ইলেকট্রন তরঙ্গের মত আচরণ করে

পদার্থবিদরা দীর্ঘদিন ধরেই জানেন যে আলো একটি ইলেক্ট্রোম্যাগনেটিক তরঙ্গ। আজ অবধি, এই অবস্থানে কেউ সন্দেহ করে না, যেহেতু আলো স্পষ্টভাবে তরঙ্গ আচরণের সমস্ত লক্ষণ প্রদর্শন করে: হালকা তরঙ্গ একে অপরকে ওভারল্যাপ করতে পারে, একটি হস্তক্ষেপের প্যাটার্ন তৈরি করে, তারা পৃথক করতেও সক্ষম হয়, বিচ্ছুরণের সময় বরাবর বাধাগুলির চারপাশে বাঁকানো।

আমরা যখন একটি পাখি দেখি যে হাঁসের মতো হাঁটে, হাঁসের মতো সাঁতার কাটে এবং হাঁসের মতো ঝাঁকুনি দেয়, তখন আমরা সেই পাখিটিকে হাঁস বলি। তাই আলো হয় ইলেক্ট্রোম্যাগনেটিক তরঙ্গআলোতে এই জাতীয় তরঙ্গের আচরণের উদ্দেশ্যমূলকভাবে পর্যবেক্ষণ করা লক্ষণগুলির উপর ভিত্তি করে।

যাইহোক, 19 এবং 20 শতকের শেষের দিকে, পদার্থবিদরা আলোর "কণা-তরঙ্গ দ্বৈতবাদ" সম্পর্কে কথা বলতে শুরু করেছিলেন। দেখা যাচ্ছে যে আলো একটি ইলেক্ট্রোম্যাগনেটিক তরঙ্গ যা বিজ্ঞান আলো সম্পর্কে জানে তা নয়। বিজ্ঞানীরা আলোতে একটি খুব আকর্ষণীয় বৈশিষ্ট্য আবিষ্কার করেছেন।

এটা দেখা যাচ্ছে যে কোন না কোনভাবে আলো কণার একটি স্রোতের আচরণ হিসাবে নিজেকে প্রকাশ করে।এটি পাওয়া গেছে যে আলো দ্বারা বাহিত শক্তি, একটি বিশেষ ডিটেক্টর দ্বারা একটি নির্দিষ্ট সময় ধরে গণনা করার পরে, যেভাবেই হোক না কেন পৃথক (পুরো) টুকরো দ্বারা গঠিত হতে দেখা যায়।

অতএব, এটা সত্য হয়ে উঠেছে যে আলোর শক্তি বিচ্ছিন্ন, কারণ এটি গঠিত হয়, যেমন ছিল, পৃথক কণা - "কোয়ান্টা", অর্থাৎ, শক্তির ক্ষুদ্রতম সমগ্র অংশগুলির দ্বারা। এই ধরনের আলোর কণা, শক্তির একক (বা কোয়ান্টাম) বহন করে, তাকে ফোটন বলা হয়।

একটি ফোটনের শক্তি নিম্নলিখিত সূত্র দ্বারা পাওয়া যায়:

E — ফোটন শক্তি, h — প্ল্যাঙ্কের ধ্রুবক, v — ফ্রিকোয়েন্সি।

জার্মান পদার্থবিদ ম্যাক্স প্ল্যাঙ্ক প্রথম পরীক্ষামূলকভাবে আলোক তরঙ্গের বিচ্ছিন্নতার সত্যতা প্রতিষ্ঠা করেছিলেন এবং ধ্রুবক h এর মান গণনা করেছিলেন, যা পৃথক ফোটনের শক্তি খুঁজে পাওয়ার সূত্রে উপস্থিত হয়। এই মান পরিণত হয়েছে: 6.626 * 10-34 J * s। প্ল্যাঙ্ক 1900 এর দশকের শেষের দিকে তার কাজের ফলাফল প্রকাশ করেছিলেন।

