વિકિરણો

વિકિરણો

જે કંઈ ખાસ કરીને પ્રકાશ કે વિદ્યુતચુંબકીય ઊર્જા જે કિરણ કે તરંગ તરીકે પ્રસરે છે તે. ઉષ્મા કે પ્રકાશના કોઈ સ્રોત દ્વારા ઉત્સર્જિત ઊર્જા, તે સ્રોત સાથે સીધા સંપર્કમાં ન હોય તેવા પદાર્થને પણ મળે છે. આ પ્રકારે થતા ઊર્જા-પ્રસરણને ‘વિકિરણ’ (radiation) પ્રકારે થતું પ્રસરણ કહે છે. આમ વિકિરણોનું અસ્તિત્વ તો લાંબા સમયથી જાણીતું હોવા છતાં, વિકિરણો દ્વારા ઊર્જા-પ્રસરણ કેવી રીતે થાય છે તેમજ વિકિરણોનાં વિવિધ ભૌતિકી સ્વરૂપોની સ્પષ્ટતા તો ઓગણીસમી સદીમાં જ થઈ.

વિકિરણો દ્વારા ઊર્જા-પ્રસરણ બે પ્રકારે શક્ય મનાયું  કાં તો ઊર્જાસ્રોત કોઈ પ્રકારના તરંગોનું ઉત્સર્જન કરતો હોય અથવા તો તેમાંથી કોઈ પ્રકારના કણોનો પ્રવાહ વછૂટતો હોય. તરંગસ્વરૂપે ઊર્જા-પ્રસરણ અંગે સામાન્ય તર્ક દર્શાવે છે કે તરંગોનું પ્રસરણ કોઈ પ્રકારના માધ્યમમાં જ સંભવે; જેમ કે હવામાં પ્રસરતા ધ્વનિતરંગો. પરંતુ પ્રકાશ તો અવકાશમાં રહેલા પદાર્થો દ્વારા પણ મળે છે. આવા કારણે સત્તરમી સદીમાં પ્રવર્તતા સામાન્ય મત અનુસાર પ્રકાશનાં વિકિરણો કોઈ પ્રકારના કણોનો પ્રવાહ મનાતાં. આ પ્રકારના મંતવ્યને વિખ્યાત વિજ્ઞાની ન્યૂટન(1642-1723)નું પણ સમર્થન હતું. પરંતુ તેના જ લગભગ સમકાલીન એવા એક અન્ય ખ્યાતનામ વિજ્ઞાની હાઇગેન(1629-1695)ના મત મુજબ પ્રકાશનું પ્રસરણ કોઈ પ્રકારના તરંગસ્વરૂપનું હતું. આ માટે સમગ્ર વિશ્વમાં, અવકાશમાં પ્રસરેલ કોઈ અત્યંત તરલ માધ્યમની હયાતી માનવી આવદૃશ્યક હતી. આ માધ્યમને ‘પ્રકાશવાહી ઈથર’ (luminiferous aether) નામ અપાયું. (ether એ અન્ય વાસ્તવિક રાસાયણિક પદાર્થ છે.) આ કાલ્પનિક માધ્યમને એવું તરલ માનવું જરૂરી હતું કે તેમાં અવકાશી જ્યોતિઓ (સૂર્ય, ચંદ્ર, ગ્રહો, તારાઓ) સહેજ પણ અવરોધ વગર ગતિ કરી શકે. આ પ્રકારના માધ્યમની કલ્પના મુશ્કેલ હતી. પ્રકાશના તરંગસ્વરૂપને સ્વીકારવા સામેનો આ એક પ્રમુખ અવરોધ હતો.

