भौतिक विज्ञान की परिभाषा, प्रकार, नियम और भौतिकी की शाखाएँ

इस पेज पर आज हम Physics की जानकारी को समझते हैं। पिछले पेज पेज पर हमने भौतिकी के अध्याय विटामिन और यकृत की जानकारी शेयर की हैं तो उन आर्टिकल्स को भी पढ़े।

चलिए आज हम भौतिकी की समस्त जानकारी को पढ़ते और समझते हैं।

भौतिक विज्ञान की परिभाषा

भौतिकी एक Natural Science है जो Experiments, Measurement और Mathematical Analysis पर आधारित है। जिसका उद्देश्य Microcosm के Nanoworld से लेकर Planets, Solar System और Galaxies तक हर चीज के लिए Quantitative Physical Laws को खोजना है।

भौतिकी में ऊर्जा और बल से संबंधित Concepts के साथ-साथ अंतरिक्ष और समय के माध्यम से पदार्थ और उसकी गति का अध्ययन शामिल है।

प्रकृति के नियमों का उपयोग दुनिया के व्यवहार और सभी प्रकार की मशीनरी की भविष्यवाणी करने के लिए किया जा सकता है। रोज़मर्रा के कई तकनीकी आविष्कार जिन्हें हम अब मान लेते हैं, वे भौतिकी में खोजों के Results हैं। भौतिकी में Basic Law, Universal हैं।

भौतिक विज्ञान का इतिहास

यूनानियों ने पहले Quantitative Physical Laws की स्थापना की, जैसे कि आर्किमिडीज के लीवर के सिद्धांत का Description. 17th Century तक, हालांकि गैलीलियो और बाद में आइजैक न्यूटन ने भौतिकी में एक Fundamental Tool के रूप में गणित के उपयोग को आगे बढ़ाने में मदद की। जिससे Heavenly Bodies की गति, गुरुत्वाकर्षण के नियमों और गति के तीन नियमों का वर्णन करने में प्रगति हुई।

1800 के दशक में Faraday और Maxwell द्वारा बिजली, Magnetism और Electric Waves के नियमों को विकसित किया गया था, जबकि कई अन्य लोगों ने Optics और Thermodynamics की हमारी समझ में योगदान दिया।

आधुनिक भौतिकी के बारे में कहा जा सकता है कि X-ray (Roentgen 1895), Radioactivity (Becquerel 1896), Quantum Hypothesis (Planck 1900), Relativity (Einstein 1905) और Atomic Theory की खोज 20 वीं शताब्दी के आसपास शुरू हुआ था।

Quantum Physics (Heisenberg और Schrodinger) ने 1926 से शुरू होकर वैज्ञानिकों को रसायन विज्ञान और Solid State Physics की बेहतर समझ प्रदान की, जिससे बदले में नई सामग्री और बेहतर इलेक्ट्रॉनिक और ऑप्टिकल Components का जन्म हुआ।

Atomic और Elementary Particle भौतिकी के महत्वपूर्ण क्षेत्र बन गए हैं, और Particle Physics अब Astrophysics और Cosmology का आधार है।

भौतिक विज्ञान की शाखाएं

भौतिकी को विभिन्न शाखाओं में Divide किया जा सकता है लेकिन Classical Physics मुख्य रूप से Energy और Matter से संबंधित है।

Classical Physics की शाखाएँ Optics, Acoustic, Electromagnetic और Classical Mechanics हैं। भौतिकी के तेजी से विकास के साथ, विषय का दायरा इतना बड़ा हो रहा है कि शाखाओं के तहत भौतिकी को Cover करना संभव नहीं है। भौतिकी की कई मुख्य शाखाओं की चर्चा नीचे की गई है।

1. Mechanics

Mechanics भौतिकी की वह शाखा है जो Motion या गति से संबंधित है। Mechanics को आगे दो शाखाओं Quantum Mechanics और Classical Mechanics में Divide किया जा सकता है।

Quantum Physics, Neutrons, Protons और Electrons जैसे सबसे छोटे Particles से संबंधित है, जबकि Classical Mechanics वह शाखा है जो Force और Physical Objects की गति के नियमों से संबंधित है।

