റഥർഫോർഡ് മോഡൽ പ്ലാനിറ്റി മാതൃക, ആറ്റത്തെ റുതർഫോർഡ് മോഡലിൽ

ഭൗതികശാസ്ത്രത്തിലെ വികസനത്തിന് ആറ്റോമിക് ഘടനയിലെ കണ്ടെത്തലുകൾ ഒരു സുപ്രധാന ഘട്ടമായിത്തീർന്നു. റഥർഫോർഡിന്റെ മാതൃകയാണ് ഏറ്റവും വലിയ പ്രാധാന്യം. ആറ്റം, വ്യവസ്ഥകൾ, അവയുടെ ഘടകങ്ങൾ എന്നിവയെക്കുറിച്ച് കൂടുതൽ കൃത്യമായും വിശദമായും പഠിച്ചു. ഇത് അത്തരം ശാസ്ത്രത്തെ ആണവ ഭൗതികശാസ്ത്രത്തെ വിജയകരമായി സ്ഥാപിച്ചു.

വസ്തുക്കളുടെ ഘടനയുടെ പുരാതന സങ്കൽപ്പങ്ങൾ

ചുറ്റുപാടുമുള്ള ശരീരങ്ങൾ ഏറ്റവും ചെറിയ കണികകളാണെന്ന അനുമാനം, പുരാതന കാലഘട്ടത്തിലും പോലും പ്രകടിപ്പിക്കപ്പെട്ടിരുന്നു. ആ കാലത്തെ ചിന്തിക്കുന്നവർ ഏതെങ്കിലും വസ്തുവിന്റെ ഒരു ചെറിയ, അവ്യക്തമായ കണങ്ങളുടെ രൂപത്തിൽ ആറ്റത്തെ പ്രതിനിധാനം ചെയ്തു. പ്രപഞ്ചത്തിൽ ഒരു ആറ്റത്തേക്കാൾ ചെറുതായി ഒന്നുമില്ലെന്ന് അവർ വാദിച്ചു. ഈ പുരാതന ഗ്രീക്ക് പണ്ഡിതരും തത്ത്വചിന്തകരുമായ ഡമോക്രിറ്റസ്, ലുക്രിസ്ട്രിയസ്, എപ്പിക്ക്യൂറസ് എന്നിവരുടെ വീക്ഷണങ്ങൾ. ഈ ചിന്തകന്മാരുടെ സങ്കൽപനങ്ങൾ ഇന്ന് "പുരാതന അറ്റ്ലമിസത്തിന്റെ" പേരിൽ ഏകീകരിക്കുന്നു.

മധ്യകാല കാഴ്ചകൾ

പുരാതന കാലഘട്ടങ്ങൾ കടന്നുപോയി. മധ്യകാലഘട്ടങ്ങളിൽ ശാസ്ത്രജ്ഞന്മാർ ശാസ്ത്രജ്ഞന്മാരായിരുന്നു. വസ്തുക്കളുടെ ഘടനയെക്കുറിച്ച് വിവിധ അനുമാനങ്ങൾ പ്രകടിപ്പിച്ചു. എങ്കിലും, മതപരമായ ദാർശനിക വീക്ഷണങ്ങൾ, ചരിത്രത്തിന്റെ ആ കാലഘട്ടത്തിൽ സഭയുടെ അധികാരത്തിന്റെ അടിസ്ഥാനത്തിൽ ഭൌതിക ശാസ്ത്രീയ നിഗമനങ്ങളിലേക്കും കണ്ടെത്തലുകളിലേക്കും മനുഷ്യ മനസ്സിന്റെ ഏതെങ്കിലും ശ്രമങ്ങളെയും ആഗ്രഹങ്ങളെയും തടഞ്ഞു. അക്കാലത്തെ ശാസ്ത്രലോകത്തിന്റെ പ്രതിനിധികൾക്ക് മധ്യകാല ഇൻക്വിസിഷൻ വളരെ അർത്ഥവത്തായതായിരുന്നു. ആറ്റത്തിന്റെ അദ്വിതീയതയെക്കുറിച്ചുള്ള പൗരാണിക മനസിന്റേതായ ചിന്തയിൽ നിന്ന് ഇന്നത്തെ ശുഭചിന്തകൾ ഉരുത്തിരിഞ്ഞുവെന്നാണ് പറയുന്നത്.

