পদার্থবিজ্ঞান হল একটি সঠিক বিজ্ঞানতাত্ত্বিক ও পরীক্ষামূলক পদার্থবিজ্ঞান যা পদার্থ, শক্তি, সময় ও স্থানের বৈশিষ্ট্য এবং সেইসাথে এই সমস্ত উপাদানগুলির মধ্যে মিথস্ক্রিয়াএটি প্রাকৃতিক ঘটনাকে যথাসম্ভব নির্ভুলভাবে বর্ণনা ও ভবিষ্যদ্বাণী করার জন্য মডেল তৈরি করতে পর্যবেক্ষণ, প্রকল্প প্রণয়ন এবং পরীক্ষামূলক যাচাইয়ের ওপর নির্ভর করে।
পদার্থবিজ্ঞানের অন্যতম অপরিহার্য বৈশিষ্ট্য হলো এটি অনুসন্ধান করে তাদের সিদ্ধান্তে নির্ভুলতা এবং এইগুলি হবে পুনরাবৃত্তিযোগ্য পরীক্ষার মাধ্যমে যাচাইযোগ্যএইভাবে, যেকোনো গবেষক যেকোনো স্থান থেকে একই পদ্ধতি অনুসরণ করে ফলাফল যাচাই করতে পারেন। অধিকন্তু, পদার্থবিজ্ঞান বাস্তবতাকে বর্ণনা করে এমন সূত্রগুলো প্রকাশ করার জন্য একটি সুনির্দিষ্ট গাণিতিক ভাষা ব্যবহার করে, যা অত্যন্ত নির্ভুল পরিমাণগত ভবিষ্যদ্বাণী করার সুযোগ করে দেয়।
পদার্থবিজ্ঞান নিয়মের মাধ্যমে প্রাকৃতিক ঘটনা ব্যাখ্যা করে, বিশেষত সেই প্রক্রিয়াগুলোর উপর আলোকপাত করে যা এগুলো অভ্যন্তরীণ আণবিক কাঠামো পরিবর্তন করে না। বস্তুসমূহের (অর্থাৎ, সরাসরি রাসায়নিক রূপান্তরে না গিয়ে, যা রসায়নের মূল বিষয়)। তা সত্ত্বেও, পদার্থবিদ্যা এবং রসায়নের মধ্যে একটি ঘনিষ্ঠ সম্পর্ক রয়েছে, বিশেষ করে নিম্নলিখিত ক্ষেত্রগুলিতে, যেমন— ভৌত রসায়নযেখানে উভয় শাখার ধারণাগুলির সমন্বয়ে পদার্থ ও শক্তি নিয়ে অধ্যয়ন করা হয়।
এটি গণিতের সাথে ঘনিষ্ঠভাবে সম্পর্কিত, কারণ এটি গণিতের উপর নির্ভরশীল। বাস্তবতা অধ্যয়ন প্রকাশ করার জন্য যা তাকে উদ্বিগ্ন করে। এই সংযোগ এতটাই গভীর যে, অনেক ক্ষেত্রে গাণিতিক অগ্রগতি ভৌত বিশ্বকে বোঝার নতুন পথ খুলে দিয়েছে এবং বিপরীতভাবে, পদার্থবিজ্ঞানের সমস্যাগুলো গণিতের নতুন শাখার বিকাশে অনুপ্রেরণা জুগিয়েছে।
তাছাড়া, পদার্থবিজ্ঞান তার অধ্যয়ন ক্ষেত্রের মধ্যে রসায়ন, জীববিজ্ঞান, ইলেকট্রনিক্স এবং আরও অনেক প্রাকৃতিক ও ফলিত বিজ্ঞানকে অন্তর্ভুক্ত করে, এই কারণে নয় যে এটি সেগুলোকে প্রতিস্থাপন করে, বরং এই কারণে যে... এটি মৌলিক আইনসমূহের কাঠামো প্রদান করে। যেগুলো এই শাখাগুলো দ্বারা পর্যবেক্ষণকৃত ঘটনাগুলোকে ব্যাখ্যা করে। সুতরাং, জীবপদার্থবিজ্ঞান ভৌত দৃষ্টিকোণ থেকে জীবন্ত ব্যবস্থা নিয়ে কাজ করে, ভূপদার্থবিজ্ঞান ভৌত নীতি ব্যবহার করে পৃথিবী নিয়ে অধ্যয়ন করে এবং জ্যোতিঃপদার্থবিজ্ঞান মহাজাগতিক বস্তু অধ্যয়নে পদার্থবিজ্ঞান প্রয়োগ করে।
পদার্থবিজ্ঞান পদার্থের ঘটনাপ্রবাহ নিয়ে অধ্যয়ন করে এবং এর তত্ত্বসমূহকে প্রাথমিক স্তরে ভিত্তি করে গড়ে তোলে... ক্লাসিক্যাল মেকানিক্সযেখান থেকে গতি সংক্রান্ত নিয়মাবলী বিশ্লেষণ করা হয়; যেখানে ক্লাসিক্যাল ইলেক্ট্রোডাইনামিক্স তড়িৎচুম্বকীয় আধান অধ্যয়নের জন্য; তাপগতিবিদ্যা তাপ ও শক্তির বিভিন্ন রূপের অধ্যয়নের জন্য; কোয়ান্টাম বলবিজ্ঞান, Que আইশের প্রকৃতি অধ্যয়ন ছোট জায়গা (পরমাণু, ইলেকট্রন, উপপারমাণবিক কণা); এবং এর মধ্যে পরিসংখ্যান ভৌত ঘটনার সংঘটনের পৌনঃপুনিকতা ও সম্ভাব্যতা অধ্যয়ন করা, বিশেষত যখন বিপুল পরিমাণ কণা জড়িত থাকে, যেমনটি গ্যাস বা জটিল ব্যবস্থায় ঘটে।
ঐতিহাসিক বিকাশ অনুসারে পদার্থবিজ্ঞানের প্রধান শাখাসমূহ
বাস্তবতা অধ্যয়নের জন্য, পদার্থবিজ্ঞানকে সাধারণত কয়েকটি বৃহৎ ঐতিহাসিক ও ধারণাগত খণ্ডে বিন্যস্ত করা হয়, যা আমাদের বুঝতে সাহায্য করে যে বৈজ্ঞানিক জ্ঞানের বিবর্তন কীভাবে ঘটেছে। ঐতিহ্যগতভাবে, এর তিনটি প্রধান শাখা বা পর্যায়কে আলাদা করা হয়, যেগুলো আজও সহাবস্থান করে এবং একে অপরের পরিপূরক হিসেবে কাজ করে:
- শাস্ত্রীয় পদার্থবিজ্ঞান
- আধুনিক পদার্থবিজ্ঞান
- সমসাময়িক পদার্থবিজ্ঞান
এই দৃষ্টিকোণগুলোর প্রত্যেকটিই গতি, শক্তি এবং আকারের বৈশিষ্ট্যসূচক পরিসরের উপর আলোকপাত করে। চিরায়ত পদার্থবিজ্ঞান দৈনন্দিন স্থূল জগৎকে নিয়ন্ত্রণ করে; আধুনিক পদার্থবিজ্ঞান এই পরিধিকে পারমাণবিক ও উপপারমাণবিক জগৎ এবং আলোর কাছাকাছি গতি পর্যন্ত প্রসারিত করে; এবং সমসাময়িক পদার্থবিজ্ঞান জটিল ব্যবস্থা, অরৈখিক ঘটনা এবং সাম্যাবস্থা থেকে অনেক দূরের প্রক্রিয়াগুলোর উপর দৃষ্টি নিবদ্ধ করে।
শাস্ত্রীয় পদার্থবিজ্ঞান কি বিবেচনা করা হয়?
