उत्सर्जन सिद्धांत

This article is about सापेक्षता का उत्सर्जन सिद्धांत. For दृष्टि का उत्सर्जन सिद्धांत, see उत्सर्जन सिद्धांत (दृष्टि).

उत्सर्जन सिद्धांत, जिसे उत्सर्जक सिद्धांत या प्रकाश का बैलिस्टिक सिद्धांत भी कहा जाता है, अतः सापेक्षता के विशेष सिद्धांत के लिए प्रतिस्पर्धी सिद्धांत था, जो सन्न 1887 के माइकलसन-मॉर्ले प्रयोग के परिणामों की व्याख्या करता है। इस प्रकार उत्सर्जन सिद्धांत प्रकाश संचरण के लिए कोई पसंदीदा फ्रेम नहीं होने के कारण सापेक्षता के सिद्धांत का पालन करते हैं, किन्तु यह कहते हैं कि प्रकाश अपरिवर्तनीय अभिधारणा को प्रयुक्त करने के अतिरिक्त अपने स्रोत के सापेक्ष प्रकाश की गति "सी" से उत्सर्जित होता है। इस प्रकार, उत्सर्जक सिद्धांत विद्युत का गतिविज्ञान और यांत्रिकी को सरल न्यूटोनियन सिद्धांत के साथ जोड़ता है। चूँकि इस सिद्धांत के समर्थक अभी भी वैज्ञानिक मुख्यधारा से बाहर होते हैं, किन्तु इस सिद्धांत को अधिकांश वैज्ञानिकों द्वारा निर्णायक रूप से बदनाम माना जाता है।

इतिहास

Main article: रिट्ज बैलिस्टिक सिद्धांत

उत्सर्जन सिद्धांत से सबसे अधिक बार जुड़ा नाम आइजैक न्यूटन है। जिन्होंने अपने कणिका सिद्धांत में न्यूटन ने प्रकाश "कणिकाओं" को उत्सर्जक वस्तु के संबंध में सी की नाममात्र गति से उष्ण पिंडों से फेंके जाने और न्यूटोनियन यांत्रिकी के सामान्य नियमों का पालन करने की कल्पना की थी, और फिर हम उम्मीद करते हैं कि प्रकाश इतनी गति से हमारी ओर बढ़ रहा है, अतः दूर के उत्सर्जक की गति (सी ± वी) से पूर्ण होता है।

20वीं शताब्दी में, इलेक्ट्रोडायनामिक्स और सापेक्षता के सिद्धांत के मध्य स्पष्ट संघर्ष को हल करने के लिए अल्बर्ट आइंस्टीन द्वारा विशेष सापेक्षता का निर्माण किया गया था। इस प्रकार सिद्धांत की ज्यामितीय सरलता प्रेरक होती थी, और अधिकांश वैज्ञानिकों ने सन्न 1911 तक सापेक्षता को स्वीकार कर लिया था। चूंकि, कुछ वैज्ञानिकों ने सापेक्षता के दूसरे मूलभूत सिद्धांत को अस्वीकार कर दिया था। सभी जड़त्वीय फ़्रेमों में प्रकाश की गति की स्थिरता होती थी। इसलिए विभिन्न प्रकार के उत्सर्जन सिद्धांत प्रस्तावित किए गए जहां प्रकाश की गति स्रोत के वेग पर निर्भर करती है, और लोरेंत्ज़ परिवर्तन के अतिरिक्त गैलिलियन परिवर्तन का उपयोग किया जाता है। यह सभी माइकलसन-मॉर्ले प्रयोग के ऋणात्मक परिणाम की व्याख्या कर सकते हैं, जिससे कि संदर्भ के सभी फ़्रेमों में इंटरफेरोमीटर के संबंध में प्रकाश की गति स्थिर होती है। उनमें से कुछ सिद्धांत इस प्रकार थे।