উদাহরণস্বরূপ, একটি বেগুনি রশ্মি বিবেচনা করুন। এই ধরনের আলোর ফ্রিকোয়েন্সি (f বা v) হল 7.5 * 1014 Hz প্লাঙ্কের ধ্রুবক (h) হল 6.626 * 10-34 J * s। এর মানে হল ফোটনের শক্তি, (E), রঙের বেগুনি বৈশিষ্ট্য, 5 * 10-19 J। এটি শক্তির এত ছোট অংশ যে এটি ক্যাপচার করা খুব কঠিন।

একটি পর্বত প্রবাহ কল্পনা করুন - এটি একটি একক হিসাবে প্রবাহিত হয়, এবং খালি চোখে দেখা অসম্ভব যে প্রবাহটি আসলে পৃথক জলের অণু দ্বারা গঠিত। আজ, যাইহোক, আমরা জানি যে ম্যাক্রোস্কোপিক বস্তু—প্রবাহ—আসলে বিযুক্ত, অর্থাৎ, এটি পৃথক অণু নিয়ে গঠিত।

এর মানে হল যে যদি আমরা স্রোতের পাশে একটি অণু কাউন্টার স্থাপন করতে পারি যাতে স্রোত প্রবাহিত হওয়ার সাথে সাথে পাশ দিয়ে যাওয়া জলের অণুগুলি গণনা করতে পারে, ডিটেক্টর সর্বদা শুধুমাত্র জলের অণুগুলির সম্পূর্ণ সংখ্যা গণনা করবে, আংশিকগুলি নয়।

একইভাবে, ফোটন E এর মোট শক্তির গ্রাফ, t সময়ে গণনা করা হয় — সর্বদা রৈখিক (হলুদ চিত্র) নয়, তবে ধাপে ধাপে (সবুজ চিত্র):

সুতরাং, ফোটন নড়াচড়া করে, তারা শক্তি বহন করে, তাই তাদের ভরবেগ আছে। কিন্তু ফোটনের কোন ভর নেই। তাহলে কিভাবে আপনি গতি খুঁজে পেতে পারেন?

প্রকৃতপক্ষে, আলোর গতির কাছাকাছি গতিতে চলমান বস্তুর জন্য, শাস্ত্রীয় সূত্র p = mv সহজভাবে অপ্রযোজ্য। এই অস্বাভাবিক ক্ষেত্রে কীভাবে গতি খুঁজে পাওয়া যায় তা বোঝার জন্য, আসুন বিশেষ আপেক্ষিকতার দিকে ফিরে যাই:

1905 সালে, আলবার্ট আইনস্টাইন এই দৃষ্টিকোণ থেকে ব্যাখ্যা করেছিলেন আলোক বৈদ্যুতিক প্রভাব… আমরা জানি যে ধাতব প্লেটের মধ্যে ইলেকট্রন রয়েছে, যা এর ভিতরে পরমাণুর ধনাত্মক চার্জযুক্ত নিউক্লিয়াস দ্বারা আকৃষ্ট হয় এবং তাই ধাতুতে ধরে রাখা হয়। কিন্তু যদি আপনি একটি নির্দিষ্ট ফ্রিকোয়েন্সির আলো দিয়ে এই জাতীয় প্লেটকে চকচক করেন, তাহলে আপনি প্লেট থেকে ইলেক্ট্রনগুলিকে ছিটকে দিতে পারেন।

এটা যেন আলো গতির সাথে কণার স্রোতের মত আচরণ করে। এবং যদিও একটি ফোটনের কোন ভর নেই, তবুও এটি কোনওভাবে একটি ধাতুর একটি ইলেকট্রনের সাথে যোগাযোগ করে এবং নির্দিষ্ট পরিস্থিতিতে একটি ফোটন একটি ইলেকট্রনকে ছিটকে দিতে সক্ষম হয়।

তাই যদি প্লেটে একটি ফোটনের ঘটনার পর্যাপ্ত শক্তি থাকে, তাহলে ইলেকট্রনটি ধাতু থেকে ছিটকে যাবে এবং বেগ v সহ প্লেটের বাইরে চলে যাবে। এই ধরনের নক আউট ইলেকট্রনকে ফটোইলেক্ট্রন বলা হয়।

