Question

ইলেক্ট্রন নিউক্লিয়াসের বাইরে অবস্থান করে। ইলেক্ট্রনকে যদি পরমাণুর নিউক্লিয়াসের ভিতরে ছেড়ে দেওয়া হয় তাহলে কী হবে?

Answer 1

একইরকম প্রশ্ন অনেকদিন আগে বিজ্ঞানীদের মনে এসেছিল । যখন সবে সবে নিউক্লিয়াস, ইলেকট্রন, প্রোটন আবিষ্কার করা হয়েছে। রাদারফোর্ড তার বিখ্যাত আলফা কনার পরীক্ষা (১৯১১ সাল) দিয়ে দেখিয়ে দিয়েছেন পরমানুর সবচেয়ে ভেতরে নিউক্লিয়াস থাকে। আর নিউক্লিয়াস ধনাত্মক। কিন্তু পরমানু হচ্ছে আধান নিরপেক্ষ। তাই পরমানুর ভেতর ইলেকট্রন (ঋণাত্মক আধান) থাকবে যা জে জে থমসন আবিষ্কার করেছেন ১৮৯১ সালে। যদিও ইলেকট্রনের কথা পরে বললাম কিন্তু এইটি আগে আবিষ্কৃত হয়েছে। কিন্তু প্রশ্ন হচ্ছে ইলেকট্রন থাকবে কোথায়? নিউক্লিয়াসের ভিতরে না বাইরে? একটু যুক্তি আর বিজ্ঞান দিয়ে ভেবে দেখা যাক।

আগেই বলেছি ইলেকট্রন ঋণাত্মক আধানযুক্ত আর নিউক্লিয়াস ধনাত্মক আধানযুক্ত। এখন স্থির তড়িতের সনাতন নিয়ম হচ্ছে বিপরীত আধান পরস্পর পরস্পরকে আকর্ষণ করে। ফলে আমি যদি ইলেকট্রনকে নিউক্লিয়াসের মধ্যে রাখার চেষ্টা করি তখন ইলেকট্রন অনেকটা “শ্বশুরবাড়ি” যাব এই বলে নিউক্লিয়াসের বুকে গিয়ে ঝাঁপিয়ে পরবে ওদের মধ্যে থাকা আকর্ষণ বলের দরুন। ইলেকট্রন আর নিউক্লিয়াস দুটোই ধ্বংস হয়ে শুধু শক্তির উৎপত্তি ঘটবে। যা স্থায়ী পরমানুর নিদর্শন নয়।

এবার একটু অন্যভাবে ভাবা যাক। ধরে নিলাম নিউক্লিয়াসের ভেতর ইলেকট্রন আছে এবং আরও ধরে নিলাম উপরে যা ঘটবে বলেছি তা ঘটলো না। মানে ইলেকট্রন নিউক্লিয়াসের বুকে ঝাঁপিয়ে পড়লো না। তাহলে কি ঘটবে? ইলেকট্রন কি নিউক্লিয়াসে থাকবে? এটার জন্য একটু হাইজেনবার্গ অনিশ্চয়তা নীতি লাগবে।তবে ঘাবড়ে যাবার কিছু নেই। হাইজেনবার্গ এর এই নীতি অনুযায়ী



Del X হল অবস্থানের অনিশ্চয়তা আর Del P হল ভরবেগের অনিশ্চয়তা।

Del P = m * Del v

তো এই দুটি সমীকরণ থেকে Del v মানে বেগের অনিশ্চয়তা বের করতে পারি। Del X হল নিউক্লিয়াসের ব্যাস মানে সবচেয়ে বেশী যে দূরত্বের মধ্যে ইলেকট্রন ঘোরাফেরা করতে পারে।



দেখা যাচ্ছে বেগের অনিশ্চয়তাই আলোর বেগের থেকে বেশী। যা হতে পারে না। সুতরাং আমরা যা ধরেছিলাম প্রথমে তা ভুল। ইলেকট্রন নিউক্লিয়াসের ভেতর থাকতে পারে না। এরপর যদি ইলেকট্রনের গতিশক্তি নির্ণয় করা হয় তাহলে দেখা যাবে ওই শক্তি নিউক্লিয়াসের বন্ধনশক্তির থেকে অনেক বেশী। যা নির্দেশ করে ইলেকট্রনের নিউক্লিয়াসের মধ্যে না থাকাকে।