• प्रकाश अपने पूर्ण पथ में वेग के उस घटक को निरंतर रखता है जो उसने अपने मूल गतिशील स्रोत से प्राप्त किया था, और परावर्तन के पश्चात् प्रकाश केंद्र के चारों ओर गोलाकार रूप में फैलता है जो मूल स्रोत के समान वेग से चलता है (सन्न1908 में वाल्टर रिट्ज द्वारा प्रस्तावित)। इस मॉडल को सबसे संपूर्ण उत्सर्जन सिद्धांत माना गया था। (वास्तव में, रिट्ज मैक्सवेल-लोरेंत्ज़ इलेक्ट्रोडायनामिक्स का मॉडलिंग कर रहा था। जिसके पश्चात् के पेपर में रिट्ज ने कहा था कि उनके सिद्धांत में उत्सर्जन कणों को अपने पथ के साथ आवेशों के साथ परस्पर क्रिया का सामना करना पड़ता है और इस प्रकार तरंगें (उनके द्वारा उत्पन्न) अनिश्चित काल तक अपने मूल उत्सर्जन वेग को निरंतर नहीं रखेंगी।)
• परावर्तित दर्पण का उत्तेजित भाग प्रकाश के नए स्रोत के रूप में कार्य करता है और परावर्तित प्रकाश का दर्पण के संबंध में वही वेग सी होता है जो इसके स्रोत के संबंध में मूल प्रकाश का होता है। (रिचर्ड चेज़ टॉल्मन द्वारा सन्न 1910 में प्रस्तावित होता है, चूँकि वह विशेष सापेक्षता के समर्थक होते थे)।
• दर्पण से परावर्तित प्रकाश मूल स्रोत की दर्पण छवि के वेग के सामान्तर वेग का घटक प्राप्त करता है (1911 में ऑस्कर एम. स्टीवर्ट द्वारा प्रस्तावित)।
• रिट्ज़-टोलमैन सिद्धांत का संशोधन जे.जी. फॉक्स (1965) द्वारा प्रस्तुत किया गया था। उन्होंने तर्क दिया था कि इवाल्ड और ओसीन के विलुप्त होने के प्रमेय (अर्थात्, पार किए गए माध्यम के अंदर प्रकाश का पुनर्जनन) पर विचार किया जाता है। इस प्रकार वायु में, विलुप्त होने की दूरी केवल 0.2 सेमी होती है, अर्थात् इस दूरी को पार करने के पश्चात् प्रकाश की गति माध्यम के संबंध में स्थिर होती है, अतः प्रारंभिक प्रकाश स्रोत के लिए नहीं होता है। (चूँकि, फ़ॉक्स स्वयं विशेष सापेक्षता के समर्थक में थे।)

माना जाता है कि सापेक्षता के अपने विशेष सिद्धांत के पक्ष में इसे छोड़ने से पहले अल्बर्ट आइंस्टीन ने अपने स्वयं के उत्सर्जन सिद्धांत पर कार्य किया था। इस प्रकार अनेक वर्षों पश्चात् आर.एस. शैंकलैंड ने आइंस्टीन को यह कहते हुए सूची किया था कि रिट्ज का सिद्धांत अनेक स्थानों पर बहुत खराब होता था और उन्होंने स्वयं अंततः उत्सर्जन सिद्धांत को त्याग दिया था, जिससे कि वह इसका वर्णन करने वाले किसी भी प्रकार के अंतर समीकरणों के बारे में नहीं सोच सकते थे, इस प्रकार इससे प्रकाश की तरंगें मिश्रित हो जाती हैं।

उत्सर्जन सिद्धांत का खंडन

निम्नलिखित योजना डी सिटर द्वारा प्रारंभ की गई थी। इस प्रकार उत्सर्जन सिद्धांतों का परीक्षण करने के लिए:

