ක්වොන්ටම් යාන්ත්ර විද්යාව
ක්වොන්ටම් යාන්ත්ර විද්යාව
[සංස්කරණය]දළ විශ්ලේෂණය
[සංස්කරණය]පරමාණුවේ ක්රියාකාරිත්වය හා හැසිරීම පිළිබඳ අධ්යයනය කිරීමේදී මෙම ක්වොන්ටම් යාන්ත්ර විද්යාව වැදගත් වේ. උදාහරණයක් ලෙස නිවුටන් යාන්ත්ර විද්යාවට අනුව පරමාණුක ක්රියාකාරීත්වය යනු ඉලෙක්ට්රෝන වේගයෙන් එකිනෙක අතර ගමන් කරමින් න්යෂ්ටිය හා ගැටීමයි.කෙසේ වෙතත් සාමාන්යයෙන් ඉලෙක්ට්රෝන න්යෂ්ටිය වටා පිහිටි කක්ෂය මත ගමන් කරමින් පවතින්නේ න්යෂ්ටියෙහි ඇති ධන ආරෝපිත චුම්භක ක්ෂේත්රය නිසා බව විද්යාඥයින්ගේ මතයයි.
ක්වොන්ටම් යාන්ත්ර විද්යාවේ පුරෝකථනයන් ඉතා ඉහළ නිරවද්යතාවයකට පරීක්ෂණාත්මක ව සැබෑ බව ඔප්පු කර ඇත. එසේ උසස් හා ක්වොන්ටම් යාන්ත්ර විද්යාව අතර ප්රධාන අනුරූපතාවයේ වර්තමාන න්යාය ක්වොන්ටම් යාන්ත්ර විද්යාවේ නියම සියලුම වස්තූන් පිළිපදින බව කියවේ. විශාල පද්ධතිවල ක්වොන්ටම් යාන්ත්රණයක් , උසස් යාන්ත්රික විද්යාව (හෝ සංඛ්යාන ක්වොන්ටම් යාන්ත්රික විද්යාව (අංශු විශාල එකතුවක) උසස් යාන්ත්ර විද්යාවේ නියම , විශාල පද්ධති හෝ විශාල ක්වොන්ටම් සංඛ්යාවල සීමක ක්වොන්ටම් යාන්ත්ර විද්යාවේ නියම අනුගමනය කරයි.
සාම්ප්රදායික ලෙස අප සලකන පද්ධතිවල මහේක්ෂ ගතිගුණ එහි කොටස්වල ක්වොන්ටම් හැසිරීමේ සෘජු ප්රතිඵල වේ. උදාහරණ ලෙස අංශු විශාල ගණනකින් සමන්විත වස්තුවල ස්ථායීතාව , මෙම පදාර්ථයේ දෘඪතාව , යාන්ත්රික , රසායනික , තාපජ , ප්රකාශ විද්යා හා චුම්භක ගති ගුණ යන සියල්ල ක්වොන්ටම් යාන්ත්ර විද්යාවේ නීති යටතේ විද්යුත් ආරෝපණවල අන්තර් ක්රියාවල ප්රතිඵලයන්ය. .
අතිශය කුඩා අංශු හෝ අතිශය වේගයෙන් චලනය වන අංශු සමග ගණුදෙණු කිරීමේ දී ක්වොන්ටම් යාන්ත්රණය හා සාපේක්ෂතාවාදයට අනුව පදාර්ථයේ අභ්යන්තර හැසිරීම ඉදිරිපත් කරයි. විශාල සහ විශාල අණුවල ප්රමාණයේ පිළිවෙලින් හා වටපිටාවේ (විශාල) වස්තූන්ගේ හැසිරීම ගැන අනාවැකි කීමෙන් සාම්ප්රධායික නිව්ටෝනියානු භෞතික විද්යාවේ නියමයන් තවමත් නිවැරදිව පවතී.කොතරම් නව අදහස් තිබුණ ද, ඉතා කුඩා අංශූන් විස්තරකරන ක්වොන්ටම් යාන්ත්ර විද්යාව ද ඉතා විශාල වස්තු විස්තර කරන සාපේක්ෂතාවාදය ද එක්සත් කිරීම සාමාන්යය සාපේක්ෂතාවයේ රැඳි තවමත් අනාගතය පිළිබඳ සිහිනයක් පමණි.