18, 19 നൂറ്റാണ്ടുകളിലെ പഠനങ്ങൾ

വസ്തുക്കളുടെ പ്രാഥമിക ഘടന മണ്ഡലത്തിൽ ഗുരുതരമായ കണ്ടുപിടുത്തങ്ങളായാണ് പതിനെട്ടാം നൂറ്റാണ്ടിൽ ശ്രദ്ധിക്കപ്പെട്ടിരുന്നത്. ആന്റൈൻ ലാവോസിയർ, മിഖായേൽ ലൊമോണൊസോവ്, ജോൺ ഡാൽട്ടൺ തുടങ്ങിയ ശാസ്ത്രജ്ഞരുടെ പരിശ്രമങ്ങൾ മൂലം, പരസ്പരം പരിഗണിക്കാതെ ആറ്റങ്ങൾ നിലനിൽക്കുന്നുവെന്ന് തെളിയിക്കാൻ അവർ ശ്രമിച്ചു. എന്നാൽ അവരുടെ ആന്തരിക ഘടനയുടെ ചോദ്യം തുറന്നു. 18-ാം നൂറ്റാണ്ടിന്റെ അന്ത്യം ശാസ്ത്രീയ ലോകത്ത് അത്തരം ശ്രദ്ധേയമായ ഒരു സംഭവം ഡി.എം. മെൻഡലീവ് കണ്ടുപിടിച്ചതായതിനാൽ, ആവർത്തനീയ രാസ ഘടകങ്ങളുടെ വ്യവസ്ഥിതി. അത് ആ കാലത്തെ വളരെ ശക്തമായ ഒരു മുന്നേറ്റമായി മാറി, എല്ലാ ആറ്റങ്ങളും ഒരേ സ്വഭാവം ഉള്ളവയാണെന്നും, അവർ പരസ്പരബന്ധിതരാണ് എന്ന ധാരണയെ മറികടന്നു. ഭാവിയിൽ, പത്തൊൻപതാം നൂറ്റാണ്ടിൽ ആറ്റത്തിന്റെ ഘടനയെ അപ്രസക്തമാക്കുന്നതിനുള്ള മറ്റൊരു സുപ്രധാന ചുവടുവയ്പ്പാണിത്, ഒരു ഇലക്ട്രോൺ അവയിലുണ്ടായിരുന്നതിന്റെ തെളിവ്. ഈ കാലഘട്ടത്തിലെ ശാസ്ത്രജ്ഞരുടെ പ്രവർത്തനം ഇരുപതാം നൂറ്റാണ്ടിന്റെ കണ്ടുപിടിത്തങ്ങൾക്ക് ഫലഭൂയിഷ്ഠമായ അടിത്തറ പാകിച്ചു.