$c'=c\pm kv\,$

जहां "सी" प्रकाश की गति होती है, "वी" स्रोत की गति होती है, सी' प्रकाश की परिणामी गति होती है, और "के" स्थिरांक होता है जो स्रोत निर्भरता की सीमा को दर्शाता है जो 0 और 1 के मध्य मान प्राप्त कर सकता है। इस प्रकार विशेष सापेक्षता और स्थिर ईथर के अनुसार, के =0, जबकि उत्सर्जन सिद्धांत 1 तक मान की अनुमति देते हैं। चूँकि बहुत कम दूरी पर अनेक स्थलीय प्रयोग किए गए हैं, जहां कोई प्रकाश खींचने या विलुप्त होने का प्रभाव नहीं आ सकता है, और फिर से परिणाम पुष्टि करते हैं कि प्रकाश की गति की गति से स्वतंत्र होता है, अतः स्रोत, उत्सर्जन सिद्धांतों को निर्णायक रूप से अस्वीकार करता है।

खगोलीय स्रोत

File:सिटरकोन्स्टैन्ज़.png

File:उत्सर्जन सिद्धांत के विरुद्ध डी सिटर का तर्क.gif

उत्सर्जन सिद्धांत के विरुद्ध विलेम डी सिटर का तर्क होता है। जिसे सरल उत्सर्जन सिद्धांत के अनुसार, प्रकाश उत्सर्जित करने वाली वस्तु के संबंध में सी की गति से चलता है। यदि यह सत्य होता है, तब कक्षीय पथ के विभिन्न भागों से डबल-स्टार प्रणाली में तारे से उत्सर्जित प्रकाश भिन्न-भिन्न गति से हमारी ओर यात्रा करता है। इस प्रकार कक्षीय गति, दूरी और झुकाव के कुछ संयोजनों के लिए, दृष्टिकोण के समय छोड़ी गई "तेज" तेज तारे की कक्षा के पुनरावर्ती भाग के दौरान उत्सर्जित "धीमी" प्रकाश से आगे निकल जाती है। चूँकि अनेक विचित्र प्रभाव देखे जाते है, जिनमें (ए) सचित्र, असामान्य आकार के परिवर्तनशील सितारा प्रकाश वक्र जैसे कि कभी नहीं देखा गया है, (बी) अत्यधिक डॉपलर लाल- और प्रकाश वक्र के साथ चरण में नीला-शिफ्ट, अत्यधिक गैर-केप्लरियन को दर्शाता है कक्षाएँ, और (सी) वर्णक्रमीय रेखाओं का विभाजन (लक्ष्य पर नीले और लाल-स्थानांतरित प्रकाश के एक साथ आगमन पर ध्यान दें)। सापेक्षता के सिद्धांत के लिएकुछ मामलों में, हमें डबल स्टार सिस्टम के एक ही घटक को अलग-अलग स्थानों पर एक साथ देखना चाहिए, और ये 'भूत सितारे' अपनी आवधिक गति के दौरान गायब हो जाएंगे और फिर से प्रकट होंगे।

सत्र 1910 में डैनियल फ्रॉस्ट कॉमस्टॉक और सन्न 1913 में विलियम डी सिटर ने लिखा था कि किनारे पर दिखाई देने वाली डबल-स्टार प्रणाली की स्थितियों में, आने वाले तारे से प्रकाश अपने पीछे हटने वाले साथी से प्रकाश की तुलना में तेजी से यात्रा करने और उससे आगे निकलने की उम्मीद की जा सकती है। यदि दूरी इतनी अधिक होती थी कि निकट आ रहे तारे के तेज़ सिग्नल को पकड़ लिया जा सकता है और उस धीमें प्रकाश से आगे निकल सकता है, जो उसने पहले पीछे हटने के समय उत्सर्जित की गयी थी, तब तारा प्रणाली की छवि पूर्ण प्रकार से बिखरी हुई दिखाई देती है। इस प्रकार डी सिटर डबल स्टार प्रयोग से पता चलता है कि उनके द्वारा अध्ययन किए गए किसी भी सितारा पद्धति ने चरम ऑप्टिकल प्रभाव व्यवहार नहीं दिखाया गया था, और इसे सामान्य रूप से रिट्ज़ियन सिद्धांत और उत्सर्जन सिद्धांत के लिए मौत की घंटी माना गया है। $k<2\times 10^{-3}$.

