આપણે મોબાઇલ, ટીવી કમ્યુનિકેશન અથવા એલિયન્સને સંદેશાઓ મોકલવા માટે રેડિયો તરંગો(Radio Waves)નો જ ઉપયોગ શા માટે કરીએ છીએ? આ માટે સૌપ્રથમ આપણે પ્રકાશ(light)ને સમજવું પડશે. પ્રકાશ શું છે?
-
બ્રહ્માંડમાં હર જગ્યાએ મૌજૂદ અદ્રશ્ય ઇલેક્ટ્રોમેગ્નેટિક ફીલ્ડમાં ઉત્પન્ન થતાં કંપનોને જ સરળ ભાષામાં પ્રકાશ કહે છે. એક સેકન્ડમાં કંપનોની સંખ્યાના આધારે પ્રકાશના વિવિધ સ્વરૂપો નક્કી થાય છે. જેમકે ઇન્ફ્રારેડ, રેડિયો વેવ, દ્રશ્ય પ્રકાશ, ગામા રે વગેરે. અર્થાત એક રેડિયો તરંગ અથવા દ્રશ્ય પ્રકાશ અથવા ગામા કિરણોમાં અંતર....એક સેકન્ડમાં કંપનોની સંખ્યા માત્રનો હોય છે. ઉદાહરણ તરીકે....જો તમે કોઇ લીલી(green) વસ્તુને જોઇ રહ્યાં છો તો તેનો અર્થ છે કે તમારી રેટિના(નેત્રપટલ) ઉપર એવા પ્રકાશ કિરણો ટકરાઇ રહ્યાં છે, જેઓ એક સેકન્ડમાં લગભગ 540000000000000 વખત કંપન કરી રહ્યાં છે. જો વસ્તુ લાલ છે તો કંપનોની સંખ્યા પ્રતિ સેકન્ડ લગભગ 430000000000000 હશે. પ્રતિ સેકન્ડ કંપનોની સંખ્યાને ફ્રીકવન્સી કહેવાય છે. પ્રકાશની ફ્રીકવન્સી વધે તો તરંગલંબાઇ(wavelength) ઘટે અને ઉર્જા વધે. પ્રકાશની ફ્રીકવન્સી અમુક હજાર થી લઇને પ્રતિ સેકન્ડ એક લાખ ખરબ સુધીની હોય શકે છે(જુઓ નીચેની ઇમેજ). માનવ નેત્ર પ્રકાશના એક સીમિત ભાગ "દ્રશ્ય પ્રકાશ" ને જોવા માટે જ સક્ષમ છે. જેની ફ્રીકવન્સી 430-750 ટેરા હર્ટઝ તેમજ વેવલેન્થ 400-700 નેનોમીટર વચ્ચે હોય છે.
-
તો આટલી બધી ફ્રીકવન્સીઓના બેન્ડ મૌજૂદ હોવા છતાં આપણે રેડિયો વેવનો જ ઉપયોગ શા માટે કરીએ છીએ, બેહદ ઉર્જાવાન ગામા કિરણોનો કેમ નહી, કે જે માત્ર 0.002 સેકન્ડમાં જ પૃથ્વી ઉપર સઘળી લાઇબ્રેરી, કમ્પ્યુટર અથવા DNA વગેરેમાં મૌજૂદ સૂચનાઓનું કોડિંગ કરી અંતરિક્ષમાં મોકલવા માટે સક્ષમ છે? એટલા માટે કેમકે.....તેનું બેહદ જટિલ ક્વાન્ટમ મિકેનિકલ સ્પષ્ટીકરણ ઉપલબ્ધ છે. જેની ચર્ચા આપણે નથી કરવી. ફિલહાલ સરળ ભાષામાં એટલું સમજી લો કે...બેહદ નાની વેવલેન્થ હોવાના કારણે ગામા કિરણો આસાનીથી બીજા અણુઓ દ્વારા શોષાય જાય છે. જો પૃથ્વી ઉપર ગામા કિરણોનો ઉપયોગ મોબાઇલ ટ્રાન્સમિશન માટે કરવામાં આવે તો આ કિરણોના સિગ્નલો આપણા સુધી પહોંચતા પહેલાજ આપણાં ઘરની દિવાલો અથવા હવાના અણુઓથી ટકરાઇને નાશ પામે. અંતરિક્ષમાં પણ જો કોઇક એલિયન સભ્યતાને સંદેશો પાઠવવો હોય તો એવા તરંગોનો ઉપયોગ કરવો પડે જે આપણા સંદેશાને અન્ય ગ્રહોના વાતાવરણને ભેદી ત્યાંની જમીન ઉપર વસતા એલિયનો સુધી સુરક્ષિત પહોંચાડે. રેડિયો વેવ આ કામમાં માહિર છે. મોટી વેવલેન્થ હોવાના કારણે રેડિયો વેવ વાતાવરણના અણુઓની વચ્ચેથી પસાર થઇ પોતાના મુકામ સુધી પહોંચી જાય છે. માટે આપણે આશા રાખીએ કે અન્ય એલિયન સભ્યતાઓ પણ રેડિયો તરંગોના આ વિશેષ ગુણ વડે પરિચિત હશે અને તેમના દ્વારા મોકલેલ ચીઠ્ઠીઓ પણ રેડિયો વેવની કલમ વડે જ લખાઇ હશે.