തോംസന്റെ പരീക്ഷണങ്ങൾ

1897 ൽ ഇംഗ്ലീഷ് ഭൗതിക ശാസ്ത്രജ്ഞനായ ജോൺ തോംസൺ ആണെന്ന് തെളിഞ്ഞു. ആറ്റങ്ങളുടെ രാസസംയോജനം നെഗറ്റീവ് ചാർജ് ഉള്ള ഇലക്ട്രോണുകളാണ്. ഈ ഘട്ടത്തിൽ, ആറ്റം ആണെന്ന തെറ്റായ ആശയം പൂർണമായും നശിപ്പിക്കപ്പെട്ടിരിക്കുന്നു. ഇലക്ട്രോണുകളുടെ അസ്തിത്വം തെളിയിച്ചത് ആരാണ് തോംസൺ കൈകാര്യം ചെയ്തത്? തന്റെ പരീക്ഷണശാലയിലെ ശാസ്ത്രജ്ഞൻ വളരെ അപൂർവ വാതകങ്ങളിൽ ഇലക്ട്രോഡുകൾ സ്ഥാപിക്കുകയും വൈദ്യുതി കടന്നുപോകുകയും ചെയ്തു. ഫലമായി, കാഥോഡ് കിരണങ്ങൾ പ്രത്യക്ഷപ്പെട്ടു. തോംസൺ അവരുടെ ഫീച്ചറുകൾ ശ്രദ്ധാപൂർവ്വം പഠിച്ചു, അവർ അതിശയകരമായ നിരക്കിലേക്ക് സഞ്ചരിക്കുന്ന ചാർജ്ജിത കണങ്ങളുടെ ഒരു അരുവിയാണെന്ന് കണ്ടെത്തി. ഈ കണങ്ങളുടെ പിണ്ഡവും അവയുടെ ചാർജും കണ്ടുപിടിക്കാൻ ശാസ്ത്രജ്ഞന് കഴിഞ്ഞു. ഇലക്ട്രോണിക് ചാർജ് അവരുടെ സ്വഭാവത്തിന്റെ അടിത്തറയായതിനാൽ അവ നിഷ്പക്ഷമായ കണങ്ങളായി പരിവർത്തനം ചെയ്യാൻ കഴിയില്ലെന്ന് അദ്ദേഹം കണ്ടെത്തി. അങ്ങനെ ഇലക്ട്രോണുകൾ കണ്ടെത്തി. ലോകത്തിലെ ആറ്റോമിക് ഘടനയുടെ ആദ്യ മാതൃകയുടെ സ്രഷ്ടാവുമാണ് തോംസൺ. അതുപ്രകാരം, ഒരു ആറ്റം എന്നത് അനുകൂലമായി ചാർജ് ചെയ്ത ഒരു ദ്രാവകമാണ്, അതിൽ ഇലക്ട്രോണുകൾ ഒരേപോലെ വിതരണം ചെയ്യപ്പെടുന്നു. അത്തരമൊരു ഘടന ആറ്റങ്ങളുടെ പൊതുവായ നിഷ്പക്ഷതയെ വിശദീകരിക്കുന്നുണ്ട്, കാരണം എതിർചാർജുകൾ അന്യോന്യം തുലനം ചെയ്യുന്നു. ജോൺ തോംസന്റെ പരീക്ഷണങ്ങൾ ആറ്റത്തിന്റെ ഘടനയെക്കുറിച്ച് കൂടുതൽ പഠിക്കാനായി അമൂല്യമായിത്തീർന്നു. എന്നിരുന്നാലും പല ചോദ്യങ്ങളും ഉത്തരം ലഭിച്ചിരുന്നില്ല.

റഥർഫോർഡ് നടത്തിയ ഗവേഷണം

ഇലക്ട്രോണുകളുടെ സാന്നിദ്ധ്യം കണ്ടെത്തിയതായി തോംസൺ കണ്ടെത്തി, പക്ഷേ ആറ്റത്തിലെ കണക്കു നോക്കി കണക്കുകൂട്ടാൻ അദ്ദേഹം കണക്കുകൂട്ടി. 1911 ൽ ഏണസ്റ്റ് റൂഥർഫോർഡ് ഈ തെറ്റിദ്ധാരണ ശരിയാക്കി. പരീക്ഷണസമയത്ത്, വാതകങ്ങളിൽ ആൽഫാ കണങ്ങളുടെ പ്രവർത്തനം പഠിക്കുന്ന, കണികകൾ ആറ്റങ്ങളിൽ കാണപ്പെടുന്നുവെന്നും, അതിന് അനുകൂലമായ ചാർജ്ജുകൾ ഉണ്ടെന്നും അദ്ദേഹം മനസ്സിലാക്കി. രശ്മികൾ ഒരു വാതകത്തിലൂടെയോ നേർത്ത മെറ്റൽ പ്ലേറ്റ് വഴി കടന്നു പോകുമ്പോഴോ, ചലനത്തിന്റെ പരിക്രമണപഥത്തിൽനിന്ന് ഒരു ചെറിയ കണങ്ങൾ ഒഴുകുന്നു. അവർ അക്ഷരാർഥത്തിൽ അവരെ തള്ളിയിട്ടു. ഈ സ്വഭാവം ക്രിയാത്മകമായി ചാർജ്ജ് ചെയ്ത കണങ്ങളുടെ കൂട്ടിയിടി മൂലമാണ് എന്ന് ശാസ്ത്രജ്ഞൻ ഊഹിച്ചു. അത്തരം പരീക്ഷണങ്ങൾ ഭൌതിക ശാസ്ത്രജ്ഞൻ റഥർഫോർഡ് ആറ്റത്തിന്റെ ഘടന മാതൃകയാക്കി.

