અણુ કેવો દેખાય છે? અણુની રચના અને સિદ્ધાંતો

યુએસએના ભૌતિકશાસ્ત્રીઓએ રેકોર્ડ રીઝોલ્યુશન સાથે ફોટોગ્રાફ્સમાં વ્યક્તિગત પરમાણુઓ કેપ્ચર કરવામાં વ્યવસ્થાપિત કર્યા, Day.Az અહેવાલો Vesti.ru ના સંદર્ભમાં

યુએસએની કોર્નેલ યુનિવર્સિટીના વૈજ્ઞાનિકોએ રેકોર્ડ રીઝોલ્યુશન સાથે ફોટોગ્રાફ્સમાં વ્યક્તિગત પરમાણુને કેપ્ચર કરવામાં વ્યવસ્થાપિત કર્યા - અડધા એંગસ્ટ્રોમ (0.39 Å). અગાઉના ફોટોગ્રાફ્સમાં અડધું રિઝોલ્યુશન હતું - 0.98 Å.

શક્તિશાળી ઇલેક્ટ્રોન માઇક્રોસ્કોપ જે અણુઓને જોઈ શકે છે તે અડધી સદીથી અસ્તિત્વમાં છે, પરંતુ તેનું રિઝોલ્યુશન તરંગલંબાઇ દ્વારા મર્યાદિત છે દૃશ્યમાન પ્રકાશ, જે સરેરાશ અણુના વ્યાસ કરતા વધારે છે.

તેથી, વૈજ્ઞાનિકો લેન્સના ચોક્કસ એનાલોગનો ઉપયોગ કરે છે જે ઇલેક્ટ્રોન માઇક્રોસ્કોપમાં છબીઓને ફોકસ કરે છે અને વિસ્તૃત કરે છે - આ એક ચુંબકીય ક્ષેત્ર છે. જો કે, ચુંબકીય ક્ષેત્રની વધઘટ પ્રાપ્ત પરિણામોને વિકૃત કરે છે. વિકૃતિઓને દૂર કરવા માટે, વધારાના ઉપકરણોનો ઉપયોગ કરવામાં આવે છે જે ચુંબકીય ક્ષેત્રને સુધારે છે, પરંતુ તે જ સમયે ઇલેક્ટ્રોન માઇક્રોસ્કોપ ડિઝાઇનની જટિલતામાં વધારો કરે છે.

અગાઉ, કોર્નેલ યુનિવર્સિટીના ભૌતિકશાસ્ત્રીઓએ ઇલેક્ટ્રોન માઇક્રોસ્કોપ પિક્સેલ એરે ડિટેક્ટર (EMPAD) વિકસાવ્યું હતું, જે જનરેટરની જટિલ સિસ્ટમને બદલે છે જે 128x128 પિક્સેલના રિઝોલ્યુશન સાથે એક નાના મેટ્રિક્સમાં ઇનકમિંગ ઇલેક્ટ્રોનને કેન્દ્રિત કરે છે જે વ્યક્તિગત ઇલેક્ટ્રોન પ્રત્યે સંવેદનશીલ હોય છે. દરેક પિક્સેલ ઇલેક્ટ્રોનના પ્રતિબિંબના કોણને રેકોર્ડ કરે છે; તે જાણીને, વૈજ્ઞાનિકો ઇલેક્ટ્રોનની લાક્ષણિકતાઓનું પુનઃનિર્માણ કરવા માટે પટાઇકોગ્રાફીની તકનીકનો ઉપયોગ કરે છે, જેમાં તે બિંદુના કોઓર્ડિનેટ્સનો સમાવેશ થાય છે જ્યાંથી તે છોડવામાં આવ્યો હતો.

સૌથી વધુ રિઝોલ્યુશનમાં પરમાણુ

ડેવિડ એ. મુલર એટ અલ. પ્રકૃતિ, 2018.

2018 ના ઉનાળામાં, ભૌતિકશાસ્ત્રીઓએ પરિણામી છબીઓની ગુણવત્તાને આજ સુધીના રેકોર્ડ રીઝોલ્યુશનમાં સુધારવાનું નક્કી કર્યું. વિજ્ઞાનીઓએ 2D સામગ્રીની એક શીટ - મોલિબડેનમ સલ્ફાઇડ MoS2 - એક ફરતા બીમ સાથે જોડી, અને બીમને નીચે ફેરવીને ઇલેક્ટ્રોનના બીમ છોડ્યા. વિવિધ ખૂણાઇલેક્ટ્રોન સ્ત્રોત માટે. EMPAD અને ptaycography નો ઉપયોગ કરીને, વૈજ્ઞાનિકોએ વ્યક્તિગત molybdenum અણુઓ વચ્ચેનું અંતર નક્કી કર્યું અને 0.39 Å ના રેકોર્ડ રિઝોલ્યુશન સાથે એક છબી મેળવી.

પ્રયોગના લેખકોમાંના એક સોલ ગ્રુનર સમજાવે છે, "અમે મૂળભૂત રીતે વિશ્વના સૌથી નાના શાસકની રચના કરી છે." પરિણામી ઇમેજમાં, 0.39 Å ના રેકોર્ડ રિઝોલ્યુશન સાથે સલ્ફર પરમાણુને પારખવાનું શક્ય હતું. તદુપરાંત, તે સ્થાનને પારખવું પણ શક્ય હતું જ્યાં આવા એક અણુ ખૂટે છે (તીર દ્વારા સૂચવાયેલ).

રેકોર્ડ રીઝોલ્યુશનમાં સલ્ફર પરમાણુ

જો કે, અણુનો જ ફોટોગ્રાફ લેવો, અને માત્ર તેના કોઈપણ ભાગને જ નહીં, સૌથી વધુ ઉચ્ચ તકનીકી ઉપકરણોનો ઉપયોગ કરતી વખતે પણ એક અત્યંત મુશ્કેલ કાર્ય લાગતું હતું.

હકીકત એ છે કે ક્વોન્ટમ મિકેનિક્સના નિયમો અનુસાર, સબએટોમિક પાર્ટિકલના તમામ ગુણધર્મોને સમાન રીતે ચોક્કસ રીતે નક્કી કરવું અશક્ય છે. સૈદ્ધાંતિક ભૌતિકશાસ્ત્રની આ શાખા હેઇઝનબર્ગ અનિશ્ચિતતા સિદ્ધાંત પર બનેલી છે, જે જણાવે છે કે સમાન ચોકસાઇ સાથે કણના કોઓર્ડિનેટ્સ અને વેગને માપવાનું અશક્ય છે - એક ગુણધર્મનું ચોક્કસ માપ ચોક્કસપણે બીજા વિશેના ડેટાને બદલશે.

તેથી, સ્થાન (કણના કોઓર્ડિનેટ્સ) નક્કી કરવાને બદલે, ક્વોન્ટમ થિયરી કહેવાતા તરંગ કાર્યને માપવાનો પ્રસ્તાવ મૂકે છે.

વેવ ફંક્શન ધ્વનિ તરંગની જેમ જ કામ કરે છે. માત્ર એટલો જ તફાવત છે કે ધ્વનિ તરંગનું ગાણિતિક વર્ણન ચોક્કસ જગ્યાએ હવામાં પરમાણુઓની હિલચાલ નક્કી કરે છે, અને તરંગ કાર્ય શ્રોડિન્જર સમીકરણ અનુસાર ચોક્કસ જગ્યાએ કણના દેખાવાની સંભાવનાનું વર્ણન કરે છે.

વેવ ફંક્શનને માપવું પણ મુશ્કેલ છે (સીધા અવલોકનો તેના પતન તરફ દોરી જાય છે), પરંતુ સૈદ્ધાંતિક ભૌતિકશાસ્ત્રીઓ તેના મૂલ્યોની આશરે આગાહી કરી શકે છે.

તરંગ કાર્યના તમામ પરિમાણોને પ્રાયોગિક રીતે માપવાનું શક્ય છે જો તે અણુઓ અથવા પરમાણુઓની સંપૂર્ણપણે સમાન સિસ્ટમો પર હાથ ધરવામાં આવેલા અલગ વિનાશક માપનમાંથી એકત્રિત કરવામાં આવે.

ડચ રિસર્ચ ઇન્સ્ટિટ્યૂટ AMOLF ના ભૌતિકશાસ્ત્રીઓએ એક નવી પદ્ધતિ રજૂ કરી કે જેને કોઈપણ "પુનઃ ગોઠવણી" ની જરૂર નથી અને તેમના કાર્યના પરિણામો જર્નલ ફિઝિકલ રિવ્યુ લેટર્સમાં પ્રકાશિત કર્યા. તેમની તકનીક 1981 ની પૂર્વધારણા પર આધારિત છે ત્રણ વર્ષનોસોવિયેત સૈદ્ધાંતિક ભૌતિકશાસ્ત્રીઓ, તેમજ પછીના સંશોધન પર.

પ્રયોગ દરમિયાન, વૈજ્ઞાનિકોની ટીમે ખાસ ચેમ્બરમાં મુકેલા હાઇડ્રોજન અણુઓ પર બે લેસર બીમનું નિર્દેશન કર્યું. આ અસરના પરિણામે, ઇલેક્ટ્રોન તેમના તરંગ કાર્યો દ્વારા નિર્ધારિત ગતિ અને દિશામાં તેમની ભ્રમણકક્ષા છોડી દે છે. મજબૂત ઇલેક્ટ્રિક ક્ષેત્રહાઇડ્રોજન પરમાણુ ધરાવતા ચેમ્બરમાં, પ્લાનર (સપાટ) ડિટેક્ટરના અમુક ભાગોમાં ઇલેક્ટ્રોનનું નિર્દેશન કરે છે.

ડિટેક્ટરને અથડાતા ઇલેક્ટ્રોનની સ્થિતિ તેમના પ્રારંભિક વેગ દ્વારા નક્કી કરવામાં આવી હતી, ચેમ્બરમાં તેમની સ્થિતિ દ્વારા નહીં. આમ, ડિટેક્ટર પર ઇલેક્ટ્રોનનું વિતરણ વૈજ્ઞાનિકોને આ કણોના તરંગ કાર્ય વિશે જણાવે છે કે જ્યારે તેઓ હાઇડ્રોજન અણુના ન્યુક્લિયસની આસપાસ ભ્રમણકક્ષા છોડી દે છે.

ઇલેક્ટ્રોનની હિલચાલ ફોસ્ફોરેસન્ટ સ્ક્રીન પર ડાર્ક અને લાઇટ રિંગ્સના રૂપમાં પ્રદર્શિત કરવામાં આવી હતી, જેને વૈજ્ઞાનિકોએ હાઇ-રિઝોલ્યુશન ડિજિટલ કેમેરાથી ફોટોગ્રાફ કર્યો હતો.