සිද්ධාන්ත
[සංස්කරණය]ක්වොන්ටම් යාන්ත්ර විද්යාව සඳහා ගණිතමය වශයෙන් තුල්ය වන විවිධ සූත්රකරණ පවතී. මේ අතරින් පරිණාමකවාදය වඩාත් පැරණි සහ බහුලව භාවිතා වන සූත්රකරණයක් වේ. මෙමගින් (වර්නර් හයිසන් බර්න් විසින් හඳුන්වාදුන්) න්යාය යාන්ත්ර විද්යාව සහ (අර්වින් ශෝඩිංගර් විසින් හඳුන්වාදුන්) තරංග යාන්ත්ර විද්යාව යන ක්වොන්ටම් යාන්ත්ර විද්යාවේ ආරම්භක අවධියට අයත් සූත්රකරණය යුගල සංයෝජනය හා සාධාරණීකරණය කෙරේ. පරිණාමකවාදයේ නිර්මාතෘ කේම්බ්රිජ් විශ්වවිද්යාලයීය සෛද්ධාන්තික භෞතික විද්යාඥ පෝල් ඩිරැක් වේ.
මෙම සූත්රකරණයේදී ක්වොන්ටම් පද්ධතියක ක්ෂණික තත්වය කළ එහි සියලු මිණිය හැකි ගුණාංග, හෙවත් නිරීක්ෂ්ය අන්තර් ගත වේ. ශක්තිය,පිහිටුම,ගම්යතාව සහ කෝණික ගම්යතාව මෙවන් නිරීක්ෂ්ය සඳහා උදාහරණ වේ. මෙම නිරීක්ෂ්ය සන්තතික (උදා- අංශුවක පිහිටුම)හෝ විවික්ත (උදා-හයිඩ්රජන් පරමාණුවකට බැඳී ඇති ඉලෙක්ට්රෝනයක ශක්තිය) විය හැක.
සාමාන්යයෙන් ක්වොන්ටම් යාන්ත්ර විද්යාවේදී නිරීක්ෂ්ය සඳහා නිශ්චිත අගයන් ලබා දීම සිදු කෙරේ. ඒ වෙනුවට සිදු කෙරෙන්නේ සම්භාවිතා ව්යාප්ති පිළිබඳ අනාවැකි පල කිරීමයි. මෙය නිරීක්ෂ්යයක් මැනීමෙන් ලැබිය හැකි එක් එක් ප්රතිඵලයන් ලැබීමේ සම්භාවිතාවයි.සාමාන්යයෙන් මෙම සම්භාවිතාව ත්, මැනීම සිදු කරන මොහොතේ ක්වොන්ටම් තත්වය මත රඳා පවතී. කෙසේ නමුත් ඇතැම් නිශ්චිත නිරීක්ෂයන්හි නිශ්චිත අගයන් හා බැඳුණු ඇතැම් තත්වද පවතී. මේවා නිරීක්ෂ්යයේ අයිගන් අවස්ථා ලෙස හැඳින්වේ(අයිගන් පරමාණු වැදගත් වන අතර එහි අරුත සහජ හෝ ලාක්ෂණික යන්නට සමීපවේ.) එදිනෙදා ජීවිතයේ දී සියලු නිරීක්ෂය අයිගන් අවස්ථාව යටතේ පවතින බව හැඟෙන අතර එය සාමාන්ය තත්වයකි. එදිනෙදා අපට හමු වන සියලු වස්තූන් සඳහා නිශ්චිත පිහිටීමක්, නිශ්චිත ගම්යතාවක් සහ පැවැත්ම සඳහා වූ නිශ්චිත කාල සීමාවක් ඇති බවක් සංවේදනය වේ. නමුත් දෙන ලද අවකාශයක් තුළ පරිමිත කාලසීමාවක් තුළ කිසියම් අංශුවක ගම්යතාව හෝ පිහිටුම සඳහා ක්වොන්ටම් යාන්ත්ර විද්යාවේ දී නිශ්චිත අගයන් ලබා දීම සිදු වේ. මේ හේතුවෙන් (අ) යමක අතිශ්චිත සම්බන්ධයක් ඇති අවස්ථාවක් සහ (ආ) නිශ්චිත අගයක් ඇති අවස්ථාවක් සඳහා වෙනස් පද භාවිත කළ යුතු විය. ඒ අනුව ඉහත දෙවන අවස්ථාව මනිනු ලබන ගුණයේ අයිගන් අවස්ථාව ලෙස හැඳින්වේ.උදාහරණයක් ලෙස නිදහස් අංශුවක් සලකන්න. ක්වොන්ටම් යාන්ත්ර විද්යාවේ අංශු තරංග ද්වෛතයක් පවතින හෙයින් අංශුවෙහි ගුණ තරංගයක් ලෙස විස්තර කළ හැක. එබැවින් එහි ක්වොන්ටම් අවස්ථාව තරංග ශ්රිතයක් ලෙස හැඳින්වෙන අවකාශය පුරා පැතිරුණ අභිමත හැඩයකින් යුත් තරංගයක් ලෙස නිරූපණය කළ හැක. අංශුවෙහි පිහිටුම ගම්යතා නිරීක්ෂ්ය වේ ක්වොන්ටම් යාන්ත්ර විද්යාවේ අවිනිශ්චිතතා වාදයට අනුව පිහිටුම හා ගම්යතාව යන යුගල එකවර අපරිමිත නිරවද්යතාවකින් යුතුව නිර්ණය කළ නොහැක. කෙසේ නමුත් චලනය වන නිදහස් අංශුවක පිහිටීම පමණක් සැලකූ විට කිසියම් x පිහිටුමකදී ඉතා විශාල වූත් අනෙක් සියලු පිහිටුම් සඳහා ශූන්යට ඉතා ආසන්න වූත් තරංග ශ්රිතයක් සහිත පිහිටුම්-අයිගන් අවස්ථාවක් ලබාගත හැක.
යම් හෙයකින් මෙවන් තරංග ශ්රිතයක් මත පිහිටුම් මිනුමක් සිදු කළේ නම් එවිට x නම් ඵලය 100% ඉතා ආසන්න සම්භාවිතාවකින් යුතුව ලැබෙනු ඇත.වෙනත් අයුරකින් නිදහස් අංශුවේ පිහිටුම බොහෝ දුරට දැනගත හැකිවේ.මෙය පිහිටුම් අයිගන් අවස්ථාවක් නම් වේ(“ සාධාරණීකෘත අග අයගන් අවස්ථාවක්” යන්න ගණිතමය වශයෙන් වඩාත් නිරවද්ය වේ. අයිගන් ව්යාප්තියකි)නමුත් අංශුවක පිහිටුම් අයිගන් අවස්ථාවක පවතින විට එහි ගම්යතාව සම්පූර්ණයෙන්ම අවිනිශ්චිත වේ. අනෙක් අතට ගම්යතාමය අයිගන් අවස්ථාවක් තලීය තරංගයක හැඩය ගනී. h ප්ලාන්ක් නියතය ද , p ගම්යතාමය අයිගන් අවස්ථාවද වන විට මෙහි තරංග ආයාමය h/p ට සම වන බව පෙන්විය හැක. අංශුවක් ගම්යතාමය අයිගන් අවස්ථාවක පවතින විට එහි පිහිටුම සම්පුර්ණයෙන්ම අවිනිශ්චිත වේ.
