గాలి లోంచి పట్టకం లోకి ప్రవేశించే కాంతి గాలికి పట్టకానికి మధ్య
సరిహద్దు వద్ద
వంగుతుంది. మళ్లీ పట్టకం లోంచి గాల్లోకి ప్రవేశించేటప్పుడు మరో
సారి వంగుతుంది.
అయితే ఈ వంగడానికి రంగులకి మధ్య ఏంటి సంబంధం?
దీనికి సమాధానంగా న్యూటన్ ఇలా ఆలోచించాడు.
తెల్లని కాంతిలో పలు రంగుల కిరణాలు కలిసే వుంటాయి.
కాని వివిధ రంగుల కిరణాలు వక్రీభవించే తీరు
వేరుగా వుంటుంది. కొన్ని ఎక్కువగాను కొన్ని తక్కువగాను వక్రీభవిస్తాయి. కింద
చిత్రంలో కనిపిస్తున్నట్లు ఎర్రని కాంతి తక్కువగా వక్రీభవిస్తుంది. అందుకే పట్టకానికి అవతలి పక్క పడ్డ రంగుల చారలలో ఎర్రని చార అన్నిటికన్నా పైన
వుంటుంది. అలాగే వయొలెట్ రంగు ఎక్కువగా వంగుతుంది. అందుకే చిత్రంలో వయొలెట్ చార
అన్నిటికన్నా కిందన వుంటుంది.
కాని
‘వివిధ రంగుల కిరణాలు’ అంటే
ఏంటి? వివిధ రంగుల కిరణాల మధ్య
భేదాలకి కారణ
భూతమైన లక్షణం ఏంటి?
ఈ విషయాన్ని వివరించడానికి న్యూటన్ ‘కాంతి కణ సిద్ధాంతం’
(Corpuscular theory of light) ని ప్రతిపాదించాడు.
ఆ సిద్ధాంతం ప్రకారం
కాంతి తేలికైన,
అతి సూక్ష్మమైన పరిపూర్ణ కణాలతో కూడుకున్న ప్రవాహం. ఇవి
అతి సూక్ష్మమైన కణాలు కనుక గాజు మొదలైన యానకాల ద్వార కూడా ప్రయాణించగలవు. కాంతిలో వున్నది కణ ప్రవాహం అని ప్రతిపాదించాక ఆ భావన సహాయంతో ఒక
యానకం నుండి మరో యానకం లోకి ప్రవేశించే కాంతి వక్రీభవనం ఎందుకు చెందుతుందో ఇలా వివరించాడు.
ఒక యానకం లోంచి కాంతి కణాలు ప్రసరిస్తున్నప్పుడు చుట్టూ అన్ని దిశలా యానకం ఒకే విధంగా ఉంటుంది కనుక
కాంతి కణాల మీద ఆ యానకం
యొక్క గురుత్వం అన్ని దిశలలోను ఒకే విధంగా ఉంటుంది. కనుక
ఫలితంగా కాంతి కణం మీద కనిపించే గురుత్వబలం సున్నా అవుతుంది.
ఏ బల ప్రభావమూ లేకపోవడం వల్ల కాంతి కణం ఋజురేఖలో ప్రసరిస్తుంది.
కాని రెండు యానకాల మధ్య సరిహద్దు వద్ద పరిస్థితి వేరుగా ఉంటుంది. గాలి లాంటి విరళ యానకం లోంచి గాజు లాంటి సాంద్ర యానకం లోకి కాంతి కణం ప్రవేశిస్తున్నప్పుడు సరిహద్దు వద్ద
గాజు యొక్క అధికమైన గురుత్వం పని చెయ్యడం వల్ల
కొద్దిగా సరిహద్దు యొక్క లంబం దిశగా వంపు తిరుగుతుంది.
కాని గాజులోకి పూర్తిగా ప్రవేశించాక మళ్లీ అన్ని దిశలా గాజు యొక్క పదార్థం ఒకే
విధంగా విస్తరించి వుండడం వల్ల ఆ తరువాత దిశ
మారకుండా ఋజురేఖలో ప్రయాణిస్తుంది.
ఈ విధంగా కాంతి కణ సిద్ధాంతం కాంతి వక్రీభవనాన్ని వివరించడానికి ప్రయత్నించింది.
అయితే మరి వివిధ రంగుల కణాలు వివిధ కోణాల వద్ద ఎందుకు వక్రీభవనం చెందుతాయి? దీనికి న్యూటన్ వివరణ ఇలా వుంది. వివిధ రంగుల కాంతి కణాల మధ్య ద్రవ్యరాశిలో భేదం
వుంటుంది. ఎర్ర
కాంతి కణాలు మరింత భారమైనవి.
అందుకే అవి
పట్టకం లోంచి ప్రసరించినప్పుడు ఎక్కువగా వంగకుండా ముందుకి సాగిపోతాయి. అందుకు విరుద్ధంగా వయొలెట్ కణాలు చాలా తేలికైనవి. అందుకే బాగా వంగుతాయి.
