శాస్త్ర విజ్ఞానము

ఆ విధంగా 19 వ శతాబ్దపు తొలి దశలలో వైరల్ వ్యాధుల పరిజ్ఞానం ఓ చిత్రమైన దశలో వుంది. వైరస్ లు అనేవి వున్నాయని తెలుసు, వాటి వల్ల వ్యాధులు కలుగుతాయని తెలుసు, ఆ వ్యాధులని ఎలా అరికట్టాలో కూడా కొంత వరకు తెలుసు. కాని అసలు వైరస్ లు ఎంత వుంటాయి, ఎలా వుంటాయి, ఎలా పని చేస్తాయి మొదలైన విషయాలు మాత్రం బొత్తిగా తెలీని పరిస్థితి నెలకొంది.



వైరస్ యొక్క పరిమాణం గురించి, రూపురేఖల గురించి, క్రియల గురించి తెలుసుకోడానికి ఓ కొత్త సాంకేతిక నైపుణ్యం ఎంతో ఉపయోగపడింది. దాని పేరు X-ray crystallography. దీని పని తీరు అర్థం కావాలంటే కాంతి గురించి, కాంతి యొక్క తరంగ లక్షణాల గురించి, కాంతి యొక్క వివర్తనం (diffraction) అనే ప్రభావం గురించి చెప్పుకోవాలి. కాంతి యొక్క, ఇంకా సామాన్యంగా చెప్పుకోవాలంటే, విద్యుదయస్కాంత తరంగాల యొక్క ఈ లక్షణాల గురించి తెలిస్తే, x-ray crystallography ఎలా పని చేస్తుందో తెలుసుకోవచ్చు. దాని సహాయంతో వైరస్ గురించి ఎలాంటి సమాచారం బయటపడిందో కూడా తెలుసుకోవచ్చు.



కాంతి యొక్క తరంగ లక్షణాల గురించి లోగడ ఈ కింది పోస్ట్ లలో కొన్ని విషయాలు చెప్పుకున్నాం.

http://www.scienceintelugu.blogspot.in/2012/05/blog-post_09.html

http://www.scienceintelugu.blogspot.in/2012/08/blog-post.html



తరంగ లక్షణాలలో ఒక్కటైన diffraction గురించి ఇప్పుడు చెప్పుకుందాం.





Diffraction and Young’s Double Slit experiment



న్యూటన్ కాంతి ఒక కణధార అని వాదించేవాడు. దీన్నే corpuscular theory of light అంటారు. కాని న్యూటన్ ప్రత్యర్థి లీబ్నిజ్ కాంతి ఒక తరంగం అని వాదించేవాడు. ఈ వాదనలకి పరిష్కారం Thomas Young చేసిన ఓ చక్కని ప్రయోగం వల్ల వచ్చింది.

ఈ ప్రయోగంలో రెండు కంతలలోంచి కాంతిని ప్రసరించి కంతల అవతల ఉండే తెర మీద పడే కాంతి తీవ్రత యొక్క విన్యాసం చూస్తారు. కాంతి లో ఉండేది కేవలం కణధార అయితే, ఒక్కొక్క కంతకి సరిగ్గా ఎదురుగా బాగా ప్రకాశవంతమైన ఓ గీత కనిపిస్తుంది. కనుక తెర మీద రెండు గీతలే కనిపించాలి.











అలా కాకుండా కాంతి ఒక తరంగమే అయితే విషయం మరింత సంక్లిష్టం అవుతుంది. రెండు కంతలలోంచి వెలువడ్డ తరంగాలు వలయాలుగా వ్యాపిస్తూ ఒక దాంతో ఒకటి కలుస్తాయి. ఇలా రెండు కాంతి తరంగాలు సమ్మేళనం కావడాన్నే interference అంటారు. ఈ కలయిక రెండు రకాలుగా ఉంటుంది. కొన్ని బిందువుల వద్ద రెండు తరంగాలు ఒకదాన్నొకటి పోషించుకుంటున్నట్టుగా కంపిస్తాయి. అలాంటి బిందువు వద్ద కాంతి తీక్షణత (light intensity) ఎక్కువగా ఉంటుంది. ఈ రకమైన కలయికని constructive interference అంటారు. కొన్ని బిందువుల వద్ద తరంగాలు ఒకదానికొకటి వ్యతిరేకంగా కంపిస్తూ పరస్పరం లయం అవుతాయి. అలాంటి బిందువుల వద్ద కాంతి తీక్షణత తక్కువగా ఉంటుంది. ఈ రకమైన కలయికని destructive interference అంటారు. ఈ రెండు రకాల interference ని కింది చిత్రంలో చోడొచ్చు.







రెండు కంతలలోంచి వెలువడే కాంతి తరంగాల మధ్య జరిగే ఈ interference కారణంగా అవతల తెర మీద పడే కాంతి తీక్షణత సమంగా ఉండదు. హెచ్చు తగ్గులుగా ఉంటూ తెలుపు, నలుపు చారలు కనిపిస్తాయి (కింది చిత్రం). ఈ ప్రయోగం బట్టి కాంతి తరంగం అన్న భావనని సమర్ధన దొరికింది.



పైన చెప్పుకున్న ప్రయోగాన్ని ‘రెండు కంతల ప్రయోగం’ (double slit experiment) అంటారు. Thomas Young మొట్టమొదట్ చేశాడు కనుక దీన్ని Young’s double slit experiment అని కూడా అంటారు.











పై ప్రయోగంలో ఏర్పడ్డ తెలుపు-నలుపు చారల మందానికి (thickness) ఆ కాంతి యొక్క తరంగదైర్ఘ్యం (lambda) తోను, కంతల మధ్య ఎడం (d) తోను ఈ విధమైన సంబంధం వుంది.

ఆ చారల మందం lambda/d విలువకి అనులోమానుపాతంగా ఉంటుంది.







ఈ సూత్రం బట్టి మనకి ఓ ముఖ్యమైన విషయం అర్థమవుతుంది. దృశ్యకాంతి యొక్క తరంగదైర్ఘ్యం 390 నుండి 750 nanometers ( 1nm = 1/1,000,000,000 m) ఉంటుంది. కంతల మధ్య మందం తరంగదైర్ఘ్యం కన్నా బాగా తక్కువగా ఉంటే (d<
ఎడం మరీ ఎక్కువగా ఉంటే తెలుపు-నలుపు చారలు బాగా సూక్ష్మంగా ఉండి కనిపించవు.



ఈ సూత్రాన్ని ఉపయోగించి అతి సూక్ష్మమైన దూరాలని కూడా గుర్తించొచ్చునని, అతి సూక్ష్మమైన వస్తువుల రూపురేఖలని తెలుసుకోవచ్చని అర్థమవుతుంది. ఈ గుర్తింపే crystallography కి పునాది అవుతుంది.

Image credits:

http://www.studyphysics.ca/newnotes/20/unit04_light/chp1719_light/lesson58.htm



http://psi.phys.wits.ac.za/teaching/Connell/phys284/2005/lecture-02/lecture_02/node3.html

http://www.asdlib.org/onlineArticles/ecourseware/Bullen_XRD/XRDModule_Theory_Diffraction_3.htm