আলবার্ট আইনস্টাইন সম্ভবত আমাদের গ্রহের প্রতিটি বাসিন্দার কাছে পরিচিত। এটি ভর এবং শক্তির মধ্যে সংযোগের জন্য বিখ্যাত সূত্রের জন্য ধন্যবাদ পরিচিত। তবে এর জন্য তিনি নোবেল পুরস্কার পাননি। এই নিবন্ধে, আমরা দুটি আইনস্টাইনের সূত্র বিবেচনা করব যা 20 শতকের শুরুতে আমাদের চারপাশের বিশ্ব সম্পর্কে ভৌত ধারণাগুলিকে পরিণত করেছিল৷
আইনস্টাইনের ফলপ্রসূ বছর
1905 সালে, আইনস্টাইন একসাথে বেশ কয়েকটি নিবন্ধ প্রকাশ করেছিলেন, যা প্রধানত দুটি বিষয় নিয়ে কাজ করেছিল: তার তৈরি আপেক্ষিক তত্ত্ব এবং ফটোইলেক্ট্রিক প্রভাবের ব্যাখ্যা। উপকরণগুলি জার্মান জার্নাল আনালেন ডের ফিজিকে প্রকাশিত হয়েছিল। এই দুটি নিবন্ধের শিরোনামটি সেই সময়ে বিজ্ঞানীদের বৃত্তে বিভ্রান্তির কারণ হয়েছিল:
- "কোনও দেহের জড়তা কি এতে থাকা শক্তির উপর নির্ভর করে?";
- "আলোর উৎপত্তি এবং রূপান্তরের উপর একটি হিউরিস্টিক দৃষ্টিভঙ্গি।"
প্রথমটিতে, বিজ্ঞানী আইনস্টাইনের আপেক্ষিক তত্ত্বের বর্তমান পরিচিত সূত্রটি উদ্ধৃত করেছেন, যা একত্রিত করেভর এবং শক্তির অভিন্ন সমতা। দ্বিতীয় নিবন্ধটি ফটোইলেকট্রিক প্রভাবের জন্য একটি সমীকরণ প্রদান করে। উভয় সূত্র বর্তমানে তেজস্ক্রিয় পদার্থের সাথে কাজ করতে এবং ইলেক্ট্রোম্যাগনেটিক তরঙ্গ থেকে বৈদ্যুতিক শক্তি উৎপন্ন করতে উভয়ই ব্যবহৃত হয়।
বিশেষ আপেক্ষিকতার সংক্ষিপ্ত সূত্র
আইনস্টাইন দ্বারা বিকশিত আপেক্ষিকতা তত্ত্বটি ঘটনাকে বিবেচনা করে যখন বস্তুর ভর এবং তাদের চলাচলের গতি বিশাল হয়। এতে, আইনস্টাইন অনুমান করেছেন যে রেফারেন্সের যেকোন ফ্রেমে আলোর চেয়ে দ্রুত গতিতে যাওয়া অসম্ভব, এবং কাছাকাছি-আলোর গতিতে, স্থান-কালের পরিবর্তনের বৈশিষ্ট্য, উদাহরণস্বরূপ, সময় ধীর হতে শুরু করে।
আপেক্ষিকতার তত্ত্বটি যৌক্তিক দৃষ্টিকোণ থেকে বোঝা কঠিন, কারণ এটি গতি সম্পর্কে প্রচলিত ধারণাগুলির বিপরীত, যার সূত্রগুলি 17 শতকে নিউটন দ্বারা প্রতিষ্ঠিত হয়েছিল। যাইহোক, আইনস্টাইন জটিল গাণিতিক গণনা থেকে একটি মার্জিত এবং সহজ সূত্র নিয়ে এসেছিলেন:
E=mc2.
