ویکیوم میں روشنی کس رفتار سے پھیلتی ہے۔

خلا میں روشنی کی رفتار ایک اشاریہ ہے جو طبیعیات میں بڑے پیمانے پر استعمال ہوتا ہے اور ایک وقت میں کئی دریافتوں کی اجازت دیتا ہے اور ساتھ ہی بہت سے مظاہر کی نوعیت کی وضاحت کرتا ہے۔ موضوع کو سمجھنے اور یہ سمجھنے کے لیے کہ اس اشاریہ کو کیسے اور کن حالات میں دریافت کیا گیا، کئی اہم نکات کا مطالعہ کرنا ضروری ہے۔

روشنی کی رفتار کیا ہے؟

خلا میں روشنی کی رفتار کو ایک مطلق مقدار سمجھا جاتا ہے جو برقی مقناطیسی تابکاری کے پھیلاؤ کی رفتار کو ظاہر کرتا ہے۔ یہ طبیعیات میں بڑے پیمانے پر استعمال ہوتا ہے اور ایک چھوٹے لاطینی حرف "c" کی شکل میں ایک عہدہ ہے (وہ کہتے ہیں "ce")۔

ویکیوم میں، روشنی کی رفتار مختلف ذرات کی رفتار کی رفتار کا تعین کرنے کے لیے استعمال ہوتی ہے۔

زیادہ تر محققین اور سائنسدانوں کے مطابق، خلا میں روشنی کی رفتار ذرات کی حرکت اور مختلف قسم کی تابکاری کے پھیلاؤ کی زیادہ سے زیادہ ممکنہ رفتار ہے۔

جہاں تک مظاہر کی مثالیں ہیں، وہ حسب ذیل ہیں:

1. کسی بھی طرف سے آنے والی مرئی روشنی ذریعہ.
2. تمام قسم کی برقی مقناطیسی تابکاری (جیسے ایکس رے اور ریڈیو لہریں)۔
3. کشش ثقل کی لہریں (یہاں کچھ ماہرین متفق نہیں ہیں)۔

بہت سے قسم کے ذرات قریب روشنی کی رفتار سے حرکت کر سکتے ہیں، لیکن اس تک نہیں پہنچ پاتے۔

روشنی کی رفتار کی صحیح قدر

سائنس دانوں نے کئی سالوں سے یہ معلوم کرنے کی کوشش کی کہ روشنی کی رفتار کیا ہے، لیکن درست پیمائش 1970 کی دہائی میں کی گئی۔ آخر میں یہ تعداد 299,792,458 m/s تھی۔ +/-1.2 میٹر کے زیادہ سے زیادہ انحراف کے ساتھ۔ آج، یہ ایک غیر تبدیل شدہ جسمانی اکائی ہے۔چونکہ ایک میٹر کا فاصلہ 1/299,792,458 سیکنڈ ہے، یعنی ایک خلا میں روشنی کو 100 سینٹی میٹر کا سفر کرنے میں کتنا وقت لگتا ہے۔

سائنسی روشنی کی رفتار کا تعین کرنے کا فارمولا.

حساب کو آسان بنانے کے لیے، اعداد و شمار کو 300,000,000 m/s (3×108 m/s) تک آسان بنایا گیا ہے۔. یہ اسکول میں فزکس کورس سے ہر ایک کو واقف ہے، اسی جگہ رفتار کو اس شکل میں ماپا جاتا ہے۔

فزکس میں روشنی کی رفتار کا بنیادی کردار

یہ پیرامیٹر اہم میں سے ایک ہے، قطع نظر اس کے کہ مطالعہ میں حوالہ فریم استعمال کیا جاتا ہے۔ یہ لہر کے ذریعہ کی حرکت پر منحصر نہیں ہے، جو بھی اہم ہے.

1905 میں البرٹ آئن سٹائن کی طرف سے انویرینس کو ایک فرض کے طور پر قبول کیا گیا تھا۔ یہ ایک اور سائنس دان، میکسویل کے، جب روشنی لے جانے والے ایتھر کے وجود کا کوئی ثبوت نہ ملنے کے بعد سامنے آیا، برقی مقناطیسیت کے نظریے کو آگے بڑھایا۔

یہ دعویٰ کہ وجہ اثر روشنی کی رفتار سے زیادہ رفتار سے نہیں لے جایا جا سکتا اب کافی درست سمجھا جاتا ہے۔

ویسے! طبیعیات دان اس بات سے انکار نہیں کرتے کہ کچھ ذرات زیر بحث اعداد و شمار سے زیادہ رفتار سے حرکت کر سکتے ہیں۔ لیکن ایسا کرنے میں، وہ معلومات کو منتقل کرنے کے لئے استعمال نہیں کیا جا سکتا.