এটি বলা হয় শাস্ত্রীয় পদার্থবিজ্ঞান প্রণীত তত্ত্ব, মডেল এবং আইনের সেটের প্রতি কোয়ান্টাম মেকানিক্সের আবির্ভাবের আগে এবং আপেক্ষিকতা তত্ত্বের পূর্ণাঙ্গ সংহতকরণ। অর্থাৎ, এর অন্তর্ভুক্ত রয়েছে প্রধানত গ্যালিলিও গ্যালিলি, আইজ্যাক নিউটন এবং অন্যান্য পরবর্তী বিজ্ঞানীদের কাজ থেকে বিকশিত পদার্থবিজ্ঞান, যা আলোর গতির চেয়ে অনেক কম গতিসম্পন্ন বৃহৎ জগতের বস্তুসমূহের আচরণ বর্ণনা করে।
একে সাধারণত বলা হয় নিউটনীয় পদার্থবিদ্যা কারণ এটি নিউটনের গতির সূত্র এবং সার্বজনীন মহাকর্ষের উপর ব্যাপকভাবে নির্ভর করে। এই সূত্রগুলো একটি আপেলের পতন থেকে শুরু করে গ্রহগুলোর কক্ষপথ পর্যন্ত সবকিছু ব্যাখ্যা করার জন্য একটি সুসংহত কাঠামো প্রদান করেছিল, যা মহাবিশ্বকে সুস্পষ্ট ও নিয়তিবাদী নিয়ম দ্বারা পরিচালিত একটি বিশাল যন্ত্রযন্ত্র হিসেবে দেখার ধারণাকে দৃঢ় করে।
ব্যবহারিক অর্থে, চিরায়ত পদার্থবিজ্ঞান এমন সব ঘটনা অধ্যয়ন করে যেগুলোর আলোর গতির চেয়ে কম গতি এবং কার স্থানিক মাত্রা পরমাণু ও অণুর আকারের চেয়ে বৃহত্তর।এর মধ্যে যানবাহন ও যন্ত্রপাতির চলাচল থেকে শুরু করে নদীর প্রবাহ, বাতাসে শব্দের বিস্তার বা পাত্রের মধ্যে গ্যাসের আচরণ পর্যন্ত সবকিছুই অন্তর্ভুক্ত।
চিরায়ত পদার্থবিজ্ঞানকে বর্ণনা করার আরেকটি উপায় হলো বলা যে, এটিকে অনেকাংশে একটি তত্ত্ব হিসেবে বিবেচনা করা হয়। নিয়তিবাদীএকটি বদ্ধ সিস্টেমের ভবিষ্যৎ অবস্থা সম্পূর্ণরূপে ভবিষ্যদ্বাণী করা সম্ভব, যদি এর বর্তমান অবস্থা (অবস্থান, গতি, এর উপর ক্রিয়াশীল বল ইত্যাদি) মডেলের বৈধতার শর্তাবলীর মধ্যে থেকে নির্ভুলভাবে জানা যায়।
চিরায়ত পদার্থবিজ্ঞানে সাধারণত নিম্নলিখিত বিষয়গুলোর মধ্যে পার্থক্য করা হয়:
- চিরায়ত নিউটনীয় (প্রাক-আপেক্ষিক) পদার্থবিজ্ঞাননিউটনের সূত্র এবং স্থান ও কালের ধারণার উপর ভিত্তি করে পরম এবং স্বাধীন.
- আপেক্ষিক চিরায়ত পদার্থবিদ্যাএর ধারণাগুলো উপস্থাপন করে বিশেষ আপেক্ষিকতা উচ্চ গতিসম্পন্ন ঘটনাগুলোর জন্য, কিন্তু পদার্থের কোয়ান্টাম বর্ণনার আওতায় না এসে। অনেক প্রযুক্তিগত প্রেক্ষাপটে, যতক্ষণ পর্যন্ত পারমাণবিক বা উপপারমাণবিক স্তরের কোয়ান্টাম প্রভাবগুলো আলোচনা করা না হয়, ততক্ষণ এটিকে ক্লাসিক্যাল হিসেবেও বিবেচনা করা হয়।
চিরায়ত পদার্থবিজ্ঞান কী নিয়ে অধ্যয়ন করে?
