ڪوانٽم مڪينڪس

ڪوانٽم مڪينڪس (Quantum mechanics) هڪ بنيادي نظريو آهي جيڪو  فطرت جي رويي کي ايٽم جي ماپ تي ۽ هيٺ  بيان ڪري ٿو. اهو سڀ ڪوانٽم فزڪس (طبیعیات) جو بنياد آهي، جنهن ۾ ڪوانٽم ڪيمسٽري (ڪيميا)، ڪوانٽم فيلڊ ٿيوري، ڪوانٽم ٽيڪنالاجي ۽ ڪوانٽم انفارميشن سائنس شامل آهن.  

ڪوانٽم مڪينڪس ڪيترن ئي سسٽمن کي بيان ڪري سگھن ٿا جيڪي ڪلاسيڪل فزڪس نٿا ڪري سگهن. ڪلاسيڪل فزڪس فطرت جي ڪيترن ئي پهلوئن کي عام (ميڪرو اسڪوپي ۽ (نظرياتي، خوردبيني) اسڪيل تي بيان ڪري سگهي ٿي، پر انهن کي تمام ننڍي ذيلي مائڪرو اسڪوپي (ايٽمي ۽ ذيلي ائٽمي) اسڪيل تي بيان ڪرڻ لاءِ ڪافي ناهي. ڪلاسيڪل فزڪس ۾ اڪثر نظريا ڪوانٽم ميڪانڪس مان، وڏي (ميڪرو اسڪوپي/مائڪرو اسڪوپي) پيماني تي لڳ ڀڳ  صحيح اخذ ڪري سگھجن ٿا.

ڪوانٽم سسٽم ۾ پابند حالتون هونديون آهن جيڪي مقدار ۾ توانائي، مومينٽم، ڪنولر مومينٽم ۽ ٻين مقدارن جي ڌار قدرن لاءِ مقرر ڪيل هونديون آهن، ان جي ابتڙ ڪلاسيڪل سسٽم جتي اهي مقدار مسلسل ماپي سگھجن ٿيون. ڪوانٽم سسٽم جون ماپون ٻنهي ذرڙن ۽ لهرن جي خاصيتن کي ظاهر ڪن ٿيون (موج۔ذري جي ڊيگهه)، ۽ اتي حدون آهن ته جسماني مقدار جي قيمت ان جي ماپ کان اڳ ڪيئن صحيح انداز ۾ پيش ڪري سگهجي ٿي، ابتدائي حالتن جي مڪمل سيٽ ڏني وئي (غير يقيني اصول ). 

ڪوانٽم مڪينڪس بتدريج نظرين مان پيدا ٿيا ته مشاهدي جي وضاحت ڪن جن کي ڪلاسيڪل فزڪس سان ملائي نه ٿو سگهجي، جهڙوڪ ميڪس پلانڪ جو 1900ع ۾ ڪاری جسم جي تابڪاري (Black Body Radiation) جي مسئلي جو حل ۽ البرٽ آئنسٽائن جي 1905ع جي پيپر ۾ توانائي ۽ تعدد جي وچ ۾ مطابقت، جنهن فوٽو اليڪٽرڪ اثر جي وضاحت ڪئي. خوردبيني رجحان کي سمجهڻ جي اهي ابتدائي ڪوششون، جن کي هاڻي ”پراڻي ڪوانٽم ٿيوري“ جي نالي سان سڃاتو وڃي ٿو، 1920ع جي وچ ڌاري نيلز بوهر، ارون شروڊنگر، ورنر هائزنبرگ، ميڪس بورن، پال ڊريڪ ۽ ٻين پاران ڪوانٽم ميڪانڪس جي مڪمل ترقيءَ جو سبب بڻيا. جديد نظريو مختلف خاص طور تي ترقي يافته رياضياتي رسم الخط ۾ ٺهيل آهي. انهن مان هڪ ۾، هڪ رياضياتي ادارو جنهن کي موج فنڪشن سڏيو ويندو آهي، معلومات مهيا ڪري ٿي، امڪاني amplitudes جي صورت ۾، انهي بابت ته ڪنهن ذرڙي جي توانائي، رفتار، ۽ ٻين جسماني ملڪيتن جي ڪهڙي ماپ حاصل ڪري سگهي ٿي.