تاریخی حوالہ جات

موضوع کی تفصیلات کو سمجھنے اور یہ جاننے کے لیے کہ بعض مظاہر کیسے دریافت ہوئے، ہمیں کچھ سائنسدانوں کے تجربات کا مطالعہ کرنا چاہیے۔ 19ویں صدی میں بہت سی دریافتیں ہوئیں جنہوں نے بعد میں سائنس دانوں کی مدد کی، زیادہ تر برقی رو اور مقناطیسی اور برقی مقناطیسی انڈکشن کے مظاہر سے متعلق۔

جیمز میکسویل کے تجربات

طبیعیات دان کی تحقیق نے ذرات کے فاصلے پر تعامل کی تصدیق کی۔اس نے بعد میں ولہیم ویبر کو برقی مقناطیسیت کا ایک نیا نظریہ تیار کرنے کی اجازت دی۔ میکسویل نے مقناطیسی اور برقی شعبوں کے رجحان کو بھی واضح طور پر قائم کیا اور یہ طے کیا کہ وہ ایک دوسرے کو برقی مقناطیسی لہریں بنانے کے لیے پیدا کر سکتے ہیں۔ یہ وہ سائنسدان تھا جس نے سب سے پہلے عہدہ "c" استعمال کیا تھا جو آج بھی دنیا بھر کے ماہرین طبیعات استعمال کرتے ہیں۔

اس کی وجہ سے، زیادہ تر محققین پہلے ہی روشنی کی برقی مقناطیسی نوعیت کے بارے میں بات کر رہے تھے۔ میکسویل نے برقی مقناطیسی اتیجیت کے پھیلاؤ کی رفتار کا مطالعہ کرتے ہوئے اس نتیجے پر پہنچا کہ یہ انڈیکس روشنی کی رفتار کے برابر ہے، ایک وقت میں وہ اس حقیقت سے حیران تھا۔

میکسویل کی تحقیق کی بدولت یہ واضح ہو گیا کہ روشنی، مقناطیسیت اور بجلی الگ الگ تصورات نہیں ہیں۔ یہ عوامل مل کر روشنی کی نوعیت کا تعین کرتے ہیں، کیونکہ یہ مقناطیسی اور برقی میدانوں کا مجموعہ ہے جو خلا میں پھیلتے ہیں۔

برقی مقناطیسی لہر کے پھیلاؤ کا خاکہ۔

مائیکلسن اور روشنی کی رفتار کی مطلقیت کو ثابت کرنے میں اس کا تجربہ

پچھلی صدی کے آغاز میں، زیادہ تر سائنس دانوں نے گیلیلیو کے اصول اضافیت کا استعمال کیا، جس کا خیال تھا کہ میکانکس کے قوانین یکساں ہیں چاہے کوئی بھی فریم آف ریفرنس استعمال کیا جائے۔ لیکن نظریہ کے مطابق، برقی مقناطیسی لہروں کے پھیلاؤ کی رفتار کو منبع کے حرکت کے ساتھ تبدیل ہونا چاہیے۔ یہ گیلیلیو کے اصولوں اور میکسویل کے نظریہ دونوں کے خلاف تھا، جو تحقیق شروع کرنے کی وجہ تھی۔

اس وقت، زیادہ تر سائنس دان "ایتھر تھیوری" کی طرف مائل تھے، جس کے مطابق اشارے اس کے ماخذ کی رفتار پر منحصر نہیں تھے، اہم تعین کرنے والے عنصر کو میڈیم کی خصوصیات سمجھا جاتا تھا۔

مائیکلسن نے دریافت کیا کہ روشنی کی رفتار پیمائش کی سمت پر منحصر نہیں ہے۔

چونکہ زمین خلا میں ایک خاص سمت میں حرکت کرتی ہے، اس لیے روشنی کی رفتار، رفتار کے اضافے کے قانون کے مطابق، مختلف سمتوں میں ناپی جانے پر مختلف ہوگی۔لیکن مائیکلسن کو برقی مقناطیسی لہروں کے پھیلاؤ میں کوئی فرق نہیں ملا، اس بات سے کوئی فرق نہیں پڑتا کہ پیمائش کس سمت کی گئی ہے۔

