एएक व्यस्त गर्मी के कुछ महीनों में, बारिश यहाँ है। IIT कानपुर परिसर हरे और प्रकृति के रंग एक बार फिर से लाजिमी है। मानसून के साथ, हालांकि, उम्र-पुरानी परंपरा के साथ-साथ जीवित आता है: रविवार की शाम अपराध-मुक्त आलस्य के साथ, साथ में रेन के पटर के संगीत, टीवी पर एक बॉलीवुड क्लासिक, और कुछ गर्म, सिमिंग चाय।
इन वर्षों में, दुनिया की प्रौद्योगिकियों ने टीवी सहित आकार और रूप बदल दिया है। ब्लिंकिंग ट्यूबलाइट्स ने एलईडी की ओर रुख किया है और टीवी क्यूबिक बॉक्स से लेकर फ्लैट स्क्रीन में बदल गए हैं। ऐसा क्यों और कैसे हुआ?
इसका पर्दे के पीछे भौतिकी की खोजों के साथ कुछ करना है।
प्रकाश के लिए इलेक्ट्रॉन
जब आप टीवी पर स्विच करते हैं, तो आप वास्तव में केवल इलेक्ट्रिकल सॉकेट पर स्विच करते हैं जहां टीवी प्लग करता है। हम जानते हैं कि सॉकेट्स इलेक्ट्रॉनों द्वारा परिवहन किए गए इलेक्ट्रिक धाराओं को ले जाते हैं। लेकिन ये इलेक्ट्रॉन कैसे हल्के हो जाते हैं?
यदि आप इसके बारे में सोचते हैं तो यह असामान्य नहीं है। हम इसे अपने घरों में हर समय देखते हैं। इस पहेली का नायक फॉस्फोर्स नामक सामग्रियों का एक वर्ग है। फॉस्फोर्स (जो तत्व फास्फोरस से अलग हैं) को फ्लोरोसेंट यौगिक भी कहा जाता है क्योंकि उनके बारे में कुछ जादुई है।
जब एक इलेक्ट्रॉन एक फॉस्फोर से टकराता है, तो सामग्री प्रकाश को बाहर फेंक देती है। यह उस तरह से करना है जिस तरह से इलेक्ट्रॉनों को इन सामग्रियों के अंदर व्यवस्थित किया जाता है। जब एक और इलेक्ट्रॉन उन पर गिरता है, तो फॉस्फोर में इलेक्ट्रॉन उच्च ऊर्जा के लिए उत्साहित हो जाते हैं। जब वे वापस आराम करते हैं, तो वे उस ऊर्जा में से कुछ को प्रकाश के रूप में फेंक देते हैं।
इस प्रकार फॉस्फोर का उपयोग ट्यूबलाइट्स और फ्लोरोसेंट बल्बों के अंदरूनी हिस्सों को कवर करने के लिए किया जाता है। इसका कारण यह है कि हम सफेद बल्ब ‘सीएफएल’ कहते हैं, कॉम्पैक्ट फ्लोरोसेंट लैंप के लिए छोटा है। बल्ब या ट्यूबलाइट के अंदर, इन सामग्रियों को हिट करने के लिए बस एक फ्लाइंग इलेक्ट्रॉनों या अन्य शुल्कों की आवश्यकता होती है। यदि आपने कभी एक पुरानी टूटी हुई ट्यूबलाइट देखी है, तो कांच की ट्यूब के अंदर का पाउडर फॉस्फोर के अलावा कुछ भी नहीं है।
चलचित्र
एक ट्यूबलाइट में, चूंकि हमें सिर्फ प्रकाश की आवश्यकता होती है, इसलिए हम सभी पक्षों को एक फॉस्फोर के साथ समान रूप से कोट कर सकते हैं और जब इलेक्ट्रॉनों ने हड़ताल की तो पूरा फ्रेम प्रकाश करेगा। लेकिन एक टीवी स्क्रीन पर एक तस्वीर बनाने के लिए, हमें कुछ क्षेत्रों को प्रकाश में लाने की आवश्यकता है और कुछ क्षेत्रों में अंधेरे रहने के लिए। इस तरह हम एक छवि के रूप में लिट क्षेत्रों के परिदृश्य को देख सकते हैं। हमें जल्दी से बदलने में सक्षम होने के लिए लिट क्षेत्रों की भी आवश्यकता है – इतनी जल्दी कि जैसे -जैसे चित्र बदलते हैं, हमारे दिमाग को लगता है कि यह अभी भी छवियों की एक श्रृंखला के बजाय एक चलती दृश्य है।
