हर कोई का प्रशंसक है अल्बर्ट आइंस्टीन, और अच्छे कारण के लिए: उन्होंने भौतिकी के कम से कम चार नए क्षेत्रों का आविष्कार किया, अपनी कल्पना के ताने-बाने से गुरुत्वाकर्षण का एक नया सिद्धांत निकाला, और हमें समय और स्थान की वास्तविक प्रकृति सिखाई। लेकिन आइंस्टीन किसका प्रशंसक था?
जेम्स क्लर्क मैक्सवेल। कौन? ओह, वह केवल आपकी कार में रेडियो के पीछे की ताकतों, आपके फ्रिज पर चुंबक, गर्म गर्मी के दिन की गर्मी और बैटरी पर चार्ज की व्याख्या करने के लिए जिम्मेदार वैज्ञानिक है।
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प्रारंभ में
19वीं सदी के स्कॉटिश वैज्ञानिक और पॉलीमैथ मैक्सवेल से ज्यादातर लोग परिचित नहीं हैं। फिर भी वह शायद अपनी पीढ़ी के सबसे महान वैज्ञानिक थे और उन्होंने भौतिकी में इस तरह क्रांति ला दी जिसकी किसी को उम्मीद नहीं थी। वास्तव में, मैक्सवेल के साथियों को यह महसूस करने में वर्षों लग गए कि वह कितना भयानक – और सही – था।
उस समय, वैज्ञानिक रुचि के महान केंद्रों में से एक बिजली के अजीब और हैरान करने वाले गुण थे और चुंबकत्व. जबकि दो बलों को सदियों से मानवता के लिए जाना जाता था, वैज्ञानिकों ने इन ताकतों का जितना अधिक अध्ययन किया, वे उतने ही अजीब लग रहे थे।
प्राचीन लोग जानते थे कि कुछ जानवर, जैसे इलेक्ट्रिक ईल, आपको छूने पर आपको झटका दे सकते हैं और एम्बर जैसे कुछ पदार्थ, अगर आप उन्हें रगड़ते हैं, तो वे चीजों को आकर्षित कर सकते हैं। वे जानते थे कि बिजली से आग लग सकती है। उन्हें प्रतीत होने वाली जादुई चट्टानें मिली थीं, जिन्हें लॉडस्टोन कहा जाता है, जो धातु के टुकड़ों को आकर्षित कर सकती हैं। और उन्होंने कम्पास के उपयोग में महारत हासिल कर ली थी, यद्यपि यह समझे बिना कि यह कैसे काम करता है।
जब तक मैक्सवेल ने कदम रखा, तब तक इन ताकतों की अजीबता पर कई तरह के प्रयोगों का विस्तार हो चुका था। वैज्ञानिकों को पसंद है बेंजामिन फ्रैंकलिन पता चला था कि बिजली से बिजली संग्रहित किया जा सकता है। लुइगी गलवानी ने पाया कि जीवित जीवों को बिजली से जपने से वे हिलने लगे।
इस बीच, फ्रांसीसी वैज्ञानिकों ने पाया कि एक तार के नीचे जाने वाली बिजली प्रवाह की दिशा के आधार पर आकर्षित कर सकती है – या पीछे हट सकती है – एक और तार और विद्युतीकृत क्षेत्र उनके अलगाव के वर्ग के आनुपातिक ताकत के साथ आकर्षित या पीछे हट सकते हैं।
सबसे आश्चर्यजनक रूप से, बिजली और चुंबकत्व के बीच एक अजीब संबंध प्रतीत होता था। विद्युतीकृत तार कम्पास की गति को विक्षेपित कर सकते हैं। एक तार में बिजली का प्रवाह शुरू करने से दूसरे तार में बिजली का प्रवाह बढ़ सकता है, भले ही तार जुड़े न हों। चारों ओर चुंबक लहराने से बिजली पैदा हो सकती है।
यह सब बहुत ही आकर्षक था, लेकिन किसी को पता नहीं था कि क्या हो रहा है।
महान एकता
फिर मैक्सवेल साथ आए। जब वे एक अन्य समस्या पर काम कर रहे थे, तब उन्होंने बिजली और चुंबकत्व के इस भ्रम के बारे में सुना था: रंग दृष्टि कैसे काम करती है. (वास्तव में, उन्होंने रंगीन फोटोग्राफ का आविष्कार किया था।)
कुछ ही वर्षों में, मैक्सवेल ने बिजली और चुंबकत्व से संबंधित सभी प्रयोगों को समझाने के लिए आवश्यक भौतिकी और गणित की कल्पना की।
ऐसा करने के लिए, उन्हें बस भविष्य के वैज्ञानिक की तरह सोचना था।
आज, आधुनिक भौतिकी क्षेत्र की अवधारणा पर आधारित है, एक ऐसी इकाई जो सभी स्थान और समय को फैलाती है और अन्य वस्तुओं को बताती है कि कैसे चलना है। जबकि मैक्सवेल इस तरह के क्षेत्र की कल्पना करने वाले पहले व्यक्ति नहीं थे, उन्होंने इसे काम करने वाले पहले व्यक्ति थे और इसे एक सुविधाजनक गणितीय चाल से वास्तविक भौतिक इकाई में बदल दिया।
