता है, लेकिन विश्लेषण के लिए कंप्यूटर के लिए जितने कम चक्र उपलब्ध होंगे, विश्लेषण उतना ही कम सटीक होगा ... सिग्नल की कम अवधि, इसकी आवृत्ति उतनी ही कम सटीक होगी। . इस अवधारणा को अपने तार्किक चरम पर ले जाना, एक छोटी नाड़ी (सिग्नल की पूरी अवधि भी नहीं) में वास्तव में परिभाषित आवृत्ति नहीं होती है, यह आवृत्तियों की एक अनंत सीमा होती है। यह सिद्धांत सभी तरंग परिघटनाओं के लिए सामान्य है, न कि केवल परिवर्तनशील वोल्टेज और धाराओं के लिए।

बदलते संकेत के आयाम को सटीक रूप से निर्धारित करने के लिए, हमें इसे बहुत कम समय में मापना चाहिए। हालांकि, ऐसा करने से तरंग की आवृत्ति के बारे में हमारा ज्ञान सीमित हो जाता है (क्वांटम यांत्रिकी में एक लहर को साइनसॉइडल तरंग के समान नहीं होना चाहिए; ऐसी समानता एक विशेष मामला है)। दूसरी ओर, किसी तरंग की आवृत्ति को बड़ी सटीकता के साथ निर्धारित करने के लिए, हमें इसे बड़ी संख्या में अवधियों में मापना चाहिए, जिसका अर्थ है कि हम किसी भी क्षण इसके आयाम की दृष्टि खो देंगे। इस प्रकार, हम असीमित सटीकता के साथ तात्कालिक आयाम और किसी भी तरंग की सभी आवृत्तियों को एक साथ नहीं जान सकते हैं। एक और विचित्रता, यह अनिश्चितता प्रेक्षक की अशुद्धि से कहीं अधिक है; यह लहर की प्रकृति में है। यह मामला नहीं है, हालांकि यह संभव होगा, उपयुक्त तकनीक को देखते हुए, तात्कालिक आयाम और आवृत्ति दोनों का एक साथ सटीक माप प्रदान करना। एक शाब्दिक अर्थ में, एक लहर में एक ही समय में सटीक तात्कालिक आयाम और सटीक आवृत्ति नहीं हो सकती है।

हाइजेनबर्ग और श्रोडिंगर द्वारा व्यक्त कण स्थिति और गति की न्यूनतम अनिश्चितता का माप में सीमा से कोई लेना-देना नहीं है; बल्कि, यह कण के तरंग-कण द्वैत की प्रकृति का एक आंतरिक गुण है। इसलिए, इलेक्ट्रॉन वास्तव में उनकी "कक्षाओं" में पदार्थ के अच्छी तरह से परिभाषित कणों, या यहां तक ​​​​कि अच्छी तरह से परिभाषित तरंगों के रूप में मौजूद नहीं हैं, बल्कि "बादलों" के रूप में - एक तकनीकी शब्द है। तरंग क्रियासंभाव्यता वितरण, जैसे कि प्रत्येक इलेक्ट्रॉन स्थिति और गति की एक सीमा पर "बिखरे हुए" या "स्मीयर आउट" थे।

अनिश्चित बादलों के रूप में इलेक्ट्रॉनों का यह कट्टरपंथी दृष्टिकोण शुरू में इलेक्ट्रॉनों की क्वांटम अवस्थाओं के मूल सिद्धांत का खंडन करता है: इलेक्ट्रॉन एक परमाणु के नाभिक के चारों ओर असतत, निश्चित "कक्षाओं" में मौजूद होते हैं। यह नया दृष्टिकोण, आखिरकार, वह खोज थी जिसके कारण क्वांटम सिद्धांत का निर्माण और व्याख्या हुई। यह कितना अजीब लगता है कि इलेक्ट्रॉनों के असतत व्यवहार की व्याख्या करने के लिए बनाया गया एक सिद्धांत यह घोषित करता है कि इलेक्ट्रॉन "बादलों" के रूप में मौजूद हैं, न कि पदार्थ के अलग-अलग टुकड़ों के रूप में। हालांकि, इलेक्ट्रॉनों का क्वांटम व्यवहार निर्देशांक और गति के कुछ निश्चित मूल्यों वाले इलेक्ट्रॉनों पर निर्भर नहीं करता है, बल्कि अन्य गुणों पर निर्भर करता है जिन्हें कहा जाता है क्वांटम संख्याएं. संक्षेप में, क्वांटम यांत्रिकी निरपेक्ष स्थिति और निरपेक्ष क्षण की सामान्य अवधारणाओं के साथ वितरण करता है, और उन्हें उन प्रकारों की पूर्ण अवधारणाओं के साथ बदल देता है जिनका सामान्य व्यवहार में कोई एनालॉग नहीं है।