ENTER: 1900 के दशक की शुरुआत में, कैथोड रे ट्यूब का एक प्रमुख आविष्कार। एक कैथोड रे ट्यूब स्क्रीन की ओर बहने वाली ट्यूब के माध्यम से इलेक्ट्रॉनों की एक धारा बनाती है। एक दीवार की ओर एक दिशा में उड़ने वाले पक्षियों के झुंड के रूप में इलेक्ट्रॉनों की कल्पना करें, जो इस मामले में स्क्रीन है। अब एक बर्ड ट्रैफिक सिग्नल मैनेजर की कल्पना करें जो पक्षियों को दीवार पर विभिन्न बिंदुओं की ओर ले जा सकता है। हमें इसी तरह स्क्रीन पर अलग -अलग बिंदुओं पर इलेक्ट्रॉनों को निर्देशित करने का एक तरीका चाहिए।
यदि हम जानते हैं कि उन्हें कितना विक्षेपित करना है, और वे कितनी तेजी से आगे बढ़ रहे हैं, तो हम स्क्रीन पर उस स्थान की योजना बना सकते हैं जो वे हड़ताल करेंगे। और जहां एक इलेक्ट्रॉन हमला करता है, क्षेत्र प्रकाश करेगा। एक ऑर्केस्ट्रा के कंडक्टर की तरह, यदि हमारे पक्षी यातायात प्रबंधक पक्षियों को दीवार पर अलग -अलग स्थानों पर निर्देशित कर सकते हैं, तो हम स्क्रीन के उन हिस्सों को लगातार बदल सकते हैं जो एक चलती हुई तस्वीर बनाएंगे।
चुंबकीय क्षेत्र
अब, यहां तक कि जब हमारे पास इलेक्ट्रॉनों की एक धारा है, तो हम उन्हें इच्छानुसार कैसे विक्षेपित करते हैं? यह चुंबकीय क्षेत्रों की मदद से किया जाता है। इलेक्ट्रॉनों के पास एक चार्ज होता है, और कोई दो प्रकार के बलों का उपयोग करके शुल्क ले सकता है। विद्युत क्षेत्र उन्हें तेज या धीमा कर सकते हैं। यह वही है जो हम घड़ियों, तारों और टार्चलाइट्स में देखते हैं, जहां बैटरी फ़ील्ड बनाती हैं। एक चुंबकीय क्षेत्र, हालांकि, कुछ और दिलचस्प कर सकता है। यह चार्ज किए गए कणों की गति को नहीं बदलता है, लेकिन यह उन्हें एक सर्कल में स्थानांतरित कर सकता है। यह तब होता है जब आप एक गेंद को एक धागे के साथ बाँधते हैं: आप गेंद को अपनी ओर खींच सकते हैं, या आप गेंद को चारों ओर स्विंग करने की कोशिश कर सकते हैं।
इस अन्य प्रकार के बल को लोरेंट्ज़ बल कहा जाता है – और इसे चुंबकीय क्षेत्रों द्वारा लागू किया जाता है।
हम उस स्थान पर इलेक्ट्रॉनों को स्थानांतरित करने के लिए चुंबकीय क्षेत्रों का उपयोग कर सकते हैं जिस स्थान पर हम रुचि रखते हैं, और इस प्रकार हमारे पास हमारी ट्रैफ़िक पुलिस है। इन क्षेत्रों को बनाने के लिए तांबे के तारों और कॉइल का एक गुच्छा का उपयोग किया जा सकता है। ऐसे इलेक्ट्रॉनिक सर्किट को एनालॉग कहा जाता है।
जबकि बहुत सारे भौतिकी और इंजीनियरिंग टीवी पर आपके द्वारा देखी जाने वाली सही छवियों को बनाने में जाती है, मूल भौतिकी सरल है। हम समझते हैं कि स्क्रीन पर विभिन्न स्थानों पर इलेक्ट्रॉनों को कैसे निर्देशित किया जाता है। जैसा कि वे विभिन्न स्थानों पर प्रहार करते हैं, फॉस्फोर रोशनी करता है। जैसे ही टीवी सिग्नल उन बिंदुओं को बदल देता है जहां इलेक्ट्रॉनों ने हड़ताल की, स्क्रीन लगातार बदलती है, हमारे लिए हमारी पसंदीदा बॉलीवुड फिल्म खेलती है।
स्क्रीन के लिए बक्से …?
