1. எரிமக் கலன் - அட்டவணை
  2. சிலிக்கன் சில்லு செய்முறை - அட்டவணை
  3. காற்றில் மாசு கட்டுப்படுத்துதல் அட்டவணை
  4. இயற்பியல் பதிவுகள் தொகுப்பு-1. அட்டவணை
  5. காலத்தின் வரலாறு - அட்டவணை
  6. சோலார் செல் அட்டவணை

Wednesday, February 6, 2008

குவாண்டம் இயற்பியல்- 1. Quantum Physics-1

இந்த பதிப்பில், தனியாக ஒரு கருத்தை விளக்க முயற்சிக்கவில்லை. அதற்கு பதிலாக, பிற பதிப்புகளில் இருக்கும் சின்ன சின்ன கருத்துக்கள் அல்லது கேள்விகளுக்கு விளக்கம்/பதில் ஆகியவை சேர்ந்து இருக்கும்.

பாலி விதி/ Pauli's Exclusion Principle:இந்த விதி, புரோட்டான், மற்றும் நியூட்ரான்களுக்கும் பொருந்தும். பொதுவாக, ”பாலி விதி” ஃபெர்மியான் (Fermion) என்ற வகைத் துகள்களுக்கு பொருந்தும். இந்த பெயர், என்ரிகோ ஃபெர்மி/ Enrico Fermi என்ற இத்தாலிய விஞ்ஞானியின் பெயர் மூலம் வந்தது. இந்த துகள்கள் அனைத்தும் அரை சுழற்சி (half spin) கொண்டவை. சுழற்சி என்றால் என்ன என்று சரியாகத் தெரியவில்லை. ஆனால், இது நம் பம்பர சுழற்சி போல் இல்லை என்பது மட்டும் தெரியும்.

இது தவிர மற்ற துகள்கள், போஸான் (Boson) எனப்படும். இது இந்திய விஞ்ஞானி போஸ்/ Bose என்பவரின் பெயர் மூலம் வந்தது. (இந்த போஸ் வேறு, நாம் கடையில் வாங்கும் Bose speakers அமைத்த நிறுவனத்தின் சொந்தக்காரரான, அமெரிக்காவில் பல்கலைக் கழகத்தில் ஆராய்ச்சி செய்யும் போஸ் வேறு. இருவரும் இயற்பியலில் ஆராய்ச்சி செய்தவர்கள். ஆனால் வேறு வேறு காலத்தை சேர்ந்தவர்கள்). உதாரணமாக, ஒளியானது ‘ஃபோட்டான்'/ photon என்ற துகள் ஆகும். இதன் சுழற்சி பூஜ்யம். இவ்வாறு பூஜ்யம் அல்லது ஒன்று என்ற சுழற்சி கொண்ட, அதாவது முழு சுழற்சி கொண்ட துகள்கள், போஸான் ஆகும். இவற்றில் ஒரே ஆற்றல் மட்டத்தில் எவ்வளவு துகள்கள் வேண்டுமானாலும் இருக்கலாம்



ஆற்றல் மட்டங்கள்

நாம் ஆற்றல் மட்டங்களை E1, E2,E3 என்று டிரான்ஸிஸ்டர். சிலிக்கன் ஏன் ஒரு குறை கடத்தி என்ற பதிவில் எழுதினாலும், அவை சாதாரணமாக 1,2,3 என்றே அழைக்கப்படும். இதற்குள்ளும் பிரித்து, 1S, 2S,2P, 3S,3P,3D என்றெல்லாம் வகை வகையாக அழைக்கப்படும். 1S என்பதில் இரண்டு உள்பிரிவுகள் (sub division) உண்டு. அவை இரண்டும் ஏறக்குறைய சம ஆற்றல் கொண்டவை. அதனால், இரண்டையுமே 1S என்று குறிப்பிடலாம். இவற்றில் அதிக பட்சமாக (maximum) இரண்டு எலக்ட்ரான்கள் இருக்கலாம்.

பொதுவாக, எலக்ட்ரான்கள் குறைந்த ஆற்றல் உள்ள மட்டங்களிலேயே இருக்க முயற்சி செய்யும். அதனால், ஒரு அணுக்கருவில் முதலில் 1S ஆற்றல் மட்டத்தைதான், எலக்ட்ரான் சென்றடையும். உதாரணமாக, ஹைட்ரஜன் அணுவில் ஒரு புரோட்டான் அணுக்கருவில் இருக்கும். ஒரு எலக்ட்ரான் 1S ஆற்றல் மட்டத்தில் இருக்கும்.
ஹீலியம் அணுக்கருவில் இரண்டு புரோட்டான்கள் அணுக்கருவில் இருக்கும். (நியூடரான்களை இப்போதைக்கு மறந்து விடுவோம்). அதனால் இரண்டு எலக்ட்ரான்கள் ஹீலியம் அணுக்கருவை சுற்றி வரும். இவை இரண்டும் 1S ஆற்றல் மட்டத்தில் இருக்கும். (ஒவ்வொன்றும் 1Sஇன் ஒரு உள் பிரிவில் இருக்கும்).

