logo3.gif (702 bytes)

HOME


ක්‌වොන්ටාවේ කතාව 05
නොදැන කළ විප්ලවයෙන් උපන් ක්‌වොන්ටාව

මැක්‌ස්‌ ප්ලාන්ක්‌ට වෙනත් විකල්පයක්‌ නො තිබිණි. පරමාණුක දොaලකවල ශක්‌තිය අසන්තතික ව, කැටි ගැසී හෙවත් ක්‌වොන්ටීකරණය වී ඇතැයි ගැනීමට ඔහුට සිදු විය. ඒ ක්‌වොන්ටාවේ උපතයි. එහෙත් ඔවුන් සිතුවේ එය තාවකාලික පැලැස්‌තරයක්‌ කියා පමණි.

ලියන්නේ - සමිත ප්‍රසන්න හේවගේ

1900 ඔක්‌තෝබර් 19 වැනි දින බර්ලින්හි පැවැති ජර්මන් භෞතික විද්‍යාඥයන් ගේ හමුවක දී නැගී සිටි මැක්‌ස්‌ ප්ලාන්ක්‌ එහි තිබූ කළු ලෑල්ලේ සමීකරණයක්‌ ලිව්වේ ය. අනතූරුව අනෙක්‌ විද්වතුන් දෙසට හැරුණ ඔහු මෙසේ කීවේ ය. "මේ සමීකරණය කෘෂ්ණ වස්‌තු විකිරණයේ ව්‍යාප්තිය හරියට ම පැහැදිලි කරනවා". එදින රැයේ ම ඔවුහු ප්ලාන්ක්‌ ගේ සමීකරණය ඇත්තෙන් ම පරීක්‌ෂණාත්මක දත්තවලට ගැළපෙන්නේ දැයි දැඩි ලෙස පරීක්‌ෂා කළ හ. ඊළඟ දිනයේ ම ප්‍රතිඵලය ප්ලාන්ක්‌ට දැනුම් දෙනු ලැබිණි. "ඔබේ සමීකරණය මුළු සංඛ්‍යාත පරාසය පුරා සියලු පරීක්‌ෂණාත්මක දත්තවලට හරියට ම ගැළපෙනවා." භෞතික විද්‍යාඥයන්ට හිසරදයක්‌ වී තිබූ අර්බුදයෙන් ප්ලාන්ක්‌ භෞතික විද්‍යාව ගොඩදමා ඇත. එහෙත් ප්ලාන්ක්‌ ගේ සිතට සතුටක්‌ නැත. ඔහු ගේ සමීකරණයට කිසිදු භෞතික පදනමක්‌ නැති බව කාටත් වඩා හොඳින් ඔහු දනී. එය පරීක්‌ෂණාත්මක ව්‍යාප්තිය පැහැදිලි කිරීමට කළ හුදු ගණිත හරඹයක්‌ පමණක්‌ බව ඔහුට අමතක කළ නොහැකි ය.

මැක්‌ස්‌ අර්නස්‌ට්‌ ප්ලාන්ක්‌ (Max Ernest Planck) 1858 අප්‍රේල් මස උතුරු ජර්මනියේ කීල්හි දී උපත ලැබුවේ ය. මුල සිට ම දැඩි උත්සාහවන්තයකු වූ හෙතෙම මූලික අධ්‍යාපනය ලැබුවේ ජර්මනියේ මියුනික්‌ නුවර දී ය. භෞතික විද්‍යාඥයකු වන්නේ ද, සංගීතඥයකු වන්නේ ද යන දෙගිඩියාවකින් සිටි තරුණ ප්ලාන්ක්‌ පසු ව භෞතික විද්‍යාව තෝරාගත්තේ ස්‌වභාවධර්මයා වැඩ කරන විදිය දැනගැනීමට අවශ්‍ය යෑයි කියමිනි. එවිට ඔහු ගේ භෞතික විද්‍යා උපදේශකවරයා මෙසේ කීවේ ය. "පුතා.. හැබැයි භෞතික විද්‍යාවේ නම් සියලු වැදගත් දේවල් මේ වෙන කොට සොයාගෙන අවසන්".

