Monday, December 21, 2009

భౌతిక శాస్త్రంలో వచ్చిన పెను మార్పులు - 2

సనాతన భౌతిక శాస్త్రంలో వచ్చిన పెను మళుపుల గురించి చెయ్యబోయే ప్రస్తావనకి గత బ్లాగులో నాందీవాక్యం పలికేం కదా. ఇప్పుడు ఆ పెద్ద పెద్ద మళుపులకి కారణభూతమైన ప్రయోగాల గురించి కొంచెం విచారిద్దాం. ఈ ప్రయోగాలే సిద్ధాంత సౌధాలకి పునాదులు కనుక వీటి గురించి అవగాహన అత్యవసరం.


మొదటి ప్రయోగాంశం. మనలో చాలామంది ఆకాశంలో ఇంద్రధనుస్సు (rainbow) చూసే ఉంటారు. వాతావరణంలోని నీటి తుంపరల మీద సూర్యరశ్మి పడ్డప్పుడు, ఆ నీటి తుంపరలు స్పటికం (prism) వలె ప్రవర్తించి సూర్యకిరణాలలోని రంగులని విడగొట్టగా మనకి సప్తవర్ణాలతో ఇంద్రధనుస్సు కనబడుతుంది. ఈ ఇంద్రధనుస్సునే భౌతిక శాస్త్రజ్ఞులు వర్ణమాల (spectrum) అని పిలుస్తారు. ఈ వర్ణమాలలో కంటికి కనిపించే రంగులన్నీ, అవిచ్చిన్నంగా, ఒక రంగునుండి మరొక రంగులోకి మారుతూ కనిపిస్తాయి కనుక దీనిని “అవిచ్చిన్న వర్ణమాల (continuous spectrum) అంటారు. ఇటువంటి అవిచ్చిన్న వర్ణమాల ఎలా ఉంటుందో చూడాలనిపిస్తే ఒకసారి ఆకాశంలో ఇంద్రధనుస్సు కనిపించినప్పుడు చూడండి. లేకపోతే ఈ దిగువ బొమ్మ చూడండి.





బొమ్మ 1. ఆవిచ్చిన్న వర్ణమాలకి ఉదాహరణ.

ఒక్క సూర్యరస్మినే కాదు, ఏ రకమైన కాంతినైనా ఒక పట్టకం ద్వారా పంపితే ఆ కాంతిలోని రంగులన్నీ విడిపోయి మనకి వర్ణమాలలా కనిపిస్తాయి. ఉదాహరణకి ఒక ఇనప కడ్డీని కొలిమిలో పెట్టి వేడి చేస్తే అది మొదట్లో ఎర్రగాను, తరువాత తెల్లగానూ ప్రకాశిస్తుంది కదా. అలా వెలుగుతూన్న కడ్డీ నుండి వచ్చే వెలుతురుని ఒక వర్ణదర్శిని (spectroscope) ద్వారా పంపించి చూస్తే మనకి కనిపించే వర్ణమాల అవిచ్చిన్నంగా కాక మధ్య మధ్య రంగు రంగుల గీతలతో కనిపిస్తుంది. ఉదాహరణకి ఎర్రగా కాలిన ఇనప కడ్డినుండి వెలువడే వెలుగు యొక్క వర్ణమాల ఈ దిగువ చూపిన విధంగా ఉంటుంది.





బొమ్మ 2. ఇనుము యొక్క వర్ణమాలలో కనిపించే గీతలు


వేడి చేసిన ఇనప కడ్డీ ఎందుకు వెలుగుని విరజిమ్ముతుందో సంప్రదాయిక భౌతికశాస్త్రం ఉపయోగించి ఈ విధంగా వివరించవచ్చు: కడ్డీని వేడి చేసినప్పుడు ఆ కడ్డీ లోని ఎలక్‌ట్రానులు నిలకడగా ఉండకుండా జోరుగా ప్రయాణం చెయ్యటం మొదలుపెడతాయి. జోరుగా ప్రయాణం చేసే ఎలక్‌ట్రానులు విద్యుదయస్కాంత వికిరణాన్ని (electromagnetic radiation) విడుదల చేస్తాయి. కాంతి కూడ ఒక రకం వికిరణమే కనుక మనకి ఆ వికిరణమే వెలుగులా కనిపిస్తుంది.

ఇంతవరకు బాగానే ఉంది. కాని శాస్త్రవేత్తలని ఇక్కడ తికమక పెట్టిన విషయాలు రెండు. ఒకటి, ఆ వెలుగు వల్ల పుట్టిన వర్ణమాలలో రంగురంగుల గీతలు ఎందుకు వచ్చాయి? రెండు, ఆ రంగు గీతల అర్ధం ఏమిటి? ఈ విషయాలు రెండూ అప్పట్లో ఎవ్వరికీ బోధపడలేదు.

ఇటువంటి సందర్భాలలో అన్నిటికంటె సులభంగా అర్ధం అయే ఉదజని అణువు ఎలా ప్రవర్తిస్తుందో పరిశీలించడం రివాజు. అందుకని ఉదజని (Hydrogen) సంగతి చూద్దాం. ఉదజని వాయువుని వేడి చేసి, అది ఉద్గారించే వర్ణమాల (emission spectrum) ని చూస్తే అది ఈ దిగువ చూపిన విధంగా కనిపిస్తుంది.