"અમે અમારા પરિણામોથી ખૂબ જ ખુશ છીએ. ક્વોન્ટમ મિકેનિક્સ સાથે બહુ ઓછું લેવાનું છે રોજિંદુ જીવનલોકો, ભાગ્યે જ કોઈ અણુમાં ક્વોન્ટમ ક્રિયાપ્રતિક્રિયાઓનો વાસ્તવિક ફોટોગ્રાફ મેળવવાનું વિચારી શકે છે," અભ્યાસના મુખ્ય લેખક અનેતા સ્ટોડોલ્ના કહે છે. તેણી એવી દલીલ પણ કરે છે કે વિકસિત તકનીકમાં વ્યવહારુ એપ્લિકેશનો પણ હોઈ શકે છે, ઉદાહરણ તરીકે, અણુ-જાડા બનાવવા માટે કંડક્ટર, મોલેક્યુલર વાયર ટેકનોલોજીનો વિકાસ, જે આધુનિક ઇલેક્ટ્રોનિક ઉપકરણોમાં નોંધપાત્ર સુધારો કરશે.

"તે નોંધનીય છે કે પ્રયોગ ખાસ કરીને હાઇડ્રોજન પર કરવામાં આવ્યો હતો, જે આપણા બ્રહ્માંડમાં સૌથી સરળ અને સૌથી સામાન્ય બંને પદાર્થ છે. તે સમજવાની જરૂર પડશે કે શું આ તકનીક વધુ જટિલ અણુઓ પર લાગુ કરી શકાય છે. જો એમ હોય, તો આ છે. એક મોટી સફળતા જે આપણને માત્ર ઈલેક્ટ્રોનિક્સ જ નહીં, પણ નેનોટેકનોલોજી પણ વિકસાવવા દેશે,” ઓટ્ટાવા યુનિવર્સિટીના જેફ લુન્ડેન કહે છે, જેઓ અભ્યાસમાં સામેલ ન હતા.

જો કે, વૈજ્ઞાનિકો જેમણે પોતે પ્રયોગ કર્યો છે તેઓ આ મુદ્દાની વ્યવહારિક બાજુ વિશે વિચારતા નથી. તેઓ માને છે કે તેમની શોધ મુખ્યત્વે મૂળભૂત વિજ્ઞાન સાથે સંબંધિત છે, જે ભૌતિકશાસ્ત્રીઓની ભાવિ પેઢીઓને વધુ જ્ઞાન પહોંચાડવામાં મદદ કરશે.

આ ફોટામાં તમે પહેલા જોઈ રહ્યા છો સીધી છબીઇલેક્ટ્રોન અણુની આસપાસ ભ્રમણ કરે છે - હકીકતમાં, અણુનું તરંગ કાર્ય!

હાઇડ્રોજન અણુની ભ્રમણકક્ષાની રચનાને ફોટોગ્રાફ કરવા માટે, સંશોધકોએ અત્યાધુનિક ક્વોન્ટમ માઇક્રોસ્કોપનો ઉપયોગ કર્યો, એક અવિશ્વસનીય ઉપકરણ જે વૈજ્ઞાનિકોને ક્વોન્ટમ ભૌતિકશાસ્ત્રના ક્ષેત્રમાં જોવાની મંજૂરી આપે છે.

અણુમાં અવકાશની ભ્રમણકક્ષાનું માળખું ઇલેક્ટ્રોન દ્વારા કબજે કરવામાં આવે છે. પરંતુ દ્રવ્યના આ માઇક્રોસ્કોપિક ગુણધર્મોનું વર્ણન કરવા માટે, વૈજ્ઞાનિકો તરંગ કાર્યો પર આધાર રાખે છે-કણોની ક્વોન્ટમ સ્થિતિઓનું વર્ણન કરવાની ગાણિતિક રીતો-એટલે ​​કે, તેઓ અવકાશ અને સમયમાં કેવી રીતે વર્તે છે.

નિયમ પ્રમાણે, ક્વોન્ટમ ફિઝિક્સમાં શ્રોડિન્જર સમીકરણ જેવા સૂત્રોનો ઉપયોગ કણોની સ્થિતિનું વર્ણન કરવા માટે થાય છે.

સંશોધકોના માર્ગમાં અવરોધો

અત્યાર સુધી, વૈજ્ઞાનિકોએ ક્યારેય વાસ્તવમાં તરંગ કાર્યનું અવલોકન કર્યું ન હતું. એક જ ઈલેક્ટ્રોનની ચોક્કસ સ્થિતિ કે વેગ પકડવાનો પ્રયાસ કરવો એ માખીઓના ટોળાને પકડવા જેવો હતો. પ્રત્યક્ષ અવલોકનો ખૂબ જ અપ્રિય ઘટના દ્વારા વિકૃત કરવામાં આવ્યા હતા - ક્વોન્ટમ સુસંગતતા.

તમામ ક્વોન્ટમ અવસ્થાઓ માપવા માટે, તમારે એક સાધનની જરૂર છે જે સમયાંતરે કણોની અવસ્થાના બહુવિધ માપન કરી શકે.

પરંતુ ક્વોન્ટમ કણની પહેલેથી જ માઇક્રોસ્કોપિક સ્થિતિ કેવી રીતે વધારવી? આંતરરાષ્ટ્રીય સંશોધકોના જૂથે જવાબ શોધી કાઢ્યો. ક્વોન્ટમ માઈક્રોસ્કોપનો ઉપયોગ કરીને, એક ઉપકરણ કે જે અણુ માળખાને સીધું અવલોકન કરવા માટે ફોટોયોનાઇઝેશનનો ઉપયોગ કરે છે.

લોકપ્રિય જર્નલ ફિઝિકલ રિવ્યુ લેટર્સમાં તેના પેપરમાં, નેધરલેન્ડ્સમાં ઇન્સ્ટિટ્યૂટ ઑફ મોલેક્યુલર ફિઝિક્સ (AMOLF)માં કામ કરતી અનેતા સ્ટોડોલ્ના, વર્ણવે છે કે તેણી અને તેની ટીમે હાઇડ્રોજન અણુના નોડ ઇલેક્ટ્રોન ઓર્બિટલ્સની રચના કેવી રીતે મેળવી. સ્થિર ઇલેક્ટ્રિક ક્ષેત્ર.

કામ કરવાની પદ્ધતિ

લેસર પલ્સ સાથે ઇરેડિયેશન પછી, આયનોઇઝ્ડ ઇલેક્ટ્રોન તેમની ભ્રમણકક્ષામાંથી બહાર નીકળી ગયા અને માપેલા માર્ગ સાથે 2D ડિટેક્ટરમાં પડ્યા (ડબલ માઇક્રોચેનલ પ્લેટ. ડિટેક્ટર ક્ષેત્રની જ કાટખૂણે સ્થિત છે). ડિટેક્ટર સાથે અથડાતા પહેલા ઇલેક્ટ્રોન મુસાફરી કરી શકે તેવા ઘણા માર્ગો છે. આ સંશોધકોને દખલગીરી પેટર્નનો સમૂહ પ્રદાન કરે છે - મોડલ જે તરંગ કાર્યની નોડલ રચનાને પ્રતિબિંબિત કરે છે.
સંશોધકોએ ઇલેક્ટ્રોસ્ટેટિક લેન્સનો ઉપયોગ કર્યો જે આઉટગોઇંગ ઇલેક્ટ્રોન તરંગને 20,000 થી વધુ વખત વધારી દે છે.

પોસ્ટસાયન્સ વૈજ્ઞાનિક દંતકથાઓને દૂર કરે છે અને સામાન્ય ગેરસમજોને સમજાવે છે. અમે અમારા નિષ્ણાતોને અણુઓની રચના અને ગુણધર્મો વિશેના લોકપ્રિય વિચારો પર ટિપ્પણી કરવા કહ્યું.

રધરફોર્ડનું મોડેલ અણુની રચના વિશેના આધુનિક વિચારોને અનુરૂપ છે

આ સાચું છે, પરંતુ આંશિક રીતે.અણુનું ગ્રહ મોડેલ, જેમાં પ્રકાશ ઇલેક્ટ્રોન સૂર્યની આસપાસના ગ્રહોની જેમ ભારે ન્યુક્લિયસની પરિભ્રમણ કરે છે, અર્નેસ્ટ રધરફોર્ડ દ્વારા 1911 માં તેની પ્રયોગશાળામાં ન્યુક્લિયસની શોધ થયા પછી પ્રસ્તાવિત કરવામાં આવ્યો હતો. આલ્ફા કણો સાથે ધાતુના વરખના ટુકડા પર બોમ્બમારો કરીને, વૈજ્ઞાનિકોએ શોધી કાઢ્યું કે મોટા ભાગના કણો વરખમાંથી પસાર થાય છે, કાચમાંથી પ્રકાશની જેમ. જો કે, તેમાંથી એક નાનો અંશ - લગભગ 8,000 માંથી એક - સ્ત્રોત પર પાછા પ્રતિબિંબિત થયો હતો. રુધરફોર્ડે આ પરિણામોને એ હકીકત દ્વારા સમજાવ્યું કે દળ પદાર્થમાં સમાનરૂપે વિતરિત થતું નથી, પરંતુ તે "ક્લમ્પ્સ" - અણુ ન્યુક્લીમાં કેન્દ્રિત છે જે હકારાત્મક ચાર્જ વહન કરે છે જે હકારાત્મક રીતે ચાર્જ કરેલા આલ્ફા કણોને દૂર કરે છે. પ્રકાશ, નકારાત્મક રીતે ચાર્જ થયેલ ઈલેક્ટ્રોન તેમની આસપાસ ફરતા ન્યુક્લિયસ પર "પડવાનું" ટાળે છે જેથી કેન્દ્રત્યાગી બળ ઈલેક્ટ્રોસ્ટેટિક આકર્ષણને સંતુલિત કરે.

એવું કહેવાય છે કે આ મોડેલની શોધ કર્યા પછી, રધરફોર્ડે કહ્યું: "હવે હું જાણું છું કે અણુ કેવો દેખાય છે!" જો કે, ટૂંક સમયમાં, પ્રેરણાને પગલે, રધરફોર્ડને તેના વિચારની ખામીયુક્ત પ્રકૃતિનો અહેસાસ થયો. ન્યુક્લિયસની આસપાસ ફરતા, ઇલેક્ટ્રોન ઇલેક્ટ્રિક અને બનાવે છે ચુંબકીય ક્ષેત્ર. આ ક્ષેત્રો ઇલેક્ટ્રોમેગ્નેટિક તરંગના સ્વરૂપમાં પ્રકાશની ઝડપે મુસાફરી કરે છે. અને આવા તરંગ તેની સાથે ઊર્જા વહન કરે છે! તે તારણ આપે છે કે, ન્યુક્લિયસની આસપાસ ફરતા, ઇલેક્ટ્રોન સતત ઊર્જા ગુમાવશે અને સેકન્ડના અબજમાં ભાગની અંદર ન્યુક્લિયસ પર પડી જશે. (પ્રશ્ન ઉભો થઈ શકે છે કે શું આ જ દલીલ સૌરમંડળના ગ્રહો પર લાગુ થઈ શકે છે: તેઓ સૂર્ય પર કેમ પડતા નથી? જવાબ: ગુરુત્વાકર્ષણ તરંગો, જો તેઓ અસ્તિત્વમાં હોય તો, ઇલેક્ટ્રોમેગ્નેટિક તરંગો કરતાં ખૂબ નબળા હોય છે, અને ગ્રહોમાં સંગ્રહિત ઊર્જા ઇલેક્ટ્રોન કરતાં ઘણી વધારે છે, તેથી ગ્રહોનું "પાવર રિઝર્વ" ઘણા લાંબા સમય સુધી તીવ્રતાના ઓર્ડર છે.)