ایتھر کا نظریہ مطلق شدت کے وجود کی وضاحت نہیں کر سکا، جس نے اس کی غلط فہمی کو اور بھی بہتر دکھایا۔

البرٹ آئن سٹائن کا خصوصی نظریہ اضافیت

اس وقت نوجوان سائنسدان نے ایک نظریہ پیش کیا جو زیادہ تر محققین کے عقائد کے خلاف تھا۔ اس کے مطابق، وقت اور جگہ میں ایسی خصوصیات ہیں جو خلا میں روشنی کی رفتار کے غیر متغیر ہونے کو یقینی بناتی ہیں، قطع نظر کہ حوالہ کے منتخب کردہ فریم کے۔ اس نے مائیکلسن کے ناکام تجربات کی وضاحت کی، کیونکہ روشنی کے پھیلاؤ کی رفتار اس کے منبع کی حرکت پر منحصر نہیں ہے۔

[tds_council]آئن اسٹائن کے نظریہ کی درستگی کی بالواسطہ تصدیق "ایک ہی وقت کی اضافیت" تھی، اس کا جوہر تصویر میں دکھایا گیا ہے۔[/tds_council]

اس کی ایک مثال کہ کس طرح کسی کا مقام روشنی کے پھیلاؤ کے تصور کو متاثر کرتا ہے۔

روشنی کی رفتار کو پہلے کیسے ناپا جاتا تھا۔

اس اشارے کا تعین کرنے کی کوششیں بہت سے لوگوں نے کی ہیں، لیکن سائنس کی ترقی کی کم سطح کی وجہ سے پہلے ایسا کرنا مشکل تھا۔ مثال کے طور پر، قدیم زمانے کے سائنس دانوں کا خیال تھا کہ روشنی کی رفتار لامحدود ہے، لیکن بعد میں بہت سے محققین نے اس مؤقف پر سوال اٹھایا، جس کی وجہ سے اس کا تعین کرنے کی متعدد کوششیں ہوئیں:

1. گلیلیو نے ٹارچ کا استعمال کیا۔ روشنی کی لہروں کے پھیلاؤ کی رفتار کا حساب لگانے کے لیے، وہ اور اس کا معاون پہاڑیوں پر تھے، جن کے درمیان فاصلہ قطعی طور پر طے کیا گیا تھا۔ پھر شرکاء میں سے ایک نے لالٹین کھولی، دوسرے نے روشنی دیکھتے ہی ایسا ہی کرنا تھا۔ لیکن لہر کے پھیلاؤ کی تیز رفتاری اور وقت کے وقفے کا درست تعین نہ کرنے کی وجہ سے یہ طریقہ ناکام رہا۔
2. ڈنمارک کے ماہر فلکیات اولاف ریمر نے مشتری کا مشاہدہ کرتے ہوئے ایک خاصیت دیکھی۔جب زمین اور مشتری اپنے مدار میں مخالف نقطوں پر تھے، Io (مشتری کا سیٹلائٹ) کا گرہن خود سیارے سے 22 منٹ پیچھے تھا۔ اس سے اس نے یہ نتیجہ اخذ کیا کہ روشنی کی لہروں کے پھیلاؤ کی رفتار لامحدود نہیں ہے اور اس کی ایک حد ہے۔ اس کے حساب کے مطابق انڈیکس تقریباً 220,000 کلومیٹر فی سیکنڈ تھا۔
   رہمر کے ذریعہ روشنی کی رفتار کا تعین۔
3. اسی دور کے آس پاس، انگریز ماہر فلکیات جیمز بریڈلی نے روشنی کی خرابی کا واقعہ دریافت کیا، جب سورج کے گرد زمین کی حرکت کے ساتھ ساتھ اپنے محور کے گرد گردش کی وجہ سے، جو آسمان میں ستاروں کی پوزیشن کا سبب بنتا ہے اور ان کا فاصلہ مسلسل بدلتا رہتا ہے۔ ان خصوصیات کی وجہ سے، ستارے ہر سال کے دوران ایک بیضوی شکل بیان کرتے ہیں۔ حساب اور مشاہدات کی بنیاد پر ماہر فلکیات نے رفتار کا حساب لگایا، یہ 308,000 کلومیٹر فی سیکنڈ تھی۔
   روشنی کی خرابی۔
4. لوئس فیزیو وہ پہلا شخص تھا جس نے لیبارٹری کے تجربے کے ذریعے درست شرح کا تعین کرنے کا فیصلہ کیا۔ اس نے منبع سے 8,633 میٹر کے فاصلے پر آئینے کی سطح کے ساتھ ایک شیشہ لگایا، لیکن چونکہ فاصلہ چھوٹا تھا، اس لیے وقت کا درست حساب لگانا ناممکن تھا۔ اس کے بعد سائنسدان نے ایک دانت والا پہیہ ڈالا، جو وقتاً فوقتاً اس کے کوگوں سے روشنی کو ڈھانپتا رہتا تھا۔ وہیل کی رفتار کو تبدیل کرکے فیزیو نے طے کیا کہ روشنی کو کس رفتار سے دانتوں کے درمیان سے گزرنے اور واپس لوٹنے کا وقت نہیں ہے۔ اس نے 315,000 کلومیٹر فی سیکنڈ کی رفتار کا حساب لگایا۔
   لوئس فیزیو کا تجربہ۔