চিরায়ত পদার্থবিজ্ঞানের অধ্যয়নে নিম্নলিখিত বিষয়গুলো অন্তর্ভুক্ত:
- বৃহৎ বস্তুর গতিবিধি (যানবাহন, যন্ত্র, গ্রহ, প্রক্ষেপ্য বস্তু) আলোর গতির চেয়ে অনেক কম গতিতে।
- বলের মিথস্ক্রিয়া যেমন অভিকর্ষ, স্থিতিস্থাপক বল, ঘর্ষণ বা কেন্দ্রমুখী বল, যেগুলো গতিপথ এবং গতির পরিবর্তন নির্ধারণ করে।
- যান্ত্রিক তরঙ্গের বিস্তার যেমন বিভিন্ন বস্তুগত মাধ্যমে শব্দ।
- তরল আচরণ গতিশীল বা স্থির (গ্যাস ও তরল পদার্থ), যার মধ্যে চাপ, প্রবাহের হার, আলোড়ন এবং প্রবাহ অন্তর্ভুক্ত।
- তাপীয় ঘটনাতাপ, তাপমাত্রা এবং শক্তির স্থূল রূপসমূহ।
- চিরায়ত বিদ্যুৎ এবং চুম্বকত্বপ্রাথমিকভাবে কোয়ান্টাম ধারণার সাহায্য না নিয়ে ক্ষেত্র এবং প্রবাহের বর্ণনা।
সব মিলিয়ে, চিরায়ত পদার্থবিদ্যা দেখা যায় প্রকৌশলের জন্য অপরিহার্যস্থাপত্য, নির্মাণ, যন্ত্র নকশা, ফলিত শব্দবিজ্ঞান, প্রচলিত আলোকবিজ্ঞান এবং দৈনন্দিন প্রযুক্তিগত কার্যকলাপের এক দীর্ঘ তালিকা।
চিরায়ত পদার্থবিদ্যা ও আধুনিক পদার্থবিদ্যার মধ্যে পার্থক্য
চিরায়ত পদার্থবিজ্ঞানের সাথে আধুনিক পদার্থবিজ্ঞানের তুলনা করলে, ভৌত ঘটনা বিশ্লেষণের পদ্ধতি এবং অধ্যয়নকৃত ব্যবস্থার পরিধির ক্ষেত্রে গভীর পার্থক্য পরিলক্ষিত হয়। আধুনিক পদার্থবিজ্ঞানের উদ্ভব ঘটেছে বিভিন্ন বিষয়ের সমন্বয়ের মাধ্যমে। কোয়ান্টাম বলবিজ্ঞান এবং আপেক্ষিক তত্ত্বএর ফলে চিরায়ত পদার্থবিজ্ঞানের কিছু সার্বজনীন বলে বিবেচিত নীতি পর্যালোচনা করতে হয়েছিল।
দুটি দৃষ্টিভঙ্গির মধ্যে কিছু প্রধান পার্থক্য নিচে দেওয়া হলো:
- গতিসীমাচিরায়ত পদার্থবিজ্ঞান আলোর গতির চেয়ে অনেক কম গতি নিয়ে কাজ করে, অন্যদিকে আধুনিক পদার্থবিজ্ঞান, আপেক্ষিকতার তত্ত্বের মাধ্যমে, উচ্চ গতিতে ঘটা বিভিন্ন ঘটনাকে অন্তর্ভুক্ত করে। আলোর গতির কাছাকাছি গতি.
- গবেষণার মাপকাঠিচিরায়ত পদার্থবিদ্যা সিস্টেমের বর্ণনা দেয় ম্যাক্রোস্কোপিক যেমন গ্রহ, যন্ত্র, তরল পদার্থ বা কাঠামো; আধুনিক পদার্থবিজ্ঞান মূলত মাপকাঠির দিকেই অভিমুখী। আণুবীক্ষণিক এবং উপপারমাণবিকপরমাণু, ইলেকট্রন, ফোটন ও মৌলিক কণা বিশ্লেষণ করা।
- নির্ণয়চিরায়ত পদার্থবিজ্ঞান সিস্টেমগুলোকে বিবেচনা করে নির্ধারকযেখানে ভবিষ্যৎ সম্পূর্ণরূপে বর্তমান থেকে অনুমান করা হয়। আধুনিক পদার্থবিজ্ঞান, বিশেষ করে কোয়ান্টাম মেকানিক্স, এর সূচনা করে... অনিশ্চয়তা এবং সম্ভাবনা কোনো সিস্টেমের অবস্থা বর্ণনা করার ক্ষেত্রে মৌলিক উপাদান হিসেবে।
- স্থান এবং সময়চিরায়ত পদার্থবিজ্ঞানে, স্থান এবং কাল হলো স্বাধীন এবং পরম মাত্রাআধুনিক আপেক্ষিক পদার্থবিজ্ঞানে, স্থান এবং কাল একত্রিত হয়ে স্থান সময়এবং এর পরিমাপ পর্যবেক্ষক ও এর গতির ওপর নির্ভর করে।
- মিথস্ক্রিয়ার বর্ণনাচিরায়ত পদার্থবিজ্ঞান বিভিন্ন ঘটনা ব্যাখ্যা করে, যেমন— মহাকর্ষ, বিদ্যুৎ এবং চুম্বকত্ব মিথস্ক্রিয়া-বাহী কণার প্রবর্তনের প্রয়োজন ছাড়াই; আধুনিক পদার্থবিজ্ঞান মিথস্ক্রিয়ার গভীরে প্রবেশ করে ক্ষেত্র এবং কণা (উদাহরণস্বরূপ, ফোটন, বোসন এবং স্ট্যান্ডার্ড মডেলের অন্যান্য কণা)।
- টিপিকাস ব্যবহার করুনচিরায়ত পদার্থবিজ্ঞান বিপুল সাফল্যের সাথে প্রয়োগ করা হয় প্রকৌশল, বলবিদ্যা, নির্মাণ, শব্দবিজ্ঞান, ঐতিহ্যবাহী আলোকবিজ্ঞান এবং দৈনন্দিন প্রযুক্তির অনেক ক্ষেত্রে। আধুনিক পদার্থবিজ্ঞান প্রধানত প্রয়োগ করা হয় উন্নত ইলেকট্রনিক্স, পারমাণবিক শক্তি, সেমিকন্ডাক্টর, কণা পদার্থবিদ্যামহাজাগতিক বিজ্ঞান এবং অত্যাধুনিক প্রযুক্তি।
শাস্ত্রীয় পদার্থবিজ্ঞানের শাখা
চিরায়ত পদার্থবিজ্ঞান বিভিন্ন শাখাকে অন্তর্ভুক্ত করে এবং এর প্রধান উদ্দেশ্য হলো এমন সব ঘটনার অধ্যয়ন করা যা একটি নির্দিষ্ট বৈশিষ্ট্য প্রদর্শন করে। আলোর গতির চেয়ে কম গতি এবং এগুলি বৃহৎ পরিসরে প্রকাশিত হয়। এই শাখাগুলি আজও মৌলিক বিজ্ঞান এবং অসংখ্য প্রযুক্তিতে অপরিহার্য।
চিরায়ত পদার্থবিজ্ঞানের সবচেয়ে গুরুত্বপূর্ণ শাখাগুলোর মধ্যে রয়েছে:
- ক্লাসিক্যাল মেকানিক্স
- থার্মোডিনামিক্স
- তড়িৎচুম্বকত্ব (চিরায়ত বিদ্যুৎ ও চুম্বকত্ব)
- অপটিক্যাল
- ধ্বনিবিদ্যা
- তরল বলবিদ্যা বা তরল গতিবিদ্যা
এই শাখাগুলোর প্রত্যেকটি একটি নির্দিষ্ট ধরনের ঘটনা নিয়ে অধ্যয়ন করে, যদিও বাস্তবে এগুলো প্রায়শই পরস্পর সম্পর্কিত। উদাহরণস্বরূপ, একটি অভ্যন্তরীণ দহন ইঞ্জিনের নকশার মধ্যে অন্তর্ভুক্ত থাকে বলবিজ্ঞান, তাপগতিবিদ্যা y তরল বলবিজ্ঞানএকটি পেশাদার সাউন্ড সিস্টেম তৈরি করার জন্য আয়ত্ত করার প্রয়োজন হয় ধ্বনিবিজ্ঞান y তড়িৎচুম্বকত্ব.