રધરફોર્ડે તેના સહયોગી, યુવા સિદ્ધાંતવાદી નીલ્સ બોહરને વિરોધાભાસ ઉકેલવાનું કાર્ય સોંપ્યું. બે વર્ષ સુધી કામ કર્યા પછી, બોહરે આંશિક ઉકેલ શોધી કાઢ્યો. તેમણે ધાર્યું હતું કે ઇલેક્ટ્રોનની તમામ સંભવિત ભ્રમણકક્ષાઓમાં, એવા છે જેમાં ઇલેક્ટ્રોન ઉત્સર્જન કર્યા વિના લાંબા સમય સુધી રહી શકે છે. ઇલેક્ટ્રોન ક્વોન્ટમને શોષી લેતી અથવા ઉત્સર્જિત કરતી વખતે એક સ્થિર ભ્રમણકક્ષામાંથી બીજી તરફ જઈ શકે છે. ઇલેક્ટ્રોમેગ્નેટિક ક્ષેત્રબે ભ્રમણકક્ષાઓ વચ્ચેના ઊર્જા તફાવતની સમાન ઊર્જા સાથે. ક્વોન્ટમ ફિઝિક્સના પ્રારંભિક સિદ્ધાંતોનો ઉપયોગ કરીને, જે તે સમય સુધીમાં પહેલેથી જ શોધાયેલ છે, બોહર સ્થિર ભ્રમણકક્ષાના પરિમાણો અને તે મુજબ, સંક્રમણોને અનુરૂપ રેડિયેશન ક્વોન્ટાની ઊર્જાની ગણતરી કરવામાં સક્ષમ હતા. આ શક્તિઓ તે સમય સુધીમાં સ્પેક્ટ્રોસ્કોપિક પદ્ધતિઓનો ઉપયોગ કરીને માપવામાં આવી હતી, અને બોહરની સૈદ્ધાંતિક આગાહીઓ આ માપનના પરિણામો સાથે લગભગ સંપૂર્ણ રીતે સુસંગત હતી!

આ વિજયી પરિણામ હોવા છતાં, બોહરની થિયરીએ અણુ ભૌતિકશાસ્ત્રના મુદ્દામાં ભાગ્યે જ સ્પષ્ટતા લાવી, કારણ કે તે અર્ધ-પ્રાયોગિક હતું: સ્થિર ભ્રમણકક્ષાની હાજરીને અનુમાનિત કરતી વખતે, તે કોઈપણ રીતે તેમના ભૌતિક સ્વભાવને સમજાવતો ન હતો. આ મુદ્દાની સંપૂર્ણ સ્પષ્ટતા માટે ઓછામાં ઓછા બીજા બે દાયકાની જરૂર છે, જે દરમિયાન ક્વોન્ટમ મિકેનિક્સ એક વ્યવસ્થિત, અભિન્ન ભૌતિક સિદ્ધાંત તરીકે વિકસાવવામાં આવ્યું હતું.

આ સિદ્ધાંતના માળખામાં, ઇલેક્ટ્રોન અનિશ્ચિતતાના સિદ્ધાંતને આધીન છે અને તેનું વર્ણન નથી સામગ્રી બિંદુ, એક ગ્રહની જેમ, પરંતુ સમગ્ર ભ્રમણકક્ષા પર તરંગનું કાર્ય "સ્મીયર" થાય છે. સમયની દરેક ક્ષણે તે ભ્રમણકક્ષાના તમામ બિંદુઓને અનુરૂપ રાજ્યોની સુપરપોઝિશનમાં હોય છે. અવકાશમાં સામૂહિક વિતરણ ઘનતા, તરંગ કાર્ય દ્વારા નિર્ધારિત, સમય પર આધાર રાખતી નથી, તેથી ઇલેક્ટ્રોનની આસપાસ વૈકલ્પિક ઇલેક્ટ્રોમેગ્નેટિક ક્ષેત્ર બનાવવામાં આવતું નથી; કોઈ ઊર્જા નુકશાન નથી.

આમ, ગ્રહોનું મોડેલ અણુ કેવું દેખાય છે તેનું સાચું વિઝ્યુઅલ પ્રતિનિધિત્વ આપે છે - રધરફોર્ડ તેના ઉદ્ગારમાં સાચા હતા. જો કે, તે સમજાવતું નથી કે અણુ કેવી રીતે કાર્ય કરે છે: રધરફોર્ડે જે મોડેલ બનાવ્યું હતું તેના કરતાં બંધારણ વધુ જટિલ અને ઊંડું છે.

નિષ્કર્ષમાં, હું નોંધ કરું છું કે ગ્રહોના મોડેલની "પૌરાણિક કથા" એ બૌદ્ધિક નાટકના ખૂબ જ કેન્દ્રમાં છે જેણે સો વર્ષ પહેલાં ભૌતિકશાસ્ત્રમાં એક વળાંક આપ્યો હતો અને મોટાભાગે આ વિજ્ઞાનને તેના આધુનિક સ્વરૂપમાં આકાર આપ્યો હતો.

એલેક્ઝાંડર લ્વોવ્સ્કી

ભૌતિકશાસ્ત્રમાં પીએચડી, યુનિવર્સિટી ઓફ કેલગરી ખાતે ફિઝિક્સ ફેકલ્ટીના પ્રોફેસર, વૈજ્ઞાનિક જૂથના નેતા, રશિયન ક્વોન્ટમ સેન્ટરની વૈજ્ઞાનિક પરિષદના સભ્ય, વૈજ્ઞાનિક જર્નલ ઓપ્ટિક્સ એક્સપ્રેસના સંપાદક

વ્યક્તિગત અણુઓ નિયંત્રિત કરી શકાય છે

આ સાચું છે.અલબત્ત તમે કરી શકો છો, શા માટે નહીં? તમે અણુના વિવિધ પરિમાણોને નિયંત્રિત કરી શકો છો, અને અણુમાં તેમાંથી ઘણું બધું છે: તે જગ્યા, ગતિમાં સ્થાન ધરાવે છે અને સ્વતંત્રતાની આંતરિક ડિગ્રી પણ છે. સ્વતંત્રતાની આંતરિક ડિગ્રી અણુના ચુંબકીય અને વિદ્યુત ગુણધર્મો તેમજ પ્રકાશ અથવા રેડિયો તરંગો બહાર કાઢવાની તેની ઇચ્છા નક્કી કરે છે. અણુની આંતરિક સ્થિતિના આધારે, તે અથડામણ અને રાસાયણિક પ્રતિક્રિયાઓમાં વધુ કે ઓછા સક્રિય હોઈ શકે છે, આસપાસના અણુઓના ગુણધર્મોમાં ફેરફાર કરી શકે છે અને બાહ્ય ક્ષેત્રો પ્રત્યેની તેની પ્રતિક્રિયા તેની આંતરિક સ્થિતિ પર આધારિત છે. દવામાં, ઉદાહરણ તરીકે, તેઓ ફેફસાંના ટોમોગ્રામ બનાવવા માટે કહેવાતા ધ્રુવીકૃત વાયુઓનો ઉપયોગ કરે છે - આવા વાયુઓમાં તમામ અણુઓ સમાન આંતરિક સ્થિતિમાં હોય છે, જે તેમને તેમના પ્રતિભાવ દ્વારા ભરેલા વોલ્યુમને "જોવા" દે છે.

અણુની ગતિ અથવા તેની સ્થિતિને નિયંત્રિત કરવી એટલી મુશ્કેલ નથી; નિયંત્રણ માટે બરાબર એક અણુ પસંદ કરવાનું વધુ મુશ્કેલ છે. પરંતુ આ પણ કરી શકાય છે. આવા અણુ વિભાજનનો એક અભિગમ લેસર કૂલિંગનો ઉપયોગ કરીને સાકાર થાય છે. નિયંત્રણ માટે, જાણીતી પ્રારંભિક સ્થિતિ હોવી હંમેશા અનુકૂળ હોય છે; જો અણુ હજી ખસેડતું નથી તો તે ખૂબ સારું છે. લેસર ઠંડક તમને બંને પ્રાપ્ત કરવા, અવકાશમાં અણુઓને સ્થાનીકૃત કરવા અને તેમને ઠંડુ કરવાની મંજૂરી આપે છે, એટલે કે, તેમની ઝડપ લગભગ શૂન્ય સુધી ઘટાડે છે. લેસર ઠંડકનો સિદ્ધાંત જેટ એરક્રાફ્ટ જેટલો જ છે, માત્ર બાદમાં વેગ આપવા માટે ગેસનો પ્રવાહ બહાર કાઢે છે, અને પ્રથમ કિસ્સામાં, અણુ, તેનાથી વિપરિત, ફોટોન (પ્રકાશ કણો) ના પ્રવાહને શોષી લે છે અને ધીમો પડી જાય છે. . આધુનિક લેસર કૂલિંગ તકનીકો લાખો પરમાણુઓને ચાલવાની ગતિ અને તેનાથી ઓછી ઝડપે ઠંડુ કરી શકે છે. પછી વિવિધ પ્રકારના નિષ્ક્રિય જાળ રમતમાં આવે છે, ઉદાહરણ તરીકે દ્વિધ્રુવીય જાળ. જો લેસર કૂલિંગ પ્રકાશ ક્ષેત્રનો ઉપયોગ કરે છે જે અણુ સક્રિય રીતે શોષી લે છે, તો પછી તેને દ્વિધ્રુવીય જાળમાં રાખવા માટે, પ્રકાશની આવર્તન કોઈપણ શોષણથી દૂર પસંદ કરવામાં આવે છે. તે તારણ આપે છે કે અત્યંત કેન્દ્રિત લેસર લાઇટ નાના કણો અને ધૂળના દાણાઓનું ધ્રુવીકરણ કરવામાં સક્ષમ છે અને તેમને સૌથી વધુ પ્રકાશની તીવ્રતાના ક્ષેત્રમાં દોરે છે. અણુ કોઈ અપવાદ નથી અને તે સૌથી મજબૂત ક્ષેત્રના ક્ષેત્રમાં પણ દોરવામાં આવે છે. તે તારણ આપે છે કે જો તમે પ્રકાશને શક્ય તેટલું ચુસ્તપણે ધ્યાન કેન્દ્રિત કરો છો, તો આવા જાળમાં ફક્ત એક જ અણુ પકડી શકાય છે. હકીકત એ છે કે જો બીજો કોઈ જાળમાં આવે છે, તો તે પ્રથમ સામે એટલી કડક રીતે દબાવવામાં આવે છે કે તે પરમાણુ બનાવે છે અને તે જ સમયે જાળમાંથી બહાર આવે છે. જો કે, આવા તીક્ષ્ણ ધ્યાન કેન્દ્રિત કરવું એ એક અણુને અલગ કરવાનો એકમાત્ર રસ્તો નથી; તમે ચાર્જ કરેલા અણુઓ, આયનો માટે રેઝોનેટર સાથે અણુની ક્રિયાપ્રતિક્રિયાના ગુણધર્મોનો પણ ઉપયોગ કરી શકો છો, તમે બરાબર એક આયનને પકડવા અને પકડી રાખવા માટે ઇલેક્ટ્રિક ક્ષેત્રોનો ઉપયોગ કરી શકો છો, અને તેથી વધુ. અણુઓના એકદમ મર્યાદિત જોડાણમાં એક અણુને અત્યંત ઉત્તેજિત, કહેવાતા રાયડબર્ગ રાજ્યમાં ઉત્તેજિત કરવાનું પણ શક્ય છે. એક અણુ, જે એકવાર રાયડબર્ગ રાજ્યમાં ઉત્તેજિત થાય છે, તે જ સ્થિતિમાં તેના પડોશીઓની ઉત્તેજનાની શક્યતાને અવરોધે છે અને, જો અણુઓ સાથેનું પ્રમાણ પૂરતું નાનું હોય, તો તે એકમાત્ર હશે.

