തമോവസ്തു
 |
വിക്കിപീഡിയയുടെ ഗുണനിലവാരത്തിലും, മാനദണ്ഡത്തിലും എത്തിച്ചേരാൻ ഈ ലേഖനം വൃത്തിയാക്കി എടുക്കേണ്ടതുണ്ട്. ഈ ലേഖനത്തെക്കുറിച്ച് കൂടുതൽ വിശദീകരണങ്ങൾ നൽകാനാഗ്രഹിക്കുന്നെങ്കിൽ ദയവായി സംവാദം താൾ കാണുക. |
ഭൗതികശാസ്ത്രത്തിൽ, യാതൊരു വിദ്യുത്കാന്ത വികിരണങ്ങളും പ്രതിഫലിപ്പിക്കാത്ത ഒരു സാങ്കല്പിക വസ്തു. എല്ലാ തരംഗങ്ങളും അതു് ആഗിരണം ചെയ്യും. അതുകൊണ്ടുതന്നെ ഇത്തരമൊരു വസ്തു കറുത്തു് അദൃശ്യമായിരിക്കും. അക്കാരണത്താലാണു് അത്തരമൊരു വസ്തുവിനു് ഈ പേരു് വന്നതു്. 1860ൽ ഗുസ്താവ് കിർഷോഫ് (Gustav Kirchhoff) ആണു് ഈ പേരു് കണ്ടെത്തിയതു്.
[തിരുത്തുക] സാങ്കല്പിക വസ്തു
ഇത്തരത്തിൽ ഒരു വസ്തു യഥാർത്ഥത്തിൽ ഇല്ല. കാർബണിന്റെ (കരി) ഒരു രൂപമായ ഗ്രാഫൈറ്റാണു് തമോവസ്തുവിന്റെ സ്വഭാവത്തിനു് ഏതാണ്ടു് അടുത്തെത്തുന്ന ഒരു യഥാർത്ഥ വസ്തു. അതിൽ പതിക്കുന്ന വിദ്യുത്കാന്ത (പ്രകാശ) രശ്മികളുടെ ഏതാണ്ടു് 97 ശതമാനവും അതു് ആഗിരണം ചെയ്യും എന്നു് കണക്കാക്കിയിരിക്കുന്നു. എണ്ണവിളക്കിൽ നിന്നു് ലഭിക്കുന്ന കരിയും (lamp black) ഈ സ്വഭാവമുള്ള വസ്തുവാണു്. അടുത്ത കാലത്തു് കാർബൺ നാനോട്യൂബുകളുപയോഗിച്ചു് തമോവസ്തുവിനോടു് കൂടുതൽ സാമ്യമുള്ള ഒരു പദാർത്ഥമുണ്ടാക്കാൻ ജാപ്പനീസ് ശാസ്ത്രജ്ഞർക്കു കഴിഞ്ഞിട്ടുണ്ടു്. പരീക്ഷണശാലകളിൽ തമോവസ്തുവിന്റെ സ്ഥാനത്തു് ഉപയോഗിക്കുന്നതു് ഗോളാകൃതിയിലുള്ള ഒരു ഉപകരണമാണു്. അതിലുള്ള ഒരു ചെറിയ ദ്വാരത്തിലൂടെ വികിരണങ്ങൾക്കു് ഉള്ളിൽ കടക്കുകയോ പുറത്തു വരികയോ ചെയ്യാം. ഉള്ളിൽ കടക്കുന്ന വികിരണങ്ങൾ ഉള്ളിൽ തന്നെ പല തവണ പ്രതിഫലിക്കുന്നു. ഓരോ തവണയും അതിന്റെ ഒരു ഭാഗം ആഗിരണം ചെയ്യപ്പെടുന്നു. അങ്ങനെ അതിൽ കടക്കുന്ന ഊർജ്ജം ഏതാണ്ടു് മുഴുവനുംതന്നെ ആഗിരണം ചെയ്യപ്പെടുന്നു. ഇതാണല്ലോ തമോവസ്തുവിന്റെ ഒരു സ്വഭാവം. ഇതുപോലെ, ആ ഗോളം ചൂടാക്കുമ്പോൾ അതിൽ നിന്നു് പുറത്തുവരുന്ന വികിരണങ്ങൾ തമോവസ്തുവിന്റെ വികിരണങ്ങളോടു് വളരെയധികം സമാനത പുലർത്തും.