1801માં યંગ નામના એક વિજ્ઞાનીએ પ્રાયોગિક રીતે દર્શાવ્યું કે બે નજીક નજીક આવેલ રંધ્રો(slits)માંથી પસાર થતો પ્રકાશ, તેની આગળ રાખેલ પડદા ઉપર વ્યતિકરણ (interference) શલાકાઓ રચે છે. આ પ્રકારની ઘટના તો જો પ્રકાશનું પ્રસરણ તરંગસ્વરૂપે થતું હોય તો જ શક્ય બને. આ ઉપરાંત લગભગ આ જ અરસામાં પ્રકાશના ધ્રુવીભવન(polarization)ની ઘટના પણ શોધાઈ, જે આ પ્રકારના પ્રકાશતરંગોનું લંબગત (transverse) સ્વરૂપ સૂચવતું હતું. આમ પ્રકાશનું પ્રસરણ તરંગસ્વરૂપે થાય છે, એ મંતવ્યને પ્રાયોગિક સમર્થન મળ્યું. આ ઉપરાંત પ્રકાશના વિવર્તન(diffraction)ની ઘટના, જેમાં પ્રકાશનું કિરણ અવરોધ આગળથી પસાર થતાં તેની ધાર આગળ વળાંક લે છે, તેનો ઝીણવટભર્યો અભ્યાસ પણ પ્રકાશના તરંગસ્વરૂપને અનુમોદન આપતો જણાયો. આમ પ્રકાશકિરણોનું તરંગસ્વરૂપ પુરવાર થવા છતાં આ તરંગોનું વાસ્તવિક ભૌતિકી સ્વરૂપ તો તે સમયે અજ્ઞાત જ હતું. પરંતુ વ્યતિકરણની ઘટનાના અભ્યાસ દ્વારા આ તરંગોની તરંગલંબાઈ નક્કી કરવાનું શક્ય બન્યું.

પ્રકાશનું તરંગસ્વરૂપ સાબિત થયું તે પહેલાં ન્યૂટને પ્રયોગ દ્વારા દર્શાવ્યું હતું કે સફેદ રંગના જણાતા પ્રકાશકિરણને ત્રિપાર્શ્ર્વકાચ(prism)માંથી પસાર કરતાં તેનું સાત જેવા જણાતા ઘટક રંગોમાં વિભાજન થાય છે, અને આ ઘટક રંગોને ફરીથી ભેગા કરીને સફેદ રંગ મેળવી શકાય છે. 1800ના વર્ષમાં (વિલિયમ હર્ષલ યુરેનસના શોધક) સૂર્યના પ્રકાશના આ રીતે કરાયેલ વિભાજનમાં રાતા રંગના ઘટકની બહારના વિસ્તારમાં વિકિરણ-ઊર્જા નોંધી, જે ઉષ્માસ્વરૂપે અનુભવાતી હતી. આ વિકિરણો તે સમયે ‘Heatrays’ અને ત્યારબાદ ઇન્ફ્રારેડ (Infrared) વિકિરણો તરીકે ઓળખાવાયાં. ત્યારપછીના જ વર્ષે રિટર નામના વૈજ્ઞાનિકે જાંબલી રંગના જણાતા ઘટકની બહારના વિસ્તારમાં રહેલ વિકિરણ-ઊર્જા તેની રાસાયણિક અસર દ્વારા નોંધી અને આ ઘટક પારજાંબલી (ultra-violet) વિકિરણ તરીકે ઓળખાવાયો.

પ્રકાશનું તરંગસ્વરૂપ જણાયા બાદ આ વિકિરણોની તરંગલંબાઈના માપને દર્શાવ્યું કે જાંબલી રંગના જણાતા પ્રકાશના ઘટક ~ 4000 Å જેવી તરંગલંબાઈ ધરાવતા તરંગો છે, અને ક્રમશ: વધતી તરંગ-લંબાઈ અનુસાર નીલો, ભૂરો, લીલો, પીળો, નારંગી અને રાતા રંગનો પ્રકાશ જણાય છે. રાતા રંગના પ્રકાશની તરંગલંબાઈ ~ 6500 Å જેવી હોય છે. (સૂક્ષ્મલંબાઈ માપવા માટે ઍન્ગસ્ટ્રૉમ એકમ વપરાય છે. દસહજાર – એ મિલીમીટરનો હજારમો ભાગ થાય. ઍન્ગસ્ટ્રૉમ બરાબર મિલીમીટરનો કરોડમો ભાગ. આમ પ્રકાશતરંગોની સરેરાશ લંબાઈ મિલીમીટરના બે હજારમા ભાગ જેવી હોય છે.) હર્ષલ દ્વારા શોધાયેલ ઇન્ફ્રારેડ વિકિરણો પ્રકાશના જેવાં જ પરંતુ 6500 Å થી વધુ તરંગલંબાઈના તરંગો છે, જેની અસર ઉષ્માસ્વરૂપે વરતાય છે. જ્યારે અલ્ટ્રાવાયલેટ વિકિરણો 3500 Å થી ટૂંકી તરંગલંબાઈના તરંગો છે. દૃશ્ય પ્રકાશનો તરંગપટ 6500 Å થી માંડીને 3500 Å જેવા વ્યાપમાં વિસ્તરેલ છે.

