Sunday, July 5, 2009

ಲೇಸರ್ ಗಾಥೆ - ಭಾಗ ೩

ಹಿಂದಿನ ಭಾಗದಲ್ಲಿ ಅಣುವೊಂದು ಉದ್ರಿಕ್ತ ಸ್ಥಿತಿಗೆ ಹೇಗೆ ಹೋಗುತ್ತದೆ ಮತ್ತು ನೆಲ ಸ್ಥಿತಿ ಗೆ ಹೇಗೆ ಬರುತ್ತದೆ ಅನ್ನುವುದನ್ನು ಕಲಿತಿದ್ದಾಯ್ತು. ಕೆಲ ಮುಖ್ಯವಾದ ಬೆಳಕಿನ ಮೂಲಗಳಲ್ಲಿ ಬೆಳಕು ಹೇಗೆ ಉತ್ಪತ್ತಿಯಾಗತ್ತೆ ಅಂತಲೂ ಗೊತ್ತಾಯ್ತು. ಹಿಂದಿನ ಭಾಗದಲ್ಲಿ ನಾನು ಎಲೆಕ್ಟ್ರಾನ್ ಒಂದು ಮೇಲಿನ ಕಕ್ಷೆಗೆ ಹೋಗುವ ಬಗ್ಗೆ ವಿವರಿಸುತ್ತಾ, ಅದು ಉಪಯೋಗಿಸಿಕೊಳ್ಳುವ ಶಕ್ತಿ, ಮತ್ತೆ ಆನಂತರ ಅದು ಬೆಳಕಿನ ರೂಪದಲ್ಲಿ ಹೊರಚೆಲ್ಲುವ ಶಕ್ತಿಯ ಬಗ್ಗೆ ಕೂಡಾ ಮಾತಾಡಿದ್ದೆ. ಈಗ ಅದೇ ಅಂಶದಿಂದ ನಮ್ಮ ಇಂದಿನ ಲೇಖನವನ್ನು ಮುಂದುವರೆಸೋಣ.

ಎಲೆಕ್ಟ್ರಾನ್ ಒಂದು ತನ್ನ ಕಕ್ಷೆಯಿಂದ ಮೇಲಕ್ಕೆ ಹೋಗಲು ಎಷ್ಟು ಶಕ್ತಿ ಬೇಕೋ, ಮತ್ತೆ ತನ್ನ ಕಕ್ಷೆಗೆ ಬರಲೂ ಕೂಡಾ ಅಷ್ಟೇ ಶಕ್ತಿ ಬೇಕು. ಎಲೆಕ್ಟ್ರಾನ್ ಒಂದು ತನ್ನ ಕಕ್ಷೆಯಲ್ಲಿ ಆರಾಮಾಗಿ ಸುತ್ತುತ್ತಿರುತ್ತದೆ. ಅದರ ಮೇಲಿನ ಕಕ್ಷೆಯಲ್ಲಿ ಮತ್ತೊಂದು ಎಲೆಕ್ಟ್ರಾನ್ ಕೂಡಾ ಹಾಯಾಗಿ ಸುತ್ತುತ್ತಿರುತ್ತದೆ. ಮೋಟಾರ್ ಬೈಕಿನ ಉದಾಹರಣೆ ನೆನಪಿದೆಯಲ್ಲಾ ? ಥೆಟ್ ಹಾಗೆ. ಕೆಳಗಿನ ಕಕ್ಷೆಯ ಮೋಟಾರ್ ಬೈಕಿನವ ಮೇಲಕ್ಕೆ ಹೋಗಿದ್ದ. ಆಮೇಲೆ ಅವನಿಗೆ ಆ ಕಕ್ಷೆ ಸಂಭಾಳಿಸಲಾಗದೇ ಕೆಳಗೆ ಬಂದುಬಿಟ್ಟ. ಹಾಗೆಯೇ ನಮ್ಮ ಎಲೆಕ್ಟ್ರಾನುಗಳೂ ಮಾಡುತ್ತಿದ್ದವು. ಬೆಳಕಿನ ಉತ್ಪತ್ತಿಗೆ ಕೆಳಗಿನ ಎಲೆಕ್ಟ್ರಾನು ಮೇಲೆ ಹೋಗಿ ಮತ್ತೆ ಕೆಳಗೆ ಬೀಳುವುದೊಂದೇ ಸಾಧ್ಯತೆ ಇರುವುದೆಂದು ಭಾವಿಸಿದ್ದರು, ಐನ್ ಸ್ಟೈನ್ ಬರುವವರೆಗೂ !

