BPSC 70वीं CCE प्रारंभिक सामान्य अध्ययन · प्रश्न 29 / 143

सही — C, जे. जे. थॉमसन। नामित चारों वैज्ञानिकों में थॉमसन पहले आए, और उन्होंने जो दिया वह सचमुच पहला विवरण था कि परमाणु भीतर से दिखता कैसा है। वे 1897 में इलेक्ट्रॉन की खोज कर चुके थे — वही काम जिसके लिए उन्हें 1906 का भौतिकी का नोबेल पुरस्कार मिला, 'गैसों द्वारा विद्युत के चालन पर उनकी सैद्धांतिक तथा प्रायोगिक जाँचों के महान गुणों की मान्यता में' — और यह स्थापित कर देने के बाद कि परमाणुओं में स्वयं परमाणुओं से कहीं हल्के ऋणावेशित कण होते हैं, उन पर यह समझाने का दायित्व आ पड़ा कि कोई उदासीन परमाणु उन्हें थामे कैसे रखता है। 1904 में प्रकाशित उनका उत्तर प्लम पुडिंग मॉडल है, जिसे भारतीय पाठ्यपुस्तकें प्रायः तरबूज मॉडल कहती हैं: धनावेश का एक गोला जो पूरे परमाणु में एक-सा फैला है और जिसमें इलेक्ट्रॉन ऐसे धँसे हैं जैसे पुडिंग में आलूबुख़ारे या तरबूज़ में बीज, और धन तथा ऋण आवेश ठीक-ठीक संतुलित हैं ताकि समूचा उदासीन रहे। यही पहला परमाणु मॉडल था जिसने भीतरी संरचना का वर्णन किया, और प्रश्न ठीक इसी दावे को जाँच रहा है। कालक्रम शेष को निपटा देता है। रदरफोर्ड का नाभिकीय मॉडल 1911 में आया, 1908 से गाइगर तथा मार्सडेन के साथ किए गए अल्फ़ा-कण प्रकीर्णन प्रयोगों के बाद, और बोर का क्वांटित मॉडल 1913 में। गोल्डस्टीन का 1886 का कैनाल-किरण संबंधी काम इन सबसे पुराना है पर उससे एक खोज निकली, कोई मॉडल नहीं। यह भी ध्यान दीजिए कि सूची से एक नाम जान-बूझकर बाहर रखा गया है: जॉन डाल्टन का उन्नीसवीं सदी के आरंभ का परमाणु सिद्धांत इनसे भी पुराना है, पर डाल्टन परमाणु को अविभाज्य मानते थे और उसके भीतर के बारे में कुछ नहीं बताते।

• (a)रदरफोर्ड — रदरफोर्ड — वही मॉडल जिसकी छवि परमाणु सोचते ही अधिकांश लोगों के मन में उभरती है, और यही बात इस विकल्प को आकर्षक बनाती है। अर्नेस्ट रदरफोर्ड ने नाभिकीय मॉडल 1911 में प्रकाशित किया, थॉमसन के मॉडल के सात वर्ष बाद, और उन्होंने उसे स्पष्ट रूप से प्रतिस्थापन के रूप में ही रखा: 1908 से गाइगर और मार्सडेन द्वारा किए गए अल्फ़ा-कण प्रकीर्णन ने दिखाया कि थोड़े-से अल्फ़ा कण सोने की पन्नी से लगभग सीधे वापस लौट आते हैं, जो धनावेश का कोई फैला हुआ बादल कभी कर ही नहीं सकता था। क्रम में दूसरे, पहले नहीं।
• (b)ई. गोल्डस्टिन — ई. गोल्डस्टीन — तिथि के हिसाब से इस सूची का सबसे पुराना नाम, और ठीक इसीलिए वह उस प्रश्न पर ख़तरनाक है जो पूछता है कि पहले कौन था। यूगेन गोल्डस्टीन ने 1886 में कैनाल किरणों, जिन्हें एनोड किरणें भी कहते हैं, की खोज की, और वही काम आगे चलकर प्रोटॉन की पहचान तक ले गया। पर धनावेशित कणों की एक धारा खोज लेना यह चित्र प्रस्तुत करने जैसा नहीं है कि परमाणु बना कैसे है, और गोल्डस्टीन ने परमाणु-संरचना का कोई मॉडल नहीं रखा।
• (d)नील्स बोहर — नील्स बोर — इस सूची के तीनों मॉडल-निर्माताओं में अंतिम, 1913 में, और वही मॉडल जिस पर अधिकांश विद्यालयी पाठ्यक्रम समाप्त होते हैं, इसलिए 'मॉडल' शब्द आते ही सबसे पहले वही मन में आता है। बोर ने रदरफोर्ड का नाभिक बनाए रखा और उसमें वह निर्णायक क्वांटम विचार जोड़ा कि इलेक्ट्रॉन नियत ऊर्जा-स्तरों पर रहते हैं और केवल तभी विकिरण करते हैं जब वे एक स्तर से दूसरे पर छलाँग लगाते हैं, जिससे रदरफोर्ड के परमाणु की अस्थिरता ठीक हो गई। सबसे परिचित होना उसे सबसे पुराना नहीं बना देता।