-
રેડિયો વેવનો બેન્ડ 30 હર્ટઝ થી લઇને 300 ગીગા હર્ટઝ સુધીનો હોય છે. અર્થાત રેડિયો વેવમાં કંપનોની સંખ્યા પ્રતિ સેકન્ડ ત્રીસ થી લઇને ત્રણસો અબજ સુધીની હોય શકે છે. હવે અહીં બે સમસ્યાઓ ઉભી થાય છે. પ્રથમ....કોઇપણ ટેલિસ્કોપ એક સમયે અમુક જ નિશ્ચિત ફ્રીકવન્સીને ન્યાય આપી શકે. હવે જ્યારે અબજો ફ્રીકવન્સીઓની રેન્જ ઉપલબ્ધ છે તો એવું કેમ નિશ્ચિત કરવું કે એલિયન્સ કઇ ફ્રીકવન્સી ઉપર રેડિયો સંદેશ મોકલી રહ્યાં હશે? વગર કોઇ રણનીતિએ રેડિયો વેવ્સની સઘળી સંભવિત ફ્રીકવન્સીઓને સ્કેન કરવું કંઇક એવું છે.... માનો હું તમને આ રવિવારે દિલ્હીમાં મળવાનો વાયદો કરૂ પરંતુ સ્થળનો ઉલ્લેખ ન કરૂ અને તમે અને હું, દિલ્હીમાં સ્થળ બદલી-બદલીને એવી ઉમ્મીદ સાથે ભટકતા રહીએ કે શાયદ એક દિવસ આપણે કિસ્મતથી એક સાથે એકજ જગ્યાએ મૌજૂદ હો.
-
બીજી સમસ્યા....આપણે રેડિયો ફ્રીકવન્સીના મોટા હિસ્સાનો વ્યક્તિગત અને વ્યાવસાયિક કારણોથી ઉપયોગ કરીએ છીએ. મોબાઇલ, ટીવી, આર્મી તથા રિસર્ચ વગેરે માટે જે તે દેશની સરકારો આ ફ્રીકવન્સીઓના અલગ-અલગ બેન્ડ નિર્ધારિત કરે છે. કોઇપણ વ્યક્તિ અથવા સંસ્થા પોતાને ફાળવેલ ફ્રીકવન્સી બેન્ડનો ઉપયોગ કરવા માટે અધિકૃત હોય છે. હવે રેડિયો સિગ્નલોના આટલા સઘન ટ્રાફિક વચ્ચે એલિયનોના સંદેશાઓ ઉપર નજર રાખવું કઇરીતે સંભવ છે? એક સરળ રસ્તો છે. મતલબ રેડિયો તરંગોના આ વિશાળ મહાસાગર વચ્ચે એક એવો નિર્જન, સુમસામ ટાપુ છે જ્યાં કોઇ અડચણ વગર એલિયનો સાથે ગુફતગુ કરવી બેહદ આસાન છે. આ નિર્જન ટાપુનું નામ છે......Water Hole.
