logo3.gif (702 bytes)

HOME


ක්‌වොන්ටාවේ කතාව 04
භෞතික විද්‍යාව කෘෂ්ණ වස්‌තුවේ හිර වේ

රත් වූ වස්‌තුවලින් ආලෝකය ඇතුළු විකිරණ පිට වේ. මේ විකිරණ පිට වීම ප්‍රමාණාත්මක ව පැහැදිලි කිරීමට භෞතික විද්‍යා නියමවලට නොහැකි විය. දේව නියම යෑයි සිතූ ඒවායේ සීමා පැහැදිලි වන්නට විය.

ලියන්නේ - සමිත ප්‍රසන්න හේවගේ

එකක්‌ අනෙක නිසා ගොඩනැෙගන, විචලනය වන විද්යුත් හා චුම්බක ක්‌ෂේත්‍ර අවකාශයේ තරංගයක්‌ මෙන් පැතිර යන බවත්, ආලෝකය එවන් තරංගයක්‌ බවත් පෙන්වූ මැක්‌ස්‌වෙල් ගේ විශිෂ්ට සාධනය පසුගිය සතියේ ලිපියෙන් අපි දුටුවෙමු.

වරක්‌ රිචඩ් ෆෙයින්මන් මෙසේ කීවේ ය( "මා සිතන විදියට දහ නවවැනි සියවසේ සිදු වූ වැදගත් ම සිද්ධිය නම් මැක්‌ස්‌වෙල් ගේ විද්යුත් චුම්බකවාදයයි. ඒ දශකයේ ම සිදු වූ ඇමෙරිකානු නිදහස්‌ සටනේ වැදගත්කම ද එයින් මැකී යන තරම් ය". අයින්ස්‌ටයින් කීවේ මැක්‌ස්‌වෙල් ගේ විද්යුත් චුම්බකත්වය පිළිබඳ සිද්ධාන්ත ලෝකයේ ගමන් මග සම්පූර්ණයෙන් ම වෙනස්‌ කළ බවයි. මැක්‌ස්‌වෙල් ගේ සමීකරණවලින් වසඟ වූ බෝල්ට්‌ස්‌මාන් ඇසුවේ මේ සංකේත දෙවියන් ලිවූ ඒවා ද? යනුවෙනි.

මැක්‌ස්‌වෙල් වයස 48 දී (එනම්: 1879 දී) පිළිකාවකින් මිය ගියේ ය. දැඩි දේවවාදියකු වූ ඔහු කීවේ බයිබලය හා භෞතික විද්‍යාව ගැළපෙනවා පමණක්‌ නො ව, ඒ දෙක එකිනෙක තවත් සම්බන්ධ කළ යුතු බවයි. "මේ සියලු නිර්මාණයන් කිරීම ලෝකය දෙවියන් මවා ඇති ආකාරය පිළිබඳ කරන භාවනාවක්‌" යෑයි කී හෙතෙම තවත් අවස්‌ථාවක ලීවේ "සර්වබලධාරී දෙවියනි, ඔබ ලෝකය මවා එය ක්‍රියා කරවන ආකාරය අපට කියා දෙනු මැනව. එවිට අපට ස්‌වභාවධර්මය අභිබවා යමින් ඉන් උපරිම ප්‍රයෝජන ගත හැකියි". නිව්ටන් මෙන් ම මැක්‌ස්‌වෙල් ද දේව පදනමෙන් ගැලවුණේ නො වේ. කෙසේ වුවත් මැක්‌ස්‌වෙල් දහ නවවැනි සියවසේ විශිෂ්ටතම විද්වතා ලෙස සැලකේ.