പ്ലാനറ്ററി മാതൃക

ഇപ്പോൾ ജോൺ തോംസൺ നടത്തിയ അനുമാനങ്ങളിൽ നിന്ന് തികച്ചും വ്യത്യസ്തമായിരുന്നു ശാസ്ത്രജ്ഞന്റെ വീക്ഷണം. അവയുടെ ആറ്റങ്ങളുടെ മോഡലുകളും വ്യത്യസ്തമായി. ഈ മേഖലയിൽ ഒരു പുതിയ സിദ്ധാന്തം സൃഷ്ടിക്കാൻ റഥർഫോർഡ് അനുഭവം അദ്ദേഹത്തിന് അവസരം നൽകി. ഭൗതികശാസ്ത്രത്തെ കൂടുതൽ വികസിപ്പിക്കുന്നതിന് ശാസ്ത്രജ്ഞന്റെ കണ്ടുപിടുത്തങ്ങൾ നിർണായകമായിരുന്നു. കേന്ദ്രത്തിൽ കേന്ദ്രീകരിച്ച് ഒരു അണുകേന്ദ്രമാണ് ആറ്റത്തെ വിവരിക്കുന്ന റഥർഫോർഡ് മാതൃകയും അതിനെ ചുറ്റുന്ന ഇലക്ട്രോണുകളും. ന്യൂക്ലിയസിന് ഒരു പോസിറ്റീവ് ചാർജ് ഉണ്ട്, ഇലക്ട്രോണുകൾ - നെഗറ്റീവ്. റഥർഫോർഡ് അനുസരിച്ച് ആറ്റത്തിന്റെ മോഡൽ ചില പരിക്രമണങ്ങളിലൂടെ പരിക്രമണത്തിനുചുറ്റും ഇലക്ട്രോണുകളെ ഭ്രമണം ചെയ്യുന്നു - പരിക്രമണപഥങ്ങൾ. ആൽഫ കറികളെ വിഭജിക്കുന്നതിനുള്ള കാരണം വിശദീകരിക്കാൻ ശാസ്ത്രജ്ഞന്റെ കണ്ടുപിടിത്തം സഹായിക്കുകയും ആറ്റത്തിന്റെ ആണവ സിദ്ധാന്തത്തിന്റെ വികസനത്തിന് ഊർജ്ജസ്വലമായിത്തീരുകയും ചെയ്തു. റുഥർഫോർഡ് ആറ്റത്തിന്റെ മാതൃകയിൽ, സൂര്യനുചുറ്റും സൗരയൂഥത്തിലെ ഗ്രഹങ്ങളുടെ ചലനവുമായി ഒരു സാമ്യമുണ്ട്. ഇത് വളരെ കൃത്യമായതും ലളിതവുമായ താരതമ്യമാണ്. അതിനാൽ റഥർഫോർഡ് മാതൃക, അത് അണുകേന്ദ്രത്തിനു ചുറ്റും ന്യൂക്ലിയസിനെ പരിക്രമണം ചെയ്യുന്ന ആറ്റത്തെ പ്ലാറ്റ്ഫോം എന്നു വിളിക്കുന്നു.