વર્ણપટવિજ્ઞાન(spectroscopy)નો વિકાસ : ઇન્ફ્રારેડ અને અલ્ટ્રાવાયલેટ વિસ્તારો સહિત પ્રકાશવિકિરણોનું તરંગસ્વરૂપ સ્પષ્ટ થતાં; સૂર્ય અને તારાઓ જેવા આકાશી પદાર્થો દ્વારા આ પ્રકારનાં વિકિરણોમાં વિવિધ તરંગલંબાઈઓ પર રહેલ ઊર્જાના પ્રમાણ પરત્વેના અભ્યાસનો પદ્ધતિસરનો પ્રારંભ થયો, જેને ‘વર્ણપટીય અભ્યાસ’ (spectroscopy) કહેવાય છે. છેક 1802ના વર્ષથી વૉલેસ્ટન નામના વૈજ્ઞાનિકે ત્રિપાર્શ્ર્વકાચ(પ્રિઝમ)માંથી પસાર થતાં સર્જાતા સૂર્યકિરણના રંગીન વર્ણપટમાં કેટલાક શ્યામરંગી વિસ્તારો નોંધ્યા હતા અને તેના મત અનુસાર તો આ ‘પટ્ટાઓ’ સફેદ રંગના ઘટક રંગોને જુદા પાડતા વિસ્તાર હતા ! પરંતુ 1814માં ફ્રૉનહૉફર નામના વૈજ્ઞાનિકે વધુ સારા ‘પ્રિઝમ’ વાપરીને તેમજ વધુ ચોકસાઈપૂર્વકની પદ્ધતિ અજમાવીને પુરવાર કર્યું કે સૂર્યના પ્રકાશના આ રીતે કરાયેલ વિશ્લેષણમાં આવી અનેક સાંકડી શ્યામરંગી રેખાઓ આવેલી જણાય છે તેમજ આ પ્રકારની જ રેખાઓ અન્ય તારાઓના પ્રકાશમાં પણ આવેલી જણાય છે. પરંતુ તારાના પ્રકાર અનુસાર આ રેખાઓનો પ્રકાર અને તેમનાં પરસ્પર પ્રમાણ બદલાતાં જણાય છે. આ રેખાઓ ફ્રૉનહૉફર રેખાઓ તરીકે ઓળખાવાઈ. (ફ્રૉનહૉફરે તેની કારકિર્દીની શરૂઆત એક કાચની ફૅક્ટરીમાં ઍપ્રેન્ટિસ તરીકે શરૂ કરી હતી અને સ્વપ્રયત્ને આગળ વધીને વૈજ્ઞાનિક તરીકે નામના મેળવી હતી.)