පාසල් යන වියේ දී ජර්මනියේ ම 'හෙලම්හොල්ට්‌ස්‌ ලා ක්‌ලූසියස්‌ ලා' නිර්මාණය කළ 'ශක්‌ති නැසිය නොහැකි ය' යන ශක්‌ති සංස්‌ථිති නියමය ගැන ප්ලාන්ක්‌ට අසන්නට ලැබිණි. ඒ පිළිබඳ ඔහු පසුවේ කීවේ "එය මට දේව රහසක්‌ හෙළි වූවා මෙන් විය. මොකද මනුෂ්‍ය පැවැත්මෙන් තොර ව පවතින වෙනස්‌ නො වන විශ්වීය යථාර්ථය ගැන එයින් කියවෙන බැවිනි." එන්ට්‍රොපිය වැඩි වීම මූලික නිරපේක්‌ෂ නියමයක්‌ ය යන ක්‌ලූසියස්‌ ගේ මතයට ද ප්ලාන්ක්‌ ඇලී ගියේ ය. මෙසේ තරුණ වියේ සිට ම ඔහු යථාර්ථය විස්‌තර කරන නිරපේක්‌ෂ නියමයන් සෙවීම ආත්මය කොට ගත්තේ ය.

කෙසේ වුවත් ප්ලාන්ක්‌ දැන් වැටී ඇත්තේ අතිශය අසීරු තත්ත්වයකට ය. ඔහු ගේ සමීකරණයෙන් කෘෂ්ණ වස්‌තු විකිරණයේ ව්‍යාප්තිය හරියට ම පැහැදිලි කළත් එය කිසි භෞතික පදනමක්‌ නැති හුදු ගණිත හරඹයක්‌ පමණි. ඔහු කළේ විකිරණ ව්‍යාප්තිය දෙස බලා එයට ගැළපෙන ලෙස සංඛ්‍යාත හා ශක්‌ති ප්‍රමාණ අතර සම්බන්ධයක්‌ ලිවීමයි. (වෙන් ගේ සමීකරණය ද ඔහුට උදව් විය). එහෙත් එවැනි සමීකරණයක්‌ ලැබෙන්නේ ඇයි ද යන්න ඔහු දන්නේ නැත. ඔහු දැන් කළ යුතු වන්නේ ඔහු දන්නා භෞතික විද්‍යා නියම මගින් ඔහු ගේ මේ සමීකරණය ලබා ගැනීමයි. ඔහු මාස දෙකක්‌ ම දිවා රෑ නො බලා සිය සමීකරණයට භෞතික පදනමක්‌ සෙවීමට වෙහෙසුණේ ය. "ඒ සති කිහිපය මා ගේ ජීවිතයේ අතිශය ම වෙහෙසකර වූ කාලයයි." ප්ලාන්ක්‌ පසු ව කීවේ ය.

මැක්‌ස්‌වෙල් ගෙන් මෙන් ම හර්ට්‌ස්‌ ගෙන් ද ප්ලාන්ක්‌ දැනගෙන සිටි දෙයක්‌ වූයේ ආරෝපණ දෝලනය වීමෙන් (විද්යුත් ක්‌ෂේත්‍රයක්‌ වෙනස්‌ වීමෙන්) ආලෝකය වැනි සියලු විද්යුත් චුම්බක තරංග නිර්මාණය විය හැකි බවයි. එමෙන් ම ආරෝපණය දෝලනය වන සංඛ්‍යාතය ඉන් ඇති වන විද්යුත් චුම්බක තරංගයේ ද සංඛ්‍යාතය වේ. එලෙස කෘෂ්ණ වස්‌තුවෙන් (පොදුවේ රත් වූ ඕනෑ ම වස්‌තුවකින්) විකිරණ පිට වන්නේ රත් වීම හේතුවෙන් එහි බිත්තිවල ආරෝපණ ඇති වී ඒවා කම්පනය වීමෙන් බව ප්ලාන්ක්‌ කල්පනා කළේ ය. කෘෂ්ණ වස්‌තුවේ බිත්ති මෙසේ රත් වීමෙන් දෝලනය වන ආරෝපණ එකතුවකි. එක්‌ දෝලනයකින් එක්‌ තරංගයක්‌ පිට කළ ද බොහෝ ආරෝපිත දෝලකයන් ඇති බැවින් සමස්‌ත ව්‍යාප්තිය ම ලැබේ යන්න ප්ලාන්ක්‌ ගේ විශ්වාසය විය. මේ ආරෝපණවලට දෝලනය වීමට අවශ්‍ය ශක්‌තිය සපයන්නේ රත් කිරීම මගිනි. මේ දෝලක එක්‌ එක්‌ සංඛ්‍යාතවලින් දෝලනය වීම කෘෂ්ණ වස්‌තුවෙන් සංඛ්‍යාත පරාසයක ම තරංග විමෝචනය වීමට හේතුව යෑයි ප්ලාන්ක්‌ කීවේ ය.