भले ही इलेक्ट्रॉनों को पदार्थ के अलग-अलग टुकड़ों के बजाय, वितरित संभाव्यता के "बादल" रूपों में मौजूद होने के लिए जाना जाता है, इन "बादलों" में कुछ अलग विशेषताएं हैं। परमाणु में किसी भी इलेक्ट्रॉन को चार संख्यात्मक मापों (पहले उल्लेखित क्वांटम संख्या) द्वारा वर्णित किया जा सकता है, जिसे कहा जाता है मुख्य (रेडियल), कक्षीय (अज़ीमुथ), चुंबकीयऔर घुमावसंख्याएं। नीचे इनमें से प्रत्येक संख्या के अर्थ का संक्षिप्त विवरण दिया गया है:

प्रिंसिपल (रेडियल) क्वांटम संख्या: एक पत्र द्वारा निरूपित एन, यह संख्या उस कोश का वर्णन करती है जिस पर इलेक्ट्रॉन रहता है। इलेक्ट्रॉन "शेल" एक परमाणु के नाभिक के चारों ओर अंतरिक्ष का एक क्षेत्र है जिसमें डी ब्रोगली और बोहर के स्थिर "स्टैंडिंग वेव" मॉडल के अनुरूप इलेक्ट्रॉन मौजूद हो सकते हैं। इलेक्ट्रॉन खोल से खोल में "कूद" सकते हैं, लेकिन उनके बीच मौजूद नहीं हो सकते।

मूल क्वांटम संख्या एक धनात्मक पूर्णांक (1 से अधिक या उसके बराबर) होनी चाहिए। दूसरे शब्दों में, इलेक्ट्रॉन की प्रमुख क्वांटम संख्या 1/2 या -3 नहीं हो सकती। इन पूर्णांकों को मनमाने ढंग से नहीं चुना गया था, लेकिन प्रकाश स्पेक्ट्रम के प्रयोगात्मक साक्ष्य के माध्यम से: उत्साहित हाइड्रोजन परमाणुओं द्वारा उत्सर्जित प्रकाश की विभिन्न आवृत्तियों (रंग) विशिष्ट पूर्णांक मानों के आधार पर गणितीय संबंध का पालन करती हैं, जैसा कि नीचे दिए गए चित्र में दिखाया गया है।

प्रत्येक शेल में कई इलेक्ट्रॉनों को धारण करने की क्षमता होती है। इलेक्ट्रॉन गोले के लिए एक सादृश्य एक एम्फीथिएटर में सीटों की संकेंद्रित पंक्तियाँ हैं। जिस तरह एक एम्फीथिएटर में बैठे व्यक्ति को बैठने के लिए एक पंक्ति का चयन करना चाहिए (वह पंक्तियों के बीच नहीं बैठ सकता), इलेक्ट्रॉनों को "बैठने" के लिए एक विशेष शेल को "चुनना" चाहिए। एम्फीथिएटर में पंक्तियों की तरह, बाहरी कोशों में केंद्र के करीब के कोशों की तुलना में अधिक इलेक्ट्रॉन होते हैं। इसके अलावा, इलेक्ट्रॉनों को सबसे छोटा उपलब्ध खोल मिल जाता है, जैसे एम्फीथिएटर में लोग केंद्रीय चरण के निकटतम स्थान की तलाश करते हैं। कोश संख्या जितनी अधिक होगी, उस पर इलेक्ट्रॉनों की ऊर्जा उतनी ही अधिक होगी।

किसी भी कोश में जितने भी इलेक्ट्रॉन हो सकते हैं उनकी अधिकतम संख्या समीकरण 2n 2 द्वारा वर्णित है, जहां n प्रमुख क्वांटम संख्या है। इस प्रकार, पहले कोश (n = 1) में 2 इलेक्ट्रॉन हो सकते हैं; दूसरा कोश (n = 2) - 8 इलेक्ट्रॉन; और तीसरा कोश (n = 3) - 18 इलेक्ट्रॉन (नीचे चित्र)।

मुख्य क्वांटम संख्या n और इलेक्ट्रॉनों की अधिकतम संख्या सूत्र 2(n 2) से संबंधित है। कक्षाओं को स्केल नहीं करना है।

परमाणु में इलेक्ट्रॉन कोशों को संख्याओं के बजाय अक्षरों द्वारा निरूपित किया जाता था। पहले कोश (n = 1) को K, दूसरा शेल (n = 2) L, तीसरा शेल (n = 3) M, चौथा शेल (n = 4) N, पांचवां शेल (n = 5) नामित किया गया था। O, छठा कोश (n = 6) P, और सातवां कोश (n = 7) B.

