1870 में, Lord Rayleigh ने तेल और पानी का उपयोग करके अणुओं के आकार की गणना करने वाला शोध
(atomsonly.news)एकल अणु के आकार का अनुमान
Benjamin Franklin और Lord Rayleigh ने केवल तेल और पानी से अणु का आकार कैसे निकाला
- X-ray की खोज और शक्तिशाली microscope के आविष्कार से कई दशक पहले, Lord Rayleigh ने केवल तेल, पानी और पेन से एकल अणु का आकार निकाला
- उन्हें यह प्रेरणा Benjamin Franklin से मिली
Franklin का प्रयोग
- लगभग 1770 में London की यात्रा के दौरान, Franklin ने Atlantic पार करते समय देखा कि जब जहाज़ से समुद्र में तेल फेंका जाता है तो लहरें शांत हो जाती हैं
- उन्होंने London के Clapham Common तालाब में थोड़ी मात्रा में तेल डालकर प्रयोग किया
- उन्होंने पुष्टि की कि तेल तालाब की सतह पर तेज़ी से फैल गया और पानी को चिकना बना दिया
- Franklin ने यह प्रयोग कई बार दोहराया और विस्तार से दर्ज किया, लेकिन उसके आणविक अर्थ को नहीं समझ पाए
Lord Rayleigh की पुनर्व्याख्या
- Cambridge University के विद्वान और प्रसिद्ध भौतिक विज्ञानी Lord Rayleigh ने Franklin के प्रयोग को एक नए दृष्टिकोण से पुनर्व्याख्यायित किया
- 1890 में, Lord Rayleigh ने सटीक रूप से मापी गई थोड़ी-सी olive oil को पानी पर टपकाया और तेल के फैलाव का क्षेत्रफल मापा
- उन्होंने तेल के आयतन को क्षेत्रफल से विभाजित करके तेल की परत की मोटाई का अनुमान लगाया
- यह मानकर कि तेल की परत एक single molecular layer है, उन्होंने उसकी मोटाई को एक अणु की लंबाई के रूप में गणना किया
Lord Rayleigh के परिणाम
- Lord Rayleigh की गणना का परिणाम लगभग 1.63 nanometer था
- olive oil के मुख्य घटक triacylglycerol अणु की वास्तविक लंबाई लगभग 1.67 nanometer है, यानी Lord Rayleigh का अनुमान केवल लगभग 2% की त्रुटि के भीतर था
- उनके प्रयोग ने दिखाया कि साधारण औज़ारों से भी गहरी वैज्ञानिक अंतर्दृष्टि हासिल की जा सकती है
अतिरिक्त सामग्री
- Charles Tanford की पुस्तक "Ben Franklin Stilled the Waves" इस oil-drop experiment के इतिहास की गहराई से पड़ताल करती है
GN⁺ का सार
- यह लेख दिखाता है कि सरल प्रयोगात्मक औज़ारों से भी महत्वपूर्ण वैज्ञानिक खोजें की जा सकती हैं
- Benjamin Franklin और Lord Rayleigh के प्रयोग इस बात पर ज़ोर देते हैं कि वैज्ञानिक जिज्ञासा और रचनात्मकता कितनी महत्वपूर्ण हैं
- यह लेख विज्ञान के इतिहास और प्रयोगात्मक पद्धति में रुचि रखने वालों के लिए उपयोगी होगा
- मिलते-जुलते कार्य वाले अन्य प्रोजेक्ट्स में "Science Experiments You Can Do At Home" शामिल हैं
1 टिप्पणियां
Hacker News टिप्पणियां
1676 में Rømer ने बृहस्पति के चंद्रमा Io के परिक्रमा समय को मापकर प्रकाश की गति का अनुमान लगाया
जब पृथ्वी बृहस्पति के करीब आती थी, तो Io बृहस्पति के पीछे से थोड़ा-थोड़ा पहले निकलता दिखता था, और जब दूर जाती थी, तो थोड़ा-थोड़ा देर से दिखता था; एक साल में समय का अंतर 22 मिनट तक पहुंच गया था
चूंकि दोनों दूरियों का अंतर ज्ञात था, उन्होंने गणना की कि प्रकाश वह दूरी 22 मिनट में तय करता है, और परिणाम 2,27,000 km प्रति सेकंड निकला। वास्तविक मान लगभग 3,00,000 km प्रति सेकंड है, इसे देखते हुए यह काफी शानदार था
मुझे हमेशा ऐसी कहानियां अच्छी लगती हैं जहां बहुत विशिष्ट observation, जिसे ज्यादातर लोग छोड़ दें, ब्रह्मांड की कहीं अधिक गहरी प्रकृति उजागर कर देता है
Eratosthenes द्वारा छाया से पृथ्वी का आकार कुछ प्रतिशत की त्रुटि के भीतर निकाल लेना भी इसका एक प्रसिद्ध उदाहरण है
https://en.wikipedia.org/wiki/R%C3%B8mer%27s_determination_o...
