Satyendra Nath Bose

 

 

એક એવા ભારતીય વૈજ્ઞાનિક જેમનું નામ ઇતિહાસમાં સદાય માટે અમર થઇ ગયું. એમના કાર્યને જાણવા પહેલા થોડું ફિઝિક્સ જાણી લઇએ...સામાન્યપણે પદાર્થની ત્રણ અવસ્થા હોય છે જેને આપણે જાણીએ છીએ--- ઘન, પ્રવાહી અને વાયુ. ત્યારબાદ ચોથી અવસ્થા આવે છે જે પ્લાઝમા તરીકે ઓળખાય છે(યાદરહે આ આપણા બ્રહ્માંડની સૌથી વ્યાપકરૂપે મૌજૂદ અવસ્થા છે જેમકે....ગરમ અવકાશી પદાર્થો, આકાશમાં ચમકતી વીજળી વગેરે). ત્યારબાદ આવે છે પાંચમી અવસ્થા જેને bose-einstein condensate કહે છે. આ અવસ્થાની કહાની ખુબજ મજેદાર અને મગજને ચકરાવે ચઢાવનારી છે.

-

જ્યારે આપણે કોઇ પ્રવાહીને ઠંડુ કરીએ તો તે ઘન સ્વરૂપમાં રૂપાંતર પામે છે, ઉદાહરણ તરીકે પાણીને ઠંડુ કરીએ તો બરફમાં ફેરવાય. પણ....જો તે જ ઘન સ્વરૂપને હજી વધુ ઠંડું (0 કેલ્વિન અથવા -273.15 ડિગ્રી સે.) કરવામાં આવે એટલેકે absolute zero તાપમાન આસપાસ તો આપણને પદાર્થની પાંચમી અવસ્થા જોવા મળશે. દરઅસલ, આ અવસ્થાની કલ્પના કલકત્તાના એક પ્રોફેસરે કરી જેમનું નામ હતું....સત્યેન્દ્ર નાથ બોઝ.

-

હકિકતે, પોતાના વિદ્યાર્થીઓને લેક્ચર આપતી વખતે તેમણે જોયું કે, ફિલહાલની જે થીઅરી છે તે light energy distribution(પ્રકાશ ઊર્જા વિતરણ) ને સમજાવવા માટે સક્ષમ નથી તેથી તેમણે પ્રકાશ ઊર્જા વિતરણને સમજાવવા માટે પોતનું એક સૂત્ર આપ્યું. આ સૂત્રને પ્રકાશિત કરવા તેમણે એક સારા સામાયિકને મોકલી આપ્યું પરંતુ તેમનું નામ તે સમયે એટલું પ્રસિદ્ધ ન હોવાથી સામાયિકે તેમના પેપરને નામંજૂર કર્યું. ખેર, પછી તેમણે પોતાના પેપરને આઈનસ્ટાઇનને મોકલ્યું. આઈનસ્ટાઇનને તેમની વાત બિલકુલ યોગ્ય લાગી અને તેમણે તેમાં વાયુ(gas)ને લગતી વાતનું ઉમેરણ કરી ફરી તે પેપરને સામાયિકને મોકલી આપ્યું જે આજે bose einstein condensate તરીકે ઓળખાય છે અને જે પણ કણ(particle) આ ઊર્જા વિતરણને અનુસરે છે તેને boson(બોસોન) કહે છે. ટૂંકમાં આ નામ સત્યેન્દ્ર નાથ બોઝના નામ ઉપરથી રાખવામાં આવ્યું છે અને આ જ બોસોનથી મળીને બને છે પદાર્થની પાંચમી અવસ્થા. હવે આને થોડું વિગતવાર સમજીએ...

-

ચાલો બ્રહ્માંડની સૌથી ઠંડી જગ્યાએ જઇએ જેનું નામ છે....Boomerang Nebula(જુઓ નીચેની ઇમેજ) જેનું તાપમાન છે...-272.15 ડિગ્રી સે. એટલેકે 1 કેલ્વિન. હવે આનાથી ઠંડી જગ્યા કઇ? તો આ વિષયને સમજવા આપણે કેટલીક બાબતને સમજવી પડશે જેમકે....અણુની અંદર પરમાણુઓ સતત ગતિશીલ હોય છે અને તેમની ગતિશીલતાનું કારણ હોય છે---ઊર્જા. જો ગતિશીલતા ઓછી તો તેમની આંતરિક અથડામણ પણ ઓછી પરિણામે તે વસ્તુનું તાપમાન પણ ઓછું. તો કહેવાનો મતલબ, જો આપણે કોઇપણ વસ્તુમાં થી ઊર્જાને કાઢવાનું શરૂ કરીએ તો તેનું તાપમાન ઘટતું જશે.

