बीकेएस सिद्धांत

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बोह्र-क्रामर्स-स्लेटर सिद्धांत (बीकेएस सिद्धांत) तथाकथित पुराने क्वांटम सिद्धांत के आधार पर पदार्थ और विद्युत चुम्बकीय विकिरण की बातचीत को समझने का संभवतः अंतिम प्रयास था, जिसमें मौलिक रूप से वर्णन करने योग्य पर क्वांटम प्रतिबंध लगाकर क्वांटम घटनाओं का इलाज किया जाता है। व्यवहार [1][2][3][4] यह 1924 में उन्नत था, और विद्युत चुम्बकीय क्षेत्र के मौलिक तरंग विवरण से जुड़ा हुआ है। यह संभवतः पूर्ण भौतिक सिद्धांत की तुलना में एक शोध कार्यक्रम था, जो विचार विकसित किए गए हैं उन्हें मात्रात्मक तरीके से काम नहीं किया जा रहा है। [5] बीकेएस थ्योरी का उद्देश्य आइंस्टीन की प्रकाश क्वांटम की परिकल्पना का खंडन करना था।[6]

एक पहलू बोह्र कक्षाओं की (अलग) स्पष्ट आवृत्तियों के अतिरिक्त अवशोषण और उत्सर्जन आवृत्तियों पर आभासी दोलक का उपयोग करके घटना विद्युत चुम्बकीय विकिरण के अनुसार परमाणु व्यवहार के मॉडलिंग के विचार ने मैक्स बोर्न, वर्नर हाइजेनबर्ग और हेनरी क्रेमर्स को गणित का पता लगाने के लिए महत्वपूर्ण रूप से प्रेरित किया। आव्यूह यांत्रिकी के बाद के विकास को दृढ़ता से प्रेरित किया, आधुनिक क्वांटम यांत्रिकी का पहला रूप मिला। सिद्धांत की उत्तेजकता ने भी महान चर्चा उत्पन्न की और पुराने क्वांटम सिद्धांत की नींव में आने वाली कठिनाइयों पर नए सिरे से ध्यान दिया।[7] चूंकि, शारीरिक रूप से सिद्धांत का सबसे उत्तेजक तत्व, कि गति और ऊर्जा को प्रत्येक बातचीत में संरक्षित नहीं किया जाएगा, किन्तु केवल समग्र रूप से, सांख्यिकीय रूप से, जल्द ही प्रयोग के साथ संघर्ष में दिखाया गया था।

उत्पत्ति

1905 में जब आइंस्टीन ने प्रकाश क्वांटम (फोटॉन) पेश किया, तो वैज्ञानिक समुदाय से अधिक विरोध हुआ। चूंकि, जब 1923 में, आर्थर कॉम्पटन ने दिखाया कि परिणामों को यह मानकर समझाया जा सकता है कि प्रकाश किरण प्रकाश-क्वांटा के रूप में व्यवहार करती है और ऊर्जा और संवेग को संरक्षित किया जाता है, बोह्र अभी भी परिमाणित प्रकाश के खिलाफ प्रतिरोधी थे, यहां तक ​​कि अपने 1922 के नोबेल पुरस्कार व्याख्यान में भी इसका खंडन किया था और बोह्र ने सांख्यिकीय सिद्धांतों के रूप में ऊर्जा और संवेग संरक्षण के सिद्धांतों की पुनर्व्याख्या करके प्रकाश-क्वांटम परिकल्पना का उपयोग किए बिना आइंस्टीन के दृष्टिकोण का उपयोग करने का एक विधि खोजा था।[8] इस प्रकार, यह 1924 में था कि बोह्र, क्रेमर्स और स्लेटर ने पदार्थ और विद्युत चुम्बकीय इंटरैक्शन के एक उत्तेजक विवरण को प्रकाशित किया, जिसे ऐतिहासिक रूप से बीकेएस पेपर के रूप में जाना जाता है, जो क्वांटम बदलाव और विद्युत चुम्बकीय तरंगों को ऊर्जा और संवेग के साथ जोड़ता है, केवल औसत पर संरक्षित किया जा रहा है।[9][10]

बीकेएस सिद्धांत का प्रारंभिक विचार जॉन सी. स्लेटर के साथ उत्पन्न हुआ | [11] जिन्होंने कोपेनहेगन में अपने प्रवास के दौरान विकसित किए जाने वाले परमाणुओं द्वारा विकिरण के उत्सर्जन और अवशोषण के सिद्धांत के निम्नलिखित तत्वों को नील्स बोह्र और हेनरी एंथोनी क्रेमर्स को प्रस्तावित किया:

  1. अल्बर्ट आइंस्टीन सामान्य सापेक्षता की फोटॉन अवधारणा के साथ समझौते में पदार्थ द्वारा विद्युत चुम्बकीय विकिरण का उत्सर्जन और अवशोषण अनुभूत किया जाता है;
  2. परमाणु द्वारा उत्सर्जित एक फोटॉन मौलिक विद्युत चुम्बकीय क्षेत्र द्वारा निर्देशित होता है (सितंबर 1923 को प्रकाशित लुइस डी ब्रोगली के विचारों की तुलना करें) [12] गोलाकार तरंगों से मिलकर, इस प्रकार हस्तक्षेप (तरंग प्रसार) की व्याख्या को सक्षम करता है |
  3. यहां तक ​​​​कि जब कोई संक्रमण नहीं होता है तब भी एक मौलिक क्षेत्र उपस्थित होता है जिसमें सभी परमाणु योगदान करते हैं; इस क्षेत्र में सभी आवृत्तियाँ होती हैं जिस पर एक परमाणु फोटॉन का उत्सर्जन या अवशोषण कर सकता है, इस तरह के उत्सर्जन की संभावना संबंधित संचरण विश्लेषण के आयाम द्वारा निर्धारित की जा रही है क्षेत्र के सिग्नल प्रोसेसिंग में अनुप्रयोग; संभाव्य पहलू अंतिम है, जब परमाणुओं के अंदर की गतिशीलता को उत्तम ढंग से जाना जाता है तो इसे समाप्त कर दिया जाता है |
  4. मौलिक क्षेत्र इलेक्ट्रॉनों की वास्तविक गतियों द्वारा निर्मित नहीं होता है, किन्तु 'संभावित वर्णक्रमीय रेखा की आवृत्तियों के साथ गतियों' (आभासी ऑसिलेटर्स 'कहा जाता है, एक क्षेत्र को 'आभासी' के रूप में भी संदर्भित किया जाता है) .

यह चौथा बिंदु मैक्स प्लैंक के 1900 में उनके क्वांटम परिचय के मूल दृष्टिकोण पर वापस लौटता है। प्लैंक को यह भी विश्वास नहीं था कि प्रकाश को परिमाणित किया गया था। उनका मानना ​​था कि काले शरीर के गर्म ठोस में आभासी दोलक होते हैं और केवल प्रकाश और ठोस काले शरीर के आभासी दोलनों के बीच की बातचीत के दौरान विचार की जाने वाली मात्रा थी।[13] मैक्स प्लैंक ने 1911 में कहा, “मि। आइंस्टीन, यह कल्पना करना आवश्यक होगा की प्रकाश तरंगें स्वयं परमाणु रूप से गठित हैं, और इसलिए मैक्सवेल के समीकरणों को छोड़ना है। यह मुझे एक ऐसा कदम लगता है जो मेरी राय में अभी आवश्यक नहीं है। मुझे लगता है कि सबसे पहले क्वांटम सिद्धांत की पूरी समस्या को पदार्थ और विकिरण के बीच बातचीत के क्षेत्र में स्थानांतरित करने का प्रयास करना चाहिए।[14]

बोह्र और क्रामर्स के साथ विकास

ऐसा लगता है कि स्लेटर का मुख्य इरादा विकिरण के दो परस्पर विरोधी मॉडलों को समेटना है, अर्थात। तरंग-कण द्वैत। उन्हें अच्छी उम्मीद हो सकती है कि इलेक्ट्रॉन रोटेशन की आवृत्तियों के अंतर पर कंपन करने वाले ऑसिलेटर्स के संबंध में उनका विचार बोह्र के लिए आकर्षक हो सकता है क्योंकि इसने बाद के बोह्र मॉडल उत्पत्ति की समस्या को हल किया, तथापि इन ऑसिलेटर्स का भौतिक अर्थ स्पष्ट से बहुत दूर था। फिर भी, बोह्र और क्रेमर्स को स्लेटर के प्रस्ताव पर दो आपत्तियां थीं:

  1. धारणा है कि फोटॉन उपस्थित हैं। तथापि आइंस्टीन की फोटॉन परिकल्पना एक सरल तरीके से प्रकाश विद्युत प्रभाव की व्याख्या कर सकती है, साथ ही एक परमाणु की डी-एक्साइटेड अवस्था की प्रक्रियाओं में ऊर्जा के संरक्षण के बाद एक निकटतम की उत्तेजना, बोह्र फोटॉनों की वास्तविकता को स्वीकार करने के लिए सदैव अनिच्छुक रहे थे। , उनका मुख्य तर्क हस्तक्षेप (तरंग प्रसार) की घटना के साथ फोटॉनों के अस्तित्व को समेटने की समस्या है;
  2. एक परमाणु के डी-उत्तेजना की प्रक्रिया में ऊर्जा के संरक्षण के लिए एक निकटतम के उत्तेजना के बाद की असंभवता। स्लेटर की संभाव्यता धारणा से यह असंभवता का पालन हुआ, जो विभिन्न परमाणुओं में चल रही प्रक्रियाओं के बीच कोई संबंध नहीं दर्शाता था।

जैसा कि मैक्स जैमर कहते हैं, इसने भौतिक चित्र के साथ निरंतर विद्युत चुम्बकीय क्षेत्र की भौतिक तस्वीर को सुसंगत बनाने के लिए सिद्धांत पर फिर से ध्यान केंद्रित किया, जैसा कि स्लेटर ने प्रकाश क्वांटा का प्रस्ताव नहीं किया था, किंतु परमाणु में असंतुलित क्वांटम संक्रमणों का।[7] बोह्र और क्रेमर्स को आशा थी कि रेडियेशन और मैटर की बातचीत के मौलिक सिद्धांत के माध्यम से प्रकाश के फैलाव (वर्तमान में बेलोचदार बिखराव) का वर्णन करने के लिए क्रेमर्स द्वारा चल रहे काम के आधार पर फोटॉन परिकल्पना से बचने में सक्षम होंगे। किन्तु फोटॉन की अवधारणा को छोड़कर, उन्होंने इसके अतिरिक्त ऊर्जा और संवेग के गैर-संरक्षण की संभावना को पूरी तरह से स्वीकार करना चुना।

प्रायोगिक प्रति-साक्ष्य

बीकेएस पेपर में कॉम्पटन स्कैटरिंग कॉम्पटन शिफ्ट फॉर्मूला पर मुक्त इलेक्ट्रॉनों के एक नमूने (सामग्री) द्वारा विकिरण के बिखरने की एक सतत प्रक्रिया में ऊर्जा और संवेग के सांख्यिकीय संरक्षण के विचार के अनुप्रयोग के रूप में चर्चा की गई थी, जहां प्रत्येक इलेक्ट्रॉन सुसंगत माध्यमिक तरंगों के उत्सर्जन के माध्यम से योगदान देता है। चूंकि कॉम्प्टन ने पहले ही फोटॉन तस्वीर (व्यक्तिगत बिखरने की प्रक्रियाओं में ऊर्जा और संवेग के संरक्षण सहित) के आधार पर अपने प्रयोग का एक आकर्षक विवरण दिया था, क्या बीकेएस पेपर में यह कहा गया है कि विज्ञान की वर्तमान स्थिति में ऐसा लगता है कि यह संभवतः ही उचित है विचाराधीन के रूप में औपचारिक व्याख्या को अस्वीकार करें अर्थात सांख्यिकीय संरक्षण की अशक्त धारणा अपर्याप्त के रूप में। इस कथन ने प्रायोगिक भौतिकविदों को 'सांख्यिकीय ऊर्जा और संवेग संरक्षण' की परिकल्पना का परीक्षण करके 'विज्ञान की वर्तमान स्थिति' में सुधार करने के लिए प्रेरित किया हो सकता है। किसी भी स्थितियों में, पहले से ही एक वर्ष के बाद बीकेएस सिद्धांत को उन दिशाओं के बीच सहसंबंधों का अध्ययन करने वाले प्रयोगों द्वारा अस्वीकृत कर दिया गया था जिसमें उत्सर्जित विकिरण और हटना इलेक्ट्रॉन अलग-अलग बिखरने की प्रक्रियाओं में उत्सर्जित होते हैं। इस तरह के प्रयोग स्वतंत्र रूप से वाल्थर बोथे और हंस गीजर द्वारा किए गए थे। [15][16] साथ ही साथ आर्थर कॉम्पटन और अल्फ्रेड डब्ल्यू साइमन द्वारा। [17][18] उन्होंने व्यक्तिगत प्रकीर्णन प्रक्रियाओं में ऊर्जा और संवेग संरक्षण की दिशा में संकेत करते हुए प्रायोगिक साक्ष्य प्रदान किए (कम से कम, यह दिखाया गया कि बीकेएस सिद्धांत प्रायोगिक परिणामों की व्याख्या करने में सक्षम नहीं था)। अधिक सटीक प्रयोग, जो बहुत बाद में किए गए, ने भी इन परिणामों की पुष्टि की है।[19][20]