සාමාන්යයෙන් පද්ධතියක් අපට අභිමත වන කිසිඳු පරීක්ෂණයක් සඳහා අයිගන් අවස්ථාවේ නොපවතී. නමුත් යමෙක් නිරීක්ෂ්යයක් මතින්ම ක්ෂණිකවම තරංග ශ්රිතය එම නිරීක්ෂ්යයේ අයිගන් අවස්ථාවක් (නැතහොත් සාධාරණීකෘත අයිගන් අවස්ථාවක්) බවට පත්වේ. මෙම ක්රියාවලිය තරංග ශ්රිත බිඳ වැටුම නම් වේ. මෙය අධ්යයනය කරනු ලබන පද්ධතිය මිනුම් උපකරණයන්ද ඇතුළත් වන පරිදි විස්තාරණ කළ යුතු අතර එවිට තවදුරටත් විස්තරාත්මක ක්වොන්ටම් ගණනය කිරීම් සිදු කළ නොහැක. මෙවිට පැරණි ආකාරයේ විස්තර කිරීමක් භාවිත කිරීමට සිදුවේ. මිනුම් කිරීමට මොහොතකට පෙර අවස්ථාටව අනුරූප තරංග ශ්රිතයේ හැඩය දන්නේනම් එවිට බිඳවැටුමෙන් ලැබිය හැකි එක් එක් අයිගන් අවස්ථාවන්ට අදාල සම්භාවිතා ගණනය කළ හැක. උදාහරණයක් සලකමු .ඉහත ජේදයේ දක්වා ඇති නිදහස් අංශුවේ -තරංග ශ්රිතය සාමාන්යයෙන් x0 මධ්යන්ය පිහිටුමක් වටා පිහිටන පිහිටුම් හෝ ගම්යතාමය අයිගන් අවස්ථාවක් නොවන තරංග ඇහුරුමක් වනු ඇත. අංශුවෙහි පිහිටුම මනිනු ලබන විට මැනිය හැකි ප්රතිඵලය ගැන නිශ්චිතව අනාවැකි පල කළ ෙනාහැක.එය එය බොහෝ විට තරංග ශ්රිතයේ විස්තරය විශාල වන xට ආසන්න විය හැකි නමුත් එය එසේ බව ස්ථිර වශයෙන්ම කිව නොහැක. මිනුම සිදුකර x නම් කිසියම් ප්රතිඵලයක් ලබාගත් විට x වටා කේන්ද්රගත වූ පිහිටුමේ අයිගන් අවස්ථාවක් බවට තරංග ශ්රිතය බිඳ වැටේ.
කාලයත් සමග තරංග ශ්රිතය වෙනස්කම් වලට භාජනය විය හැක. මෙහිදී ශ්රෝඩින්ගර් සමීකරණය පුරාණ යාන්ත්ර විද්යාවේ නිව්ටන් ගේ දෙවැනි නියමයේ කාර්යභාරයට සමාන කාර්යභාරයක් ඉටු කරමින් කාලයත් සමග තරංග ශ්රිත විච්ල්ය වන ආකාරය විස්තර කරයි. ඉහත උදාහරණයක සඳහා සලකා ඇති නිදහස් අංශුව සඳහා ශ්රෝඩින්ගර් සමීකරණය යෙදු විට එය තරංග ඇසුරුමේ කේන්ද්රය, පෞරාණක යාන්ත්ර විද්යාවවේදී බාහිර බලයන්ට යටත්ව නොවු අංශුවක් ආකාරයට , අවකාශය ඔස්සේ නියත ප්රවේගයකින් චලිත වනු ඇති බවට අනාවැකියක් ලැබේ. තවද කාලයත් සමග තරංග ඇසුරුම් ක්රමයන් විස්තාරණය වන අතර ඒ සමගම අංශුවේ පිහිටීම වඩාත් අවිනිශ්චිත වේ. මේ ආවරණය හේතුවෙන් පිහිටුම් අයිගන් අවස්ථා (මේවා අපරිමිත ලෙස කුඩා තරංග ඇසුරුම් සේ කළ හැකි විස්කාරික තරංග ඇසුරුම් බවට පත්වන අතර එවිට ඒවා තවදුරටත් පිහිටුම් අයිගන් අවස්ථා නොවේ.
