আলোর প্রকৃতি পদার্থ বিজ্ঞানের একটি গুরুত্বপূর্ণ অধ্যায় । আলো সবচেয়ে দ্রুত প্রকৃতির তরঙ্গবিশিষ্ট তরঙ্গে প্রবাহিত হয় এবং পৃথিবীতে জীবনের জন্য মৌলিকভাবে গুরুত্বপূর্ণ।
আলোর প্রকৃতি সাধারণত আলোর বিভিন্ন তত্ত্ব যেমন: কণাতত্ত্ব , তরঙ্গ তত্ত্ব , তাড়িত চৌম্বক তত্ত্ব এবং কোয়ান্টাম তত্ত্ব নিয়ে ব্যাপকভাবে আলোচনা করে ।
আলো প্রকৃতির বিভিন্ন অংশে ব্যাপকভাবে প্রতিফলিত হয়, যেমন সূর্য, ছায়া, চাঁদ, তারা, আলোর ঝিলিক, ইলেক্ট্রোম্যাগনেটিক ক্ষেত্র, আলোর শক্তি, আলোর রং এবং বৈদ্যুতিক আলো।
মূলত সকল আলোক শক্তির মূল উৎস সূর্য ।
প্রাণীদের চোখ আলোকের মাধ্যমে পরিবেশের তথ্য দেখা এবং উপযুক্ত সম্পর্ক স্থাপন করে।
প্রাণীদের জন্য আলো সামাজিক এবং প্রাকৃতিক প্রকৃতির ভালোবাসা এবং সংকটের কারণ হতে পারে।
আলো প্রকৃতির সৌন্দর্য এবং আলোর গুণগত বৈশিষ্ট্য মানুষের চেয়ে প্রাণীদের প্রাকৃতিক আবাসের জন্যও গুরুত্বপূর্ণ। বিজ্ঞানীরা আলোর গুণগত বৈশিষ্ট্য এবং
প্রক্রিয়াগুলি অনুসন্ধান করে এবং এটির ব্যবহার এবং প্রভাবগুলি বুঝতে চেষ্টা করে যাতে আমরা আলো প্রকৃতির সাথে ভালো সম্পর্ক স্থাপন করতে পারি।
আলো কাকে বলে
আলো এক ধরনের শক্তি বা বাহ্যিক কারণ, যা চোখে প্রবেশ করে দর্শনের অনুভূতি জন্মায়।
আলো বস্তুকে দৃশ্যমান করে আমাদের চোখের সামনে ধারণ করে, বস্তুত আলো নিজে অদৃশ্য। আমরা আলোকে দেখতে পাই না, কিন্তু আলোকিত বস্তুকে দেখি।
অর্থাৎ কোন বস্তুকে আমরা সরাসরি দেখতে পাই না । যখন আলোক রশ্নি কোন বস্তুর উপর পড়ে তখন সেই বস্তু থেকে প্রতিফলিত
আলোক রশ্মিই আমাদের চোখে গিয়ে আঘাত করে এবং সাথে সাথে মস্তিষ্ক সংকেত দেওয়ার পরপরই আমরা সেই বস্তুটিকে দেখতে পাই ।
বায়ুতে বা শূন্যস্থানে আলোর গতি প্রতি সেকেন্ডে ২৯,৯৭,৯২,৪৫৮ মিটার বা ১,৮৬,০০০ মাইল। যা প্রায় 3 লক্ষ কি:মি:/ সেকেন্ড বা 3 ×
মি/সেকেন্ড বা
3 ×
সে:মি:/সেকেন্ড
আলোর বিভিন্ন তত্ত্ব
আশ্চর্যের বিষয় হচ্ছে আলো কণা না তরঙ্গ সে বিষয়ে বিজ্ঞানীদের বিতর্কের অবসান এখনও হয় নি। এখন মনে করা হয় অবস্থা বিশেষ আলোক কণা অথবা তরঙ্গরূপে আচরণ করে। তবে কখনই একসঙ্গে কণা বা তরঙ্গ নয় । দীপ্তিমান বস্তু থেকে আলো কিভাবে আমাদের চোখে আসে তা ব্যাখ্যার জন্য বিজ্ঞানীরা এ পর্যন্ত চারটি তত্ত্ব প্রদান করেছেন। যথা-
