क्या काले लोग बाहरी अंतरिक्ष में विकिरण के प्रति कम संवेदनशील होते हैं?
जवाब
सांवली त्वचा में अतिरिक्त मेलेनिन पराबैंगनी प्रकाश (यूवी) से त्वचा कैंसर से सुरक्षा प्रदान करता है, लेकिन अंतरिक्ष में विकिरण वातावरण अत्यधिक ऊर्जावान कणों से संबंधित है। यूवी को केवल अपने आप को ढककर रोका जा सकता है, लेकिन ऊर्जावान कण अंतरिक्ष यान की दीवार और अंतरिक्ष यात्रियों के स्पेससूट के माध्यम से प्रवेश कर सकते हैं। भले ही मेइआनिन ऊर्जावान कणों से रक्षा करेगा या नहीं, मुझे लगता है कि उनकी भेदन शक्ति उन्हें त्वचा के नीचे की कोशिकाओं को नुकसान पहुंचाने की अनुमति देगी। संक्षेप में, मुझे लगता है कि अफ़्रीकी मूल के लोगों में भी बाकी सभी लोगों की तरह ही विकिरण का ख़तरा होता है।
यहां मैं विक्टर टी. टोथ के उत्तर को थोड़ा विस्तार से बता रहा हूं। यदि आप त्रुटियाँ बता सकें तो मुझे ख़ुशी होगी।
आइए थर्मल विकिरण से शुरुआत करें , जो एक काफी परिचित घटना है। यह लंबे समय से देखा गया है कि लोहे के बर्तनों को उच्च तापमान पर गर्म करने से उनमें चमक आ जाती है। जैसे-जैसे तापमान बढ़ता है, लोहा पहले गहरा लाल, फिर नारंगी और अंत में चमकीला पीला (जब तक यह पिघल न जाए) निकलता है। दूसरी बात यह है कि समान तापमान पर गर्म करने पर अंधेरी वस्तुएं चमकदार वस्तुओं की तुलना में अधिक चमकीली लगती हैं। हालाँकि, 19वीं शताब्दी के मध्य में स्पेक्ट्रोमीटर के आगमन तक विस्तृत अध्ययन संभव नहीं था , जिसके साथ शोधकर्ता पहली बार अपने विकिरण स्पेक्ट्रम का विच्छेदन कर सकते थे।
सबसे पहले जिसने देखा कि उत्सर्जक शक्ति अवशोषण शक्ति के साथ मेल खाती है, वह किरचॉफ था , जो तत्वों के स्पेक्ट्रम का अध्ययन कर रहा था, जो उस समय नए तत्वों की पहचान करने वाला एक शक्तिशाली उपकरण था। तनु गैसों को उच्च तापमान पर गर्म करने से, वे विशिष्ट वर्णक्रमीय रेखाओं के साथ विकिरण उत्सर्जित करेंगे । किरचॉफ ने देखा कि उत्सर्जन रेखाएँ अवशोषण रेखाओं (उर्फ फ्रौनहोफ़र रेखाएँ ) से मेल खाती हैं। तो किरचॉफ ने अनुमान लगाया कि कोई भी वस्तु वही प्रकाश आवृत्ति उत्सर्जित करती है जिसे वे अवशोषित करते हैं।
किरचॉफ का मानना था कि यह कोई संयोग नहीं बल्कि एक सामान्य नियम है. उन्होंने एक विचार प्रयोग किया। थर्मल संतुलन पर एक अपारदर्शी, बंद गुहा में , सब कुछ गुहा से विकिरण उत्सर्जित/अवशोषित कर रहा है। चूँकि गुहा तापीय संतुलन पर है , इसलिए कोई शुद्ध ऊष्मा स्थानांतरण नहीं होता है, जिसका अर्थ है कि हर चीज़ को बिल्कुल उसी मात्रा में विकिरण उत्सर्जित करना चाहिए जिसे वह अवशोषित करती है। यदि कोई ऐसी वस्तु है जो पूरी तरह से काली है - यानी, एक काला शरीर (शून्य प्रतिबिंब/संचरण के साथ सभी आवृत्तियों को अवशोषित करता है), तो यह अधिकतम विकिरण स्पेक्ट्रम उत्सर्जित करेगा, जो गुहा में परिवेश विकिरण ( गुहा विकिरण ) के बराबर होता है ।
