তরঙ্গ বিচ্ছুরণের ঘটনাটি এমন একটি প্রভাব যা আলোর তরঙ্গ প্রকৃতিকে প্রতিফলিত করে। এটি আলোক তরঙ্গের জন্য ছিল যে এটি 19 শতকের শুরুতে আবিষ্কৃত হয়েছিল। এই নিবন্ধে, আমরা এই ঘটনাটি কী তা দেখব, কীভাবে এটি গাণিতিকভাবে বর্ণনা করা হয়েছে এবং এটি কোথায় প্রয়োগ করে।
তরঙ্গ বিচ্ছুরণ ঘটনা
আপনি জানেন, যে কোনো তরঙ্গ, তা জলের পৃষ্ঠে আলো, শব্দ বা গোলযোগই হোক না কেন, একটি সমজাতীয় মাধ্যমে সরল পথ ধরে প্রচারিত হয়৷
আসুন একটি তরঙ্গ সম্মুখের কল্পনা করি যার একটি সমতল পৃষ্ঠ রয়েছে এবং একটি নির্দিষ্ট দিকে চলে। এই ফ্রন্টের পথে বাধা হলে কী হবে? যে কোন কিছু একটি বাধা হিসাবে পরিবেশন করতে পারে (একটি পাথর, একটি ভবন, একটি সংকীর্ণ ফাঁক, এবং তাই)। দেখা যাচ্ছে যে বাধা অতিক্রম করার পরে, তরঙ্গের সামনে আর সমতল থাকবে না, তবে আরও জটিল আকার নেবে। সুতরাং, একটি ছোট বৃত্তাকার গর্তের ক্ষেত্রে, তরঙ্গের সম্মুখভাগ, এটির মধ্য দিয়ে যাওয়া, গোলাকার হয়ে যায়।
তরঙ্গ প্রচারের দিক পরিবর্তনের ঘটনাকে, যখন এটি তার পথে বাধার সম্মুখীন হয়, তাকে বলা হয় বিবর্তন (ল্যাটিন থেকে ডিফ্র্যাক্টাস মানে"ভাঙা")।
এই ঘটনার ফলাফল হল যে তরঙ্গটি বাধার পিছনের মহাকাশে প্রবেশ করে, যেখানে এটি তার রেক্টিলাইনার গতিতে কখনই আঘাত করবে না।
সমুদ্র উপকূলে তরঙ্গ বিচ্ছুরণের একটি উদাহরণ নীচের চিত্রে দেখানো হয়েছে৷
ডিফ্রাকশন পর্যবেক্ষণ শর্ত
একটি বাধা অতিক্রম করার সময় তরঙ্গ ভাঙার উপরে বর্ণিত প্রভাব দুটি কারণের উপর নির্ভর করে:
- তরঙ্গদৈর্ঘ্য;
- বাধাটির জ্যামিতিক পরামিতি।
কী অবস্থায় তরঙ্গের বিবর্তন পরিলক্ষিত হয়? এই প্রশ্নের উত্তরটি আরও ভালভাবে বোঝার জন্য, এটি লক্ষ করা উচিত যে বিবেচনাধীন ঘটনাটি সর্বদা ঘটে যখন একটি তরঙ্গ কোনও বাধার মুখোমুখি হয়, তবে এটি তখনই লক্ষণীয় হয়ে ওঠে যখন তরঙ্গদৈর্ঘ্য বাধার জ্যামিতিক পরামিতির ক্রম অনুসারে হয়। যেহেতু আলো এবং শব্দের তরঙ্গদৈর্ঘ্য আমাদের চারপাশের বস্তুর আকারের তুলনায় ছোট, তাই বিবর্তন নিজেই কিছু বিশেষ ক্ষেত্রে দেখা যায়।
কেন তরঙ্গের বিবর্তন ঘটে? এটা বোঝা যাবে যদি আমরা Huygens-Fresnel নীতি বিবেচনা করি।
Huygens নীতি
17 শতকের মাঝামাঝি, ডাচ পদার্থবিদ ক্রিশ্চিয়ান হাইজেনস আলোক তরঙ্গের প্রচারের একটি নতুন তত্ত্ব উপস্থাপন করেছিলেন। তিনি বিশ্বাস করতেন যে, শব্দের মতোই আলোও একটি বিশেষ মাধ্যম - ইথারে চলে। একটি হালকা তরঙ্গ হল ইথার কণার একটি কম্পন।