2. Optics

भौतिकी की यह शाखा Light के Propagation और Properties से संबंधित है। Optics को केवल Infrared Light, Visible Light और Ultraviolet के Study के रूप में Describe किया जा सकता है।

3. Thermodynamics

Thermodynamics गर्मी के Study और कार्य और ऊर्जा से संबंधित है। Thermodynamics, Convection, Conduction और Radiation के माध्यम से Heat Energy के Transmission से भी संबंधित है।

4. Electromagnetism

Electromagnetism Electric Fields, Light, Magnetic Fields आदि जैसे Electromagnetic Force के Study से संबंधित है। Electromagnetism के दो पहलू हैं जो “Electricity” और “Magnetism” हैं।

5. Relativity

भौतिकी की यह शाखा अल्बर्ट आइंस्टीन द्वारा Theorem से संबंधित है। Relativity का सिद्धांत बताता है कि स्थान और समय Relative हैं।

6. Acoustic

Acoustic Sound और उसके Transmission, Production और Effects के Study से संबंधित है। Acoustic में मुख्य रूप से गैस में Mechanical Waves और Liquid और Solids शामिल होती हैं जिनमें Vibration, Sound, Ultrasound और Infrasound शामिल हैं।

भौतिकी का उद्देश्य

भौतिकी का उद्देशय Tiny Charged Particles की गति से लेकर लोगों, कारों और Spacecraft की गति तक, हमारे आस-पास की हर चीज़ के कार्य को Describe करना है।

आपके आस-पास की लगभग हर चीज को भौतिकी के नियमों द्वारा काफी सटीक रूप से Describe किया जा सकता है। एक स्मार्ट फोन का उदाहरण लेते हैं – भौतिकी Describe करती है कि कैसे बिजली डिवाइस के अंदर विभिन्न सर्किटों के साथ Interact करती है।

यह ज्ञान इंजीनियरों को स्मार्ट फोन बनाते समय Material और Circuit Layout को Select करने में मदद करता है। अगला उदहारण एक GPS का लेते हैं।

भौतिकी किसी वस्तु की गति, जिस दूरी पर वह वस्तु यात्रा करती है, और उस दूरी को तय करने में लगने वाले समय के बीच संबंध को Describe करती है।

जब आप किसी गाड़ी में GPS Device का उपयोग करते हैं, तो यह एक स्थान से दूसरे स्थान तक यात्रा के समय को Determine करने के लिए इन Physics Equation का उपयोग करता है।

मॉडल, नियम और और सिद्धांत के बीच अंतर

आमतौर पर Model, Law और Theory को हम एक ही मतलब के लिए इस्तमाल करते हैं लेकीन Science में इन तीनों का इस्तमाल अलग अलग चीजों के लिए किया जाता है। आइए जानते हैं।

Model

एक मॉडल किसी ऐसी चीज़ को Represent करती है जिसे सीधे प्रदर्शित करना अक्सर बहुत मुश्किल (या असंभव) होता है।

एक मॉडल का डिज़ाइन Experimental जानकारी का उपयोग करने के लिए सही है, यह केवल Limited Situation में ही सटीक है।

एक उदाहरण के तौर पर हम “Planetary Model” को लेते है, जिसमें इलेक्ट्रॉनों को Nucleus की परिक्रमा करते हुए दर्शाया जाता है, जिस तरह से ग्रह सूर्य की परिक्रमा करते हैं। हम सीधे Electron Orbit को पेश नहीं कर सकते हैं।

भौतिक विज्ञानी विभिन्न उद्देश्यों के लिए मॉडल का उपयोग करते हैं। उदाहरण के लिए, मॉडल Physicists को एक Scenario को Analyze करने और Calculation करने में मदद कर सकते हैं, या उनका उपयोग Computer Simulation के रूप में किसी स्थिति को Represent करने के लिए किया जा सकता है।

Theory

Theory या सिद्धांत Researchers के विभिन्न समूहों द्वारा कई बार Verify किया गया है। उदाहरण के लिए, न्यूटन के गुरुत्वाकर्षण के सिद्धांत को किसी मॉडल या Mental Image की आवश्यकता नहीं है, क्योंकि हम वस्तुओं को सीधे अपनी आंखो से देख सकते हैं।

