الیکٹران لہروں کی طرح برتاؤ کرتے ہیں۔

طبیعیات دان طویل عرصے سے جانتے ہیں کہ روشنی ایک برقی مقناطیسی لہر ہے۔ آج تک، کوئی بھی اس پوزیشن پر شک نہیں کرتا، کیونکہ روشنی لہر کے رویے کی تمام علامات کو واضح طور پر ظاہر کرتی ہے: روشنی کی لہریں ایک دوسرے کو اوورلیپ کر سکتی ہیں، ایک مداخلت کا نمونہ پیدا کرتی ہیں، وہ الگ ہونے کے قابل بھی ہیں، تفاوت کے وقت کے ساتھ رکاوٹوں کے گرد موڑنے کے قابل بھی ہیں۔

جب ہم ایک پرندے کو دیکھتے ہیں جو بطخ کی طرح چلتا ہے، بطخ کی طرح تیرتا ہے، اور بطخ کی طرح جھڑکتا ہے تو ہم اس پرندے کو بطخ کہتے ہیں۔ تو روشنی ہے۔ برقی مقناطیسی لہرروشنی میں اس طرح کی لہر کے رویے کی معروضی طور پر مشاہدہ کردہ علامات کی بنیاد پر۔

تاہم، 19ویں اور 20ویں صدی کے آخر میں، طبیعیات دانوں کو روشنی کے "ذرہ لہر دوہرے پن" کے بارے میں بات کرنا شروع کرنا تھی۔ اس سے پتہ چلتا ہے کہ روشنی ایک برقی مقناطیسی لہر ہے جو سائنس روشنی کے بارے میں نہیں جانتی ہے۔ سائنسدانوں نے روشنی میں ایک انتہائی دلچسپ خصوصیت دریافت کی ہے۔

یہ پتہ چلتا ہے کہ روشنی کسی نہ کسی طرح ذرات کی ندی کے رویے کے طور پر خود کو ظاہر کرتی ہے۔یہ پتہ چلا کہ روشنی کے ذریعے لے جانے والی توانائی، ایک خاص ڈیٹیکٹر کے ذریعے ایک خاص مدت میں شمار کیے جانے کے بعد، بہرحال انفرادی (پورے) ٹکڑوں پر مشتمل ہوتی ہے۔

لہٰذا، یہ سچ ثابت ہوا کہ روشنی کی توانائی مجرد ہے، کیونکہ یہ انفرادی ذرات - "کوانٹا" یعنی توانائی کے چھوٹے سے پورے حصوں پر مشتمل ہے، جیسا کہ یہ تھا۔ روشنی کا ایسا ذرہ، جو توانائی کی اکائی (یا کوانٹم) لے کر جاتا ہے، اسے فوٹان کہا جاتا ہے۔

ایک فوٹون کی توانائی درج ذیل فارمولے سے پائی جاتی ہے۔

E — فوٹون توانائی، h — پلانک کا مستقل، v — تعدد۔

جرمن ماہر طبیعیات میکس پلانک نے سب سے پہلے تجرباتی طور پر روشنی کی لہر کی تصادم کی حقیقت کو قائم کیا اور مستقل h کی قدر کا حساب لگایا، جو انفرادی فوٹون کی توانائی کو تلاش کرنے کے فارمولے میں ظاہر ہوتا ہے۔ یہ قدر نکلی: 6.626 * 10-34 J*s۔ پلانک نے 1900 کی دہائی کے آخر میں اپنے کام کے نتائج شائع کیے۔

مثال کے طور پر، جامنی رنگ کی کرن پر غور کریں۔ ایسی روشنی کی فریکوئنسی (f یا v) 7.5 * 1014 Hz پلانک کا مستقل (h) 6.626 * 10-34 J*s ہے۔ اس کا مطلب ہے کہ فوٹون کی توانائی، (E)، رنگ کے بنفشی کی خصوصیت، 5*10-19 J ہے۔ یہ توانائی کا اتنا چھوٹا حصہ ہے کہ اسے پکڑنا بہت مشکل ہے۔

ایک پہاڑی ندی کا تصور کریں - یہ ایک اکائی کے طور پر بہتا ہے، اور یہ کھلی آنکھ سے دیکھنا ناممکن ہے کہ یہ ندی دراصل پانی کے انفرادی انووں سے بنی ہے۔ تاہم، آج ہم جانتے ہیں کہ میکروسکوپک آبجیکٹ — بہاؤ — دراصل مجرد ہے، یعنی یہ انفرادی مالیکیولز پر مشتمل ہے۔

اس کا مطلب یہ ہے کہ اگر ہم ندی کے ساتھ گزرنے والے پانی کے مالیکیولوں کو شمار کرنے کے لیے ندی کے ساتھ ایک مالیکیول کاؤنٹر رکھ سکتے ہیں، تو پتہ لگانے والا ہمیشہ پانی کے مالیکیولز کی صرف پوری تعداد کو شمار کرے گا، جزوی نہیں۔

اسی طرح، فوٹون E کی کل توانائی کا گراف، وقت t پر شمار کیا جاتا ہے - ہمیشہ لکیری (پیلا شکل) نہیں، بلکہ مرحلہ وار (سبز شکل) نکلے گا:

لہذا، فوٹون حرکت کرتے ہیں، وہ توانائی لے جاتے ہیں، اس لیے ان کی رفتار ہوتی ہے۔ لیکن فوٹون کا کوئی ماس نہیں ہوتا۔ پھر آپ رفتار کیسے تلاش کر سکتے ہیں؟