| তত্ত্ব | প্রবক্তা | যা ব্যাখ্যা করা যায় |
|---|---|---|
| কণাতত্ত্ব | স্যার আইজ্যাক নিউটন (১৬৪২-১৭২৭) |
রৈখিক গতি, প্রতিফলন, প্রতিসরণ। |
| তরঙ্গ তত্ত্ব | ডাচ পদার্থবিদ হাইগেনস্ (উদ্ভাবন -১৬৭৮ সাল) |
প্ৰতিফলন, প্রতিসরণ, ব্যতিচার, অপবর্তন। |
| তাড়িত চৌম্বক তত্ত্ব | ম্যাক্সওয়েল (উদ্ভাবন -১৮৬৪) |
আলোর সমবর্তন; (কিন্তু আলোক-তড়িৎ নি:সরণ ব্যাখ্যা করা যায় না।) |
| কোয়ান্টাম তত্ত্ব | ম্যাক্স প্ল্যাঙ্ক (উদ্ভাবন -১৯০০) | আলোক-তড়িৎ নি:সরণ, কম্পটন ক্রিয়া, রমন ক্রিয়া । |
| তত্ত্ব | ব্যাখ্যা |
|---|---|
| কণাতত্ত্ব | কোন ভাস্বর বস্তু হতে অনবরত ঝাঁকে ঝাঁকে অতি ক্ষুদ্র কণিকা নির্গত হয়। এ কণিকাগুলোর কোন ওজন নেই এবং উৎস হতে এরা চারদিকে ছড়িয়ে পড়ে। কণিকাগুলো সরলরেখায় আলোর বেগের সমান গতিবেগে চারদিকে ধাবিত হয় এবং এরা চোখে প্রবেশ করে তখন দৃষ্টির অনুভূতি জন্মে । |
| তরঙ্গ তত্ত্ব | আলো তরঙ্গ আকারে এক স্থান হতে অন্য স্থানে যায় । ইথার নামে এক কাল্পনিক মাধ্যমের ভিতর দিয়ে আলো তরঙ্গ আকারে 3 × মি/সেকেন্ড বেগে সঞ্চালিত হয়ে এক জায়গা থেকে অন্য জায়গায় যায় এবং আমাদের চোখে পৌঁছে দর্শনের অনুভূতি সৃষ্টি করে। ইথারকে কল্পনা করা হয় একটি নিরবচ্ছিন্ন মাধ্যম রূপে যার স্থিতিস্থাপকতা অনেক বেশি কিন্তু ঘনত্ব খুবই কম। আলোর তরঙ্গ দৈর্ঘ্য খুব কম এবং নির্দিষ্ট দৈর্ঘ্যের তরঙ্গ নির্দিষ্ট বর্ণের অনুভূতি সৃষ্টি করে । |
| তাড়িত চৌম্বক তত্ত্ব | আলো এক প্রকার তড়িৎ চুম্বকীয় তরঙ্গ । যখন গতিশীল চৌম্বক ও তড়িৎ ক্ষেত্রের দ্রুত পর্যাবৃত্ত পরিবর্তন ঘটে তখন দৃশ্য ও অদৃশ্য বিকিরণের উদ্বব হয় যা তরঙ্গ আকারে 3 × মি/সেকেন্ড বেগে চারিদিকে ছড়িয়ে পড়ে। তাড়িত চৌম্বক তরঙ্গ একটি অনুপ্রস্থ তরঙ্গ এবং এর সঞ্চালনের জন্য ইথারের কল্পনার প্রয়োজন হয় না। |
| কোয়ান্টাম তত্ত্ব | “আলোকশক্তি কোন উৎস থেকে অবিচ্ছিন্ন তরঙ্গের আকারে না বেরিয়ে অসংখ্য ক্ষুদ্র ক্ষুদ্র শক্তিগুচ্ছ বা প্যাকেজ আকারে বের হয়।” প্রত্যেক রঙের আলোর জন্য এ শক্তি প্যাকেটের শক্তির একটা সর্বনিম্ন মান আছে। এই সর্বনিম্নমানের শক্তিসম্পন্ন কণিকাকে কোয়ান্টাম বা ফোটন বলে। ম্যাক্স প্ল্যাঙ্ক ১৯০০ সালে প্রথম এই তত্ত্ব প্রদান করেন। ১৯০৫ সালে আইনস্টাইন এই তত্ত্বের প্রমাণ করেন। যার জন্য ১৯২১ সালে তিনি নোবেল পুরস্কার পান। তিনি দেখান, কোন কোন ধাতুর উপর আলো পড়লে তাৎক্ষণিক ইলেকট্রন নির্গত হয় যাকে ফটোতড়িৎ ক্রিয়া বলে। আলোর তরঙ্গ ধর্মের সাহায্যে এই ঘটনার ব্যাখ্যা করা যায় না। কোয়ান্টাম তত্ত্বের সাহায্যে তিনি এই ঘটনার ব্যাখ্যা দেন। |