दूसरी ओर, गैसों का Kinetic Theory एक ऐसे मॉडल का उपयोग करता है जिसमें गैस को परमाणुओं और अणुओं से बना हुआ माना जाता है।

परमाणु और अणु इतने छोटे होते हैं कि हमारी आखों से उन्हे Directly नहीं देखा जा सकता है – इस प्रकार, हम उन्हें Mentally रूप से समझते हैं।

Laws

कानून Nature में एक Pattern को Describe करने के लिए Concise Language का उपयोग करता है जो Scientific Evidence और Experiments द्वारा Supported होता है। अक्सर, एक कानून को Single Mathematical Equation के रूप में Describe किया जा सकता है।

एक कानून और एक सिद्धांत के बीच सबसे बड़ा अंतर यह है कि एक कानून बहुत अधिक Complex और Dynamic होता है, और एक सिद्धांत अधिक Explanatory होता है।

एक कानून Fact के Single Observation Point को Describe करता है, जबकि एक सिद्धांत घटनाओं के पूरे Group को Explain करता है और, जबकि एक कानून एक Postulate है जो Scientific Method की नींव बनाता है।

नियम के प्रकार

1. परिभाषाओं से प्राप्त कानून (Laws Derived From Definition)

विज्ञान के कुछ नियम गणित की Definitions से प्राप्त होते हैं, उदाहरण के लिए, Uncertainty Principle, The Principle Of Stationary Action or Causality.

यह नियम Mathematical नहीं हैं क्योंकि यह Empirical हैं और यह केवल उन चीज़ों को बताते हैं जिसे हम अपने Organs से Perceive कर पाते हैं।

2. गणितीय समरूपता के कारण कानून (Laws Due to Mathematical Symmetries)

हमारी प्रकृति में पाई जाने वाली गणितीय समरूपता, उदाहरण के लिए, Space Time की Rotational Symmetry Lorentz Transformation में Reflected होती है।

कभी-कभी बार-बार किए गए प्रयोगों में यह साबित होता है कि कानून Invalid है या इसमें खामियां हैं, हालांकि यह बहुत कम संभावना है कि Physical Laws कभी बदलेंगे।

3. अनुमानों से प्राप्त कानून (Laws Derived From Approximations)

कभी-कभी हमारे कुछ Physical Laws को बनाने के लिए सामान्य कानूनों को Modify या परिवर्तित किया जाता है। उदाहरण के लिए, Quantum Electrodynamics को Coulomb के नियम में Approximate किया जाता है।

4. समरूपता सिद्धांतों से प्राप्त कानून (Laws Derived From Symmetry Principles)

Space-time और इस तरह की अन्य समरूपता के Result Mathematical Consequences होते हैं जो कुछ Fundamental Physical Laws को बनाने के लिए Approximated हैं।

उदाहरण के लिए, जब समय की समरूपता बदल जाती है तो ऊर्जा का Conservation या संरक्षण Result के रूप में पैदा होता है वैसे ही Space की समरूपता संवेग के संरक्षण या Conservation of Momentum को जन्म देती है ।

भौतिक विज्ञान की महत्वता

सभी देशों में Physics महत्वपूर्ण है क्योंकि :-

भौतिकी एक Exciting Intellectual Adventure से भरा कार्य है जो युवाओं को Inspire करता है और प्रकृति के बारे में हमारे ज्ञान का विस्तार करता है।

भौतिकी भविष्य के तकनीकी विकास के लिए आवश्यक ज्ञान उत्पन्न करती है जो दुनिया के Economics Engine को चलाना जारी रखेगी।

भौतिकी Technological Infrastructure में योगदान करती है और वैज्ञानिक Advances और Discoveries का लाभ उठाने के लिए आवश्यक Trained व्यक्ति प्रदान करती है।

Chemists, इंजीनियरों और कंप्यूटर वैज्ञानिकों के साथ-साथ अन्य भौतिक और जैव चिकित्सा विज्ञान के Doctors की शिक्षा में भौतिकी एक महत्वपूर्ण तत्व है।

