अल्बर्ट आइंस्टीन शायद हमारे ग्रह के हर निवासी के लिए जाना जाता है। यह द्रव्यमान और ऊर्जा के बीच संबंध के प्रसिद्ध सूत्र के लिए जाना जाता है। हालांकि, उन्हें इसके लिए नोबेल पुरस्कार नहीं मिला। इस लेख में, हम आइंस्टीन के दो सूत्रों पर विचार करेंगे जिन्होंने 20वीं शताब्दी की शुरुआत में हमारे आसपास की दुनिया के बारे में भौतिक विचारों को बदल दिया।
आइंस्टीन का फलदायी वर्ष
1905 में, आइंस्टीन ने एक साथ कई लेख प्रकाशित किए, जो मुख्य रूप से दो विषयों से संबंधित थे: सापेक्षता का सिद्धांत जिसे उन्होंने विकसित किया और फोटोइलेक्ट्रिक प्रभाव की व्याख्या। सामग्री जर्मन जर्नल एनालेन डेर फिजिक में प्रकाशित हुई थी। इन दो लेखों के शीर्षक से ही उस समय के वैज्ञानिकों में खलबली मच गई थी:
- "क्या किसी पिंड की जड़ता उसमें निहित ऊर्जा पर निर्भर करती है?";
- "प्रकाश की उत्पत्ति और परिवर्तन पर एक अनुमानी दृष्टिकोण"।
पहले में, वैज्ञानिक आइंस्टीन के सापेक्षता के सिद्धांत के वर्तमान ज्ञात सूत्र का हवाला देते हैं, जो संयुक्तद्रव्यमान और ऊर्जा की समान समानता। दूसरा लेख फोटोइलेक्ट्रिक प्रभाव के लिए एक समीकरण प्रदान करता है। दोनों फ़ार्मुलों का उपयोग वर्तमान में रेडियोधर्मी पदार्थ के साथ काम करने और विद्युत चुम्बकीय तरंगों से विद्युत ऊर्जा उत्पन्न करने के लिए किया जाता है।
विशेष सापेक्षता का संक्षिप्त सूत्र
आइंस्टाइन द्वारा विकसित सापेक्षता का सिद्धांत उस परिघटना को मानता है जब वस्तुओं का द्रव्यमान और उनकी गति की गति बहुत अधिक होती है। इसमें आइंस्टीन का मानना है कि संदर्भ के किसी भी फ्रेम में प्रकाश की तुलना में तेजी से आगे बढ़ना असंभव है, और निकट-प्रकाश गति पर, अंतरिक्ष-समय के गुण बदल जाते हैं, उदाहरण के लिए, समय धीमा होने लगता है।
सापेक्षता के सिद्धांत को तार्किक दृष्टिकोण से समझना मुश्किल है, क्योंकि यह गति के बारे में सामान्य विचारों का खंडन करता है, जिसके नियम न्यूटन द्वारा 17वीं शताब्दी में स्थापित किए गए थे। हालांकि, आइंस्टीन जटिल गणितीय गणनाओं से एक सुंदर और सरल सूत्र के साथ आए:
ई=एमसी2.
इस व्यंजक को आइंस्टीन का ऊर्जा और द्रव्यमान का सूत्र कहते हैं। आइए जानें इसका क्या मतलब है।
द्रव्यमान, ऊर्जा और प्रकाश की गति की अवधारणा
अल्बर्ट आइंस्टीन के सूत्र को बेहतर ढंग से समझने के लिए आपको उसमें मौजूद प्रत्येक प्रतीक का अर्थ विस्तार से समझना चाहिए।
मास से शुरू करते हैं। आप अक्सर सुन सकते हैं कि यह भौतिक मात्रा शरीर में निहित पदार्थ की मात्रा से संबंधित है। यह पूरी तरह से सच नहीं है। द्रव्यमान को जड़त्व के माप के रूप में परिभाषित करना अधिक सही है। शरीर जितना बड़ा होगा, उसे एक निश्चित देना उतना ही कठिन होगारफ़्तार। द्रव्यमान किलोग्राम में मापा जाता है।
ऊर्जा का मसला भी आसान नहीं है। तो, इसकी कई अभिव्यक्तियाँ हैं: प्रकाश और तापीय, भाप और विद्युत, गतिज और संभावित, रासायनिक बंधन। ये सभी प्रकार की ऊर्जा एक महत्वपूर्ण गुण से जुड़ी हैं - उनकी कार्य करने की क्षमता। दूसरे शब्दों में, ऊर्जा एक भौतिक मात्रा है जो अन्य बाहरी ताकतों की कार्रवाई के खिलाफ निकायों को स्थानांतरित करने में सक्षम है। SI माप जूल है।