லித்தியம் அணுக்கருவில் மூன்று புரோட்டான்கள் இருக்கும். இதைச்சுற்றி மூன்று எலக்ட்ரான்கள் இருக்கும். இரண்டு எலக்ட்ரான்கள், முதலில் சென்று 1S இல் உள்ள இரண்டு உள்பிரிவுகளிலும் இருக்கும். அடுத்து, மூன்றாவதாக வரும் எலக்ட்ரான் ‘ஹவுஸ் ஃபுல்' என்பதால் 1S பக்கம் போக முடியாது. 2S இல் சென்று தங்கும். (”தங்கும்” என்று சும்மா ஒரு பேச்சுக்கு சொன்னாலும், உண்மையில் அது அணுக்கருவை சுற்றிக் கொண்டுதான் இருக்கும். நின்று கொண்டு இருக்காது!)

இவ்வாறு உள்ளிருந்து எலக்ட்ரான்கள் நிரம்பிக் கொண்டு வரும். உதாரணமாக, ஹைட்ரஜன் அணுவில் 1S இல் ஒரு உள் பிரிவில் எலக்ட்ரான் இருக்கும். அது ‘நிரம்பிய ஆற்றல் மட்டம்' (Filled energy level) என்று சொல்லலாம். ஹைட்ரஜன் அணுவில், 1S இலேயே, ஒரு காலி உள்பிரிவும் இருக்கிறது. அது ‘காலியாக இருக்கும் ஆற்றல் மட்டம் (vacant energy level)” என்று சொல்லலாம். அது தவிர 2S, 2P போன்ற ஆற்றல் மட்டங்கள் எல்லாமே ”காலியான ஆற்றல் மட்டங்கள்” தான்.

இதே லித்தியம் அணுவை பார்த்தால், 1Sஇல் இரண்டு உள் பிரிவுகளும், 2Sஇல் ஒரு உள் பிரிவும் ‘நிரம்பிய ஆற்றல் மட்ட”மாகும். 2Sஇல் இருக்கும் இன்னொரு உள் பிரிவும், 2P, 3S, 3P ஆகியவை எல்லாம் ‘காலியான ஆற்றல் மட்டங்கள்' ஆகும்.
1S ஆற்றல் மட்டத்தில் இருக்கும் இரண்டு எலக்ட்ரான்களுக்கும் “ஏறக்குறைய” சம ஆற்றல்தான், மிகச் சரியாகப் பார்த்தால் சம ஆற்றல் கொண்டவை அல்ல. ஏனென்றால், பாலி விதிப்படி இரண்டு எலக்ட்ரான்களுக்கு சம ஆற்றல் இருக்க முடியாது.

2வது ஆற்றல் மட்டத்தில் அதிக ஆற்றல் கொண்ட எலக்ட்ரான்கள் இருக்கும். அதிக பட்சமாக 8 எலக்ட்ரான்கள் இருக்கலாம். அவற்றில் ஒன்றை ஒன்று ஒப்பிட்டுப் பார்த்தால், குறைந்த ஆற்றல் கொண்ட எலக்ட்ரான்கள் 2S என்ற மட்டத்திலும், கொஞ்சம் அதிகம் ஆற்றல் கொண்ட எலக்ட்ரான்கள் 2P என்ற மட்டத்திலும் இருக்கும்.

பொதுவாக, எலக்ட்ரான்கள் குறைந்த ஆற்றல் உள்ள மட்டங்களிலேயே இருக்க முயற்சி செய்யும். (இதற்கும் காரணம் தெரியாது. இதுவரை எந்தப் புத்தகத்திலும் தெளிவான விளக்கத்தைப் பார்த்ததில்லை). உதாரணமாக, ஒரு அணுவில் 1S ஆற்றல் மட்டம் நிறைந்த பிறகு, இன்னொரு எலக்ட்ரானை சேர்த்தால், அது 2Sக்கு தான் செல்லும். 3S அல்லது 3P க்கு செல்லாது. அப்படியே போனாலும், அதிக நேரம் தங்காது. விரைவில் 2S க்கு வந்துவிடும்.

18 comments:

Anonymous said...

Excellent Job ! Keep it up !

-ram

Badri said...

எலெக்ட்ரான்கள் மட்டுமல்ல, அனைத்து பொருள்களுமே குறைந்த ஆற்றல் மட்டத்தில் இருக்கவே முயற்சி செய்யும். கிளாசிகல் இயக்கவியலில் ஒரு மேடும் பள்ளமுமான பரப்பை எடுத்துக்கொள்ளுங்கள். ஒரு பந்தை உருட்டி விடுங்கள். பந்து ஒரு குழிக்குள் வந்து உட்கார்ந்துகொள்ளும். குழி என்பது குறைந்த பொடென்ஷியல் ஆற்றல் உள்ள ஓரிடம். அந்தக் குழு ஒரு லோகல் மினிமா, குறைமம். அந்தப் பந்துக்கு சற்றே அதிகமான ஆற்றலைக் கொடுத்து அந்தக் குழியிலிருந்து தூக்கி, தள்ளிவிட்டால் அது மீண்டும் உருள ஆரம்பித்து மற்றொரு குழியை நோக்கிச் செல்லும். அந்தக் குழி, அப்போதைக்கு, குறைந்த ஆற்றல் கொண்ட ஓரிடம். ஆங்காங்கே உள்ள சிறுசிறு குறைமப் புள்ளிகளில் தங்கிவிட்டு, முடிந்தால் அடிமட்டமான குறைமப் புள்ளியை நோக்கிச் செல்வதே அந்தப் பந்தின் நோக்கமாக இருக்கும்.