एक बार जब ब्लैक बॉडी विकिरण और कैविटी विकिरण के बीच समानता स्थापित हो गई, तो इसके स्पेक्ट्रम को निर्धारित करने के लिए प्रयोग शुरू किए गए। यद्यपि एक संपूर्ण ब्लैक बॉडी ढूंढना कठिन है, क्योंकि लैम्पब्लैक भी लगभग 10% घटना रोशनी को प्रतिबिंबित करता है, लैम्पब्लैक के साथ गुहा की आंतरिक दीवार को कोटिंग करके और एक छोटा छेद ड्रिल करके, छेद लगभग सभी आने वाली रोशनी को अवशोषित करने में सक्षम होना चाहिए, क्योंकि बचने के लिए उन्हें कई प्रतिबिंबों की आवश्यकता होती है। एक बार गुहा गर्म हो जाने पर, छिद्र से उत्सर्जित विकिरण आदर्श ब्लैक बॉडी विकिरण के बहुत करीब होना चाहिए।
एक बार जब विभिन्न तापमानों पर स्पेक्ट्रम प्लॉट किए जाते हैं, तो शोधकर्ताओं ने पाया कि ब्लैक बॉडी विकिरण वास्तव में बहुत सरल है, जो केवल तापमान पर निर्भर करता है, गुहा के आकार या सामग्री की परवाह किए बिना। स्पेक्ट्रम से कुछ सरल पैटर्न की पहचान की जा सकती है। उदाहरण के लिए, आवृत्ति शिखर तापमान ( वीन के विस्थापन कानून ) के साथ रैखिक रूप से सहसंबद्ध होता है, और विकिरण शक्ति (स्पेक्ट्रम द्वारा घिरा हुआ क्षेत्र) तापमान की चौथी शक्ति ( स्टीफन-बोल्ट्जमैन कानून ) के समानुपाती होती है।
ऐसा सरल, सुरुचिपूर्ण संबंध आदर्श गैस के गति वितरण जैसा दिखता है, जिसे बहुत सरल नियमों द्वारा नियंत्रित किया जाना चाहिए। क्योंकि शोधकर्ता वास्तव में बाद वाले ( मैक्सवेल-बोल्ट्ज़मैन वितरण ) की गणितीय अभिव्यक्ति को कठोर तरीके से निकालते हैं, कई लोगों ने माना कि ब्लैक बॉडी विकिरण की गणितीय अभिव्यक्ति को इसी तरह से निकाला जाना चाहिए। दुर्भाग्य से, शास्त्रीय सांख्यिकीय यांत्रिकी के आधार पर इसकी अभिव्यक्ति की कटौती एक आपदा ( रेले-जींस कानून ) साबित हुई , जिसने छोटी तरंग दैर्ध्य ( पराबैंगनी आपदा ) पर अनंत विकिरण शक्ति की भविष्यवाणी की थी । क्योंकि उस समय कोई भी यह नहीं मानता था कि शास्त्रीय सांख्यिकीय यांत्रिकी गलत हो सकती है, उन्होंने कटौती में खामियों का पता लगाने की कोशिश की, लेकिन यह नहीं बता सके कि कौन सा कदम गलत था।
लगभग उसी समय, मैक्स प्लैंक सरल परीक्षण और त्रुटि द्वारा गणितीय अभिव्यक्ति की पहचान करने की कोशिश कर रहा था। वीन के अनुभवजन्य समीकरण ( वीन सन्निकटन ) को संशोधित करके , प्लैंक को सही समीकरण ( प्लैंक का नियम ) मिला, जो सभी आवृत्तियों पर प्रयोगात्मक डेटा के साथ काफी अच्छी तरह सहमत था। हालाँकि, प्लैंक को समीकरण के अंतर्निहित भौतिकी का एक प्रशंसनीय स्पष्टीकरण ढूंढना मुश्किल हो गया। वह अंततः एक "वैकल्पिक स्पष्टीकरण" ( प्लैंक अभिधारणा ) के साथ आए , कि गुहा की दीवार पर अवशोषण और पुनः उत्सर्जन निरंतर नहीं है, लेकिन ऊर्जा की इकाई ( ई = एचν ) के पूर्णांक गुणकों पर होता है , कोई भी अपना अनुमान लगा सकता है समीकरण.
