Back કથા સરિતા
જ્વલંત નાયક

જ્વલંત નાયક

(પ્રકરણ - 21)
લેખક વિજ્ઞાન કટાર લેખક છે.

‘ફોટોન’નો ફોટો પાડે એવો કેમેરા ક્રાંતિ લાવશે?

  • પ્રકાશન તારીખ09 Dec 2019
  •  
સિમ્પલ સાયન્સ- જ્વલંત નાયક
સંશોધકોએ એવો કેમેરા શોધાવાનો દાવો કર્યો છે, જે અત્યાર સુધીના તમામ કેમેરાઓ કરતાં કંઈક જુદો જ સીન કેપ્ચર કરી આપશે. બ્રહ્માંડના બીજા ગ્રહો ઉપર જો કોઈક સજીવ વસવાટ કરતા હશે તો એ ગ્રહ ઉપર એમની કેમિકલ સાઇન્સની હાજરી હશે જ. આપણા સંપર્કમાં આવેલી ચીજો ઉપરથી ફોરેન્સિક સાયન્સ આપણી હાજરી ઓળખી બતાવે છે, જેમાં આપણા શરીરની બાયોકેમેસ્ટ્રી જવાબદાર હોય છે. દાખલા તરીકે ફ્લોર ઉપર પડેલું લોહીનું ટીપું ય જડી આવે તો એના ઉપરથી ઘણું બધું જાણી શકાય છે. આ જ પ્રમાણે, જો એલિયન્સ ખરેખર અસ્તિત્વ ધરાવતા હોય, તો એમના ગ્રહો ઉપર એમની બાયોકેમિકલ નિશાનીઓ હોવાની જ! એક સંશોધક ટીમનો દાવો છે કે એમણે વિકસાવેલો હાઈ એન્ડ કેમેરા એલિયન્સની કેમિકલ સાઇન્સ કેપ્ચર કરવા જેટલો સક્ષમ હશે. બીજી ખૂબીની વાત એ છે કે આ કેમેરા વડે પ્રકાશનો કણ સુધ્ધાં કેપ્ચર કરી શકાશે. અમેરિકાની નેશનલ ઇન્સ્ટિટ્યૂટ ઓફ સ્ટાન્ડર્ડ એન્ડ ટેક્નોલોજી (NIST) ખાતે વિકસાવાયેલો આ કેમેરો એક હજાર કરતાંય વધુ સેન્સર્સ ધરાવે છે. આપણા માટે ગૌરવ લેવા જેવી બાબત એ છે કે NISTની ટીમ સાથે ઇલેક્ટ્રોનિક્સ એન્જિનિયર તરીકે જોડાયેલ વરુણ વર્મા ભારતીય મૂળના સંશોધક છે. ઓપ્ટિક્સ એક્સપ્રેસ નામની જર્નલ જણાવે છે કે કેમેરાના સેન્સર્સ બનાવવા માટે સુપર કન્ડક્ટિંગ નેનોવાયર્સનો ઉપયોગ થયો છે. આ શક્તિશાળી સેન્સર્સની એક્યુરસી પ્રકાશના એક અણુ (ફોટોન) સુધ્ધાંને કેપ્ચર કરવા જેટલી છે.
અહીં સૌથી પહેલાં એ સમજવું પડે કે પ્રકાશનો અભ્યાસ કરવા માટે કણનો (ફોટોનનો) અભ્યાસ શા માટે કરવાનો? આપણે તો બાળપણથી ભણતા આવ્યા છીએ કે પ્રકાશ ‘તરંગ’ સ્વરૂપે ધરતી પર પહોંચે છે. જો અભ્યાસ કરવો હોય તો ‘તરંગ’નો કરવો પડે, નહીં કે ‘કણ’નો. વાત પહેલી નજરે સાચી છે, પણ જરા ઊંડેથી સમજવા માટે કેટલાક મહાન વિજ્ઞાનીઓ અને એમનાં કાર્યોને યાદ કરી લઈએ.
પ્રકાશ આપણા માટે ઊર્જાનું સ્વરૂપ છે અને પ્રકાશ વિના સૃષ્ટિ શક્ય નથી. આથી સ્વાભાવિક રીતે જ પ્રકાશનો અભ્યાસ કરવામાં વૈજ્ઞાનિકોને ઊંડો રસ હોવાનો. પ્રકાશની વર્તણૂક સમજવા માટેનો સૌપ્રથમ પ્રયોગ હ્યુજીસ ક્રિશ્ચિયને (1629-1695) કરેલો. પાણી અને ધ્વનિના તરંગોના ઉદાહરણ દ્વારા એણે સાબિત કર્યું કે પ્રકાશ પણ તરંગ સ્વરૂપે ગતિ કરે છે અને પ્રસરે છે. વળી, એણે પ્રકાશ અને ધ્વનિના તરંગો વચ્ચેનો તફાવત સ્પષ્ટ કર્યો, કે શૂન્યાવકાશમાં ધ્વનિતરંગો (યોગ્ય માધ્યમના અભાવે) પ્રસરી શકતા નથી, પરંતુ પ્રકાશનાં કિરણો શૂન્યાવકાશમાં પણ ગતિ કરી શકે છે. (તો જ તો સૂર્યનો પ્રકાશ પૃથ્વી સુધી પહોંચી શકે ને!) આ રીતે હ્યુજીન્સે પ્રકાશનો તરંગવાદ સ્થાપિત કર્યો અને તેને આધારે પ્રકાશના પરાવર્તન, વક્રીભવન અને ધ્રુવીભવનની ઘટનાઓ સમજાવી. ત્યારબાદ ન્યૂટને પ્રકાશનો કણવાદ પ્રસ્થાપિત કર્યો. ન્યૂટને બતાવ્યું કે પ્રકાશના સ્રોતમાંથી કણો વછૂટે છે, તે કણ તરીકે પ્રસરે છે અને કણ તરીકે શોષાય છે. પ્રકાશનો આ કણવાદ બસો વર્ષ સુધી ચાલ્યો. ત્યારબાદ મેક્સવેલે વિદ્યુત ચુંબકીયવાદને આધારે સમજાવ્યું કે પ્રકાશનો તરંગવાદ સરળતાથી પ્રયોજી શકાય છે તથા તેના તરંગો લંબગત હોય છે.