डी सिटर के प्रयोग पर इवाल्ड और ओसीन के विलुप्त होने के प्रमेय के प्रभाव पर फॉक्स द्वारा विस्तार से विचार किया गया है, और यह बाइनरी सितारों के आधार पर डी सिटर प्रकार के साक्ष्य की तर्कसंगतता को कम कर देता है। चूँकि, हाल ही में ब्रेचर (1977) द्वारा एक्स-रे वर्णक्रम में इसी प्रकार के अवलोकन किए गए हैं, जिनकी विलुप्त होने की दूरी इतनी लंबी होती है कि इससे परिणामों पर कोई प्रभाव नहीं पड़ता है। इस प्रकार अवलोकन इस बात की पुष्टि करते हैं कि प्रकाश की गति स्रोत की गति $k<2\times 10^{-9}$ से स्वतंत्र होती है।

हंस थिरिंग ने सन्न 1924 में तर्क दिया था कि परमाणु जो उत्सर्जन प्रक्रिया के समय सूर्य में थर्मल टकराव से त्वरित होता है, वह अपने प्रारंभ और अंत बिंदु पर भिन्न-भिन्न वेग वाली प्रकाश किरणें उत्सर्जित कर रहा है। इसलिए प्रकाश किरण का सिरा पूर्ववर्ती भागों से आगे निकल जाता है, और परिणामस्वरूप सिरों के मध्य की दूरी पृथ्वी तक पहुंचने तक 500 किमी तक बढ़ जाती है, जिससे कि सूर्य के विकिरण में तेज वर्णक्रमीय रेखा का अस्तित्व ही बैलिस्टिक मॉडल को अस्वीकार कर देता है।

स्थलीय स्रोत

इस प्रकार के प्रयोगों में सदेह (1963) का प्रयोग सम्मिलित होता है, जिन्होंने विपरीत दिशा में यात्रा करने वाले फोटॉनों के वेग अंतर को मापने के लिए उड़ान के समय की विधि का उपयोग किया था, जो पॉज़िट्रॉन विनाश द्वारा उत्पादित किए गए थे। इस प्रकार अन्य प्रयोग अल्वेगर एट अल (1963) द्वारा आयोजित किया गया था। जिन्होंने गतिमान और विश्राम स्रोतों से गामा किरणों की उड़ान के समय की तुलना की थी। सापेक्षता के अनुसार दोनों प्रयोगों में कोई अंतर नहीं पाया गया था।

फिलिप्पास और फॉक्स (1964) सादेह (1963) और अल्वेगर (1963) को विलुप्त होने के प्रभावों के लिए पर्याप्त रूप से नियंत्रित नहीं माना गया था। इसलिए उन्होंने विलुप्त होने को ध्यान में रखते हुए विशेष रूप से डिज़ाइन किए गए सेटअप का उपयोग करके प्रयोग किया था। इस प्रकार विभिन्न डिटेक्टर-लक्ष्य दूरी से एकत्र किए गए डेटा स्रोत के वेग पर प्रकाश की गति की कोई निर्भरता नहीं होने के अनुरूप होते थे, और विलुप्त होने के साथ और बिना सी ± वी दोनों मानकर मॉडल किए गए व्यवहार के साथ असंगत होते थे।

अपनी पिछली जांच को जारी रखते हुए, अल्वेगर एट अल (1964) ने π⁰ का ​​अवलोकन किया था - मेसन जो 99.9% प्रकाश गति से फोटॉन में विघटित होते हैं। इस प्रकार के प्रयोग से पता चलता था कि फोटॉनों ने अपने स्रोतों की गति प्राप्त नहीं की थी और फिर भी प्रकाश की गति $k=(-3\pm 13)\times 10^{-5}$ से यात्रा की थी। अतः फोटॉन द्वारा पार किए गए मीडिया की जांच से पता चलता है कि विलुप्त होने वाला परिवर्तन परिणाम को महत्वपूर्ण रूप से विकृत करने के लिए पर्याप्त नहीं होता था।