ಐನ್ಸ್ ಸ್ಟೈನ್ ಅವರು ಇಲ್ಲಿಗೂ ಬಂದರೇ ಅಂತ ಹುಬ್ಬೇರಿಸುತ್ತಿದ್ದೀರಾ ? ನಾವು ಈ ಲೇಖನ ಮಾಲೆಯ ಮೊದಲ ಭಾಗದಲ್ಲಿ ಲೇಸರ್ ನ ಪೂರ್ಣನಾಮ ತಿಳಿಯಬೇಕಾದರೆ "Stimulated Emission" ಎಂಬ ಪದವನ್ನು ಬಳಸಿದ್ದೆವಲ್ಲ, ಈ ವಿದ್ಯಮಾನವನ್ನು ಪ್ರತಿಪಾದಿಸಿದವರೇ ಅವರು. ಲೇಸರ್ ನ ಮೂಲವನ್ನು ಮೊದಲು ಸೈದ್ಧಾಂತಿಕವಾಗಿ ಶೋಧಿಸಿದ್ದೇ ಅವರೆಂದು ಹೇಳಬಹುದು.

ಐನ್ ಸ್ಟೈನ್ ಒಂದು ಪ್ರಶ್ನೆ ಕೇಳಿದರು. "ಪ್ರತಿ ಸರ್ತಿ ಕೆಳಿಗಿನ ಎಲೆಕ್ಟ್ರಾನೇ ಯಾಕೆ ಮೇಲಕ್ಕೆ ಹೋಗಿ ಮತ್ತೆ ಕೆಳಕ್ಕೆ ಬರ್ಬೇಕು ? ಮೇಲಿನ ಎಲೆಕ್ಟ್ರಾನು ಕೆಳಕ್ಕೆ ಬರಲು ಅಷ್ಟೇ ಶಕ್ತಿ ಬೇಕು ತಾನೆ ? ಅದೇ ಕೆಳಕ್ಕೆ ಬರಬಹುದಲ್ಲಾ ? "

ಅವರು ಪ್ರಶ್ನೆಯನ್ನು ಕೇಳಿದ್ದು ಮಾತ್ರವಲ್ಲದೇ, ಬೆಳಕಿನ ಮೂಲವೊಂದು ಲೇಸರ್ ಆಗಬೇಕಿದ್ದರೆ ಅದಕ್ಕೆ ಬೇಕಾಗಿರುವ (amplification) ದೊರೆಯಲು ಉದ್ದೀಪಿತ ಉತ್ಸರ್ಜನೆ (stimulated emission) ಅವಶ್ಯ ಎಂದು ನಿರೂಪಿಸಿದರು.

ಈಗ ನಾವು ಈ ಉದ್ದೀಪಿತ ಉತ್ಸರ್ಜನೆ ಎಂದರೇನು ಎಂದು ತಿಳಿದುಕೊಳ್ಳೋಣ. ಅಣುವೊಂದರ ನೆಲಸ್ಥಿತಿಯನ್ನು ಕಲ್ಪಿಸಿಕೊಳ್ಳಿ. ಈಗ ನಾವು ಅದನ್ನು ಉದ್ರಿಕ್ತ ಸ್ಥಿತಿಗೆ ಕೊಂಡೊಯ್ಯಬೇಕು. ಅದಕ್ಕಾಗಿ ನಾವು ಅಣುಗಳ ಮೇಲೆ ಬೆಳಕಿನ ಕಿರಣ ತೋರಬಹುದು, ಅಥವಾ ಶಾಖಕ್ಕೆ ಗುರಿಮಾಡಬಹುದು. ಎರಡು ರೀತಿಗಳಲ್ಲಿಯೂ ನಾವು ಶಕ್ತಿ ನೀಡಿದಾಗ ಏನಾಗುತ್ತದೆ ಅಂತ ನೋಡೋಣ.