ক্লাসিক্যাল মেকানিক্স
চিরায়ত বলবিদ্যা হলো সেই বিজ্ঞান যা অধ্যয়ন করে নিউটনের গতির সূত্রাবলীএটি স্থির এবং আলোর গতির চেয়ে অনেক কম গতিতে গতিশীল বৃহৎ ভৌত বস্তুর আচরণকে বোঝায়। এটি বিশ্লেষণ করে যে কীভাবে বল বস্তুর উপর কাজ করে এবং কীভাবে এই বলগুলো তাদের গতির অবস্থার পরিবর্তন ঘটায়।
সাধারণত শাস্ত্রীয় যান্ত্রিক এবং শাস্ত্রীয় পদার্থবিজ্ঞান উভয়ই নিউটনের আইনগুলির উপর ভিত্তি করে বিশেষত: মহাবিশ্বের বস্তুসমূহের গতির নিয়মাবলী (জড়তা, বল ও ত্বরণের সমানুপাতিক সম্পর্ক এবং ক্রিয়া-প্রতিক্রিয়া)। এই সূত্রগুলো ব্যবহার করে আমরা দোলকের গতি থেকে শুরু করে পৃথিবীর চারপাশে উপগ্রহের গতিপথ পর্যন্ত সবকিছু বর্ণনা করতে পারি।
চিরায়ত বলবিদ্যার মধ্যে দুটি প্রধান দৃষ্টিভঙ্গি চিহ্নিত করা যায়:
- ভেক্টর বলবিদ্যাএই পদ্ধতিটি সরাসরি নিউটনের সূত্রের উপর ভিত্তি করে গঠিত, যেখানে বল, বেগ এবং ত্বরণের মতো রাশিগুলোকে ভেক্টর দ্বারা প্রকাশ করা হয়। এটি সবচেয়ে সহজবোধ্য পদ্ধতি এবং প্রকৌশল ও প্রযুক্তিগত সমস্যা সমাধানে এটিই সবচেয়ে বেশি প্রয়োগ করা হয়।
- বিশ্লেষণাত্মক বলবিদ্যাএটি গতি বর্ণনা করার জন্য আরও বিমূর্ত গাণিতিক সূত্র (ল্যাগ্রাঞ্জিয়ান ও হ্যামিলটোনিয়ান বলবিদ্যা) ব্যবহার করে। এই পদ্ধতিটি একাধিক স্বাধীনতার মাত্রা সম্পন্ন জটিল সিস্টেমের ক্ষেত্রে বিশেষভাবে উপযোগী এবং তাত্ত্বিক পদার্থবিজ্ঞানের পরবর্তী বিকাশের ভিত্তি স্থাপন করে।
চিরায়ত বলবিদ্যার কিছু ব্যবহারিক প্রয়োগ হলো:
- যন্ত্র প্রকৌশলএমন কৌশল, কাঠামো এবং যন্ত্রপাতির নকশা করা যা বল প্রতিরোধ করতে পারে এবং নিরাপদে কাজ করতে পারে।
- গতিপথের পূর্বাভাস খেলাধুলা, ব্যালিস্টিকস এবং নেভিগেশনে সর্বোত্তম কোণ ও গতি গণনা করা।
- কক্ষপথ গণনা উপগ্রহ এবং মহাকাশযানের ক্ষেত্রে এমন পরিস্থিতিতে যেখানে চিরায়ত পদ্ধতি এখনও বৈধ।
তাপগতিবিদ্যা
তাপগতিবিদ্যা হলো সেই বিজ্ঞান যা নিয়ে আলোচনা করে তাপগতিবিদ্যার সাম্যাবস্থার বর্ণনা বৃহৎ পরিসরে। এটি তাপ ও শক্তির অন্যান্য রূপের মধ্যে পারস্পরিক ক্রিয়া এবং ভৌত ব্যবস্থায় সংঘটিত শক্তি রূপান্তর নিয়ে অধ্যয়ন করে।
বিভিন্ন পরিস্থিতি বর্ণনা করার জন্য তিনি যে প্রধান চলকগুলো ব্যবহার করেন তা হলো তাপমাত্রা, লা চাপ, দী আয়তন এবং মোলের সংখ্যা কোনো পদার্থের। এই মানগুলো থেকে শক্তির সংরক্ষণ (তাপগতিবিদ্যার প্রথম সূত্র) এবং বিশৃঙ্খলা বা এনট্রপি বৃদ্ধির স্বাভাবিক প্রবণতা (দ্বিতীয় সূত্র)-এর মতো সূত্রগুলো প্রণয়ন করা হয়।
এটা দ্বারা বোঝা হয় তাপ ভারসাম্য তাপীয় সাম্যাবস্থা হলো এমন একটি অবস্থা যেখানে প্রাথমিকভাবে ভিন্ন তাপমাত্রা থাকা দুটি বস্তুর তাপমাত্রা সমান হয়ে যায়। তাপমাত্রা সমান হয়ে গেলে, তাদের মধ্যে তাপের প্রবাহ বন্ধ হয়ে যায় এবং উভয় বস্তুই এই অবস্থায় পৌঁছায়।
এই ধারণাটির একটি উৎকৃষ্ট উদাহরণ হলো এর ব্যবহার থার্মোমিটারথার্মোমিটার এমন একটি যন্ত্র যা নিজের তাপমাত্রা নির্ণয় করে। অন্য কোনো বস্তু বা পদার্থের তাপমাত্রা নির্ণয় করার জন্য, উভয়কে সংস্পর্শে রাখা হয় যতক্ষণ না তারা তাপীয় সাম্যাবস্থায় পৌঁছায়। যেহেতু তাপীয় সাম্যাবস্থায় বস্তুটি এবং থার্মোমিটার উভয়ের তাপমাত্রা একই থাকে, তাই থার্মোমিটারের পাঠও তুলনাকৃত বস্তুটির তাপমাত্রার সমান হবে।
