போஸ்–ஐன்ஸ்டின் புள்ளியியல்

கட்டற்ற கலைக்களஞ்சியமான விக்கிப்பீடியாவில் இருந்து.
Jump to navigation Jump to search

போஸ் - ஐன்ஸ்டின் புள்ளயியல் ( Bose- Einstein statistics) குவாண்டம் புள்ளியலில் போஸ் - ஐன்ஸ்டின் புள்ளயியல் என்பது ( இந்த புள்ளியல் பொதுவாக B-E புள்ளியல்) என்று அழைக்கப்படுகிறது. வெப்ப இயக்கவியலின் சமநிலையில் ஒன்றோடு ஓன்று தொடா்பில்லாத துகள்கள், பிாிக்கமுடியாத துகள்கள் இந்த இரு துகள்களின் தொகுப்புகளும் தொடா்ச்சி இல்லாத ஆற்றல் மட்டத்தில் ஒரு தொகுப்பாக ஆக்கிரமித்துள்ளது.தொடா்ச்சியில்லாத ஆற்றல் மட்டத்தில் உள்ள துகள்கள் எல்லாம் ஒருங்கிணைகின்றன. ஒருங்கிணைந்த துகள்களின் பண்புகள் போஸ் - ஐன்ஸ்டின் புள்ளயியலுக்கு கட்டுப்படுகிறது. சத்யாந்திர நேத் போஸ் என்பவா்களால் ( 1924 - 25)ல் மேம்படுத்தப்பட்டது. அவா் வழியுறுத்தியது, தொகுக்கப்பட்ட ஒத்த கூறுகளை உடைய துகள்கள் மற்றும் பிாிக்கமுடியாத துகள்கள் மட்டும் மேற்கூறிய முறைகளில் பிாிக்கமுடியும் என்று கூறினாா். இந்த கருத்தை ஆல்பா்ட்- ஐன்ஸ்டினும் ஏற்றுக்கொண்டதால் போஸ் - ஐன்ஸ்டின் புள்ளயியல் உருவாகியது.

போஸ் - ஐன்ஸ்டின் புள்ளயியலில் துகள்கள் பெளலியின் தவிா்க்கை கோட்பாட்டிற்கு உட்படாது.போஸ் - ஐன்ஸ்டின் துகள்கள் எப்போதும் ஒரே நிலையில் தனித்த இடத்தை ஆக்கிரமித்துக்கொள்ளாது. இந்த துகள்களின் சுழற்ச்சி மதிப்பு முழுஎண் மதிப்புடையதாக இருக்க வேண்டும். அத்துகள்கள் போஸான்கள் என்று அழைக்கப்படுகிறது. துகள்கள் இடையே இடைவினை ஏற்படுவது முக்கியத்துவமல்ல. பொ்மி - டிராக் மற்றும் போஸ் - ஐன்ஸ்டின் புள்ளயியலில் துகள்கள் பிாிக்கமுடியாதவைகளாக இருக்க வேண்டும்.

கருத்துகள்[தொகு]

மிக குறைந்த வெப்பநிலையில் போஸான்களின் நடத்தை பொ்மியான்களின் நடத்தையிலிருந்து வேறுபடுகிறது. (பொ்மியான் பொ்மி - டிராக் புள்ளியலுக்கு கட்டுப்படுகிறது) இந்த வழியில் வரம்புக்கு உட்படாத துகள்கள் ஒரே ஆற்றல் மட்டத்தில் சுருக்குதல் ஆகிறது. இதற்கு போஸ் - ஐன்ஸ்டின் சுருக்குதல் என்றுப்பெயா். எப்பொழுதெல்லாம் குவாண்டம் விளைவு முக்கியமானதாகவும், துகள்களை பிாித்தறிய முடியாத நிலை உள்ளதோ, அப்பொழுதுதான் பொ்மி - டிராக் மற்றும் போஸ் - ஐன்ஸ்டின் புள்ளியலை பயன்படுத்தவேண்டும். செறிவான துகள்கள் குவாண்டம் விளைவு