೧. ಶಾಖ ನೀಡಿದಾಗ: ಶಾಖ ನೀಡಿದಾಗ ಎಲ್ಲ ಎಲೆಕ್ಟ್ರಾನುಗಳು ತಮ್ಮ ಕಕ್ಷೆ ಬಿಟ್ಟು ಮೇಲೆ ಹೋಗಲು ಶಕ್ತಿ ದೊರೆಯುತ್ತವೆ. ಇವು ಮೇಲಕ್ಕೆ ಆಸೆ ಪಟ್ಟುಕೊಂಡು ಹೊರಟು ಹೋಗಿಬಿಡತ್ವೆ. ಆದರೆ ವಿಷಯ ಅದಲ್ಲ. ಎಲೆಕ್ಟ್ರಾನುಗಳು ಮೇಲೆ ಹೋಗಿ ಕೆಳಗೆ ಬರುವುದರ ಜೊತೆಗೆ, ಈಗಾಗಲೇ ಮೇಲಿರುವ ಎಲೆಕ್ಟ್ರಾನುಗಳು ಕೂಡಾ ಕೆಳಗೆ ಬರುವಂತೆ ಮಾಡುವುದು ಶಾಖದ ಕೆಲಸವಾಗುತ್ತದೆ. ಈಗಾಗಲೇ ಮೇಲಿರುವ ಕಕ್ಷೆಯಲ್ಲಿರುವ ಎಲೆಕ್ಟ್ರಾನಿಗೆ ಶಾಖ ಕೆಳಗಿನ ಕಕ್ಷೆಯ ಆಸೆ ತೋರಿಸುತ್ತದೆ .ಇದೇ ಉತ್ಸರ್ಜನೆ (stimulation). ಕೆಳಗಿನ ಕಕ್ಷೆಗಳ ಶಕ್ತಿಯು ಋಣಾತ್ಮಕ ಮೊತ್ತವನ್ನು ಹೊಂದಿರತ್ತೆ. ಶಕ್ತಿಯ ಮೊತ್ತ ಋಣಾತ್ಮಕ ಆದಷ್ಟು ಅಣುವಿನ/ಎಲೆಕ್ಟ್ರಾನಿನ ಸ್ಥಿತಿ ಸುಸ್ಥಿರ ಅನ್ನುವುದು ಭೌತಶಾಸ್ತ್ರದ ನಿಯಮಗಳಲ್ಲಿ ಒಂದು. ಕೆಳಗೆ ಹೋದಷ್ಟು ಸುಖವಾಗಿರಬಹುದು ಅಂತ ಮೇಲಿನ ಎಲೆಕ್ಟ್ರಾನಿಗೆ ತೋರಿ, ಅದು ಕೆಳಗಿಳಿಯಲು ಮನಸ್ಸು ಮಾಡುತ್ತದೆ. ಹೀಗೆ ಎಲೆಕ್ಟ್ರಾನುಗಳು ಕೆಳಗಿಳಿದಾಗ E=hv ಎಂಬ ಸಮೀಕರಣದ ಅನುಸಾರ, ಶಕ್ತಿಯು ಜ್ಯೋತಿಕಣ (photon) ರೂಪದಲ್ಲಿ ಹೊರಬರುತ್ತದೆ.





