Physics Fun 1:00

बच्चों के लिए क्वांटम टनलिंग

1कणों की महान भगदड़

हमारी रोज़मर्रा की दुनिया में, यदि आप एक ठोस ईंट की दीवार पर गेंद फेंकते हैं, तो वह हर बार वापस उछल जाती है। हालाँकि, क्वांटम भौतिकी की सूक्ष्म दुनिया में, नियम तोड़ने के लिए ही बने होते हैं! क्वांटम टनलिंग एक ऐसी घटना है जहाँ छोटे कण, जैसे इलेक्ट्रॉन, ठोस कंचे के बजाय धुंधली तरंगों की तरह व्यवहार करते हैं। चूँकि ये कण "संभावना की तरंगें" हैं, इसलिए वे कभी-कभी किसी बाधा से टकराए बिना ही उसके दूसरी तरफ मौजूद हो सकते हैं। यह ऐसा है जैसे कोई भूत एक बंद दरवाजे से गुज़र गया हो—सिवाय इसके कि क्वांटम दुनिया में, यह हर समय स्वाभाविक रूप से होता रहता है!

2तारों और आपके फोन को शक्ति देना

आप सोच सकते हैं कि यह 'जादू' केवल प्रयोगशाला में होता है, लेकिन आप अभी इसका उपयोग कर रहे हैं। आपके स्मार्टफोन या टैबलेट के अंदर, ट्रांजिस्टर नामक अरबों छोटे स्विच होते हैं। ये स्विच इतने छोटे होते हैं कि इलेक्ट्रॉन वास्तव में प्रोसेसर के अंदर की बाधाओं से हर सेकंड अरबों बार गुजरते हैं ताकि आपके ऐप्स चल सकें। इससे भी अधिक आश्चर्यजनक बात यह है कि क्वांटम टनलिंग के बिना हम यहाँ नहीं होते। सूरज हाइड्रोजन परमाणुओं को एक साथ जोड़कर प्रकाश और गर्मी पैदा करता है, लेकिन वे परमाणु वास्तव में एक दूसरे को दूर धकेलते हैं। वे केवल इसलिए पर्याप्त करीब आते हैं कि वे फ्यूज हो सकें क्योंकि वे ऊर्जा की दीवार से 'सुरंग' बनाते हैं, जिससे हमारी पृथ्वी को गर्म करने वाली धूप पैदा होती है।

3हम दीवारों के आर-पार क्यों नहीं चल सकते

अगर कण यह कर सकते हैं, तो हम अपने कमरे की सफाई से बचने के लिए बेडरूम के दरवाजे से सुरंग बनाकर क्यों नहीं जा सकते? रहस्य आकार में है! क्वांटम प्रभाव उन चीजों के लिए सबसे मजबूत होते हैं जिनका वज़न लगभग कुछ नहीं होता। एक अकेला इलेक्ट्रॉन रेत के एक दाने से खरबों गुना छोटा होता है। जहाँ एक कण के सुरंग बनाने की उच्च संभावना होती है, वहीं एक इंसान लगभग 7 ऑक्टिलियन परमाणुओं (यानी 7 के बाद 27 शून्य!) से बना होता है। आपके सुरंग बनाने के लिए, उन सभी परमाणुओं को ठीक उसी समय एक ही स्थान पर टेलीपोर्ट करना होगा। गणित से पता चलता है कि संभावना इतनी कम है कि आप खरबों वर्षों तक प्रतीक्षा कर सकते हैं और फिर भी यह एक बार भी नहीं होगा। यही कारण है कि क्वांटम जादू छोटी दुनिया में ही रहता है!

वीडियो प्रतिलिपि

परिचय

क्वांटम दुनिया में, कण ऐसे जादू के करतब कर सकते हैं जो असंभव लगते हैं! क्वांटम टनलिंग छोटे कणों को उन बाधाओं के पार जाने की अनुमति देती है जो उन्हें पूरी तरह से रोक देनी चाहिए, जैसे गेंद को दीवार पर फेंकना और उसका दूसरी तरफ प्रकट होना। यह अजीब भौतिकी इसलिए होती है क्योंकि कण एक ही समय में कई जगहों पर मौजूद हो सकते हैं!