-
Water Hole ને સમજવા પહેલાં થોડી અન્ય બાબતોને સમજવી પડે. વાત થોડી ટેકનિકલ છે માટે ધ્યાનપૂર્વક વાંચવી પડશે. નાભિની ચારેતરફ ચક્કર લગાવતા ઇલેક્ટ્રોન્સ નિશ્ચિત કક્ષાઓ(orbits) માંજ વિચરણ કરે છે. આ કક્ષાઓને પગથિયાના ઉદાહરણ વડે સમજી શકાય છે. જો તમે એક દડા(ball) ને પગથિયા ઉપર સરકાવો તો દડો પહેલાં, બીજા, ત્રીજા વગેરે કોઇપણ પગથિયે જઇને ઉભો રહેશે. દડો પગથિયાઓની વચ્ચે ક્યાંય ઉભો નથી રહી શકતો. બિલકુલ એજ પ્રમાણે, નાભિની ચોતરફ નિશ્ચિત ઉર્જાના પગથિયા/ઓર્બિટ પથરાયેલા હોય છે. જેવી ઇલેક્ટ્રોનને ફોટોનરૂપી બાહરી ઉર્જા મળે, તો તે ફોટોનને શોષી ઇલેક્ટ્રોન ઉચ્ચ ઉર્જાની ઓર્બિટ(ઉપરવાળા પગથિયા) ઉપર શિફ્ટ થઇ જાય છે અને બેહદ અલ્પ સમય પુરતો ત્યાં રહી ફરી પોતાની પુરાણી કક્ષામાં ઘરવાપસી કરે છે. આ પ્રક્રિયા દરમિયાન ઇલેક્ટ્રોન અવશોષિત કરેલી ઉર્જાને ફરી ફોટોનરૂપે મુક્ત કરે છે.
-
આખરે ફોટોનમાં એવું તે શું હોય છે જેને શોષી ઇલેક્ટ્રોન નાભિથી દૂર થઇ ઉચ્ચ ઉર્જાની ઓર્બિટમાં સ્થાનાંતરિત થઇ જાય છે? ચાલો, આ રોમાંચક પ્રક્રિયાના મૂળમાં જઇએ. શરૂઆત એક સરળ પ્રશ્ન વડે....આપણે જાણીએ છીએ કે પોઝિટિવ ચાર્જ ધરાવતા પ્રોટોન, નેગેટિવ ચાર્જ ધરાવતા ઇલેક્ટ્રોનને, વિપરિત ચાર્જ હોવાના કારણે પોતાની તરફ ખેંચે છે. તો પછી ઇલેક્ટ્રોન પોતાની કક્ષામાં કઇરીતે અકબંધ રહે છે? સૈદ્ધાંતિક રીતે ઇલેક્ટ્રોને, પ્રોટોન સાથે ટકરાઇ જવું જોઇએ પરંતુ એવું થતુ નથી. કેમ? સંક્ષિપ્ત ઉત્તર છે....પ્રોટોન, ઇલેક્ટ્રોનને જેટલો પોતાની તરફ ખેંચે છે, લગભગ તેટલોજ દૂર પણ ધકેલે છે. વિસ્તૃત ઉત્તર વાંચતા પહેલાં ગૂગલ ખોલી Transverse Wave અને Longitudinal Wave કોને કહે છે તે વાંચી લો.
-
પ્રોટોનના આકર્ષણ છતાં પોતાની કક્ષામાં ટકી રહેવા અને ફોટોન-ઉર્જા મળવાથી પ્રોટોનથી દૂર ખસી બાહરી ઓર્બિટમાં જતા રહેવાનું કારણ એક જ છે અને તે છે......સ્પિન(Spin). ગ્રહો તથા તારાઓની જેમ મૂળભૂત કણ જેમકે ઇલેક્ટ્રોન, ક્વાર્ક વગેરે પણ પોતાની ધરી પર ફરે છે. કણોની આ મૂળભૂત પ્રકૃતિને સ્પિન કહે છે. ઇલેક્ટ્રોન તથા પ્રોટોનની સ્પિન ½ તથા ફોટોનની સ્પિન 1 હોય છે. સ્પિનના આ અંકોને વિસ્તારપૂર્વક આપણે અન્ય પોષ્ટમાં સમજીશું. ફિલહાલ એટલું સમજી લઇએ કે.....આ અંકો દર્શાવે છે કે સ્પિનની ગતિ કેટલી તેજ છે.