೨. ಬೆಳಕು ತೋರಿದಾಗ: ಬೆಳಕು ಕೂಡಾ ಶಕ್ತಿಯ ಒಂದು ಮೂಲವೆಂದು ನಾನು ಮೊದಲೇ ಹೇಳಿದ್ದೆ. ಎರಡು ಕಕ್ಷೆಗಳ (energy level) ಶಕ್ತಿಯನ್ನು ನಾವು ಕಳೆದಾಗ ನಮಗೆ ಬರುವ ಶಕ್ತಿಯ ಮೊತ್ತ ಎಷ್ಟೋ, ನಾವು ತೋರಲಿರುವ ಬೆಳಕಿನ ಜ್ಯೋತಿಕಣವೂ ಅದೇ ಶಕ್ತಿಯನ್ನು ಹೊಂದಿರಬೇಕು. ಇದು ಕೂಡ E= hv ಸಮೀಕರಣದ ಒಂದು ಫಲಿತಾಂಶ. ಎಲೆಕ್ಟ್ರಾನು ಬೆಳಕಿನ ಜ್ಯೋತಿಕಣದಲ್ಲಿರುವ ಶಕ್ತಿಯನ್ನು ಬಳಸಿಕೊಂಡು ಮತ್ತು ಕೆಳಗೆ ಬರುತ್ತದೆ. ಎಲೆಕ್ಟ್ರಾನು ಜ್ಯೋತಿಕಣದ ಶಕ್ತಿಯನ್ನು ಬಳಸಿಕೊಂಡು ಮೇಲಿನ ಕಕ್ಷೆಯಿಂದ ಕೆಳಕ್ಕೆ ಇಳಿಯುವಾಗ ಮತ್ತೊಂದು ಜ್ಯೋತಿಕಣವನ್ನು ಉತ್ಪತ್ತಿ ಮಾಡುತ್ತದೆ. ಈ ಜ್ಯೋತಿಕಣವು ನಾವು ತೋರಿದ ಬೆಳಕಿನ ಜ್ಯೋತಿಕಣದಂತೆಯೇ ಇದ್ದು, ಅದರಷ್ಟೇ ಶಕ್ತಿ ಹೊಂದಿರುತ್ತದೆ ಮತ್ತು ಮೊದಲಿನ ಜ್ಯೋತಿಕಣ ಯಾವ ದಿಕ್ಕಿನಲ್ಲಿ ಹೋಗುತ್ತದೆಯೋ, ಈ ಹೊಸ ಜ್ಯೋತಿಕಣ ಕೂಡಾ ಅದೇ ದಾರಿ ಹಿಡಿಯುತ್ತದೆ. ಒಂದು ಜ್ಯೋತಿಕಣ ತೋರಿದ್ದಕ್ಕೆ ನಮಗೆ ಎರಡು ಜ್ಯೋತಿಕಣ ಸಿಕ್ಕಿ ಪ್ರವರ್ಧನೆ (amplification) ಸಾಧ್ಯವಾಯ್ತು. ಜ್ಯೋತಿಕಣಗಳು ಒಂದೇ ದಿಕ್ಕಿನಲ್ಲಿ ಪಯಣಿಸುವುದರಿಂದ ಅಪಸರಣಕ್ಕೆ ಅವಕಾಶ ಕೊಡದೇ ಬೆಳಕು ಮತ್ತಷ್ಟು ಕೇಂದ್ರೀಕೃತವಾಗಬಲ್ಲದು.