भौतिकी अन्य विषय, जैसे कि पृथ्वी, कृषि, रसायन, जैविक और पर्यावरण विज्ञान, खगोल भौतिकी और Cosmology इत्यादि दुनिया के सभी लोगों के लिए महत्वपूर्ण विषयों के बारे में हमारी समझ को बढ़ाती है।

Computer Tomography, Magnetic Resonance Imaging, Positron Emission Tomography, Ultrasonic Imaging और लेजर सर्जरी जैसे Medical Applications के लिए नए उपकरण और तकनीकों को विकसित करने के लिए आवश्यक बुनियादी समझ प्रदान करके Physics हमारे जीवन की Quality में सुधार करती है।

भौतिक विज्ञान के महत्वपूर्ण नियम

नीचे Physics के कुछ जरुरी नियम बताए जा रहे हैं।

Laws Of Physics
Lambert’s Cosine Law
Kelvin Planck Statement
D’alembert’s Principle
Clausius Statement
Law Of Conservation Of Mass
Fourier’s Law
Hubble’s Law
Bell’s Theorem
Boltzmann Equation
Lagrangian Point
Beer Lambert Law
Maxwell Relations
Van Der Waals Equation
Carnot’s Theorem
Fermi Paradox
Helmholtz Equation
Helmholtz Free Energy
Ficks Law Of Diffusion
Raman Scattering
Wien’s Law
Dirac Equation
Mach Number
Coulomb’s Law
Avogadro’s Hypothesis
Law of Conservation of Energy
Archimedes’ Principle
Biot-Savart Law
Faraday’s Law
Ampere’s Law
Faraday’s Laws of Electrolysis
Planck Equation
Kirchhoff’s law
Kirchhoff’s Second Law
Newton’s law of universal gravitation
Maxwell’s Equations
Bernoulli’s Principle
Electric Potential due to a Point charge
Zeroth Law of Thermodynamics
Gauss’ Law
First law of thermodynamics
Lenz’s Law
Wien’s Displacement Law
Ohm’s Law
Law of Equipartition of Energy
Joule’s Laws
Laws of reflection
Brewster’s law
Radioactive Decay Law
Bragg’s Law
Murphy’s Law
Doppler Effect
Einstein Field Equation
Casimir Effect
Stefan-Boltzmann Law
Moseley’s Law
Superposition Principle
Newton’s Laws of Motion
Thermodynamics
Laws of Friction
Heisenberg Uncertainty Principle
Hooke’s Law
Wave-Particle Duality
Snell’s law
Fermat’s Principle
Boyle’s Law
Huygens’ Principle
Pascal’s Law
Ideal Gas Law
Equivalence Principle
Joule-Thomson Effect
Curie-Weiss Law
Law of Conservation of Linear Momentum
Curie’s Law
Wiedemann-Franz Law
Newton’s Second law of motion
Newton’s First law of motion
Newton’s Third law of motion
Continuity Equation
Chandrasekhar Limit
Kirchhoff’s First Law

महान वैज्ञानिक और उनके महत्त्वपूर्ण अविष्कार

इसमें कोई शक नहीं कि आज तक के सभी वैज्ञानिक खोजों और आविष्कारों ने हमारे जीवन के हर पहलू में बदलाव ला दीया है। इसने हमारे सोचने के तरीके और हमारे जीवन जीने के तरीके को बहुत प्रभावित किया है।

वैज्ञानिक आविष्कारों के कारण, हम उन सवालों के जवाब खोजने में सक्षम थे जिनके बारे में हमें लगता था कि हम कभी जवाब नहीं दे पाएंगे। वैज्ञानिकों द्वारा किए गए कुछ महत्त्वपूर्ण अविष्कार जिसने हमारी जिंदगी में बदलाव ला दिया।