उदाहरण के लिए, मैक्सवेल ने विद्युत और चुंबकीय क्षेत्रों द्वारा ले जाने और संचार करने के लिए बिजली और चुंबकत्व की शक्तियों की कल्पना की। मैक्सवेल ने कहा कि एक विद्युत आवेश एक विद्युत क्षेत्र उत्पन्न करेगा जो इसे घेरे हुए है। कोई भी अन्य आरोप इस क्षेत्र को महसूस कर सकता है, और क्षेत्र की ताकत और दिशा के आधार पर, यह जान सकता है कि मूल आवेश के बल का जवाब कैसे देना है।
वही के लिए चला गया चुंबकीय क्षेत्र, और मैक्सवेल ने इसे एक कदम आगे बढ़ाया। उन्होंने महसूस किया कि विद्युत और चुंबकीय क्षेत्र एक ही सिक्के के दो पहलू हैं: विद्युत और चुंबकत्व दो अलग-अलग, अलग-अलग बल नहीं थे, बल्कि एक ही, एकीकृत विद्युत चुम्बकीय बल के केवल दो भाव थे। आप चुंबकत्व के बारे में सोचे बिना बिजली के बारे में नहीं सोच सकते हैं, और इसके विपरीत।
वहाँ प्रकाश होने दो
मैक्सवेल की अंतर्दृष्टि ने 20 परस्पर जुड़े समीकरणों का रूप ले लिया, जो कुछ साल बाद, विद्युत चुंबकत्व के चार समीकरणों में सिमट गए जो आज भी वैज्ञानिकों और इंजीनियरों को पढ़ाए जाते हैं। उनकी क्रांति का पालन किया आइजैक न्यूटनभौतिकी का पहला एकीकरण, जिसमें पृथ्वी के गुरुत्वाकर्षण को एक ही नियम के तहत आकाश के गुरुत्वाकर्षण के साथ जोड़ा गया, और मैक्सवेल के समीकरणों को भौतिकी में दूसरे महान एकीकरण के रूप में जाना जाने लगा।
मैक्सवेल की अंतर्दृष्टि बहुत बड़ी थी – किसने अनुमान लगाया होगा कि बिजली और चुंबकत्व केवल संबंधित नहीं थे, बल्कि वही थे? आधुनिक भौतिकी प्राकृतिक घटनाओं के विशाल क्षेत्रों का वर्णन करने के लिए एकल एकीकृत सिद्धांतों को खोजने के बारे में है, और मैक्सवेल ने लिया एकीकरण पार्टी अगले स्तर तक।
लेकिन मैक्सवेल यहीं नहीं रुके। उन्होंने महसूस किया कि विद्युत क्षेत्र बदलने से चुंबकीय क्षेत्र उत्पन्न हो सकते हैं, और इसके विपरीत। तो उन्होंने तुरंत आश्चर्य करना शुरू कर दिया कि क्या ऐसा सेटअप आत्म-सुदृढ़ हो सकता है, जिसमें एक बदलते विद्युत क्षेत्र एक बदलते चुंबकीय क्षेत्र का निर्माण करेगा, जो तब एक बदलते विद्युत क्षेत्र आदि का निर्माण कर सकता है।
मैक्सवेल ने महसूस किया कि यह एक लहर होगी – विद्युत चुंबकत्व की लहर। उन्होंने बिजली और चुंबकत्व की ताकतों की ताकत का उपयोग करके इन विद्युत चुम्बकीय तरंगों की गति की गणना करने के बारे में निर्धारित किया, और बाहर निकल गए … प्रकाश की गति.
बिजली और चुंबकत्व के विश्लेषण के लिए क्षेत्र की अवधारणा को पेश करके, मैक्सवेल ने पाया कि प्रकाश – अपने सभी रूपों में, इन्फ्रारेड से लेकर रेडियो तरंगों तक, इंद्रधनुष के रंगों तक – वास्तव में तरंगें थीं विद्युत चुम्बकीय विकिरण.
समीकरणों के एक सेट के साथ, अंतर्ज्ञान और अंतर्दृष्टि की एक शानदार छलांग के साथ, मैक्सवेल ने भौतिकी के तीन महान क्षेत्रों को एकजुट किया: बिजली, चुंबकत्व और प्रकाशिकी। कोई आश्चर्य नहीं कि आइंस्टीन ने उनकी प्रशंसा की।
पॉल एम. सटर एक खगोल भौतिक विज्ञानी है सनी स्टोनी ब्रुक और फ्लैटिरॉन संस्थान, “के मेजबान”एक अंतरिक्ष यात्री से पूछें” तथा “अंतरिक्ष रेडियो“और” के लेखकअंतरिक्ष में कैसे मरें।”
एपिसोड को सुनकर और जानें “हमें मैक्सवेल पर क्यों ध्यान देना चाहिए?“आस्क ए स्पेसमैन” पॉडकास्ट पर उपलब्ध है ई धुन तथा askaspaceman.com. ट्विटर पर #AskASspaceman का उपयोग करके या पॉल का अनुसरण करके अपना प्रश्न पूछें @PaulMattSutter तथा facebook.com/PaulMattSutter. हमारा अनुसरण करें ट्विटर पे @स्पेसडॉटकॉम और पर फेसबुक.