मुख्य तथ्य

क्या आप जानते हैं कि क्वांटम टनलिंग आपके स्मार्टफोन के प्रोसेसर में प्रति सेकंड अरबों बार होती है? क्या आप जानते हैं कि सूरज इसलिए चमकता है क्योंकि हाइड्रोजन परमाणु आपस में जुड़ने के लिए ऊर्जा बाधाओं से सुरंग बनाकर गुजरते हैं? क्या आप जानते हैं कि क्वांटम टनलिंग कुछ कणों को उस गति से तेज़ यात्रा करने की अनुमति देती है जिससे उन्हें शास्त्रीय भौतिकी के अनुसार करना चाहिए?

सोचिए

आपको क्यों लगता है कि क्वांटम टनलिंग केवल बहुत छोटे कणों के लिए काम करती है, न कि लोगों या बास्केटबॉल जैसी बड़ी वस्तुओं के लिए?

उत्तर

जैसे-जैसे वस्तुएं बड़ी होती जाती हैं, क्वांटम प्रभाव कमजोर होते जाते हैं! बड़ी वस्तुओं में खरबों परमाणु होते हैं जिन्हें एक साथ टनलिंग करनी पड़ती है, जिससे संभावना अविश्वसनीय रूप से कम हो जाती है। अधिक द्रव्यमान वाले कणों के लिए, क्वांटम तरंग छोटी हो जाती है, जिससे टनलिंग लगभग असंभव हो जाती है। केवल एकल परमाणु और इलेक्ट्रॉन ही इस क्वांटम जादू के काम करने के लिए पर्याप्त छोटे होते हैं।

अक्सर पूछे जाने वाले प्रश्न

क्या क्वांटम टनलिंग वास्तव में एक जादू का करतब है?

हालांकि यह जादू जैसा दिखता है, यह वास्तव में विज्ञान का एक मौलिक नियम है! क्वांटम दुनिया में, कणों की कोई निश्चित स्थिति नहीं होती है और वे तरंगों की तरह व्यवहार करते हैं, जिससे वे उन बाधाओं के दूसरी तरफ दिखाई दे सकते हैं जो हमें ठोस लगती हैं।

क्या वैज्ञानिक क्वांटम टनलिंग को होते हुए देख सकते हैं?

हाँ, वैज्ञानिक व्यक्तिगत परमाणुओं को देखने के लिए स्कैनिंग टनलिंग माइक्रोस्कोप (एसटीएम) नामक एक विशेष उपकरण का उपयोग करते हैं। यह माइक्रोस्कोप एक छोटी सुई और सतह के बीच इलेक्ट्रॉनों की संख्या को मापकर काम करता है, जिससे हम अदृश्य क्वांटम दुनिया को 'देख' पाते हैं।

क्या मानव शरीर में क्वांटम टनलिंग होती है?

यह वास्तव में होती है! कुछ वैज्ञानिकों का मानना है कि क्वांटम टनलिंग हमारे शरीर में एंजाइमों को रासायनिक प्रतिक्रियाओं को तेज़ करने में मदद करती है, और यह अणुओं को रिसेप्टर्स के माध्यम से घूमने में मदद करके हमारी सूंघने की क्षमता में भी भूमिका निभा सकती है।

चूंकि कोई छेद नहीं है तो इसे 'टनलिंग' क्यों कहा जाता है?

इसे टनलिंग कहा जाता है क्योंकि कण दूसरी तरफ समाप्त होता है जैसे कि उसे पहाड़ के माध्यम से एक गुप्त शॉर्टकट या सुरंग मिल गई हो। भले ही बाधा पूरी तरह से ठोस बनी रहती है और उसमें कोई छेद नहीं होता है, कण बाधा को पूरी तरह से दरकिनार कर देता है।

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