जैसा कि मैक्स बोर्न को एक पत्र द्वारा सुझाया गया है,[21] आइंस्टीन के लिए ऊर्जा की पुष्टि और संवेग संरक्षण संभवतः उनकी फोटॉन परिकल्पना से भी अधिक महत्वपूर्ण था: विकिरण के बारे में बोह्र की राय मुझे बहुत पसंद है। किन्तु मैं अपने आप को कठोर कार्य-कारण के परित्याग की ओर प्रेरित नहीं होने देना चाहता, इससे पहले कि इसके खिलाफ अब तक की तुलना में कहीं अधिक शक्तिशाली प्रतिरोध हुआ हो। मैं इस विचार को सहन नहीं कर सकता कि एक किरण के संपर्क में आने वाला एक इलेक्ट्रॉन अपने स्वतंत्र निर्णय से उस क्षण और दिशा का चयन करे जिसमें वह कूदना चाहता है। यदि ऐसा है, तो मैं एक भौतिक विज्ञानी की बजाय एक मोची या जुए के घर में एक कर्मचारी बनना पसंद करूंगा। यह सच है कि क्वांटा को मूर्त रूप देने के मेरे प्रयास बार-बार विफल हुए हैं, किन्तु मैं अभी बहुत दिनों तक उम्मीद नहीं छोड़ने वाला हूं।

बोर की प्रतिक्रिया भी मुख्य रूप से फोटॉन परिकल्पना से संबंधित नहीं थी। वर्नर हाइजेनबर्ग के अनुसार,[22] बोह्र ने टिप्पणी की: तथापि आइंस्टीन मुझे एक केबल भेजते हैं कि प्रकाश-क्वांटा के भौतिक अस्तित्व का अपरिवर्तनीय प्रमाण अब मिल गया है, संदेश मुझ तक नहीं पहुंच सकता, क्योंकि इसे विद्युत चुम्बकीय तरंगों द्वारा प्रेषित किया जाना है। बोह्र के लिए बीकेएस सिद्धांत के खंडन से सीखा जाने वाला सबक यह नहीं था कि फोटॉन उपस्थित हैं, किंतु क्वांटम डोमेन के भीतर घटना को समझने में मौलिक अंतरिक्ष-समय के चित्रों की प्रयोज्यता सीमित है। यह विषय कुछ वर्षों बाद पूरकता (भौतिकी) की धारणा को विकसित करने में विशेष रूप से महत्वपूर्ण हो जाएगा। हाइजेनबर्ग के अनुसार, बॉर्न प्रायिकता | बॉर्न की सांख्यिकीय व्याख्या की जड़ें भी बीकेएस सिद्धांत में थीं। इसलिए, इसकी विफलता के अतिरिक्त बीकेएस सिद्धांत ने अभी भी मौलिक यांत्रिकी से क्वांटम यांत्रिकी तक क्रांतिकारी संक्रमण में महत्वपूर्ण योगदान दिया है।

