భౌతిక ప్రపంచం

 

            మానవులు ఎల్లప్పుడూ తమ చుట్టూ ఉన్న ప్రపంచం గురించి జిజ్ఞాసతో ఉంటారు. ఈ జిజ్ఞాసే విజ్ఞానశాస్త్రానికి పునాది వేసింది.

 

‣ విజ్ఞానశాస్త్రం (Science) లాటిన్ పదమైన సైంటియా (Scienta) నుంచి పుట్టింది. సైంటియా అంటే తెలుసుకోవడం అని అర్థం.
‣ సంస్కృత భాషాపదం విజ్ఞాన్, అరబిక్ భాషాపదం ఇల్మ్ అనేవి జ్ఞాన సంచయం (Knowledge)ను తెలియజేస్తాయి.
‣ ఈజిప్టు, చైనా, మెసపటోమియా, భారతదేశ నాగరికతలు విజ్ఞాన శాస్త్ర అభివృద్ధికి తోడ్పడ్డాయి.
‣ ప్రకృతి సహజమైన దృగ్విషయాలను సాధ్యమైనంత వివరంగా, లోతుగా అవగాహన చేసుకోవడానికి మనం చేసే వ్యవస్థిత ప్రయత్నమే విజ్ఞాన శాస్త్రం.
 

విజ్ఞాన శాస్త్రం రెండు విభాగాలు

1) భౌతిక రసాయన శాస్త్రం
2) జీవ శాస్త్రం
‣ భౌతిక శాస్త్రం ప్రకృతి శాస్త్రాల్లో ఒక మూల లేదా ప్రాథమిక విధ్యా విభాగం.
‣ భౌతిక శాస్త్రం అనే పదం ప్రకృతి అనే అర్థం కలిగిన ఒక గ్రీకు పదం నుంచి ఉద్భవించింది.
‣ సంస్కృతంలో భౌతిక ప్రపంచ అధ్యయనాన్ని సూచించడానికి వాడే తుల్య పదం భౌతిక్.
‣ ప్రకృతి మూల నియమాలు, ప్రకృతి సహజమైన విభిన్న దృగ్విషయాల్లో వాటి స్వయం వ్యక్తీకరణల అధ్యయనమే భౌతికశాస్త్రం అని పిలుస్తారు.
 

భౌతికశాస్త్రంలో పర్యావలోకనం చేయాల్సిన రెండు ప్రధాన అంశాలు

1. ఏకీకరణ (Unification)
2. హ్రస్వీకరణ (Reduction)
‣ హ్రస్వీకరణ భౌతిక శాస్త్రానికి హృదయం వంటిది.
 

సంప్రదాయ భౌతిక శాస్త్రం(Classical Physics)ప్రధానంగా నాలుగు విభాగాలు

1. యాంత్రిక శాస్త్రం (Mechanics)
2. విద్యుత్ గతిక శాస్త్రం (Electro Dynamics)
3. దృశా శాస్త్రం (Optics)
4. ఉష్ణగతిక శాస్త్రం (Thermo dynamics)
‣ భౌతిక శాస్త్రం అంతా గణిత శాస్త్రంలా ఊహనలపై ఆధారపడి ఉంటుంది.
‣ ఈ ఊహనలు పరికల్పన లేదా స్వీకృతం లేదా ఉపపాదన వంటివి.
‣ పరికల్పన అనేది యదార్థమని ముందే ఊహన చేయకుండానే మనం అనుకునే ఒక సంభావన.
‣ స్వీకృతం అనేది ఒక స్వయం వ్యక్తీకృత వాస్తవం. నమూనా అనేది పరిశీలించిన దృగ్విషయాలను వివరించడానికి ప్రతిపాదించే ఒక సిద్ధాంతం.
‣ సమాంతర రేఖలు ఎప్పుడూ కలుసుకోలేవని చెప్పే యూక్లిడ్ ప్రవచనం ఒక పరికల్పన.
‣ భౌతిక శాస్త్ర శాఖ అయిన ఉష్ణగతిక శాస్త్రం ఉష్ణ యంత్రాలు పని చేసే విధానం మెరుగుపరచాల్సిన అవసరం నుంచి జనించింది.
‣ ఆవిరి యంత్రం కనుక్కోవడం ద్వారా పారిశ్రామిక విప్లవం, 19వ శతాబ్దంలో విద్యుత్, అయస్కాంతాల మూల నియమాలను వివరించే నిస్తంత్రి సమాచార సాంకేతిక శాస్త్రం (Wirless communication system) ఆవిర్భవించడం జరిగింది.
 