একটি বিন্দু আলোর উত্স দ্বারা তৈরি একটি তরঙ্গ গোলাকার সামনের দিকে বিবেচনা করে, হাইজেনস নিম্নলিখিত সিদ্ধান্তে পৌঁছেছেন: গতির প্রক্রিয়ায়, সামনের অংশটি স্থানিক বিন্দুগুলির একটি সিরিজের মধ্য দিয়ে যায়সম্প্রচার সে তাদের কাছে পৌঁছানোর সাথে সাথে তাকে দ্বিধাগ্রস্ত করে তোলে। দোদুল্যমান বিন্দুগুলি, ঘুরে, একটি নতুন প্রজন্মের তরঙ্গ তৈরি করে, যাকে হাইজেনস গৌণ বলে। প্রতিটি বিন্দু থেকে গৌণ তরঙ্গটি গোলাকার, তবে এটি একাই নতুন সামনের পৃষ্ঠ নির্ধারণ করে না। পরেরটি সমস্ত গোলাকার গৌণ তরঙ্গের সুপারপজিশনের ফলাফল৷
উপরে বর্ণিত প্রভাবকে বলা হয় হাইজেন নীতি। তিনি তরঙ্গের বিচ্ছুরণ ব্যাখ্যা করেন না (যখন বিজ্ঞানী এটি তৈরি করেছিলেন, তারা তখনও আলোর বিচ্ছুরণ সম্পর্কে জানতেন না), তবে তিনি আলোর প্রতিফলন এবং প্রতিসরণের মতো প্রভাবগুলি সফলভাবে বর্ণনা করেছেন।
১৭ শতকে নিউটনের আলোর কর্পাসকুলার তত্ত্বের জয়লাভের ফলে, হাইজেনসের কাজ 150 বছর ধরে ভুলে গিয়েছিল।
থমাস জং, অগাস্টিন ফ্রেসনেল এবং হাইজেনস নীতির পুনরুজ্জীবন
আলোর বিচ্ছুরণ এবং হস্তক্ষেপের ঘটনাটি ১৮০১ সালে টমাস ইয়াং আবিষ্কার করেন। দুটি স্লিট দিয়ে পরীক্ষা পরিচালনা করে যার মধ্য দিয়ে একটি একরঙা আলোর সামনে চলে গেছে, বিজ্ঞানী পর্দায় পর্যায়ক্রমে অন্ধকার এবং হালকা ফিতেগুলির একটি ছবি পেয়েছেন। জং আলোর তরঙ্গ প্রকৃতির উল্লেখ করে তার পরীক্ষা-নিরীক্ষার ফলাফল সম্পূর্ণরূপে ব্যাখ্যা করেছেন এবং এইভাবে ম্যাক্সওয়েলের তাত্ত্বিক গণনা নিশ্চিত করেছেন।
ইয়ং-এর পরীক্ষা-নিরীক্ষার মাধ্যমে নিউটনের আলোক তত্ত্বকে খণ্ডন করার সাথে সাথেই ফরাসি বিজ্ঞানী অগাস্টিন ফ্রেসনেল হুইজেনসের কাজ মনে রেখেছিলেন এবং বিবর্তনের ঘটনাটি ব্যাখ্যা করার জন্য তার নীতি ব্যবহার করেছিলেন।
ফ্রেসনেল বিশ্বাস করতেন যে যদি একটি ইলেক্ট্রোম্যাগনেটিক তরঙ্গ, একটি সরল রেখায় প্রচারিত, একটি বাধা পূরণ করে, তাহলে তার শক্তির একটি অংশ নষ্ট হয়ে যায়।বাকিটা খরচ হয় গৌণ তরঙ্গ গঠনে। পরবর্তীটি একটি নতুন তরঙ্গ সম্মুখের উত্থানের দিকে পরিচালিত করে, যার প্রচারের দিকটি মূলটির থেকে আলাদা৷
বর্ণিত প্রভাব, যা গৌণ তরঙ্গ উৎপন্ন করার সময় ইথারকে বিবেচনায় নেয় না, তাকে বলা হয় হাইজেনস-ফ্রেসনেল নীতি। তিনি সফলভাবে তরঙ্গের বিচ্ছুরণ বর্ণনা করেন। অধিকন্তু, এই নীতিটি বর্তমানে ইলেক্ট্রোম্যাগনেটিক তরঙ্গের প্রচারের সময় শক্তির ক্ষয়ক্ষতি নির্ধারণ করতে ব্যবহৃত হয়, যার পথে একটি বাধার সম্মুখীন হয়৷
সংকীর্ণ চেরা বিচ্ছুরণ
ডিফ্র্যাকশন প্যাটার্ন নির্মাণের তত্ত্বটি গাণিতিক দৃষ্টিকোণ থেকে বেশ জটিল, কারণ এতে ইলেক্ট্রোম্যাগনেটিক তরঙ্গের জন্য ম্যাক্সওয়েলের সমীকরণের সমাধান জড়িত। তবুও, Huygens-Fresnel নীতি, সেইসাথে অন্যান্য আনুমানিক সংখ্যা, তাদের ব্যবহারিক প্রয়োগের জন্য উপযুক্ত গাণিতিক সূত্র প্রাপ্ত করা সম্ভব করে৷