এই অভিব্যক্তিটিকে শক্তি এবং ভরের জন্য আইনস্টাইনের সূত্র বলা হয়। আসুন জেনে নেই এর মানে কি।
ভর, শক্তি এবং আলোর গতির ধারণা
আলবার্ট আইনস্টাইনের সূত্রটি আরও ভালভাবে বোঝার জন্য, আপনাকে এতে উপস্থিত প্রতিটি প্রতীকের অর্থ বিশদভাবে বুঝতে হবে।
আসুন ভর দিয়ে শুরু করা যাক। আপনি প্রায়ই শুনতে পারেন যে এই শারীরিক পরিমাণ শরীরের মধ্যে থাকা পদার্থের পরিমাণের সাথে সম্পর্কিত। এই সম্পূর্ণ সত্য নয়। ভরকে জড়তার পরিমাপ হিসাবে সংজ্ঞায়িত করা আরও সঠিক। বড় শরীর, এটি একটি নির্দিষ্ট দিতে কঠিনদ্রুততা. ভর কিলোগ্রামে পরিমাপ করা হয়।
শক্তির বিষয়টিও সহজ নয়। সুতরাং, এর বিভিন্ন প্রকাশ রয়েছে: আলো এবং তাপ, বাষ্প এবং বৈদ্যুতিক, গতি এবং সম্ভাব্য, রাসায়নিক বন্ধন। এই সমস্ত ধরণের শক্তি একটি গুরুত্বপূর্ণ সম্পত্তি দ্বারা একত্রিত হয় - তাদের কাজ করার ক্ষমতা। অন্য কথায়, শক্তি হল একটি ভৌত পরিমাণ যা অন্যান্য বাহ্যিক শক্তির ক্রিয়াকলাপের বিরুদ্ধে দেহকে সরাতে সক্ষম। SI পরিমাপ হল জুল৷
আলোর গতি কত তা মোটামুটি সবার কাছে পরিষ্কার। এটি দূরত্ব হিসাবে বোঝা যায় যে একটি ইলেক্ট্রোম্যাগনেটিক তরঙ্গ সময়ের প্রতি একক ভ্রমণ করে। ভ্যাকুয়ামের জন্য, এই মানটি একটি ধ্রুবক; অন্য কোনো বাস্তব মাধ্যমে, এটি হ্রাস পায়। আলোর গতি প্রতি সেকেন্ডে মিটারে পরিমাপ করা হয়।
আইনস্টাইনের সূত্রের অর্থ
আপনি যদি এই সহজ সূত্রটি ঘনিষ্ঠভাবে লক্ষ্য করেন, আপনি দেখতে পাবেন যে ভর একটি ধ্রুবকের (আলোর গতির বর্গ) মাধ্যমে শক্তির সাথে সম্পর্কিত। আইনস্টাইন নিজেই ব্যাখ্যা করেছেন যে ভর এবং শক্তি একই জিনিসের প্রকাশ। এই ক্ষেত্রে, m থেকে E এবং পিছনে স্থানান্তর সম্ভব।
আইনস্টাইনের তত্ত্বের আবির্ভাবের আগে, বিজ্ঞানীরা বিশ্বাস করতেন যে ভর এবং শক্তি সংরক্ষণের আইন আলাদাভাবে বিদ্যমান এবং বন্ধ সিস্টেমে ঘটতে থাকা যেকোনো প্রক্রিয়ার জন্য বৈধ। আইনস্টাইন দেখিয়েছিলেন যে এটি এমন নয়, এবং এই ঘটনাগুলি পৃথকভাবে নয়, একসাথে থাকে৷