પ્રકાશ અને વિદ્યુત ચુંબકીય વિકિરણ કણ સ્વરૂપે મળે છે, તેવો ખ્યાલ સૌપ્રથમ 1900માં જર્મન ભૌતિકવિજ્ઞાની મેક્સ પ્લાન્કે આપ્યો. પ્લાન્કે પ્રતિપાદિત કર્યું કે પ્રકાશ અને વિદ્યુત ચુંબકીય વિકિરણ કણોના પ્રવાહ તરીકે મળે છે. આવા કણની ઊર્જાના જથ્થાને ક્વોન્ટમ કહે છે. ઊર્જાનો ક્વોન્ટમ એ વિદ્યુત ચુંબકીય તરંગોનું પેકેટ (wave packet) છે. આવા તરંગપેકેટ અથવા ઊર્જાના ક્વોન્ટમનું વિભાજન કરી શકાતું નથી. એટલે કે કોઈ પણ સંજોગોમાં ઊર્જાનો અપૂર્ણાંક ક્વોન્ટમ મળી શકે નહીં, પણ ઓછી-વત્તી ઊર્જા ધરાવતો ક્વોન્ટમ અથવા ફોટોન મળી શકે છે. આઇન્સ્ટાઇનની ફોટોઈલેક્ટ્રિક અસર દ્વારા પ્રકાશના આ કણવાદને સમર્થન મળ્યું. આધુનિક ભૌતિકશાસ્ત્રમાં હ્યુજીન્સના તરંગવાદ અને ન્યૂટનના કણવાદનો સમન્વય કરવામાં આવ્યો છે. એટલે કે હવે એમ માનવામાં આવે છે કે પ્રકાશ તરંગ અને કણ (ફોટોન) એમ બંને રીતે અસ્તિત્વ ધરાવે છે.
વળી, આઇન્સ્ટાઇને બતાવ્યું કે, પ્રકાશ પરત્વે સંવેદનશીલ ધાતુ ઉપર યોગ્ય ઉચ્ચ આવૃત્તિનો પ્રકાશ આપાત કરવામાં આવે તો ધાતુની સપાટીમાંથી ઈલેક્ટ્રોનનું ઉત્સર્જન થાય છે. આ ઘટનાને ફોટોઈલેક્ટ્રિક અસર કહે છે. ઉત્સર્જિત ઈલેક્ટ્રોનને ફોટોઈલેક્ટ્રોન કહે છે, જે ફોટોઈલેક્ટ્રિક વીજપ્રવાહ રચે છે. (આઇન્સ્ટાઇનને આ શોધ માટે ભૌતિકશાસ્ત્રનું નોબેલ પારિતોષિક મળેલું.) આ ઘટના પ્રકાશના તરંગ સ્વરૂપ વડે સમજાવી શકાતી નથી, એના માટે પ્રકાશને કણ એટલે કે ફોટોન તરીકે જ સ્વીકારવો પડે.
હવે ફરીથી આપણા નવા શોધાયેલા કેમેરાની વાત. સંશોધકોના દાવા મુજબ, પોતાના શક્તિશાળી સેન્સર્સને કારણે આ કેમેરો ‘બેસ્ટ ફોટોન કાઉન્ટર’ સાબિત થવાનો છે. નેનોવાયર ડિટેક્ટર્સ ધ્વનિતરંગો અને પ્રકાશના તરંગો વચ્ચેનો ભેદ સમજી શકે છે, એટલે પ્રકાશનાં કિરણોનું સચોટ અવલોકન લઇ શકે છે. આથી ભવિષ્યમાં ‘ડાર્ક મેટર’ તરીકે ઓળખાતા ભેદભરમ ઉકેલવામાં પણ આ કેમેરા મદદરૂપ થઇ શકે એમ છે. (ડાર્ક મેટરની વિસ્તૃત વ્યાખ્યા આપી શકાય, પણ ક્વિક રેફરન્સ માટે કહેવું હોય તો ડાર્ક મેટર એટલે બ્રહ્માંડનો 85% હિસ્સો, જેના વિશે આપણી પાસે હજી કશી માહિતી નથી!) ફોટોનની ઝડપ, કાર્યક્ષમતા અને કલર સેન્સિટિવિટીનું અવલોકન લેવા માટે આ કેમેરાથી વધારે સારું ઉપકરણ હજી સુધી બન્યું નથી.
ભવિષ્યમાં આ કેમેરો ઘણાં મહત્ત્વનાં સંશોધનોમાં કામ લાગશે. વરુણ વર્મા અને એમની ટીમના દાવા પ્રમાણે એમના કેમેરા સેન્સર્સની કાર્યક્ષમતા ચકાસણીનાં પરિણામોમાં સફળતાનો રેશિયો 99.5% જેટલો ઊંચો રહેવા પામ્યો છે. લેટ્સ હોપ, કે ફોટોનને ‘સ્માઈલ પ્લીઝ’ કહે એવો આ કેમેરો અવકાશીય સંશોધનોને વેગ આપે.
[email protected]
x
રદ કરો

કલમ

TOP