https://en.wikipedia.org/wiki/Speed_of_light#First_measureme...
उपग्रह ग्रहणों के समय का उपयोग करने में एक और दिलचस्प बात यह है कि Galileo ने बृहस्पति के उपग्रह तंत्र को एक cosmic clock की तरह इस्तेमाल करके समय, और आगे चलकर देशांतर तय करने की विधि सुझाई थी
बृहस्पति के उपग्रह ग्रहणों के समय पहले से सटीक रूप से गणना करके, उन्हें जमीन या जहाज से किए गए observations से मिलाया जाए तो स्थानीय समय और देशांतर निकाला जा सकता था
https://en.wikipedia.org/wiki/Galilean_moons#Determination_o...
सिर्फ telescope और सावधानी से समय मापने के दम पर वास्तविक प्रकाश की गति के इतने करीब पहुंचना हैरान करने वाला है
प्रकाश की गति इतनी तेज है कि ज्ञात भौतिक constants में यह सबसे सटीक मानों में से एक है: 299 792 458 m/s
300,000,000 m/s से इसका अंतर 7/1000 से भी कम है, इसलिए यह चिंता करने लायक बिल्कुल नहीं है
प्रकाश 1 nanosecond में 0.3m, यानी 11.802 inch ही चलता है
https://www.youtube.com/watch?v=9eyFDBPk4Yw
Millikan और Fletcher का oil drop experiment याद आता है। इस प्रयोग ने electron का charge मापा था
संक्षेप में, बारीक छिड़के गए तेल की बूंदों को हवा में गिरने में लगने वाला समय मापकर उनका volume निकाला गया, और ज्ञात electric field लगाकर बूंदों को हवा में स्थिर रखा गया
गणना किए गए प्रति molecule charge छोटे मान के गुणकों के आसपास इकट्ठा हुए, और वही छोटा मान एक electron का charge था
[0] https://en.wikipedia.org/wiki/Oil_drop_experiment
पहले इसी तरह का water drop experiment भी आजमाया गया था। तेल की जगह पानी इस्तेमाल करने को छोड़ दें तो मकसद वही था
असफलता की वजह यह थी कि बूंदों को देखने के लिए इस्तेमाल की गई तेज lamp ने पानी को बहुत जल्दी वाष्पित कर दिया। काफी relatable failure है
इस कहानी में हमेशा और भी background होता है
https://www.scribd.com/document/661270387/My-Work-with-Milli... Fletcher & Millikan
https://www.youtube.com/watch?v=B-uWaEvXqbA
हमें कैसे यकीन हो सकता है कि नतीजा 2e या कोई दूसरा multiple नहीं था?