যেহেতু ছিটকে যাওয়া ইলেক্ট্রনের একটি পরিচিত ভর m আছে, তাই এর একটি নির্দিষ্ট গতিশক্তি mv থাকবে।

ফোটনের শক্তি, যখন এটি ধাতুর উপর কাজ করে, তখন ধাতু থেকে ইলেক্ট্রন বের হওয়ার শক্তিতে (কাজের কার্যকারিতা) এবং ইলেকট্রনের গতিশক্তিতে রূপান্তরিত হয়, যার ধারণ করে নক-আউট ইলেক্ট্রন সরতে শুরু করে। ধাতু আউট, এটা ছেড়ে.

ধরুন পরিচিত তরঙ্গদৈর্ঘ্যের একটি ফোটন একটি ধাতুর পৃষ্ঠে আঘাত করে যার জন্য কাজের ফাংশন (ধাতু থেকে একটি ইলেক্ট্রনের) পরিচিত। এই ক্ষেত্রে, একটি প্রদত্ত ধাতু থেকে নির্গত একটি ইলেকট্রনের গতিশক্তি সহজেই খুঁজে পাওয়া যায়, সেইসাথে এর বেগও।

যদি ফোটনের শক্তি ইলেকট্রনের কাজের কার্য সম্পাদনের জন্য পর্যাপ্ত না হয়, তবে ইলেকট্রন কেবল প্রদত্ত ধাতুর পৃষ্ঠটি ছেড়ে যেতে পারে না এবং ফটোইলেক্ট্রন গঠিত হয় না।

1924 সালে, একজন ফরাসি পদার্থবিদ লুই ডি ব্রগলি সামনে একটি যুগান্তকারী ধারণা যা অনুযায়ী করা শুধু আলোর ফোটন নয় ইলেকট্রন নিজেরাও তরঙ্গের মতো আচরণ করতে পারে। বিজ্ঞানী এমনকি ইলেক্ট্রনের অনুমানমূলক তরঙ্গদৈর্ঘ্যের জন্য একটি সূত্র বের করেছেন। এই তরঙ্গগুলিকে পরবর্তীকালে "ডি ব্রগলি তরঙ্গ" বলা হয়।

ডি ব্রগলির অনুমান পরে নিশ্চিত করা হয়েছিল। 1927 সালে আমেরিকান বিজ্ঞানী ক্লিনটন ডেভিসন এবং লেস্টার জার্মার দ্বারা পরিচালিত ইলেক্ট্রনের বিবর্তনের উপর একটি পদার্থবিদ্যা পরীক্ষা, অবশেষে ইলেক্ট্রনের তরঙ্গ প্রকৃতি নির্দেশ করে।

যখন ইলেকট্রনের একটি মরীচি একটি বিশেষ পারমাণবিক কাঠামোর মাধ্যমে নির্দেশিত হয়েছিল, তখন মনে হয় যে ডিটেক্টরের ছবিটিকে একের পর এক উড়ন্ত কণা হিসাবে রেকর্ড করা উচিত ছিল, যা ইলেকট্রন কণা হলে যৌক্তিকভাবে প্রত্যাশিত হবে।

কিন্তু বাস্তবে আমাদের তরঙ্গ বিচ্ছুরণের একটি চিত্র বৈশিষ্ট্য রয়েছে। অধিকন্তু, এই তরঙ্গের দৈর্ঘ্য ডি ব্রগলির প্রস্তাবিত ধারণার সাথে সম্পূর্ণ সামঞ্জস্যপূর্ণ।

শেষ পর্যন্ত, ডি ব্রগলির ধারণা বোহরের পারমাণবিক মডেলের নীতি ব্যাখ্যা করা সম্ভব করে তোলে এবং পরে এরউইন শ্রোডিঙ্গার এই ধারণাগুলিকে সাধারণীকরণ করা এবং আধুনিক কোয়ান্টাম পদার্থবিজ্ঞানের ভিত্তি স্থাপন করা সম্ভব করে তোলে।