ಇದನ್ನು ಸೈದ್ಧಾಂತಿಕವಾಗಿ ಐನ್ ಸ್ಟೈನ್ ಮೊದಲು ಪ್ರತಿಪಾದಿಸಿದರು. ಆದರೆ ಪ್ರಾಯೋಗಿಕವಾಗಿ ಇದು ಸಾಧ್ಯವೇ ಇಲ್ಲ ಎಂದು ಮಿಕ್ಕೆಲ್ಲಾ ವಿಜ್ಞಾನಿಗಳು ವಾದಿಸಿದರು. ಅವರ ವಾದ ಇಷ್ಟು:
೧. ಮೇಲಿನ ಕಕ್ಷೆಗಳಲ್ಲಿ ಹೆಚ್ಚು ಎಲೆಕ್ಟ್ರಾನ್ ಗಳೂ ಇರೋಲ್ಲ ಅನ್ನೋದು ಬೋಲ್ಟ್ಸ್ ಮನ್ ನಿಯಮ. ಇದು ಪ್ರಾಯೋಗಿಕವಾಗಿ ನಿರೂಪಿತವಾದ ಸತ್ಯ.
೨, ನಾವು ಶಾಖ/ಬೆಳಕು ನೀಡಿದಾಗ ಮೇಲೆ ಇರುವ ಅತಿ ಕಡಿಮೆ ಸಂಖ್ಯೆಯ ಎಲೆಕ್ಟ್ರಾನುಗಳು ಮತ್ತೆ ಮೇಲೆ ಹೋಗಲ್ಲ. ಬೆಳಕು ಅವ್ಯಾಹತವಾಗಿ ಬರಬೇಕಾದರೆ ಎಲೆಕ್ಟ್ರಾನುಗಳು ಮೇಲಕ್ಕೆ ಹೋಗಿ ಕೆಳಕ್ಕೆ ಬರುತ್ತಿರಬೇಕು. ಇದನ್ನು ಪ್ರಾಯೋಗಿಕವಾಗಿ ಮಾಡುವುದು ಕಷ್ಟಸಾಧ್ಯ.
೩. ಹೀಗೆ ನಾವು ಕಕ್ಷೆಯೊಂದರಲ್ಲಿ ಎಲೆಕ್ಟ್ರಾನುಗಳ ಸಂಖ್ಯೆಗಳನ್ನು ಏರುಪೇರು ಮಾಡುವುದು ಉಷ್ಣಗತಿವಿಜ್ಞಾನದ ಪ್ರಕಾರ ಅಸಾಧ್ಯ.
ಯಾಕಂದರೆ ಈ ಏರುಪೇರು ಅಣುವಿನ ಸಮತೋಲನ ಕಾಪಾಡುವುದಿಲ್ಲ.

ಈ ವಾದಗಳನ್ನು ಮಂಡಿಸಿ ಎಲ್ಲರು ಐನ್ ಸ್ಟೈನ್ ಅವರ ವಾದವನ್ನು ಮೂಲೆಗುಂಪಾಗಿಸಿದರು. ಆದರೂ ಲೇಸರ್ ಇಂದು ಎಲ್ಲರ ಮನೆಮಾತಾಗಿದ್ದು ಹೇಗೆ ? ಯಾರ ಪ್ರಯತ್ನ ಹಾಗೂ ಪ್ರಯೋಗದಿಂದ ? ಇದನ್ನ ಮುಂದಿನ ಭಾಗದಲ್ಲಿ ತಿಳಿಯೋಣ.

8 comments:

PaLa said...

ಟೀಚರ್ ಪಾಟ ತುಂಬಾ ಕಷ್ಟ ಇದೆ :( ಸರಿ ಅರ್ಥ ಆಗ್ಲಿಲ್ಲ. ಶಾಖ ಕೊಟ್ರೆ ಮೇಲಿನ ಕಕ್ಷೆಯವ್ರು ಕೆಳಗೆ ಏನಕ್ಕೆ ಬರ್ತಾರೆ, ಕೆಳಗಿನವ್ರು ಮೇಲೆ ಏನಕ್ಕೆ ಹೋಗ್ತಾರೆ?

Amit Hegde said...

ಪಾಠ ಚೆನ್ನಾಗಿದೆ ಆದರೆ ತುದಿಯಲ್ಲಿ ಪ್ರಶ್ನೆಗಳೇ ಇಲ್ಲವಲ್ಲಾ...!!

http://eyeclickedit.blogspot.com/

Rajesh said...

ವಿಜ್ನಾನ ವನ್ನು ಕನ್ನಡದಲ್ಲಿ ಅರ್ಥ ಮಾಡಿಕೊಳ್ಳುವುದು ಸ್ವಲ್ಪ ಕಷ್ಟವೆ ಯಾಕೆ೦ದರೆ, ನಾನು ಇ೦ತಹ ಟೆಕ್ನಾಲಜಿಯನ್ನು ಒದಿದ್ದು ಆ೦ಗ್ಲ ಬಾಷೆಯಲ್ಲಿ. ಆದ್ರು ಲೇಖನ ಇಷ್ಟ ಆಯ್ಥು. ನೀವು ಬರಿರಿ. ಕಮೆ೦ಟ್ಸ್ ಬಗ್ಗೆ ತಲೆ ಕೆಡ್ಸಿಕೋಬೇಡಿ....

ಸಾಗರದಾಚೆಯ ಇಂಚರ said...