ফোটন কি
কোয়ান্টাম তত্ত্ব অনুসারে আলোকশক্তি কোন উৎস থেকে অবিচ্ছিন্ন তরঙ্গের আকারে না বেরিয়ে অসংখ্য ক্ষুদ্র ক্ষুদ্র গুচ্ছ বা প্যাকেট আকারে বের হয়। প্রত্যেক রং এর আলোর জন্য এই শক্তি প্যাকেটের শক্তির একটা সর্বনিম্ন মান আছে। এই সর্ব নিম্নমানের শক্তি সম্পন্ন কণিকাকে কোয়ান্টাম বা ফোটন বলে। ফোটন কণার কোন ভর নেই, ফলে এরা সর্বদা শূণ্যস্থানে আলোর গতিবেগের সমান বেগে ধাবিত হয়।এটি পদার্থ হিসাবে বিবেচিত হয় না । তবে এটি পদার্থের মতো শক্তি বহন করতে এবং প্রেরণ করতে পারে এবং একই সাথে একটি তরঙ্গের মতো কাজ করে। ফোটন তড়িৎ নিরপেক্ষ। এর কোন চার্জ নেই।
ফটো তড়িৎ ক্রিয়াঃ কোন কোন ধাতুর উপর আলো পড়লে তাৎক্ষনিক ইলেকট্রন নির্গত হয়, একে ফটো তড়িৎ ক্রিয়া বলে।
আপেক্ষিক তত্ত্ব (Theory of Relativity) : জার্মান পদার্থ বিজ্ঞানী আলবার্ট আইনস্টাইন ১৯০৫ সালে আপেক্ষিক তত্ত্ব বা Theory of Relativity প্রকাশ করেন। এ তত্ত্বের জন্যে তিনি জগৎ বিখ্যাত হন।
তিনি বর্ণনা করেন যে, কোনো কিছ আলোর বেগে চললে সময় ধীরে চলে এবং আলোর চেয়ে বেশি বেগে চলা সম্ভব নয়। তিনি আরো আবিষ্কার করেন যে, যেকোনো বস্তুকে শক্তিতে রূপান্তর করা সম্ভব।
১৯২১ সালে তিনি কোয়ান্টাম তত্ত্বের সাহায্যে আলোক তড়িৎ ক্রিয়া (Photo-electric Effect) ব্যাখ্যা করে তত্ত্ব প্রদান করেন । এই তত্ত্বের জন্য তিনি ১৯২১ সালে নোবেল পুরস্কার লাভ করেন ।
তাড়িত চৌম্বক বর্ণালী (electromagnetic spectrum)
পরমাণুতে কোন শক্তি সরবরাহ করা হলে ইলেকট্রন এক খোলক থেকে লাফিয়ে অন্য খোলকে চলে যায় পরে আবার ওরা যখন নিজ খোলকে ফিরে আসে তখন ইলেকট্রনের মধ্যে সঞ্চিত শক্তি আলোক শক্তি হিসাবে বিকরিত হয়।
এটাই তাড়িত চৌম্বক তরঙ্গ। গামা রশ্মি, এক্সরে, অতি বেগুণী রশ্মি, দৃশ্যমান আলো, অবলোহিত রশ্মি ও বেতার তরঙ্গ সবই তাড়িত চৌম্বক তরঙ্গ ।