আইনস্টাইনের সূত্রের আরেকটি বৈশিষ্ট্য বা ভর এবং শক্তির সমতা বিধান হল এই পরিমাণের মধ্যে সমানুপাতিকতার সহগ,যেমন c2. এটি প্রায় 1017 m2/s2 এর সমান। এই বিশাল মান পরামর্শ দেয় যে এমনকি অল্প পরিমাণ ভরেও শক্তির বিশাল মজুদ রয়েছে। উদাহরণস্বরূপ, আপনি যদি এই সূত্রটি অনুসরণ করেন, তবে মাত্র একটি শুকনো আঙ্গুর (কিশমিশ) একদিনে মস্কোর সমস্ত শক্তির চাহিদা পূরণ করতে পারে। অন্যদিকে, এই বিশাল ফ্যাক্টরটি ব্যাখ্যা করে যে কেন আমরা প্রকৃতিতে ব্যাপক পরিবর্তনগুলি পর্যবেক্ষণ করি না, কারণ আমরা যে শক্তির মানগুলি ব্যবহার করি তার জন্য সেগুলি খুবই ছোট৷
20 শতকের ইতিহাসে সূত্রের প্রভাব
এই সূত্রের জ্ঞানের জন্য ধন্যবাদ, একজন ব্যক্তি পারমাণবিক শক্তি আয়ত্ত করতে সক্ষম হয়েছিল, যার বিশাল মজুদ ভরের অদৃশ্য হওয়ার প্রক্রিয়া দ্বারা ব্যাখ্যা করা হয়েছে। একটি আকর্ষণীয় উদাহরণ হল ইউরেনিয়াম নিউক্লিয়াসের বিভাজন। যদি আমরা এই বিদারণের পরে গঠিত আলোক আইসোটোপের ভর যোগ করি, তবে এটি মূল নিউক্লিয়াসের তুলনায় অনেক কম হবে। অদৃশ্য ভর শক্তিতে পরিণত হয়।
মানুষের পারমাণবিক শক্তি ব্যবহার করার ক্ষমতা একটি চুল্লি তৈরির দিকে পরিচালিত করে যা শহরগুলির বেসামরিক জনগণকে বিদ্যুৎ সরবরাহ করতে এবং সমস্ত পরিচিত ইতিহাসে সবচেয়ে মারাত্মক অস্ত্রের নকশা তৈরি করে - পারমাণবিক বোমা।
মার্কিন যুক্তরাষ্ট্রে প্রথম পারমাণবিক বোমার উপস্থিতি জাপানের বিরুদ্ধে নির্ধারিত সময়ের আগেই দ্বিতীয় বিশ্বযুদ্ধের সমাপ্তি ঘটায় (1945 সালে, মার্কিন যুক্তরাষ্ট্র জাপানের দুটি শহরে এই বোমা ফেলেছিল), এবং এটিও প্রধান প্রতিবন্ধক হয়ে ওঠে তৃতীয় বিশ্বযুদ্ধের প্রাদুর্ভাব।
আইনস্টাইন নিজে অবশ্য পারেননিতিনি আবিষ্কৃত সূত্রের এই ধরনের পরিণতির পূর্বাভাস দিতে। উল্লেখ্য যে তিনি পারমাণবিক অস্ত্র তৈরির ম্যানহাটান প্রকল্পে অংশ নেননি।
ফটোইলেকট্রিক প্রভাবের ঘটনা এবং এর ব্যাখ্যা
এখন সেই প্রশ্নে যাওয়া যাক যার জন্য আলবার্ট আইনস্টাইন 1920 এর দশকের প্রথম দিকে নোবেল পুরস্কারে ভূষিত হয়েছিলেন।
1887 সালে হার্টজ দ্বারা আবিষ্কৃত আলোক বৈদ্যুতিক প্রভাবের ঘটনাটি একটি নির্দিষ্ট পদার্থের পৃষ্ঠের উপরে মুক্ত ইলেকট্রনের উপস্থিতি নিয়ে গঠিত, যদি এটি নির্দিষ্ট ফ্রিকোয়েন্সির আলো দিয়ে বিকিরণ করা হয়। 20 শতকের শুরুতে প্রতিষ্ঠিত আলোর তরঙ্গ তত্ত্বের দৃষ্টিকোণ থেকে এই ঘটনাটি ব্যাখ্যা করা সম্ভব ছিল না। এইভাবে, এটা পরিষ্কার ছিল না যে কেন ফোটোইলেক্ট্রিক প্রভাব সময় বিলম্ব ছাড়াই পরিলক্ষিত হয় (1 এনএসের কম), কেন হ্রাসকারী সম্ভাবনা আলোর উত্সের তীব্রতার উপর নির্ভর করে না। আইনস্টাইন একটি উজ্জ্বল ব্যাখ্যা দিয়েছেন।