प्लैंक व्यक्तिगत रूप से उनके स्पष्टीकरण से संतुष्ट नहीं थे, क्योंकि शास्त्रीय इलेक्ट्रोडायनामिक्स के पास विकिरण उत्सर्जन या अवशोषण की मात्रा निर्धारित करने की मांग करने का कोई कारण नहीं है। उनका मानना था कि उनका स्पष्टीकरण त्रुटिपूर्ण था और शास्त्रीय कानूनों का उल्लंघन किए बिना उनके समीकरण का अनुमान लगाने का एक तरीका होना चाहिए। हालाँकि, आइंस्टीन का मानना था कि E=hν का कोई मतलब नहीं है। अवशोषण और उत्सर्जन को परिमाणित किया जाना चाहिए क्योंकि विकिरण स्वयं, असतत "तरंग पैकेट" ( फोटॉन ) में परिमाणित होता है, जिसकी ऊर्जा बिल्कुल hν के बराबर होती है । यह मानकर कि रोशनी अलग-अलग "तरंग पैकेट" हैं, कोई फोटोइलेक्ट्रिक प्रभाव को सुंदर ढंग से समझा सकता है, जिसे 1915 में (लगभग 10 साल बाद) मिलिकन द्वारा प्रयोगात्मक रूप से सत्यापित किया गया था।
हालाँकि, फोटॉन की अवधारणा का परिचय भी प्लैंक के समीकरण को कठोर तरीके से निकालने के लिए अभी भी अपर्याप्त है। यह बोस ही थे , जिन्होंने पाया कि प्लैंक का नियम निकालने के लिए, किसी को यह मानना होगा कि फोटॉन समान कण हैं , जिन्हें सिद्धांत रूप में भी अलग नहीं किया जा सकता है। यद्यपि परमाणु और अणु जैसे कण शास्त्रीय भौतिकी में समान हैं, फिर भी आप प्रत्येक कण का ट्रैक रख सकते हैं और उस पर एक संख्या अंकित कर सकते हैं। उदाहरण के लिए, यदि आप यादृच्छिक रूप से दो गोल्फ गेंदों को दो बक्सों में रखते हैं, तो प्रत्येक घटना की आवृत्ति (2, 0) के लिए 1/4, (1, 1) के लिए 1/2 और (0, 2) के लिए 1/4 है। . ऐसा इसलिए है क्योंकि (1, 1) के दो संभावित मामले हैं। हालाँकि, यदि आप गोल्फ गेंदों के स्थान पर दो फोटॉन डालते हैं, क्योंकि फोटॉन सैद्धांतिक रूप से अप्रभेद्य हैं, तो (1, 1) का केवल एक ही मामला है, और प्रत्येक घटना की आवृत्ति 1/3 के बराबर होनी चाहिए। हालाँकि बोस का विचार हमारे अनुभव का दृढ़ता से उल्लंघन करता है, यह मैक्सवेल-बोल्ट्ज़मैन वितरण ( एक बॉक्स में गैस ) को निकालने के लिए उसी विधि का उपयोग करके प्लैंक के नियम को सुंदर ढंग से निकाल सकता है।