നീൽസ് ബോർ എഴുതിയ കൃതി

രണ്ടു വർഷത്തിനുശേഷം, ഡാനിഷ് ഭൗതികശാസ്ത്രജ്ഞനായ നീൽസ് ബോർ, ആറ്റത്തിന്റെ ഘടനയെക്കുറിച്ചുള്ള പ്രകാശം പരലിന്റെ സ്വഭാവഗുണങ്ങൾ ഉപയോഗിച്ച് സംയോജിപ്പിക്കാൻ ശ്രമിച്ചു. പുതിയ സിദ്ധാന്തത്തിന്റെ അടിസ്ഥാനത്തിൽ റുഥർഫോർഡിലെ ആറ്റത്തിന്റെ ആണവ മാതൃക ശാസ്ത്രജ്ഞൻ സ്ഥാപിച്ചു. ബോർ അനുമാനം പറയുന്നതനുസരിച്ച് ആറ്റങ്ങൾ വൃത്താകൃതിയിലുള്ള പരിക്രമണപഥങ്ങൾക്കിടയിൽ ന്യൂക്ലിയസ് ചുറ്റുന്നു. അത്തരം ഒരു ചലനം ഇലക്ട്രോണുകളുടെ ത്വരണത്തിലേക്ക് നയിക്കുന്നു. കൂടാതെ, അണുവിന്റെ കേന്ദ്രത്തിൽ ഈ കണങ്ങളുടെ കുളോംബ് സംവേദനം ഉണ്ടാകുന്നത് ഇലക്ട്രോണുകളുടെ ചലനത്തിൽ നിന്നും ഉയർന്നുവരുന്ന സ്പേഷ്യൽ വൈദ്യുത കാന്തികക്ഷേത്രം നിലനിറുത്താനും ഊർജ്ജം സൃഷ്ടിക്കാനും ഉപയോഗപ്പെടുത്താനും കൂടിയാണ്. ഇത്തരം സാഹചര്യങ്ങളിൽ, പ്രതികൂലമായി ചാർജ് ചെയ്ത കണികകൾ ഒരുവശത്ത് കോണിൽ വീഴണം. എന്നാൽ ഇത് സംഭവിക്കുന്നില്ല, ഇത് സിസ്റ്റത്തിന്റെ അണുക്കളെ കൂടുതൽ സ്ഥിരതയെ സൂചിപ്പിക്കുന്നു. മാക്സ്വെല്ലിന്റെ സമവാക്യങ്ങൾ വിശദീകരിച്ച ക്ലാസിക്കൽ തെർമോഡൈനാമിക്സിയുടെ നിയമങ്ങൾ, അത്ര അണുസംബന്ധമായ സാഹചര്യങ്ങളിൽ പ്രവർത്തിക്കുന്നില്ലെന്ന് നീൽസ് ബോർ തിരിച്ചറിഞ്ഞു. അതുകൊണ്ടുതന്നെ, പ്രാഥമിക കണികകളുടെ ലോകത്ത് സാധുതയുള്ള പുതിയ നിയമങ്ങൾ സ്വീകരിക്കുന്നതിന് സ്വയം നിർമിച്ചു.

ബോറയുടെ പോസ്റ്ററേറ്റുകൾ

റഥർഫോർഡിൻറെ ഒരു മോഡൽ തന്നെയാണെന്ന വസ്തുത കാരണം, ആറ്റവും അതിന്റെ ഘടകങ്ങളും നന്നായി പഠിക്കപ്പെട്ടു, നീൽസ് ബോർ തന്റെ അനുയായികളെ സൃഷ്ടിക്കാൻ മുന്നോട്ടുവന്നു. അവയിൽ ആദ്യത്തേത് ആറ്റോമിന് സ്ഥിരതയുള്ള സംസ്ഥാനങ്ങളാണെന്നും അത് അവയുടെ ഊർജ്ജം മാറ്റില്ലെന്നും ഇലക്ട്രോണുകൾ അവയുടെ പാതയെ മാറ്റിമറിക്കുകയും ചെയ്യുന്നു. രണ്ടാമത്തെ പിൻഗാമ പ്രകാരം, ഒരു ഇലക്ട്രോണിന് ഒരു പരിക്രമണപഥത്തിൽ നിന്ന് മറ്റൊന്നിലേക്ക് നീങ്ങുമ്പോൾ, ഊർജ്ജം പ്രകാശനം ചെയ്യുകയോ അല്ലെങ്കിൽ ആഗിരണം ചെയ്യുകയോ ചെയ്യുന്നു. ആറ്റത്തിന്റെ മുൻപും തുടർന്നുള്ള സംസ്ഥാനങ്ങളുടേയും ഊർജ്ജവും തമ്മിലുള്ള വ്യത്യാസം തുല്യമാണ്. ഈ സാഹചര്യത്തിൽ, ഇലക്ട്രോൺ ന്യൂക്ലിയസ് ഓർബിറ്റിനോട് അടുക്കുകയാണെങ്കിൽ, ഊർജ്ജം പുറത്തുവിടുന്നു (ഫോട്ടോൺ), തിരിച്ചും. പ്രപഞ്ചത്തിന്റെ സൂക്ഷ്മപരിക്രമണത്തിനു തുല്യമായ ഇലക്ട്രോണുകളുടെ ചലനം കർശനമായി പാലിക്കപ്പെട്ടിട്ടില്ല എന്നതിന് തെളിവായി, ബോറിന്റെ കണ്ടെത്തൽ ഹൈഡ്രജൻ ആറ്റം ഒരു ലൈക് സ്പെക്ട്രം അസ്തിത്വത്തിന് ഒരു മികച്ച വിശദീകരണം കൈവരിക്കാൻ സാധിച്ചു . ജർമ്മനിയിൽ ജീവിച്ചിരുന്ന ഹാർട്ട്സ്, ഫ്രാങ്ക്, ഭൗതിക ശാസ്ത്രജ്ഞർ നീൽസ് ബോർ സ്ഥാപിച്ചത് ആണവോർജ്ജത്തിന്റെ മൂല്യങ്ങൾ മാറുന്നതിനുള്ള സാധ്യതയും സ്ഥിരതയുള്ള സ്റ്റേറ്റുകളാണ്.