ஓர் அணுக்கருவைச் சுற்றி வரும் ஓர் எலெக்ட்ரானுக்கும் இதே நிலைதான் ஏற்படுகிறது. அதன் பொடென்ஷியல் ஆற்றல் மிகக் குறைவாக இருப்பது, அது அந்த அணுக்கருவுக்கு மிக அண்மை நிலையில் இருக்கும்போதுதான்.

ஆனால் இங்கே கேள்வி, ஏன், ஒரு பொருள் மிகக்குறைந்த பொடென்ஷியல் ஆற்றல் உள்ள நிலைக்குச் செல்லவேண்டும்? ஏன் அதிக ஆற்றலுடன் இருந்துகொண்டே இருக்கக்கூடாது என்பது? அதிக ஆற்றல் என்பது நிலையற்ற இடம். ஏனெனில் வாய்ப்பு இருந்தால், சிறிது ஆற்றலை இழந்து மற்றொரு நிலைக்குச் செல்லமுடியும். எல்லாப் பொருள்களும் நிலையான இடத்தை நோக்கிச் செல்ல விரும்புவதற்குக் காரணம் இதுதான். சம மட்டத்தில் இருக்கும் ஒரு பந்தை சற்றே தள்ளினால் அது ஓடிக்கொண்டே இருக்கும். ஆனால் ஒரு குழிக்குள் இருக்கும் பந்தை சற்றே அசக்கினால் அது மீண்டும் குழியின் அடிப்பாகத்துக்கு வந்து நிலையாக நின்றுவிடும். ஸ்டபிலிட்டி - நிலைத்தன்மை என்பது அனைத்து ஆற்றல் சிஸ்டத்துக்கும் தேவையான ஒன்றாக உள்ளது. இந்த நிலைத்தன்மை இல்லாவிட்டால் அந்த சிஸ்டம் முற்றிலுமாக மாறி வேறு ஒன்றாகிவிடுகிறது.

இயல்பில் ஒவ்வொரு சிஸ்டத்துக்கும் - பொருள்களின் குழுமம் என்று வைத்துக்கொள்ளுங்கள் - நிலையான ஓரிரு (அல்லது சில) வடிவங்களும் நிலையற்ற எண்ணற்ற வடிவங்களும் உள்ளன. அந்தக் குழுமம் பல்வேறு வடிவங்களை எடுத்துப் பார்க்கின்றன. எங்கு நிலைத்தன்மை அதிகமாக உள்ளதோ அதைப் போய் அடைகின்றன.

====
இது முழுமையான பதிலா, புரிகிறதா என்று தெரியாது! எனக்குப் புரிந்த அளவுக்கு விளக்கியுள்ளேன்.

S. Ramanathan said...

நன்றி அனானி(ram), பத்ரி.

பத்ரி,நீங்கள் சொல்வது சரிதான். சாதாரணமாக, நிலையான(stable equilibrium), நிலையற்ற (non equilibrium) மற்றும் அரைகுறையான(unstable equilibrium) நிலைகளை இவ்வாறு விளக்குவார்கள். ஒரு மலை போல, பள்ளம் போல, சம தளம் போல படங்கள் வரைந்தும் சொல்லலாம்.

எனக்கு புரியாதது எது என்றால், “ஏன் ஆற்றல் அதிகமாக இருந்தால் அது நிலையற்ற இடம்? அது ஏன் அதிக ஆற்றலை இழந்து இன்னொரு நிலைக்கு செல்ல வேண்டும்?”. இதற்கு anthropic principle (தமிழ்ப் பதம் என்ன?) படி பதில் சொன்னால், “இல்லாவிட்டால், இந்த உலகம், அண்டம், நாம் எல்லாம் இருக்க மாட்டோம்” என்று சொல்லலாம். அது சரிதான். ஆனால், இதை காரணம் என்று ஏற்க மனம் மறுக்கிறது. ”ஆற்றல் அதிகமான இடம் நிலையற்றது” என்பதற்கு ஒரு அடிப்படைக் காரணம் (fundamental reason) தெரியவில்லை.

அதே சமயம், ”இதுதான் அடிப்படை, இதற்கு கீழே அடிப்படை என்று எதுவும் கிடையாது” என்று சொன்னால் கொஞ்சம் சந்தேகத்துடன் தற்காலிகமாக ஏற்றுக்கொள்வேன் :-) எங்காவது ஒரு இடத்தில் “அடிப்படைக் காரணம்” என்பது முடிய வேண்டும் அல்லவா?