මේ දෝලකවල දැඩි ගතියේ (Stiffness) වෙනස නිසා ඒවා වෙන වෙනස්‌ සංඛ්‍යාතවලින් කම්පනය වන බව ප්ලාන්ක්‌ තවදුරටත් සිතුවේ ය. ඉතා ඉහළ සංඛ්‍යාතවලින් මෙන් ම ඉතා අඩු සංඛ්‍යාතවලින් ද කම්පනය වන්නේ අඩු දෝලක ප්‍රමාණයකි. බහුතරයකට ඇත්තේ ඒ අතර සංඛ්‍යාත වේ. එහෙත් දැන් ප්‍රශ්නය නම් මේ දෝලක අතර ශක්‌තිය බෙදී යන්නේ කෙසේ ද යන්නයි. එනම්( කෘෂ්ණ වස්‌තුවට තාපය ලබා දෙන විට ඒ තාප ශක්‌තිය ඒ ඒ දෝලකය මගින් ලබාගන්නේ කෙසේ ද? ඒ ශක්‌තිය විසිරී යැම නිරූපනය කරන්නේ කෙසේ ද?

1588 පීසාහි ආසන දෙව්මැඳුරේ එල්ලා තිබූණු ලාම්පුව සුළඟට පැද්දෙන අයුරු බලා සිටි ගැලිලියෝ ගැලිලිට පෙනුණේ එය පැද්දෙන පරාසය (විස්‌තාරය) වෙනස්‌ වුවත් ආවර්ත කාලය (එසේ ම සංඛ්‍යාතය) එක ම බව ය. නූලකින් එල්ලා ඇති අවලම්බයක්‌ ගන්න. එහි කම්පන සංඛ්‍යාතය (මෙන් ම ආවර්ත කාලය) එම අවලම්බය සඳහා නියතයකි. කම්පන සංඛ්‍යාතය වෙනස්‌ වන්නේ අවලම්බයේ දිග වෙනස්‌ වුව හොත් පමණි. (f =[ (g/L)]/2). මේ අවලම්බයට තවත් ශක්‌තිය (තල්ලුවක්‌) ලබා දුන්නේ යෑයි සිතමු. දැන් එහි විස්‌තාරය වැඩි වන අතර කම්පන වේගය ද වැඩි වේ. එහෙත් එහි සංඛ්‍යාතය වෙනස්‌ වන්නේ නැත. තරංග ජනනය වන්නේ කම්පන මූලික කරගෙන බැවින් සහ එහි ගෙනයන්නේ ඒ කම්පනයේ ශක්‌තිය ම බැවින් තරංගයක ද ශක්‌තිය රඳා පවතින්නේ එහි විස්‌තාරය මත ය. එම නිසා ප්ලාන්ක්‌ට අනුව සිය ආරෝපිත දෝලක ද අවලම්බ මෙනි. ඒවායේ ශක්‌තිය මෙන් ම ඒවා මගින් ඇති කරනු ලබන විකිරණවල ශක්‌තිය ද දෝලකවල විස්‌තාරය මත පමණක්‌ රදා පවතී. එහෙත් ප්‍රශ්නය තාම විසදුණේa නැත. එනම්( තාපය සපයන විට කිනම් දෝලකය කෙතරම් විස්‌තාරයක්‌ (ශක්‌තියක්‌) ලබාගනී දැ යි කියන්නේ කෙසේ ද? දෝලක අතර ශක්‌තිය විසිර යන්නේ කෙසේ ද?

ප්ලාන්ක්‌ දන්නා සියලු උත්සාහයන් ගත්තත් හරි ගියේ නැත. එහෙයින් ඔහු ගේ අවසාන තුරුම්පුව වූයේ වසර දහයක්‌ පමණ තිස්‌සේ සිට ම ඔහු දැඩි ලෙස විවේචනය කරමින් සිටින සහ තදින් ම බැහැර කළ සිද්ධාන්තයකි. එය ලුඩ්විග් බෝල්ට්‌ස්‌මාන් ගේ (Ludwig Boltzmann) එන්ට්‍රොපි සිද්ධාන්තයයි. බෝල්ට්‌ස්‌මාන් ගේ එන්ට්‍රොපියට ප්ලාන්ක්‌ විරුද්ධ වුණේ එයින් එන්ට්‍රොපියේ (තාප ගතිකයේ දෙවැනි නියමයේ) නිරපේක්‌ෂභාවය ප්‍රතික්‌ෂේප කළ බැවින් සහ එහි බෝල්ට්‌ස්‌මාන් පරමාණුවල පැවැත්ම පිළිගන්නා බැවින් ය. වායු අණු අතර තාප ශක්‌තිය විසිර යැමට ඇත්තේ සම්භාවිතාවක්‌ ය යන්න බෝල්ට්‌ස්‌මාන් ගේ එන්ට්‍රොපියේ පදනම විය. එහි දී එන්ට්‍රොපිය වැඩි වීමට ඇත්තේ සම්භාවිතාවක්‌ පමණක්‌ වන අතර එන්ට්‍රොපිය අඩු වීමට ද ඉඩ ඇත. එනම් උෂ්ණත්වය අඩු තැන සිට වැඩි තැනට ද තාපය ගමන් කිරීමට ද ඉඩක්‌ ඇත.