මැක්‌ස්‌වෙල් මිය ගොස්‌ වසර 9කට පසු හෙන්රිච් හර්ට්‌ස්‌ (Heinrich Hertz) විසින් මැක්‌ස්‌වෙල් පුරෝකථනය කළ විද්යුත් චුම්බක තරංග නිපදවන ලදී. ප්‍රත්‍යාවර්ථ ලෙස විද්යුත් ක්‌ෂේත්‍රයක්‌ චලනය කොට නිපදවූ මේ තරංගය ඈතින් තිබූ තවත් සන්නායකයකට (ඇන්ටෙනාවකට) ග්‍රහණය කරගන්නා ලදී. මෙසේ ආලෝකය යන්න තරංගයක්‌ බව පරීක්‌ෂණාත්මක ව මෙන් ම සෛද්ධාන්තික ව ද තහවුරු කොට අවසන් බව ප්‍රකාශ විය. ආලෝකය යනු විද්යුත් හා චුම්බක ක්‌ෂේත්‍ර විචලනය වීමෙන් ප්‍රචාරණය වන තරංගයක්‌ බව දැන් කිසිවකුටත් සැකයක්‌ නැත. එසේ නම් විද්යුත් චුම්බක තරංග වන්නේ අපට පෙනීම ලබා දෙන ආලෝකය පමණක්‌ ද?

ආලෝකයට පෙනීම ලබා දෙනවාට අමතරව උෂ්ණත්වය ද ලබා දිය හැකි බව පහසුවෙන් නිරීක්‌ෂණය කළ හැකි විය. එනම් අලෝක කිරණ තාප ශක්‌තිය රැගෙන යයි. නිව්ටන් ප්‍රිස්‌මයක්‌ යොදාගනිමින් සුදු ආලෝකය වර්ණ හතකට ඛණ්‌ඩනය කළ බව අපි දෙවැනි ලිපියේ දුටුවෙමු. 1800 දී විලියම් හර්ෂල්ට (William Herschel) මේ එක්‌ එක්‌ වර්ණයන්හි උෂ්ණත්වය මැනගැනීමට අවශ්‍ය විය. ඒ වන විටත් වැඩිදියුණු කොට තිබූ රසදිය උෂ්ණත්වමානය ඔහු ඒ සඳහා යොදාගත්තේ ය. ඔහු දුටු දේ නම් දම් වර්ණයේ සිට නිල්, කොළ, කහ, තැඹිලි හරහා රතු වර්ණය දෙසට යන විට උෂ්ණත්වය එන්න එන්න ම වැඩි වන බවයි. එහෙත් ඔහු පුදුම වූයේ එයට නො වේ. එම රතු පැහැති ආලෝකයේ සීමාව අවසන් වුව ද උෂ්ණත්වය තවමත් පවතිනු දැකීමෙනි. එනම් සූර්ය ආලෝකයේ අපට පෙනෙන වර්ණ හතට අමතරව තාපය රැගෙන යන අපට නො පෙනෙන තවත් කිරණ විශේෂයක්‌ රතු ආලෝකයෙන් එහාත් ඇති බවයි. එය අධෝරක්‌ත (Infrared) කිරණ ලෙස නම් කෙරිණි. වසරකට පසු ජොහැන් රිටර් (Johann Ritter) සොයාගත්තේ දම් වර්ණයෙන් ඉවතට ද අපට නො පෙනෙන ලෙස සූර්ය වර්ණාවලිය විහිදී යන බවයි. එය පාරජම්බුල (Ultraviolet) කිරණ ලෙස නම් කෙරිණි. අපට සංවේදී (ආලෝකය) මෙන්ම සංවේදී නො වන (උදා: පාරජම්බුල කිරණ) මේ තාප ශක්‌තිය රැගෙන යන විද්යුත් චුම්බක තරංග පොදුවේ විද්යුත් චුම්බක විකිරණ (Electromagnetic Radiation) ලෙස හැඳින්වේ. අපි ඒවා කෙටියෙන් විකිරණ ලෙස හඳුන්වමු. (වේගයෙන් චලිත වන උප පරමාණුක අංශු ප්‍රවාහයන් ද අංශු විකිරණ -Particale Radiation- ලෙස හැඳින්වේ).