Badri said...

ராமநாதன்: நீங்கள் சொல்வது புரிகிறது. கணக்கைக் கொண்டுவராமல், ஆற்றல் அதிகம் உள்ள நிலை ஏன் நிலையற்றது என்பதி விளக்க முயற்சி செய்கிறேன்.

அதற்குமுன், நிலையற்ற அமைப்பு ஏன் ஒத்துவராது என்ற கேள்வியை முன்வைப்போம். எப்போதும் பல்வேறு விசைகளால் இயங்கிக்கொண்டிருக்கும் ஒரு சிஸ்டத்தில் ராண்டமாக சில வெளிக்காரணிகள் சிறு மாறுதல்களை (perturbations) ஏற்படுத்தும். இந்த மாறுதல்களால் அதுவரையில் நிலையில் உள்ள ஒவ்வொரு பொருளும் சற்றே மாறுபட்டு, மீண்டும் புதிய நிலை வடிவத்தை அடையும். இந்தப் புதிய சமநிலை, பழைய சமநிலையாகவே இருந்தால் நமக்குக் கிடைப்பதுதான் நிலையான சமநிலை - stable equilibrium.

நீங்கள் கேட்கும் கேள்வியை இப்படி மாற்றி அமைக்கலாம். நிலையான சமநிலையில் இருக்கும் ஒரு சிஸ்டத்தின் ஆற்றல் நிலை, உள்ளதிலேயே குறைவானதாக இருக்குமா? அந்தச் சமநிலையிலிருந்து சற்றே நகர்த்தப்பட்ட சிஸ்டத்தின் ஆற்றல் நிலை, நிலையான சமநிலையிலிருக்கும் ஆற்றல் நிலையைவிடச் சிறிய அளவேனும் அதிகமாக இருக்கும் என்று நிரூபிக்க முடியுமா?

இவற்றை நிரூபித்துவிட்டால் போதுமல்லவா?

இதைச் செய்வது கடினமான விஷயமல்ல. ஆனால் கணிதத்தை உள்ளே கொண்டுவரவேண்டும்.

S. Ramanathan said...

நன்றி பத்ரி. தெளிவாக சொல்லி இருக்கிறீர்கள். கணிதம் தேவையில்லை. நீங்கள் சொல்வது புரிகிறது. இது வெளிக்காரணிகள் இருக்கும் பொழுது சரியே.

தனி (isolated) ஹைட்ரஜன் அணுவில், அதிக ஆற்றல் மட்டத்தில் இருக்கும் எலக்ட்ரான் ஏன் கீழே வர வேண்டும்? எனக்கு தெரிந்த வரை, குவாண்டம் இயற்பியலின் `zero point motion' ( Heisenburg Uncertainity principle/ ஹைசன்பர்க் நிச்சயமற்ற கொள்கை?)மூலம் இதை விளக்க முடியாது என்று நினைக்கிறேன். ஆனால் இந்த குறிப்பிட்ட pointஇல் எனக்கு அவ்வளவு தெளிவாக இல்லை. உங்கள் கருத்தை/விளக்கத்தை கேட்க ஆவலாக இருக்கிறேன்.

Badri said...

தனி ஹைட்ரஜன் அணுவிலும் அணுக்கரு அந்த எலெக்ட்ரானைப் பிடித்து இழுக்கும் விசை உள்ளதே? அதன் விளைவாகவே, அந்த எலெக்ட்ரான், மிகக்குறைந்த ஆற்றல் நிலை உள்ள 1s சுற்றில் இருக்கிறது, இல்லையா?

வெளியிலிருந்து ஒரு ஃபோடான் அந்த எலெக்ட்ரான் மீது விழும்போது, அந்த எலெக்ட்ரான் அந்த ஃபோடானை விழுங்கி, ஒரு தாவு தாவி, அடுத்த சுற்றுக்குச் செல்கிறது.

இங்கு ஒரு வித்தியாசம், கிளாசிகல் இயக்கவியலில் மேடு பள்ளத்தில் உருளும் பந்தின்மீது எவ்வளவு சிறிய அளவிலுமான ஆற்றலை உள் செலுத்தமுடியும் என்று நம்புகிறோம். குவாண்டம் இயக்கவியலில் குறைந்தபட்சம் 'ஒரு' முழு ஃபோடானாகத்தான் இருக்கும். அப்படி ஒரு ஃபோடான் உள்ளே வந்தால், எலெக்ட்ரான் ஒரு சுற்றிலிருந்து அடுத்த சுற்றுக்குத் தாவிவிடும். இருந்தாலும் விளைவு, மேடு பள்ளத்தில் உருளும் பந்துக்கு என்ன ஆகிறதோ அதைப்போன்றதுதானே? அந்த ஃபோடானை மீண்டும் தள்ளிவிட்டுவிட்டு, குறைந்த ஆற்றல் நிலைக்கு வந்துசேரவேண்டியதுதானே?

