यदि आप आंतरिक अणुओं के सभी यादृच्छिक आंदोलनों को जोड़ते हैं, तो विषय कितनी दूर और कितनी तेजी से आगे बढ़ेगा?

लाखों लोगों ने सेबों को गिरते देखा, और केवल न्यूटन ने पूछा कि क्यों।
- बर्नार्ड बारूक

सभी कामर्स के लिए पसंदीदा विषयों पर एक वैज्ञानिक लेखन का सबसे बड़ा सुख यह है कि आप समय-समय पर एक ऐसे व्यक्ति के साथ आते हैं, जो अपने पूरे जीवन के लिए एक सवाल में रुचि रखता है जिसे उसे कोई जवाब नहीं मिला है। यदि आपके पास यह भावना है, तो आप मुझे अपना प्रश्न भेज सकते हैं, और शायद आप माइक के समान भाग्यशाली होंगे, जो पूछता है:

इस प्रश्न ने मुझे बचपन से परेशान किया है। यदि सेब में अणुओं के सभी यादृच्छिक थर्मल आंदोलन समान दिशा लेते हैं, तो सेब कितनी दूर जाएगा? और फिर क्या होगा?

यदि आप बड़ी वस्तुओं के सूक्ष्म स्तरों के बारे में सोचते हैं, तो आप क्या कल्पना करते हैं?

सना हुआ सेब कोशिकाओं

अप्रभावित सेब कोशिकाएं।

शायद आप कल्पना कर सकते हैं कि एक सेलुलर स्तर एक माइक्रोस्कोप के माध्यम से हम जितना देख सकते हैं उससे सैकड़ों गुना अधिक बढ़ गया है। लेकिन तुम और भी गहरे जा सकते हो।

प्रत्येक कोशिका में ऑर्गेनेल होते हैं, प्रत्येक ऑर्गेनेल में आणविक विन्यास का अपना अनूठा सेट होता है जो इसे संरचना और कार्य देता है, और प्रत्येक अणु में छोटे कण होते हैं: परमाणु, इलेक्ट्रॉन, नाभिक और यहां तक कि छोटे वाले, क्वार्क और ग्लोन।

शायद आप पदार्थ के सबसे छोटे कणों की कल्पना करते हैं, और सोचते हैं कि वे एक सेब में वहां कैसे जाते हैं।

यदि यह एक सेब की एक सटीक छवि थी, तो माइक के प्रश्न का उत्तर देने के लिए सेब के तापमान को मापना आवश्यक होगा - उदाहरण के लिए, यह 298 K के कमरे का तापमान होगा - कणों के द्रव्यमान की गणना करने के लिए, उदाहरण के लिए, 342.3 का एक चीनी अणु। ई। एम।, और काइनेटिक आणविक सिद्धांत का उपयोग करके यह पता लगाने के लिए कि अणु औसतन कितनी तेजी से आगे बढ़ते हैं।

यह 147 मीटर / सेकंड या 529 किमी / घंटा की तरह कुछ बाहर कर देगा। यह एक सेब तोप से बाहर उड़ने वाले सेब की तुलना में तीन गुना तेज है।

यदि आप सेब में इन परमाणुओं के आंदोलनों की सभी तापीय ऊर्जा को पकड़ने का प्रबंधन करते हैं, और 100% दक्षता के साथ इसे सेब की गतिज ऊर्जा में अनुवाद करते हैं, तो यह इस तरह से बाहर निकल जाएगा।

लेकिन ऐसे तर्क के साथ, दो समस्याएं हैं, या बल्कि, दो कारण हैं कि ऐसी चीज का एक सेब कभी भी बाहर नहीं फेंकेगा।

1) संवेग के संरक्षण का कष्टप्रद कानून। थर्मल गति यादृच्छिक है, जिसका अर्थ है कि प्रत्येक परमाणु या अणु एक दिशा में आगे बढ़ने के लिए, एक अन्य परमाणु या अणु विपरीत दिशा में आगे बढ़ रहा है। बेशक, व्यक्तिगत घटक तेजी से आगे बढ़ सकते हैं, लेकिन औसतन एक सेब की गति शून्य है। इसी तरह, एक सेब में 10 ²⁷ प्रोटॉन और 10 ^{27 शामिल हो सकते हैं}इलेक्ट्रॉनों, लेकिन औसतन कोई भी विशाल विद्युत बल नहीं देखा जाता है, क्योंकि इसका कुल चार्ज संतुलित और शून्य के बराबर है। इसी कारण से, ऊर्जा का एक यादृच्छिक विन्यास लेना और कुछ क्षतिपूर्ति के बिना इसे एक दिशात्मक गतिज में बदलना असंभव है, और समान और विपरीत रूप से निर्देशित आवेग के बिना सेब के विपरीत दिशा में आगे बढ़ना।

