विनिमय बल
भौतिकी में शब्द विनिमय बल का उपयोग दो अलग-अलग अवधारणाओं का वर्णन करने के लिए किया गया है, जिन्हें भ्रमित नहीं किया जाना चाहिए।
कण भौतिकी में बल वाहकों का आदान-प्रदान
विनिमय बल का पसंदीदा अर्थ कण भौतिकी में है, जहां यह बल वाहक कणों के आदान-प्रदान से उत्पन्न बल को दर्शाता है, जैसे इलेक्ट्रॉनों के बीच फोटोन के आदान-प्रदान से उत्पन्न विद्युत चुम्बकीय बल और क्वार्कों के बीच ग्लुओन के आदान-प्रदान से उत्पन्न मजबूत बल .[1][2][3] एक विनिमय बल का विचार आभासी कणों का एक निरंतर आदान-प्रदान करता है जो बातचीत के साथ होता है और बल को संचारित करता है, एक ऐसी प्रक्रिया जो हाइजेनबर्ग अनिश्चितता सिद्धांत के माध्यम से अपना परिचालन औचित्य प्राप्त करती है।[4] इस धारणा के साथ, बलों के संचालन के बारे में निम्न स्थिति के अनुरूप होने के बारे में सोच सकते हैं: एक बर्फ के तालाब पर दो लोग खड़े हैं। एक व्यक्ति अपना हाथ हिलाता है और पीछे की ओर धकेला जाता है; एक क्षण बाद दूसरा व्यक्ति एक अदृश्य वस्तु को पकड़ लेता है और उसे पीछे की ओर धकेल दिया जाता है। भले ही आप बास्केटबॉल नहीं देख सकते हैं, आप यह मान सकते हैं कि एक व्यक्ति ने दूसरे व्यक्ति को बास्केटबॉल फेंका क्योंकि आप लोगों पर इसका प्रभाव देखते हैं। एनिमेशन एक अन्य अपरिष्कृत सादृश्य जो अक्सर प्रतिकर्षण के बजाय आकर्षण की व्याख्या करने के लिए उपयोग किया जाता है, एक बर्फ के तालाब पर दो लोग एक दूसरे पर बुमेरांग फेंकते हैं। बूमरैंग को पकड़ने वाले से दूर फेंक दिया जाता है, लेकिन यह फेंकने वाले की दिशा में पकड़ने वाले की ओर चक्कर लगाता है, फेंकने और पकड़ने की क्रियाओं द्वारा फेंकने वाले और पकड़ने वाले दोनों को एक दूसरे की ओर प्रेरित किया जाता है।
पदार्थ के कणों को प्रभावित करने वाली सभी अंतःक्रियाओं को बल वाहक कणों के आदान-प्रदान के रूप में माना जा सकता है, एक अलग प्रकार का कण पूरी तरह से, आभासी कण।[5] इन कणों को पदार्थ कणों (जो बास्केटबॉल खिलाड़ियों की तरह हैं) के बीच उछाले जाने वाले बास्केटबॉल के समान माना जा सकता है। जिसे हम आमतौर पर बल के रूप में सोचते हैं, वास्तव में पदार्थ के कणों पर बल वाहक कणों का प्रभाव होता है। बास्केटबॉल एनीमेशन, ज़ाहिर है, एक बहुत ही कच्चा सादृश्य है क्योंकि यह केवल प्रतिकारक शक्तियों की व्याख्या कर सकता है और इस बात का कोई संकेत नहीं देता है कि कैसे कणों का आदान-प्रदान आकर्षक बलों में हो सकता है। हम रोजमर्रा की जिंदगी (जैसे चुंबक और गुरुत्वाकर्षण) में आकर्षक बलों के उदाहरण देखते हैं, और इसलिए हम आम तौर पर यह मान लेते हैं कि किसी वस्तु की उपस्थिति किसी अन्य वस्तु को प्रभावित कर सकती है। यह तब होता है जब हम गहरे प्रश्न पर पहुंचते हैं, दो वस्तुएं बिना स्पर्श किए एक दूसरे को कैसे प्रभावित कर सकती हैं? कि हम प्रस्ताव करते हैं कि अदृश्य बल बल वाहक कणों का आदान-प्रदान हो सकता है। कण भौतिकविदों ने पाया है कि हम इन बल वाहक कणों के आदान-प्रदान से अविश्वसनीय सटीकता के साथ एक कण के दूसरे पर कार्य करने वाले बल की व्याख्या कर सकते हैं। बल वाहकों के बारे में जानने वाली एक महत्वपूर्ण बात यह है कि एक विशेष बल वाहक कण को केवल उस पदार्थ कण द्वारा ही अवशोषित या उत्पादित किया जा सकता है जो उस विशेष बल से प्रभावित होता है। उदाहरण के लिए, इलेक्ट्रॉनों और प्रोटॉन में विद्युत आवेश होता है, इसलिए वे विद्युत चुम्बकीय बल वाहक, फोटॉन का उत्पादन और अवशोषण कर सकते हैं। दूसरी ओर, न्यूट्रिनो में कोई विद्युत आवेश नहीं होता है, इसलिए वे फोटॉन को अवशोषित या उत्पन्न नहीं कर सकते हैं।
इतिहास
1913 में नील्स बोह्र द्वारा नकारात्मक इलेक्ट्रॉन और सकारात्मक परमाणु नाभिक के बीच बातचीत की चर्चा में इंटरेक्शन शब्द का सबसे पहला उपयोग किया गया था।[6] बाध्यकारी ऊर्जा और परमाणु घनत्व की संतृप्ति के लिए वर्नर हाइजेनबर्ग (1932) और एटोर मेजराना (1933) द्वारा एक्सचेंज बलों की शुरुआत की गई थी।[7][8] यह सहसंयोजक बंधों के क्वांटम यांत्रिक सिद्धांत के अनुरूप किया गया था, जैसे कि हाइड्रोजन अणु में दो हाइड्रोजन परमाणुओं के बीच मौजूद होता है, जिसमें रासायनिक बल आकर्षक होता है यदि तरंग क्रिया इलेक्ट्रॉनों के निर्देशांक के आदान-प्रदान के तहत सममित होती है और प्रतिकारक होती है यदि तरंग इस संबंध में समारोह विरोधी सममित है।[9] इसके अतिरिक्त, अर्नस्ट स्टुएकेलबर्ग ने 1935 में सदिश बोसोन विनिमय बल मॉडल को मजबूत परमाणु बल की सैद्धांतिक व्याख्या के रूप में विकसित किया।