পারিপার্শ্বিক পরিবর্তনের প্রতি বিভিন্ন ব্যবস্থা কীভাবে প্রতিক্রিয়া করে, তার অধ্যয়ন বিজ্ঞান ও প্রকৌশলের বহু শাখায় উপযোগী। তাপগতিবিদ্যা নকশা প্রণয়নে একটি অপরিহার্য ভূমিকা পালন করে। ইঞ্জিন, রেফ্রিজারেটর, বিদ্যুৎ কেন্দ্র এবং কার্যত যেকোনো শিল্প প্রক্রিয়ায়, যেখানে শক্তি ও পদার্থের রূপান্তর ঘটে।
তাপগতিবিদ্যার কিছু প্রয়োগ নিচে দেওয়া হলো:
- মধ্যে উপকরণ প্রকৌশল তারা দৌড়ে তাপ এবং শক্তি স্থানান্তর নতুন উপকরণ তৈরির কাঁচামাল পর্যন্ত। একটি উদাহরণ হলো সিরামিকের কোনো বস্তুর উচ্চ-তাপমাত্রায় পোড়ানোর প্রক্রিয়া, যার চূড়ান্ত বৈশিষ্ট্য (কঠোরতা, প্রতিরোধ ক্ষমতা, রঙ) নির্ভর করবে এটিকে যে তাপমাত্রা এবং সময়ের মধ্য দিয়ে নিয়ে যাওয়া হয়েছে তার উপর।
- শিল্প পর্যায়ে, প্রক্রিয়াগুলি যেমন পাস্তুরাইজেশন এবং এর উত্পাদন পনির এবং মাখন নিয়ন্ত্রিত তাপ স্থানান্তরের মাধ্যমে, খাদ্য নিরাপত্তা এবং পণ্যের স্বাদ ও গন্ধের বৈশিষ্ট্য নিশ্চিত করা হয়।
- মধ্যে ইস্পাত শিল্পঅত্যন্ত উচ্চ তাপমাত্রার চুল্লিতে বিভিন্ন পদার্থকে সতর্কতার সাথে তাদের গঠন ও তাপীয় চক্র নিয়ন্ত্রণ করে গলিয়ে নানা প্রকার ইস্পাত তৈরি করা হয়।
- মধ্যে শক্তি উত্পাদনতাপীয়, পারমাণবিক বা সম্মিলিত চক্র বিদ্যুৎ কেন্দ্রগুলো তাপগতিবিদ্যার চক্রের (যেমন কার্নো, র্যাঙ্কাইন বা ব্রেইটন চক্র) উপর ভিত্তি করে তাপকে যান্ত্রিক কাজে এবং পরবর্তীতে বৈদ্যুতিক শক্তিতে রূপান্তরিত করে।
তড়িৎচুম্বকত্ব
বৈদ্যুতিক ও চৌম্বকীয় ঘটনাসমূহ অধ্যয়ন করে একটি একক তত্ত্বে একীভূত করা হয় তড়িৎচুম্বকত্ব. মাইকেল ফ্যারাডে এবং জেমস ক্লার্ক ম্যাক্সওয়েল তাঁরাই এর ভিত্তির প্রথম মহান প্রবক্তা ছিলেন, যাঁরা দেখিয়েছিলেন যে বিদ্যুৎ, চুম্বকত্ব এবং আলো একই ভৌত ঘটনার অংশ।
তড়িৎচুম্বকত্ব ভিত্তি করে ম্যাক্সওয়েলের চারটি ভেক্টর ডিফারেনশিয়াল সমীকরণএই সমীকরণগুলো তড়িৎ ক্ষেত্র এবং চৌম্বক ক্ষেত্রকে তাদের নিজ নিজ বস্তুগত উৎসের (তড়িৎ আধান এবং তড়িৎ প্রবাহ) সাথে সম্পর্কিত করে। এগুলো অন্যান্য বিষয়ের মধ্যে দেখায় যে, একটি সময়-পরিবর্তনশীল তড়িৎ ক্ষেত্র একটি চৌম্বক ক্ষেত্র তৈরি করে এবং এর বিপরীতটিও ঘটে, যা তড়িৎচৌম্বকীয় তরঙ্গের সঞ্চালন ব্যাখ্যা করে।
তড়িৎচুম্বকীয় তত্ত্বের অন্তর্ভুক্ত বিষয়গুলো হলো বিদ্যুত্প্রবাহ, লা বৈদ্যুতিক মেরুকরণ এবং চৌম্বকীয় মেরুকরণস্থির ও গতিশীল তড়িৎ আধান সম্পর্কিত স্থূল ভৌত ঘটনাসমূহ এবং তরল, কঠিন ও গ্যাসীয় পদার্থের উপর চৌম্বক ও তড়িৎ ক্ষেত্রের প্রভাবই হলো তড়িৎচুম্বকত্বের বর্ণনার বিষয়।
দৈনন্দিন জীবনে তড়িৎচুম্বকত্বের ব্যবহারের উদাহরণ সুস্পষ্টভাবে দেখা যায় বৈদ্যুতিক মোটর এবং জেনারেটরযেগুলো যান্ত্রিক শক্তিকে বৈদ্যুতিক শক্তিতে অথবা বৈদ্যুতিক শক্তিকে যান্ত্রিক শক্তিতে রূপান্তর করতে ব্যবহৃত যন্ত্র।
- এটি বলা হয় জেনারেটর, অল্টারনেটর বা ডায়নামো যে যন্ত্রটি যান্ত্রিক শক্তিকে বৈদ্যুতিক শক্তিতে রূপান্তরিত করে।
- এটা বলা হয় বৈদ্যুতিক মোটর যে যন্ত্রটি বৈদ্যুতিক শক্তিকে ব্যবহারযোগ্য যান্ত্রিক শক্তিতে রূপান্তরিত করে।