कक्षीय (अज़ीमुथ) क्वांटम संख्या: उपकोशों से बना एक खोल। कुछ लोगों को सबशेल्स को गोले के साधारण वर्गों के रूप में सोचना अधिक सुविधाजनक लग सकता है, जैसे सड़क को विभाजित करने वाली गलियाँ। Subshells बहुत अजीब हैं। उपकोश अंतरिक्ष के ऐसे क्षेत्र हैं जहां इलेक्ट्रॉन "बादल" मौजूद हो सकते हैं, और वास्तव में विभिन्न उपकोशों के अलग-अलग आकार होते हैं। पहला उपकोश एक गेंद के आकार में होता है (चित्राबेलो (एस)), जो तीन आयामों में परमाणु के नाभिक के चारों ओर एक इलेक्ट्रॉन बादल के रूप में देखे जाने पर समझ में आता है।

दूसरा उपकोश एक डंबल जैसा दिखता है, जिसमें परमाणु के केंद्र के पास एक बिंदु पर जुड़े दो "पंखुड़ी" होते हैं (नीचे आंकड़ा (पी))।

तीसरा उपकोश आमतौर पर एक परमाणु के नाभिक के चारों ओर क्लस्टर किए गए चार "पंखुड़ियों" के समूह जैसा दिखता है। ये उपकोश आकार एंटीना पैटर्न के चित्रमय निरूपण से मिलते-जुलते हैं, जिसमें विभिन्न दिशाओं में एंटीना से फैले प्याज जैसे लोब होते हैं (चित्राबेलो (डी))।

कक्षक:
(एस) ट्रिपल समरूपता;
(पी) दिखाया गया है: पी एक्स, तीन संभावित अभिविन्यासों में से एक (पी एक्स, पी वाई, पी जेड), संबंधित अक्षों के साथ;
(डी) दिखाया गया है: d x 2 -y 2 d xy , d yz , d xz के समान है। दिखाया गया है: डी जेड 2। संभावित डी-ऑर्बिटल्स की संख्या: पांच।

कक्षीय क्वांटम संख्या के लिए मान्य मान धनात्मक पूर्णांक हैं, जैसा कि प्रमुख क्वांटम संख्या के लिए है, लेकिन इसमें शून्य भी शामिल है। इलेक्ट्रॉनों के लिए इन क्वांटम संख्याओं को अक्षर l द्वारा निरूपित किया जाता है। उपकोशों की संख्या कोश की प्रमुख क्वांटम संख्या के बराबर होती है। इस प्रकार, पहले कोश (n = 1) में संख्या 0 के साथ एक उपकोश है; दूसरे कोश (n = 2) में दो उपकोश हैं जिनकी संख्या 0 और 1 है; तीसरे कोश (n = 3) में तीन उपकोश हैं जिनकी संख्या 0, 1 और 2 है।

पुराने उपकोश में संख्याओं के स्थान पर अक्षरों का प्रयोग होता था। इस प्रारूप में, पहले उपकोश (l = 0) को s, दूसरे उपकोश (l = 1) को p, तीसरे उपकोश (l = 2) को d, और चौथे उपकोश (l = 3) को निरूपित किया गया था। निरूपित f. अक्षरों से शब्द आए: तीखा, प्रधान अध्यापक, बिखरा हुआऔर मौलिक. आप इन पदनामों को अभी भी कई आवर्त सारणी में देख सकते हैं जिनका उपयोग बाहरी के इलेक्ट्रॉन विन्यास को निरूपित करने के लिए किया जाता है ( संयोजक) परमाणुओं के गोले।