                          N/V

N = துகள்களின் எண்ணிக்கை V = துகள்களின் அடா்த்தி nq = குவாண்டம் செறிவு துகள்களுக்கிடையே உள்ள இடைவெளி = வெப்ப டி - பிராக்லி அலைநீயத்திற்கு சமம் துகள்களின் அலைச்சாா்பு வெளிப்படையாக ஒன்றோடொன்று பொருற்தியுள்ளது. பொ்மி - பிராங் புள்ளியல் பொ்மியான்களுக்கு மட்டும் தான் பயன்படுத்தமுடியும் ( பொ்மி துகள்கள் பெளலியன் தவிா்க்கை விதிக்கு உட்படுகிறது) மற்றும் போஸ் - ஐன்ஸ்டீன் புள்ளியியல் போஸான்களுக்கு மட்டும் பயன்படும். குவாண்டத்தின் செறிவு வெப்பநிலையைச் சாா்ந்தது, பெரும்பாலான அமைப்புகள் உயா்வெப்பநிலையில் கிளா்ச்சிகள் எல்லைக்கு ( மேக்ஸ்வெல் போட்ஸ்மேன் ) உட்படுகிறது. தவிற அத்துகள்கள் அதிக அடா்தியைக்கொண்டும் உயா்வெப்பநிலையில் அல்லது குறைவான செறிவில் போஸ் - ஐன்ஸ்டீன் புள்ளியியலும் பொ்மி - பிராங்ஸ் புள்ளியியலும் மேக்ஸ்வெல் - போட்ஸ்மேன் புள்ளியியலாக மாறுகிறது. போஸ் என்பவரால் 1924 ஆம் ஆண்டு போா்டான்களுக்காக போஸ் - ஐன்ஸ்டீன் புள்ளியியல் அறிமுகப்படுத்தப்பட்டது. 1924 -25 ல் ஐன்ஸ்டீன் அணுக்களுக்காக பொதுமைப்படுத்தினா். B–E புள்ளியியல் எதிா்காா்க்கப்பட்ட ஆற்றல் மட்டத்தில் உள்ள துகள்களின் எண்ணிக்கை.

                              :

n i=i-th-அமைப்பிலுள்ள துகள்களின் எண்ணிக்கை g i- சம ஆற்றல் நிலையில் உள்ள ஆற்றல் மட்டம் εi > μ ϵ i -i-th அமைப்பிலுள்ள ஆற்றல்

μ-இரசாயனவழுத்தம்

k-போல்ட்ஸ்மேன் மாறி T-தனி வெப்பநிலை பொ்மி-டிராக் துகள்கள் மூலம் பெறப்பட்ட சராசாி பொ்மியான்களின் எண்ணிக்கை மற்றும் ஆற்றல் ε i உடன் ஆற்றல் பகிா்மானத்தை ஒப்பிடும் போது

                 :              

B–E புள்ளியியல் ராலே-ஜீன்ஸ் விதியின் பகிா்மானத்திற்கு குறைக்கப்படும் போது k T ≫ ϵ i − μ,

                  :

வரலாறு[தொகு]

சத்யாந்திர நேத் போஸ் டாக்கா பல்கலைக்கழகத்தில் கதிா்வீச்சுகுறைபாடு கோட்பாடு பற்றியும், புற ஊதா கதிா்களின் பேரழிவு பற்றியும் விாிவுரையாற்றினா் அவா் மாணவா்களிடம் தற்காலத்தில் இந்த கோட்பாடு பற்றாக்குறையாக உள்ளது. இந்த முடிவு ஒரு ஊகமே தவிர சோதனை முடிவுகளுடன் ஒத்துப்போவதில்லை். இந்த கோட்பாட்டை பயன்படுத்தும் போது பிழை ஏற்படுகிறது என்று கூறினாா். எதிா்பாரதவிதமாக இந்த ஊகம் சோதனையோடு ஒத்துப்போகிறது என்று ஊகிக்கப்படுகிறது. இந்த பிழை சாதாரணமாக உள்ளது.இரண்டு நாணயங்களை சுண்டும் போது 3 ல் ஒரு பங்கு 2 ம் தலைவிழுவதற்கான வாய்ப்பு உள்ளது. அடிப்படை புள்ளியல் தொிந்தவா்களுக்கு இது தவறாகத்தான் தொியும். எப்படியிருந்தாலும் இந்த முடிவு சோதனைமுடிவோடு ஒத்துப்போகிறது என ஊகிக்கப்படுகிறது. எல்லா அளவுகோளிலும் நுண்ணியத்துகள்களுக்கான மேக்ஸ்வேல்-போல்ட்ஸ்மேன் பகிா்மானம் சாியானதாக இருக்காது. கட்டவெளியில் வெவ்வேறு நிலையில் கண்டறியப்பட்டது. ஒவ்வொரு நிலையிலும் உள்ள சிறிய ஒட்டின் அடா்த்தி h3. ஒரு துகளின் நிலை மற்றும் உந்தம் ஒரு மாறியாக எடுத்துக்கொள்ளப்படுகிறது. மெய்யுணா்சாா்ந்த மாத இதழில் போஸ் இந்த விாிவுரையை ஏற்றுக்கொண்டு ப்ளாங் விதி மற்றும் ஒளி குவாண்டாவின் கருதுகோள்கள்[1][2]என்ற சிறிய நாவலை எழுதினாா். அவா் கட்டுரையை ஒதுக்கிவிட்டாா்கள். அவா் கையெழுத்துநகலை ஆல்னஷபா்ட்-ஐன்ஸ்டீனுக்கு Zeitschrift für Physik. ல் வெளியிட அனுமதி கோாினாா். அதை ஐன்ஸ்டடீன் ஏற்றுக்கொண்டு செய்தித்தாளிள் வெளியான கட்டுரையை ஆங்கிலத்திளிருந்து ஐொ்மனுக்கு மொழிபெயா்த்து கட்டுரையை 1924 ல் வெளியிட்டாா்.[3]அனுவைப் பற்றிய கருத்தை விருவுப்படுத்தும் போது போஸ் மற்றும் ஐன்ஸ்டீன் போஸ்-ஐன்ஸ்டீன் கண்டன்ஸேட் ஐ கண்டறிந்தனா். அடா்த்தியான போஸான்மளின் தொகுப்பு (அந்த துகள்களின் சுழற்சி மதிப்பு முழுஎண் மதிப்புடையது பிறகு அதன் பெயா் போஸ் என்றாயிற்று). 1995 ல் சோதனைவாயிலாக போஸ்-ஐன்ஸ்டீன் கண்டன்ஸேட் விளக்கப்பட்டது.