अविष्कार	महान वैज्ञानिक
Centigrade scale	Anders Celsius
Watch	Peter Henlein
Radio	Guglielmo Marconi
Telephone	Alexander Graham Bell
Electricity	Benjamin Franklin
Electric Light Bulb	Thomas Edison
Thermometer	Galileo Galilei
Telescope	Hans Lippershey and Zacharias Janssen; later Galileo
Telegraph	Samuel Morse
Cosmic Rays	Victor Hess (but the term ‘cosmic rays’ first used by Robert Millikan
Automobile	Karl Benz
Magnetic Tape	Fritz Pfleumer
Transformer	Michael Faraday (later Ottó Titusz Bláthy)
Electromagnetic Induction	Michael Faraday
Quantum mechanics	Werner Heisenberg, Max Born, and Pascual Jordan
Wave mechanics	Erwin Schrödinger
Nuclear Reactor	Enrico Fermi
Fuel Cell	William Grove
Airplane	Wright Brothers
Barometer	Evangelista Torricelli
Camera	Nicéphore Niépce
Diesel Engine	Rudolf Diesel
Helicopter	Igor Sikorsky
Dynamite	Alfred Nobel
Lift	Elisha Otis
Laser Printer	Gary Starkweather
Mobile Phone	Martin Cooper
Printing Press	Johannes Gutenberg
Video Games	Ralph Baer
Steam engine	Thomas Newcomen
Railway Engine	George Stephenson
Jet Engine	Frank Whittle
Seismograph	John Milne
Electric Generator	Michael Faraday
Television	John Logie Baird
Refrigerator	William Cullen (later Oliver Evans)
Carburetor	Luigi De Cristoforis & Enrico Bernardi
Air Brake	George Westinghouse
Atomic bomb	Robert Oppenheimer, Edward Teller et al
Air conditioner	Willis Carrier
Machine Gun	Sir Hiram Maxim
Radar	Sir Robert Alexander Watson-Watt
Submarine	Cornelius Drebbel (later) David Bushnell
First military submarine	Yefim Nikonov
Transistor	John Bardeen, Walter Brattain, and William Shockley
Galvanometer	Johann Schweigger
Laser	Theodore H. Maiman (first demonstrated
Neon lamp	Georges Claude
Rocket Engine	Robert Goddard
Typewriter	Christopher Latham Sholes

अनसुलझे रहस्य (Unsolved Mysteries)

भौतिकी में कुछ अनसुलझी समस्या है जिसको विकसित सिद्धांत और मॉडल चल रही घटना की व्याख्या करने में असमर्थ हैं। नीचे हम इन्ही के बारे में कुछ जानकारी दे रहे हैं।

क्वांटम भौतिकी (Quantum Physics)

क्या कोई Past है?
क्या वर्तमान समय Physically, Past और Future से अलग है?
Quantum Information को Quantum System में किसी State के रूप में कैसे Store किया जाता है?

ब्रह्मांड विज्ञान (Cosmology)

क्या General Relativity के साथ समय को Reconcile करने की कोई संभावना है?
क्या ब्रह्मांड एक Big Freeze, Big Crunch, Big Rip या Big Bounce की ओर बढ़ रहा है?
पूरे ब्रह्मांड का आकार क्या है?
डार्क मैटर की पहचान क्या है?

ब्लैक होल्स (Black Holes)

क्या किसी तरह ब्लैक होल की आंतरिक संरचना (Internal Structure) की जांच करने का कोई तरीका है?

अतिरिक्त आयाम (Extra Dimensions)

क्या प्रकृति का कोई Fifth Space Time Dimensions है?

कण भौतिकी (Particle Physics)

क्या प्रोटॉन मूल रूप से स्थिर है?

क्या Past में “Magnetic Charge” करने वाले कण मौजूद थे?

प्रोटॉन का Electric Charge Radius क्या है?

Electric Charge, Gluonic Charge से किस प्रकार अलग होता है?

खगोल भौतिकी (Astrophysics)

सूर्य समय-समय पर अपने Periodically Large Scale पर Magnetic Field कैसे उत्पन्न करता है?

सूर्य का कोरोना या वायुमण्डलीय परत (Atmosphere Layer) सूर्य की सतह से अधिक गर्म क्यों और कैसे है?

Supermassive Black Hole Mass और Galaxy Velocity Dispersion के बीच M-Sigma संबंध की उत्पत्ति क्या है?

पृथ्वी का पानी कहाँ से आया?
ब्रह्मांड में तत्वों की उत्पत्ति कैसे हुई?

ऑप्टिकल भौतिकी (Optical Physics)

ऑप्टिकल मीडिया में प्रकाश की गति क्या है?

Biophysics

Genes मानव शरीर को कैसे नियंत्रित करते हैं?

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