नोबेल पुरस्कार जीतने वाले एक प्रसिद्ध सैद्धांतिक भौतिक विज्ञानी रिचर्ड फेनमैन ने कहा कि यदि वह भविष्य की पीढ़ियों के लिए वैज्ञानिक जानकारी के केवल एक टुकड़े पर पारित कर सकता है, तो यह होगा कि सभी चीजें परमाणुओं से बनी होंगी।
यह समझना कि परमाणुओं का रूप एक मौलिक और महत्वपूर्ण प्रश्न है, क्योंकि वे द्रव्यमान के साथ सब कुछ बनाते हैं।
इस सवाल का सवाल है कि परमाणुओं को कहां से आता है, बहुत सारे भौतिकी की आवश्यकता होती है – और फिर भी, मेरे जैसे भौतिकविदों को केवल यह समझाने के लिए अच्छे अनुमान हैं कि कुछ परमाणुओं का गठन कैसे होता है।
एक परमाणु क्या है?
एक परमाणु में एक भारी केंद्र होता है, जिसे नाभिक कहा जाता है, जो प्रोटॉन और न्यूट्रॉन नामक कणों से बना होता है। एक परमाणु में हल्के कण होते हैं जिन्हें इलेक्ट्रॉनों कहा जाता है जिसे आप नाभिक के चारों ओर परिक्रमा करने के बारे में सोच सकते हैं।
इलेक्ट्रॉन प्रत्येक नकारात्मक चार्ज की एक इकाई ले जाते हैं, प्रोटॉन प्रत्येक सकारात्मक चार्ज की एक इकाई ले जाते हैं, और न्यूट्रॉन का कोई चार्ज नहीं होता है। एक परमाणु में इलेक्ट्रॉनों के समान प्रोटॉन की संख्या होती है, इसलिए यह तटस्थ है – इसका कोई समग्र चार्ज नहीं है।
अब, ब्रह्मांड में अधिकांश परमाणु दो सबसे सरल प्रकार के हैं: हाइड्रोजन, जिसमें एक प्रोटॉन, शून्य न्यूट्रॉन और एक इलेक्ट्रॉन है; और हीलियम, जिसमें दो प्रोटॉन, दो न्यूट्रॉन और दो इलेक्ट्रॉन हैं। बेशक, पृथ्वी पर इन परमाणु के बहुत सारे हैं जो कि आम हैं, जैसे कि कार्बन और ऑक्सीजन, लेकिन मैं जल्द ही उन के बारे में बात करूंगा।
एक तत्व वह है जिसे वैज्ञानिक परमाणुओं के एक समूह को कहते हैं जो सभी समान हैं, क्योंकि उन सभी में समान संख्या में प्रोटॉन होते हैं।
पहले परमाणु कब बने?
ब्रह्मांड के अधिकांश हाइड्रोजन और हीलियम परमाणुओं ने बिग बैंग के लगभग 400,000 साल बाद गठित किया, जो कि वैज्ञानिकों को लगता है कि ब्रह्मांड शुरू हुआ, लगभग 14 बिलियन साल पहले।
वे उस समय क्यों बने? खगोलविदों को दूर के विस्फोट वाले सितारों को देखने से पता चलता है कि बिग बैंग के बाद से ब्रह्मांड का आकार बड़ा हो गया है। जब हाइड्रोजन और हीलियम परमाणु पहली बार गठित हुए, तो ब्रह्मांड अब की तुलना में लगभग 1,000 गुना छोटा था।
और भौतिकी की उनकी समझ के आधार पर, वैज्ञानिकों का मानना है कि जब यह छोटा था तो ब्रह्मांड बहुत गर्म था।
इस समय से पहले, इलेक्ट्रॉनों में हाइड्रोजन और हीलियम नाभिक के आसपास कक्षाओं में बसने के लिए बहुत अधिक ऊर्जा थी। इसलिए, हाइड्रोजन और हीलियम परमाणु केवल एक बार बन सकते हैं जब ब्रह्मांड 2,760 डिग्री सी जैसी किसी चीज़ के लिए ठंडा हो जाता है। ऐतिहासिक कारणों से, इस प्रक्रिया को भ्रामक रूप से पुनर्संयोजन कहा जाता है – संयोजन अधिक वर्णनात्मक होगा।
हीलियम और ड्यूटेरियम – हाइड्रोजन का एक भारी रूप – नाभिक पहले भी गठन किया गया था, बिग बैंग के कुछ ही मिनट बाद, जब तापमान 556 मिलियन सी। प्रोटॉन से ऊपर था और न्यूट्रॉन टकरा सकते हैं और नाभिक बना सकते हैं जैसे कि केवल बहुत उच्च तापमान पर।
वैज्ञानिकों का मानना है कि ब्रह्मांड में लगभग सभी साधारण मामले लगभग 90% हाइड्रोजन परमाणुओं और 8% हीलियम परमाणुओं से बने हैं।
अधिक बड़े पैमाने पर परमाणु कैसे बनते हैं?