روشنی کی رفتار کی پیمائش

یہ کئی طریقوں سے کیا جا سکتا ہے۔ ان کو تفصیل سے توڑنا ضروری نہیں ہے، ہر ایک کو الگ الگ جائزہ لینے کی ضرورت ہوگی۔ لہذا، اقسام کو ترتیب دینا سب سے آسان ہے:

1. فلکیاتی پیمائش۔. یہ وہ جگہ ہے جہاں ریمر اور بریڈلی کے طریقے اکثر استعمال ہوتے ہیں، کیونکہ وہ کارآمد ثابت ہوئے ہیں اور اقدار ہوا، پانی اور ماحول کی دیگر خصوصیات سے متاثر نہیں ہوتی ہیں۔ خلائی خلا میں، پیمائش کی درستگی بڑھ جاتی ہے۔
2. گہا کی گونج یا گہا اثر - سیارے کی سطح اور ionosphere کے درمیان واقع ہونے والی کم تعدد والی مقناطیسی لہروں کے رجحان کو دیا جانے والا نام ہے۔ پیمائش کرنے والے آلات سے خصوصی فارمولوں اور ڈیٹا کا استعمال کرتے ہوئے، ہوا کے وسط میں ذرہ کی رفتار کی قدر کا حساب لگانا مشکل نہیں ہے۔
3. انٹرفیومیٹری - تحقیق کے طریقوں کا ایک مجموعہ، جس میں کئی قسم کی لہریں ایک ساتھ شامل کی جاتی ہیں۔ یہ مداخلت کا اثر دیتا ہے، جس کی وجہ سے برقی مقناطیسی اور صوتی کمپن دونوں کی متعدد پیمائشیں کی جا سکتی ہیں۔

خصوصی آلات کی مدد سے خصوصی تکنیکوں کا استعمال کیے بغیر پیمائش کرنا ممکن ہے۔

کیا FTL ممکن ہے؟

نظریہ اضافیت کے مطابق، طبعی ذرات کی رفتار سے تجاوز کرنا سبب کے اصول کی خلاف ورزی کرتا ہے۔ اس کی وجہ سے، مستقبل سے ماضی اور اس کے برعکس سگنلز کی ترسیل ممکن ہے۔ لیکن ایک ہی وقت میں نظریہ اس بات سے انکار نہیں کرتا کہ ایسے ذرات ہوسکتے ہیں جو تیزی سے حرکت کرتے ہیں، جبکہ وہ عام مادوں کے ساتھ تعامل کرتے ہیں۔

اس قسم کے ذرات کو tachyons کہتے ہیں۔ وہ جتنی تیزی سے حرکت کرتے ہیں، اتنی ہی کم توانائی لے جاتے ہیں۔

ویڈیو سبق: فزیو تجربہ۔ روشنی کی رفتار کی پیمائش۔ فزکس 11 ویں جماعت۔

خلا میں روشنی کی رفتار ایک مستقل ہے اور طبیعیات میں بہت سے مظاہر اس پر مبنی ہیں۔ اس کی تعریف سائنس کی ترقی میں ایک نیا سنگ میل تھی، کیونکہ اس نے بہت سے عمل کی وضاحت کی اور کئی حسابات کو آسان بنایا۔