એક અથવા બીજી રીતે, એકવાર અણુ કબજે થઈ જાય, તે નિયંત્રિત કરી શકાય છે. ઇચ્છિત ફ્રીક્વન્સીઝ અને ઇલેક્ટ્રોમેગ્નેટિક તરંગના ધ્રુવીકરણનો ઉપયોગ કરીને પ્રકાશ અને રેડિયો આવર્તન ક્ષેત્રો દ્વારા આંતરિક સ્થિતિ બદલી શકાય છે. અણુને કોઈપણ પૂર્વનિર્ધારિત સ્થિતિમાં સ્થાનાંતરિત કરવું શક્ય છે, પછી ભલે તે કોઈ ચોક્કસ સ્થિતિ હોય - સ્તર અથવા તેમની સુપરપોઝિશન. એકમાત્ર પ્રશ્ન જરૂરી ફ્રીક્વન્સીઝની ઉપલબ્ધતા અને પૂરતા ટૂંકા અને શક્તિશાળી કંટ્રોલ પલ્સ બનાવવાની ક્ષમતાનો છે. IN હમણાં હમણાંઅણુઓને નેનોસ્ટ્રક્ચર્સની નજીકમાં રાખીને વધુ અસરકારક રીતે નિયંત્રિત કરવાનું શક્ય બન્યું, જે ફક્ત અણુ સાથે વધુ અસરકારક રીતે "વાત" કરવાનું શક્ય બનાવે છે, પરંતુ અણુનો ઉપયોગ પણ શક્ય બનાવે છે - વધુ સ્પષ્ટ રીતે, તેની આંતરિક સ્થિતિઓ - નિયંત્રિત કરવા માટે પ્રકાશનો પ્રવાહ, અને ભવિષ્યમાં, કદાચ, કમ્પ્યુટિંગ હેતુઓ માટે.

ટ્રેપ દ્વારા રાખવામાં આવેલા અણુની સ્થિતિને નિયંત્રિત કરવી એ એકદમ સાંકડી છે સરળ કાર્ય- ફક્ત છટકું જાતે જ ખસેડો. દ્વિધ્રુવ ટ્રેપના કિસ્સામાં, પ્રકાશ બીમને ખસેડો, જે કરી શકાય છે, ઉદાહરણ તરીકે, લેસર શો માટે મૂવિંગ મિરર્સ સાથે. અણુને ફરીથી પ્રતિક્રિયાત્મક રીતે ગતિ આપી શકાય છે - પ્રકાશને શોષવાની ફરજ પાડવામાં આવે છે, અને કેથોડ રે ટ્યુબમાં કરવામાં આવતી હતી તેમ ઇલેક્ટ્રિક ક્ષેત્રો દ્વારા આયનને સરળતાથી ઝડપી કરી શકાય છે. તેથી આજે, સૈદ્ધાંતિક રીતે, અણુ સાથે કંઈપણ કરી શકાય છે, તે માત્ર સમય અને પ્રયત્નોની બાબત છે.

એલેક્સી અકીમોવ

અણુ અવિભાજ્ય છે

અંશતઃ સાચું, અંશતઃ નહીં.વિકિપીડિયા આપણને નીચેની વ્યાખ્યા આપે છે: “અણુ (પ્રાચીન ગ્રીક ἄτομος માંથી - અવિભાજ્ય, અનકટ) એ સૂક્ષ્મ કદ અને દળના પદાર્થનો એક કણ છે, જે સૌથી નાનો ભાગ છે. રાસાયણિક તત્વ, જે તેના ગુણધર્મોનો વાહક છે. અણુમાં અણુ ન્યુક્લિયસ અને ઇલેક્ટ્રોનનો સમાવેશ થાય છે."

આજકાલ, કોઈપણ શિક્ષિત વ્યક્તિ રધરફોર્ડના મોડેલમાં અણુની કલ્પના કરે છે, જે સામાન્ય રીતે સ્વીકૃત વ્યાખ્યાના છેલ્લા વાક્ય દ્વારા સંક્ષિપ્તમાં રજૂ થાય છે. એવું લાગે છે કે પૂછાયેલા પ્રશ્ન/કથાનો જવાબ સ્પષ્ટ છે: અણુ એ સંયુક્ત અને જટિલ પદાર્થ છે. જો કે, પરિસ્થિતિ એટલી સ્પષ્ટ નથી. પ્રાચીન તત્વજ્ઞાનીઓએ અણુની વ્યાખ્યામાં દ્રવ્યના પ્રાથમિક અને અવિભાજ્ય કણના અસ્તિત્વનો અર્થ મૂક્યો હતો અને સામયિક કોષ્ટકના તત્વોની રચના સાથે સમસ્યાને જોડવાની શક્યતા નહોતી. રધરફર્ડના અણુમાં આપણે ખરેખર આવા કણ શોધીએ છીએ - તે એક ઇલેક્ટ્રોન છે.

ઇલેક્ટ્રોન અનુસાર આધુનિક વિચારો, કહેવાતા માં ફિટિંગ

માનક મોડેલ એ એક બિંદુ છે જેની સ્થિતિ સ્થિતિ અને વેગ દ્વારા વર્ણવવામાં આવે છે. તે મહત્વનું છે કે હાઇઝનબર્ગ અનિશ્ચિતતા સિદ્ધાંતને કારણે આ ગતિશીલ લાક્ષણિકતાઓનું એક સાથે સ્પષ્ટીકરણ અશક્ય છે, પરંતુ તેમાંથી માત્ર એકને ધ્યાનમાં લઈને, ઉદાહરણ તરીકે સંકલન, તે મનસ્વી રીતે ઉચ્ચ ચોકસાઈ સાથે નક્કી કરી શકાય છે.

તો શું આધુનિક પ્રાયોગિક તકનીકનો ઉપયોગ કરીને, અણુ કદ (~0.5 * 10-8 સે.મી.) કરતાં નોંધપાત્ર રીતે નાના સ્કેલ પર ઇલેક્ટ્રોનનું સ્થાનીકરણ કરવાનો પ્રયાસ કરવો અને તેની બિંદુ-સમાનતા તપાસવી શક્ય છે? તે તારણ આપે છે કે જો તમે કહેવાતા કોમ્પટન તરંગલંબાઇના સ્કેલ પર ઇલેક્ટ્રોનનું સ્થાનીકરણ કરવાનો પ્રયાસ કરો છો - હાઇડ્રોજન અણુના કદ કરતાં લગભગ 137 ગણું નાનું - ઇલેક્ટ્રોન તેના એન્ટિમેટર સાથે ક્રિયાપ્રતિક્રિયા કરશે અને સિસ્ટમ અસ્થિર બનશે.

ઇલેક્ટ્રોન અને અન્યની પોઇન્ટેડનેસ અને અવિભાજ્યતા પ્રાથમિક કણોદ્રવ્ય એ ક્ષેત્ર સિદ્ધાંતમાં ટૂંકા-શ્રેણીની ક્રિયાના સિદ્ધાંતનું મુખ્ય તત્વ છે અને પ્રકૃતિનું વર્ણન કરતા તમામ મૂળભૂત સમીકરણોમાં હાજર છે. આમ, પ્રાચીન તત્વજ્ઞાનીઓ દ્રવ્યના અવિભાજ્ય કણો અસ્તિત્વમાં હોવાનું માની સત્યથી એટલા દૂર ન હતા.

દિમિત્રી કુપ્રિયાનોવ

ભૌતિક અને ગાણિતિક વિજ્ઞાનના ડૉક્ટર, ભૌતિકશાસ્ત્રના પ્રોફેસર, સેન્ટ પીટર્સબર્ગ સ્ટેટ પોલિટેકનિક યુનિવર્સિટી, હેડ. સૈદ્ધાંતિક ભૌતિકશાસ્ત્ર વિભાગ SPbSPU

વિજ્ઞાન હજુ આ જાણતું નથી.રધરફોર્ડના અણુના ગ્રહોના મોડેલે ધાર્યું હતું કે ઇલેક્ટ્રોન અણુ ન્યુક્લિયસમાં ફરે છે, જેમ કે ગ્રહો સૂર્યની પરિક્રમા કરે છે. તે જ સમયે, એવું માનવું સ્વાભાવિક હતું કે ઇલેક્ટ્રોન ઘન ગોળાકાર કણો છે. રધરફોર્ડનું શાસ્ત્રીય મોડેલ આંતરિક રીતે વિરોધાભાસી હતું. સ્પષ્ટ રીતે ખસેડવાથી પ્રવેગિત ચાર્જ થયેલા કણો (ઇલેક્ટ્રોન) ને કારણે ઊર્જા ગુમાવવી પડશે ઇલેક્ટ્રોમેગ્નેટિક રેડિયેશનઅને છેવટે અણુઓના મધ્યવર્તી કેન્દ્ર પર પડે છે.

નીલ્સ બોહરે આ પ્રક્રિયા પર પ્રતિબંધ મૂકવાની અને ભ્રમણકક્ષાની ત્રિજ્યા માટે અમુક આવશ્યકતાઓ રજૂ કરવાની દરખાસ્ત કરી કે જેની સાથે ઈલેક્ટ્રોન ફરે છે. બોહરના અસાધારણ મોડેલે હાઇઝનબર્ગ દ્વારા વિકસિત અણુના ક્વોન્ટમ મોડેલ અને ક્વોન્ટમ, પરંતુ વધુ દ્રશ્ય, અણુનું મોડેલ, શ્રોડિન્જર દ્વારા પ્રસ્તાવિત કરવામાં આવ્યું હતું. શ્રોડિન્જર મોડેલમાં, ઇલેક્ટ્રોન એ ભ્રમણકક્ષામાં ઉડતા દડા નથી, પરંતુ વાદળોની જેમ, અણુ ન્યુક્લિયસ પર અટકી રહેલા તરંગો છે. આ "વાદળો" ના આકારનું વર્ણન શ્રોડિન્જર દ્વારા રજૂ કરાયેલ તરંગ કાર્ય દ્વારા કરવામાં આવ્યું હતું.