परमाणु के मॉडल एक छोटी कालक्रमिक शृंखला बनाते हैं, और इस विषय का लगभग हर परीक्षा-प्रश्न असल में उसी क्रम का प्रश्न है। उन्नीसवीं सदी के आरंभ में जॉन डाल्टन ने प्रस्तावित किया कि पदार्थ अविभाज्य परमाणुओं से बना है, जो किसी तत्व के भीतर एक-से और तत्वों के बीच भिन्न होते हैं — यह परमाणुओं के बारे में सिद्धांत था, जिसमें कोई भीतर था ही नहीं। 1897 में थॉमसन की इलेक्ट्रॉन-खोज ने अविभाज्यता नष्ट कर दी, और 1904 का उनका प्लम पुडिंग मॉडल यह कहने का पहला प्रयास था कि भीतर है क्या: धनावेश के एक समरूप गोले में धँसे इलेक्ट्रॉन। रदरफोर्ड के प्रकीर्णन प्रयोगों ने 1911 में वह चित्र तोड़ दिया और उसकी जगह नाभिकीय परमाणु रखा, जिसमें लगभग सारा द्रव्यमान और सारा धनावेश एक नाभिक में बैठता है जो आयतन का बहुत छोटा अंश घेरता है, जबकि इलेक्ट्रॉन उसके आस-पास की जगह में चलते हैं। 1913 में बोर ने नाभिक बनाए रखा और उससे पैदा हुई समस्या हल की — शास्त्रीय रूप से परिक्रमा करता इलेक्ट्रॉन ऊर्जा विकिरित करके नाभिक में गिर जाना चाहिए — यह अभिगृहीत रखकर कि नियत, क्वांटित ऊर्जा-स्तर होते हैं जिनमें इलेक्ट्रॉन विकिरण करता ही नहीं। आगे चलकर क्वांटम यांत्रिकी ने बोर की निश्चित कक्षाओं की जगह प्रायिकता-वितरण, यानी कक्षक, रख दिए, पर डाल्टन, थॉमसन, रदरफोर्ड, बोर का यह क्रम आज भी इस विषय की रीढ़ है।

प्रश्न को शब्द-दर-शब्द पढ़िए: वह पूछता है कि परमाणु की संरचना के लिए मॉडल प्रस्तावित करने वाले पहले व्यक्ति कौन थे। इनमें दो अपेक्षाएँ असली काम करती हैं। 'पहले' इसे कालक्रम का प्रश्न बना देता है, और 'संरचना के लिए मॉडल' किसी नंगी खोज को भी बाहर कर देता है और ऐसे सिद्धांत को भी जो कहता हो कि कोई संरचना है ही नहीं। चारों नामों को तिथि से क्रम में लगाइए — गोल्डस्टीन 1886, थॉमसन 1904, रदरफोर्ड 1911, बोर 1913 — और फिर हर एक को दूसरी अपेक्षा के सामने जाँचिए। गोल्डस्टीन सबसे पहले हैं पर उन्होंने कैनाल किरणों की खोज दी, कोई मॉडल नहीं, इसलिए वे संरचना वाली शर्त पर गिरते हैं। उसके बाद थॉमसन हैं और वे दोनों कसौटियाँ पार करते हैं। यही उत्तर है, और इसमें तिथियों से आगे कोई रसायन नहीं लगी। इस रचना में दो झाँसे बुने हुए हैं और दोनों का नाम पहले ही ले लेना उचित है। पहला, सूची के सबसे पुराने नाम को यह जाँचे बिना चुन लेना कि उस व्यक्ति ने कोई मॉडल दिया भी था या नहीं। दूसरा, सबसे परिचित मॉडल चुन लेना, यानी रदरफोर्ड का या बोर का, क्योंकि परिचय प्राथमिकता जैसा महसूस होता है। यदि डाल्टन विकल्पों में होते तो प्रश्न कठिन होता, और अभ्यर्थी को उस रूप के लिए तैयार रहना चाहिए: डाल्टन और भी पहले हैं, पर उनके परमाणु का कोई भीतर नहीं है, इसलिए संरचना वाले प्रश्न का उत्तर तब भी थॉमसन ही रहते।