(ए) चांदी परमाणु का बोहर प्रतिनिधित्व,
(बी) एजी का कक्षीय प्रतिनिधित्व उपकोशों में गोले के विभाजन के साथ (कक्षीय क्वांटम संख्या एल)।
यह आरेख इलेक्ट्रॉनों की वास्तविक स्थिति के बारे में कुछ भी नहीं दर्शाता है, बल्कि केवल ऊर्जा स्तरों का प्रतिनिधित्व करता है।

चुंबकीय क्वांटम संख्या: इलेक्ट्रॉन के लिए चुंबकीय क्वांटम संख्या इलेक्ट्रॉन उपकोश आकृति के अभिविन्यास को वर्गीकृत करती है। उपकोशों की "पंखुड़ियों" को कई दिशाओं में निर्देशित किया जा सकता है। इन विभिन्न अभिविन्यासों को कक्षक कहा जाता है। पहले उपकोश (s; l = 0) के लिए, जो एक गोले जैसा दिखता है, "दिशा" निर्दिष्ट नहीं है। एक सेकंड के लिए (पी; एल = 1) प्रत्येक शेल में सबशेल जो तीन संभावित दिशाओं में इशारा करते हुए एक डंबेल जैसा दिखता है। कल्पना कीजिए कि तीन डम्बल मूल में प्रतिच्छेद करते हैं, प्रत्येक एक त्रिअक्षीय समन्वय प्रणाली में अपनी धुरी के साथ इंगित करता है।

किसी दिए गए क्वांटम संख्या के लिए मान्य मानों में -l से l तक के पूर्णांक होते हैं, और इस संख्या को इस रूप में दर्शाया जाता है एम एलपरमाणु भौतिकी में और जेडपरमाणु भौतिकी में। किसी भी उपकोश में कक्षकों की संख्या की गणना करने के लिए, आपको उपकोश की संख्या को दोगुना करने और 1, (2∙l + 1) जोड़ने की आवश्यकता है। उदाहरण के लिए, किसी भी कोश के पहले उपकोश (l = 0) में एक कक्षीय क्रमांक 0 होता है; किसी भी कोश में दूसरे उपकोश (l = 1) में संख्या -1, 0 और 1 के साथ तीन कक्षक होते हैं; तीसरे उपकोश (l = 2) में -2, -1, 0, 1 और 2 क्रमांकित पाँच कक्षक हैं; आदि।

मुख्य क्वांटम संख्या की तरह, चुंबकीय क्वांटम संख्या सीधे प्रयोगात्मक डेटा से उत्पन्न हुई: ज़िमन प्रभाव, एक आयनित गैस को चुंबकीय क्षेत्र में उजागर करके वर्णक्रमीय रेखाओं का पृथक्करण, इसलिए नाम "चुंबकीय" क्वांटम संख्या।

स्पिन क्वांटम संख्या: चुंबकीय क्वांटम संख्या की तरह, एक परमाणु के इलेक्ट्रॉनों की इस संपत्ति को प्रयोगों के माध्यम से खोजा गया था। वर्णक्रमीय रेखाओं के सावधानीपूर्वक अवलोकन से पता चलता है कि प्रत्येक रेखा वास्तव में बहुत निकटवर्ती रेखाओं का एक युग्म है, यह सुझाव दिया गया है कि यह तथाकथित सूक्ष्म संरचनाएक ग्रह की तरह, प्रत्येक इलेक्ट्रॉन अपनी धुरी के चारों ओर "कताई" का परिणाम था। अलग-अलग "स्पिन" वाले इलेक्ट्रॉन उत्तेजित होने पर प्रकाश की थोड़ी अलग आवृत्तियों को छोड़ देंगे। कताई इलेक्ट्रॉन अवधारणा अब अप्रचलित है, इलेक्ट्रॉनों के (गलत) दृष्टिकोण के लिए "बादलों" के बजाय पदार्थ के व्यक्तिगत कणों के रूप में अधिक उपयुक्त है, लेकिन नाम बना हुआ है।

स्पिन क्वांटम संख्याओं को के रूप में दर्शाया गया है एमएसपरमाणु भौतिकी में और szपरमाणु भौतिकी में। प्रत्येक उपकोश में प्रत्येक कक्ष में प्रत्येक कोश में दो इलेक्ट्रॉन हो सकते हैं, एक स्पिन +1/2 के साथ और दूसरा स्पिन -1/2 के साथ।