S. Ramanathan said...

பத்ரி, இது இன்னமும் எனக்கு விளங்கவில்லை. கீழிருக்கும் சூழ்நிலையைக் கவனியுங்கள்.

1. அணுக்கரு எலக்ட்ரானைப் பிடிக்கும் விசையால் அது உள் ஆரத்தில் இருக்கிறது.
2. இப்போது ஒரு போட்டான் (சரியான ஆற்றலில்) அணுவின் மேல் விழுந்து எலக்ட்ரானை மேலிருக்கும் ஒரு “அனுமதிக்கப் பட்ட ஆற்றல் மட்டத்திற்க்கு” அனுப்புகிறது.
3. இந்த எலக்ட்ரான் ஏன் கீழ் இருக்கும் ஆற்றல் மட்டத்திற்கு வர வேண்டும்? அது அங்கேயே இருந்தால் என்ன? வெளியில் இருந்த அதன் பின் எந்த perturbationம் கிடையாதே.

பின்னூட்டத்தில் ஒரு பின் குறிப்பு :-) அந்த போட்டான் சரியான ஆற்றலில் வராமல் , கொஞ்சம் குறைந்த ஆற்றலில் வந்தால், எலக்ட்ரான் ‘கண்டு கொள்ளாமல்' இருக்காது. அந்த நிலையில், ஷ்ரோடிங்கர் சமனிலை (Schroedinger Equation) படி virtual levels என்ற ‘தற்காலிகமான ஆற்றல் மட்டங்கள்' உருவாகும். எலக்ட்ரான் அந்த தற்காலிக ஆற்றல் மட்டத்தில் செல்லும். ஆனால், குறைந்த நேரத்தில், ‘நிரந்தர' ஆற்றல் மட்டத்திற்கு வந்து விடும். இதை, ஹைசன்பர்க் சமன்பாடில் del-E * del-T = h/2 pi என்று சொல்லலாம். இங்கு del-E என்பது, ‘தற்காலிக ஆற்றல் மட்டத்திற்கும், அருகில் இருக்கும் நிரந்தர ஆற்றல் மட்டத்திற்கும் இடையில் இருக்கும் வேறுபாடு'. del-T என்பது தற்காலிக ஆற்றல் மட்டத்தில் இருக்கும் நேரம்.

இதன் படி, எலக்ட்ரான் நிரந்தர ஆற்றல் மட்டத்தில் சுற்றும் பொழுது, del-E என்பது பூஜ்யம். அதனால், del-T என்பது infinity ஆகும். எனவே அங்கு நிரந்தரமாக சுற்ற முடியும்.

பின்னூட்டம் எங்கோ போகிறது. மூன்றாவது புள்ளியில் இருக்கும் கேள்விக்கு உங்கள் விளக்கத்திற்கு காத்திருக்கிறேன்.

Venkat said...

ராமநாதன் - பத்ரியின் பதிவிலிருந்த பரிந்துரையைப் பார்த்துவிட்டு இங்கே வந்தேன். அவசரமாகப் படித்து அவசரமாக எழுதுகிறேன்.

>2. இப்போது ஒரு போட்டான் (சரியான ஆற்றலில்) அணுவின் மேல் விழுந்து எலக்ட்ரானை மேலிருக்கும் ஒரு “அனுமதிக்கப் பட்ட ஆற்றல் மட்டத்திற்க்கு” அனுப்புகிறது.
3. இந்த எலக்ட்ரான் ஏன் கீழ் இருக்கும் ஆற்றல் மட்டத்திற்கு வர வேண்டும்? அது அங்கேயே இருந்தால் என்ன? வெளியில் இருந்த அதன் பின் எந்த perturbationம் கிடையாதே.

இதை விளக்க வாழ்நேரம் (Lifetime) கருத்துருவாக்கம் தேவை. அனுமதிக்கப்பட்ட பாதை என்றாலும் அது அந்த அணுவின் (ஹைட்ரஜனின்) இயல்நிலை (Equillibrium state) அல்ல, அது உயர்நிலைதான் (Excited state).

குவாண்டம் எந்திரவியல் விதிகளின்படி எல்லா நிலைகளுக்கும் வாழ்நேரம் உண்டு. இயல்நிலையின் அறுதியில்லா வாழ்நேரத்தைக் (infinite lifetime) கொண்டது. மற்றெல்லா நிலைகளுக்கும் அறுதியான நேரம்தான் சாத்தியம், அந்நேரத்தின் பின் அவை இயல்நிலைக்குத் திரும்பியாக வேண்டும். (அப்படித் திரும்பும்பொழுது உயர்நிலைக்கும் இயல்நிலைக்கும் இடையே உள்ள ஆற்றல் வித்தியாசம் ஏதாவது ஒருவழியில் செலவிடப்படுகிறது. நிறமாலை சாத்தியமற்ற பெயர்வுகளில் (Spectroscopically forbidden transitions) எந்தவித போட்டானும் உற்பத்தியாகமல் போனான் (phonon) வடிவில் வெப்பமாகச் செலவிடப்படும்.