ફ્રૉનહૉફર રેખાઓ તો 1814માં શોધાઈ, પરંતુ તેમની ઉત્પત્તિનું રહસ્ય છેક 1860માં ઉકેલાયું ! આ અરસામાં બન્શેન નામના વૈજ્ઞાનિક (લેબૉરેટરીમાં વપરાતા બન્સન બર્નર તરીકે ઓળખાતા સાધનના સર્જક) દ્વારા ઊંચા તાપમાને આવેલ વાયુઓ દ્વારા ઉત્સર્જિત પ્રકાશના વર્ણપટનો પદ્ધતિસરનો અભ્યાસ હાથ ધરાયો; અને બન્શેનના પ્રયોગોના આધારે કિચૉર્ફ નામના તેના સહકાર્યકર્તાએ આ વિકિરણો પરત્વેના કેટલાક મહત્વના નિયમો તારવ્યા. આ નિયમોમાંના એક અતિમહત્વના નિયમ અનુસાર કોઈ પણ પદાર્થની સપાટી, નીચા તાપમાને જેટલી ક્ષમતાથી વિવિધ તરંગલંબાઈનાં વિકિરણોનું શોષણ કરે છે, તેટલી જ ક્ષમતાથી આ જ તરંગલંબાઈઓ પર ઊંચા તાપમાને વિકિરણોનું ઉત્સર્જન પણ કરે છે. આ સંદર્ભમાં જે પદાર્થની સપાટી બધી જ તરંગલંબાઈનાં વિકિરણોનું સંપૂર્ણ શોષણ કરે, તે ઊંચા તાપમાને બધી જ તરંગલંબાઈનાં વિકિરણોનું ઉત્સર્જન પણ પૂર્ણ ક્ષમતાથી કરી શકે અને આવી સપાટીને ‘આદર્શ શ્યામ સપાટી’ (Ideal Blackbody Surface) કહેવાય. કિચૉર્ફના આ નિયમને આધારે તારાઓના વર્ણપટમાં જણાતી ફ્રૉનહૉફર શોષણરેખાઓની ઉત્પત્તિનું રહસ્ય ઉકેલી શકાયું. આ સમજૂતી અનુસાર, જ્યારે તારાઓના, વધુ ઊંચું તાપમાન ધરાવતા નીચેના સ્તરો દ્વારા ઉત્સર્જિત વિકિરણો, પ્રમાણમાં નીચા તાપમાને રહેલા ઉપરના આવરણમાંથી પસાર થાય ત્યારે ઉપરના આવરણમાં રહેલ તત્ત્વોના પ્રકાર અનુસારની તરંગલંબાઈઓ પર શોષણરેખાઓ ઉદભવે છે. ઉપરનાં જે આવરણોમાં આ રીતે શોષણરેખાઓ સર્જાય તે આવરણો હવે ઉત્ક્રમી આવરણ (reversing layer) તરીકે પણ ઓળખાવાય છે. [આ ઉત્ક્રમી આવરણ ઉપર જો ઊંચા તાપમાનનું આછુંપાતળું આવરણ પણ આવેલ હોય તો તે આવરણમાં રહેલ તત્ત્વો અનુસારની તરંગલંબાઈ પર ઉત્સર્જનરેખાઓ પણ સર્જાય. સૂર્યના કિરીટમંડળ (corona) તેમજ રંગાવરણ(chromosphere)ના વર્ણપટમાં જણાતી ઉત્સર્જનરેખાઓ આ રીતે ઉદભવે છે.] બન્શેનના પ્રયોગો તથા કિચૉર્ફ દ્વારા તેની સૈદ્ધાંતિક સમજૂતીઓ વર્ણપટના અભ્યાસ દ્વારા પદાર્થમાંનાં તત્ત્વોના તેમજ આકાશી જ્યોતિઓના રાસાયણિક વિશ્લેષણની પદ્ધતિનો પાયો નાંખ્યો. [જોકે તારાઓના વર્ણપટના આ પ્રકારે કરાતા વિશ્લેષણમાં ઊંચા તાપમાને વાયુમય પદાર્થોમાં સર્જાતા આયનીકરણ(ionization)ના પ્રમાણને જાણવું પણ જરૂરી છે. આ પ્રમાણ તારવવા માટેનું સૂત્ર ભારતીય વૈજ્ઞાનિક મેઘનાદ સહાએ 1919માં તારવ્યું.]

કિચૉર્ફની એક અન્ય મહત્વની તારવણી અનુસાર આદર્શ શ્યામ પદાર્થ દ્વારા ઉત્સર્જિત વિકિરણોમાં જુદી જુદી તરંગલંબાઈ પર રહેલ ઊર્જાનું પ્રમાણ પદાર્થના તાપમાન સાથે સમતોલનમાં હોવું જોઈએ અને આ કારણે આ પ્રમાણ થરમૉડાયનૅમિક્સના સિદ્ધાંતો વાપરીને તારવી શકાવું જોઈએ. આ કારણે 1860 બાદ શ્યામ પદાર્થ દ્વારા ઉત્સર્જિત વિકિરણોમાં વિવિધ તરંગલંબાઈ પર રહેલ ઊર્જાના પ્રમાણ તથા તેનો તાપમાન સાથેનો સંબંધ તારવવાના તેમજ તેની પ્રાયોગિક ચકાસણીના સઘન પ્રયત્નો આરંભાયા. આવા પ્રયત્નોમાં મળેલ પ્રારંભિક નિષ્ફળતામાંથી જ આધુનિક ક્વૉન્ટમવાદ(quantum theory)નો જન્મ થયો. પરંતુ જેમ્સ ક્લાર્ક મૅક્સવેલ દ્વારા વિકિરણોના ભૌતિકી સ્વરૂપ અંગે થયેલ મહત્વના સંશોધનની વાત અહીં ઉલ્લેખનીય છે. કિચૉર્ફે જ્યારે તેના વિકિરણ અંગેના મહત્વના નિયમો તારવ્યા ત્યારે હજી આ વિકિરણોનું ભૌતિકી સ્વરૂપ અજ્ઞાત હતું.

