आकाश के सबसे दूर के तारों से लेकर आपके चेहरे के सामने स्क्रीन तक, हर जगह रोशनी है। लेकिन प्रकाश की सटीक प्रकृति और यह कैसे यात्रा करती है, यह लंबे समय से वैज्ञानिकों को हैरान कर रहा है। विशेष रूप से एक प्रश्न ने आइजैक न्यूटन से लेकर अल्बर्ट आइंस्टीन तक के विचारकों को परेशान किया है: क्या प्रकाश एक कण है या एक तरंग?
“प्रकाश एक कण है या तरंग, यह बहुत पुराना प्रश्न है।” रिकार्डो सैपिएन्ज़ाइंपीरियल कॉलेज लंदन के भौतिक विज्ञानी ने लाइव साइंस को बताया। एक प्रजाति के रूप में, हम अपने आस-पास की दुनिया की मौलिक प्रकृति को समझने के लिए प्रेरित होते हैं, और इस विशेष पहेली ने 19वीं सदी के वैज्ञानिकों को व्यस्त रखा।
आज, उत्तर के बारे में कोई संदेह नहीं है: प्रकाश एक कण और एक तरंग दोनों है। लेकिन वैज्ञानिक इस हैरान कर देने वाले नतीजे पर कैसे पहुंचे?
प्रारंभिक बिंदु तरंगों और कणों के बीच वैज्ञानिक रूप से अंतर करना था। सैपिएन्ज़ा ने कहा, “यदि आप किसी वस्तु को अंतरिक्ष में एक बिंदु के रूप में पहचान सकते हैं तो आप उसे एक कण के रूप में वर्णित करेंगे।” “तरंग एक ऐसी वस्तु है जिसे आप अंतरिक्ष में एक बिंदु के रूप में परिभाषित नहीं करते हैं और आपको दोलन की आवृत्ति और अधिकतम और न्यूनतम के बीच की दूरी देने की आवश्यकता होती है।”
प्रकाश की तरंग प्रकृति का पहला निर्णायक प्रमाण 1801 में आया, जब थॉमस यंग ने अपना अब तक का प्रसिद्ध प्रदर्शन किया डबल-स्लिट प्रयोग. उन्होंने एक प्रकाश स्रोत के सामने दो छेद वाली एक स्क्रीन रखी और स्लिट्स से गुजरने के बाद प्रकाश के व्यवहार को देखा। दीवार से टकराने वाली रोशनी ने उज्ज्वल और अंधेरे बैंड का एक जटिल पैटर्न दिखाया, जिसे हस्तक्षेप फ्रिंज के रूप में जाना जाता है।
जैसे ही प्रकाश तरंगें प्रत्येक छेद से गुज़रीं, उन्होंने आंशिक तरंगें उत्पन्न कीं जो गोलाकार रूप से विकिरित हुईं, एक-दूसरे को रोकती रहीं और अंतिम तीव्रता में जुड़ती या घटती रहीं।
“यदि प्रकाश एक कण होता, तो आप स्क्रीन के दूसरी ओर दो गुच्छों के साथ समाप्त हो गए होते,” सैपिएन्ज़ा ने कहा। “लेकिन हमारे पास हस्तक्षेप है, और हम स्क्रीन के बाद हर जगह प्रकाश देखते हैं, न कि केवल छिद्रों की स्थिति पर। यह प्रमाण है कि प्रकाश वास्तव में एक लहर है।”
छियासी साल बाद, हेनरिक हर्ट्ज़ प्रकाश की कण प्रकृति को प्रदर्शित करने वाले पहले व्यक्ति बने। उन्होंने देखा कि जब पराबैंगनी प्रकाश किसी धातु की सतह पर चमकता है, तो इससे चार्ज उत्पन्न होता है – एक घटना जिसे फोटोइलेक्ट्रिक प्रभाव कहा जाता है। हालाँकि, उनके अवलोकन का महत्व कई वर्षों बाद तक पूरी तरह से समझा नहीं गया था।
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परमाणुओं में निश्चित ऊर्जा स्तरों में इलेक्ट्रॉन होते हैं। इसलिए उम्मीद की जाती है कि उन पर चमकती रोशनी इलेक्ट्रॉनों को ऊर्जा देगी और उन्हें परमाणु से बाहर निकलने में सक्षम बनाएगी, जबकि तेज रोशनी इलेक्ट्रॉनों को तेजी से मुक्त करेगी। लेकिन हर्ट्ज़ के काम के बाद के प्रयोगों में, कई असामान्य अवलोकन भौतिकी की इस शास्त्रीय समझ का पूरी तरह से खंडन करते प्रतीत हुए.
वह था आइंस्टीन जिन्होंने आख़िरकार इस पहेली को सुलझा लिया, जिसके लिए उन्हें पुरस्कार दिया गया 1921 में नोबेल पुरस्कार. एक तरंग से लगातार प्रकाश को अवशोषित करने के बजाय, परमाणु वास्तव में प्रकाश के पैकेटों में ऊर्जा प्राप्त करते हैं जिन्हें फोटॉन कहा जाता है, जो कटऑफ आवृत्ति के अस्तित्व जैसे अजीब अवलोकनों को समझाते हैं।
लेकिन यह क्या निर्धारित करता है कि प्रकाश तरंग के रूप में व्यवहार करता है या कण के रूप में? सैपिएन्ज़ा के अनुसार, यह पूछने लायक सही प्रश्न नहीं है। उन्होंने कहा, “प्रकाश कभी कण और कभी तरंग नहीं होता है।” “यह हमेशा एक तरंग और एक कण दोनों होता है। यह सिर्फ इतना है कि हम जो प्रयोग करते हैं उसके आधार पर हम गुणों में से एक को उजागर करते हैं।”
दिन-प्रतिदिन के जीवन में, हम ज्यादातर प्रकाश को एक तरंग के रूप में अनुभव करते हैं, और यह वह रूप है जिसे भौतिक विज्ञानी हेरफेर करने के लिए सबसे उपयोगी मानते हैं।
“एक पूर्ण क्षेत्र है जिसे मेटामटेरियल्स कहा जाता है – प्रकाश के समान विशेषताओं के साथ एक सामग्री को आकार देकर, हम सामग्री के साथ प्रकाश की बातचीत को बढ़ा सकते हैं और तरंगों को नियंत्रित कर सकते हैं,” सैपिएन्ज़ा ने कहा। “उदाहरण के लिए, हम सौर अवशोषक बना सकते हैं जो अवशोषित कर सकते हैं ऊर्जा उत्पादन या मेटामटेरियल एमआरआई जांच के लिए अधिक कुशलता से प्रकाश डालना जो बहुत अधिक प्रभावी हैं।”
हालाँकि, प्रकाश की दोहरी प्रकृति, जिसे तरंग कण द्वंद्व के रूप में जाना जाता है, दुनिया के अस्तित्व के लिए बिल्कुल मौलिक है जैसा कि हम जानते हैं। यह अजीब जुड़वाँ व्यवहार इलेक्ट्रॉनों जैसे अन्य क्वांटम कणों तक भी फैला हुआ है।
“यदि आपके पास परमाणु नहीं होता तो आप स्थिर नहीं हो सकते क्वांटम यांत्रिकी विशिष्ट अवस्थाओं में इलेक्ट्रॉनों के साथ,” सैपिएन्ज़ा ने कहा। “यदि आप इस तथ्य को हटा देते हैं कि यह एक कण है, तो आप इस तथ्य को भी हटा देते हैं कि इसमें एक विशिष्ट ऊर्जा है और जीवन मौजूद नहीं हो सकता है।”
