Question

ম্যাক্সওয়েলের তত্ত্ব দিয়ে রাদারফোর্ডের মডেলের সীমাবদ্ধতা ব্যাখ্যা করা হয়?

Answer 1

বিষয়টি বুঝতে হলে প্রথমে ম্যাক্সওয়েলের তত্ত্ব এবং রাদারফোর্ডের মডেল সম্পর্কে স্পষ্ট ধারণা নেওয়া দরকার। 

রাদারফোর্ডের মডেল অনুযায়ী, পরমাণুর কেন্দ্রে একটি নিউক্লিয়াস থাকে এবং ইলেকট্রনগুলো নিউক্লিয়াসের চারপাশে ঘোরে। এই ঘূর্ণন একটি ত্বরণ, কারণ ইলেকট্রনের দিক প্রতিনিয়তই পরিবর্তিত হচ্ছে।

ম্যাক্সওয়েলের তড়িৎচুম্বকীয় তত্ত্ব অনুসারে, যখন কোনো চার্জিত কণা (যেমন ইলেকট্রন) ত্বরণ (acceleration) নিয়ে ঘোরে, তখন সেটি তড়িৎচুম্বকীয় তরঙ্গ (electromagnetic wave) আকারে শক্তি বিকিরণ করে। এই শক্তি বিকিরণের ফলে ইলেকট্রনের শক্তি কমতে থাকে।

যেহেতু ইলেক্ট্রন একটি চার্জিত কণা তাই ম্যাক্সওয়েলের কথা অনুযায়ী এটি যখন নিউক্লিয়াসকে কেন্দ্র করে ঘুরে তখন এর শক্তি বিকিরণ করে শক্তি কমতে থাকার কথা এবং শক্তি কমতে কমতে একসময় নিউক্লিয়াসে পতিত হয়ে যাওয়ার কথা। কিন্তু বাস্তবে এমনটা হয় না। ইলেক্ট্রন নিউক্লিয়াসকে কেন্দ্র করে প্রতিনিয়ত ঘুরতেই থাকে। 

ইলেক্ট্রনের এই ধর্মকে ম্যাক্সওয়েলের তড়িৎচুম্বকীয় তত্ত্ব দিয়ে ব্যাখ্যা করা যায় না। কিন্তু ম্যাক্সওয়েলের তত্ত্বও ভুল নয় বরং এটি বৃহৎ বস্তুর ক্ষেত্রে (ম্যাক্রোস্কোপিক জগত) সফলভাবে কাজ করে। কিন্তু পরমাণুর মতো ক্ষুদ্র বস্তুর ক্ষেত্রে চিরায়ত পদার্থবিদ্যা (Classical Physics) কাজ করে না। এটা ম্যাক্সওয়েলের তড়িৎচুম্বকীয় তত্ত্ব এর একটি সীমাবদ্ধতা।

তাহলে কেন ম্যাক্সওয়েলের তত্ত্ব দিয়ে রাদারফোর্ডের মডেলের সীমাবদ্ধতা ব্যাখ্যা করা হয়?

রাদারফোর্ডের মডেল যখন প্রস্তাব করা হয় তখন কোয়ান্টাম মেকানিক্সের ধারণা ছিল না। বিজ্ঞানীরা চিরায়ত পদার্থবিদ্যার উপর নির্ভর করেই সবকিছু ব্যাখ্যা করার চেষ্টা করতেন। সেই সময়ে ম্যাক্সওয়েলের তত্ত্ব ছিল অন্যতম প্রতিষ্ঠিত একটি তত্ত্ব। পরবর্তীতে কোয়ান্টাম মেকানিক্সের আবির্ভাবের পর জানা যায় যে, ইলেকট্রন নির্দিষ্ট কক্ষপথে ঘোরে এবং শক্তি বিকিরণ করে না। কোয়ান্টাম মেকানিক্স অনুসারে, ইলেকট্রনগুলো নির্দিষ্ট শক্তি স্তরে (energy level) থাকে এবং এই স্তরগুলোতে ঘোরার সময় তারা শক্তি বিকিরণ করে না।

আপনার প্রশ্ন ছিল "ভুল দিয়ে ভুল কেমনে ধরলো?"। এখানে ম্যাক্সওয়েলের তত্ত্ব ভুল নয় বরং রাদারফোর্ডের মডেলের সীমাবদ্ধতা বোঝানোর জন্য এটি একটি শক্তিশালী হাতিয়ার হিসেবে ব্যবহৃত হয়েছে। ম্যাক্সওয়েলের চিরায়ত তত্ত্ব পরমাণুর ক্ষেত্রে প্রযোজ্য নয় - এটা বোঝানোর জন্যই ম্যাক্সওয়েলের তত্ত্বের সাহায্যে রাদারফোর্ডের মডেলের ত্রুটি দেখানো হয়। এই ত্রুটি বা সীমাবদ্ধতা থেকেই বুঝা যায় যে এটি ব্যাখ্যা করতে নতুন থিওরি দরকার সেটাই হলো কোয়ান্টাম থিওরি, আর তার প্রথম ধাপ ছিল বোরের মডেল।

আরোও পড়ুনঃ https://quicktakes.io/learn/physics/questions/what-are-the-limitations-of-maxwells-equations-in-modern-physics