मुझे ऐसे लेख पसंद हैं। science education में laws और theories को बहुत बार बस याद करने की चीज़ की तरह पेश किया जाता था, जबकि मुझे लगता है कि वे सबसे पहले कैसे खोजे गए और सुलझाए गए—यह कहीं ज्यादा रोचक और प्रेरक है
मुझे याद है कि बहुत सारे biochemical pathways सीखने पड़े थे, लेकिन स्कूल से निकलते समय मुझे लगभग पता ही नहीं था कि वे pathways असल में पहले कैसे खोजे गए थे
scientific theories पहली बार कैसे खोजी गईं, इस पर दूसरे लेखों या किताबों की सिफारिशें भी स्वागत योग्य हैं
जिज्ञासा है कि आपकी physics education high school में हुई थी या university में। अमेरिका की university में अपने major की वजह से मैंने सिर्फ एक physics course लिया था; वह electrical engineering के लिए quantum electrodynamics था और professor ने textbook खुद लिखी थी
मुझे याद है कि उन्होंने हर experiment को बुनियाद से समझाया: atoms को समझने की नींव, Newton के समय में प्रकाश की समझ, double-slit experiment, Maxwell equations, Michelson-Morley ether experiment, general relativity की derivation और experimental verification, और फिर general relativity को Newtonian mechanics और electromagnetic laws में तोड़कर समझाने का flow
यह बात आज भी अद्भुत लगती है कि लोगों ने first principles से ये सब खोज निकाला
अभी पढ़ी नहीं है, लेकिन library में reserve की हुई एक किताब है, जिसे किसी ने Reddit पर recommend किया था
How to Make an Apple Pie from Scratch: In Search of the Recipe for Our Universe, from the Origins of Atoms to the Big Bang
https://www.publishersweekly.com/9780385545655
electron charge की quantization खोजे जाने की कहानी भी आपकी रुचि से मेल खा सकती है: https://en.wikipedia.org/wiki/Oil_drop_experiment
मैंने कॉलेज में कुछ सौ वोल्ट DC से इसे खुद करके देखा था—डरावना तो था, लेकिन डेटा इकट्ठा करके Excel में विश्लेषण करते हुए जब आंकड़े एकदम फिट बैठते दिखे, तो काफी मज़ा आया।
मैंने हाल ही में John Buckingham की Chasing the Molecule पढ़ी और बहुत आनंद आया।
यह आधुनिक chemistry के इतिहास का सुलभ, लेकिन पर्याप्त गहराई वाला overview देती है।
इसमें उन कम-ज्ञात लोगों की कहानियां भी अच्छी तरह बताई गई हैं जिन्होंने chemistry को काफी आगे बढ़ाया, और उन प्रसिद्ध लोगों की भी जो गलत theories से चिपके रहकर उलटे प्रगति में बाधा बने।
किताब काफी छोटी है, इसलिए पढ़ना और भी आसान लगता है।
अक्सर पढ़ाई जाने वाली बातें ऐसे पेश की जाती हैं मानो वे किसी रहस्योद्घाटन की तरह मिली हों—निश्चित और अंतिम—और उनकी उत्पत्ति किसी रहस्यमय ढंग से बताई जाती है। विज्ञान को इस तरह देखना अच्छा नहीं है।
यह कहा जा सकता है कि विज्ञान के संभव होने की बुनियाद कुछ विश्वासों पर टिकी है, लेकिन विज्ञान की अलग-अलग खोजें empirical evidence, उस evidence की व्याख्या, और व्याख्यायित evidence से बनाए गए तर्कों का मामला हैं।
इसके अलावा कुछ working assumptions भी चुपचाप बड़ा रोल निभाती हैं, और मुझे लगता है कि इस हिस्से पर पर्याप्त बात नहीं होती।
यह इस विचार को भी सहारा देता है कि वैज्ञानिक गतिविधि का बड़ा हिस्सा theoretical प्रेरणाओं से ज्यादा practical और applied प्रेरणाओं और आदतों से चलता है।
बिल्कुल सही। अच्छे science teachers वैज्ञानिक खोज की कहानी की ताकत को समझते हैं।
Carl Sagan की Cosmos और Richard Feynman के कुछ शानदार lectures सबसे यादगार उदाहरणों के रूप में याद आते हैं।
मुझे पूरा भरोसा है कि अच्छे teachers ऐतिहासिक और मानवीय पहलुओं को मिलाकर सूखे विषयों में भी जरूरी perspective और याद रखने के स्वाभाविक hooks बना देते हैं।
“Rayleigh ने तेल के आयतन को उस क्षेत्रफल से विभाजित करके तेल की परत की मोटाई का अनुमान लगाया जिसे उसने ढका था। अगर माना जाए कि तेल ने molecules की एक परत, यानी monolayer, बनाई थी, तो तेल की परत की मोटाई एक तेल molecule की लंबाई के बराबर होती है।
इस तरह Lord Rayleigh, ऐसे molecules को किसी के देख पाने से बहुत पहले, एक single molecule का आकार पता लगाने वाले पहले व्यक्ति बन गए।”
दिलचस्प है, लेकिन यह मानना कि तेल फैलकर एक molecule जितनी मोटाई वाली न्यूनतम thickness तक पहुंचता है, फिर भी काफी अनुमान जैसा नहीं था?
क्या यह शक नहीं था कि surface tension की वजह से वह और मोटा रह सकता है? या क्या कोई और संकेत था कि वह सच में monolayer था?
