आधुनिक और क्वांटम भौतिकी

आधुनिक भौतिकी 20वीं सदी के प्रारंभिक दो मुख्य सफलता पर ध्यान केंद्रित करता है: सापेक्षता और क्वांटम यांत्रिकी। शास्त्रीय भौतिकी, जिसमें न्यूटन के गति के नियम और मैक्सवेल का विद्युतचुंबकत्व शामिल है, रोजमर्रा के घटनाओं को वर्णित करने में अत्यंत प्रभावी है। हालांकि, जब यह बहुत तेज, बहुत बड़ा, बहुत छोटा, या बहुत तीव्र से संबंधित होता है, तो यह टूटना शुरू कर देता है। आधुनिक भौतिकी में, हम इन क्षेत्रों में प्रवेश करते हैं ताकि समझ सकें कि ये चरम मामलों में प्रकृति कैसे व्यवहार करती है।

सापेक्षता

अल्बर्ट आइंस्टीन का सापेक्षता का सिद्धांत अंतरिक्ष, समय और गुरुत्वाकर्षण की हमारी समझ को क्रांतिकारी बना दिया। सापेक्षता के दो भाग हैं: विशेष सापेक्षता और सामान्य सापेक्षता।

विशेष सापेक्षता

विशेष सापेक्षता का सिद्धांत, जिसे 1905 में अल्बर्ट आइंस्टीन ने प्रस्तुत किया, उच्च गति से यात्रा कर रहे वस्तुओं के व्यवहार को संबोधित करता है। यह दो सिद्धांतों पर आधारित है:

• सभी प्रेक्षकों के लिए भौतिकी के नियम समान होते हैं, चाहे उनकी सापेक्ष गति कुछ भी हो।
• निर्वात में प्रकाश की गति सभी प्रेक्षकों के लिए स्थिर रहती है, चाहे उनकी सापेक्ष गति हो या प्रकाश स्रोत की गति हो।

इन धारणाओं का एक मुख्य परिणाम समय का फैलाव है, जिसका अर्थ है कि चलते हुए वस्तुओं के लिए समय धीमा चलता है एक स्थिर प्रेक्षक की तुलना में।

Δt' = Δt / √(1 - v²/c²)

इस समीकरण में:

• Δt' चलती वस्तु के द्वारा मापा जाने वाला समय अंतराल है।
• Δt स्थिर प्रेक्षक के द्वारा मापा जाने वाला समय अंतराल है।
• v चलती वस्तु की गति है।
• c प्रकाश की गति है।

उदाहरण

कल्पना करें कि एक अंतरिक्ष यान पृथ्वी के पास प्रकाश की गति के 90% पर गुजर रहा है। अंतरिक्ष यान पर एक घंटा बीतता है, लेकिन पृथ्वी पर अधिक समय बीत चुका है। यह दर्शाता है कि तेज गति से चलते हुए वस्तुओं के लिए समय कैसे धीमा हो जाता है।

सामान्य सापेक्षता

सामान्य सापेक्षता, जिसे आइंस्टीन ने 1915 में प्रस्तावित किया, गुरुत्वाकर्षण को एक बल के रूप में नहीं, जैसा कि न्यूटन ने किया, बल्कि द्रव्यमान के कारण अंतरिक्ष-समय की वक्रता के रूप में समझाता है। इस सिद्धांत के अनुसार, बड़े वस्त्र जैसे ग्रह और तारे अंतरिक्ष-समय के ताने-बाने को विकृत करते हैं, और ये विकृतियाँ छोटे वस्त्रों के गति को मार्गदर्शित करती हैं।

वक्र अंतरिक्ष-समय का चित्रण

इस साधारण चित्र में, वृत्त एक बड़े वस्त्र का प्रतिनिधित्व करता है, और रेखा दर्शाती है कि उसके चारों ओर अंतरिक्ष-समय कैसे वक्र होता है।

क्वांटम भौतिकी

क्वांटम भौतिकी, जिसे 20वीं सदी के प्रारंभ में विकसित किया गया, उन सूक्ष्म कणों के व्यवहार से संबंधित भौतिकी की शाखा है। यह कई शास्त्रीय अंतरों को चुनौती देती है, वास्तविकता की प्रकृति के बारे में आश्चर्यजनक भविष्यवाणियों के साथ।

तरंग-कण द्वैत

क्वांटम भौतिकी के सबसे आकर्षक पहलुओं में से एक तरंग-कण द्वैत है। इस सिद्धांत के अनुसार हर कण, जैसे कि इलेक्ट्रॉन या फोटॉन, दोनों तरंग-मय और कण-मय गुणों को प्रदर्शित कर सकता है, यह निर्भर करता है कि इसे कैसे देखा जाता है।