درحقیقت، روشنی کی رفتار کے قریب رفتار سے حرکت کرنے والی اشیاء کے لیے، کلاسیکی فارمولہ p = mv بالکل نا قابل اطلاق ہے۔ یہ سمجھنے کے لیے کہ اس غیر معمولی معاملے میں رفتار کیسے حاصل کی جائے، آئیے خصوصی رشتہ داری کی طرف رجوع کریں:

1905 میں البرٹ آئن سٹائن نے اس نقطہ نظر سے وضاحت کی۔ فوٹو الیکٹرک اثر… ہم جانتے ہیں کہ دھاتی پلیٹ کے اندر الیکٹران ہوتے ہیں، جو اس کے اندر ایٹموں کے مثبت چارج شدہ نیوکلیئس سے اپنی طرف متوجہ ہوتے ہیں اور اس لیے دھات میں برقرار رہتے ہیں۔ لیکن اگر آپ ایسی پلیٹ کو ایک مخصوص فریکوئنسی کی روشنی سے چمکاتے ہیں، تو آپ الیکٹران کو پلیٹ سے باہر نکال سکتے ہیں۔

یہ ایسا ہی ہے جیسے روشنی رفتار کے ساتھ ذرات کے ایک دھارے کی طرح برتاؤ کرتی ہے۔ اور اگرچہ فوٹوون کا کوئی ماس نہیں ہوتا ہے، پھر بھی یہ کسی نہ کسی طرح دھات میں موجود الیکٹران کے ساتھ تعامل کرتا ہے، اور کچھ خاص حالات میں فوٹوون ایک الیکٹران کو باہر نکالنے کے قابل ہوتا ہے۔

لہذا اگر پلیٹ پر فوٹوون کے واقعے میں کافی توانائی ہے، تو الیکٹران دھات سے باہر نکل جائے گا اور رفتار v کے ساتھ پلیٹ سے باہر نکل جائے گا۔ اس طرح کے ناک آؤٹ الیکٹران کو فوٹو الیکٹران کہتے ہیں۔

چونکہ ناک آؤٹ الیکٹران کا ایک معروف ماس m ہے، اس لیے اس میں ایک مخصوص حرکی توانائی mv ہوگی۔

فوٹون کی توانائی، جب اس نے دھات پر عمل کیا، دھات سے الیکٹران کے اخراج کی توانائی (کام کا کام) اور الیکٹران کی حرکی توانائی میں تبدیل ہو جاتا ہے، جس کے پاس ہو کر ناک آؤٹ الیکٹران حرکت کرنا شروع کر دیتا ہے۔ دھات سے باہر، اسے چھوڑ کر.

فرض کریں کہ معلوم طول موج کا ایک فوٹون کسی دھات کی سطح پر حملہ کرتا ہے جس کے لیے کام کا فعل (دھات سے الیکٹران کا) معلوم ہوتا ہے۔ اس صورت میں، دی گئی دھات سے خارج ہونے والے الیکٹران کی حرکی توانائی کے ساتھ ساتھ اس کی رفتار بھی آسانی سے معلوم کی جا سکتی ہے۔

اگر فوٹوان کی توانائی الیکٹران کے لیے کام کا کام انجام دینے کے لیے کافی نہیں ہے، تو الیکٹران صرف دی گئی دھات کی سطح کو نہیں چھوڑ سکتا اور فوٹو الیکٹران نہیں بنتا۔

1924 میں ایک فرانسیسی ماہر طبیعیات لوئس ڈی بروگلی۔ جس کے مطابق ایک پیش رفت خیال پیش کیا نہ صرف روشنی کے فوٹون بلکہ الیکٹران خود بھی لہروں کی طرح برتاؤ کر سکتے ہیں۔ سائنسدان نے یہاں تک کہ الیکٹران کی فرضی طول موج کا ایک فارمولا بھی اخذ کیا۔ ان لہروں کو بعد میں "ڈی بروگلی لہریں" کہا گیا۔

ڈی بروگلی کے مفروضے کی بعد میں تصدیق ہوئی۔ الیکٹران کے پھیلاؤ پر طبیعیات کا ایک تجربہ، جو 1927 میں امریکی سائنسدانوں کلنٹن ڈیوسن اور لیسٹر جرمر نے کیا، آخر کار الیکٹران کی لہر کی نوعیت کی نشاندہی کی۔

جب الیکٹران کی شہتیر کو ایک خاص جوہری ڈھانچے کے ذریعے ہدایت کی گئی تھی، تو ایسا لگتا ہے کہ پکڑنے والے کو تصویر کو ایک کے بعد ایک اڑتے ہوئے ذرات کے طور پر ریکارڈ کرنا چاہیے تھا، جس کی منطقی طور پر توقع کی جائے گی اگر الیکٹران ذرات ہوتے۔

لیکن عملی طور پر ہمارے پاس لہر کے پھیلاؤ کی ایک خصوصیت ہے۔ مزید یہ کہ ان لہروں کی لمبائی ڈی بروگلی کے تجویز کردہ تصور سے پوری طرح مطابقت رکھتی ہے۔

بالآخر، ڈی بروگلی کے خیال نے بوہر کے جوہری ماڈل کے اصول کی وضاحت کرنا ممکن بنایا، اور بعد میں ایرون شروڈنگر کے لیے ان نظریات کو عام کرنا اور جدید کوانٹم فزکس کی بنیادیں رکھنا ممکن ہوا۔