सभी नीचे की ओर जाना चाहेंगे, और तेल के फैलने का resistance, तेल को चपटा करने की कोशिश करने वाली gravity की तुलना में शायद काफी छोटा हो सकता है।
यह effect तब बदलेगा जब layer औसतन 1 molecule से ज्यादा मोटाई से 1 molecule से कम मोटाई की ओर जाएगी।
संभव है कि experiment से यह transition point तय करके, तेल के आयतन से molecular layer की thickness निकाली गई हो।
जब हर तेल molecule हर तरफ से दूसरे तेल molecules से घिरा हो, उस समय उसका volume वही क्यों होना चाहिए जो ऊपर हवा और नीचे पानी वाली स्थिति में हो?
क्या कोई बता सकता है कि यह क्यों सही है?
उदाहरण के लिए, एक teaspoon तेल को 1㎡, 2㎡, n㎡ पर भी फैलाया जा सकता है, और किसी point पर film thickness m से 1, और फिर 1 से कम हो जाएगी।
“अगर माना जाए कि तेल ने molecules की एक परत, यानी monolayer, बनाई थी, तो तेल की परत की मोटाई एक तेल molecule की लंबाई के बराबर होती है।”
उन्हें कैसे पता चला कि वह तेल की परत एक molecule मोटी थी?
यह बहुत बड़ा assumption लगता है, हालांकि हो सकता है इस blog post ने कुछ छोड़ दिया हो।
लगता है blog post ने यह हिस्सा छोड़ दिया है, लेकिन linked original paper काफी छोटा है: https://www.damtp.cam.ac.uk/user/gold/pdfs/teaching/old_lite...
Rayleigh का experiment असल में पानी पर camphor के टुकड़ों की गति रोकने के लिए जरूरी तेल की न्यूनतम thickness निकालने की कोशिश था।
वे साफ तौर पर नहीं कहते, लेकिन ऐसा लगता है कि टुकड़ों की गति रोकने वाली न्यूनतम thickness वह अवस्था मानी गई थी जब तेल का volume सतह को “बस मुश्किल से” ढकता है—यानी हर जगह 1 molecule मोटा होकर टुकड़ों को पानी को छूने नहीं देता।
लगता है surface tension के बारे में इससे कुछ ज्यादा clever बात कही जा रही है, लेकिन वह हिस्सा मेरी समझ से थोड़ा बाहर है।
अलग-अलग size की बूंदों के साथ experiment कई बार करने पर पता चलेगा कि तेल की layer हमेशा लगभग समान thickness रखती है।
यह एक दिलचस्प observation है जिसकी explanation चाहिए, और तेल की layer की thickness एक molecule की लंबाई है—यह hypothesis शायद सबसे natural और plausible explanation है।
बेशक उसके बाद confirmation ढूंढना होगा। इतिहास में अगला confirmation क्या था?
low-friction surface, जैसे पानी पर रखी कोई पतली fluid layer, पर्याप्त समय मिलने पर “जितना हो सके उतना” फैल जाएगी—ऐसी intuition तो है।
कुछ disturbances हो सकते हैं, लेकिन hypothesis के अंदर एक assumption के रूप में रखना reasonable लगता है।
इसे “जानना” जरूरी नहीं था; assumption ठीक है, और मुझे यह assumption इतना विशाल नहीं लगता।
सही। यह experiment असल में किसी खास direction से molecular size की upper bound देने के ज्यादा करीब है।
फिर भी यह बहुत उपयोगी result है।
वैज्ञानिकों को आगे बढ़ने के लिए अक्सर assumptions करने पड़ते हैं।
एक प्रसिद्ध उदाहरण के तौर पर, Darwin को DNA की physical nature या genes कैसे बदलते हैं—जैसे DNA mutation से adaptation कैसे पैदा होती है और organisms कैसे ज्यादा fit बनते हैं—इसकी कोई concept न होने के बावजूद, यह समझ आ गया था कि traits natural selection के जरिए inherit होते हैं और यही evolution की driving force है।
काश स्कूल में वैज्ञानिक प्रयोग डिज़ाइन जैसा कोई विषय होता।
यह क्लास प्राचीन काल से चले आ रहे ऐतिहासिक रूप से प्रतिनिधि प्रयोगों की प्रक्रिया समझाती, और छात्रों से लगातार इस तरह पूछती: “इन constraints के तहत पृथ्वी का आकार अनुमानित करने के लिए प्रयोग कैसे डिज़ाइन और execute करोगे? Phlogiston और luminiferous ether को कैसे खारिज करोगे? प्रकाश की गति कैसे मापोगे?”