හිරු ගෙන් ආලෝකය පිට වනවා මෙන් ම රත් වූ වස්‌තුන් ද ආලෝකය පිට කරන බව බොහෝ කලක සිට ම දැන සිටි දෙයකි. 1859 වර්ෂයේ ජර්මන් ජාතික ගුස්‌ටාව් කර්චොෆ් (Gustav Kirchhoff) රත් වූ වස්‌තු මඟින් ආලෝකය ඇතුළු විකිරණ පිට කිරීම පිළිබද ගැඹුරු අධ්‍යයනයක නිරත විය. එහෙත් මේ සඳහා ඔහුට රත් වූ විට හොඳින් මුළු වර්ණාවලිය පුරා ම (හිරු මෙන් සියලු සංඛ්‍යාතවලින්) විකිරණ පිට කළ හැකි වස්‌තුවක්‌ අවශ්‍ය විය. ඔහු ගේ අදහස මෙසේ විය. ඉතා කුඩා සිදුරක්‌ සහිත හිස්‌ යකඩ බඳුනක්‌ ගන්න. මේ වස්‌තුව ඉහළ උෂ්ණත්වයකට රත් කළ හොත් ඇතුළත බිත්තිවලින් පිට වන ආලෝක මිශ්‍රණයක්‌ ලෙස අර සිදුරෙන් ඉවතට පැමිණේ. මේ ආලෝක කදම්බයේ ඒ තුළ නිපදවන මුළු වර්ණාවලිය ම අඩංගු විය යුතු ය. එසේ ම සාමාන්‍ය උෂ්ණත්වයේ ඇති විට මේ සිදුර තුළින් ආලෝක කිරණ යෑව්ව හොත් ඒවා නැවත පිටතට එන්නේ නැත. කිරණය ඇතුළත බිත්ති මගින් බොහෝ වාරයක්‌ පරාවර්තනය වී එම බිත්තිවලට අවශෝෂණය කරගනී. එහෙයින් එම සිදුරෙන් ඇතුළත බැලුව හොත් එය කළු පැහැයෙන් දිස්‌ වේ. එබැවින් කර්චොෆ් මෙවන් වස්‌තුවකට කෘෂ්ණ වස්‌තුවක්‌ (Black body) ලෙස නම් තැබී ය. කෙසේ වුවත් කර්චොෆ් මෙවන් වස්‌තුවක්‌ කිසි දාක නිපදවූයේ නැත. එය ඔහු ගේ කල්පිතයකි. එහෙත් පෝරණුවල යකඩ බඳුන් සාදන කුඹල්කරුවන් ගේ අත්දැකීම් මත කර්චොෆ් කීවේ යම් කෘෂ්ණ වස්‌තුවකින් පිට කරන විකිරණ ශක්‌ති ප්‍රමාණය (තාප තීව්‍ර්‍රතාව) රඳා පවතින්නේ එහි උෂ්ණත්වය මත පමණක්‌ බව ය. කෙසේ වුවත් සාමාන්‍ය ද්‍රව්‍ය විකිරණ පිට කිරීමේ දී, ශක්‌ති ප්‍රමාණය ඒ ද්‍රව්‍ය මත ද රඳා පවතී. ඒවා කල්පිත කෘෂ්ණ වස්‌තු විකිරණයට කෙතරම් ආසන්න ද යන්න ඒ ද්‍රව්‍යයේ විමෝචකතාව (Emissivity) නම් ගුණයෙන් ප්‍රකාශ වේ.

1880 වන විට ජර්මනිය තරගයක සිටියේ ඇමෙරිකාවට සහ එංගලන්තයට වඩා කාර්යක්‌ෂම ම විදුලි බල්බය නිර්මාණය කිරීමට ය. එහි දී බල්බයේ සූත්‍රිකාව කිනම් උෂ්ණත්වයකට රත් වුව හොත් උපරිම ආලෝකයක්‌ ලැබේ දැයි යන කාරණය වැදගත් විය. රත් වූ වස්‌තුවලින් පිට වන ආලෝක වර්ණාවලිය හෙවත් විකිරණවල ව්‍යාප්තිය හා ඒ වස්‌තුවල උෂ්ණත්වය පිළිබඳ පරීක්‌ෂණ සඳහා ප්‍රමුඛතාව හිමි විය.