પ્રશ્ન તરત જ ઊભો થયો: તરંગ કાર્યનો ભૌતિક અર્થ શું છે? જવાબ મેક્સ બોર્ન દ્વારા પ્રસ્તાવિત કરવામાં આવ્યો હતો: તરંગ કાર્યનું ચોરસ મોડ્યુલસ એ અવકાશમાં આપેલ બિંદુ પર ઇલેક્ટ્રોન શોધવાની સંભાવના છે. અને અહીંથી મુશ્કેલીઓ શરૂ થઈ. પ્રશ્ન ઊભો થયો: અવકાશમાં આપેલ બિંદુએ ઇલેક્ટ્રોન શોધવાનો અર્થ શું છે? શું બોર્નના નિવેદનને સ્વીકાર તરીકે ન સમજવું જોઈએ કે ઇલેક્ટ્રોન એ એક નાનો દડો છે જે ચોક્કસ માર્ગ સાથે ઉડે છે અને જે ચોક્કસ સંભાવના સાથે આ માર્ગમાં ચોક્કસ બિંદુએ પકડી શકાય છે?

શ્રોડિંગર અને આલ્બર્ટ આઈન્સ્ટાઈન, જેઓ આ મુદ્દા પર તેમની સાથે જોડાયા હતા, તેમનો આ ચોક્કસ દૃષ્ટિકોણ છે. કોપનહેગન સ્કૂલના ભૌતિકશાસ્ત્રીઓ - નીલ્સ બોહર અને વર્નર હેઈઝનબર્ગ દ્વારા તેમની સામે વાંધો ઉઠાવવામાં આવ્યો હતો, જેમણે દલીલ કરી હતી કે માપનની ક્રિયાઓ વચ્ચે ઇલેક્ટ્રોન ફક્ત અસ્તિત્વમાં નથી, જેનો અર્થ છે કે તેની હિલચાલના માર્ગ વિશે વાત કરવાનો કોઈ અર્થ નથી. ક્વોન્ટમ મિકેનિક્સના અર્થઘટન વિશે બોહર અને આઈન્સ્ટાઈન વચ્ચેની ચર્ચા ઈતિહાસમાં ઘટી ગઈ. બોહર વિજેતા હોય તેવું લાગતું હતું: તેણે આઈન્સ્ટાઈન દ્વારા ઘડવામાં આવેલા તમામ વિરોધાભાસ અને 1935માં શ્રોડિન્જર દ્વારા ઘડવામાં આવેલા “શ્રોડિંગરની બિલાડી”ના પ્રખ્યાત વિરોધાભાસને પણ નકારી કાઢવામાં, બહુ સ્પષ્ટ રીતે ન હોવા છતાં, વ્યવસ્થાપિત કર્યું. કેટલાક દાયકાઓ સુધી, મોટાભાગના ભૌતિકશાસ્ત્રીઓ બોહર સાથે સંમત થયા હતા કે દ્રવ્ય એ આપણને સંવેદનામાં આપવામાં આવેલી ઉદ્દેશ્ય વાસ્તવિકતા નથી, જેમ કે કાર્લ માર્ક્સે શીખવ્યું હતું, પરંતુ કંઈક કે જે ફક્ત નિરીક્ષણની ક્ષણે જ ઉદ્ભવે છે અને નિરીક્ષક વિના અસ્તિત્વમાં નથી. તે રસપ્રદ છે કે સોવિયેત સમયમાં, યુનિવર્સિટીઓમાં ફિલસૂફી વિભાગોએ શીખવ્યું હતું કે આવા દૃષ્ટિકોણ વ્યક્તિલક્ષી આદર્શવાદ છે, એટલે કે, એક વલણ જે ઉદ્દેશ્ય ભૌતિકવાદ - માર્ક્સ, એંગેલ્સ, લેનિન અને આઈન્સ્ટાઈનની ફિલસૂફીની વિરુદ્ધ ચાલે છે. તે જ સમયે, ભૌતિકશાસ્ત્ર વિભાગોમાં, વિદ્યાર્થીઓને શીખવવામાં આવતું હતું કે કોપનહેગન શાળાના ખ્યાલો જ સાચા હતા (કદાચ કારણ કે સૌથી પ્રખ્યાત સોવિયેત સૈદ્ધાંતિક ભૌતિકશાસ્ત્રી, લેવ લેન્ડૌ, આ શાળાના હતા).

આ ક્ષણે, ભૌતિકશાસ્ત્રીઓના મંતવ્યો વિભાજિત છે. એક તરફ, ક્વોન્ટમ મિકેનિક્સનું કોપનહેગન અર્થઘટન લોકપ્રિય બની રહ્યું છે. આ અર્થઘટનની માન્યતા પ્રાયોગિક રીતે ચકાસવાના પ્રયાસો (ઉદાહરણ તરીકે, ફ્રેન્ચ ભૌતિકશાસ્ત્રી એલેન એસ્પે દ્વારા કહેવાતી બેલ અસમાનતાની સફળ ચકાસણી) વૈજ્ઞાનિક સમુદાયની લગભગ સર્વસંમતિથી મંજૂરી મેળવે છે. બીજી બાજુ, સિદ્ધાંતવાદીઓ વૈકલ્પિક સિદ્ધાંતો, જેમ કે સમાંતર વિશ્વોના સિદ્ધાંતની ચર્ચા કરવામાં તદ્દન આરામદાયક છે. ઈલેક્ટ્રોન પર પાછા ફરીને, આપણે કહી શકીએ કે બિલિયર્ડ બોલ બાકી રહેવાની શક્યતાઓ હજી ઘણી વધારે નથી. તે જ સમયે, તેઓ શૂન્યથી અલગ છે. 20મી સદીના 20 ના દાયકામાં, તે કોમ્પટન સ્કેટરિંગનું બિલિયર્ડ મોડેલ હતું જેણે સાબિત કરવાનું શક્ય બનાવ્યું કે પ્રકાશમાં ક્વોન્ટા - ફોટોનનો સમાવેશ થાય છે. મહત્વપૂર્ણ અને ઉપયોગી ઉપકરણો (ડાયોડ્સ, ટ્રાન્ઝિસ્ટર) સંબંધિત ઘણી સમસ્યાઓમાં, બિલિયર્ડ બોલ તરીકે ઇલેક્ટ્રોનને વિચારવું અનુકૂળ છે. ઇલેક્ટ્રોનની તરંગ પ્રકૃતિ વધુ સૂક્ષ્મ અસરોનું વર્ણન કરવા માટે મહત્વપૂર્ણ છે, જેમ કે ધાતુઓની નકારાત્મક ચુંબક પ્રતિકાર.

માપની ક્રિયાઓ વચ્ચે બોલ-ઇલેક્ટ્રોન અસ્તિત્વમાં છે કે કેમ તે અંગેનો દાર્શનિક પ્રશ્ન સામાન્ય જીવનમાં કોઈ સુસંગત નથી. મહાન મહત્વ. જો કે, આ પ્રશ્ન આધુનિક ભૌતિકશાસ્ત્રની સૌથી ગંભીર સમસ્યાઓમાંથી એક છે.

એલેક્સી કાવોકિન

ભૌતિક અને ગાણિતિક વિજ્ઞાનના ઉમેદવાર, સાઉધમ્પ્ટન યુનિવર્સિટીના પ્રોફેસર, રશિયન ક્વોન્ટમ સેન્ટરના ક્વોન્ટમ પોલેરિટોનિક્સ ગ્રુપના વડા, મેડિટેરેનિયન ઇન્સ્ટિટ્યુટ ઑફ ફંડામેન્ટલ ફિઝિક્સ (ઇટાલી)ના વૈજ્ઞાનિક નિયામક

એક અણુ સંપૂર્ણપણે નાશ કરી શકાય છે

આ સાચું છે.તોડવું એ મકાન નથી. તમે અણુ સહિતની કોઈપણ વસ્તુને પૂર્ણતાના કોઈપણ અંશે નાશ કરી શકો છો. પ્રથમ અંદાજ માટે, અણુ એ નકારાત્મક રીતે ચાર્જ થયેલ ઇલેક્ટ્રોનથી ઘેરાયેલું હકારાત્મક રીતે ચાર્જ થયેલ ન્યુક્લિયસ છે. પ્રથમ વિનાશક ક્રિયા જે અણુ પર કરી શકાય છે તે તેમાંથી ઇલેક્ટ્રોનને તોડી નાખવાની છે. આ વિવિધ રીતે કરી શકાય છે: તમે એક શક્તિશાળી ધ્યાન કેન્દ્રિત કરી શકો છો લેસર રેડિયેશન, ઝડપી ઇલેક્ટ્રોન અથવા અન્ય ઝડપી કણો સાથે ઇરેડિયેટ કરી શકાય છે. એક અણુ કે જેણે તેના કેટલાક ઇલેક્ટ્રોન ગુમાવ્યા છે તેને આયન કહેવામાં આવે છે. તે આ સ્થિતિમાં છે કે સૂર્ય પર અણુઓ અસ્તિત્વ ધરાવે છે, જ્યાં તાપમાન એટલું વધારે છે કે અણુઓ માટે અથડામણમાં તેમના ઇલેક્ટ્રોનને જાળવી રાખવા વ્યવહારીક રીતે અશક્ય છે.

પરમાણુ જેટલા વધુ ઈલેક્ટ્રોન ગુમાવે છે, બાકીનાને દૂર કરવાનું વધુ મુશ્કેલ છે. અણુ સંખ્યાના આધારે, અણુમાં વધુ કે ઓછા ઇલેક્ટ્રોન હોય છે. હાઈડ્રોજન અણુમાં સામાન્ય રીતે માત્ર એક જ ઈલેક્ટ્રોન હોય છે, અને તે ઘણીવાર સામાન્ય સ્થિતિમાં પણ તેને ગુમાવે છે, અને તે હાઈડ્રોજન છે જેણે તેના ઈલેક્ટ્રોન ગુમાવ્યા છે જે પાણીનું pH નક્કી કરે છે. હિલીયમ અણુમાં બે ઈલેક્ટ્રોન હોય છે, અને સંપૂર્ણ આયનાઈઝ્ડ સ્થિતિમાં તેને આલ્ફા પાર્ટિકલ કહેવામાં આવે છે - જે પ્રકારના કણોની અપેક્ષા આપણે પહેલાથી જ સામાન્ય પાણીને બદલે પરમાણુ રિએક્ટરમાંથી રાખીએ છીએ. ઘણા ઇલેક્ટ્રોન ધરાવતા અણુઓને બધા ઇલેક્ટ્રોનને દૂર કરવા માટે હજી વધુ ઊર્જાની જરૂર પડે છે, પરંતુ તેમ છતાં, કોઈપણ અણુમાંથી તમામ ઇલેક્ટ્રોન દૂર કરવા શક્ય છે.

જો બધા ઇલેક્ટ્રોન ફાટી જાય, તો ન્યુક્લિયસ રહે છે, પરંતુ તેનો નાશ પણ થઈ શકે છે. ન્યુક્લિયસમાં પ્રોટોન અને ન્યુટ્રોન (સામાન્ય રીતે હેડ્રોન)નો સમાવેશ થાય છે, અને જો કે તેઓ ખૂબ જ મજબૂત રીતે બંધાયેલા હોય છે, પૂરતી ઊંચી ઉર્જાનો એક ઘટના કણો તેમને તોડી શકે છે. ભારે અણુઓ, જેમાં ઘણા બધા ન્યુટ્રોન અને પ્રોટોન હોય છે, તેઓ પોતાની જાતે જ અલગ પડી જાય છે, જે ઘણી બધી ઉર્જા મુક્ત કરે છે - અણુ પાવર પ્લાન્ટ આ સિદ્ધાંત પર આધારિત છે.