সব তাড়িত চৌম্বক তরঙ্গের বেগ শূন্যের মধ্যে একই এবং তা সেকেন্ডে প্রায় ৩ লক্ষ কিমি। তাড়িত চৌম্বক তরঙ্গগুলোর পার্থক্য হল তরঙ্গ দৈর্ঘ্য বা কম্পাঙ্কে।
আলোর তরঙ্গ দৈর্ঘ্য A (Angstnom) এককে পরিমাপ করা হয়।
শক্তি তাড়িত চৌম্বক বিকিরণ বা তাড়িত চৌম্বক তরঙ্গগুলোকে তরঙ্গ দৈর্ঘ্যের বা কম্পাঙ্কের ভিত্তিতে কয়েকটি ভাগে ভাগ করা হয়েছে, একে তাড়িত চৌম্বক বর্ণালী বলে ।
তরঙ্গ দৈর্ঘ্যের ক্রমঃ
গামা রশ্মি <এক্সরে <অতি বেগুণী রশ্মি < দৃশ্যমান আলো <অবলোহিত রশ্মি < বেতার তরঙ্গ
বিভিন্ন তাড়িত চৌম্বক তরঙ্গের তুলনা:
| তাড়িত চৌম্বক তরঙ্গ | তরঙ্গ দৈর্ঘ্য | বিবরণ |
|---|---|---|
| গামা রশ্মি | m চেয়ে ছোট | সবচেয়ে ক্ষুদ্র তরঙ্গ দৈর্ঘ্যের বিকিরণ। পারমাণবিক বিস্ফোরণের ফলে তেজষ্ক্রিয় গামা রশ্মিউৎপন্ন হয়। গামারশ্মি জীবদেহের যে ক্ষতি করে: • দেহ পুড়ে যেতে পারে। • জ্বর, বমি বমি ভাব হতে পারে । • অকালে চুল পড়ে যেতে পারে । • বেশি মাত্রায় পড়লে ক্যানসার ও টিউমার হতে পারে। • অত্যধিক মাত্রায় পড়লে মানুষের মৃত্যু পর্যন্ত ঘটতে পারে। |
| রঞ্জন রশ্মি / এক্সরে | m থেকে ছোট m | রঙিন টেলিভিশন হতে চোখের জন্য ক্ষতিকর রঞ্জন রশ্মি বের হয়। তবে তা বর্তমানের প্রচলিত LED মনিটরে রঞ্জন রশ্মি বের হয় না । |
| অতি বেগুণী রশ্মি (Ultra violet ray) |
m থেকে 3.5 × m | অতিবেগুনী রশ্মির উৎস হলো সূর্য । এই রশ্মি শরীরের ত্বকে ভিটামিন-ডি তৈরি করতে সাহায্য করে। তবে এই রশ্মিতে বেশিক্ষণ থাকলে চোখের ক্ষতি হতে পারে। এ রশ্মি মানুষের শরীরে দীর্ঘক্ষণ পড়লে ঘা হয়ে যেতে পারে। |
| দৃশ্যমান আলো | 4 × m থেকে 7 × m A - A |
দৃশ্যমান আলোর মধ্যে বেগুনি আলোর তরঙ্গ দৈর্ঘ্য সবচেয়ে কম । পদার্থবিজ্ঞান দৃশ্যমান আলোর মধ্য লাল আলোর তরঙ্গ দৈর্ঘ্য সবচেয়ে বেশি। তাই সবচেয়ে দূর থেকে লাল রং-কে দেখা যায় । |
| অবলোহিত রশ্মি (Infrared ray) | m থেকে m | যে সকল তড়িৎ চৌম্বক বিকিরণের তরঙ্গ | দৈর্ঘ্যের সীমা ১ মাইক্রোমিটার থেকে ১ মিলিমিটার পর্যন্ত তাদের বলা হয় অবলোহিত বিকিরণ।
এটি খালি চোখে দেখা যায় না। সাধারণত টিভি রিমোর্ট | কন্ট্রোল, পিসির তারবিহীন কীবোর্ড মাউস ইত্যাদিতে এটি ব্যবহৃত হয়। সূর্য থেকে যে বিকীর্ণ তাপ আসে তা অবলোহিত রশ্মি। কাঠের আগুন থেকে যে তাপ বিকীর্ণ হয়, সেটাও অবলোহিত রশ্মি। |