एक्सचेंज इंटरैक्शन और क्वांटम स्टेट समरूपता
विनिमय बल के दूसरे, पूरी तरह से अलग, अर्थ के रूप में, इसे कभी-कभी उपयोग किया जाता है[10] समान कणों, विनिमय समरूपता और इलेक्ट्रोस्टैटिक बल के संयोजन से उत्पन्न होने वाले इलेक्ट्रॉनों के बीच एक्सचेंज इंटरैक्शन के पर्याय के रूप में।
एक्सचेंज इंटरैक्शन की अवधारणा को स्पष्ट करने के लिए, किसी भी दो इलेक्ट्रॉनों, उदाहरण के लिए, ब्रह्मांड में समान कण कण माना जाता है, और इसलिए 3 आयामों में क्वांटम यांत्रिकी के अनुसार, प्रत्येक कण को बोसॉन या फ़र्मियन के रूप में व्यवहार करना चाहिए। पूर्व मामले में, दो (या अधिक) कण एक ही कितना राज्य पर कब्जा कर सकते हैं और इसके परिणामस्वरूप आकर्षण के रूप में उनके बीच विनिमय बातचीत होती है; बाद के मामले में, कण पाउली बहिष्करण सिद्धांत के अनुसार एक ही स्थिति पर कब्जा नहीं कर सकते हैं। क्वांटम क्षेत्र सिद्धांत से, स्पिन-सांख्यिकी प्रमेय की मांग है कि अर्ध-पूर्णांक स्पिन (भौतिकी) वाले सभी कण फ़र्मियन के रूप में व्यवहार करते हैं और पूर्णांक स्पिन वाले सभी कण बोसोन के रूप में व्यवहार करते हैं। इस प्रकार, ऐसा होता है कि सभी इलेक्ट्रॉन फ़र्मियन होते हैं, क्योंकि उनका स्पिन 1/2 होता है।
एक गणितीय परिणाम के रूप में, जब उनके तरंग कार्य ओवरलैप होते हैं, तो फ़र्मियन मजबूत प्रतिकर्षण प्रदर्शित करते हैं, लेकिन बोसोन आकर्षण प्रदर्शित करते हैं। यह प्रतिकर्षण ही एक्सचेंज इंटरेक्शन मॉडल है। फर्मी प्रतिकर्षण के परिणामस्वरूप फर्मन की कठोरता होती है। यही कारण है कि परमाणु पदार्थ स्पर्श करने के लिए कठोर या कठोर होता है। जहां इलेक्ट्रॉनों के तरंग कार्य ओवरलैप होते हैं, पाउली प्रतिकर्षण होता है। प्रोटॉन और न्यूट्रॉन के लिए भी यही सच है, जहां उनके बड़े द्रव्यमान के कारण, बेरोन की कठोरता इलेक्ट्रॉनों की तुलना में बहुत अधिक होती है।
यह भी देखें
- विनिमय समरूपता
- मौलिक बातचीत
- होल्स्टीन-हेरिंग विधि
संदर्भ
- ↑ Jaeger, Gregg (2021). "कण भौतिकी में विनिमय बल". Foundations of Physics. 51 (1): 1–31. doi:10.1007/s10701-021-00425-0. ISSN 0015-9018.
- ↑ Gribbin, John (2000). कण भौतिकी का विश्वकोश. Simon & Schuster. ISBN 0-684-86315-4.
- ↑ Exchange Forces, HyperPhysics, Georgia State University, accessed June 2, 2007.
- ↑ Falkoff, David (1950). "विनिमय बल". American Journal of Physics. 18 (1): 30–38. Bibcode:1950AmJPh..18...30F. doi:10.1119/1.1932489.
- ↑ Jaeger, Gregg (2019). "Are virtual particles less real?" (PDF). Entropy. 21 (2): 141. Bibcode:2019Entrp..21..141J. doi:10.3390/e21020141. PMC 7514619.
- ↑ Niels Bohr (1913). "On the Constitution of Atoms and Molecules (Part 1 of 3)". Philosophical Magazine. 26: 1–25. Bibcode:1913PMag...26....1B. doi:10.1080/14786441308634955. Archived from the original on 2007-07-04.
- ↑ Heisenberg, W. (1932). "Über den Bau der Atomkerne. I". Zeitschrift für Physik. 77 (1–2): 1–11. Bibcode:1932ZPhy...77....1H. doi:10.1007/BF01342433. S2CID 186218053.
- ↑ Majoranan, Ettore (1933). "मूल सिद्धांत के बारे में". Zeitschrift für Physik. 82 (3–4): 137–145. Bibcode:1933ZPhy...82..137M. doi:10.1007/BF01341484. S2CID 120511902.
- ↑ Jammer, Max (1957). बल की अवधारणाएँ. Dover Publications, Inc. ISBN 0-486-40689-X.
- ↑ For example, pp. 87–88, Driving Force: the natural magic of magnets, James D. Livingston, Harvard University Press, 1996. ISBN 0-674-21645-8.