তড়িৎচুম্বকত্বের আরেকটি ধ্রুপদী উদাহরণ হলো কম্পাসএর কাঁটার নড়াচড়া পৃথিবীর মেরু সম্পর্কিত চৌম্বকীয় নীতি এবং পৃথিবীর চৌম্বক ক্ষেত্র ও কম্পাসের চুম্বকের মধ্যকার মিথস্ক্রিয়ার উপর ভিত্তি করে গঠিত। এছাড়াও, এতে সাধারণ বৈদ্যুতিক ও চৌম্বকীয় নীতি জড়িত, যা কাঁটাটিকে উত্তর-দক্ষিণ দিকে অভিমুখী হতে সাহায্য করে।
এই ডিভাইসগুলো ছাড়াও, তড়িৎচুম্বকত্ব হলো নিম্নলিখিত প্রযুক্তিগুলোর ভিত্তি, যেমন বেতার যোগাযোগ (রেডিও, টেলিভিশন, মোবাইল টেলিফোনি), ট্রান্সফরমার এবং সঞ্চালন লাইন শক্তির, ইলেকট্রনিক ডিভাইস (ইন্টিগ্রেটেড সার্কিট, কম্পিউটার) এবং সিস্টেমসমূহ মেডিকেল ডায়াগনস্টিক যেমন নিউক্লিয়ার ম্যাগনেটিক রেজোন্যান্স।
অপটিক্স
আলোকবিজ্ঞান হলো পদার্থবিজ্ঞানের সেই শাখা যা আলোকবিন্দুর অধ্যয়ন নিয়ে আলোচনা করে। আলোর পরিসরে তড়িৎচুম্বকীয় বিকিরণএর বৈশিষ্ট্য এবং পদার্থের সাথে এর মিথস্ক্রিয়া, বিশেষত এর বিস্তার, প্রতিফলন, প্রতিসরণ এবং ব্যতিচার ও অপবর্তন ঘটনার উপর আলোকপাত করা হয়েছে।
মানুষের উপলব্ধির দৃষ্টিকোণ থেকে, আলো হলো পরিসরের তড়িৎচুম্বকীয় তরঙ্গদৈর্ঘ্য যা মানব চোখ শনাক্ত করতে পারে, এবং আলোকবিজ্ঞানই এদের বিশ্লেষণ করে থাকে। তবে, আধুনিক আলোকবিজ্ঞানের ক্ষেত্রটি একই ধরনের নীতি ব্যবহার করে অদৃশ্য তরঙ্গদৈর্ঘ্য পর্যন্তও বিস্তৃত।
ভৌত আলোকবিজ্ঞান যেদিকে অভিমুখী নতুন ঘটনার আবিষ্কার এবং প্রয়োগএর উপর ভিত্তি করে, গবেষকরা উচ্চ-ক্ষমতাসম্পন্ন লেজার থেকে শুরু করে স্বল্প-শক্তির আলোক-নিঃসরণকারী ডায়োড (এলইডি) পর্যন্ত সমগ্র তড়িৎচুম্বকীয় বর্ণালী জুড়ে আলোর উৎস ব্যবহার ও বিকাশ করেন।
অপটিক্স একটি বড় প্রভাব ফেলেছে বৈজ্ঞানিক যন্ত্র (মাইক্রোস্কোপ, টেলিস্কোপ, স্পেকট্রোমিটার), এর মধ্যে যোগাযোগ (ফাইবার অপটিক্স, ডেটা ট্রান্সমিশন সিস্টেম) এবং এর মধ্যে মেট্রোলজি (দূরত্ব, সময় এবং ভৌত ধ্রুবকের নির্ভুল পরিমাপ)। এটি সংশোধনমূলক এবং চিকিৎসা সংক্রান্ত আলোকবিজ্ঞানেও অপরিহার্য, যেমন চশমা, কন্টাক্ট লেন্স এবং লেজার-ভিত্তিক অস্ত্রোপচারের যন্ত্র।
ধ্বনিবিদ্যা
শব্দবিজ্ঞান হলো পদার্থবিজ্ঞানের একটি শাখা যা শব্দতরঙ্গের অধ্যয়ন নিয়ে আলোচনা করে। যান্ত্রিক তরঙ্গ ভৌত ও গাণিতিক মডেল ব্যবহার করে পদার্থের যেকোনো অবস্থায় (কঠিন, তরল বা গ্যাস) এর মধ্য দিয়ে তরঙ্গের সঞ্চালন। এটি শব্দ, ইনফ্রাসাউন্ড এবং আল্ট্রাসাউন্ডের উপর আলোকপাত করে এবং এই তরঙ্গগুলো কীভাবে উৎপন্ন, সঞ্চালিত ও অনুভূত হয় তা বিশ্লেষণ করে।
শব্দবিজ্ঞান এর সাথে সম্পর্কিত সবকিছু অধ্যয়ন করে শব্দের উৎপাদন, সঞ্চালন, সঞ্চয়, উপলব্ধি এবং পুনরুৎপাদনশব্দবিজ্ঞানের প্রযুক্তিগত প্রয়োগগুলো তথাকথিত দ্বারা আলোচনা করা হয়। শব্দ প্রকৌশলযা কনসার্ট হল, রেকর্ডিং স্টুডিও, অডিও সিস্টেম, ভবনে শব্দ নিরোধক ব্যবস্থা এবং আরও অনেক বাস্তবসম্মত সমাধানের নকশার সাথে জড়িত।
শব্দবিজ্ঞানের উদাহরণগুলির মধ্যে রয়েছে:
- যোগাযোগকে আরও কার্যকর করতে ইলেকট্রনিক ডিভাইসযেমন স্পিকার, হেডফোন, টেলিফোন এবং পাবলিক অ্যাড্রেস সিস্টেম।
- আল্ট্রাসাউন্ড-ভিত্তিক চিকিৎসা অ্যাপ্লিকেশনযা মানবদেহের ছবি তৈরি করতে (আল্ট্রাসাউন্ড) এবং উচ্চ-তীব্রতার আলট্রাসোনিক তরঙ্গ ব্যবহার করে এমন চিকিৎসাপদ্ধতিতে কার্যকর প্রমাণিত হয়েছে।
- মাইক্রোফোনসযা রেকর্ডিং, বিবর্ধন বা প্রেরণের জন্য শব্দ তরঙ্গকে বৈদ্যুতিক সংকেতে রূপান্তরিত করে।