પ્રકાશનું વિદ્યુતચુંબકીય તરંગસ્વરૂપ : ઓગણીસમી સદીના ઉત્તરાર્ધમાં પ્રકાશ ઉપરાંત ઇન્ફ્રારેડ તેમજ અલ્ટ્રાવાયલેટ વિકિરણો જ જાણીતાં હતાં અને આ વિકિરણો કોઈ પ્રકારના લંબગત (transverse) તરંગોસ્વરૂપે અવકાશમાં પ્રસરતાં મનાતાં. તરંગોના પ્રસરણ માટે કોઈ પ્રકારના માધ્યમની આવદૃશ્યકતાને કારણે સમગ્ર બ્રહ્માંડમાં ‘ઈથર’ નામનું માધ્યમ વ્યાપેલું હોવાનું મનાતું. વળી ‘સ્થિર’ સંદર્ભ પૂરો પાડતા આ માધ્યમમાં વિવિધ પદાર્થો ગતિ કરતા મનાતા. વિકિરણોના તરંગો આ ઈથરમાં સર્જાતા વિક્ષોભ જેવા મનાતા, જે વિક્ષોભ બાદ માધ્યમમાં તરંગસ્વરૂપે પ્રસરતા મનાતા.

1873માં મૅક્સવેલ નામના વૈજ્ઞાનિકે ફૅરડે દ્વારા કરાયેલ વિદ્યુતચુંબકીય પ્રેરણ અંગેના પ્રયોગોને આધારે એવાં સમીકરણો તારવ્યાં; જે સમય સાથે બદલાતા વિદ્યુતક્ષેત્રને તે કારણે ઉદભવતા ચુંબકીય ક્ષેત્ર ઉદભવતા વિદ્યુતક્ષેત્ર સાથે સાંકળતાં હતાં. આ સમીકરણો હવે મૅક્સવેલના ‘વિદ્યુતચુંબકીય ક્ષેત્ર અંગેનાં સમીકરણો’ (electro-magnetic field equations) તરીકે પ્રખ્યાત છે. આ સમીકરણોને આધારે તેણે એમ પણ તારવ્યું કે પરસ્પર લંબદિશામાં સર્જાતા વિદ્યુતક્ષેત્ર અને ચુંબકીય ક્ષેત્રના વિક્ષોભો, લંબગત તરંગો (transverse waves) તરીકે અવાહક માધ્યમમાં પ્રસરી શકે છે. આ પ્રકારના તરંગોને વિદ્યુતચુંબકીય તરંગો કહેવાયા અને તેમની ગતિનું મૂલ્ય માધ્યમની વિદ્યુત અને ચુંબકીય લાક્ષણિકતા પરાવૈદ્યુતાંક અને પારગમ્યતા (permitivity and permeability) દ્વારા નક્કી થાય છે. જો અવકાશ માટેનાં આ લાક્ષણિક મૂલ્યો લેવામાં આવે તો આ ગતિ બરાબર પ્રકાશની ગતિ જેટલી જ મળે છે ! આ આધારે મૅક્સવેલે અનુમાન કર્યું કે પ્રકાશતરંગો વાસ્તવમાં વિદ્યુતચુંબકીય તરંગો હોઈ શકે. આ પછી ટૂંક સમય(1888)માં હર્ટ્ઝ નામના વૈજ્ઞાનિકે પ્રયોગશાળામાં આ જ પ્રકારના પરંતુ લગભગ મીટર જેવી તરંગલંબાઈ ધરાવતા વિદ્યુતચુંબકીય તરંગો સર્જીને તે હવામાં પ્રસરી શકે છે તેમ પ્રતિપાદિત કર્યું અને આમ વિદ્યુતચુંબકીય તરંગો વાસ્તવિક છે એ સાબિત થયું. પરંતુ આ સમયે પણ અવકાશમાં વિદ્યુત અને ચુંબકીય ક્ષેત્રને સાંકળતા આવા તરંગોના પ્રસરણ માટે ઈથર જેવા કોઈ માધ્યમની તો જરૂર જણાતી હતી.