ඇතැම් තරංග ශ්රිත නිසා හටගන්නා ව්යාප්ති කාලයක් සමග නියතව පවතී. පෞරාණික යාන්ත්ර විද්යාෙව් ගතික ලෙස සැලකෙන බොහෝ පද්ධති එවන් ස්ථිතික තරංග ශ්රිතයන් ඇසුරින් විස්තර කෙරේ. උදාහරණයක් ලෙස උත්තේජික තත්වයේ නොපවතින පරමාණුවක ඇති තනි ඉලෙක්ට්රෝනයක් සලකමු. පෞරාණික යාන්ත්ර විද්යාවේදී එය පරමාණුක න්යෂ්ටිය වටා වෘත්තාකාර පෙතක ගමන් කරන අංශුවක් සේ විස්තර වේ නමුත් ක්වොන්ටම් යාන්ත්ර විද්යාවේදී එය න්යෂ්ටිය වටා පිහිටන ස්ථිතික ගෝලීය සමමිතික තරංග ශ්රිතයක් ලෙස විස්තර කෙරේ (s වශයෙන් අංකනය කර ඇති අවම කෝණික ගම්යතා අවස්ථා පමණක් ගෝලීය සමමිතික වන බව නිරීක්ෂණය කරන්න)
කිසියම් ආරම්භක අවස්ථාවක පවතින තරංග ශ්රිතතයක් සැලකූවිට පසුව එලඹෙන ඕනෑම මොහොතක් සඳහා එහි ස්වභාවය පිළිබඳව නිශ්චිත අනාවැකියක් පල කළ හැකි හෙයින් තරංග ශ්රිත කාලය හමුවේ පරිණාමය වන්නේ නිර්ණායක අයුරින් යැයි කිව හැක. මිනුමක් අතරතුර තරංග ශ්රිතයක් තවෙකක් බවට පත් වීම නිර්ණය නොවන අතර බොහෝ දුරට අනාවැකි පලකල නොහැකි ස්වභාවයක් ගනී.(සසම්භාවී)
ඒ අනුව ක්වොන්ටම් යාන්ත්ර විද්යාවේ සම්භාවිතාමය ගුණය මිනුම්කරණය නිසා ඇතිවන්නක් බව කිව හැක. මෙය ක්වොන්ටම් පද්ධතියට අදාල පැතිකඩ අතුරින් තේරුම් ගැනීමට වඩාත් අපහසු වන්නකි. සුප්රසිද්ධ බෝ-අයින්ස්ටයින් විවාදයන්හි කේන්ද්රීය මාතෘකාව වුයේ ද මෙම ගුණයයි. මෙම විවාදයන් ඔස්සේ සිතිවිලිමය පර්යේෂණ මගින් ඉහත මූලික සිද්ධාන්ත පැහැදිලි කිරීමට අයින්ස්ටයින් සහ බොර් යත්න දැරීය. ක්වොන්ටම් යාන්ත්ර විද්යාව නිර්මාණය වීමෙන් පසු ගෙවී ගිය දශකය තුළදී “මිනුමක්” සඳහා අයත් වන්නේ මොනවාද යන ගැටළුව දීර්ඝ ලෙස අධ්යයනයට ලක් විය. තරංග ශ්රිත බිඳවැටුම් සංකල්පය ඉවත් කිරීම සඳහා ක්වොන්ටම් යාන්ත්ර විද්යාව සඳහා අර්ථ දැක්වීම නිර්මාණය කර ඇත.(උදා- සාපේක්ෂ අවස්ථා අර්ථ දැක්වීම බලන්න) මේ සඳහා දළ අදහසක් පහත පරිදි වේ. ක්වොන්ටම් පද්ධතියක්, මිනුම් උපකරණයක් හා අන්තර් ක්රියා කරන විට ඒවා එක එකෙහි තරංග ශ්රිත එකිනෙක පැටලීම සිදුවන අතර එවිට මුල් ක්වොන්ටම් පද්ධතිය තවදුරටත් ස්වාධීන ව්යුහයක් ලෙස නොපවතී.
පදනම් පර්යේෂණ
[සංස්කරණය]- කැතෝඩ නල පරීක්ෂණ මගින් ඉලෙක්ට්රෝණ සහ එහි සෘන ආරෝපිත බව සොයා ගැනීම (1897)
- කැතෝඩ කිරණ (ඉලෙක්ට්රෝන කදම්භ හෝ ඊ-කදම්භ ලෙස ද හැඳින්වේ) යනු රික්ත නළ තුළ නිරීක්ෂණය කළ හැකි ඉලෙක්ට්රෝන ධාරවකි. වාතය ඉවත් කළ විදුරු නළයකට ඉලෙක්ට්රෝඩ දෙකක් සම්බන්ධ කර ඉහල විභව අන්තරයක් හා පහල පීඩන යටතේ ඇති නම්, වීදුරුවේ ඍණ ඉලෙක්ට්රෝඩයට විරුද්ධ පැත්ත දිලිසෙන අයුරු නිරීක්ෂණය කළ හැකි අතර ඒ කැතෝඩයෙන් (විදුලි සැපයුමේ ඍණ අග්රයට සම්බන්ධ කර ඇති ඉලෙක්ට්රෝඩය) විමෝචනය වී ඊට ලම්බාකාරව ගමන් කරන ඉලෙක්ට්රෝන හේතුවෙනි. මේවා 1869 දී ජර්මානු ජාතික භෞතික විද්යාඥ විලියම් හිටෝෆ් විසින් මුල් වරට නිරීක්ෂණය කරන ලද අතර, 1876 දී ඉයුජින් ගෝල්ඩ්ස්ටයින් විසින් Kathodenstrahlen (කැටෝඩන්ශ්ත්රෛලන්) හෙවත් කැතෝඩ කිරණ ලෙස නම් කරන ලදී.