પરંતુ જો તમે ન્યુક્લિયસને તોડી નાખો અને બધા ઇલેક્ટ્રોનને તોડી નાખો, તો પણ મૂળ કણો રહે છે: ન્યુટ્રોન, પ્રોટોન, ઇલેક્ટ્રોન. તેઓ, અલબત્ત, પણ નાશ કરી શકાય છે. વાસ્તવમાં, તે આ જ કરે છે, જે પ્રોટોનને પ્રચંડ ઊર્જામાં વેગ આપે છે, અથડામણમાં તેનો સંપૂર્ણ નાશ કરે છે. આ કિસ્સામાં, ઘણા નવા કણો જન્મે છે, જેનો કોલાઈડર અભ્યાસ કરે છે. તે જ ઇલેક્ટ્રોન અને અન્ય કોઈપણ કણો સાથે કરી શકાય છે.

નાશ પામેલા કણની ઉર્જા અદૃશ્ય થઈ જતી નથી, તે અન્ય કણોમાં વહેંચવામાં આવે છે, અને જો તેમાંથી પૂરતા પ્રમાણમાં હોય, તો નવા પરિવર્તનના સમુદ્રમાં મૂળ કણને ઝડપથી શોધી કાઢવું ​​અશક્ય બની જાય છે. દરેક વસ્તુનો નાશ થઈ શકે છે, તેમાં કોઈ અપવાદ નથી.

એલેક્સી અકીમોવ

ભૌતિક અને ગાણિતિક વિજ્ઞાનના ઉમેદવાર, રશિયન ક્વોન્ટમ સેન્ટરના "ક્વોન્ટમ સિમ્યુલેટર્સ" જૂથના વડા, MIPTના શિક્ષક, લેબેદેવ ભૌતિક સંસ્થાના કર્મચારી, હાર્વર્ડ યુનિવર્સિટીના સંશોધક

હાઇડ્રોજન અણુ ઇલેક્ટ્રોન વાદળોને પકડે છે. અને તેમ છતાં આધુનિક ભૌતિકશાસ્ત્રીઓપ્રવેગકની મદદથી તેઓ પ્રોટોનનો આકાર પણ નક્કી કરી શકે છે; દેખીતી રીતે, હાઇડ્રોજન અણુ સૌથી નાનો પદાર્થ રહેશે, જેની છબી ફોટોગ્રાફ કહેવા માટે અર્થપૂર્ણ છે. Lenta.ru એક સમીક્ષા રજૂ કરે છે આધુનિક પદ્ધતિઓમાઇક્રોવર્લ્ડનો ફોટોગ્રાફ.

કડક શબ્દોમાં કહીએ તો, આ દિવસોમાં લગભગ કોઈ સામાન્ય ફોટોગ્રાફી બાકી નથી. છબીઓ કે જેને આપણે આદત રીતે ફોટોગ્રાફ્સ કહીએ છીએ અને શોધી શકીએ છીએ, ઉદાહરણ તરીકે, Lenta.ru ના કોઈપણ ફોટો રિપોર્ટમાં, ખરેખર કમ્પ્યુટર મોડલ છે. વિશિષ્ટ ઉપકરણમાં પ્રકાશ-સંવેદનશીલ મેટ્રિક્સ (પરંપરાગત રીતે તેને "કેમેરા" કહેવામાં આવે છે) વિવિધ સ્પેક્ટ્રલ રેન્જમાં પ્રકાશની તીવ્રતાના અવકાશી વિતરણને નિર્ધારિત કરે છે, નિયંત્રણ ઇલેક્ટ્રોનિક્સ આ ડેટાને ડિજિટલ સ્વરૂપમાં સાચવે છે, અને પછી અન્ય ઇલેક્ટ્રોનિક સર્કિટઆ ડેટાના આધારે, તે લિક્વિડ ક્રિસ્ટલ ડિસ્પ્લેમાં ટ્રાન્ઝિસ્ટરને આદેશો આપે છે. ફિલ્મ, કાગળ, તેમની પ્રક્રિયા માટે વિશેષ ઉકેલો - આ બધું વિચિત્ર બની ગયું છે. અને જો આપણે શબ્દનો શાબ્દિક અર્થ યાદ કરીએ, તો ફોટોગ્રાફી એ "લાઇટ પેઇન્ટિંગ" છે. તેથી અમે શું કહી શકીએ કે વૈજ્ઞાનિકો વ્યવસ્થાપિત છે ફોટોગ્રાફ કરવાઅણુ, સંમેલનની યોગ્ય માત્રા સાથે જ શક્ય છે.

તમામ ખગોળશાસ્ત્રીય છબીઓમાંથી અડધાથી વધુ લાંબા સમયથી ઇન્ફ્રારેડ, અલ્ટ્રાવાયોલેટ અને એક્સ-રે ટેલિસ્કોપ દ્વારા લેવામાં આવી છે. ઇલેક્ટ્રોન માઇક્રોસ્કોપ પ્રકાશથી નહીં, પરંતુ ઇલેક્ટ્રોનના બીમથી ઇરેડિયેટ થાય છે, જ્યારે અણુ બળ માઇક્રોસ્કોપ સોય વડે નમૂનાની રાહતને પણ સ્કેન કરે છે. ખાવું એક્સ-રે માઇક્રોસ્કોપઅને મેગ્નેટિક રેઝોનન્સ ઇમેજિંગ સ્કેનર્સ. આ બધા ઉપકરણો આપણને વિવિધ વસ્તુઓની સચોટ છબીઓ આપે છે, અને હકીકત એ છે કે, અલબત્ત, અહીં "લાઇટ પેઇન્ટિંગ" વિશે વાત કરવાની જરૂર નથી, તેમ છતાં, અમે હજી પણ આવી છબીઓને ફોટોગ્રાફ્સ કહેવાની મંજૂરી આપીશું.

પ્રોટોનનો આકાર અથવા કણોની અંદર ક્વાર્કનું વિતરણ નક્કી કરવા માટે ભૌતિકશાસ્ત્રીઓના પ્રયોગો પડદા પાછળ રહેશે; અમારી વાર્તા અણુના સ્કેલ સુધી મર્યાદિત રહેશે.

ઓપ્ટિક્સ ક્યારેય જૂનું થતું નથી

જેમ જેમ તે 20મી સદીના ઉત્તરાર્ધમાં બહાર આવ્યું તેમ, ઓપ્ટિકલ માઇક્રોસ્કોપમાં હજુ પણ સુધારા માટે જગ્યા છે. જૈવિક અને તબીબી સંશોધનમાં નિર્ણાયક ક્ષણ એ ફ્લોરોસન્ટ રંગો અને પદ્ધતિઓનું આગમન હતું જે ચોક્કસ પદાર્થોના પસંદગીયુક્ત લેબલિંગને મંજૂરી આપે છે. આ "માત્ર પેઇન્ટનો નવો કોટ" ન હતો, તે એક વાસ્તવિક ક્રાંતિ હતી.

લોકપ્રિય માન્યતાથી વિપરીત, ફ્લોરોસેન્સ અંધારામાં બિલકુલ ચમકતું નથી (બાદમાં લ્યુમિનેસેન્સ કહેવાય છે). આ ચોક્કસ ઉર્જા (કહો, વાદળી પ્રકાશ) ના ક્વોન્ટાના નીચા ઊર્જાના અન્ય ક્વોન્ટાના અનુગામી ઉત્સર્જન સાથે શોષણની ઘટના છે અને તે મુજબ, અન્ય પ્રકાશ (જ્યારે વાદળી શોષાય છે, ત્યારે લીલા રંગનું ઉત્સર્જન કરવામાં આવશે). જો તમે પ્રકાશ ફિલ્ટર ઇન્સ્ટોલ કરો છો જે ફક્ત રંગ દ્વારા ઉત્સર્જિત ક્વોન્ટાને પ્રસારિત કરે છે અને પ્રકાશને અવરોધે છે જે ફ્લોરોસેન્સનું કારણ બને છે, તો તમે રંગોના તેજસ્વી ફોલ્લીઓ સાથે ઘેરી પૃષ્ઠભૂમિ જોઈ શકો છો, અને રંગો, બદલામાં, નમૂનાને અત્યંત પસંદગીયુક્ત રીતે રંગ કરી શકે છે.

ઉદાહરણ તરીકે, તમે સાયટોસ્કેલેટનને પેઇન્ટ કરી શકો છો ચેતા કોષલાલ, ચેતોપાગમ લીલા રંગમાં પ્રકાશિત અને ન્યુક્લિયસ વાદળી રંગમાં. તમે ફ્લોરોસન્ટ લેબલ બનાવી શકો છો જે તમને પટલ પર પ્રોટીન રીસેપ્ટર્સ અથવા અમુક પરિસ્થિતિઓ હેઠળ કોષ દ્વારા સંશ્લેષિત અણુઓને શોધવાની મંજૂરી આપશે. ઇમ્યુનોહિસ્ટોકેમિકલ સ્ટેનિંગ પદ્ધતિમાં ક્રાંતિ આવી છે જૈવિક વિજ્ઞાન. અને જ્યારે આનુવંશિક ઇજનેરોએ ફ્લોરોસન્ટ પ્રોટીન સાથે ટ્રાન્સજેનિક પ્રાણીઓ બનાવવાનું શીખ્યા, ત્યારે આ પદ્ધતિએ પુનર્જન્મનો અનુભવ કર્યો: ઉદાહરણ તરીકે, રંગીન સાથે ઉંદર વિવિધ રંગોન્યુરોન્સ

વધુમાં, ઇજનેરો કહેવાતા કોન્ફોકલ માઇક્રોસ્કોપીની પદ્ધતિ સાથે આવ્યા (અને પ્રેક્ટિસ). તેનો સાર એ હકીકતમાં રહેલો છે કે માઇક્રોસ્કોપ ખૂબ જ પાતળા સ્તર પર ધ્યાન કેન્દ્રિત કરે છે, અને એક ખાસ ડાયાફ્રેમ આ સ્તરની બહારના પદાર્થો દ્વારા બનાવેલ પ્રકાશને કાપી નાખે છે. આવા માઇક્રોસ્કોપ ક્રમશઃ ઉપરથી નીચે સુધી નમૂનાને સ્કેન કરી શકે છે અને છબીઓનો સ્ટેક મેળવી શકે છે, જે ત્રિ-પરિમાણીય મોડેલ માટે તૈયાર આધાર છે.

લેસરો અને અત્યાધુનિક ઓપ્ટિકલ બીમ કંટ્રોલ સિસ્ટમ્સના ઉપયોગથી તેજસ્વી પ્રકાશ હેઠળ નાજુક જૈવિક નમૂનાઓના રંગોની વિલીન અને સૂકવણીની સમસ્યા હલ થઈ છે: લેસર બીમ જ્યારે ઇમેજિંગ માટે જરૂરી હોય ત્યારે જ નમૂનાને સ્કેન કરે છે. અને દૃશ્યના સાંકડા ક્ષેત્ર સાથે આઇપીસ દ્વારા મોટા નમૂનાની તપાસ કરવામાં સમય અને પ્રયત્ન ન બગાડે તે માટે, એન્જિનિયરોએ સૂચવ્યું આપોઆપ સિસ્ટમસ્કેનિંગ: તમે આધુનિક માઇક્રોસ્કોપના સ્ટેજ પર નમૂના સાથે ગ્લાસ મૂકી શકો છો, અને ઉપકરણ સ્વતંત્ર રીતે સમગ્ર નમૂનાના મોટા પાયે પેનોરમા લેશે. તે જ સમયે, તે યોગ્ય સ્થાનો પર ધ્યાન કેન્દ્રિત કરશે, અને પછી ઘણી ફ્રેમ્સને એકસાથે ટાંકા કરશે.