இந்த வாழ்நேரம் கருத்துருவாக்கம் லேசர் இயற்பியலில் மிகவும் முக்கியமான ஒன்று. இதைப் பற்றி கொஞ்சம் எழுதத் தொடங்கி ஜீவனில்லாமல் நின்றுகிடக்கிறது.

http://iyarpiyal.org/?item=13&catid=4

மா சிவகுமார் said...

ராமநாதன், பத்ரி, வெங்கட்,

செறிவான விவாதத்துக்கு நன்றி.

இயற்பியல் கணக்குகளும் நுணுக்கங்களும் அவ்வளவாகப் புரியா விட்டாலும் குவாண்டம் தத்துவங்களை புரிந்து கொள்ள முயற்சித்திருக்கிறேன்.

ராமநாதன் கேட்கும் கேள்வி, 'ஏன் தாழ்ந்த ஆற்றல் நிலைதான் எலக்ட்ரானுக்கு இயல்பாக இருக்கிறது? உயர் ஆற்றலைப் பெற்று விட்டால் கூடிய விரைவில் அதைத் தொலைத்து விட்டு பழைய நிலைக்கு ஏன் திரும்பி வந்து விடுகிறது?'.

எனக்கு என்ன தோன்றுகிறது என்றால், தாழ்ந்த ஆற்றல் நிலை என்பது எலக்ட்ரானின் இயல்பு என்று சொல்லி விட முடியாது. அதே எலக்ட்ரான் ஒரு அணுவிலிருந்து விடுபட்டு (அதற்கு வேண்டிய ஆற்றல் கிடைக்கும் போது), இன்னொரு அணுவினுள் நுழைந்தால் அதன் ஆற்றல் நிலை அந்த அணுவின் அமைப்பைப் பொறுத்துதான் அமைகிறது. சற்று முன் இருந்த அணுவில் என்ன ஆற்றல் நிலை இயல்பாக இருந்தது என்பதற்கும் புதிய அணுவினுள் எங்கு நிலைபெறுகிறது என்பதற்கும் எந்த தொடர்பும் கிடையாது. சரிதானே?

ஒரு அணுவின் துகள்களின் அமைப்பில் குறிப்பிட்ட ஆற்றல் நிலையில் ஒரு எலக்ட்ரான் இருந்தால் மட்டும்தான் அந்த அமைப்பு நிலையாக இருக்கும். அதை பூர்த்தி செய்வதுதான் எலக்ட்ரான்களின் நடனமாக அமைகிறதோ!

அன்புடன்,
மா சிவகுமார்

S. Ramanathan said...

நன்றி வெங்கட், மா. சிவா.

வெங்கட், உங்கள் பதிப்பையும் படித்தேன். உள்வாங்கல், உமிழ்தல் ஆகியவற்றை, ஆற்றல் மட்டங்கள் கருத்தைக் கொண்டு நன்றாக விளக்கி இருக்கிறீர்கள். உங்கள் தமிழாக்கமும் நன்றாகவே இருக்கிறது. பாராட்டுக்கள்! எனது சொந்த மொழிபெயர்ப்பில் சில சமயம் சரியாக வருவதில்லை.

இங்கு விவரத்திற்கு: ”ஏன் ஒரு பொருள் ஆற்றல் குறைந்த இடத்தில் ஒரு வழியாக இருக்க வேண்டும். ஏன் அது அதிக ஆற்றல் இருக்கும் மட்டத்தில் settle ஆகக் கூடாது” என்பதற்கு, “ஆற்றல் மட்டம் குறைந்த இயல்பான இடத்தில்தான் அது அறுதி இல்லா வாழ் நேரம் இருக்கும். இல்லாவிட்டால், வாழ் நேரம் குறிப்பிட்ட அளவுதான் இருக்கும்” என்று விளக்கி இருக்கிறீர்கள். நன்றி.

இயல்பான அடுத்த கேள்வி, “ஏன் அது அதிக ஆற்றல் மட்டத்தில் வாழ் நேரம் குறிப்பிட்ட அளவுதான் இருக்கிறது?”. அறுதி இல்லா நேரம் இருந்துவிட்டு போகட்டுமே?


லேசர் பற்றி, நிறைய நாள் முன்பு படித்திருக்கிறேன், பெரும்பாலான விஷயங்களை மறந்தும் விட்டேன். Life time, population inversion, Bosons எல்லாம் ஏதோ அரைகுறையாக நினைவுக்கு வருகிறது. நேரம் கிடைத்தால், பதிவு இடுங்கள், படித்து தெரிந்து கொள்கிறேன். ஆங்கிலத்தில் அது கிடைக்கும் என்றாலும், தமிழில் படிக்கும் பொழுது நன்றாகத்தான் இருக்கிறது.