যদি আমরা একটি পাতলা স্লিটের উপর বিবর্তন বিবেচনা করি, যার উপর একটি সমতল তরঙ্গের সামনে সমান্তরালভাবে পড়ে, তাহলে স্লিট থেকে দূরে অবস্থিত একটি স্ক্রিনে উজ্জ্বল এবং গাঢ় ফিতে দেখা যাবে। এই ক্ষেত্রে ডিফ্র্যাকশন প্যাটার্নের মিনিমাম নিম্নলিখিত সূত্র দ্বারা বর্ণনা করা হয়েছে:
ym=mλL/a, যেখানে m=±1, 2, 3, …
এখানে ym হল স্লিট প্রজেকশন থেকে স্ক্রিনের সর্বনিম্ন ক্রম m পর্যন্ত দূরত্ব, λ হল আলোর তরঙ্গদৈর্ঘ্য, L হল পর্দার দূরত্ব, a চেরা প্রস্থ।
এটি অভিব্যক্তি থেকে অনুসরণ করে যে চেরা প্রস্থ হ্রাস হলে কেন্দ্রীয় সর্বাধিকটি আরও অস্পষ্ট হবে এবংআলোর তরঙ্গদৈর্ঘ্য বৃদ্ধি। নীচের চিত্রটি দেখায় যে সংশ্লিষ্ট বিচ্ছুরণ প্যাটার্নটি কেমন হবে৷
ডিফ্রাকশন গ্রেটিং
যদি উপরের উদাহরণ থেকে স্লটের একটি সেট একটি প্লেটে প্রয়োগ করা হয়, তাহলে তথাকথিত ডিফ্র্যাকশন গ্রেটিং পাওয়া যাবে। Huygens-Fresnel নীতি ব্যবহার করে, কেউ ম্যাক্সিমা (উজ্জ্বল ব্যান্ড) এর জন্য একটি সূত্র পেতে পারে যা ঝাঁঝরির মধ্য দিয়ে যাওয়ার সময় প্রাপ্ত হয়। সূত্রটি এইরকম দেখাচ্ছে:
sin(θ)=mλ/d, যেখানে m=0, ±1, 2, 3, …
এখানে, প্যারামিটার d হল ঝাঁঝরির নিকটতম স্লটের মধ্যে দূরত্ব। এই দূরত্ব যত কম হবে, ডিফ্রাকশন প্যাটার্নে উজ্জ্বল ব্যান্ডগুলির মধ্যে দূরত্ব তত বেশি হবে।
যেহেতু m-th ক্রম ম্যাক্সিমার জন্য কোণ θ তরঙ্গদৈর্ঘ্য λ এর উপর নির্ভর করে, যখন সাদা আলো একটি বিচ্ছুরণ ঝাঁঝরির মধ্য দিয়ে যায়, তখন পর্দায় বহু রঙের ফিতে দেখা যায়। এই প্রভাবটি স্পেকট্রোস্কোপ তৈরিতে ব্যবহৃত হয় যা তারা এবং গ্যালাক্সির মতো একটি নির্দিষ্ট উত্স দ্বারা আলোর নির্গমন বা শোষণের বৈশিষ্ট্য বিশ্লেষণ করতে সক্ষম।
অপটিক্যাল ইন্সট্রুমেন্টে ডিফ্রাকশনের গুরুত্ব
টেলিস্কোপ বা মাইক্রোস্কোপের মতো যন্ত্রের অন্যতম প্রধান বৈশিষ্ট্য হল তাদের রেজুলেশন। এটি সর্বনিম্ন কোণ হিসাবে বোঝা যায়, যখন পর্যবেক্ষণ করা হয় যার অধীনে পৃথক বস্তুগুলি এখনও আলাদা করা যায়। এই কোণটি নিম্নোক্ত সূত্র ব্যবহার করে Rayleigh মানদণ্ড অনুসারে তরঙ্গ বিচ্ছুরণ বিশ্লেষণ থেকে নির্ধারিত হয়:
sin(θc)=1, 22λ/D.
যেখানে ডি ডিভাইসের লেন্সের ব্যাস।
যদি আমরা হাবল টেলিস্কোপে এই মানদণ্ডটি প্রয়োগ করি, আমরা দেখতে পাই যে 1000 আলোকবর্ষ দূরত্বের যন্ত্রটি দুটি বস্তুর মধ্যে পার্থক্য করতে সক্ষম, যার মধ্যকার দূরত্বটি সূর্য এবং ইউরেনাসের মধ্যকার দূরত্বের সমান৷