ఈ విధంగా పట్టకం లోంచి తెల్ల కాంతి ప్రసరించినప్పుడు అందులోని వివిధ కాంతి కణాలు ఎందుకు వేరుపడతాయో న్యూటన్ తన కాంతి కణ సిద్ధాంతం సహాయంతో వర్ణించగలిగాడు.
(ఇంకా వుంది)
పై
రెండు సిద్ధాంతాల్లో రెండోది నిజమని అనుకొడానికి కొన్ని బలమైన కారణాలు ఉన్నాయి. 1911 కల్లా ఈ విషయాన్ని అమెరికన్ భౌతిక శాస్త్రవేత్త రాబర్ట్ ఆండ్రూస్ మిలికాన్ (1868-1953) నిర్ద్వంద్వంగా నిరూపించాడు. ఒక రేణువు తీసుకోదగ్గ కనిష్ఠ విద్యుదావేశపు విలువని ఇతడు తన ప్రయోగం ద్వార కనుక్కున్నాడు.
ఆ
కనిష్ఠ విద్యుదావేశపు విలువే కాథోడ్ కిరణ రేణువుల విద్యుదావేశపు విలువ అనుకుంటే దాని ద్రవ్యరాశి హైడ్రోజన్ పరమాణువు ద్రవ్యరాశిలో 1/1837 వంతు అయ్యుండాలి. ఆ విధంగా కాథోడ్ కిరణాలు మనిషి కనుక్కున్న మొట్టమొదటి ఉపపరమాణు రేణువులకి (subatomic
particles) తార్కాణాలు.
ఫారడే
తన విద్యుత్ విశ్లేషణా నియమాలని ప్రతిపాదించిన నాటి నుండీ కూడా విద్యుత్తుని రేణువులు మోసుకుపోతాయన్న భావన చలామణిలో ఉండేది. 1891 లో ఐరిష్ భౌతిక శాస్త్రవేత్త జార్జ్ జాన్స్‌టన్ స్టోనీ (1826-1911) విద్యుత్తు యొక్క మూలాంశానికి ఎలక్‌ట్రాన్ (electron) అని పేరు పెట్టాడు.
అర్థశతాబ్ద
కాలం పైగా “విద్యుత్ పరమాణువు” (atom of
electricity) గురించి ఏవేవో ఊహాగానాలు చేస్తే,
చివరికి కాథోడ్ కిరణాల రూపంలో ఆ కలలకొక మూర్తిరూపం కనిపించింది. ఆ కిరణాలకి (అది స్టోనీ పెట్టిన పేరే) ఎలక్‌ట్రాన్లు అని పేరు పెట్టారు. కనుక జె.జె. థామ్సన్ కి ఎలక్ట్రాన్లని కనుక్కున్న ఘనత దక్కింది.
కాంతి
విద్యుత్ ప్రభావం (Photoelectric effect)
ఎలక్‌ట్రాన్ కి పరమాణువుకి మధ్య సంబంధం ఎంతో కాలంగా తేలని విషయంగా ఉండేది. విద్యుత్ శక్తిలో మూలాంశం ఎలక్‌ట్రాన్ కావచ్చు. పదార్థంలో మూలాంశం పరమాణువు కావచ్చు. అయితే రెండూ రెండు విభిన్న తత్వాలకి చెందిన మూలకణాలు అయినా రెండూ ఒక దాంతో ఒకటి సంబంధం లేనివి కావచ్చు.
అలాగని
మరీ బొత్తిగా సంబంధం లేనివి కూడా కాకపోవచ్చు. 1881 లో ఆర్హీనియస్ తన ionic dissociation సిద్ధాంతాన్ని ప్రతిపాదించాడు. అయాన్ల
ప్రవర్తనని అర్థం చేసుకునేందుకు గాను వాటిని విద్యుదావేశం గల పరమాణువులు గాను, లేక విద్యుదావేశం గల పరమాణు రాశులు గాను ఊహించుకున్నాడు. మొదట్లో ఆ భావన చాలా మంది రసాయన శాస్త్రవేత్తలకి అర్థరహితంగా అనిపించింది. కాని ఒక సారి ఎలక‌ట్రాన్లు కనుక్కున్నాక ఆ భావన మరింత అర్థవంతంగా తోచింది.
ఉదాహరణకి
ఒక క్లోరిన్ పరమాణువుకి ఒక ఎలక్‌ట్రాన్ అతుక్కుని వుందని అనుకుందాం. అప్పుడది ఏకైక ఋణ విద్యుదావేశం గల క్లోరైడ్ అయాన్ అవుతుంది. అలాగే ఒక సల్ఫర్ పరమాణువు, నాలుగు ఆక్సిజన్ పరమాణువులు కలిసిన పరమాణు సముదాయంలో రెండు ఎలక్‌ట్రాన్లు ఉంటే అప్పుడది రెండు ఋణ విద్యుదావేశాలు గల సల్ఫేట్ అయాన్ అవుతుంది. ఆ విధంగా ఋణ విద్యుత్తు గల అయాన్లని వివరించవచ్చు.