ڪوانٽم مڪينڪس (Quantum mechanics) ڪائنات جي ڪيترن ئي خاصيتن جي ڪاميابي سان وضاحت ڪري ٿي ۽ فقط اهوئي هڪ اهم ذريعو آهي جنهن جي مدد سان مادي کي ٺاهيندڙ ذرڙن (اليڪٽران، پروٽان، نيوٽران، ڦوٽان ۽ ٻين) جي بنيادي ورتاءٌ جي رازن تان پردو کڻي سگھجي ٿو. ڪوانٽم مڪينڪس جي اهميت هن ڪري به آهي جو اها اهو ٻڌائي ٿي ته ڪهڙي طرح سان الڳ الڳ ائٽم ملي ڪري ماليڪيول ٺاهين ٿا. جديد ٽيڪنالوجي جي ڪيترن ئي اُوزارن جهڙوڪ ليزر، ٽرانسٽر، اليڪٽران مائڪرواسڪوپ جي ڊائزائين ۾ مختلف لحاظن کان ڪوانٽم اثر استعمال ٿي رهيا آهن.

ايم پي۔3 (mp3) پلئير، ٽيليويزن، ڪيمرا ۽ گاڏين ۾ استعمال ٿيندڙ انٽيگريٽڊ سرڪٽ (IC) جي ڊیزائن ۾ به ڪوانٽم مڪينڪس جي مدد ورتي ويندي آهي. اُنهن سمورن شين جو بُنياد ڊائيوڊ (diodes) ۽ ٽرانزسٽر (transistors) تي آهي جن ۾ ڪوانٽم مڪينڪس اُنهن جي ڪم ڪرڻ وارين خاصيتن جي وضاحت بيان ڪري ٿي ۽ موادي سائنسدانن کي رهنمائي مهيا ڪري ٿي ته اُهي اُنهن کي ٺاهڻ جي لاءِ خاص موادن کي استعمال ڪن.

ماليڪيولن، پٽڙن ۽ نهرن جسمن ۾ موجود ائٽمن جي مطالعي جو بنيادي شعبو جنهن ۾ لهري برتاءُ اهميت رکي ٿو اُن کي ڪوانٽم مڪينڪس، ڪوانٽم فزڪس يا ڪوانٽم نظريو سڏيو ويندو آهي. ڪوانٽم مڪينڪس اُن لحاظ کان ڪلاسيڪل فزڪس کان مختلف آهي ته هن ۾ توانائي، مومينٽم ۽ ٻيون مقدارون جدا جدا هونديون آهن اُن سان گڏوگڏ جسم ٻئي لهري ۽ ذرڙن واري خاصيت رکندا آهن ۽ انهن مقدارن کي دُرستگي سان معلوم ڪرڻ جي به هڪ حد مقرر ڪيل آهي. ڪوانٽم مڪينڪس 1900ع ۾ جرمن فزڪس جي ماهر ميڪس پلانڪ ۽ 1905ع ۾ البرٽ آئن سٽائين جي مطالعن کانپوءِ وجود ۾ آئي ۽ آهستي آهستي هن ۾ واڌارا ايندا ويا. ائٽم شروڊينگر مساوات جي لحاظ کان برتاءُ ڪن ٿا پر هائيڊروجن کان وڌيڪ مُنجهائيندڙ ائٽم جي لاءِ اها مساوات فقط ڪمپيوٽر جي ذريعي حل ٿي سگھي ٿي. ڪمپيوٽرن جي ذريعي مساواتن کي حل ڪرڻ جي لاءِ مُنجهائيندڙ ماڊلن کي استعمال ڪري تجربن جي ذريعي حاصل ٿيندڙ مواد کي سميوليٽ (simulate) (نقل ڪرڻ، هوبهو ساڳيو ڪرڻ) ڪيو ويندو آهي هن قسم جي فزڪس جي ننڍي شعبي کي ڪمپيوٽيشنل فزڪس (computational physics) سڏيو ويندو آهي جيڪا هاڻ تجرباتي ۽ نظرياتي فزڪس ٻنهي ۾ هڪ جيتري استعمال ٿئي ٿي. ڪوانٽم مڪينڪس جا ڪجهه تازه ڪارناما ڪنڊينسڊ ميٽر فزڪس (condensed matter physics) جي شعبي ۾ يا نهرن جي مطالعي ۽ ائٽمي فزڪس ۾ استعمال سان ڪيا ويا آهن.