प्रकाश की गति क्या है यह लगभग सभी के लिए स्पष्ट है। इसे उस दूरी के रूप में समझा जाता है जो एक विद्युत चुम्बकीय तरंग प्रति इकाई समय में यात्रा करती है। निर्वात के लिए, यह मान एक स्थिरांक है; किसी अन्य वास्तविक माध्यम में, यह घटता है। प्रकाश की गति मीटर प्रति सेकंड में मापी जाती है।
आइंस्टीन के सूत्र का अर्थ
यदि आप इस सरल सूत्र को बारीकी से देखें, तो आप देख सकते हैं कि द्रव्यमान एक स्थिरांक (प्रकाश की गति का वर्ग) के माध्यम से ऊर्जा से संबंधित है। आइंस्टीन ने स्वयं समझाया कि द्रव्यमान और ऊर्जा एक ही चीज़ की अभिव्यक्तियाँ हैं। इस मामले में, संक्रमण एम से ई और पीछे संभव है।
आइंस्टाइन के सिद्धांत के आगमन से पहले, वैज्ञानिकों का मानना था कि द्रव्यमान और ऊर्जा के संरक्षण के नियम अलग-अलग मौजूद हैं और बंद प्रणालियों में होने वाली किसी भी प्रक्रिया के लिए मान्य हैं। आइंस्टीन ने दिखाया कि ऐसा नहीं है, और ये घटनाएं अलग-अलग नहीं, बल्कि एक साथ बनी रहती हैं।
आइंस्टीन के सूत्र या द्रव्यमान और ऊर्जा की तुल्यता के नियम की एक अन्य विशेषता इन राशियों के बीच आनुपातिकता का गुणांक है,यानी सी2। यह लगभग 1017 m2/s2 के बराबर है। यह विशाल मूल्य बताता है कि द्रव्यमान की एक छोटी मात्रा में भी ऊर्जा का विशाल भंडार होता है। उदाहरण के लिए, यदि आप इस सूत्र का पालन करते हैं, तो केवल एक सूखा अंगूर (किशमिश) एक दिन में मास्को की सभी ऊर्जा आवश्यकताओं को पूरा कर सकता है। दूसरी ओर, यह विशाल कारक यह भी बताता है कि हम प्रकृति में बड़े पैमाने पर परिवर्तन क्यों नहीं देखते हैं, क्योंकि वे हमारे द्वारा उपयोग किए जाने वाले ऊर्जा मूल्यों के लिए बहुत छोटे हैं।
20वीं सदी के इतिहास पर सूत्र का प्रभाव
इस सूत्र के ज्ञान के लिए धन्यवाद, एक व्यक्ति परमाणु ऊर्जा में महारत हासिल करने में सक्षम था, जिसके विशाल भंडार को द्रव्यमान के गायब होने की प्रक्रियाओं द्वारा समझाया गया है। एक ज्वलंत उदाहरण यूरेनियम नाभिक का विखंडन है। यदि हम इस विखंडन के बाद बने प्रकाश समस्थानिकों के द्रव्यमान को जोड़ दें, तो यह मूल नाभिक की तुलना में बहुत कम हो जाएगा। गायब हुआ द्रव्यमान ऊर्जा में बदल जाता है।
परमाणु ऊर्जा का उपयोग करने की मानव क्षमता ने एक रिएक्टर का निर्माण किया जो शहरों की नागरिक आबादी को बिजली प्रदान करने का काम करता है, और सभी ज्ञात इतिहास में सबसे घातक हथियार - परमाणु बम के डिजाइन के लिए।
संयुक्त राज्य अमेरिका में पहले परमाणु बम की उपस्थिति ने जापान के खिलाफ द्वितीय विश्व युद्ध को समय से पहले समाप्त कर दिया (1945 में, संयुक्त राज्य अमेरिका ने इन बमों को दो जापानी शहरों पर गिरा दिया), और इसके लिए मुख्य निवारक भी बन गया तीसरे विश्व युद्ध का प्रकोप।
आइंस्टीन खुद बेशक नहीं कर सकते थेउनके द्वारा खोजे गए सूत्र के ऐसे परिणामों का पूर्वाभास करने के लिए। ध्यान दें कि उन्होंने परमाणु हथियार बनाने के लिए मैनहट्टन परियोजना में भाग नहीं लिया।