బొమ్మ 3. ఉదజని యొక్క వర్ణమాలలో కనిపించే గీతలు (click on the figure for a better enlarged view)


ఈ వర్ణమాలలో కనిపించే గీతలని “బామర్ శ్రేణి గీతలు” (Balmer series) అంటారు. ఈ గీతలు ఒకొక్కటి ఒకొక్క రంగులో ఉన్నాయి కదా. కాంతిని కెరటాల మాదిరి ఊహించుకుంటే ఒకొక్క రంగు ఒకొక్క తరంగ దైర్ఘ్యాన్ని (wavelength) సూచిస్తుంది. ఏ తరంగాల విషయంలోనైనా సరే తరంగ దైర్ఘ్యం ఎక్కువయికొద్దీ వాటి తరచుదనం (frequency) తరుగుతుంది. అంటే తరంగపు పొడుగుకీ, తరచుదనానికీ మధ్య విలోమ సంబంధం ఉందన్నమాట. ఇప్పుడు ఈ బామర్ గీతలు తెచ్చిపెట్టిన చిక్కు సమశ్యని చెబుతాను.

బామర్ గీతల రంగులని బట్టి ఆ రంగు కాంతికిరణాల తరచుదనాన్ని లెక్కకట్టడం సులభం. ఇలా లెక్క కట్టగా తెలిసిన విషయం ఏమిటంటే ఏ గీత నిర్ణయించే తరచుదనమైనా సరే అదే వర్ణమాలలో ఉన్న మరో రెండు గీతల తరచుదనాల మొత్తంగా కాని, వ్యత్యాసంగా కాని చూప వచ్చు. ఈ లక్షణం కేవలం కాకతాళీయం అవటానికి వీలు లేదు. ఎందుకంటే ఇదే లక్షణం ఇనుము వంటి ఇతర మూలకాల వర్ణమాలలో కూడ కనిపించింది.

ఈ బామర్ గీతలు ఏమిటి? వాటి వెనక ఉన్న కథ ఏమిటి? వీటికి ఈ లక్షణం ఎందుకు వచ్చింది? ఈ ప్రశ్నలకి సనాతన, సంప్రదాయిక భౌతిక సిద్ధాంలో సమాధానాలు దొరకలేదు.

ఇలాంటి చిక్కు ప్రశ్నలని తెచ్చిపెట్టిన మరికొన్ని ప్రయోగాలని తరువాయి బ్లాగులలో సమీక్షిద్దాం.

4 comments:

  1. Very good explanation sir. You are reminding me of those days where I used to read these things for marks. I never used to pay attention towards this. Though I was good in physics, I never related them with the real world. Your blog is giving a direction to relate them and see what it is. Really a nice effort from your side. Please keep posting more. Will be eagerly waiting for your next blog.

    ReplyDelete
  2. నమస్కారం రావుగారూ. ఇక్కడ అసందర్భవేమోగానీ, మీ అమెరికా అనుభవాలు పుస్తకం చాలా చక్కగా ఉంది. కొన్నేళ్ల కిందటి అమెరికా విశ్వవిద్యాలయాలనూ, సమాజాన్నీ అది ఈతరానికి పరిచయం చేస్తుంది. ఒక సూచన... మీరు తయారుచేసిన నిఘంటువుల గురించి, అవి రూపొందించడానికి దారి తీసిన పరిస్థితుల గురించి కూడా ఒక టపా రాస్తే చదువరులు వాటి గురించి కూడా తెలుసుకోగలుగుతారు.

    ReplyDelete
  3. ఇవన్నీ బళ్ళో చదివి పరీక్షలు వ్రాసినవి లాగానే అనిపిస్తున్నాయి. అంటే ఆపోయమని కాదు. నేను లెక్కలోడిని, లెక్కలు ఎంత చెబినా వింటాను. భౌతిక శాస్త్రంలో నాకు ఆసక్తి వున్న ప్రశ్న, హైసంభర్గ్ అనిశ్చిత సిద్ధాంతం గుఱించి. తత్త్వ శాస్త్రం మీదఁ మఱియి భౌతిక శాస్త్రం మీద దాని యొక్క ప్రభావం ఏమిటి అన్నది. కాబట్టి మీరు తొందరతొందరగా అక్కడకి వచ్చేస్తారని ఆశిస్తున్నాను.

    నేను మొన్ననే చూసిన లెక్కల సినిమాలు నాకు బాగా నచ్చాయి, వాటిలోని డైమంషన్లు గుఱించి మీరు చెప్పిన దానికి ఇంకాస్త జతచేసి చెప్పారు వారు. ఇక్కడ లభ్యం.

    ReplyDelete
  4. రావు గారండీ, తరగతిలో రాకేష్ లాంటి గట్టి బుర్రలతో బాటు, నాలాంటి మట్టి బుర్రలూ ఉంటాయి. తొందరగా రాకండి. నిదానంగా చెబుతూ ఉండండి.

    (మా పాపాయికి త్వరగా తెలుగు నేర్పించాలి. ఎంచక్కా మీ పాఠాలు చదువుకోగలుగుతుంది.)

    ReplyDelete