శాస్త్రవేత్తలు - ఆవిష్కరణలు

‣ ఆర్కిమెడిస్ - గ్రీసు - ఉత్ల్పవన సూత్రం, తులాదండ సూత్రం.
‣ గెలీలియో గెలీలి - ఇటలీ - జడత్వ నియమం.
‣ క్రిస్టియన్ హైగెన్స్ - హాలెండ్ - కాంతి తరంగ సిద్ధాంతం.
‣ ఐజాక్ న్యూటన్ - యూకే - విశ్వగురుత్వాకర్షణ నియమం, గమన నియమాలు పరావర్తన సూక్ష్మదర్శిని.
‣ మైకెల్ ఫారడే - యూకే - విద్యుదయస్కాంత ప్రేరణ నియమాలు.
‣ జేమ్స్ క్లర్కు మాక్స్‌వెల్ - యూకే - విద్యుదయస్కాంత సిద్ధాంతం, కాంతి ఒక విద్యుదయస్కాంత తరంగం
‣ రుడాల్ఫ్ హెర్ట్జ్ - జర్మనీ - విద్యుదయస్కాంత తరంగాల ఉత్పాదన
‣ జగదీష్ చంద్రబోస్ - భారత్ - హ్రస్వ రేడియో తరంగాలు
‣ డబ్ల్యూ. కె. రాంట్‌జన్ - జర్మనీ - X - కిరణాలు
‣ జె. జె. థామ్సన్ - యూకే - ఎలక్ట్రాన్
‣ మేరీ స్లొడాస్కొ క్యూరి - పోలెండ్ - రేడియం, పొలోనియంల ఆవిష్కరణ, సహజ రేడియో ధార్మికతపై అధ్యయనాలు
‣ అల్బర్ట్ ఐన్‌స్టీన్ - జర్మనీ - కాంతి విద్యుత్ ఫలిత వివరణ, సాపేక్షతా సిద్ధాంతం
‣ విక్టర్ ఫ్రాన్సిస్ హెస్స్ - ఆస్ట్రియా - విశ్వకిరణం (కాస్మిక్ కిరణం)
‣ ఆర్.ఎ. మిల్లికాన్ - యూఎస్ఏ - విద్యుదావేశాన్ని కొలవడం (e/m విలువ)
‣ ఎర్నెస్ట్ రూథర్ ఫర్డ్ - న్యూజిలాండ్ - పరమాణు కేంద్రక నమూనా
‣ నీల్స్ బోర్ - డెన్మార్క్ - హైడ్రోజన్ పరమాణువు క్వాంటం
‣ సి.వి. రామన్ - భారత్ - కాంతి అస్థితి స్థాపక పరిక్షేపణ
‣ లూయీ విక్టర్ డీబ్రోగ్లి - ఫ్రాన్స్ - పదార్థతరంగ స్వభావం
‣ మేఘనాథ్ సాహ - భారత్ - ఉష్ణ అయనీకరణం
‣ ఊల్ఫ్ గాంగ్ పౌలీ - ఆస్ట్రియా - వర్జన నియమం
‣ ఎన్రికో ఫెర్మి - ఇటలీ - నియంత్రిత కేంద్రక విచ్ఛితి
‣ వెర్నర్ హైసెన్ బర్గ్ - జర్మనీ - క్వాంటం యాంత్రిక శాస్త్రం, అనిశ్చితత్వ సూత్రం
‣ పాల్ డి రాక్ - యూకే - ఎలక్ట్రాన్ సాపేక్షతా సిద్ధాంతం, క్వాంటం గణాంక శాస్త్రం
‣ ఎడ్విన్ హబుల్ - యూఎస్ఏ - వ్యాపిస్తున్న విశ్వం (Big Bang Theory)
‣ ఎర్నెస్ట్ ఓర్లాండో లారెన్స్ - యూఎస్ఏ - సైక్లోట్రాన్
‣ జేమ్స్ చాడ్విక్ - యూకే - న్యూట్రాన్
‣ హిడెకి యువావా - జపాన్ - కేంద్రక బలాల సిద్ధాంతం
‣ హోమీ జహంగీర్‌బాబా - భారత్ - విశ్వవికిరణ అంచెల ప్రక్రియ
‣ లెవ్ డెవిడోవిచ్ లాండ్యూ - రష్యా - సాంద్రీకృత పదార్థ సిద్ధాంతం, ద్రవహీలియం
‣ ఎస్. చంద్రశేఖర్ - భారత్ - చంద్రశేఖర పరిమితి నక్షత్రాల నిర్మాణం, పరిమాణం
‣ జాన్ బర్దీన్ - యూఎస్ఏ - ట్రానిస్టర్లు, అతివాహక సిద్ధాంతం
‣ సి.హెచ్ టౌన్స్ - యూఎస్ఏ - మేజర్, లేసర్
‣ అబ్దుస్ సలాం - పాకిస్థాన్ - దుర్బల, విద్యుదయస్కాంతం అన్యోన్యచర్యల ఏకీకరణ.
 