மா. சிவா. நீங்கள் கூறுவது சரியே. அதை ஒரு குறிப்பிட்ட எலக்ட்ரானின் இயல்பு என்று கூற முடியாது. ஒரு எலக்ட்ரான் போட்டானை உள்வாங்கினால், அதிக ஆற்றல் கொண்டு இருக்கும். இங்கு விவாதம்/ கருத்து பரிமாற்றம் என்ன என்றால், “அதிக ஆற்றல் மட்டத்தில் இருக்கும் எலக்ட்ரான், குறைந்த ஆற்றல் மட்டத்தில் காலி இடம் இருந்தால், ஏன் கீழே வர வேண்டும்” என்பது. “குறைந்த ஆற்றல் மட்டத்தில் காலி இடம் இருந்தால்” என்ற condition இதுவரை வெளிப்படையாக (explicit) எழுதாமல், புரிந்து கொண்டு, இந்த கருத்து பரிமாற்றம் நடக்கிறது. வெங்கட்டின் விளக்கம், ‘அதிக ஆற்றல் மட்டத்தில் அதிக நேரம் இருக்க முடியாது” என்பது.

Anonymous said...

ஒரு அணுவில் இருக்கும் எலக்ட்ரான் எப்போதும் அணுக்கருவிலிருக்கும் புரோட்டனின் மின்புலத்திலேயே இருக்கிறது. மேலும் (ஹைட்ரஜன் அணுவில்)புரோட்டானுக்கும் எலக்ட்ரானுக்கும் இடையே இருக்கும் தூரத்தை நிர்ணயம் செய்வது (புறக்காரணிகளின் தாக்கங்கள் இல்லாத போது) அவற்றுக்கிடையே இருக்கும் மின்னிலைம விசைகளே(electrostatic forces).
இப்போது ஒரேஒரு புரோட்டானைச்சுற்றி ஒரு எலக்ட்ரானை சுழல விடும்போது அவ்வொருபுரோட்டான் ஒரு எலக்ட்ரான் அமைப்பிற்கான(system) நிலையாற்றல்(potential energy) அவ்வற்றுக்கிடையேயுள்ள தூரத்திற்கு எதிர்விகிதத்தில்(inversely proportional) இருப்பது அறிந்ததே. ஆனால் தூரம் சுழியாகவோ அல்லது எண்ணிலடங்காததாகவோ(infinite) இருந்தால் அது அணுவாகவே இருக்காது என்பதும் அறிந்ததே.

ஒரு புரோட்டான் ஒரு எலக்ட்ரான் அமைப்பினை சுழிநிலையில்(ground state) வைத்திருப்பதற்கான குறைந்த நிலையாற்றலை(மின்) நிர்ணயம் செய்வது அவையிரண்டுக்குமிடையே இருக்கும் தூரம் அல்லது சுழன்று கொண்டிருக்கும் எலக்ட்ரானது கூட்டின் ஆரம்.

இந்நிலையில் அவ்வெலக்ட்ரான் கொதிநிலையான(excited state) இரண்டாவது கூட்டிற்குச் செல்லுமானால் இவ்வொரு புரோட்டான் ஒரு எலக்ட்ரான் அமைப்பின் மின்னிலையாற்றல் அதிகரிக்கிறது (எண்மதிப்பில் குறைந்தாலும் ஈர்ப்பு விசையினால் உள்ள "-" மொத்த ஆற்றலை அதிகரிக்கச் செய்கிறது). இது அவ்வமைப்பின் மொத்த ஆற்றலை சுழிநிலையிலிருந்து கொதிநிலையில் வைக்கிறது. மேலும், புரோட்டானின் ஈர்ப்பின் காரணமாக மீண்டும் தனது முதல் கூட்டிற்கு அவ்வெலக்ட்ரான் மீத ஆற்றலை உமிழ்ந்துவிட்டு கொதிநிலையிலிருந்து சுழிநிலைக்கு வருகிறது.

ஆனால், வாழ்க்கை எப்போதும் சுலபமாகவே இருப்பதில்லை, ஹைட்ரஜன் அணுவிலிருந்து ஹீலியம் அணுவிற்குச்(இரு புரொட்டான் இரு எலக்ட்ரான் அமைப்பிற்க்கு) செல்லும் போது நீங்கள் முன்னரே பதிவுகளில் குறிப்பிட்டிருப்பது போல எலக்ட்ரானின் சுழற்சி ஒரு காரணியாக பிந்து சித்தாந்தத்தின் துணையுடன் உள்நுழைந்து அமைப்பின் சுழிநிலைஆற்றலை நிர்ணயம் செய்கிறது.

S. Ramanathan said...

விளக்கத்திற்கு நன்றி அனானி. கொஞ்சம் புரிகிற மாதிரி இருக்கிறது. நானும் இன்னம் கொஞ்சம் படித்து விட்டு மீண்டும் விவாதத்திற்கு /கருத்து பகிர்விற்கு வர வேண்டும் என நினைக்கிறேன்.

CT said...

You made me to search my 1989 12th grade Chemistry notes. I need to read n depth about pauli's exclusion principle.Let me try my best with the little bit knowledge . This may not be a right answer also it is not something we all don't know but may help us to search for an answer in a differnt place of science........