तो, पुनर्संयोजन के दौरान गठित हाइड्रोजन और हीलियम परमाणु, जब कूलर तापमान ने इलेक्ट्रॉनों को कक्षाओं में गिरने की अनुमति दी। लेकिन आप, मैं और पृथ्वी पर लगभग सब कुछ सिर्फ हाइड्रोजन और हीलियम की तुलना में कई अधिक बड़े परमाणुओं से बना है। ये परमाणु कैसे बने थे?
आश्चर्यजनक जवाब यह है कि सितारों में अधिक बड़े पैमाने पर परमाणु बनाए जाते हैं। कई प्रोटॉन और न्यूट्रॉन के साथ परमाणु बनाने के लिए नाभिक में एक साथ फंसने के लिए उच्च-ऊर्जा टकराव के प्रकार की आवश्यकता होती है जो बहुत गर्म स्थानों पर होते हैं। एक भारी नाभिक बनाने के लिए आवश्यक ऊर्जा को प्रतिकारक विद्युत बल को दूर करने के लिए पर्याप्त बड़ा होने की आवश्यकता है, जो दो प्रोटॉन की तरह सकारात्मक चार्ज, एक दूसरे के साथ महसूस करते हैं।
प्रोटॉन और न्यूट्रॉन में एक और संपत्ति भी होती है – एक अलग प्रकार के चार्ज की तरह – यह एक साथ एक साथ बांधने के लिए पर्याप्त मजबूत होता है, जब वे एक साथ बहुत करीब पहुंचने में सक्षम होते हैं। इस संपत्ति को मजबूत बल कहा जाता है, और इन कणों को एक साथ चिपकाने वाली प्रक्रिया को संलयन कहा जाता है।
वैज्ञानिकों का मानना है कि कार्बन से लेकर लोहे तक के अधिकांश तत्व हमारे सूरज की तुलना में भारी तारों में फ्यूज हो जाते हैं, जहां तापमान 556 मिलियन सी से अधिक हो सकता है – वही तापमान जो ब्रह्मांड था जब यह कुछ मिनट पुराना था।
लेकिन गर्म सितारों में भी, लोहे और निकल की तुलना में भारी तत्व नहीं बनेंगे। इन्हें अतिरिक्त ऊर्जा की आवश्यकता होती है, क्योंकि भारी तत्व अधिक आसानी से टुकड़ों में टूट सकते हैं।
सुपरनोवा नामक एक नाटकीय घटना में, एक भारी तारे का आंतरिक कोर अचानक जलने के बाद यह ईंधन से बाहर निकल जाता है। शक्तिशाली विस्फोट के दौरान यह पतन ट्रिगर होता है, जो तत्व लोहे की तुलना में भारी होते हैं, वे बन सकते हैं और ब्रह्मांड में बाहर निकल सकते हैं।
खगोलविदों को अभी भी अन्य शानदार तारकीय घटनाओं के विवरण का पता लगाया जा रहा है जो बड़े परमाणु बनाते हैं। उदाहरण के लिए, न्यूट्रॉन सितारों को टकराने से ऊर्जा की भारी मात्रा जारी हो सकती है – और सोने जैसे तत्व – ब्लैक होल बनाने के अपने रास्ते पर।
यह समझना कि कैसे परमाणुओं को बनाया जाता है, बस थोड़ा सामान्य सापेक्षता सीखने की आवश्यकता होती है, साथ ही कुछ परमाणु, कण और परमाणु भौतिकी। लेकिन मामलों को जटिल करने के लिए, ब्रह्मांड में अन्य सामान हैं जो सामान्य परमाणुओं से बिल्कुल भी नहीं दिखते हैं, जिन्हें डार्क मैटर कहा जाता है। वैज्ञानिक इस बात की जांच कर रहे हैं कि डार्क मैटर क्या है और यह कैसे बन सकता है।
स्टीफन एल। लेवी फिजिक्स एंड एप्लाइड फिजिक्स एंड एस्ट्रोनॉमी, बिंघमटन यूनिवर्सिटी, स्टेट यूनिवर्सिटी ऑफ न्यूयॉर्क के प्रोफेसर। इस लेख को पुनर्प्रकाशित किया गया है बातचीत।