సాంకేతిక శాస్త్రం, భౌతిక శాస్రాల మధ్య ఉండే సంబంధం

‣ ఆవిరి యంత్రం - ఉష్ణగతిక శాస్త్ర నియమాలు
‣ కేంద్రక రియాక్టర్ - నియంత్రిత కేంద్రక చర్యలు
‣ రేడియో, టెలివిజన్ - విద్యుదయస్కాంత తరంగాల ఉత్పాదన, ప్రసరణ, శోధన
‣ కంప్యూటర్‌లు - డిజిటల్ తర్కం
‣ లేజర్లు - వికిరణ ఉత్తేజ ఉద్గారం ద్వారా కాంతి వర్ణనం
‣ అత్యధిక అయస్కాంత క్షేత్రాల ఉత్పత్తి - అతివాహకత రాకెట్ చోదనం - న్యూటన్ గమననియమాలు
‣ విద్యుత్ జనరేటర్ - ఫారడే విద్యుదయస్కాంత ప్రేరణ నియమాలు
‣ జల విద్యుత్ ఉత్పత్తి - గురుత్వ స్థితి శక్తిని విద్యుత్ శక్తిగా పరివర్తనం చెందించడం.
‣ విమానం - ప్రవాహి గతి శాస్త్రంలోని బెర్నౌలీ సూత్రం
‣ కణ త్వరణకాలు - విద్యుదయస్కాంత క్షేత్రాల్లో ఆవేశకాల చలనం
‣ సోనార్ - అతిధ్వని తరంగాల పరావర్తనం
‣ దృశాతంతువులు - సంపూర్ణాంతర పరావర్తనం
‣ అపరావర్తక పూతలు - పలుచని పొరల్లోని దృశా వ్యతికరణం
‣ ఎలక్ట్రాన్ సూక్ష్మదర్శిని - ఎలక్ట్రాన్‌ల తరంగ స్వభావం
‣ ఫోటోసెల్ - కాంతి విద్యుత్ ఫలితం
‣ సంలీన పరీక్ష రియాక్టర్(tocomac) - ప్లాస్మా అయస్కాంతీయ బంధనం
‣ బృహత్ మీటరు తరంగాల రేడియో దూరదర్శిని - విశ్వ రేడియో తరంగాల శోధనం
‣ బోస్ - ఐన్‌స్టీన్ కండెన్సేట్ - లేజర్ పుంజాలు, అయస్కాంత క్షేత్రాల ద్వారా పరమాణువులను శీతలీకరణం చెందించి బంధించడం
‣ భౌతిక శాస్త్రం అనేది ప్రకృతి, దాని సహజమైన దృగ్విషయాల గురించి అధ్యయనం చెస్తుంది.