শব্দবিজ্ঞান নিম্নলিখিত ক্ষেত্রগুলিতেও বিস্তৃত, যেমন সঙ্গীত ধ্বনিবিদ্যা (বাদ্যযন্ত্র, স্বরমাধুর্য ও স্কেলের অধ্যয়ন), সাইকোকোস্টিকস (মানব শ্রবণতন্ত্র দ্বারা শব্দ উপলব্ধি) এবং পরিবেশগত শব্দবিদ্যা (শহুরে ও শিল্পাঞ্চলে শব্দ ও ধ্বনি দূষণ নিয়ন্ত্রণ)।
তরল গতিবিদ্যা বা তরল বলবিদ্যা
তরল বলবিদ্যা বা তরল গতিবিদ্যা হলো কন্টিনিউয়াম বলবিদ্যার একটি উপশাখা যা তরলের প্রবাহ এবং গতি নিয়ে আলোচনা করে। তরল গতির অধ্যয়ন তরল ও গ্যাসীয় পদার্থ এবং যে বলগুলো এদের সৃষ্টি করে। এটি স্থির তরল (ফ্লুইড স্ট্যাটিক্স) এবং গতিশীল তরল (ফ্লুইড ডাইনামিক্স) উভয়কেই বিশ্লেষণ করে, যেখানে সান্দ্রতা, চাপ, প্রবাহ বেগ এবং অশান্তির মতো প্রভাবগুলো বিবেচনা করা হয়।
মধ্যে রাসায়নিক প্রকৌশল, পুর প্রকৌশল, শিল্প প্রকৌশল, বিমানবিদ্যা, আবহাওয়াবিদ্যা, নৌ নির্মাণ এবং সমুদ্রবিদ্যাতরল বলবিদ্যার প্রয়োগ মৌলিকভাবে গুরুত্বপূর্ণ। এর মাধ্যমে পাইপ, পাম্প, উড়োজাহাজের ডানা, জাহাজের কাঠামো, জল বিতরণ নেটওয়ার্ক, বায়ুচলাচল ব্যবস্থা এবং আবহাওয়ার পূর্বাভাসের নকশা তৈরি করা সম্ভব হয়।
তরল বলবিদ্যার কিছু মূল ধারণা হলো:
- চাপ এবং প্রবাহের হারযেগুলো বার্নুলির নীতির মতো নীতির মাধ্যমে সম্পর্কিত।
- স্তরিত এবং অশান্ত প্রবাহ ব্যবস্থাযা তরলের গতি এবং সান্দ্রতা অনুসারে তার গতির ধরণ বর্ণনা করে।
- ভিসকোসিডাডযা তরলের প্রবাহের অভ্যন্তরীণ প্রতিরোধ পরিমাপ করে, যা পরিবহন এবং মিশ্রণ প্রক্রিয়ার একটি নির্ধারক উপাদান।
আধুনিক পদার্থবিজ্ঞান
বিভিন্ন ঘটনা ব্যাখ্যা করার প্রচেষ্টায় চিরায়ত পদার্থবিজ্ঞানের সীমাবদ্ধতাগুলো স্পষ্ট হয়ে ওঠার পর আধুনিক পদার্থবিজ্ঞানের উদ্ভব ঘটে। খুব উচ্চ গতি অথবা খুব ছোট মাপযেমন পরমাণু এবং উপপারমাণবিক কণার। এই শাখাটিকে, অনেক প্রসঙ্গে বলা হয় কোয়ান্টাম পদার্থবিদ্যা (যদিও আধুনিক পদার্থবিজ্ঞানে আপেক্ষিকতা তত্ত্বও অন্তর্ভুক্ত), এর উপর ভিত্তি করে গঠিত কোয়ান্টাম তত্ত্ব এবং মধ্যে আপেক্ষিক তত্ত্ব.
এর প্রস্তাবনার মাধ্যমে আধুনিক পদার্থবিজ্ঞানের বিকাশ সুসংহত হয়েছিল। শক্তির পরিমাণ নির্ধারণকৃষ্ণবস্তুর বিকিরণ ব্যাখ্যা করার জন্য প্রণীত, এবং পরবর্তীকালের গবেষণায় প্রমাণিত হয় যে শক্তি অবিচ্ছিন্নভাবে বিনিময় হয় না, বরং ক্ষুদ্র এককে বিনিময় হয়, যাকে বলা হয় কতগুলোএই ধারণাটি ১৯০০ সালে উত্থাপন করেছিলেন ম্যাক্স প্ল্যাঙ্ক (১৮৫৮-১৯৪৭) এবং এর দ্বারা শক্তিশালী করা হয়েছিল আলবার্ট আইনস্টাইন ১৯০৫ সালে আলোক-বৈদ্যুতিক ক্রিয়া ব্যাখ্যা করার সময়; ১৯২০-এর দশকের মধ্যে পরিভাষাটি সুপ্রতিষ্ঠিত হয়েছিল। কোয়ান্টাম বলবিজ্ঞান এই নতুন তত্ত্বগুলো বর্ণনা করতে।
পরে একে বলা হত কোয়ান্টাম বলবিজ্ঞান পদার্থবিজ্ঞানের সেই শাখা যা সংঘটিত ঘটনাসমূহ নিয়ে আলোচনা করে আলোর গতির কাছাকাছি গতি (আপেক্ষিকতার সাথে সমন্বয়ে) অথবা যার স্থানিক স্কেল ক্রমের পরমাণু এবং অণুকোয়ান্টাম বলবিদ্যা ইলেকট্রন, প্রোটন, নিউট্রন, ফোটন এবং আরও অনেক কণার আচরণ বর্ণনা করে এবং অনিশ্চয়তা নীতি ও তরঙ্গ-কণা দ্বৈততার মতো নীতিসমূহ প্রবর্তন করে।