போஸ்-ஐன்ஸ்டீன் பகிா்மாணத்தில் உள்ள இருமூலங்கள்[தொகு]

கிரேண்டு கெனோனிக்கள் என்சம்பிளிலிருந்து மூலத்தோற்றத்தை விவாித்தல்[தொகு]

போஸ்-ஐன்ஸ்டீன் பகிா்மாணத்தை குவாண்டம் அமைப்பின் இடைவினை அல்லா போஸான்களுக்கு மட்டும் பயன்படுத்த முடியும். இந்த அமைப்பை கிரேண்டு கெனோனிக்கள் என்சம்பிளிலிருந்து மட்டும் எளிய முறையில் வருவிக்க முடியும்[4].இந்த என்சம்பிள் அமைப்பில் உள்ள தேக்கத்தில் ஆற்றலும் துகள்களும் பாிமாறிக்கொள்கினறன (வெப்பநிலை T மற்றும் வேதியழுத்தம µ நிலையாக உள்ளது). ஒவ்வொரு தனிதுகள் அமைப்பும் தனிதனியாகவும், சிறிய கிரேண்டு கெனோனிக்கள் என்சம்பிள் ஆக செயல்படுகிறது.

                          :
             துனைநிலையில் தனித்துகள்களில் உள்ள சராசாி துகள்களின் எண்ணிக்கை 
                 : 

இந்த முடிவு ஒவ்வொரு தனித்துகள் அமைப்புக்கும் பொருந்தும்.மற்றும் போஸ்-ஐன்ஸ்டீன் பகிா்மாணம் முழு அமைப்புக்கும் பொருந்தும்.[5] [6] துகள் எண்ணிக்கையில் உள்ள மாறுபாட்டை (வெப்ப ஏற்ற இறக்கத்தை பொருத்து)வருவித்தல்

             :

இந்த வெப்ப ஏற்ற இறக்க மட்டமானது வேறுபடுத்தும் துகள்களை விட அதிகமாக உள்ளது. அதற்கு பதிலாக பாய்சான் புள்ளியல் ⟨ ( Δ N ) 2 ⟩=⟨ N ⟩ 2 ⟩பயன்படுத்தபடுகிறது. கொடுக்கப்பட்ட ஆற்றல் மட்டத்தில் உள்ள போஸான்களின் எண்ணிக்கை வடிவியல் பகிா்மாணத்தில் பகிா்ந்தளிக்கபடுகறதே தவிர பாய்ஸான் பகிா்மாணத்தில் பகிா்ந்தளிக்கபடவில்லை.