જો આવા પ્રકારના કોઈ સ્થિર માધ્યમમાં પૃથ્વી અને બીજા અવકાશી પિંડો ગતિ કરતા હોય તો આ ગતિ તેમની ‘નિરપેક્ષ’ (absolute) ગતિ કહેવાય. માઇકલ્સન અને મોર્લે નામના વૈજ્ઞાનિકોએ પ્રકાશના વ્યતિકરણ (interference) પર આધારિત એક જટિલ ઉપકરણ, માઇકલ્સન મૉર્લે ઇન્ટરફેરોમીટરના ઉપયોગથી 1887માં પૃથ્વીની આ નિરપેક્ષ ગતિ માપવાનો પ્રયત્ન કર્યો. પરંતુ વારંવાર આ પ્રયોગનું પુનરાવર્તન કરતાં, હંમેશાં આ ગતિનું મૂલ્ય શૂન્ય જ જણાયું ! આશ્ર્ચર્યજનક જણાતા આ કોયડાનો ઉકેલ 1905માં આઇન્સ્ટાઇને તેના સાપેક્ષવાદના સિદ્ધાંતને આધારે આપ્યો. આ સિદ્ધાંત અનુસાર મૅક્સવેલના વિદ્યુતચુંબકીય ક્ષેત્રને સાંકળતાં સમીકરણો એક વૈશ્ર્વિક નિયમ છે અને બ્રહ્માંડમાં કોઈ પણ નિરીક્ષક માટે તેનું સ્વરૂપ બદલાય નહિ. વિદ્યુતચુંબકીય તરંગોનો અવકાશમાં વેગ આ સમીકરણો પરથી નિશ્ચિત થતો હોવાથી, વિશ્વભરમાં કોઈ પણ નિરીક્ષક, કોઈ પણ સ્થાનેથી જો પ્રકાશનો વેગ માપે તો તેને તેનું એક જ મૂલ્ય મળે. આમ પ્રકાશનો અવકાશમાં વેગ (વ્યાપક રીતે વિદ્યુતચુંબકીય તરંગોનો વેગ) એક વૈશ્ર્વિક અચળાંક (universal constant) છે. જો કોઈ વ્યક્તિ પ્રચંડ વેગથી કોઈ પ્રકાશના સ્રોત તરફ દોડતી હોય તો તેને પણ પ્રકાશની ગતિનું મૂલ્ય, સ્રોત સંદર્ભે સ્થિર રહેલ વ્યક્તિને જેટલું જણાય એટલું જ જણાશે ! આ દેખીતો વિસંવાદ સાપેક્ષવાદનાં સમીકરણો દ્વારા જ સમજી શકાય છે.

વિદ્યુતચુંબકીય વિકિરણોનો વ્યાપ : 1888માં હટર્ઝ દ્વારા મીટર જેવી લાંબી તરંગલંબાઈ ધરાવતા વિદ્યુતચુંબકીય તરંગો શોધાતાં તેમજ પ્રકાશનું આ પ્રકારના જ પરંતુ ઘણી ટૂંકી તરંગલંબાઈ (મિલિમીટરના બે હજારમા ભાગ જેવી) ધરાવતાં વિકિરણોનું સ્વરૂપ સાબિત થતાં, જણાયું કે વિદ્યુતચુંબકીય વિકિરણોનો વર્ણપટ ઘણો જ વ્યાપક હોઈ શકે. 1895માં રોંજન નામના વૈજ્ઞાનિકે કૅથોડ-રે-ટ્યૂબ તરીકે ઓળખાતા ઉપકરણમાંથી ઉત્સર્જિત થતાં અને ઘણી ઊંચી વિભેદનશીલતા ધરાવતાં વિકિરણો શોધ્યાં, જે ઍક્સ-કિરણો તરીકે નામાભિધાન પામ્યાં. આ કિરણો માંસપેશીઓમાંથી પસાર થઈ જતાં હતાં; પરંતુ અસ્થિમાંથી પસાર નહોતાં થતાં અને ફોટોગ્રાફિક ફિલ્મ પર અસર કરતાં હતાં. આ કારણે તેમનો તાત્કાલિક ઉપયોગ તબીબી ક્ષેત્રે થયો. વધુ અભ્યાસમાં આ વિકિરણો પણ વિદ્યુતચુંબકીય તરંગ-સ્વરૂપનાં પરંતુ અલ્ટ્રાવાયલેટ તરંગોથી પણ ટૂંકી તરંગલંબાઈનાં વિકિરણો પુરવાર થયાં. (cathode ray tubeમાં આ વિકિરણો તેજ ગતિ ધરાવતા ઇલેક્ટ્રૉનના અવરોધ સાથે સંઘાત દ્વારા ઉત્સર્જિત થાય છે.) 1901નો સૌપ્રથમ નોબેલ પુરસ્કાર રોંજનને તેની આ શોધ માટે એનાયત થયો હતો.