- සටහන්
- හෙන්රි බෙකරල් ගේ විකිරණශීලීතාවය සොයා ගැනිම
- ජේ ජේ තොම්සන් ගේ කැතෝඩ නල පරික්ෂණ මගින් ඉලෙක්ට්රෝණ සහ එහි සෘන ආරෝපිත බව සොයා ගැනිම (1897)
- 1850 සිට 1900 අතර කාලයේ සිදු කල කෘෂිරා වස්තු විකිරණය පිළිබද අධ්යයනය මෙය ක්ටොන්ටම් විද්යාවේ සංකල්ප වලින් තොරව පැහැදිලි කල නොහැක.
- අයින්ස්ටයින්ගේ ප්රකාශ විද්යුත් ආවරණය සොය ගැනිම (1905) (මෙයට නොබෙල් ත්යාගය මේ විය) මෙහිදි ආලෝකය ෆෝටොන් හෙවත් අංශු ලෙස පවතින බව පැහැදිලි විය.
- රොබර්ට් මිලිකන් ගේ තෙල් බිංදු පරික්ෂණ මගින් විද්යුත් ආරෝපන ක්වොන්ටා හෙවත් ශක්ති පුර්ණ ඒකක ලෙස පවතින බව සොයා ගැනිම (1909)
- අර්නස්ට් රදර්ෆර්ඩ් ගේ රන්පත් පරීක්ෂණය මගින් පරමාණුවේ ආකෘතිය විරෝධනය කිරිම, මෙමගින් පරමාණුවේ ස්කන්ධ හා ධනාත්මක ආරෝපනටය ඒකකාරිව ව්යාප්ත වි ඇති බව පෙන්වා දීම.
- ඔටෝ ස්ටර්න්සහ වොල්තර් ජෙරාක් ගේ Stern - Gerloach පරික්ෂණ යෙන් අංශුවක ක්ටොන්ටම් ස්වභාවය පැහැදිලි කිරිම (1920)
- ක්ලින්ටන් ඩේවිඩ්සන් සහ ලෙස්ටර් ගර්මර් ඉලෙක්ට්රෝන විවරන පරික්ෂණ මගින් ඉලෙක්ට්රෝන වේ තරංගමය ස්වභාවය පහදා දිම (1927)
- ක්ලයිඩ් එල් කොවන් සහ ෆ්රෙඩ්රික් රීන්ස් විසින් පරමාණුවක නියුට්රෝන පැවැත්ම නියුට්රිනෝ පරික්ෂණ මගින් තහවුරැ කිරීම (1955)
- ක්ලවුස් ජොන්සන් ගේ ඉලෙක්ට්රෝන පිළිබද Double Slit පරික්ෂණ (1961)
- 1880 දී ක්ලවුස් පොන් ක්ලිට්සින් ගේ ක්වොන්ටම් සිදුරැ අචරණය සොයා ගැනිම. මෙය සිදුරැ ආචරණයේ ක්වොන්ටම් ආකාරය වන අතර මෙමගින් විද්යුත් ප්රතිරෝධන පිලිබදව නව අර්ථකතනයක් දෙන ලදි. එමෙන්ම මෙමගින් සියුම් ව්යුහ නියතයට ඉතා සියුම් නිදහස් අර්ථ කථනයක් දෙන ලදි.
- Alain aspect ක්වොන්ටම් පැටලීම පර්යේෂණාත්මකව සත්යාපනය කිරීම (1982)
Reference
[සංස්කරණය]http://en.wikipedia.org/wiki/History_of_quantum_mechanics
- මේ පිටුව අන්තිමට සැකසුවේ 2 මැයි 2024 දින දී,