यदि यह एकमात्र प्रतिबंध था, तो उसे बाहर निकाला जा सकता था।

सेब के द्रव्यमान के एक छोटे हिस्से को रिबाउंड की मदद से एक दिशा में भेजना संभव होगा: एक छोटा द्रव्यमान एक बड़े को उछाल देता है, जो एक और भी बड़ा उछाल देता है, और इसी तरह।

यह विधि, वैसे, परमाणु भौतिकी के लिए बहुत महत्वपूर्ण है, और एक घटना में काम करता है जिसे मोसबॉयर प्रभाव या परमाणु गामा अनुनाद के रूप में जाना जाता है। यह क्रिस्टल के नाभिक को स्थिर बनाता है, जिससे पूरे क्रिस्टल की गति में एक छोटा सा परिवर्तन होता है, जो व्यक्तिगत कणों (फोटॉनों) को विशाल ऊर्जा / गति के साथ विकीर्ण करता है। उलटा मोसबॉयर प्रभाव सेब को धीरे-धीरे (147 मीटर / सेकंड) उड़ान भरने की अनुमति दे सकता है, जबकि इसका एक छोटा हिस्सा दूसरी दिशा में एक विशाल आवेग के साथ उड़ जाएगा।

लेकिन एक दूसरा कारण है कि ऐसा नहीं होगा, और यह बहुत महत्वपूर्ण है।

2) ये परमाणु मुक्त नहीं हैं, लेकिन अणुओं में बंधे हुए हैं, जो मुख्य रूप से बड़े ठोस संरचनाओं में एक साथ बंधे हैं। पहले, हमने एक-दूसरे से उछलते हुए परमाणुओं की कल्पना की थी - और यह तरल पदार्थों का अच्छी तरह से वर्णन करता है, और इससे भी बेहतर - गैसों और प्लाज्मा। लेकिन हम ठोस के लिए एक ही दृष्टिकोण लागू नहीं कर सकते। हमें कंपन, घूर्णी गति मिलती है, लेकिन स्वतंत्र और तेज गतिज नहीं।

ठोस के बांड में बड़ी मात्रा में ऊर्जा संग्रहीत होती है, लेकिन थर्मल ऊर्जा मौजूद है, जो परमाणुओं को कंपन करती है, इन बांडों को तोड़ने के लिए पर्याप्त नहीं है, और इसलिए, सेब ठोस अवस्था में रहता है।

इन बंधनों को तोड़ने के लिए, आपको बड़ी मात्रा में तापीय ऊर्जा की आवश्यकता होती है, जिसे आप तब तक प्राप्त नहीं कर सकते जब तक कि आप सेब को सुखा नहीं लेते, क्योंकि 373 K से ऊपर का तापमान बस अंदर के सारे पानी को उबाल देगा।

यदि हम समझते हैं कि हमारे सेब में पानी, चीनी और अन्य अणुओं के अलग-अलग, मुक्त अणु नहीं हैं, लेकिन केवल बड़ी संरचनाएं (जैसे कोशिकाएं) हैं, तो हम पाएंगे कि व्यक्तिगत "यादृच्छिक" आंदोलन वास्तव में बहुत छोटे हैं। यहां तक कि अगर हम मान लेते हैं (और यह एक बहुत बड़ी अतिशयोक्ति होगी) कि सेब को स्वतंत्र रूप से चलती कणों में एक बड़े पैमाने पर नैनोग्राम के साथ विभाजित किया गया है, तो हम पाते हैं कि उनकी थर्मल गति बहुत छोटी है: गति लगभग 100 माइक्रोन प्रति सेकंड है।

दूसरे शब्दों में, चूंकि सेब ठोस है, और इसके अंदर के अणु जुड़े हुए हैं, यह थर्मल आंदोलन आपको ध्यान देने योग्य गति प्राप्त करने की अनुमति नहीं देगा। यहां तक कि अगर आप इस राज्य को प्राप्त करने की कोशिश करते हैं, तो परिणामस्वरूप आपको एक गर्म सेब मिलेगा जो कहीं भी नहीं जाता है।

और यद्यपि यह वह उत्तर नहीं हो सकता है जिसका आप इंतजार कर रहे थे, भौतिकी के नियमों पर विचार करने से हमें पदार्थ की प्रकृति का अध्ययन करने और ब्रह्मांड के काम करने के तरीके के बारे में थोड़ा और जानने में मदद मिलती है। निम्नलिखित लेखों के लिए मुझे अपने प्रश्न और सुझाव भेजें ।

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