કેટલાક માઇક્રોસ્કોપમાં જીવંત ઉંદર, ઉંદરો અથવા ઓછામાં ઓછા નાના અપૃષ્ઠવંશી પ્રાણીઓ હોઈ શકે છે. અન્યમાં થોડો વધારો થાય છે, પરંતુ એક્સ-રે મશીન સાથે જોડવામાં આવે છે. સ્પંદનોમાંથી વિક્ષેપ દૂર કરવા માટે, ઘણાને કાળજીપૂર્વક નિયંત્રિત માઇક્રોક્લાઇમેટ સાથે રૂમની અંદર કેટલાક ટન વજનવાળા વિશિષ્ટ કોષ્ટકો પર માઉન્ટ કરવામાં આવે છે. આવી સિસ્ટમોની કિંમત અન્ય ઇલેક્ટ્રોન માઇક્રોસ્કોપની કિંમત કરતાં વધી જાય છે, અને સૌથી સુંદર ફ્રેમ માટેની સ્પર્ધાઓ લાંબા સમયથી પરંપરા બની ગઈ છે. વધુમાં, ઓપ્ટિક્સની સુધારણા ચાલુ રહે છે: શોધમાંથી શ્રેષ્ઠ જાતોકાચ અને શ્રેષ્ઠ લેન્સ સંયોજનો પસંદ કરીને, ઇજનેરો પ્રકાશ પર ધ્યાન કેન્દ્રિત કરવાની રીતો તરફ આગળ વધ્યા.

બતાવવા માટે અમે ખાસ કરીને સંખ્યાબંધ તકનીકી વિગતોની સૂચિબદ્ધ કરી છે: ક્ષેત્રમાં પ્રગતિ જૈવિક સંશોધનલાંબા સમયથી અન્ય ક્ષેત્રોમાં પ્રગતિ સાથે સંકળાયેલ છે. જો ત્યાં કોઈ કમ્પ્યુટર્સ ન હોત જે આપમેળે કેટલાક સો ફોટોગ્રાફ્સમાં સ્ટેઇન્ડ કોષોની સંખ્યાને ગણી શકે, તો સુપરમાઈક્રોસ્કોપનો થોડો ઉપયોગ હોત. અને ફ્લોરોસન્ટ રંગો વિના, તમામ લાખો કોષો એકબીજાથી અસ્પષ્ટ હશે, તેથી નવાની રચના અથવા જૂનાના મૃત્યુનું નિરીક્ષણ કરવું લગભગ અશક્ય હશે.

વાસ્તવમાં, પ્રથમ માઇક્રોસ્કોપ એક ક્લેમ્પ હતું જેની સાથે ગોળાકાર લેન્સ જોડાયેલ હતા. આવા માઇક્રોસ્કોપનું એનાલોગ સરળ હોઈ શકે છે રમત ના પત્તાતેમાં બનાવેલ છિદ્ર અને પાણીના ટીપા સાથે. કેટલાક અહેવાલો અનુસાર, છેલ્લા સદીમાં પહેલાથી જ કોલિમામાં સોનાના ખાણિયાઓ દ્વારા સમાન ઉપકરણોનો ઉપયોગ કરવામાં આવ્યો હતો.

વિવર્તન મર્યાદાથી આગળ

ઓપ્ટિકલ માઇક્રોસ્કોપમાં મૂળભૂત ગેરલાભ છે. હકીકત એ છે કે પ્રકાશ તરંગોના આકારનો ઉપયોગ કરીને તે પદાર્થોના આકારનું પુનર્નિર્માણ કરવું અશક્ય છે જે તરંગલંબાઇ કરતા ખૂબ ટૂંકા હોવાનું બહાર આવ્યું છે: તે જ સફળતા સાથે તમે તમારા હાથથી સામગ્રીની સુંદર રચનાને તપાસવાનો પ્રયાસ કરી શકો છો. જાડા વેલ્ડીંગ ગ્લોવ.

ભૌતિકશાસ્ત્રના નિયમોનું ઉલ્લંઘન કર્યા વિના, વિવર્તન દ્વારા બનાવવામાં આવેલી મર્યાદાઓ આંશિક રીતે દૂર કરવામાં આવી છે. બે સંજોગો ઓપ્ટિકલ માઇક્રોસ્કોપને વિવર્તન અવરોધ હેઠળ ડાઇવ કરવામાં મદદ કરે છે: હકીકત એ છે કે ફ્લોરોસેન્સ દરમિયાન ક્વોન્ટા વ્યક્તિગત રંગના અણુઓ દ્વારા ઉત્સર્જિત થાય છે (જે એકબીજાથી ખૂબ દૂર હોઈ શકે છે), અને હકીકત એ છે કે પ્રકાશ તરંગોની સુપરપોઝિશનને કારણે તે શક્ય છે. તરંગલંબાઇ કરતા નાના વ્યાસ સાથે તેજસ્વી સ્થળ મેળવો.

જ્યારે એકબીજા પર સુપરઇમ્પોઝ કરવામાં આવે છે, ત્યારે પ્રકાશ તરંગો એકબીજાને રદ કરી શકે છે, તેથી નમૂનાના પ્રકાશના પરિમાણો સેટ કરવામાં આવે છે જેથી શક્ય તેટલો નાનો વિસ્તાર તેજસ્વી વિસ્તારમાં આવે. ગાણિતિક અલ્ગોરિધમ્સ સાથે સંયોજનમાં જે પરવાનગી આપે છે, ઉદાહરણ તરીકે, ઇમેજમાં ભૂતને દૂર કરવા માટે, આવી દિશાત્મક લાઇટિંગ શૂટિંગની ગુણવત્તામાં તીવ્ર વધારો પ્રદાન કરે છે. તે શક્ય બને છે, ઉદાહરણ તરીકે, ઓપ્ટિકલ માઇક્રોસ્કોપનો ઉપયોગ કરીને ઇન્ટ્રાસેલ્યુલર સ્ટ્રક્ચર્સનું પરીક્ષણ કરવું અને તે પણ (કોન્ફોકલ માઇક્રોસ્કોપી સાથે વર્ણવેલ પદ્ધતિને જોડીને) તેમની ત્રિ-પરિમાણીય છબીઓ મેળવવા માટે.

ઇલેક્ટ્રોન માઇક્રોસ્કોપથી ઇલેક્ટ્રોનિક સાધનો

અણુઓ અને પરમાણુઓ શોધવા માટે, વૈજ્ઞાનિકોએ તેમને જોવાની જરૂર ન હતી - પરમાણુ સિદ્ધાંતને ઑબ્જેક્ટ જોવાની જરૂર નહોતી. પરંતુ માઇક્રોબાયોલોજી માઇક્રોસ્કોપની શોધ પછી જ શક્ય બન્યું. તેથી, શરૂઆતમાં, માઇક્રોસ્કોપ ખાસ કરીને દવા અને જીવવિજ્ઞાન સાથે સંકળાયેલા હતા: ભૌતિકશાસ્ત્રીઓ અને રસાયણશાસ્ત્રીઓ કે જેમણે નોંધપાત્ર રીતે નાની વસ્તુઓનો અભ્યાસ કર્યો હતો તેઓ અન્ય માધ્યમો સાથે કરે છે. જ્યારે તેઓ માઇક્રોવર્લ્ડને જોવા માંગતા હતા, ત્યારે વિવર્તનની મર્યાદાઓ એક ગંભીર સમસ્યા બની હતી, ખાસ કરીને કારણ કે ઉપર વર્ણવેલ ફ્લોરોસેન્સ માઇક્રોસ્કોપી પદ્ધતિઓ હજી અજાણ હતી. અને રીઝોલ્યુશનને 500 થી 100 નેનોમીટર સુધી વધારવામાં થોડો અર્થ નથી, જો ઑબ્જેક્ટની તપાસ કરવાની જરૂર હોય તો તે પણ નાનું હોય!

ઇલેક્ટ્રોન એક તરંગ અને કણ તરીકે બંને રીતે વર્તે છે તે જાણીને, જર્મનીના ભૌતિકશાસ્ત્રીઓએ 1926 માં ઇલેક્ટ્રોન લેન્સ બનાવ્યો. તેના અંતર્ગતનો વિચાર કોઈપણ શાળાના બાળકો માટે ખૂબ જ સરળ અને સમજી શકાય તેવો હતો: ઇલેક્ટ્રોમેગ્નેટિક ક્ષેત્ર ઇલેક્ટ્રોનને વિચલિત કરે છે, તેથી તેનો ઉપયોગ આ કણોના બીમના આકારને બદલવા માટે, તેમને જુદી જુદી દિશામાં ખેંચવા માટે અથવા તેનાથી વિપરીત, ઘટાડવા માટે કરી શકાય છે. બીમનો વ્યાસ. પાંચ વર્ષ પછી, 1931 માં, અર્ન્સ્ટ રુસ્કા અને મેક્સ નોલે વિશ્વનું પ્રથમ ઇલેક્ટ્રોન માઇક્રોસ્કોપ બનાવ્યું. ઉપકરણમાં, નમૂનાને સૌપ્રથમ ઇલેક્ટ્રોનના બીમ દ્વારા પ્રકાશિત કરવામાં આવ્યો હતો, અને પછી ઇલેક્ટ્રોન લેન્સે તે બીમને વિસ્તૃત કર્યો હતો જે તે વિશિષ્ટ લ્યુમિનેસન્ટ સ્ક્રીન પર પડતા પહેલા પસાર થયો હતો. પ્રથમ માઈક્રોસ્કોપ માત્ર 400 વખતનું વિસ્તરણ પૂરું પાડે છે, પરંતુ ઈલેક્ટ્રોન સાથે પ્રકાશને બદલીને હજારો વખતના વિસ્તરણ સાથે ફોટોગ્રાફીનો માર્ગ ખોલ્યો: ડિઝાઇનરોએ માત્ર થોડા તકનીકી અવરોધોને દૂર કરવા પડ્યા.

ઈલેક્ટ્રોન માઈક્રોસ્કોપથી કોશિકાઓની રચનાનું અગાઉ અપ્રાપ્ય ગુણવત્તામાં પરીક્ષણ કરવાનું શક્ય બન્યું. પરંતુ આ તસવીર પરથી કોષોની ઉંમર અને તેમાં અમુક પ્રોટીનની હાજરી સમજવી અશક્ય છે અને આ માહિતી વૈજ્ઞાનિકો માટે ખૂબ જ જરૂરી છે.