वह सचमुच एक वीरतापूर्ण काम था, और Michelson प्रतिभाशाली थे।
मैंने यह तेल/पानी वाला प्रयोग first-year physics या chemistry lab में किया था, लेकिन उसे जल्दी-जल्दी कराया गया, सबने बस न्यूनतम किया, और teachers भी लगभग बिना समझाए आगे बढ़ गए।
किसी physics experiment को ठीक से काम कराने के लिए details record करने में जुनूनी होना पड़ता है और मजबूत intuition भी चाहिए।
क्योंकि आपको सही जवाब पता नहीं होता, इसलिए experiment ऐसा डिज़ाइन करना पड़ता है कि “hypothesis गलत है” और “equipment काम नहीं कर रहा” में फर्क किया जा सके।
उदाहरण के लिए, जब LIGO पहली बार चालू किया गया, तो उसने लगभग तुरंत ही एक शानदार event पकड़ लिया, लेकिन उन्होंने तुरंत celebration party नहीं की।
शुरू में उन्होंने मान लिया कि machine में कोई समस्या है और उसे ignore किया; काफी post-analysis और correlation checks के बाद ही उसे वास्तविक event माना गया।
इस thread का title शायद गलत है। मूल लेख में लिखा है, “Rayleigh ने Franklin के observation से सीधे प्रेरित होकर 1890 में जो छोटा experiment किया, वह उतना प्रसिद्ध नहीं है।”
इसलिए Rayleigh ने molecule का size 1870 में नहीं, बल्कि 1890 में calculate किया था। 1870 में Rayleigh अभी युवा थे और मौलिक research के लिए जाने नहीं जाते थे।
यह सही है कि Rayleigh ने molecule का size तय करने का एक नया तरीका निकाला, लेकिन यह भी महत्वपूर्ण है कि molecules का size और weight पहली बार सफलतापूर्वक determine करने वाले व्यक्ति 1865 में Johann Josef Loschmidt थे।
https://en.wikipedia.org/wiki/Johann_Josef_Loschmidt
Loschmidt द्वारा हवा के molecules का weight और size प्रकाशित करना physics के इतिहास के सबसे महत्वपूर्ण milestones में से एक है।
1865 से पहले, Dalton द्वारा पुनर्जीवित atomic theory को chemical reactions और thermodynamics की कुछ विशेषताओं को समझाने वाला एक hypothetical model माना जा सकता था, और उसके गलत होने या किसी बेहतर model से replace होने की संभावना भी बची हुई थी।
उस क्षण से atoms और molecules का वजन मापा और उनकी गिनती की जा सकती थी, और उनकी वास्तविकता पर अब संदेह नहीं रहा।
Loschmidt ने सिर्फ हवा के molecules का size और weight तय करके, chemical reactions से प्राप्त और पहले से ज्ञात relative atomic masses का उपयोग करते हुए अन्य ज्ञात atoms और molecules के size और weight तय करना संभव कर दिया।
इसके अलावा, कुछ साल बाद 1874 में George Johnstone Stoney ने Loschmidt के results और 1873 में Maxwell द्वारा प्रकाशित elementary charge के अस्तित्व की theory का साथ में उपयोग करके elementary charge का मान calculate किया।
बाद में Stoney ने इसी elementary charge को “electron” नाम दिया, जो electronics से लेकर hadron तक आधुनिक science और technology के असंख्य शब्दों की जड़ बना।
University physics की एक class में मैंने यह experiment reproduce करके देखा।
काम काफी ज्यादा था और results भी original experiment जितने अच्छे नहीं थे, लेकिन सीखने को बहुत मिला और यह रोचक था।
Equipment requirements undergraduate physics lab के स्तर पर पूरी तरह reasonable थे, इसलिए अगर संभव हो तो इसे खुद करके देखने की जोरदार recommendation है।
https://www.atomsonly.news/p/franklin-oil
यह domain suspended होने की वजह: जनवरी 2014 से Namecheap जैसे सभी ICANN-accredited registrars को domain register करने वाले customers की contact information, यानी Registrant Whois, verify करनी पड़ती थी।
Contact information में किया गया edit भी इसमें शामिल है।