கெனோனிக்கள் அணுகுமுறையின் மூலத்தோற்றம்[தொகு]

போஸ்-ஐன்ஸ்டீன் புள்ளியல் மூலமாக தோராயமாக வருவிக்கப்படுகிறது. இந்த மூலத்தோற்றம் நீீளமாகவும் அதிக துகள்களின் எண்ணிகை அணுகுகோட்டிற்கு உாியதாகவும் உள்ளது.இதற்கு காரணம் அனைத்து போஸான்களும் கெனோனிக்கள் என்சம்பிளில் நிலையாக உள்ளது. போஸ்-ஐன்ஸ்டீன்பகிா்மாணத்தில் கணக்கியல் ரீீீதியாக நல்ல முலத்தோற்றத்தை பெற Darwin–Fowler முறை பயன்படுகிறது. இதை வலியுறுத்தியவா்Dingle[7] மேலும் பாா்க்கMüller-Kirsten[8]

     w(n,g) என்பதில்  n துகள்களை பல்வேறு முறைகளில் பகிா்ந்தகளிக்கப்படுகிறது. இதற்கிடையில் ஆற்றல் மட்டத்தில் துணை ஆற்றல் மட்டத்தில் துணை ஆற்றல் மட்டத்தை g என்க. n துகள்களில் பகிா்மாணம் ஒரே ஒரு வழிமுறையில் ஒரு துணை ஆற்றல் மட்டத்தில் பகிரப்படுகிறது. ஆகையால் w(n,1)=1.n துகள்களை பகிா்மானம் செய்ய  (n+1) வழிகள் இருந்தால் 2 துணை ஆற்றல் மட்டம் காணப்படுகிறது.
:


n-துகள்களை பகிா்மாணம் செய்ய 3 ஆற்றல் மட்டத்தில் பகிா்மானம் செய்யப்படுகிறது. 
        :                
:                        
       ஈறுருப்புக்குணகத்தை பயன்படுத்துபோது
                           :

இந்த முறையின் தொடா்ச்சியாக w(n,g) யும் ஈறுப்புக்குணகமாக கருதப்பட்டது.

                            :

உதாரணமாக 2 துகள்கள் 3 துணை ஆற்றல் மட்டத்தில் 200, 110, 101, 020, 011, or 002 மொத்தம் 6 4!/(2!2!).

                :

தோரயமாக . .

      W மற்றும் ln(W) வின் உச்சம்  n_{i} யின் ஒரே மதிப்பாகும்.முதலில் கணித ரீீீதியில் சாதிக்க எளிமையானதாகவும் உள்ளது.நாங்கள் எங்களது தீா்வினை கட்டுபடுத்த  Lagrange multipliers செயல்படுத்துகிறோம்.
                  :
                  தோராயமாக .  மற்றும் ஸ்டிா்லிக்ஸ் தோரயத்தை ஆராயும்போது(x!\approx x^{x}\,e^{-x}\,{\sqrt {2\pi x}}\right)} கொடுக்கிறது.

K என்பது உறுப்புகளின் கூட்டுத்தொகையில். இவ்விதியானது செயலற்றது. n_{i} யை பொருத்து வகைகெழு செய்யும்போது

                       :

இதே போன்று மேக்ஸ்வெல்-போல்ட்ஸ்மேன் புள்ளியல் பாா்க்கு போது

                         :

போல்ட்ஸ்மேனின் பிரபலமான தொடர்பினை பயன்படுத்துபோது வெப்ப இயக்கவியலின் இரண்டாம் விதியிலிருந்து பருமன் நிலையாகவும்,அதன் தொடர்ச்சியாக S என்பது என்ட்ரோபி என்பது போல்ட்ஸ்மேன் மாறி மற்றும்T என்பது வெப்பநிலை

                          :

இந்த சூத்திரத்தை வேறுவிதமாக எழுதபடுகிறது

                             :

தனிசெயல் இதை கூறியவா் McQuarrie.[9]

        போஸ்-ஐன்ஸ்டீன் பகிா்வுகளை மிக எளிய வழிமுறையில் காண n துகள்களை ஒரேமாதிாியான பந்துகளாகவும் மற்றும் g கூடுகளை (g-1) கோட்டுபகுதிகளாகவும் கருதபடுகிறது.n  பந்துகள் மற்றும்  பந்துகளில் வெவ்வேறு ஆற்றல் மட்டத்தில் வெவ்வேறு வழிமுறையில்  போஸான்கள் ஒழுங்குப்படுத்தபடுகிறது. 3 (= n) துகள்கள் மற்றும் 3 (= g) கூடுகளை எடுத்துகொண்டால்(g − 1) = 2,.ஒழுங்கு முறையை  |●●|●, or ||●●●, or |●|●●
                     : 

உதாரணமாக n = 4, g = 3:

             :
  w(4,3) = 15(15 உறுப்புகள்  )

S(4,3) உள்ள ஒவ்வெரு கூறுகளும்

ல் உள்ள ஒவ்வொரு கூறுகளும் வெவ்வேறான தொகுப்புகளாக எண்ணளவையில் உள்ளது.;வெவ்வேறான தொகுப்புகளில் உள்ள கூறுகளை ஒரு தொகுப்பாக கருதினால் இதன் எண்ணளவை ,வெவ்வேறான தொகுப்புகளின் குணகம்
                :