සූර්යයා ගෙන් හෝ රත් වූ වස්‌තුවකින් හෝ පිට කරන ආලෝකය ඇතුළු විකිරණවල ව්‍යාප්තියක්‌ ඇත. මේ සමස්‌ත විකිරණයේ විවිධ සංඛ්‍යාතවලින් යුක්‌ත තරංග ඇත. නිව්ටන් ගේ ප්‍රිස්‌ම පරීක්‌ෂණයෙන් දුටු ලෙස ද වෙනත් වර්ණ යනු වෙනස්‌ සංඛ්‍යාතයන් ගෙන් යුක්‌ත තරංග ය. මේ විකිරණවල ව්‍යාප්තිය යනු යම් උෂ්ණත්වයක පවතින වස්‌තුවකින් පිට කරන ඒ ඒ සංඛ්‍යාතවලට අදාළව කෙතරම් විකිරණ ශක්‌ති ප්‍රමාණයක්‌ (විලියම් හර්ෂල් මුලින් ම මැන්න ලෙස තාප ශක්‌ති ප්‍රමාණයක්‌) පවතී ද යන්නයි. උදාහරණයක්‌ ලෙස සූත්‍රිකා විදුලි බල්බයක්‌ සලකමු. සාමාන්‍යයෙන් දැල්වූ විට සූත්‍රිකාවක උෂ්ණත්වය සෙන්ටිගේ්‍රඩ් 2,500ක්‌ පමණ වේ. ඉන් ආලෝකය ඇතුළු විකිරණ පිට වේ. මේ සමස්‌ත විකිරණය සංඛ්‍යාතයන් රැසක එකතුවකි (වර්ණ හත ද ඇතුළත් ව). ඇත්තෙන් ම යම් පරාසයක්‌ තුළ සියලු සංඛ්‍යාතයන් සන්තතික ව පවතී. දැන් මෙහි රතු වර්ණයෙන් (රතු පෙනුම ලබා දෙන සංඛ්‍යාතයෙන්) කෙතරම් ශක්‌ති ප්‍රමාණයක්‌ හෙවත් විකිරණ ප්‍රමාණයක්‌ ඇත් ද, නිල් වර්ණයෙන් කෙතරම් ශක්‌ති ප්‍රමාණයක්‌ ඇත් ද ලෙස ඒ ඒ සංඛ්‍යාතවලින් කෙතරම් ශක්‌ති ප්‍රමාණයක්‌ විමෝචනය වේ දැයි ව්‍යාප්තියක්‌ ලෙස (රූපය 1) ලබාගත හැකි ය. මෙය (පරිපූරක තත්ත්ව යටතේ) කෘෂ්ණ වස්‌තු විකිරණයේ ව්‍යාප්තිය ලෙස හැඳින්වේ. සූර්ය විකිරණයේ ව්‍යාප්තිය ද ආසන්න වශයෙන් ඉහත රූපයේ T= 5000 K වක්‍රයට සමාන වේ.

මේ ව්‍යාප්තියට අනුව සියලු සංඛ්‍යාතවලින් පිට වන්නේ එක හා සමාන තාප ශක්‌ති ප්‍රමාණයන් නො වේ. උපරිම ශක්‌ති ප්‍රමාණයක්‌ පිට කරන සංඛ්‍යාතයක්‌ ද ඇත. සංඛ්‍යාතය වැඩි වන විට යම් සංඛ්‍යාතයකට අනුරූප ශක්‌ති ප්‍රමාණය වැඩි වී උපරිම වී නැවත ක්‌ෂණික අඩු වීමකට ලක්‌ වේ (රූපය 1). කර්චොෆ් කී ලෙස එක ම උෂ්ණත්වයක පවතින මොන ම වර්ගයේ කෘෂ්ණ වස්‌තුවකින් වුවත් ලැබෙන්නේ එක ම ව්‍යාප්තියයි. 1839 දී ජර්මනියේ විලියම් වේයින් (Wilhelm Wien) නිරීක්‌ෂණය කළේ වස්‌තුවේ උෂ්ණත්වය වැඩි කිරීමේ දී අර උපරිම ශක්‌ති ප්‍රමාණයක්‌ ලබා දෙන සංඛ්‍යාතය වැඩි වන බවයි (රූපය 1). මෙමගින් යකඩයක්‌ රත් කරන විට ක්‍රමයෙන් එහි වර්ණය වෙනස්‌ වීම පැහැදිලි කළ හැකි ය. අඩු උෂ්ණත්වවල දී ද (කෙල්වින් බින්දුවට වැඩි) යකඩය විකිරණ පිට කළත් ඒ විකිරණ අප ගේ දෘශ්‍ය පරාසයේ නැත. උෂ්ණත්වය වැඩි වෙද්දී උපරිම ශක්‌ති ප්‍රමාණයක්‌ දෙන සංඛ්‍යාතය වැඩි වන බැවින් යකඩයේ වර්ණය රතු, තැඹිලි, කහ ලෙස වෙනස්‌ වේ. එනම්( අපට වඩාත් සංවේදී වන්නේ අර වැඩි ම ශක්‌ති ප්‍රමාණයට (ඒ අවට) අදාළ සංඛ්‍යාතයයි.