न्यूट्रिनो की गति का भी मापन किया गया है। इस प्रकार लगभग प्रकाश गति से यात्रा करने वाले मेसॉन का उपयोग स्रोत के रूप में किया गया था। चूंकि न्यूट्रिनो केवल विद्युत अशक्त अंतःक्रिया में भाग लेते हैं, इसलिए विलुप्त होने में कोई भूमिका नहीं होती है। अतः स्थलीय माप ने इसकी ऊपरी सीमाएँ $k\leq 10^{-6}$ प्रदान की थी।

इंटरफेरोमेट्री

सैग्नैक प्रभाव यह दर्शाता है कि घूमने वाले प्लेटफ़ॉर्म पर बीम दूसरे बीम की तुलना में कम दूरी तय करती है, जो हस्तक्षेप पैटर्न में परिवर्तन उत्पन्न करती है। सामान्यतः जॉर्जेस सैग्नैक के मूल प्रयोग को विलुप्त होने के प्रभावों से ग्रस्त दिखाया गया है, किन्तु तब से, सैग्नैक प्रभाव को निर्वात में भी घटित होते दिखाया गया है, जहां विलुप्त होने की कोई भूमिका नहीं होती है।

रिट्ज के उत्सर्जन सिद्धांत के संस्करण की भविष्यवाणियां चलती मीडिया में प्रकाश के प्रसार को छोड़कर लगभग सभी स्थलीय इंटरफेरोमेट्रिक परीक्षणों के अनुरूप थीं, और रिट्ज ने फ़िज़ो प्रयोग जैसे परीक्षणों द्वारा प्रस्तुत कठिनाइयों को दुर्गम नहीं माना था। चूँकि, टॉल्मन ने कहा था कि अलौकिक प्रकाश स्रोत का उपयोग करने वाला माइकलसन-मॉर्ले प्रयोग रिट्ज परिकल्पना का निर्णायक परीक्षण प्रदान कर सकता है। 1924 में, रुडोल्फ टोमाशेक ने तारों की प्रकाश का उपयोग करके संशोधित मिशेलसन-मॉर्ले प्रयोग किया, जबकि डेटन मिलर ने सूर्य के प्रकाश का उपयोग किया। दोनों प्रयोग रिट्ज़ परिकल्पना से असंगत होते थे।

बैबॉक और बर्गमैन (1964) ने स्थिर सैग्नैक विन्यास में स्थापित सामान्य-पथ इंटरफेरोमीटर के दर्पणों के मध्य घूमने वाली ग्लास प्लेटें रखीं। यदि कांच की प्लेटें प्रकाश के नए स्रोतों के रूप में व्यवहार करती हैं जिससे कि उनकी सतहों से निकलने वाले प्रकाश की कुल गति सी + वी हो, तब हस्तक्षेप पैटर्न में बदलाव की उम्मीद की जाएगी। चूँकि, ऐसा कोई प्रभाव नहीं था जो फिर से विशेष सापेक्षता की पुष्टि करता है, और जो फिर से प्रकाश गति की स्रोत स्वतंत्रता को प्रदर्शित करता है। यह प्रयोग निर्वात में निष्पादित किया गया था, इस प्रकार विलुप्त होने के प्रभावों की कोई भूमिका नहीं होती है।