ഓരോ വസ്തുവും അതിന്റെ താപനിലയ്ക്കനുസൃതമായി വിദ്യുതകാന്ത തരംഗങ്ങൾ വികിരണം ചെയ്യും. ഈ തരംഗങ്ങളുടെ സ്പെക്ട്രം ഒരു പ്രത്യേക രീതിയിലുള്ളതാണു്; താപനില മാറുന്നതിനനുസരിച്ചു് അതു് മാറുകയും ചെയ്യും. വസ്തുവിന്റെ താപനില ഏതാണ്ടു് 700 ഡിഗ്രി സെൽഷ്യസ് എത്തുമ്പോൾ നമുക്കതു് ചെന്നിറത്തിൽ ജ്വലിക്കുന്നതു് കാണാനാകും -- കൊല്ലന്റെ ആലയിൽ ഇരുമ്പു് ചൂടാക്കുമ്പോഴും മറ്റും കാണുന്നതുപോലെ. ക്രമേണ നിറം മാറി, ഏതാണ്ടു് 6000 ഡിഗ്രിയാകുമ്പോൾ പ്രസരിക്കുന്നതു് വെളുത്ത നിറമായിരിക്കും; അതായതു് ദൃശ്യമായ തരംഗദൈർഘ്യങ്ങളിലെല്ലാം പ്രകാശം വികിരണം ചെയ്യുന്നുണ്ടാകും. ഫിലമെന്റുള്ള ബൾബുകളിൽനിന്നു് പ്രകാശം ലഭിക്കുന്നതു് ഇങ്ങനെയാണു്. (പക്ഷേ ഫിലമെന്റിന്റെ താപനില ഏതാണ്ടു് 3000 ഡിഗ്രിയേ കാണൂ, കാരണം അതിൽ കൂടുതൽ ചൂടു് ഫിലമെന്റിനു് താങ്ങാനാവില്ല. അതുകൊണ്ടാണു് ബൾബിന്റെ പ്രകാശത്തിനു് ചെറിയ മഞ്ഞനിറം കാണുന്നതു്.) അങ്ങനെയിരിക്കെ തന്നെ, വികിരണം ചെയ്യുന്ന വസ്തുവിന്റെ സ്വഭാവമനുസരിച്ചു് സ്പെക്ട്രത്തിൽ മാറ്റങ്ങൾ കാണാം. എന്നാൽ പദാർത്ഥത്തിന്റെ സ്വഭാവം ബാധിക്കാത്ത, ശുദ്ധമായ ഒരു വികിരണസ്രോതസ്സു് എന്ന അർത്ഥത്തിലും തമോവസ്തു എന്ന പദമുപയോഗിക്കും. ശാസ്ത്രതത്വങ്ങളനുസരിച്ചു് ഈ സ്വഭാവമുള്ള വസ്തുക്കൾ എല്ലാ വികിരണങ്ങളും ആഗിരണം ചെയ്യുന്നതിലും സമർത്ഥമായിരിക്കണം.
അത്തരമൊരു വസ്തുവിൽ നിന്നു് വരുന്ന വികിരണത്തിനു് ``തമോവസ്തു വികിരണം (black body radiation) എന്നു പറയും. താപനില വർദ്ധിക്കുമ്പോൾ, വികിരണം ചെയ്യുന്ന പ്രകാശത്തിന്റെ തീവ്രത കൂടിവരുകയും ഏറ്റവും ഉയർന്ന തീവ്രതയുള്ള വികിരണത്തിന്റെ തരംഗദൈർഘ്യം കുറഞ്ഞുവരുകയും ചെയ്യുന്നു. ഏറ്റവും ഉയർന്ന തീവ്രതയുള്ള വികിരണമുണ്ടാകുന്ന തരംഗദൈർഘ്യം താപനിലയനുസരിച്ചു് മാറുന്നതെങ്ങനെ എന്നു് വീനിന്റെ നിയമം (Wien's displacement law) വ്യക്തമാക്കുന്നു. തമോവസ്തു ആകെ വികിരണം ചെയ്യുന്ന ഊർജ്ജത്തിന്റെ തോതു് സ്റ്റെഫാൻ-ബോൾട്ട്സ്മാൻ നിയമം (Stefan-Boltzmann law) അനുസരിച്ചാണു്.
ക്ലാസിക്കൽ ഭൌതികശാസ്ത്രത്തിന്റെ അടിസ്ഥാനത്തിൽ ഈ വികിരണങ്ങളുണ്ടാകുന്നതെങ്ങനെ എന്നും അതിന്റെ സ്പെക്ട്രവും വിശദീകരിക്കാൻ സാദ്ധ്യമല്ല. ഇതിനായി പല ശ്രമങ്ങളും നടന്നെങ്കിലും ഒന്നും പൂർണ്ണമായി വിജയിച്ചില്ല. അങ്ങനെയിരിക്കെയാണു് മാക്സ് പ്ലാങ്ക് (Max Planck) തന്റെ ക്വാണ്ടം സിദ്ധാന്തവുമായി വന്നതു്. പിന്നീടു് സൂക്ഷ്മ കണികകളുടെ ബലതന്ത്രം മാറ്റിമറിച്ച ക്വാണ്ടം ബലതന്ത്രം ആരംഭിച്ചതു് ഇവിടെ നിന്നാണു്. പ്ലാങ്കിന്റെ ക്വാണ്ടം സിദ്ധാന്തത്തിനു് തമോവസ്തുവികിരണത്തിന്റെ സ്പെക്ട്രം കൃത്യമായി വിശദീകരിക്കാനായി. ഭൌതികശാസ്ത്രത്തിന്റെ ചരിത്രത്തിലെ പ്രധാനപ്പെട്ടൊരു ചുവടുവയ്പായിരുന്നു ഇതു്.
ഒരു വസ്തു വികിരണം ചെയ്യുന്ന പ്രകാശത്തിന്റെ സ്പെക്ട്രവും അതിന്റെ താപനിലയും തമ്മിൽ ബന്ധമുള്ളതുകൊണ്ടു് താപനില നേരിട്ടു് അളക്കാൻ സാദ്ധ്യമല്ലാത്ത (താപനിലയുടെ ആധിക്യം കാരണമോ വസ്തുവിന്റെ ദൂരം കാരണമോ) സന്ദർഭങ്ങളിൽ അതിന്റെ സ്പെക്ട്രം കണ്ടെത്തിയിട്ടു് അതിൽനിന്നു് താപനില മലസിലാക്കുന്ന രീതി സ്വീകരിക്കാറുണ്ടു്. ജ്യോതിശാസ്ത്രത്തിലും ഉയർന്ന താപനില അളക്കേണ്ടി വരുന്ന ചില വ്യാവസായിക സാഹചര്യങ്ങളിലും മറ്റും ഈ രീതി പലപ്പോഴും ഉപയോഗിക്കാറുണ്ടു്. തമോവസ്തുവിന്റെ വികിരണത്തേക്കുറിച്ചുള്ള പഠനം ഇതിനു് സഹായകമാണു്.