भौतिक विज्ञानी वोल्फगैंग पाउली ने एक सिद्धांत विकसित किया जो इन क्वांटम संख्याओं के अनुसार एक परमाणु में इलेक्ट्रॉनों के क्रम की व्याख्या करता है। उनका सिद्धांत, कहा जाता है पाउली अपवर्जन सिद्धांत, बताता है कि एक ही परमाणु में दो इलेक्ट्रॉन समान क्वांटम अवस्थाओं पर कब्जा नहीं कर सकते। अर्थात्, परमाणु में प्रत्येक इलेक्ट्रॉन में क्वांटम संख्याओं का एक अनूठा समूह होता है। यह उन इलेक्ट्रॉनों की संख्या को सीमित करता है जो किसी दिए गए कक्षीय, उपकोश और शेल पर कब्जा कर सकते हैं।

यह हाइड्रोजन परमाणु में इलेक्ट्रॉनों की व्यवस्था को दर्शाता है:

नाभिक में एक प्रोटॉन के साथ, परमाणु अपने इलेक्ट्रोस्टैटिक संतुलन के लिए एक इलेक्ट्रॉन को स्वीकार करता है (प्रोटॉन का सकारात्मक चार्ज इलेक्ट्रॉन के नकारात्मक चार्ज द्वारा बिल्कुल संतुलित होता है)। यह इलेक्ट्रॉन निचले शेल (n = 1) में है, पहला सबशेल (l = 0), इस सबशेल (m l = 0) के एकमात्र कक्षीय (स्थानिक अभिविन्यास) में, 1/2 के स्पिन मान के साथ। इस संरचना का वर्णन करने की सामान्य विधि इलेक्ट्रॉनों की उनके कोशों और उपकोशों के अनुसार गणना करना है, जिसे एक सम्मेलन के अनुसार कहा जाता है। स्पेक्ट्रोस्कोपिक संकेतन. इस संकेतन में, शेल संख्या को एक पूर्णांक के रूप में दिखाया गया है, उप-कोश एक अक्षर (एस, पी, डी, एफ) के रूप में, और सबहेल (सभी ऑर्बिटल्स, सभी स्पिन) में इलेक्ट्रॉनों की कुल संख्या एक सुपरस्क्रिप्ट के रूप में दिखाया गया है। इस प्रकार, हाइड्रोजन, जिसके एकल इलेक्ट्रॉन को आधार स्तर पर रखा गया है, को 1s 1 के रूप में वर्णित किया गया है।

अगले परमाणु (परमाणु क्रमांक के क्रम में) पर चलते हुए, हमें तत्व हीलियम मिलता है:

एक हीलियम परमाणु के नाभिक में दो प्रोटॉन होते हैं, जिसे दोहरे धनात्मक विद्युत आवेश को संतुलित करने के लिए दो इलेक्ट्रॉनों की आवश्यकता होती है। चूंकि दो इलेक्ट्रॉन - एक स्पिन 1/2 के साथ और दूसरा स्पिन -1/2 के साथ - एक ही कक्षीय में हैं, हीलियम की इलेक्ट्रॉनिक संरचना को दूसरे इलेक्ट्रॉन को धारण करने के लिए अतिरिक्त उपकोश या गोले की आवश्यकता नहीं होती है।

हालांकि, तीन या अधिक इलेक्ट्रॉनों की आवश्यकता वाले परमाणु को सभी इलेक्ट्रॉनों को धारण करने के लिए अतिरिक्त उपकोशों की आवश्यकता होगी, क्योंकि केवल दो इलेक्ट्रॉन निचले शेल (n = 1) पर हो सकते हैं। बढ़ते हुए परमाणु क्रमांक के क्रम में अगले परमाणु पर विचार करें, लिथियम:

लिथियम परमाणु खोल के कैपेसिटेंस एल (एन = 2) के हिस्से का उपयोग करता है। इस कोश में वास्तव में आठ इलेक्ट्रॉनों की कुल क्षमता होती है (अधिकतम शेल क्षमता = 2n 2 इलेक्ट्रॉन)। यदि हम पूरी तरह से भरे हुए एल शेल वाले परमाणु की संरचना पर विचार करते हैं, तो हम देखते हैं कि इलेक्ट्रॉनों द्वारा सबहेल, ऑर्बिटल्स और स्पिन के सभी संयोजनों पर कैसे कब्जा किया जाता है:

अक्सर, जब किसी परमाणु को स्पेक्ट्रोस्कोपिक संकेतन निर्दिष्ट किया जाता है, तो किसी भी पूरी तरह से भरे हुए गोले को छोड़ दिया जाता है, और बिना भरे हुए गोले और शीर्ष-स्तर के भरे हुए गोले को निरूपित किया जाता है। उदाहरण के लिए, तत्व नियॉन (उपरोक्त चित्र में दिखाया गया है), जिसमें दो पूरी तरह से भरे हुए गोले हैं, को वर्णक्रमीय रूप से केवल 1s 22 s 22 p 6 के बजाय 2p 6 के रूप में वर्णित किया जा सकता है। लिथियम, इसके पूर्ण रूप से भरे हुए K शेल और L शेल में एक एकल इलेक्ट्रॉन के साथ, केवल 1s 22 s 1 के बजाय 2s 1 के रूप में वर्णित किया जा सकता है।

पूरी तरह से आबादी वाले निचले स्तर के गोले की चूक केवल अंकन की सुविधा के लिए नहीं है। यह रसायन विज्ञान के एक बुनियादी सिद्धांत को भी दर्शाता है: किसी तत्व का रासायनिक व्यवहार मुख्य रूप से उसके अधूरे कोशों द्वारा निर्धारित किया जाता है। हाइड्रोजन और लिथियम दोनों के बाहरी कोश में एक इलेक्ट्रॉन होता है (क्रमशः 1 और 2s 1 के रूप में), अर्थात दोनों तत्वों के गुण समान होते हैं। दोनों अत्यधिक प्रतिक्रियाशील हैं, और लगभग समान तरीकों से प्रतिक्रिया करते हैं (समान परिस्थितियों में समान तत्वों के लिए बाध्य)। यह वास्तव में कोई फर्क नहीं पड़ता कि लिथियम में लगभग मुक्त एल-शेल के तहत पूरी तरह से भरा हुआ के-शेल है: अधूरा एल-शेल वह है जो इसके रासायनिक व्यवहार को निर्धारित करता है।

जिन तत्वों में बाहरी कोश पूरी तरह से भरे होते हैं, उन्हें कुलीन के रूप में वर्गीकृत किया जाता है और अन्य तत्वों के साथ प्रतिक्रिया की लगभग पूर्ण कमी की विशेषता होती है। इन तत्वों को निष्क्रिय के रूप में वर्गीकृत किया गया था जब उन्हें बिल्कुल भी प्रतिक्रिया नहीं करने के लिए माना जाता था, लेकिन वे कुछ शर्तों के तहत अन्य तत्वों के साथ यौगिक बनाने के लिए जाने जाते हैं।

चूँकि अपने बाहरी कोश में समान इलेक्ट्रॉनों के विन्यास वाले तत्वों में समान रासायनिक गुण होते हैं, दिमित्री मेंडेलीव ने रासायनिक तत्वों को तदनुसार एक तालिका में व्यवस्थित किया। इस तालिका को के रूप में जाना जाता है , और आधुनिक तालिकाएँ नीचे दिए गए चित्र में दिखाए गए इस सामान्य लेआउट का अनुसरण करती हैं।

रासायनिक तत्वों की आवर्त सारणी

दिमित्री मेंडेलीव, एक रूसी रसायनज्ञ, तत्वों की आवर्त सारणी विकसित करने वाले पहले व्यक्ति थे। भले ही मेंडेलीव ने अपनी तालिका को परमाणु द्रव्यमान के अनुसार व्यवस्थित किया, परमाणु संख्या के अनुसार नहीं, और एक ऐसी तालिका बनाई जो आधुनिक आवर्त सारणी के समान उपयोगी नहीं थी, उनका विकास वैज्ञानिक प्रमाण के उत्कृष्ट उदाहरण के रूप में खड़ा है। आवधिकता के पैटर्न (परमाणु द्रव्यमान के अनुसार समान रासायनिक गुण) को देखकर, मेंडेलीव ने अनुमान लगाया कि सभी तत्वों को इस आदेशित पैटर्न में फिट होना चाहिए। जब उन्होंने तालिका में "खाली" स्थानों की खोज की, तो उन्होंने मौजूदा आदेश के तर्क का पालन किया और अभी तक अज्ञात तत्वों के अस्तित्व को ग्रहण किया। इन तत्वों की बाद की खोज ने मेंडेलीफ की परिकल्पना की वैज्ञानिक शुद्धता की पुष्टि की, आगे की खोजों ने आवर्त सारणी के रूप को जन्म दिया जिसका हम अभी उपयोग करते हैं।