---அதிக ஆற்றல் மட்டத்தில் இருக்கும் எலக்ட்ரான், குறைந்த ஆற்றல் மட்டத்தில் காலி இடம் இருந்தால், ஏன் கீழே வர வேண்டும்” என்பது. “குறைந்த ஆற்றல் மட்டத்தில் காலி இடம் இருந்தால்” என்ற condition இதுவரை வெளிப்படையாக (explicit) எழுதாமல், புரிந்து கொண்டு, இந்த கருத்து பரிமாற்றம் நடக்கிறது. வெங்கட்டின் விளக்கம், ‘அதிக ஆற்றல் மட்டத்தில் அதிக நேரம் இருக்க முடியாது” என்பது.--

In Kinetics ( or let me say dynamic process) or if there is a cause for dynamics to happen then anything in higher energy state goes to lower energy state becoz thats a stable state .

1.A body moves from high potential energy to low potential energy , provided the low potential energy exists.( Rich people give money to poor guys as long as poor guys exists, just kidding).Water from over head tank can flow down only if the valve is open.By Newtons first law an object tends tends to be at rest or in motion unless it is disturbed by an external force ( The resistnce given by the valve is removed).
2. Similarly heat moving from hot body to cold body.

As for as equilibrium or stable state is concerned , I think any system will tend to approach a stae of equillibrium or balaced state and they will try to be in equliibrium( is lechatlier's principles ......not sure).

I am not sure whether this will help to figure out an answer for your question ,

Thank you all for sharing lot of new laws nd principles. Very cool discussion..........

-- CT

vijay said...

I think in this fine discussion, there is missing thread, which is nothing but the changes taking place within the nucleus? i hope there will definitely be a change in the force exerted by the nucleus on the electron since the electron jumped from its lower energy level to higher energy level and inorder to bring the equilibirium to maintain the stablity of atom, the electron which after acquiring the external energy has now been subjected to come and occupy the lower energy state again by radiating the energy which it acquired externally.

logesh said...

dear friends, excellent stuff from all the contributors. if somebody raises a question " define quantisation?" what should be my answer. please forgive me for posting in english because i dont have tamil fonts.

S.N.Saravanamoorthy said...

your blog is nice. recently i visit it. You are doing more help for tamil learners.

NandhuSindhu said...

முதலில் 'பொருள்' என்றால் என்ன?
கண்ணுக்கு, காதுக்கு,...அதாவது புலன்களுக்குப்புலப்படுவன 'பொருள்'.
இந்த மாயையிலிருந்து விடுபடவேண்டும்.அப்போதுதான் இன்றைய, இயல்பியல் மட்டுமல்ல, எந்தத் துறையையும் 'புரிந்து கொள்ள' முடியும்.

புலப்படுவதில் இருந்து புலப்படாததற்குப்போய் பிறகு புலப்படுவதற்கு வரவேண்டும்.

எடுத்துக்காட்டாகப் பெருக்கல் கடினமனதாக இருக்கும் போது நாம் புலப்படுகிற பெருக்கல் கூட்டலில் இருந்து புலப்படாத logarithm உலகுக்குபோய் அங்குள்ள விதிகளுக்கு ஏற்பச் சில செயல்களைச் செய்து, பிறகு புலப்படுகிற உலகத்துக்கு வந்தால் நமக்குப் பயன்படுடையன கிடைக்கின்றன.
அதேபோல் Laplace, Fourier, Matrix etc புலப்படாத உலகங்களுக்குப்( முறைப்படி) போய்த்( முறைப்படி) திரும்பி வந்தால் புலப்படும் உலகனிகழ்வுகள்( mobile, Computer, Cyclotron, MRI Scan) கிடைக்கும்.
சுழற்சி, ஏன் electron என்பதே கூட அச் சொற்கள் முதன்முதலில் பயன்பட்ட பொருளில் இல்லை. இன்னும் விளக்கலாம், யாரும் விரும்பினால்...

பெருக்கல் கூட வியப்பான ஒன்று;அதற்கு கூட்டலின் சுருக்கம் என்பதைத் தாண்டிய பொருள் தினசரி வாழ்விலேயே உண்டு

NandhuSindhu said...

எலெக்ட்ரான்கள் சுற்றுகின்றன என்பது மெய்யானால்..தரை முழுதும் negatively charged ஆக இருக்கவேண்டும் ஏனென்றால் தரியில் மூலக்கூறுகள் இருக்கின்றன;அவற்றில் மூலகத்தின் அணுக்கள் இருக்கின்றன; அவற்றில்(எத்தனை எத்தனை) எலெக்ட்ரான்கள் சுற்றிகொண்டுள்ளன;outermost எலெக்ட்ரான்கள் தரையை விட்டு வராமலா சுற்றமுடியும்?ஆனால் தரை negatively charged ஆக இல்லை.
Bohr theory படித்த PUC நாட்களிலிருந்து அய்யம் 66 வயதாகியும் தீராவில்லை