આવા વિદ્યુતચુંબકીય વિકિરણોના તરંગો માટે ‘નાનામાં નાના તરંગો’ કે ‘મોટામાં મોટા તરંગો’ એવી સીમાઓ શક્ય નથી. એ વાત તો સહેલાઈથી સમજી શકાય. તરંગ-ઉત્સર્જનની પ્રક્રિયા જ તરંગલંબાઈનું પ્રમાણ નક્કી કરે છે એ વાત પછીથી સમજાશે. આ સ્થળે તો વિવિધ તરંગલંબાઈનાં વ્યાપમાં આવતાં આવાં વિકિરણો કયા નામે ઓળખાય છે તે સંક્ષેપમાં જાણવાનું રહે છે.

વિદ્યુતચુંબકીય તરંગપટ : હર્ટ્ઝ દ્વારા 1888માં પ્રાયોગિક રીતે જે વિદ્યુતચુંબકીય તરંગોનું ઉત્સર્જન પ્રતિપાદિત કરાયું, તે ~ મીટર જેવી લંબાઈનાં વિકિરણો રેડિયો-તરંગોના વિસ્તારમાં આવે. આ પ્રકારના પરંતુ કિલોમીટર જેવી તરંગલંબાઈના તરંગો પણ વાતાવરણમાં પ્રસરતા હોય છે. સેન્ટિમીટર જેવી તરંગલંબાઈનાં વિદ્યુતચુંબકીય વિકિરણો ‘સૂક્ષ્મતરંગો’ (microwave) તરીકે ઓળખાવાય છે. તેનાથી પણ ટૂંકી તરંગલંબાઈ તરફ જતાં, પ્રથમ અવમિલિમીટર(sub milimetre)નો વિસ્તાર આવે અને ત્યારબાદ ઇન્ફ્રારેડ વિસ્તાર આવે. ઇન્ફ્રારેડ વિસ્તારના સામાન્ય રીતે ત્રણ પેટાવિભાગ પડાય છે. ~ 100 માઇક્રોન (એટલે કે મિલિમીટરનો દસમો ભાગ), તરંગલંબાઈના દૂરના ઇન્ફ્રારેડ ~ 10 માઇક્રોન તરંગલંબાઈના વિસ્તારમાં આવતા મધ્યવર્તી ઇન્ફ્રારેડ (mid infrared) તથા માઇક્રોન જેવી તરંગ લંબાઈ ધરાવતા નજીકના ઇન્ફ્રારેડ. અલબત્ત દૂરના ઇન્ફ્રારેડ અને અવમિલિમીટર તેમજ અવમિલિમીટર અને સૂક્ષ્મતરંગો તેમજ સૂક્ષ્મતરંગો અને રેડિયોતરંગોના વિસ્તાર વચ્ચે કંઈ સ્પષ્ટ વિભાજન હોતાં નથી.

ઇન્ફ્રારેડ પછી જાણીતો દૃશ્યપ્રકાશનો વિસ્તાર આવે, જે 0.65 માઇક્રોનથી 0.35 માઇક્રોનના તરંગો છે. (એટલે કે 6500 Å થી 3500 Å ના તરંગો) એમાંથી ટૂંકી લંબાઈના તરંગોનો વિસ્તાર તે અલ્ટ્રાવાયલેટ વિકિરણો કહેવાય છે. આ વિસ્તારના પણ ત્રણ પેટાવિભાગ પડાય છે : નજીકના અલ્ટ્રાવાયલેટ, દૂરના અલ્ટ્રાવાયલેટ અને અતિદૂરના અલ્ટ્રાવાયલેટ. ~ 100 Å જેવા અતિદૂરના અલ્ટ્રાવાયલેટથી ટૂંકી તરંગલંબાઈનો વિસ્તાર તે X વિકિરણો અને ~1 થી ટૂંકી તરંગલંબાઈનાં વિકિરણો તે ગૅમા કિરણો (g rays). આમ, વિદ્યુતચુંબકીય તરંગોનો વર્ણપટ કિલોમીટર જેવી તરંગલંબાઈના રેડિયોતરંગોથી માંડીને Å થી પણ નાની તરંગલંબાઈનાં ગૅમા કિરણો સુધી વ્યાપેલ છે. (1 Å = મિલિમીટરનો કરોડમો ભાગ).