-

અંતે એક પોઇન્ટ એવો આવશે જેનાથી વધુ ઊર્જા કોઇપણ પદાર્થમાંથી કાઢવી અશક્ય છે. તાપમાનના આ પોઇન્ટને જ absolute zero કહે છે જેની વેલ્યુ છે....-273.15 ડિગ્રી સે. તાપમાનની આ સૌથી ન્યૂનતમ લિમિટ છે, આનાથી નીચે જવું અશક્ય છે. આ વેલ્યુ ક્યાંથી આવી? તો તેના માટે એક પ્રયોગ કરવામાં આવ્યો હતો જેની વાત ફરી ક્યારેક અન્યથા પોષ્ટ લંબાશે. આપણે જેટલા પણ પ્રયોગો કર્યા છે તે આ તાપમાનના ખુબજ નજીક-નજીક છે પરંતુ આ તાપમાનને હાંસિલ નથી કરી શક્યા. એવું કેમ? કેમકે અહીં પ્રકૃતિનો અન્ય એક નિયમ આડો આવે છે જેને કહે છે....હાઇઝનબર્ગનો અનિશ્ચિતતાનો સિદ્ધાંત.

-

જે કહે છે કે, કોઇપણ કણની સ્થિતિ(position) અને મોમેન્ટમને આપણે એક જ સમયે જાણી નથી શકતા. આ અસંભવ છે. હવે જો કોઇ અણુને એટલો ઠંડો કરીએ કે તેમા કેદ રહેલ સઘળી ઊર્જા મુક્ત થઇ જાય અને તેની અંદર રહેલ કણોની ગતિશીલતા સ્થગિત થઇ જાય તો આપણે તે કણોની સ્થિતિ અને મોમેન્ટમને એક જ સમયે જાણી શકીએ કે જેની મંજૂરી પ્રકૃતિ નથી આપતું. અહીં અનિશ્ચિતતાના સિદ્ધાંતનું ખંડન થાય છે. ટૂંકમાં આ સિદ્ધાંતને જો સાચો સાબિત થવું હોય તો કણોએ ગતિશીલ રહેવું જ પડશે.

-

સામાન્યપણે પરમાણુઓ અલગ-અલગ ક્વોન્ટમ અવસ્થા(quantum state) માં હોય છે પરંતુ જ્યારે તેમને ઠંડા કરવામાં આવે છે ત્યારે તેમની ક્વોન્ટમ અવસ્થા આપસ માં સાથે ભેગા થવાની શરૂઆત કરી દે છે. જ્યારે તેમને અતિશય એટલેકે નેનો કેલ્વિન પર(યાદરહે ઝીરો કેલ્વિન નહીં પરંતુ તેની ખુબજ ખુબજ નજીક) લઇ જવામાં આવે ત્યારે સઘળી ક્વોન્ટમ અવસ્થા એક જ ક્વોન્ટમ અવસ્થા બની જાય છે. અર્થાત આપણને એક સુપર atom મળે છે. મેટરની આ અવસ્થાને જ bose einstein condensate કહે છે(જુઓ નીચેની ઇમેજ).

-

આ અવસ્થામાં આપણને superfluidity જોવા મળે છે અર્થાત તેમાં viscosity(સ્નિગ્ધતા/ચીકાશ) નથી હોતી. આ સિવાય આ અવસ્થાની ઘણી ઉપયોગિતા છે જેમકે....Superconductivity, magnetic field levitate, light speed slow down વગેરે. સમગ્ર પોષ્ટનો ટૂંકસાર:- આપણી પાસે ઘણા ગ્રુપના કણો છે. તેઓ એક સાથે એક જ દિશામાં તથા સરખી ઝડપે ગતિ કરી રહ્યાં છે, તેમ છતાં તેઓ એક કણની જેમ વર્તી રહ્યાં છે. બસ, આ જ છે bose einstein condensate. આ કાર્ય માટે સત્યેન્દ્ર નાથ બોઝનું નામ નોબલ પ્રાઇઝ માટે ચર્ચાયું ખરું પરંતુ તેઓને પારિતોષિક ન મળ્યો. ખેર, 2013 માં peter higgs ને નોબલ પ્રાઇઝ વડે નવાજવામાં આવ્યા જેમાં તેમણે bose statistics નો જ ઉપયોગ કર્યો અને પોતાની થીઅરીનું નામ higgs boson theory રાખ્યું. યાદરહે, bose einstein condensate નું ક્વોન્ટમ ફિઝિક્સમાં ખુબજ મહત્વ છે.