व्यतिकरण और विवर्तन

इस लेख में हम व्यतिकरण (Interference) और विवर्तन (Diffraction) की परिघटनाओं का अध्ययन करने जा रहे हैं। हम उनके बारे में विस्तार से अध्ययन करेंगे, और उनके बीच के अंतर को भी समझने की कोशिश करेंगे।

Table of Contents

• व्यतिकरण क्या होता है?
• विवर्तन क्या होता है?
• व्यतिकरण और विवर्तन के बीच अंतर

व्यतिकरण क्या होता है?

प्रकाश तरंगों का व्यतिकरण एक ऐसी घटना है जिसमें तरंगों के अध्यारोपण (superposition) के कारण ऊर्जा का पुनर्वितरण (redistribution) होता है। यानी, तरंगों के व्यतिकरण के दौरान कोई ऊर्जा नहीं खोती है - केवल उच्चिष्ट (मैक्सिमा/maxima) और निम्निष्ठ (मिनिमा/minima) के बीच ऊर्जा का पुनर्वितरण होता है।

व्यतिकरण, तरंगों की एक मूलभूत विशेषता है, अर्थात सभी प्रकार की तरंगें इस घटना को प्रदर्शित करती हैं, न कि केवल प्रकाश तरंगें।

• संपोषी व्यतिकरण (Constructive interference): जहां तरंगें आपस में परस्पर क्रिया करके अधिकतम तीव्रता के बिंदु बनाती हैं।
• विनाशी व्यतिकरण (Destructive interference): जहां तरंगें आपस में परस्पर क्रिया करके न्यूनतम तीव्रता के बिंदु बनाती हैं।

यंग का प्रयोग

1801 में थॉमस यंग (Thomas Young) ने एक प्रयोग किया जो बाद में यंग के डबल स्लिट प्रयोग (Young’s double slit experiment) के रूप में जाना जाने लगा। यह पहली बार था कि व्यतिकरण की घटना को प्रयोगात्मक रूप से प्रदर्शित किया गया था। इसने पहली बार प्रकाश की तरंग प्रकृति को स्पष्ट रूप से सिद्ध किया।

आइए, अब इस प्रयोग के सेटअप को समझते हैं।

• प्रकाश की एक किरण या इलेक्ट्रान बीम, एक छोटे से छिद्र या दरार (भट्ठा, slit) के माध्यम से एक अंधेरे कमरे के अंदर प्रवेश करवायी जाती है।
• प्रकाश की किरण एक डार्क स्क्रीन पर पड़ती है, जिस पर दो छोटे पिनहोल/छिद्र (या दो दरार) होते हैं, जिससे होकर प्रकाश आगे जा सकता है।
• इसके बाद कुछ दूरी पर एक सफेद स्क्रीन लगाई जाती है, जिस पर व्यतिकरण (इंटरफेरेंस) पैटर्न दिखाई देता है।

मूल रूप से, जब दो पिनहोलों से प्रकाश निकलता है, तो ये दो प्रकाश तरंगें एक-दूसरे के साथ व्यतिकरण करती हैं और तीव्रता की उच्चिष्ट और निम्निष्ठ बनाती हैं। इस व्यतिकरण पैटर्न को सफेद स्क्रीन पर नियमित रूप से दिखती हल्की और गहरी रेखाओं के बैंड के रूप में देखा जा सकता है।

गहरी/काली रेखाओं का निर्माण, यंग के डबल-स्लिट प्रयोग द्वारा दिया गया पहला स्पष्ट प्रमाण था कि प्रकाश में प्रकाश जोड़कर भी अंधकार पैदा किया जा सकता है। यंग द्वारा इसकी अपेक्षा की गई थी, क्योंकि वह प्रकाश के तरंग सिद्धांत में विश्वास करते थे।

व्यतिकरण के वास्तविक जीवन उदाहरण

• पानी पर फैला मिट्टी का तेल प्रकाश के व्यतिकरण के कारण सतह पर अलग-अलग रंग दिखाता है।
• साबुन के बुलबुले प्रकाश के व्यतिकरण के कारण सूर्य के प्रकाश में विभिन्न चमकीले रंग प्रदर्शित करते हैं।

विवर्तन क्या होता है?

प्रकाश का विवर्तन एक बाधा या छिद्र के कोनों के चारों ओर प्रकाश तरंग का झुकना/मुड़ना (bending) है।

यह एक ऐसी घटना है जो सभी प्रकार की तरंगों द्वारा प्रदर्शित होती है, न कि केवल प्रकाश तरंगों द्वारा। अतः ध्वनि तरंगों, जल तरंगों, द्रव्य तरंगों आदि में भी हमें विवर्तन देखने को मिलता है।

हालांकि, प्रकाश का विवर्तन प्रभाव हमारे दैनिक जीवन में आसानी से दिखाई नहीं देता है। ऐसा इसलिए है क्योंकि प्रकाश की तरंग दैर्ध्य अधिकांश बाधाओं के आयामों से बहुत छोटी होती है।

विवर्तन के वास्तविक जीवन उदाहरण

• एक अपारदर्शी वस्तु द्वारा डाली गई छाया में, हमें ज्यामितीय छाया के क्षेत्र के करीब एकांतर अंधकारमय और उज्ज्वल क्षेत्र देखने को मिलते हैं (जैसे हम व्यतिकरण पैटर्न में देखते हैं)। ऐसा विवर्तन के कारण होता है।
• अगर आप 2010 से पहले कंप्यूटर का इस्तेमाल करते थे तो आपको सीडी और डीवीडी के बारे में जरूर पता होगा। इन डेटा स्टोरेज डिस्क में भी विवर्तन प्रभाव के कारण विभिन्न प्रकार के रंग दिखते थे।
• विवर्तन की घटना हमारी आंख या ऑप्टिकल उपकरणों (जैसे दूरबीन, सूक्ष्मदर्शी) की परिमित विभेदन क्षमता (finite resolution) को सीमित करती है।

व्यतिकरण और विवर्तन के बीच अंतर

रिचर्ड फेनमैन (Richard Feynman) के अनुसार, कोई भी व्यतिकरण और विवर्तन के बीच के अंतर को संतोषजनक ढंग से परिभाषित करने में सक्षम नहीं है। (उन्होंने भौतिकी पर अपने प्रसिद्ध फेनमैन व्याख्यान के दौरान यह कहा।)

ऐसा इसलिए है, क्योंकि इन दोनों घटनाओं के बीच कोई महत्वपूर्ण भौतिक अंतर नहीं है। हम इसे मामले (use case) के आधार पर व्यतिकरण या विवर्तन कहते हैं।

• हम व्यतिकरण शब्द का उपयोग करना पसंद करते हैं, यदि केवल कुछ स्रोत हैं (जैसे व्यतिकरण करने वाले दो स्रोत)।
• यदि कई स्रोत हैं तो हम विवर्तन शब्द का उपयोग करना पसंद करते हैं।