फोटोइलेक्ट्रिक प्रभाव की घटना और इसकी व्याख्या
अब उस प्रश्न पर चलते हैं जिसके लिए अल्बर्ट आइंस्टीन को 1920 के दशक की शुरुआत में नोबेल पुरस्कार से सम्मानित किया गया था।
हर्ट्ज द्वारा 1887 में खोजे गए फोटोइलेक्ट्रिक प्रभाव की घटना में एक निश्चित सामग्री की सतह के ऊपर मुक्त इलेक्ट्रॉनों की उपस्थिति होती है, अगर यह कुछ आवृत्तियों के प्रकाश से विकिरणित होती है। इस घटना को प्रकाश के तरंग सिद्धांत के दृष्टिकोण से समझाना संभव नहीं था, जिसे 20 वीं शताब्दी की शुरुआत में स्थापित किया गया था। इस प्रकार, यह स्पष्ट नहीं था कि बिना समय की देरी (1 एनएस से कम) के बिना फोटोइलेक्ट्रिक प्रभाव क्यों देखा जाता है, क्यों घटती क्षमता प्रकाश स्रोत की तीव्रता पर निर्भर नहीं करती है। आइंस्टीन ने एक शानदार व्याख्या दी।
वैज्ञानिक ने एक साधारण सी बात सुझाई: जब प्रकाश पदार्थ के साथ परस्पर क्रिया करता है, तो वह तरंग की तरह नहीं, बल्कि एक कणिका, एक क्वांटम, ऊर्जा के थक्के की तरह व्यवहार करता है। प्रारंभिक अवधारणाएं पहले से ही ज्ञात थीं - 17 वीं शताब्दी के मध्य में न्यूटन द्वारा कोरपसकुलर सिद्धांत प्रस्तावित किया गया था, और विद्युत चुम्बकीय तरंग क्वांटा की अवधारणा हमवतन भौतिक विज्ञानी मैक्स प्लैंक द्वारा पेश की गई थी। आइंस्टीन सिद्धांत और प्रयोग के सभी ज्ञान को एक साथ लाने में सक्षम थे। उनका मानना था कि एक फोटॉन (प्रकाश की क्वांटम), सिर्फ एक इलेक्ट्रॉन के साथ बातचीत करके, इसे पूरी तरह से अपनी ऊर्जा देता है। यदि यह ऊर्जा इलेक्ट्रॉन और नाभिक के बीच के बंधन को तोड़ने के लिए पर्याप्त है, तो आवेशित प्राथमिक कण परमाणु से खुल जाता है और मुक्त अवस्था में चला जाता है।
चिह्नित दृश्यआइंस्टाइन को प्रकाश-विद्युत प्रभाव का सूत्र लिखने की अनुमति दी। हम अगले पैराग्राफ में इस पर विचार करेंगे।
प्रकाश विद्युत प्रभाव और उसका समीकरण
यह समीकरण प्रसिद्ध ऊर्जा-द्रव्यमान संबंध से थोड़ा लंबा है। यह इस तरह दिखता है:
एचवी=ए + ईके.
फोटोइलेक्ट्रिक प्रभाव के लिए यह समीकरण या आइंस्टीन का सूत्र प्रक्रिया में क्या हो रहा है, के सार को दर्शाता है: ऊर्जा के साथ एक फोटॉन hv (प्लैंक की निरंतर आवृत्ति को दोलन आवृत्ति से गुणा किया जाता है) इलेक्ट्रॉन के बीच के बंधन को तोड़ने पर खर्च किया जाता है और नाभिक (ए इलेक्ट्रॉन का कार्य फलन है) और गतिज ऊर्जा के एक ऋणात्मक कण (Ek) को संप्रेषित करने पर।
उपरोक्त सूत्र ने फोटोइलेक्ट्रिक प्रभाव पर प्रयोगों में देखी गई सभी गणितीय निर्भरता की व्याख्या करना संभव बना दिया और विचाराधीन घटना के लिए संबंधित कानूनों का निर्माण किया।
प्रकाश विद्युत प्रभाव का प्रयोग कहाँ किया जाता है?
वर्तमान में, ऊपर उल्लिखित आइंस्टीन के विचारों को सौर पैनलों की बदौलत प्रकाश ऊर्जा को बिजली में बदलने के लिए लागू किया जा रहा है।
वे एक आंतरिक फोटोइलेक्ट्रिक प्रभाव का उपयोग करते हैं, अर्थात, परमाणु से "बाहर निकाले गए" इलेक्ट्रॉन सामग्री को नहीं छोड़ते हैं, लेकिन उसमें रहते हैं। सक्रिय पदार्थ n- और p-प्रकार के सिलिकॉन अर्धचालक हैं।