සූර්යයා ගේ මතුපිට උෂ්ණත්වය කෙල්වින් 5800ක්‌ පමණ වේ. සූර්යයා පූරණ කෘෂ්ණ වස්‌තුවක්‌ ලෙස ගත හොත් (එය එසේ වන්නේ ආසන්න ව පමණි) ඉන් උපරිම විකිරණ ශක්‌ති ප්‍රමාණයක්‌ නිකුත් වන්නේ ආසන්නයෙන් කොළ පැහැති වර්ණයට අදාළ සංඛ්‍යාතයෙනි. වායුගෝලය මඟින් සිදු වන අවශෝෂණය සහ වෙනත් හේතු නිසා පෘථිවිය මත දී මෙය වෙනස්‌ වේ.

එහෙත් දැන් ප්‍රශ්නය නම් මේ ව්‍යාප්තිය සෛද්ධාන්තික ව විස්‌තර කිරීමයි. එනම්( මේ ව්‍යාප්තියේ ගණිතමය සම්බන්ධතාව (සංඛ්‍යාතය සහ ශක්‌තිය අතර) ලබා ගැනීමයි. එනම් රත් වූ වස්‌තුවලින් විකිරණ මේ ලෙස විමෝචනය වන්නේ ඇයි? වෙයින් විසින් ම 1896 මේ පරික්‌ෂණාත්මක ව ලැබෙන ව්‍යාප්තියට ගැළපෙන පරිදි සංඛ්‍යාතය හා ශක්‌ති ප්‍රමාණය විචල්‍යයය ලෙස ගෙන ආනුභවික සූත්‍රයක්‌ නිර්මාණය කරනු ලැබිණි. ඉක්‌මනින් ම ලුමර් සහ ප්‍රින්ග්ෂීම් (Lummer & Pringsheim) පෙන්වා දුන්නේ එය පරීක්‌ෂණාත්මක ව්‍යාප්තියේ වැඩි සංඛ්‍යාතයන් සහිත කොටස සමඟ ගැළපුණත් අඩු සංඛ්‍යාතවල දී විශාල වශයෙන් අපගමනය වන බවයි. ආනුභවික ව නො ව භෞතික විද්‍යාවේ සිද්ධාන්ත ම යොදාගෙන මේ ව්‍යාප්තිය පැහැදිලි කිරීම සඳහා ගත් සියලු උත්සාහයන් අසාර්ථක විය. නියමයන්ට අනුව මෙසේ සංඛ්‍යාතය වැඩි වන විට විකිරණ ශක්‌ති ප්‍රමාණය වැඩි වී උපරිමයකට පැමිණ අඩු වීම සිදු විය නොහැකි ය. ඇත්තෙන් ම එය දිගට ම වැඩි විය යුතු ය. එනම්( සෛද්ධාන්තික ව විස්‌තර කළ හැක්‌කේ ව්‍යාප්තියේ අඩු සංඛ්‍යාත සහිත කොටස පමණි. භෞතික විද්‍යාඥයන්ට මෙය ඉවසාගත නොහැකි දෙයක්‌ විය. ඔවුනට අනුව භෞතික විද්‍යාව අර්බුදයක ය. එය කෘෂ්ණ වස්‌තුවේ සිර වී ඇත.

ලබන සතියේ : 5 කොටස: නො දැන කළ විප්ලවයෙන් උපන් ක්‌වොන්ටාව