కాని
మరి ధన విద్యుత్తు గల అయాన్లని వివరించేదెలా? ఉదాహరణకి సోడియమ్ అయాన్ అంటే సోడియమ్ పరమాణువుతో జతకూడిన ఒక ధన విద్యుదాంశం. కాని ఎలక్‌ట్రాన్ తో సమానమైన ధన విద్యుదావేశం గల రేణువు
అంతవరకు కనుక్కోబడలేదు. కనుక అలాంటి ధనవిద్యుదాంశాలకి పరమాణువులు అతుక్కోవడం వల్ల ధన అయాన్లు పుడతాయని అనుకోవడం సమంజసంగా అనిపించలేదు.
ఇందుకు
ప్రత్యామ్నాయంగా
మరో సూచన చెయ్యబడింది. ధన విద్యుత్తుని పుట్టించడానికి ఋణ విద్యుత్తును తొలగిస్తే చాలు కదా? అంటే పరమాణువులో ముందే వున్న ఎలక్ట్రాన్లని తగుసంఖ్యలో తొలగిస్తే చాలు. అందుకు సమానమైన సంఖ్యలో ధన విద్యుత్తు పుడుతుంది.
ఈ
అద్భుతమైన సూచన మరి కొన్ని ఇతర కారణాల వల్ల మరింత అర్థవంతంగా తోచింది. 1888 లో జర్మన్ భౌతిక శాస్త్రవేత్త హైన్రిక్ రడోల్ఫ్ హెర్జ్ (1854-1894) కొన్ని ప్రయోగాలు చేసి రేడియో తరంగాలని కనుక్కున్నాడు.
రెండు
ఎలక్ట్రోడ్ ల మధ్య సన్నని వాయు సంధి వున్నప్పుడు, ఎలక్ట్రోడ్ ల మధ్య విద్యుత్ పొటెన్షియల్ తగినంత ఎక్కువగా ఉన్నప్పుడు రెండు ఎలక్ట్రోడ్ ల మధ్య ఒక స్పార్క్ ఎగురుతుంది. అలాంటి సమయంలో కాథోడ్ మీద అల్ట్రావయొలెట్ కాంతిని ప్రసారం చేస్తే ఆ స్పార్క్ మరింత సులభంగా ఎగురుతుందని హెర్జ్ చూపించాడు. ఈ విధంగా లోహం మీద కాంతి ప్రసరించడం వల్ల ఏర్పడే విద్యుత్ ప్రభావాలన్నిటికి ఉమ్మడిగా కాంతి విద్యుత్ ప్రభావం (photoelectric effect) అని పేరు పెట్టారు.
హైన్రిక్
హెర్జ్
1902
లోగడ హెర్జ్ కి అనుచరుడిగా పని చేసిన జర్మన్
భౌతిక శాస్త్రవేత్త ఫిలిప్ ఎడ్వర్డ్ ఆంటన్ లెనార్డ్ (1862-1947) లోహం
లోంచి ఎలక్‌ట్రాన్లు వెలువడడమే కాంతి విద్యుత్ ప్రభావానికి కారణమని కనుక్కున్నాడు.
ఎన్నో
రకాల లోహాలు కాంతి విద్యుత్ ప్రభావాన్ని ప్రదర్శించాయి. వాటి మీద కాంతిని ప్రసరిస్తే వాటి లోంచి ఎలక్‌ట్రాన్లు వెలువడడం కనిపించింది. ఇక వేరేగా విద్యుత్ శక్తిని ప్రయోగించవలసిన పని లేదు. ఈ ప్రయోగాల బట్టి లోహపు పరమాణువులలో (అలాగే అన్ని రకాల పరమాణువులలోను) ఎలక్‌ట్రాన్లు ఉంటాయన్న భావన ఊపిరి పోసుకుంది.
కాని
పరమాణువులకి
వాటి సహజ స్థితిలో ఏ విద్యుదావేశమూ ఉండదు. వాటిలో మరి ఋణవిద్యుత్తు గల ఎలక్‌ట్రాన్లు ఉన్నట్లయితే, వాటిని తటస్థీకరించగల ధన విద్యుత్తు కూడా పరమాణువులోనే ఉండి తీరాలి. ఈ విషయమై లెనార్డ్ ఓ ఊహాగానం చేశాడు. ప్రతీ పరమాణువులోను ధన, ఋణ విద్యుదావేశాల సందోహాలు ఉంటాయని ఊహంచాడు. ఒక్క ధన/ఋణ అన్న తేడా తప్ప ఈ రెండు విద్యుదావేశాలు తక్కిన అన్ని విధాలుగా సమాన లక్షణాలు గలవి అయ్యుండాలని అన్నాడు. కాని ఈ భావన అంత సమంజసంగా అనిపించలేదు. అదే నిజమైతే కాంతి విద్యుత్ ప్రభావం వల్ల అప్పుడప్పుడు ధనావేశాలు కూడా వెలువడాలి. కాని అలా ఎప్పుడూ జరగలేదు. ఎప్పుడూ ఎలక్‌ట్రాన్లు మాత్రమే వెలువడతాయి. ఎందుచేత?
(ఇంకా వుంది)