इस कदर चाहिएकार्य विज्ञान: परिकल्पना तार्किक निष्कर्षों की ओर ले जाती है और उनके निष्कर्षों के साथ प्रयोगात्मक डेटा की स्थिरता के आधार पर स्वीकार, परिवर्तित या अस्वीकार कर दी जाती है। उपलब्ध प्रायोगिक आंकड़ों की व्याख्या करने के लिए कोई भी मूर्ख तथ्य के बाद एक परिकल्पना तैयार कर सकता है, और कई करते हैं। पोस्ट हॉक अटकलों से एक वैज्ञानिक परिकल्पना को जो अलग करता है, वह भविष्य के प्रायोगिक डेटा की भविष्यवाणी है जिसे अभी तक एकत्र नहीं किया गया है, और संभवतः परिणामस्वरूप उस डेटा का खंडन। परिकल्पना को उसके तार्किक निष्कर्ष तक साहसपूर्वक ले जाएं और भविष्य के प्रयोगों के परिणामों की भविष्यवाणी करने का प्रयास विश्वास की एक हठधर्मी छलांग नहीं है, बल्कि इस परिकल्पना का एक सार्वजनिक परीक्षण है, परिकल्पना के विरोधियों के लिए एक खुली चुनौती है। दूसरे शब्दों में, वैज्ञानिक परिकल्पनाएं हमेशा "जोखिम भरी" होती हैं क्योंकि उन प्रयोगों के परिणामों की भविष्यवाणी करने की कोशिश की जाती है जो अभी तक नहीं किए गए हैं, और इसलिए यदि प्रयोग अपेक्षित नहीं होते हैं तो उन्हें गलत साबित किया जा सकता है। इस प्रकार, यदि एक परिकल्पना दोहराए गए प्रयोगों के परिणामों की सही भविष्यवाणी करती है, तो यह अस्वीकृत हो जाती है।

क्वांटम यांत्रिकी, पहले एक परिकल्पना के रूप में और फिर एक सिद्धांत के रूप में, प्रयोगों के परिणामों की भविष्यवाणी करने में बेहद सफल साबित हुई है, और इसलिए इसे उच्च स्तर की वैज्ञानिक विश्वसनीयता प्राप्त हुई है। कई वैज्ञानिकों के पास यह मानने का कारण है कि यह एक अधूरा सिद्धांत है, क्योंकि इसकी भविष्यवाणियां मैक्रोस्कोपिक की तुलना में सूक्ष्म भौतिक पैमानों पर अधिक सत्य हैं, लेकिन फिर भी, यह कणों और परमाणुओं की बातचीत को समझाने और भविष्यवाणी करने के लिए एक अत्यंत उपयोगी सिद्धांत है।

जैसा कि आपने इस अध्याय में देखा है, क्वांटम भौतिकी कई अलग-अलग घटनाओं का वर्णन और भविष्यवाणी करने में आवश्यक है। अगले भाग में हम अर्धचालकों सहित ठोसों की विद्युत चालकता में इसके महत्व को देखेंगे। सीधे शब्दों में कहें तो, रसायन विज्ञान या ठोस अवस्था भौतिकी में कुछ भी इलेक्ट्रॉनों की लोकप्रिय सैद्धांतिक संरचना में मौजूद नहीं है, जो कि लघु उपग्रहों जैसे परमाणु के नाभिक के चारों ओर चक्कर लगाने वाले पदार्थ के अलग-अलग कणों के रूप में मौजूद है। जब इलेक्ट्रॉनों को "तरंग कार्यों" के रूप में देखा जाता है, जो कुछ निश्चित, असतत अवस्थाओं में मौजूद होते हैं जो नियमित और आवधिक होते हैं, तो पदार्थ के व्यवहार को समझाया जा सकता है।

उपसंहार

परमाणुओं में इलेक्ट्रॉन वितरित संभाव्यता के "बादलों" में मौजूद होते हैं, न कि नाभिक के चारों ओर घूमने वाले पदार्थ के असतत कणों के रूप में, जैसे कि लघु उपग्रह, जैसा कि सामान्य उदाहरण दिखाते हैं।