अल्बर्ट अब्राहम माइकलसन (1913) और क्विरिनो मेजराना (1918/9) ने आराम कर रहे स्रोतों और गतिशील दर्पणों (और इसके विपरीत) के साथ इंटरफेरोमीटर प्रयोग किए, और दिखाया कि वायु में प्रकाश की गति की कोई स्रोत निर्भरता नहीं है। माइकलसन की व्यवस्था प्रकाश के साथ गतिमान दर्पणों की तीन संभावित अंतःक्रियाओं के मध्य अंतर करने के लिए डिज़ाइन की गई थी। (1) प्रकाश कणिकाएँ लोचदार दीवार से प्रक्षेप्य के रूप में परावर्तित होती हैं, (2) दर्पण की सतह नए स्रोत के रूप में कार्य करती है, (3) प्रकाश का वेग स्रोत के वेग से स्वतंत्र है। उनके परिणाम प्रकाश गति की स्रोत स्वतंत्रता के अनुरूप थे। मेजराना ने असमान भुजा वाले मिशेलसन इंटरफेरोमीटर का उपयोग करके गतिमान स्रोतों और दर्पणों से प्रकाश का विश्लेषण किया था, जो तरंग दैर्ध्य परिवर्तनों के प्रति अत्यधिक संवेदनशील था। सामान्यतः उत्सर्जन सिद्धांत का प्रामाणित है कि गतिशील स्रोत से प्रकाश का डॉपलर स्थानांतरण आवृत्ति बदलाव का प्रतिनिधित्व करता है जिसमें तरंग दैर्ध्य में कोई बदलाव नहीं होता है। इसके अतिरिक्त, मेजराना ने उत्सर्जन सिद्धांत के साथ असंगत तरंग दैर्ध्य परिवर्तनों का पता लगाया था।

बेकमैन और मैंडिक्स (1965) उच्च निर्वात में माइकलसन (1913) और मेजराना (1918) के गतिशील दर्पण प्रयोगों को दोहराया, जिसमें k को 0.09 से कम पाया गया। यद्यपि नियोजित निर्वात निश्चित रूप से उनके ऋणात्मक परिणामों के कारण के रूप में विलुप्त होने से इंकार करने के लिए अपर्याप्त था, यह विलुप्त होने को अत्यधिक असंभावित बनाने के लिए पर्याप्त था। इस प्रकार गतिमान दर्पण से प्रकाश लॉयड के दर्पण से होकर गुजरा था, अतः किरण का कुछ भाग फोटोग्राफिक फिल्म के लिए सीधा रास्ता तय कर रहा था, और कुछ भाग लॉयड दर्पण से परावर्तित हो रहा था। प्रयोग ने गतिमान दर्पणों से काल्पनिक रूप से सी+वी पर यात्रा करने वाले प्रकाश की गति की तुलना लॉयड दर्पण से काल्पनिक रूप से सी पर यात्रा करने वाले परावर्तित प्रकाश की गति से की थी।

अन्य खंडन

उत्सर्जन सिद्धांत गैलिलियन परिवर्तन का उपयोग करते हैं, जिसके अनुसार फ्रेम परिवर्तित समय निर्देशांक अपरिवर्तनीय होते हैं (पूर्ण समय)। इस प्रकार इवेस-स्टिलवेल प्रयोग, जो सापेक्ष समय फैलाव की पुष्टि करता है, अतः प्रकाश के उत्सर्जन सिद्धांत का भी खंडन करता है। जैसा कि हावर्ड पर्सी रॉबर्टसन द्वारा दिखाया गया है, संपूर्ण लोरेंत्ज़ परिवर्तन तब प्राप्त किया जा सकता है, जब इवेस-स्टिलवेल प्रयोग को मिशेलसन-मॉर्ले प्रयोग और कैनेडी-थॉर्नडाइक प्रयोग के साथ माना जाता है।

इसके अतिरिक्त, क्वांटम इलेक्ट्रोडायनामिक्स प्रकाश के प्रसार को पूर्ण प्रकार से भिन्न, किन्तु फिर भी सापेक्षतावादी, संदर्भ में रखता है, जो कि किसी भी सिद्धांत के साथ पूर्ण प्रकार से असंगत होते है जो प्रकाश की गति को दर्शाता है जो स्रोत की गति से प्रभावित होता है।

यह भी देखें

• विशेष सापेक्षता का इतिहास
• विशेष सापेक्षता के परीक्षण

संदर्भ

• आइजैक न्यूटन, फिलोसोफी नेचुरलिस प्रिंसिपिया मैथमेटिका
• आइजैक न्यूटन, प्रकाशिकी

बाहरी संबंध

• रिट्ज के उत्सर्जन सिद्धांत के विरुद्ध प्रमाण के रूप में डी सिटर (1913) पेपर्स बाइनरी सितारों पर दस्तावेज़।