ઇલેક્ટ્રોન માઇક્રોસ્કોપ હવે વાયરસના ક્લોઝ-અપ ફોટોગ્રાફ્સને મંજૂરી આપે છે. ત્યાં ઉપકરણોના વિવિધ ફેરફારો છે જે ફક્ત પાતળા વિભાગોને પ્રકાશિત કરવા માટે જ નહીં, પણ તેમને "પ્રતિબિંબિત પ્રકાશ" (અલબત્ત પ્રતિબિંબિત ઇલેક્ટ્રોનમાં) તપાસવાની મંજૂરી આપે છે. અમે માઇક્રોસ્કોપના તમામ પ્રકારો વિશે વિગતવાર વાત કરીશું નહીં, પરંતુ અમે નોંધીએ છીએ કે તાજેતરમાં સંશોધકોએ વિવર્તન પેટર્નમાંથી છબીનું પુનર્નિર્માણ કરવાનું શીખ્યા છે.

સ્પર્શ કરો, જુઓ નહીં

"પ્રકાશ અને જુઓ" ના સિદ્ધાંતમાંથી વધુ પ્રસ્થાન દ્વારા બીજી ક્રાંતિ આવી. એટોમિક ફોર્સ માઇક્રોસ્કોપ, તેમજ સ્કેનિંગ ટનલીંગ માઇક્રોસ્કોપ, હવે નમૂનાઓની સપાટી પર કંઈપણ ચમકતું નથી. તેના બદલે, ખાસ કરીને પાતળી સોય સમગ્ર સપાટી પર ફરે છે, જે વ્યક્તિગત અણુના કદની અનિયમિતતા પર પણ શાબ્દિક રીતે ઉછળે છે.

આવી બધી પદ્ધતિઓની વિગતોમાં ગયા વિના, અમે મુખ્ય વસ્તુની નોંધ લઈએ છીએ: ટનલ માઇક્રોસ્કોપની સોય માત્ર સપાટી પર ખસેડી શકાતી નથી, પરંતુ અણુઓને સ્થાને સ્થાને ફરીથી ગોઠવવા માટે પણ ઉપયોગમાં લેવાય છે. આ રીતે વૈજ્ઞાનિકો શિલાલેખ, રેખાંકનો અને કાર્ટૂન પણ બનાવે છે જેમાં દોરેલો છોકરો અણુ સાથે રમે છે. એક વાસ્તવિક ઝેનોન અણુ સ્કેનિંગ ટનલિંગ માઇક્રોસ્કોપની ટોચ દ્વારા ખેંચવામાં આવે છે.

માઇક્રોસ્કોપને ટનલ માઇક્રોસ્કોપ કહેવામાં આવે છે કારણ કે તે સોયમાંથી વહેતા ટનલીંગ પ્રવાહની અસરનો ઉપયોગ કરે છે: ક્વોન્ટમ મિકેનિક્સ દ્વારા અનુમાનિત ટનલીંગ અસરને કારણે ઇલેક્ટ્રોન સોય અને સપાટી વચ્ચેના અંતરમાંથી પસાર થાય છે. આ ઉપકરણને ચલાવવા માટે વેક્યૂમની જરૂર છે.

એટોમિક ફોર્સ માઈક્રોસ્કોપ (AFM) એ પર્યાવરણીય પરિસ્થિતિઓ પર ઘણી ઓછી માંગ છે - તે (સંખ્યાબંધ પ્રતિબંધો સાથે) હવાને બહાર કાઢ્યા વિના કાર્ય કરી શકે છે. ચોક્કસ અર્થમાં, AFM એ ગ્રામોફોનનું નેનોટેકનોલોજીકલ અનુગામી છે. પાતળા અને લવચીક કેન્ટીલીવર કૌંસ પર લગાવેલી સોય ( કેન્ટીલીવરઅને ત્યાં એક "કૌંસ" છે), તેના પર વોલ્ટેજ લાગુ કર્યા વિના સપાટી સાથે આગળ વધે છે અને ગ્રામોફોન રેકોર્ડના ગ્રુવ્સ સાથે ગ્રામોફોન સોય અનુસરે છે તે જ રીતે નમૂનાની રાહતને અનુસરે છે. કેન્ટીલીવરનું વળાંક તેના પર લગાવેલ અરીસાને વિચલિત કરવા માટેનું કારણ બને છે; અરીસો લેસર બીમને વિચલિત કરે છે, અને આનાથી અભ્યાસ હેઠળના નમૂનાના આકારને ખૂબ જ સચોટ રીતે નક્કી કરવામાં મદદ મળે છે. મુખ્ય વસ્તુ એ છે કે સોયને ખસેડવા માટે એકદમ સચોટ સિસ્ટમ, તેમજ સોયનો પુરવઠો જે સંપૂર્ણ રીતે તીક્ષ્ણ હોવો જોઈએ. આવી સોયની ટીપ્સ પર વક્રતાની ત્રિજ્યા એક નેનોમીટરથી વધુ ન હોઈ શકે.

AFM તમને વ્યક્તિગત અણુઓ અને પરમાણુઓ જોવાની મંજૂરી આપે છે, પરંતુ, ટનલિંગ માઇક્રોસ્કોપની જેમ, તે તમને નમૂનાની સપાટીની નીચે જોવાની મંજૂરી આપતું નથી. બીજા શબ્દોમાં કહીએ તો, વૈજ્ઞાનિકોએ પરમાણુ જોવા માટે સક્ષમ હોવા અને સમગ્ર ઑબ્જેક્ટનો અભ્યાસ કરવા સક્ષમ હોવા વચ્ચે પસંદગી કરવી પડશે. જો કે, ઓપ્ટિકલ માઇક્રોસ્કોપ માટે પણ અભ્યાસ કરવામાં આવતા નમૂનાઓની અંદરની બાજુ હંમેશા સુલભ હોતી નથી, કારણ કે ખનિજો અથવા ધાતુઓ સામાન્ય રીતે પ્રકાશને સારી રીતે પ્રસારિત કરતા નથી. વધુમાં, અણુઓને ફોટોગ્રાફ કરવામાં હજુ પણ મુશ્કેલીઓ છે - આ પદાર્થો સરળ દડા તરીકે દેખાય છે, આવી છબીઓમાં ઇલેક્ટ્રોન વાદળોનો આકાર દેખાતો નથી.

સિંક્રોટ્રોન રેડિયેશન, જે ત્યારે થાય છે જ્યારે પ્રવેગક દ્વારા પ્રવેગિત કરાયેલા ચાર્જ કણોમાં ઘટાડો થાય છે, તે પ્રાગૈતિહાસિક પ્રાણીઓના અશ્મિભૂત અવશેષોનો અભ્યાસ કરવાનું શક્ય બનાવે છે. એક્સ-રે હેઠળ નમૂનાને ફેરવીને, આપણે ત્રિ-પરિમાણીય ટોમોગ્રામ મેળવી શકીએ છીએ - આ રીતે, ઉદાહરણ તરીકે, 300 મિલિયન વર્ષો પહેલા લુપ્ત થઈ ગયેલી માછલીની ખોપરીની અંદર મગજ મળી આવ્યું હતું. પરિભ્રમણ વિના કરવું શક્ય છે જો પ્રસારિત કિરણોત્સર્ગ વિવર્તનને કારણે વિખેરાયેલા એક્સ-રેને રેકોર્ડ કરીને રેકોર્ડ કરવામાં આવે.

અને આ બધી શક્યતાઓ નથી કે એક્સ-રે રેડિયેશન ખુલે છે. જ્યારે તેની સાથે ઇરેડિયેટ થાય છે, ત્યારે ઘણી સામગ્રી ફ્લોરોસેસ થાય છે, અને ફ્લોરોસેન્સની પ્રકૃતિ દ્વારા તમે નક્કી કરી શકો છો રાસાયણિક રચનાપદાર્થો: આ રીતે, વૈજ્ઞાનિકો પ્રાચીન કલાકૃતિઓને રંગીન કરે છે, મધ્ય યુગમાં ભૂંસી નાખવામાં આવેલી આર્કિમિડીઝની કૃતિઓ અથવા લાંબા સમયથી લુપ્ત પક્ષીઓના પીછાઓને રંગ આપે છે.

અણુઓ દંભ

એક્સ-રે અથવા ઓપ્ટિકલ-ફ્લોરોસન્ટ પદ્ધતિઓ પ્રદાન કરે છે તે તમામ તકોની પૃષ્ઠભૂમિ સામે, નવી રીતવ્યક્તિગત અણુઓના ફોટોગ્રાફિંગ હવે વિજ્ઞાનમાં આટલી મોટી સફળતા જેવું લાગતું નથી. પદ્ધતિનો સાર જેણે આ અઠવાડિયે પ્રસ્તુત કરેલી છબીઓ મેળવવાનું શક્ય બનાવ્યું તે નીચે મુજબ છે: ઇલેક્ટ્રોન આયનાઇઝ્ડ અણુઓમાંથી છીનવી લેવામાં આવે છે અને વિશિષ્ટ ડિટેક્ટરને મોકલવામાં આવે છે. આયનીકરણની દરેક ક્રિયા ચોક્કસ સ્થિતિમાંથી ઇલેક્ટ્રોનને દૂર કરે છે અને "ફોટોગ્રાફ" માં એક બિંદુ આપે છે. આવા હજારો બિંદુઓ એકઠા કર્યા પછી, વૈજ્ઞાનિકોએ અણુના ન્યુક્લિયસની આસપાસ ઇલેક્ટ્રોન શોધવા માટે સંભવિત સ્થાનો દર્શાવતું ચિત્ર બનાવ્યું, અને આ, વ્યાખ્યા મુજબ, ઇલેક્ટ્રોન વાદળ છે.

નિષ્કર્ષમાં, વ્યક્તિગત અણુઓને તેમના ઇલેક્ટ્રોન વાદળો સાથે જોવાની ક્ષમતા એ આધુનિક માઇક્રોસ્કોપીના કેક પરનો હિમસ્તર છે. વૈજ્ઞાનિકો માટે સામગ્રીની રચનાનો અભ્યાસ કરવો, કોષો અને સ્ફટિકોનો અભ્યાસ કરવો મહત્વપૂર્ણ હતું અને ટેકનોલોજીના પરિણામી વિકાસથી હાઇડ્રોજન અણુ સુધી પહોંચવાનું શક્ય બન્યું. પ્રાથમિક કણ ભૌતિકશાસ્ત્રના નિષ્ણાતોના રસનું ક્ષેત્ર પહેલેથી જ ઓછું કંઈપણ છે. અને જીવવિજ્ઞાનીઓ, સામગ્રી વૈજ્ઞાનિકો અને ભૂસ્તરશાસ્ત્રીઓ પાસે હજી પણ માઇક્રોસ્કોપને સુધારવા માટે જગ્યા છે, અણુઓની પૃષ્ઠભૂમિની તુલનામાં સામાન્ય રીતે વિસ્તૃતીકરણ સાથે પણ. ન્યુરોફિઝિયોલોજિસ્ટ્સ, ઉદાહરણ તરીકે, લાંબા સમયથી જીવંત મગજની અંદરના વ્યક્તિગત કોષોને જોવા માટે સક્ષમ ઉપકરણ મેળવવા ઇચ્છતા હતા, અને માર્સ રોવર્સના નિર્માતાઓ તેમના આત્માને ઇલેક્ટ્રોન માઇક્રોસ્કોપ માટે વેચશે જે અવકાશયાનમાં બેસી શકે અને મંગળ પર કામ કરી શકે.