আধুনিক পদার্থবিজ্ঞান বৈশিষ্ট্য, আচরণ এবং পারমাণবিক এবং সাবোটমিক স্তরে কণা বিকিরণতাঁর কৃতিত্বের মধ্যে রয়েছে পরমাণুর নিঃসরণ বর্ণালীর ব্যাখ্যা, রাসায়নিক বন্ধনের গঠন, কঠিন পদার্থে বিদ্যুৎ পরিবাহিতা, আলোক-বৈদ্যুতিক ক্রিয়া এবং আরও অনেক কিছু, যা আজকের ইলেকট্রনিক প্রযুক্তির অনেকটাই ভিত্তি স্থাপন করেছে।
কোয়ান্টাম বলবিদ্যা, আপেক্ষিকতার তত্ত্বের সাথে মিলে যা গঠন করে, তাকেই আমরা এখন বলি আধুনিক পদার্থবিদ্যাএর ধারণাগুলো বোঝার জন্য অপরিহার্য:
- সেমিকন্ডাক্টর এবং ইলেকট্রনিক ডিভাইসযেমন ট্রানজিস্টর, ডায়োড এবং ইন্টিগ্রেটেড সার্কিট।
- পারমাণবিক শক্তি এবং বিভাজন ও সংযোজন প্রক্রিয়া।
- কণা পদার্থবিজ্ঞানযা প্রকৃতির মৌলিক কণা ও মৌলিক শক্তি নিয়ে অনুসন্ধান করে।
- ভৌত বিশ্বতত্ত্বযা মহাবিশ্বের উৎপত্তি, গঠন এবং বৃহৎ পরিসরের বিবর্তন নিয়ে অধ্যয়ন করে।
সমসাময়িক পদার্থবিজ্ঞান
সমসাময়িক পদার্থবিজ্ঞান হলো ভৌত জ্ঞানের সর্বসাম্প্রতিক ও উন্নত শাখা। এর সূচনা হয় সেই সময়ে, যখন কোয়ান্টাম ও আপেক্ষিক তত্ত্বসমূহের সুসংহতকরণের পর, আরও জটিল ঘটনা ও ব্যবস্থা, যা সরল রৈখিক মডেল দ্বারা বর্ণনা করা যেত না, সেগুলোর অধ্যয়ন শুরু হয়।
সমসাময়িক পদার্থবিজ্ঞান যে বিষয়ের অধ্যয়ন নিয়ে কাজ করে প্রকৃতির জটিলতাএকটি স্কেলে ঘটনাগুলি ন্যানোস্কোপিক এবং তাপগতিবিদ্যার সাম্যাবস্থার বাইরের প্রক্রিয়াএই বিভাগে অন্যান্য ক্ষেত্রের মধ্যে অন্তর্ভুক্ত রয়েছে, বিশৃঙ্খলা তত্ত্ব এবং হাঙ্গামাযা এমন সিস্টেমকে বর্ণনা করে, যেগুলো প্রাথমিক অবস্থার প্রতি অত্যন্ত সংবেদনশীল এবং যাদের আচরণ আপাতদৃষ্টিতে অপ্রত্যাশিত।
সমসাময়িক পদার্থবিজ্ঞানের কয়েকটি বৈশিষ্ট্যপূর্ণ বিষয় হলো:
- বিশৃঙ্খলা তত্ত্বএটি ডিফারেনশিয়াল সমীকরণ এবং অত্যাধুনিক গাণিতিক সরঞ্জাম ব্যবহার করে জটিল ও গতিশীল ভৌত সিস্টেমের অধ্যয়নের উপর আলোকপাত করে। এটি আমাদের আবহাওয়া সংক্রান্ত ঘটনা, জনসংখ্যা গতিবিদ্যা, অরৈখিক স্পন্দন এবং এমন অনেক সিস্টেম বুঝতে সাহায্য করে, যেখানে সামান্য প্রাথমিক পরিবর্তন সিস্টেমের বিবর্তনে বড় পরিবর্তন ঘটায়।
- ন্যানোপ্রযুক্তি এবং ঘনীভূত পদার্থবিদ্যাযা ন্যানোস্কোপিক স্কেলে পদার্থ এবং কাঠামো নিয়ে গবেষণা করে, যার ফলে অতিপরিবাহিতা, ক্ষুদ্র-মাপের চুম্বকত্ব বা স্মার্ট পদার্থের মতো উদীয়মান বৈশিষ্ট্য তৈরি হয়।
- ভারসাম্যহীন ব্যবস্থাযেখানে চিরায়ত সাম্যাবস্থা তাপগতিবিদ্যা যথেষ্ট নয় এবং শক্তির প্রবাহ, স্ব-সংগঠন ও অপরিবর্তনীয় ঘটনা বর্ণনা করার জন্য নতুন পদ্ধতির প্রয়োজন।
সমসাময়িক পদার্থবিজ্ঞানের কল্যাণে গবেষণার নতুন নতুন ক্ষেত্র উন্মোচিত হয়েছে, যার মধ্যে নকশা প্রণয়ন থেকে শুরু করে বিভিন্ন বিষয় অন্তর্ভুক্ত। উন্নত সামগ্রী এবং কোয়ান্টাম ডিভাইস থেকে শুরু করে অধ্যয়নের বিষয় পর্যন্ত জটিল জৈবিক ব্যবস্থাযার মধ্যে জ্যোতির্বৈজ্ঞানিক এবং প্রযুক্তিগত প্রেক্ষাপটে বৈশ্বিক জলবায়ু এবং প্লাজমা গতিবিদ্যার বিশদ বিশ্লেষণ অন্তর্ভুক্ত রয়েছে।
জানা শাস্ত্রীয় পদার্থবিজ্ঞানের শাখা এবং আধুনিক ও সমসাময়িক পদার্থবিজ্ঞানের সাথে এর সম্পর্ক আমাদেরকে আরও ভালোভাবে বুঝতে সাহায্য করে যে প্রাকৃতিক বিজ্ঞান কীভাবে গঠিত এবং কেন ব্যাপক অগ্রগতি সত্ত্বেও, চিরায়ত সূত্র ও মডেলগুলো আমাদের চারপাশের জগতকে বর্ণনা করার জন্য এবং অগণিত ক্ষেত্রে প্রযুক্তিগত সমাধান বিকাশের জন্য অপরিহার্য হাতিয়ার হিসেবে রয়ে গেছে।