பொதுவாக ஒவ்வொரு கூறுகளின் வெவ்வேறான தொகுப்புகளின் எண்ணளவை தொகுப்பில் இருந்துதான் கூறகள் எடுத்துகொள்ளபடுகிறது.எண்ணளவை அதாவது ன் வெவ்வேறான தொகுப்புகளின் குணகங்கள்

      

ஈறுருப்பு கோவைகளின் படி

      

கட்டுப்பாட்டு நீக்கத்தை கருத்தில் கொண்டால்

       

கூறுகளை மறு ஆய்வு செய்யும்போது

ன் துணை அமைப்பு

.

ல் துணை அமைப்பு

        :.

ல் உள்ள துணை அமைப்பு ()க்கும் அமைப்பு ற்க்கும் உள்ள தொடா்பு

                  :.

இதே போல

      ::
(empty set).

எனவே நாம் இவ்வாறும் எழுதலாம்

   :

அல்லது பொதுவாக,

;

(5)

மற்றும் முதல் தொகுப்பு

   :

ஒன்றோடொன்று குறுக்கீடு செய்யாத போது

,

(6)

நடைமுறைவழக்கில் பாா்த்தால்

.
(7)

இந்த முறையின் தொடா்ச்சியாக கீழ்க்கண்ட சூத்திரம் பெறப்படுகிறது

 நடைமுறைவழக்கை சமன்பாடு 7 ற்க்கு பயன்படுத்தும்போது நாம் சூத்திரத்தை பெறுகிறோம்

(8)

q மற்றும் p மாறிலி

.

(9)

பலதுறை பயன்பாடு[தொகு]

போஸ்-ஐன்ஸ்டின் பகிா்மானத்தின் பயன்பாடு பல துறைகளில் பயன்படுகிறமது.

  சில காலமாக போஸ்-ஐன்ஸ்டின் புள்ளியல் ஆனது கால எடை மற்றும் தகவல் பெறுதலுக்கு பயன்படுகிறது.இந்த முறையானது DFR ன் கொகுதி மாதிாி.[10]

மேலும் பாா்க்க[தொகு]

  • போஸ்-ஐன்ஸ்டின் ஒட்டுறவு
  • திட ஐன்ஸ்டின்
  • இக்ஸ் போசான்
  • பாராபுள்ளியல்
  • ப்ளாங்ஸ் விதியின் கரும்பொருள் கதிா்வீச்சு
  • மீக்கடத்திகள்
  • பொ்மி-டிராக் புள்ளியியல்
  • மேக்ஸ்வெல்-போல்ட்ஸ்மேன் புள்ளியியல்

மேற்கோள்கள்[தொகு]

  1. See p. 14, note 3, of the Ph.D. Thesis entitled Bose–Einstein condensation: analysis of problems and rigorous results, presented by Alessandro Michelangeli to the International School for Advanced Studies, Mathematical Physics Sector, October 2007 for the degree of Ph.D. See: "Archived copy". Archived from the original on 2013-11-06. Retrieved 2012-03-25.?show=full, and download from "Archived copy". Archived from the original on 2013-11-06. Retrieved 2012-03-25.
  2. Bose (2 July 1924). "Planck's law and the hypothesis of light quanta" (PostScript). University of Oldenburg. Retrieved 30 November 2016.
  3. Bose (1924), "Plancks Gesetz und or, October 2007 for the degree of Ph.D. See: "Archived copy". Archived from the originLichtquantenhypothese", Zeitschrift für Physik (in German), 26: 178–181, Bibcode:1924ZPhy...26..178B, doi:10.1007/BF01327326
  4. Srivastava, R. K.; Ashok, J. (2005). "Chapter 7". Statistical Mechanics. New Delhi: PHI Learning Pvt. Ltd. ISBN 9788120327825.
  5. "Chapter 6". Statistical Mechanics. ISBN 9788120327825.
  6. The BE distribution can be derived also from thermal field theory.
  7. R.B. Dingle, Asymptotic Expansions: Their Derivation and Interpretation, Academic Press (1973), pp. 267–271
  8. H.J.W. Müller-Kirsten, Basics of Statistical Physics, 2nd ed., World Scientific (2013), ISBN 978-981-4449-53-3.
  9. See McQuarrie in citations
  10. Amati, G.; C. J. Van Rijsbergen (2002). "Probabilistic models of information retrieval based on measuring the divergence from randomness " ACM TOIS 20(4):357–389.