• जे. जे. थॉमसन ने 1897 में इलेक्ट्रॉन की खोज की और उन्हें 1906 का भौतिकी का नोबेल पुरस्कार मिला, 'गैसों द्वारा विद्युत के चालन पर उनकी सैद्धांतिक तथा प्रायोगिक जाँचों के महान गुणों की मान्यता में'।
• उन्होंने 1904 में प्लम पुडिंग मॉडल प्रस्तावित किया — एक-सा फैले धनावेश के गोले में धँसे इलेक्ट्रॉन — और वही पहला परमाणु मॉडल था जिसने भीतरी संरचना का वर्णन किया।
• रदरफोर्ड ने नाभिकीय मॉडल 1911 में प्रकाशित किया, 1908 से गाइगर और मार्सडेन के साथ किए गए अल्फ़ा-कण प्रकीर्णन प्रयोगों के बल पर; जाँच के लिए प्रयुक्त अल्फ़ा कण स्वयं हीलियम का नाभिक है।
• 1913 के बोर मॉडल ने रदरफोर्ड का नाभिक बनाए रखा और क्वांटित ऊर्जा-स्तर जोड़े, जिससे यह आपत्ति दूर हुई कि परिक्रमा करता इलेक्ट्रॉन लगातार ऊर्जा विकिरित करके नाभिक में गिर जाएगा।
• ई. गोल्डस्टीन ने 1886 में कैनाल किरणों, जिन्हें एनोड किरणें भी कहते हैं, की खोज की, और वह काम प्रोटॉन की पहचान की ओर ले गया — यह कणों की खोज थी, परमाणु का मॉडल नहीं।
• जॉन डाल्टन का उन्नीसवीं सदी के आरंभ का परमाणु सिद्धांत इन सबसे पहले का है पर वह परमाणु को अविभाज्य मानता है, इसलिए वह परमाणुओं का वर्णन करता है, किसी परमाणु के भीतर की किसी चीज़ का नहीं।

• सबसे पुराना नाम यह जाँचे बिना चुन लेना कि उस वैज्ञानिक ने वास्तव में किया क्या था। गोल्डस्टीन की 1886 की कैनाल किरणें थॉमसन से पहले की हैं पर वे एक खोज हैं, परमाणु-संरचना का मॉडल नहीं।
• सबसे परिचित मॉडल चुन लेना। रदरफोर्ड और बोर के चित्र हर पाठ्यपुस्तक में छपते हैं, और दोनों थॉमसन के बाद आए।
• डाल्टन के परमाणु सिद्धांत को परमाणु-संरचना का मॉडल मान लेना। डाल्टन का परमाणु अविभाज्य है और उसके भीतर वर्णन करने को कुछ है ही नहीं, जो बिलकुल दूसरी तरह का दावा है।

BPSC विज्ञान के इतिहास को नंगे प्राथमिकता-प्रश्न के रूप में पूछता है — पहले कौन था — और विकल्पों में उस विषय से जुड़े सभी लोगों को भर देता है, जिनमें कम-से-कम एक ऐसा होता है जो कालक्रम में पहले है पर जिसने वह नहीं किया जो प्रश्न बता रहा है, इसलिए प्रश्न का शर्त लगाने वाला वाक्यांश नामों जितनी ही सावधानी से पढ़ना पड़ता है। UPSC शायद ही पूछता है कि किसने क्या प्रस्तावित किया; वह वह भौतिकी पूछता है जिसे समझाने के लिए ये मॉडल बने थे, जैसे अल्फ़ा कण होता क्या है या कक्षकों का भरना किस सिद्धांत से चलता है, इसलिए इस अध्याय के लिए व्यक्तियों की कालरेखा और प्रयोगों की कार्यसाधक समझ, दोनों चाहिए।

• अभ्यास — वास्तविक विगत वर्ष प्रश्न नहीं

  रदरफोर्ड के अल्फ़ा-कण प्रकीर्णन प्रयोग से यह निष्कर्ष निकला कि

  • (a)इलेक्ट्रॉन धनावेश के गोले में धँसे होते हैं
  • (b)परमाणु का लगभग सारा द्रव्यमान और समूचा धनावेश एक बहुत छोटे नाभिक में संकेंद्रित होता है
  • (c)इलेक्ट्रॉन केवल नियत ऊर्जा-स्तरों में, बिना ऊर्जा विकिरित किए, परिक्रमा करते हैं
  • (d)परमाणु अविभाज्य है

  उत्तर(b) लगभग सारा द्रव्यमान और समूचा धनावेश एक बहुत छोटे नाभिक में संकेंद्रित होता है। विकल्प (a) थॉमसन के मॉडल का वर्णन करता है, जिसे इस प्रयोग ने ग़लत सिद्ध किया; विकल्प (c) 1913 में बोर का जोड़ है; और विकल्प (d) डाल्टन की मान्यता।

• अभ्यास — वास्तविक विगत वर्ष प्रश्न नहीं

  इलेक्ट्रॉन की खोज किसने की

  • (a)अर्नेस्ट रदरफोर्ड
  • (b)जेम्स चैडविक
  • (c)जे. जे. थॉमसन
  • (d)नील्स बोर

  उत्तर(c) जे. जे. थॉमसन ने, 1897 में, गैसों से होकर विद्युत के चालन पर काम करते हुए — वही खोज जिसके लिए उन्हें 1906 का भौतिकी का नोबेल पुरस्कार मिला और जिसने उन्हें यह मॉडल देने पर मजबूर किया कि उदासीन परमाणु के भीतर इलेक्ट्रॉनों को थामे क्या रखता है। चैडविक ने न्यूट्रॉन की खोज की।