-
પ્રોટોન વિપરિત ઇલેક્ટ્રિકલ ચાર્જના કારણે ઇલેક્ટ્રોનને પોતાની તરફ આકર્ષિત કરે છે, સાથેસાથે પોતાની ધરી ઉપર ફરવાના કારણે એવા longitudinal તરંગો ઉત્પન્ન કરે છે, જે ઇલેક્ટ્રોનને દૂર ધકેલે છે. ઉદાહરણ તરીકે....ધારોકે એક દડો પાણીમાં ગોળ-ગોળ ફરી રહ્યો હોય તો તેનું પરિભ્રમણ દડાની ચોતરફ તરંગો જન્માવે છે કે જે તેના આસપાસની વસ્તુઓને દૂર ખસેડે છે. કંઇક આવુજ પરમાણુની અંદર પણ થાય છે. પરમાણુની અંદર એક બિંદુ એવુ હોય છે જ્યાં પ્રોટોનનું આકર્ષણ અને longitudinal તરંગોનું અપાકર્ષણ એકબીજાને છેદી શૂન્ય થઇ જાય છે. બંન્ને બળોના શૂન્ય પ્રભાવવાળુ આ બિંદુ જ તે અંતર હોય છે, જ્યાં રહીને ઇલેક્ટ્રોન નાભિના ચક્કર લગાવે છે.
-
હવે પાણી અને દડાના ઉદાહરણ ઉપર પાછા ફરીએ. જો દડાની ફરવાની ગતિને આપણે તેજ કરી દઇએ તો? તો થશે એવું કે દડા દ્વારા ઉદભવતી તરંગો વધુ શક્તિશાળી થશે. પરિણામે આસપાસ મૌજૂદ વસ્તુઓ વધુ દૂર થતી જશે. બિલકુલ આવુ જ ઇલેક્ટ્રોન સાથે થાય છે. જ્યારે 1 સ્પિનવાળો ફોટોન, ½ સ્પિનવાળા ઇલેક્ટ્રોન સાથે ટકરાય છે તો ફોટોન મોમેન્ટમ ટ્રાન્સફરના કારણે ઇલેક્ટ્રોનની ફરવાની ગતિ થોડી વધી જવા પામે છે. જેથી તે અલ્પ સમય માટે પ્રોટોનથી થોડો વધુ દૂર ખસી જાય છે. મતલબ ફોટોનની સ્પિન મોમેન્ટમ ટ્રાન્સફર જ ઇલેક્ટ્રોનની ઓર્બિટ શિફ્ટ થવાનું મૂળ કારણ હોય છે.
-
અગાઉ આપણે કણોના મૂળભૂત ગુણ સ્પિન વિષે ચર્ચા કરી હતી. સ્પિન બે પ્રકારની હોય છે: ક્લોકવાઇઝ એટલેકે UP-spin અને એન્ટી-ક્લોકવાઇઝ એટલેકે Down-spin(જુઓ નીચેની ઇમેજ). જનરલી પ્રોટોનની સ્પિન ક્લોકવાઇઝ અને ઇલેક્ટ્રોનની સ્પિન એન્ટી-ક્લોકવાઇઝ હોય છે. પરંતુ બ્રહ્માંડમાં ઉપલબ્ધ ઘણાં ઇલેક્ટ્રોનની સ્પિન પ્રોટોન સમાન ક્લોકવાઇઝ પણ હોય શકે છે. હવે જ્યારે પાણીમાં તમે એક સમાન સ્પિન કરતા બે દડાને રાખશો તો તેમની સ્પિન વડે ઉત્પન્ન તરંગો આપસમાં મળીને બંન્ને દડાઓને વધુ દૂર ધકેલવાનું કામ કરશે. બિલકુલ આવી જ રીતે જો પ્રોટોન અને ઇલેક્ટ્રોનની સ્પિન એક જેવી થઇ જાય તો, ફોટોનને શોષ્યા વગર પણ ઇલેક્ટ્રોન અલ્પ સમય પુરતો બાહરી ઓર્બિટમાં શિફ્ટ થઇ જાય છે અને પોતાની સ્પિનની દિશા બદલતા પહેલાં એક ફોટોનને ઉત્સર્જીત કરે છે. ઉદાહરણ તરીકે એક પ્રોટોન તથા એક ઇલેક્ટ્રોન વાળો હાઇડ્રોજન પરમાણુ આજ સિદ્ધાંતને અનુસરી 21.106 સેન્ટીમીટરની વેવલેન્થનો ફોટોન ઉત્સર્જીત કરે છે. જેની ફ્રીકવન્સી 1420405751 કંપન પ્રતિ સેકન્ડ(1420 મેગા હર્ટઝ) હોય છે.