संदर्भ

  1. ↑ Bohr, Niels (1984). The emergence of quantum mechanics (mainly 1924-1926). Niels Bohr Collected Works. Vol. 5. Amsterdam: North-Holland. pp. 3–216. ISBN 978-0-444-86501-4. OCLC 225659653.
  2. ↑ J. Mehra and H. Rechenberg, The historical development of quantum theory, Springer-Verlag, New York, etc., 1982, Vol. 1, Part 2, pp. 532-554.
  3. ↑ Bohr, N.; Kramers, H.A.; Slater, J.C. (1924). "LXXVI। विकिरण का क्वांटम सिद्धांत". The London, Edinburgh, and Dublin Philosophical Magazine and Journal of Science. Informa UK Limited. 47 (281): 785–802. doi:10.1080/14786442408565262. ISSN 1941-5982.
  4. ↑ Bohr, N.; Kramers, H. A.; Slater, J. C. (1924). "Über die Quantentheorie der Strahlung". Zeitschrift für Physik (in Deutsch). Springer Science and Business Media LLC. 24 (1): 69–87. Bibcode:1924ZPhy...24...69B. doi:10.1007/bf01327235. ISSN 1434-6001. S2CID 120226061.
  5. ↑ Abraham Pais (1991). Niels Bohr's Times: In Physics, Philosophy, and Polity. Oxford University Press. ISBN 0-19-852049-2.
  6. ↑ ”How ideas became knowledge: The light-quantum hypothesis 1905–1935” Stephen G. Brush, Historical Studies in the Physical and Biological Sciences, Vol. 37, No. 2 (March 2007), pp. 205-246 (42 pages) Published by: University of California Press, P. 234 “Two physicists who clearly did not accept that claim were Neils Bohr and H. A. Kramers. They were so desperate to rescue the wave theory of light that they were willing to give up the absolute validity of the laws of conservation of energy and momentum in interactions between x-rays and electrons.”
  7. ↑ 7.0 7.1 Max Jammer, Conceptual Development of Quantum Mechanics, 2e, 1989, p.188
  8. ↑ Matrix Theory before Schrodinger: Philosophy, Problems, Consequences, Mara Beller, Isis, Vol. 74, No. 4 (Dec., 1983), pp. 469-491 (23 pages), The University of Chicago Press on behalf of The History of Science Society
  9. ↑ Michael Steiner, Ronald Rendell, BKS Showdown over Quanta, The Quantum Measurement Problem (Progress on the Physics of Quantum Measurement) (Volume 1) 1st Edition, chap. 5
  10. ↑ Kumar, Manjit. Quantum: Einstein, Bohr, and the great debate about the nature of reality / Manjit Kumar.—1st American ed., chap. 5, 2008.
  11. ↑ Letters from J.C. Slater, November, December 1923, reprinted in Ref. 1, pp. 8, 9.
  12. ↑ L. de Broglie, Comptes Rendues 177, 507-510 (1923).
  13. ↑ Planck to Einstein, 6 July 1907, CPAE, vol. 5, doc. 47, p. 31. “I do not seek the meaning of the quantum of action (light quantum) in the vacuum but at the sites of absorption and emission, and assume that processes in vacuum are described exactly by Maxwell's equations.” This was Max Planck's first known response to Einstein's heuristic theory of light quanta, sent to Einstein in a letter of July 6, 1907.”
  14. ↑ ”Discussion Following the Lecture: On the Development of Our Views concerning the Nature and Constitution of Radiation,” Physikalische Zeitschrift, vol. 10, pp. 825–826 (1909), presented at the 81st Meeting of the German Scientists and Physicians, September 21, 1909; reprinted in CPAE, vol. 2, doc. 61, pp. 395–398.
  15. ↑ Bothe, W.; Geiger, H. (1924). "Ein Weg zur experimentellen Nachprüfung der Theorie von Bohr, Kramers und Slater". Zeitschrift für Physik (in Deutsch). Springer Science and Business Media LLC. 26 (1): 44. Bibcode:1924ZPhy...26...44B. doi:10.1007/bf01327309. ISSN 1434-6001. S2CID 121807162.
  16. ↑ Bothe, W.; Geiger, H.; Fränz, H.; Kallmann, H.; Warburg, Otto; Toda, Shigeru (1925). "Zuschriften und vorläufige Mitteilungen". Die Naturwissenschaften (in Deutsch). Springer Science and Business Media LLC. 13 (20): 440–443. Bibcode:1925NW.....13..440B. doi:10.1007/bf01558823. ISSN 0028-1042. S2CID 23434740.
  17. ↑ Compton, A. H. (1 May 1925). "एक्स-रे स्कैटरिंग के तंत्र पर". Proceedings of the National Academy of Sciences. 11 (6): 303–306. Bibcode:1925PNAS...11..303C. doi:10.1073/pnas.11.6.303. ISSN 0027-8424. PMC 1085993. PMID 16587006.
  18. ↑ Compton, Arthur H.; Simon, Alfred W. (1 August 1925). "बिखरी हुई एक्स-रे की निर्देशित क्वांटा". Physical Review. American Physical Society (APS). 26 (3): 289–299. Bibcode:1925PhRv...26..289C. doi:10.1103/physrev.26.289. ISSN 0031-899X.
  19. ↑ Hofstadter, Robert; Mcintyre, John A. (1 March 1950). "कॉम्पटन प्रभाव में एक साथ". Physical Review. American Physical Society (APS). 78 (1): 24–28. Bibcode:1950PhRv...78...24H. doi:10.1103/physrev.78.24. ISSN 0031-899X.
  20. ↑ Cross, William G.; Ramsey, Norman F. (15 December 1950). "कॉम्प्टन स्कैटरिंग में ऊर्जा और गति का संरक्षण". Physical Review. American Physical Society (APS). 80 (6): 929–936. Bibcode:1950PhRv...80..929C. doi:10.1103/physrev.80.929. ISSN 0031-899X.
  21. ↑ Letter of April 29, 1924 in: The Born-Einstein Letters, Correspondence between Albert Einstein and Max and Hedwig Born from 1916 to 1955 with commentaries by Max Born, Walker and Company, New York, 1971.
  22. ↑ Interview with Mehra, quoted in Ref. 2, p. 554
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