 

প্রিয়ব্রত সাহা

Answer 2

ইলেক্ট্রনকে যদি নিউক্লিয়াসের ভেতরে ছেড়ে দেওয়া হয়, তবে সবকিছুর আকার প্রায় ১ লক্ষ গুণ ছোট হয়ে যাবে।

পরমাণুর বেশিরভাগ জায়গাই ফাঁকা। নিউক্লিয়াসকে ঘিরে ইলেকট্রন অনেক দূরত্ব বজায় রেখে ঘোরে। নিউক্লিয়াসের আকারের চেয়ে পরমাণুর আকার প্রায় ১ লক্ষ গুণ বড়।

তাই, ইলেকট্রনকে যদি নিউক্লিয়াসের ভেতরে ফেলে দেয়া হয়, তবে পরমাণুর আকার ১ লক্ষ গুণ ছোট হয়ে যাবে। সাথে সাথে সঙ্গত কারণেই সমস্ত বস্তুর আকার ১ লক্ষ গুণ ছোট হয়ে যাবে।

আর যেহেতু, ভরের কোন পরিবর্তন হচ্ছে না, তাই একই পরিমাণ পদাররথের ভর ১ লক্ষ গুণ বেড়ে যাবে।

Answer 3

আগেই বলেছি ইলেকট্রন ঋণাত্মক আধানযুক্ত আর নিউক্লিয়াস ধনাত্মক আধানযুক্ত। এখন স্থির তড়িতের সনাতন নিয়ম হচ্ছে বিপরীত আধান পরস্পর পরস্পরকে আকর্ষণ করে। ফলে আমি যদি ইলেকট্রনকে নিউক্লিয়াসের মধ্যে রাখার চেষ্টা করি তখন ইলেকট্রন অনেকটা “শ্বশুরবাড়ি” যাব এই বলে নিউক্লিয়াসের বুকে গিয়ে ঝাঁপিয়ে পরবে ওদের মধ্যে থাকা আকর্ষণ বলের দরুন। ইলেকট্রন আর নিউক্লিয়াস দুটোই ধ্বংস হয়ে শুধু শক্তির উৎপত্তি ঘটবে। যা স্থায়ী পরমানুর নিদর্শন নয়।

এবার একটু অন্যভাবে ভাবা যাক। ধরে নিলাম নিউক্লিয়াসের ভেতর ইলেকট্রন আছে এবং আরও ধরে নিলাম উপরে যা ঘটবে বলেছি তা ঘটলো না। মানে ইলেকট্রন নিউক্লিয়াসের বুকে ঝাঁপিয়ে পড়লো না। তাহলে কি ঘটবে? ইলেকট্রন কি নিউক্লিয়াসে থাকবে? এটার জন্য একটু হাইজেনবার্গ অনিশ্চয়তা নীতি লাগবে।তবে ঘাবড়ে যাবার কিছু নেই। হাইজেনবার্গ এর এই নীতি অনুযায়ী

Del X হল অবস্থানের অনিশ্চয়তা আর Del P হল ভরবেগের অনিশ্চয়তা।

Del P = m * Del v

তো এই দুটি সমীকরণ থেকে Del v মানে বেগের অনিশ্চয়তা বের করতে পারি। Del X হল নিউক্লিয়াসের ব্যাস মানে সবচেয়ে বেশী যে দূরত্বের মধ্যে ইলেকট্রন ঘোরাফেরা করতে পারে।

দেখা যাচ্ছে বেগের অনিশ্চয়তাই আলোর বেগের থেকে বেশী। যা হতে পারে না। সুতরাং আমরা যা ধরেছিলাম প্রথমে তা ভুল। ইলেকট্রন নিউক্লিয়াসের ভেতর থাকতে পারে না। এরপর যদি ইলেকট্রনের গতিশক্তি নির্ণয় করা হয় তাহলে দেখা যাবে ওই শক্তি নিউক্লিয়াসের বন্ধনশক্তির থেকে অনেক বেশী। যা নির্দেশ করে ইলেকট্রনের নিউক্লিয়াসের মধ্যে না থাকাকে।