भौतिकी का परिचय और क्वांटम यांत्रिकी

भौतिकी का परिचय

• भौतिकी एक प्राकृतिक विज्ञान है जो पदार्थ, इसके मूलभूत घटकों, अंतरिक्ष और समय के माध्यम से इसकी गति और व्यवहार, और ऊर्जा और बल से संबंधित संस्थाओं का अध्ययन करता है।
• भौतिकी सबसे मूलभूत वैज्ञानिक विषयों में से एक है, और इसका मुख्य लक्ष्य यह समझना है कि ब्रह्मांड कैसे व्यवहार करता है।

क्वांटम यांत्रिकी (Quantum Mechanics)

• क्वांटम यांत्रिकी भौतिकी में एक मूलभूत सिद्धांत है जो परमाणुओं और उपपरमाण्विक कणों के पैमाने पर प्रकृति के भौतिक गुणों का विवरण प्रदान करता है।
• इसे क्वांटम भौतिकी या क्वांटम सिद्धांत के रूप में भी जाना जाता है।
• क्वांटम यांत्रिकी में परिमाणीकरण, तरंग-कण द्वैत, अनिश्चितता सिद्धांत और संभाव्य विवरण शामिल हैं।
• परिमाणीकरण इस तथ्य को संदर्भित करता है कि कई भौतिक मात्राएँ केवल असतत मात्राओं (क्वांटा) में मौजूद हैं।
• तरंग-कण द्वैत वह अवधारणा है कि प्रत्येक प्राथमिक कण या क्वांटम इकाई को एक कण और एक तरंग दोनों के रूप में वर्णित किया जा सकता है।
• अनिश्चितता सिद्धांत बताता है कि कण के कुछ भौतिक गुणों, जैसे स्थिति और गति, को एक साथ ज्ञात करने की सटीकता की एक मौलिक सीमा है।
• क्वांटम यांत्रिकी भौतिक घटनाओं का वर्णन करने के लिए संभाव्यता का उपयोग करता है।
• सिस्टम के व्यवहार को एक गणितीय फ़ंक्शन द्वारा वर्णित किया गया है जिसे तरंग फ़ंक्शन कहा जाता है, जो श्रोडिंगर समीकरण के अनुसार समय में विकसित होता है।
• तरंग फ़ंक्शन के निरपेक्ष मान का वर्ग किसी विशेष समय पर किसी विशेष स्थान पर कण को ​​खोजने की संभाव्यता घनत्व देता है।
• क्वांटम यांत्रिकी को क्वांटम कंप्यूटिंग, क्वांटम क्रिप्टोग्राफी और क्वांटम टेलीपोर्टेशन सहित कई क्षेत्रों में लागू किया गया है।
• क्वांटम यांत्रिकी का उपयोग कई घटनाओं को समझाने के लिए किया जाता है, जैसे परमाणुओं की संरचना, लेज़रों का व्यवहार और सेमीकंडक्टरों के गुण।

क्लासिकल यांत्रिकी (Classical Mechanics)

• क्लासिकल यांत्रिकी स्थूल वस्तुओं की गति का वर्णन करता है, जैसे प्रक्षेप्य से लेकर मशीनरी के हिस्से, और खगोलीय वस्तुएं, जैसे अंतरिक्ष यान, ग्रह और तारे।
• यह न्यूटन के गति के नियमों पर आधारित है, जो किसी वस्तु पर लगने वाले बलों और उसकी गति के बीच संबंध का वर्णन करते हैं।
• क्लासिकल यांत्रिकी में ऊर्जा, संवेग और कोणीय संवेग के संरक्षण के नियम भी शामिल हैं, जो भौतिकी के मूलभूत सिद्धांत हैं।
• क्लासिकल यांत्रिकी मानता है कि अंतरिक्ष और समय निरपेक्ष हैं और यह नियतत्ववाद पर निर्भर करता है।
• क्लासिकल यांत्रिकी वस्तुओं की गति का सटीक वर्णन करता है जब क्वांटम यांत्रिकी और विशेष सापेक्षता के प्रभाव नगण्य होते हैं।
• लैग्रेंजियन यांत्रिकी और हैमिल्टनियन यांत्रिकी क्लासिकल यांत्रिकी के पुन: निर्माण हैं जो समस्याओं को हल करने के लिए एक अधिक सारगर्भित और शक्तिशाली दृष्टिकोण प्रदान करते हैं।
• ये फॉर्मूलेशन कम से कम क्रिया के सिद्धांत पर आधारित हैं, जो बताता है कि समय में दो बिंदुओं के बीच सिस्टम द्वारा लिया गया पथ वह है जो क्रिया को कम करता है, सिस्टम की ऊर्जा से संबंधित एक मात्रा।

विद्युत चुंबकत्व (Electromagnetism)