ತುಂಬಾ ಸುಂದರವಾಗಿ ಬರೆದಿದ್ದೀರಿ,
ಲೇಸರ್ ಗಾಥೆ ಚೆನ್ನಾಗಿದೆ

pratiphalana said...

ಲೇಸರ್ ಗಾಥೆಯ ವಿವರಣೆ ಲೇಸರ್ ಬೆಳಕಿನಷ್ಟೆ ಸರಳವಾಗಿದೆ

ಸಣ್ಣ ಅಂಶಗಳನ್ನೂ ಬಿಡದೇ ಹಂತ ಹಂತವಾಗಿ ವಿವರಿಸುವ ರೀತಿ ಚನ್ನಾಗಿದೆ

ಮೋಟಾರ್ ಬೈಕಿನ ಉದಾಹಣೆ ಸರಳವಾಗಿ ಅರ್ಥವಾಗುವ ಹಾಗೆ ನೀಡಿರೋ ನಿಮ್ಮ ಕಲ್ಪನಾಶಕ್ತಿಗೆ ವಂದನೆಗಳು

ಮುಂದಿನ ಸಂಚಿಕೆಗಳು ಇನ್ನೂ ಚನ್ನಾಗಿ ಬರಲೆಂದು ಆಶಿಸುತ್ತೇನೆ



Electron emission, Energy Emission ಹಾಗು Stimulated Emission
ಅವುಗಳ ವೈತ್ಯಾಸಗಳನ್ನು ದಯವಿಟ್ಟು ಮುಂದಿನ ಸಂಚಿಕೆಯಲ್ಲಿ ತಿಳಿಸಿ

@ಪ್ರತಿಫಲನ(pratiphalana.blogspot.com)

(ವಿಜ್ಞಾನದ ಹೊಸ ಬ್ಲಾಗ್)

ದಯವಿಟ್ಟು ನನ್ನ ಬ್ಲಾಗ್ ಗೆ ಸಹ ಭೇಟಿ ನೀಡುತ್ತೀರ ಎಂದುಕೊಂಡಿದ್ದೇನೆ

Chaithrika said...

ಬಲು ಚೆನ್ನಾಗಿದೆ. ಹಿಂದೆಲ್ಲೋ ಓದಿದ್ದು ನೆನಪಿಗೆ ಬಂದು ಇನ್ನಷ್ಟು ಸ್ಪಷ್ಟವಾದಂತೆ. ನೀವು ಫಿಸಿಕ್ಸನ್ನು ಇಷ್ಟ ಪಟ್ಟು ಕಲಿತಿರುವುದೆಂದು ತಿಳಿಯುತ್ತದೆ. ನೀವು ಖಂಡಿತವಾಗಿ ಬಹಳ ಉತ್ತಮ ಶಿಕ್ಷಕಿಯಾಗಿರಬೇಕು.

ವಿನಾಯಕ ಕೆ.ಎಸ್ said...

good one...science saamaanyarigu arta ago bariyodu swalpa kasta...olle prayatna..

Mahesh Bhat said...

ನಿಮ್ಮ ಲೇಖನಗಳು ತುಂಬಾ ಚೆನ್ನಾಗಿದೆ. ನೀವು ಬರೆಯುತ್ತಿರುವ ಅಂಶಗಳು ಅತೀ ಅವಶ್ಯವಾಗಿ ಕನ್ನಡದಲ್ಲಿ ಬೇಕಿದೆ. ವಿಜ್ಞಾನ ತಂತ್ರಜ್ಞಾನಗಳು ಸರಿಯಾಗಿ ಅರ್ಥವಾಗಬೇಕಾದರೆ ಅವು ಕನ್ನಡದಲ್ಲಿ ಇರಲೇಬೇಕು. ಯಾಕೆ ಮುಂದೆ ಬರೆಯುತ್ತಿಲ್ಲ. ದಯವಿಟ್ಟು ಮುಂದುವರಿಸಬೇಕಾಗಿ ನನ್ನಂತಹ ಹಲವರ ಕಳಕಳಿಯ ಬೇಡಿಕೆ.