समय के साथ, भौतिकविदों ने नई अवधारणाओं की खोज की और हमें इलेक्ट्रॉनों को स्थानांतरित करने के लिए तार के उन सभी कॉइल की आवश्यकता नहीं थी। 1947 में, अमेरिका में बेल लैब्स के वैज्ञानिकों ने ट्रांजिस्टर का आविष्कार किया। इस उपकरण ने कंप्यूटर बूम और अंततः अर्धचालक इलेक्ट्रॉनिक्स का नेतृत्व किया।
यहाँ भी, भौतिकी अवधारणाएं समान हैं। फॉस्फोर के बजाय, हमारे पास गैलियम-आरिनाइड-फॉस्फाइड (GAASP) नामक एक और प्रकाश उत्सर्जक सामग्री है, जो इलेक्ट्रॉनों को उनमें जाने पर प्रकाश को बाहर फेंक देता है। और इलेक्ट्रॉनों की किरणों के बजाय, हम अपने लैपटॉप में इलेक्ट्रॉनिक मदरबोर्ड का उपयोग करके अधिक सटीक रूप से इलेक्ट्रॉनों को निर्देशित कर सकते हैं। यदि आप सोच रहे हैं कि ये नई तकनीकें कैसे काम करती हैं, तो यह एक और दिन के लिए एक कहानी है।
जिस कारण से हम चल रहे चित्र बना सकते हैं, वह था इलेक्ट्रॉनों को विक्षेपित करने के लिए चुंबकीय क्षेत्र की क्षमता। यहां इलेक्ट्रॉन तीन आयामों में आगे बढ़ रहे थे, समान संख्या में आयाम हम रहते हैं। अंतरिक्ष का आयाम उन दिशाओं की संख्या है जिसमें हम स्थानांतरित कर सकते हैं। उदाहरण के लिए, यदि कोई चीज सभी दिशाओं में आगे बढ़ सकती है-सही-बाएं, फ्रंट-बैक, टॉप-डाउन, यह कहा जाता है कि यह तीन आयामों में मौजूद है।
भविष्य का एक टीवी सिर्फ दो दिशाओं में स्थानांतरित करने के लिए मजबूर इलेक्ट्रॉनों का लाभ उठा सकता है: एक मेज पर एक चींटी की तरह फ्रंट-बैक और राइट-लेफ्ट। यह कुछ विशेष सामग्रियों में होता है जो भौतिक विज्ञानी प्रयोगशाला में बना सकते हैं।
यह पता चला है कि दो और तीन आयामों के बीच भौतिकी में एक बड़ा अंतर है। दो आयामों में, यदि तापमान बहुत कम है, तो इलेक्ट्रॉनों का एक समूह एक अजीब तरीके से व्यवहार कर सकता है। वे बनते हैं जिसे एक आंशिक क्वांटम हॉल राज्य कहा जाता है। यहां, प्रभावी रूप से नए कण उभरते हैं जिसमें एक इलेक्ट्रॉन के चार्ज का सिर्फ एक-तिहाई हिस्सा होता है, और वे केवल सामग्री के किनारों के साथ चल सकते हैं। रॉबर्ट लाफलिन, हॉर्स्ट लुडविग स्टॉमर, और डैनियल त्सुई ने 1998 में ऐसे कणों की खोज के लिए भौतिकी नोबेल पुरस्कार जीता।
इस प्रकार के कणों को किसी को भी कहा जाता है। वे उन कणों से पूरी तरह से अलग हैं जिनसे हम आमतौर पर तीन आयामों में सामना करते हैं, जैसे इलेक्ट्रॉनों और फोटॉन। वैज्ञानिक किसी भी qubits के रूप में Anyons का उपयोग करके एक नया, शक्तिशाली प्रकार का क्वांटम कंप्यूटर बनाने की कोशिश कर रहे हैं। ये मशीनें भविष्य में बड़े तकनीकी क्रांतियों के लिए जिम्मेदार हो सकती हैं, न कि केवल टीवी।
लेकिन अभी के लिए, हम अभी भी किसी भी व्यक्ति के सभी भौतिकी को नहीं समझते हैं। वुल्फ पुरस्कार, सबसे प्रतिष्ठित भौतिकी पुरस्कारों में से एक, इस भौतिकी में से कुछ की बुनियादी समझ विकसित करने के लिए 2025 में दूसरों के बीच जैनेंद्र जैन को दिया गया था। दिलचस्प बात यह है कि अब अमेरिका में रहने वाले प्रो।
यदि आप यहां जाने वाले कुछ भौतिकी को समझने के लिए इच्छुक हैं, तो आपको क्वांटम यांत्रिकी और संघनित पदार्थ भौतिकी सीखने की आवश्यकता होगी। आप यहां आईआईटी कानपुर में भौतिकी में एक कोर्स लेने पर विचार कर सकते हैं, जहां हम में से कुछ सिखाते हैं।
भविष्य के टीवी
ट्रांजिस्टर के 1947 में आविष्कार की तरह ही जल्द ही पहले टीवी को जन्म दिया, भिन्नात्मक चार्ज वाले कणों की खोज समकालीन टीवी को उस चीज़ में बदल सकती है जिसकी हम अब कल्पना भी नहीं कर सकते हैं। हम कभी नहीं जानते कि क्वांटम कंडेंस्ड मैटर फिजिक्स में खोजें आज अगले 30 वर्षों में दुनिया को कैसे बदल देंगी।
लेकिन एक मानसून शाम को एक गर्म चाय की गर्मी की तरह, बॉलीवुड क्लासिक्स और बुनियादी भौतिकी के आकर्षण कभी भी पुराने नहीं होते हैं।
अगली बार जब आप अपने टीवी पर एक भावनात्मक दृश्य देखते हैं, तो इलेक्ट्रॉनों और स्क्रीन के पीछे काम करने वाली जादू सामग्री को धन्यवाद देना न भूलें।
ADHIP AGARWALA IIT कानपुर में भौतिकी के सहायक प्रोफेसर हैं।