• विद्युत चुंबकत्व भौतिकी की वह शाखा है जो विद्युत आवेशों और चुंबकीय क्षेत्रों के बीच की बातचीत से संबंधित है।
• इसका वर्णन मैक्सवेल के समीकरणों द्वारा किया गया है, जो चार समीकरणों का एक सेट है जो विद्युत और चुंबकीय क्षेत्रों को विद्युत आवेशों और धाराओं से संबंधित करते हैं जो उन्हें उत्पन्न करते हैं।
• विद्युत चुंबकत्व कई घटनाओं की व्याख्या करता है, जिनमें प्रकाश, रेडियो तरंगें और एक्स-रे शामिल हैं, जो सभी विद्युत चुम्बकीय विकिरण के रूप हैं।
• विद्युत चुम्बकीय बल परमाणुओं और अणुओं को एक साथ रखने के लिए जिम्मेदार होते हैं।
• विद्युत चुंबकत्व के कई व्यावहारिक अनुप्रयोग हैं, जिनमें विद्युत ऊर्जा उत्पादन, दूरसंचार और मेडिकल इमेजिंग शामिल हैं।
• विद्युत चुम्बकीय तरंगें विद्युत और चुंबकीय क्षेत्रों में विक्षोभ हैं जो प्रकाश की गति से अंतरिक्ष के माध्यम से फैलते हैं।
• विद्युत चुम्बकीय तरंगों को ध्रुवीकृत किया जा सकता है, जिसका अर्थ है कि विद्युत क्षेत्र एक विशिष्ट दिशा में दोलन करता है।
• विद्युत चुम्बकीय स्पेक्ट्रम विद्युत चुम्बकीय विकिरण की सभी संभावित आवृत्तियों की श्रेणी है।

ऊष्मागतिकी (Thermodynamics)

• ऊष्मागतिकी भौतिकी की वह शाखा है जो ऊष्मा, कार्य और ऊर्जा और उनके संबंधों से संबंधित है।
• यह ऊष्मागतिकी के नियमों पर आधारित है, जो मूलभूत सिद्धांतों का एक सेट है जो भौतिक प्रणालियों में ऊर्जा के व्यवहार को नियंत्रित करता है।
• ऊष्मागतिकी का पहला नियम बताता है कि ऊर्जा संरक्षित है, जिसका अर्थ है कि इसे बनाया या नष्ट नहीं किया जा सकता है, लेकिन इसे एक रूप से दूसरे रूप में स्थानांतरित किया जा सकता है।
• ऊष्मागतिकी का दूसरा नियम बताता है कि एक पृथक प्रणाली की एन्ट्रापी हमेशा बढ़ती है या स्थिर रहती है, लेकिन यह कभी भी कम नहीं होती है। एन्ट्रापी एक प्रणाली के विकार या यादृच्छिकता का माप है।
• ऊष्मागतिकी का तीसरा नियम बताता है कि जैसे-जैसे तापमान परम शून्य के करीब पहुंचता है, एक प्रणाली की एन्ट्रापी एक स्थिर मान तक पहुंच जाती है।
• ऊष्मागतिकी के कई व्यावहारिक अनुप्रयोग हैं, जिनमें बिजली उत्पादन, प्रशीतन और रासायनिक अभिक्रियाएँ शामिल हैं।
• ऊष्मागतिक प्रक्रियाओं को प्रतिवर्ती या अपरिवर्तनीय के रूप में वर्गीकृत किया जा सकता है, यह इस बात पर निर्भर करता है कि उन्हें एन्ट्रापी में बिना किसी शुद्ध परिवर्तन के उलटा किया जा सकता है या नहीं।
• कार्नोट चक्र एक सैद्धांतिक ऊष्मागतिक चक्र है जो ऊष्मा को कार्य में बदलने का सबसे कुशल संभव तरीका है।

सापेक्षता (Relativity)

• सापेक्षता अल्बर्ट आइंस्टीन द्वारा विकसित अंतरिक्ष और समय का एक सिद्धांत है।
• इसमें दो मुख्य भाग होते हैं: विशेष सापेक्षता और सामान्य सापेक्षता।
• विशेष सापेक्षता स्थिर वेग से गति करने वाले पर्यवेक्षकों के लिए अंतरिक्ष और समय के बीच संबंध से संबंधित है।
• विशेष सापेक्षता के प्रमुख अभिधारणाओं में से एक यह है कि निर्वात में प्रकाश की गति सभी पर्यवेक्षकों के लिए समान होती है, चाहे प्रकाश स्रोत की गति कुछ भी हो।
• विशेष सापेक्षता समय फैलाव, लंबाई संकुचन और द्रव्यमान और ऊर्जा की समानता (E=mc^2) की ओर ले जाती है।
• सामान्य सापेक्षता द्रव्यमान और ऊर्जा के कारण अंतरिक्ष समय के वक्रता के रूप में गुरुत्वाकर्षण से संबंधित है।
• सामान्य सापेक्षता गुरुत्वाकर्षण लेंसिंग, ब्लैक होल और गुरुत्वाकर्षण तरंगों जैसी घटनाओं की भविष्यवाणी करती है।
• सापेक्षता के कई व्यावहारिक अनुप्रयोग हैं, जिनमें जीपीएस नेविगेशन, पार्टिकल एक्सीलरेटर और परमाणु ऊर्जा शामिल हैं।
• सामान्य सापेक्षता न्यूटोनियन गुरुत्वाकर्षण को संशोधित करती है और गुरुत्वाकर्षण का अधिक सटीक विवरण प्रदान करती है, खासकर मजबूत गुरुत्वाकर्षण क्षेत्रों में।
• गुरुत्वाकर्षण तरंगें त्वरित द्रव्यमान और ऊर्जा के कारण अंतरिक्ष समय में तरंगें हैं।