ప్రకృతిలో 4 రకాల ప్రాథమిక బలాలు ఉన్నాయి

1. గురుత్వాకర్షణ బలం
2. విద్యుదయస్కాంత బలం
3. ప్రబల కేంద్రక బలం
4. దుర్బల కేంద్రక బలం
‣ గురుత్వాకర్షణ బలాన్ని విశ్వంలో అన్ని వస్తువులకు వర్తింపజేస్తారు. దీని వ్యాప్తి అనంతంగా ఉంటుంది.¤ దుర్బల కేంద్రక బలం వ్యాప్తి 10^-16 M, ప్రబల కేంద్రక బలం వ్యాప్తి 10^-15 M వరకు ఉంటుంది.
‣ దుర్బల కేంద్రక బలం న్యూట్రినో, ఎలక్ట్రాన్లలో జరుగుతుంది. ప్రబల కేంద్రక బలం న్యూక్లియాన్లు, భారతరమైన ప్రాథమిక కణాల్లో పరిక్రియ జరుపుతుంది.
‣ ఖగోళ, భౌమిక యాంత్రిక శాస్త్రాలను ఏకీకరించిన వారు న్యూటన్ (1687).
‣ విద్యుత్ అయస్కాంత దృగ్విషయాలు విడదీయరాని ఒకే ఏకీకృత క్షేత్రం అని నిరూపించినవారు ఆయిర్‌స్టెడ్ (1820), మైఖెల్ ఫారడే (1830).
‣ విద్యుత్ అయస్కాంతం దృశాశాస్త్రాలను ఏకీకృతం చేసిన వారు మాక్స్‌వెల్(1873).
‣ దుర్బల (బలహీన) కేంద్రక బలం, విద్యుదయస్కాంత బలం రెండింటిని ఏకైక విద్యుదీయ బలహీనబలం అని ఏకీకృతం చేసినవారు షెల్టన్ గ్లాసో, అబ్దుస్ సలాం, స్టీవెన్ వీన్ బెర్డ్.
‣ విద్యుదీయ బలహీన బలం సిద్ధాంతం చేప్పే ప్రాగుక్తాలను ప్రయోగాత్మకంగా ధృవ పరిచినవారు కార్లోరుబియా, సైమన్ వాండర్‌మీర్.
‣ ఐన్‌స్టీన్ సాపేక్షత సిద్ధాంతం తెలియక ముందు ద్రవ్యరాశినిత్యత్వ నియమాన్ని మూల నియమంగా ఉపయోగించేవారు.
‣ శక్తి, ద్రవ్య వేగం, కోణీయ ద్రవ్య వేగం, ఆవేశం వంటి నిత్యత్వాలను భౌతిక శాస్త్రంలో ప్రాథమిక నియమాలుగా పరిగణిస్తారు.
 