گريئفين
سڀ کان وڌيڪ دلچسپ مواد گريئفين (graphene) آهي جيڪو ڪاربان ائٽمن جو هڪ تھ آهي جنهن ۾ ائٽم هڪ ڇهن ڪُنڊن جي بناوت تي مشتمل هوندا آهن پر اُها تھ فقط هڪ ائٽم جي موٽائي جي برابر آهي. گرئيفين جون ڪجهه انوکي قسم جون خاصيتون آهن جهڙوڪ اها مضبوط کان مضبوط اسٽيل کان 200 ڀيرا وڌيڪ مضبوط آهي ۽ ان مان بجلي ۽ گرمي تمام بهتر طريقي سان گذري سگھي ٿي.  گرئيفين کي تمام ننڍڙن ٽرانزسٽرن  مطلب طاقتور انٽيگريٽيڊ سرڪٽن کي ٺاهڻ جي لاءِ تحقيق ٿي رهي آهي. اُها ڪنهن سينسر جي ٺاهڻ ۾ به استعمال ٿي سگھي ٿو جيڪا هڪ چونڊ ڪيل مواد جي اڪيلي ائٽم يا ماليڪيول جو پتو لڳائي سگھي  يا ڇُهڻ واري اسڪرين ڪمپيوٽر جي ڊسپلي ۾ هڪ شفاف (transparent) پسرائيندڙ جي طور تي استعمال ٿي سگھي. هن جي دريافت ڪندڙن کي 2010ع جو نوبيل انعام ڏنو ويو. 

سيٿندارا ناٿ بوس
1924ع کان 1925ع تائين آئن سٽائين ۽ هُندستاني فزڪس جي ماهر سيٿندارا ناٿ بوس (1894-1974) اُها پيشنگوئي ڪئي ته جيڪڏهن ڪنهن ائٽمي گئس کي تمام گھڻو ٿڌو ڪيو وڃي ته پوءِ ائٽم مادي جي هڪ نئين حالت کي جنم ڏئي سگھن ٿا جيڪا ميڪرواسڪوپڪ (macroscopic) پيماني تي ڪوانٽم اثرن کي ظاهر ڪري سگھن ٿا. هن پيشنگوئي جي پهرين تجرباتي تصديق اُن وقت ٿي جڏهن 1995ع ۾ ڪولوراڊو يونيورسٽي ۾ ايرڪ ڪارنل (1962)  ۽ ڪارل ويئمن (1952) روبيڊيم (rubidium) گئس جي ائٽمن کي ڪيلون جي ڏهن لکن جي ڇهين حصي  جي حد تائين ٿڌو ڪيو. اُنهن ٻنهي ۽ وولف گوئنگ ڪينرلي (1957-) جنهن جو تعلق ايم آئي ٽي (MIT) سان هئو اُنهن کي هن ڪم تي 2001ع جو نوبيل انعام ڏنو ويو.

بوس آئن سٽائين ڪنڊينسٽ
مادي ۾ هن حالت جنهن کي بوس آئن سٽائين ڪنڊينسٽ (Bose-Einstein Condensate) چيو وڃي ٿواُن جي استعمال سان اڃان تائين ڪا به شيءِ يا اُوزار کي نه ٺاهيو ويو آهي. فزڪس جا ماهر هن کي استعمال ڪري اهو سمجهڻ جي ڪوشش ڪري رهيا آهن ته ائٽم ڪهڙي طرح سان تمام گھٽ گرمي پد تي لھ وچڙ ڪن ٿا ۽ ممڪن طور تي مُستقبل ۾ ۾ ائٽمي گھڙين ۽ ڪمپيوٽرن ۾ ان جي استعمال ڪرڻ جي باري ۾ کوجنا ڪري رهيا آهن.

حوالا

زمرو:طبيعيات
زمرو:جديد طبیعیات
زمرو:طبيعيات جون ذيلي شاخون