-
સ્પિન-ફ્લિપ ટ્રાંઝિશનના કારણે ફોટોન ઉત્સર્જિત થવાની આ ઘટના બેહદ દુર્લભ છે અને તેના થવાની સંભાવના પ્રતિ પરમાણુ લગભગ એક કરોડ વર્ષ છે પરંતુ બ્રહ્માંડમાં મૌજૂદ સમસ્ત પદાર્થનો બે તૃત્યાંશ હિસ્સો ફક્ત હાઇડ્રોજન છે માટે ઉમ્મીદ કરી શકીએ કે હર સેકન્ડ કોઇપણ દિશામાં આવા અબજો હાઇડ્રોજન પરમાણુ જોઇ શકાય છે કે જે 21 સેન્ટીમીટરની આ દુર્લભ વેવલેન્થનું ઉત્સર્જન કરી રહ્યાં હશે. યાદરહે અહીં આપણે હાઇડ્રોજન તત્વની વાત કરી રહ્યાં છીએ, ના કે બે પરમાણુઓ વડે બનેલ હાઇડ્રોજન ગેસ(H2) ની. જેના ઇલેક્ટ્રોન્સની ઉત્સર્જિત પ્રકાશ રેખાઓ સંપૂર્ણ ભિન્ન હોય છે.
-
તો આ દુર્લભ 21 સેન્ટીમીટરની લાઇનનો ફાયદો શું? પ્રથમ ફાયદો એ કે હાઇડ્રોજનના પરમાણુઓ આકાશગંગાઓની અંદર-બહાર વિખેરાયેલા પડ્યા છે અને આ પરમાણુઓની ઉત્સર્જન રેખાઓને ટ્રેક કરી આપણે આકાશગંગાનું વિસ્તૃત માનચિત્ર બનાવીને તે સઘળા હિસ્સાને જોઇ શકીએ છીએ, જે સામાન્ય પરિસ્થિતિઓમાં આપણા પહોંચથી જોજનો દૂર રહે છે. બીજો અને સૌથી મહત્વપૂર્ણ ફાયદો એ છે જેના માટે અત્યારસુધીની સઘળી કવાયત કરવામાં આવી છે એટલેકે વોટર હોલ!!
-
હાઇડ્રોજનમાં સ્પિન-ફ્લિપ ટ્રાંઝિશનની વેવલેન્થ 21 સેન્ટીમીટર તથા ફ્રીકવન્સી 1420 મેગાહર્ટઝ હોય છે. આજ પ્રકારે એક ઓક્સિજન તથા એક હાઇડ્રોજન પરમાણુ વડે બનેલ હાઇડ્રોક્સિલ ગ્રુપ(OH) ની વેવલેન્થ 18 સેન્ટીમીટર તથા ફ્રિકવન્સી 1670 મેગાહર્ટઝ હોય છે. આપણે એક હાઇડ્રોજન પરમાણુને હાઇડ્રોક્સિલ ગ્રુપમાં મેળવીએ તો જળની ઉત્પત્તિ થાય છે. આ કારણે 1420 થી લઇને 1670 મેગાહર્ટઝ ફ્રીકવન્સી વચ્ચેના રેડિયો બેન્ડને વૈજ્ઞાનિક ભાષામાં વોટર હોલ કહે છે. આ વોટર હોલની અનોખી ખાસિયત એ છે કે, આ બેન્ડની ફ્રીકવન્સી ઉપર બ્રહ્માંડ અભૂતપૂર્વ રૂપે શાંત છે. અર્થાત આ બેન્ડમાં રેડિયો કોલાહલની મૌજૂદગી ન બરાબર છે. એક એવો બેન્ડ જે એલિયન્સ સાથે સંવાદ હેતુ આદર્શ ક્ષેત્ર કહી શકાય. આપણે આશા રાખીએ કે અગર વિકસિત અને બુદ્ધિમાન એલિયન્સો છે, તો તેમને જળ સંબંધિત અને શોર રહિત આ મહત્વપૂર્ણ રેડિયો બેન્ડની જાણકારી અવશ્ય હશે અને શાયદ આજ કારણ છે કે આ બેન્ડમાં એલિયન સંદેશાઓ આવવાની સશક્ત સંભાવનાઓ જોતા સંચાર-નિયામક આંતરરાષ્ટ્રીય સંસ્થાઓ દ્વારા આ બેન્ડનો ઉપયોગ સામાન્ય જનતા માટે નિષેધ કરી વૈજ્ઞાનિકો માટે પ્રયોગ હેતુ આરક્ષિત રખાયો છે.
(મિત્ર વિજય દ્વારા)
No comments:
Post a Comment