डबल स्लिट प्रयोग

एक डबल स्लिट प्रयोग में, प्रकाश या इलेक्ट्रॉन्स को दो समानांतर स्लिट्स के माध्यम से प्रक्षिप्त किया जाता है। दूसरी तरफ़, एक स्क्रीन पर एक इंटरफेरेंस पैटर्न दिखाई देता है जो कई बैंड्स में होता है, तरंग-मय व्यवहार का संकेत होता है। हालांकि, जब कणों को एक स्लिट के माध्यम से गुजरते हुए देखा जाता है, वे कणों की तरह व्यवहार करते हैं।

ऊपर दिए गए SVG में, कण बाईं ओर से आते हैं, स्लिट्स के माध्यम से गुजरते हैं, और दाईं ओर एक इंटरफेरेंस पैटर्न बनाते हैं।

क्वांटम उलझाव

क्वांटम उलझाव एक घटना का वर्णन करता है जिसमें दो कण एक-दूसरे से इस प्रकार से जुड़े होते हैं कि एक कण की स्थिति तात्कालिक प्रभाव डालती है दूसरे कण की स्थिति पर, चाहे उनके बीच कितना भी दूरी हो। यह एक यात्रा थी जिसने आइंस्टीन को उलझन में डाल दिया, जिससे उन्होंने इसे "दूरी में भूतिया कार्यवाही" के रूप में वर्णित किया।

उलझे हुए कणों का चित्रण

इस छवि में दो उलझे हुए कण दिखाए गए हैं, एक नीला और एक लाल, जो उलझाव (बंधा हुआ रेखा) से जुड़े हुए हैं।

क्वांटम यांत्रिकी के मूल तत्व

अनिश्चितता सिद्धांत

अनिश्चितता सिद्धांत, जिसे वर्नर हाइजेनबर्ग द्वारा निर्दिष्ट किया गया, यह कहता है कि कुछ भौतिक गुणों के जोड़े, जैसे कि स्थिति और गति, दोनों को एक ही समय में ठीक-ठीक पता नहीं किया जा सकता। जितनी अधिक सटीकता से एक ज्ञात होता है, उतनी ही कम सटीकता से दूसरा ज्ञात हो सकता है।

Δx * Δp ≥ ħ/2

यहां:

• Δx स्थिति में अनिश्चितता है।
• Δp गति में अनिश्चितता है।
• ħ घटता हुआ प्लांक स्थिरांक है, h को 2π से विभाजित किया गया है।

क्वांटम सुपरपोजिशन

क्वांटम सुपरपोजिशन के अनुसार एक कण अपने सभी संभावित स्थितियों में एक साथ मौजूद होता है जब तक कि उसका मापन नहीं हो जाता, जिसके बाद वह एक स्थिति 'चुन'ता है। इस अवधारणा का एक प्रसिद्ध उदाहरण श्रॉडिंगर की बिल्ली है, एक विचारात्मक यात्रा जो एक बिल्ली को दर्शाती है जो तब तक जीवित और मृत दोनों रहती है जब तक उसे देखा न जाए।

श्रॉडिंगर की बिल्ली का विचारात्मक प्रयोग

एक बिल्ली को एक बंद डिब्बे में रखा जाता है जिसमें एक जहर होता है जो एक यादृच्छिक क्वांटम घटना द्वारा छोड़ा जा सकता है। क्वांटम भौतिकी के अनुसार, जब तक डिब्बे को खोला नहीं जाता तब तक बिल्ली एक स्थिति में होती है जिसमें वह जीवित और मृत दोनों होती है। यह विचारात्मक प्रयोग क्वांटम सुपरपोजिशन की अद्वितीय प्रकृति को दर्शाता है।

निष्कर्ष

आधुनिक और क्वांटम भौतिकी ने हमारे ब्रह्मांड की समझ को बहुत बढ़ा दिया है। कणों की सूक्ष्मता और अंतरिक्ष की विशालता को खोजकर, ये सिद्धांत तकनीकी प्रगति के लिए एक आधार प्रदान करते हैं और भौतिक विश्व की हमारी समझ को गहराई से बढ़ाते हैं। यद्यपि ये अक्सर विरोधाभासी होते हैं, ये क्षेत्र एक ब्रह्मांड का चित्रण करते हैं जो शास्त्रीय भौतिकी की दृष्टि से देखने की तुलना में कहीं अधिक समृद्ध और जटिल है। दोनों सापेक्षता और क्वांटम यांत्रिकी हमें चुनौती देते हैं, हमें रोशन करते हैं, और हमें प्रेरित करते हैं, हमें हमारे ब्रह्मांड की जटिलताओं की गहरी समझ देते हैं।

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