രണ്ട് ശാസ്ത്രജ്ഞരുടെ സഹകരണം

വഴിയിൽ, ദീർഘകാലം റഥർഫോർഡ് ന്യൂക്ലിയസ് ചുമതല നിർണ്ണയിക്കാൻ കഴിഞ്ഞില്ല . ഏണസ്റ്റ് റൂഥർഫോർഡിന്റെ പ്രസ്താവനകൾ പുനഃക്രമീകരിക്കാൻ ഗവേഷകർ മാർസ്ഡൻ, ഗെയ്ഗർ ശ്രമിച്ചു. വിശദമായതും സമഗ്രവുമായ പരീക്ഷണങ്ങളും കണക്കുകൂട്ടലുകളും മൂലം അക്യൂസിന്റെ ഏറ്റവും പ്രധാനപ്പെട്ട സ്വഭാവമാണ് ന്യൂക്ലിയസ്, അതിന്റെ മുഴുവൻ ചാർജും കേന്ദ്രീകരിച്ചു. പിന്നീട് മെൻഡലീവ്സിന്റെ മൂലകങ്ങളുടെ ആവർത്തന വ്യവസ്ഥയിൽ ആണവ ചാർജിന്റെ മൂല്യം സംഖ്യയുടെ ക്രമസംഖ്യയുമായി തുല്യമായി ആണെന്ന് പിന്നീട് തെളിഞ്ഞു. നീൽസ് ബോറിനെ റഥർഫോർഡ് പരിചയപ്പെട്ടതും അദ്ദേഹത്തിന്റെ കാഴ്ചപ്പാടുകളെ പൂർണ്ണമായും അംഗീകരിച്ചതും രസകരമാണ്. പിന്നീട്, ശാസ്ത്രജ്ഞർ ഒരേ സമയം ലബോറട്ടറിയിൽ പ്രവർത്തിച്ചു. റഥർഫോർഡിന്റെ മോഡൽ, എറിക്സൺ ചാർജിന്റെ അടിസ്ഥാനമായ ആറ്റത്തെ അടിസ്ഥാനമാക്കിയുള്ള ആറ്റോം, നീൽസ് ബോറാണ്, തന്റെ ഇലക്ട്രോണിക് മോഡൽ മാറ്റിനിർത്തി സ്ഥിരമായി സൂക്ഷിച്ചു. ശാസ്ത്രജ്ഞരുടെ സംയുക്ത ശാസ്ത്ര പ്രവർത്തനങ്ങൾ വളരെ ഫലപ്രദവും ഫലവുമാണ്. ഓരോന്നിന്റെയും മൂലകണികകളുടെ സ്വഭാവത്തെക്കുറിച്ച് പഠിക്കുകയും ശാസ്ത്രത്തിന് സുപ്രധാന കണ്ടുപിടിത്തങ്ങൾ നടത്തുകയും ചെയ്തു. പിന്നീട്, റഥർഫോർഡ് കണ്ടുപിടിക്കുകയും ആണവവൽക്കരിക്കാനുള്ള സാധ്യത തെളിയിക്കുകയും ചെയ്തുവെങ്കിലും അത് മറ്റൊരു ലേഖനത്തിന്റെ വിഷയമാണ്.