एक परमाणु के नाभिक के चारों ओर अलग-अलग इलेक्ट्रॉन चार क्वांटम संख्याओं द्वारा वर्णित अद्वितीय "राज्यों" की ओर प्रवृत्त होते हैं: प्रिंसिपल (रेडियल) क्वांटम संख्या, जाना जाता है सीप; कक्षीय (अज़ीमुथ) क्वांटम संख्या, जाना जाता है उपकोश; चुंबकीय क्वांटम संख्याका वर्णन कक्षा का(सबशेल ओरिएंटेशन); और स्पिन क्वांटम संख्या, या केवल घुमाव. ये अवस्थाएँ क्वांटम हैं, अर्थात्, "उनके बीच" एक इलेक्ट्रॉन के अस्तित्व के लिए कोई शर्तें नहीं हैं, केवल उन राज्यों को छोड़कर जो क्वांटम नंबरिंग योजना में फिट होते हैं।

Glanoe (रेडियल) क्वांटम संख्या (n)आधार स्तर या शेल का वर्णन करता है जिसमें इलेक्ट्रॉन रहता है। यह संख्या जितनी अधिक होगी, परमाणु के नाभिक से इलेक्ट्रॉन बादल की त्रिज्या उतनी ही अधिक होगी और इलेक्ट्रॉन की ऊर्जा भी उतनी ही अधिक होगी। प्रिंसिपल क्वांटम संख्याएं पूर्णांक (सकारात्मक पूर्णांक) हैं

कक्षीय (अजीमुथल) क्वांटम संख्या (एल)एक विशेष खोल या स्तर में एक इलेक्ट्रॉन बादल के आकार का वर्णन करता है और इसे अक्सर "उपकोश" के रूप में जाना जाता है। किसी भी शेल में, शेल की मुख्य क्वांटम संख्या के रूप में कई उपकोश (इलेक्ट्रॉन क्लाउड के रूप) होते हैं। अज़ीमुथल क्वांटम संख्या शून्य से शुरू होने वाली और मुख्य क्वांटम संख्या से एक (एन -1) से कम संख्या के साथ समाप्त होने वाली सकारात्मक पूर्णांक हैं।

चुंबकीय क्वांटम संख्या (एम एल)वर्णन करता है कि उपकोश (इलेक्ट्रॉन बादल आकार) का क्या अभिविन्यास है। सबशेल्स में कई अलग-अलग अभिविन्यास हो सकते हैं, जो सबशेल नंबर (एल) प्लस 1, (2 एल + 1) (यानी एल = 1, एमएल = -1, 0, 1 के लिए) के दोगुने हैं, और प्रत्येक अद्वितीय अभिविन्यास को कक्षीय कहा जाता है। . ये संख्याएँ पूर्णांक संख्या (l) के ऋणात्मक मान से शुरू होकर 0 तक पूर्णांक होती हैं और उप-संख्या के धनात्मक मान के साथ समाप्त होती हैं।

स्पिन क्वांटम संख्या (एम एस)इलेक्ट्रॉन की एक और संपत्ति का वर्णन करता है और मान +1/2 और -1/2 ले सकता है।

पाउली अपवर्जन सिद्धांतकहते हैं कि एक परमाणु में दो इलेक्ट्रॉन क्वांटम संख्याओं के समान सेट को साझा नहीं कर सकते। इसलिए, प्रत्येक कक्षीय (स्पिन = 1/2 और स्पिन = -1/2) में अधिकतम दो इलेक्ट्रॉन हो सकते हैं, प्रत्येक उपकोश में 2l+1 ऑर्बिटल्स और प्रत्येक शेल में n सबशेल हो सकते हैं, और अधिक नहीं।

स्पेक्ट्रोस्कोपिक संकेतनएक परमाणु की इलेक्ट्रॉनिक संरचना के लिए एक सम्मेलन है। शेल को पूर्णांक के रूप में दिखाया जाता है, उसके बाद उप-अक्षरों (s, p, d, f) को सुपरस्क्रिप्ट संख्याओं के साथ प्रत्येक संबंधित उपकोश में पाए जाने वाले इलेक्ट्रॉनों की कुल संख्या को दर्शाता है।

एक परमाणु का रासायनिक व्यवहार केवल अधूरे कोशों में इलेक्ट्रॉनों द्वारा निर्धारित किया जाता है। निम्न-स्तर के गोले जो पूरी तरह से भरे हुए हैं, तत्वों की रासायनिक बाध्यकारी विशेषताओं पर बहुत कम या कोई प्रभाव नहीं पड़ता है।

पूरी तरह से भरे हुए इलेक्ट्रॉन कोश वाले तत्व लगभग पूरी तरह से निष्क्रिय होते हैं, और कहलाते हैं महानतत्व (पहले अक्रिय के रूप में जाना जाता था)।