বিজ্ঞানী একটি সহজ জিনিসের পরামর্শ দিয়েছেন: যখন আলো পদার্থের সাথে মিথস্ক্রিয়া করে, তখন এটি একটি তরঙ্গের মতো আচরণ করে না, বরং একটি কর্পাসকল, একটি কোয়ান্টাম, শক্তির জমাট বাঁধার মতো আচরণ করে। প্রাথমিক ধারণাগুলি ইতিমধ্যেই জানা ছিল - কর্পাসকুলার তত্ত্বটি 17 শতকের মাঝামাঝি নিউটন দ্বারা প্রস্তাবিত হয়েছিল এবং স্বদেশী পদার্থবিদ ম্যাক্স প্ল্যাঙ্ক দ্বারা ইলেক্ট্রোম্যাগনেটিক ওয়েভ কোয়ান্টার ধারণাটি প্রবর্তিত হয়েছিল। আইনস্টাইন তত্ত্ব এবং পরীক্ষার সমস্ত জ্ঞান একত্রিত করতে সক্ষম হন। তিনি বিশ্বাস করতেন যে একটি ফোটন (আলোর পরিমাণ), শুধুমাত্র একটি ইলেক্ট্রনের সাথে মিথস্ক্রিয়া করে, এটি সম্পূর্ণরূপে তার শক্তি দেয়। যদি এই শক্তি ইলেক্ট্রন এবং নিউক্লিয়াসের মধ্যে বন্ধন ভাঙ্গার জন্য যথেষ্ট বড় হয়, তাহলে চার্জযুক্ত প্রাথমিক কণাটি পরমাণু থেকে খোলে এবং একটি মুক্ত অবস্থায় চলে যায়।
ট্যাগ করা ভিউআইনস্টাইনকে ফটোইলেক্ট্রিক এফেক্টের সূত্র লিখতে দেন। আমরা পরবর্তী অনুচ্ছেদে এটি বিবেচনা করব৷
ফটোইলেকট্রিক প্রভাব এবং এর সমীকরণ
এই সমীকরণটি বিখ্যাত শক্তি-ভর সম্পর্কের চেয়ে কিছুটা দীর্ঘ। এটা এই মত দেখাচ্ছে:
hv=A + Ek.
এই সমীকরণ বা ফটোইলেকট্রিক প্রভাবের জন্য আইনস্টাইনের সূত্রটি প্রক্রিয়াটিতে যা ঘটছে তার সারমর্মকে প্রতিফলিত করে: একটি ফোটন শক্তি hv (প্ল্যাঙ্কের ধ্রুবক দোলন ফ্রিকোয়েন্সি দ্বারা গুণিত) ইলেকট্রনের মধ্যে বন্ধন ভাঙতে ব্যয় হয় এবং নিউক্লিয়াস (A হল ইলেকট্রনের কার্যকারিতা) এবং গতিশক্তির একটি নেতিবাচক কণা যোগাযোগের উপর (Ek)।
উপরের সূত্রটি ফটোইলেকট্রিক প্রভাবের পরীক্ষায় পর্যবেক্ষণ করা সমস্ত গাণিতিক নির্ভরতা ব্যাখ্যা করা সম্ভব করেছে এবং বিবেচনাধীন ঘটনার জন্য সংশ্লিষ্ট আইন প্রণয়নের দিকে পরিচালিত করেছে।
কোথায় ফোটোইলেকট্রিক প্রভাব ব্যবহার করা হয়?
বর্তমানে, উপরে বর্ণিত আইনস্টাইনের ধারণাগুলি সৌর প্যানেলের জন্য আলোক শক্তিকে বিদ্যুতে রূপান্তর করার জন্য প্রয়োগ করা হচ্ছে৷
এরা একটি অভ্যন্তরীণ আলোক বৈদ্যুতিক প্রভাব ব্যবহার করে, অর্থাৎ, পরমাণু থেকে "টেনে আনা" ইলেকট্রনগুলি উপাদানটি ছেড়ে যায় না, তবে এটিতে থাকে। সক্রিয় পদার্থ হল n- এবং p-টাইপ সিলিকন সেমিকন্ডাক্টর।