දැන් ප්ලාන්ක්‌ට ද ආරෝපිත දෝලක අතර තාප ශක්‌තිය විසිර යැම නිරූපණය කිරීමට තමන් විසින් ම බැහැර කරන ලද බෝල්ට්‌ස්‌මාන් ගේ ක්‍රමය යොදාගන්නවා හැර විකල්පයක්‌ නැත. "ඒ වන තුරුම මම බෝල්ට්‌ස්‌මාන් ගේ එන්ට්‍රොපි සිද්ධාන්තට කිසිදු අවධානයක්‌ යොමු නො කෙළෙමි. කොටින් ම නිරපේක්‌ෂභාවය නැති සම්භාවිතාව යොදාගත් කිසිදු භෞතික විද්‍යා පැහැදිලි කිරීමක්‌ ගැන මා අවධානය යොමු කළේ නැත. මගේ මතය වූයේ නියමයන් මෙන් ම පැහැදිලි කිරීම් ද නිශ්චිත වූ නිරපේක්‌ෂ යථාර්ථය පදනම් කරගත යුතු බවයි." එමෙන් ම පරමාණුවට ද එරෙහි වූ ඔහු "දැන් මේ කවුරුත් පරමාණුකවාදයේ සාර්ථකත්වය ගැන මහා ඉහළින් දැඟලුවත් දිනක මෙය ස්‌ථිර ලෙස ම බොරුවක්‌ වී පදාර්ථය අනන්ත ලෙස බෙදිය හැකි ය යන්න තහවුරු වනවා නියතයි" යනුවෙන් 1882 දී කීවේ ය.

කෙසේ වෙතත් ප්ලාන්ක්‌ අවසානයේ අකැමැත්තෙන් වුව ද බෝල්ට්‌ස්‌මාන් ගේ විධික්‍රමය භාවිත කළේ ය. ප්ලාන්ක්‌ අවසන් පිළිතුර නැත හොත් සමීකරණය දනී. බෝල්ට්‌ස්‌මාන් වායු අණු අතර ශක්‌තිය විසිරි යැම සංඛ්‍යාන ව්‍යාප්තියකින් නිරූපණය කොට තිබූ අතර ප්ලාන්ක්‌ සිය දෝලක අතර ශක්‌තිය බෙදී යැමට ද එම ක්‍රමවේදය ම යෙදුවේ ය. එහෙත් බෝල්ට්‌ස්‌මාන් ගේ ක්‍රමයේ සියලු පියවරවල් අවසන් කිරීමට ප්‍රථම හෙවත් යම් දෝලකයක සමස්‌ත ශක්‌තිය එකතු කිරීමට කලින් ම අවශ්‍ය සමීකරණය ලබාගත හැකි බව ප්ලාන්ක්‌ට පෙනිණි. ඔහු දුටුවේ ඔහු ගේ දෝලක මගින් ශක්‌තිය ලබාගන්නේ (හෝ පිට කරන්නේ) අසංතතික ලෙස සහ ඒ අසංතතික ඒකක කොටසක ශක්‌තිය ඒ දෝලකයේ සංඛ්‍යාතයට සමානුපාතික ලෙසත් ගෙන අවශ්‍ය සමීකරණය ව්‍යqත්පන්න කළ හැකි බවයි. දෝලක මගින් ශක්‌තිය සන්තතිකව පිට කරන්නේ යෑයි ගත් විට අපරිමිත ශක්‌තියක්‌ ඇති ලෙස ගණනය වන අතර, රේලි සහ ජින් ගේ උත්සාහය අසාර්ථක වූයේ එබැවිනි.