| মাইক্রোওয়েভ | m থেকে 1m | রাডার, টিভি ও মোবাইল ফোনে মাইক্রোওয়েভ তরঙ্গ ব্যবহার করা হয়। |
| বেতার তরঙ্গ | m থেকে 5 × m | সর্ববৃহৎ তরঙ্গ দৈর্ঘ্যের বিকিরণ |
দৃশ্যমান আলোর ক্ষুদ্রতম তরঙ্গ দৈর্ঘ্য - বেগুনি রঙের ।
দৃশ্যমান আলোর বৃহত্তম তরঙ্গ দৈর্ঘ্য - লাল রঙের।
| রঙ | তরঙ্গ দৈর্ঘ্য, A |
|---|---|
| বেগুনী | ৩৮০০-৪৫০০ |
| নীল | ৪৫০০-৪৮০০ |
| আসমানী | ৪৮০০-৫০০০ |
| সবুজ | ৫০০০-৫৫০০ |
| হলুদ | ৫৫০০-৫৯০০ |
| কমলা | ৫৯০০-৬৪০০ |
| লাল | ৬৪০০ - ৭৮০০ |
বেতার তরঙ্গের প্রকারভেদ: বেতার তরঙ্গকে কয়েকটি ভাগে ভাগ করা যায়ঃ
ক) মিডিয়ামওয়েভ বা মাঝারি তরঙ্গ : 200m থেকে 500m দৈর্ঘ্যের তরঙ্গ।
খ) শর্টওয়েভ বা হ্রস্ব তরঙ্গর দৈর্ঘ্য : 10m থেকে 100m দৈর্ঘ্যের তরঙ্গ।
গ) মাইক্রোওয়েভ বা অতিহ্রস্ব তরঙ্গ : m থেকে m দৈর্ঘ্যের তরঙ্গ ।
রেডিওতে যে তড়িৎ চৌম্বক তরঙ্গ ব্যবহার করা হয়:
নিকটবর্তী স্থানে সম্প্রচারের জন্য : মিডিয়ামওয়েভ
দূরবর্তী স্থানে সম্প্রচারের জন্য : শর্টওয়েভ
রেডিও সম্প্রচারের ক্ষেত্রে কিভাবে অডিও সিগনাল পাঠানো হয়:
মিডিয়ামওয়েভ : কম্পাঙ্ক (Frequency) মডুলেশন করে,
শর্টওয়েভ : বিস্তার (Amplitude) মডুলেশন করে।
বাংলাদেশে টিভি সম্প্রচারের ক্ষেত্রে অডিও সিগনাল পাঠানো হয় কিভাবে: ফ্রিকুয়েন্সী মডুলেশন করে।
দূরবর্তী স্থানে টেলিভিশন তরঙ্গ কৃত্রিম উপগ্রহ বা স্যাটেলাইটের মাধ্যমে রিলে করা হয় কেন: টেলিভিশন তরঙ্গের তরঙ্গদৈর্ঘ্য ক্ষুদ্রতর। এরা ঊর্ধ্ব বায়ুমণ্ডলের স্তর থেকে প্রতিফলিত হয় না এবং কোন উঁচু বাধা (যেমন পাহাড়-পর্বত) দ্বারা খুবই সামান্যই পরিবর্তিত হয়। গ্রাহকযন্ত্রে উত্তম সিগন্যাল পেতে হলে এই ধরনের তরঙ্গের জন্য প্রেরক অ্যানটেনা থেকে গ্রাহক (টিভি) অ্যারিয়েল পর্যন্ত ভ্রমণ-পথ সরলরেখা হওয়া উচিত। এ জন্য দূরবর্তী স্থানে টেলিভিশন তরঙ্গ কৃত্রিম উপগ্রহ বা (স্যাটেলাইট)-এর মাধ্যমে রিলে করা হয়।
আলোকবর্ষ: এক বছরে আলোক রশ্মি যে দুরত্ব অতিক্রম করে, তাকে আলোক বর্ষ বলে । আলোক বর্ষ দূরত্বের একক ।
১ আলোক বর্ষ = আলোর গতিবেগ × ১ বছরের সেকেন্ড সংখ্যা
= 3 ×
সে.মি./ সে. × (365 × 24 × 60 × 60) সে.
= 9.40 × কি.মি
[
১ পারসেক ≈ ২০৬২৬৪.৮১ অট (আসট্রোনোমিক্যাল ইউনিট)
≈ ৩০.৮৫৬৭৭৬ ট্রিলিয়ন কিলোমিটার
≈ ৩. ০২৬১৫৬৩৮ আলোকবর্ষ]