అల్బర్ట్ ఐన్‌స్టీన్

‣ జర్మనీలో ఉల్మ్ అనే ప్రాంతంలో 1879లో జన్మించాడు.
‣ ఇతని ప్రయోగ పత్రాల్లో మొదటి పత్రం : కాంతి క్వాంటాలు (ఫోటాన్) అనే భావన కాంతి విద్యుత్ ఫలితం లక్షణాలను వివరించడానికి.
రెండో ప‌త్రం: బ్రౌనియ‌న్ చ‌ల‌నాలను వివ‌రించ‌డానికి.
మూడో ప‌త్రం: సాపేక్ష సిద్ధాంతాన్ని వివ‌రించారు.
‣ శ‌క్తి తుల్యతా నియమం E = Δmc ఐన్‌స్టీన్ స‌మీక‌ర‌ణం.
‣ కృష్ణ వస్తు ఉత్తేజ ఉద్గారం అనే భావనను ప్రవేశపెట్టారు.
‣ 1905 లో భౌతిక శాస్త్రానికి ఐన్‌స్టీన్ చేసిన కృషికి గుర్తింపుగా 2005 సంవత్సరాన్ని 'అంతర్జాతీయ భౌతిక శాస్త్ర సంవత్సరం'గా ప్రకటించారు.
‣ క్వాంటం గణాంకశాస్త్రం క్వాంటం యాంత్రిక శాస్త్రంపై విమర్శనాత్మక విశ్లేషణ చేశారు.
 

సత్యేంద్రనాథ్ బోస్

‣ 1894 సంవత్సరంలో కలకత్తాలో జన్మించారు.
‣ సంప్రదాయ మాక్స్‌వెల్, బోల్జ్‌మన్ గణాంక శాస్త్ర భావన నుంచి ఆమూలాగ్రంగా భేద రహితమైనవిగా పరిగణించడం.
‣ బోస్ గౌరవార్థం పూర్ణాంక స్పిన్‌లు కలిగిన కణాలను బోసాన్లుగా పిలుస్తారు.
‣ బోస్ - ఐన్‌స్టీన్ గణాంక శాస్త్ర ముఖ్య పర్యవసానం ఏమంటే నిర్దిష్ట ఉష్ణోగ్రతకు కింది వాయు అణువులు ఒకే ఒక నిమ్నతను శక్తి స్థాయిలోకి ప్రవేశిస్తాయి.
‣ అతిశీతల క్షార పరమాణువుల విలీన వాయువును ఒక కొత్త పదార్థ స్థితిగా గుర్తించారు. దీన్నే బోస్ - ఐన్‌స్టీన్ కండెన్సేట్ అని అంటారు.
‣ ఇది ప్రతిపాదించిన 70 సంవత్సరాల తర్వాత ధృవీకరణం చేయడం జరిగింది.
 

సి.వి రామన్

‣ చంద్రశేఖర వెంకటరామన్ 1888, నవంబరు 7న తమిళనాడులోని తిరునామనక్కావల్ అనే గ్రామంలో జన్మించారు.
‣ 1917లో కలకత్తా విశ్వవిద్యాలయంలో ఆచార్యపదవి స్వీకరించారు.
‣ 1924లో రాయల్ సొసైటీ ఆఫ్ లండన్‌లో సభ్యునిగా చేరారు.
‣ 1930లో భౌతిక శాస్త్రంలో నోబెల్ బహుమతి లభించింది.
 

రామన్ ఎఫెక్ట్

     యానకంలోని అణువులు కంపన శక్తి స్థాయిల్లోకి ఉత్తేజం అయినప్పుడు జరిగే కాంతి పరిక్షేపణం గురించి వివరిస్తుంది. రామన్ తన జీవిత కాలాన్ని బెంగళూరులో ఇండియన్ ఇనిస్టిట్యూట్ ఆఫ్ సైన్స్ తర్వాత రామన్ రిసెర్చ్ ఇనిస్టిట్యూట్‌లో గడిపారు.
‣ 1931లో ఊల్ఫ్‌గాంగ్ పౌలి β - క్షయాన్ని ఉపయోగిస్తూ ఉద్గారంలో ఎలక్ట్రాన్‌తో పాటు మరొక కొత్త కణం ఉండి తీరాలని సరిగ్గా ఊహించాడు. వీటినే న్యూట్రినో అని పిలిచారు.