යම් දෝලකයක්‌ f නම් සංඛ්‍යාතයකින් දෝලනය වේ නම් එමගින් පිට වන හෝ එයට අවශෝෂණය කළ හැකි හෝ අවම ශක්‌ති ප්‍රමාණය hf වේ. මෙහි h යනු සමානුපාතික නියතයයි. උදාහරණයක්‌ ලෙස( h =2 යෑයි ද, (h =2 යන්න සරල පැහැදිලි කිරීම සඳහා පමණිෆ) යම් දෝලකයක්‌ f = 10ක සංඛ්‍යාතයකින් දෝලනය වෙන්නේ යෑ යි ද සිතමු. දැන් මේ දෝලකය කම්පනය වීමෙන් පිට කළ හැකි අවම ශක්‌ති ප්‍රමාණය hf= 2x10=20ක්‌ වේ. මේ නිශ්චිත දෝලකය මිට අඩු ශක්‌තියක්‌ පිට කරන්නේ හෝ ලබාගන්නේ හෝ නැත. එනම් ඊට අඩු ශක්‌තියක්‌ පිට කරන ආකාරයේ කම්පනයක්‌ දෝලකයට තිබිය නොහැකි ය. දැන් මේ දෝලකයට අපි තාපය සපයා දෝලකයේ ශක්‌තිය වැඩි කරන්නේ යෑයි සිතමු. එහෙත් ප්ලාන්ක්‌ට අනුව එහි ශක්‌තිය වැඩි විය හැක්‌කේ 2hf, 3hf, 4hf, 5hf.... (40, 60, 80, 100,...) යන අගයන් ලබාගනිමින් පමණි. එනම් යහෙs පූර්ණ ගුණාකාර ලෙස පමණි. උදාහරණයක්‌ ලෙස 2hf හා 3hf අතර ශක්‌ති ප්‍රමාණයක්‌ (උදා: 70) මේ දෝලකයට (f සංඛ්‍යාතය සහිත) ලබාගැනීමට හෝ පිට කිරීමට හෝ නොහැකි ය. ඒ ආකාරයේ කම්පනයක්‌ නො පවතී. (*h වල පරික්‌ෂණාත්මක අගය 6.63x10-34 )



(රූපය 01 බලන්න)

තවත් විධියකින් කියන්නේ නම් ශක්‌තිය විස්‌තාරය මත රඳා පවතින බැවින් දෝලකයට තිබිය හැක්‌කේ hfහි පූර්ණ ගුණාකාර ලෙස ශක්‌තිය පිට කළ හැකි විස්‌තාරයන් පමණි. එය හරියට ඔන්චිල්ලාවකට පැද්දිය හැකි දුර 1 m, 2 m. 4 m වන අතර එයට 1ග5 පල 2ග3 ප වැනි අතරමැද දුරවල් එන ලෙස පැද්දිය නොහැකි ය කියන්නාක්‌ මෙනි. දෝලකවලට ශක්‌තිය ලබාගැනීමේ දී හෝ පිට කිරීමේ දී හෝ එක්‌කෝ ශක්‌තිය hfහි පූර්ණ ගුණාකාර විය යුතු ය. එසේ නැති නම් දෝලකවල ශක්‌ති වෙනසක්‌ නො වේ. ඒ අනුව පරමාණුක දෝලකවල ශක්‌තිය විවික්‌ත අසන්තතික අගයන් ගෙන්, කොටස්‌වලින්, හෙවත් මූලික ඒකකයන් ගෙන් තැනී ඇත. එම ඒකකයක්‌ ප්ලාන්ක්‌ විසින් ක්‌වොන්ටාවක්‌ (Quantum - ප්‍රමාණය හඳුන්වන ලතින් වචනය) ලෙස නම් කෙරුණි. ඒ ක්‌වොන්ටාවේ උපතයි.

මෙය එකල පිළිගත් භෞතික විද්‍යාවට සම්පූර්ණයෙන් පටහැනි විය. දෝලක ශක්‌තියට හෝ විස්‌තාරයට හෝ ඕනෑ ම අගයක්‌ තිබිය හැකි විය යුතු ය. ශක්‌තිය කුට්‌ටි ගැසී තිබිය නොහැකි ය. ලයිබ්නිට්‌ස්‌ පවැසුවේ 'ස්‌වභාවධර්මයා පිමි පනින්නේ නැත' යන්නයි. එය එසේ ද?

ලබන සතියේ ( 6 කොටස: එංගලන්තයේ දී අංශු වූ ජර්මනියේ දී තරංග වූ කැතෝඩ කිරණ

සමිත ප්‍රසන්න හේවගේ