હવે આ સમગ્ર વર્ણપટને આવરી લેતા વિસ્તારમાં પદાર્થો દ્વારા વિકિરણોનું ઉત્સર્જન કેવી રીતે થાય છે તે વિષય પ્રસ્તુત છે.

આદર્શ શ્યામ સપાટી દ્વારા ઉત્સર્જન અને તાપમાન : બન્શને પ્રયોગો અને કિચૉર્ફ દ્વારા તેની સૈદ્ધાંતિક સમજૂતી અનુસાર આ વિકિરણોનું ઉત્સર્જન, ઉત્સર્જન કરતા પદાર્થના તાપમાન સાથે સંકળાયેલ છે. અને આ સંદર્ભમાં કિચૉર્ફે 1860માં સૂચવ્યું હતું તેમ આદર્શ શ્યામ સપાટી (ideal blackbody surface) દ્વારા ઉત્સર્જિત વિકિરણોમાં, જુદી જુદી તરંગલંબાઈ પર ઉત્સર્જિત ઊર્જાનું પ્રમાણ ફક્ત સપાટીના તાપમાન પર જ આધાર રાખી શકે. આ પ્રકારનો પદાર્થ (કે સપાટી) બધી જ તરંગલંબાઈનાં વિકિરણોનું સંપૂર્ણ ક્ષમતાથી શોષણ અને ઉત્સર્જન કરતો હોવાથી તેના દ્વારા ઉત્સર્જિત વિકિરણો, પદાર્થના તાપમાન સાથે સમતોલનમાં હોય અને આ કારણે વિકિરણોમાં વિવિધ તરંગલંબાઈ પર રહેલ ઊર્જાના પ્રમાણ અને તાપમાન સાથેનો સંબંધ થરમૉડાયનૅમિક્સના સિદ્ધાંતો પરથી તારવી શકાવો જોઈએ.

આ દિશામાં હાથ ધરાયેલ પ્રાયોગિક અને સૈદ્ધાંતિક સંશોધનોના ફળસ્વરૂપે ઓગણીસમી સદીના અંતભાગ સુધીમાં, વિકિરણોની ઊર્જા અને તાપમાન વચ્ચેનો સંબંધ દર્શાવતા બે મહત્વના નિયમો શોધાયા. આમાંના એક, સ્ટીફન-બૉલ્ટ્ઝમાન નિયમ અનુસાર આદર્શ શોષક સપાટી દ્વારા કુલ વિકિરણ ઊર્જા-ઉત્સર્જનનો દર સપાટીના તાપમાનના ચતુર્ઘાતના સમપ્રમાણમાં હોય છે. અન્ય એક નિયમ વીનના સ્થાનાંતરના નિયમ અનુસાર વધતા તાપમાન સાથે મહત્તમ ઊર્જા-ઉત્સર્જન માટેની તરંગલંબાઈ l_max તાપમાન સાથે વ્યસ્ત પ્રમાણમાં હોય છે. આમ જો કોઈ તાપમાન T પર મહત્તમ વિકિરણ ઊર્જા-ઉત્સર્જન l_max તરંગલંબાઈ પર થતું હોય તો l_max T = અચળાંક. (આ અચળાંક જેનું મૂલ્ય ~ 2896 કેલ્વિન-માઇક્રોન જેવું છે તેનો ઉલ્લેખ પછીથી કરવામાં આવ્યો છે.) વીને આ સાથે આદર્શશોષક દ્વારા ઉત્સર્જિત ઊર્જાના પ્રમાણની વિવિધ તરંગલંબાઈ પર જણાતી વહેંચણીનો સપાટીના તાપમાન સાથેનો સંબંધ દર્શાવતું સૂત્ર પણ સૂચવ્યું (1897). 1900માં લ્યુમર અને પ્રિન્ગશેમ નામના વૈજ્ઞાનિકોએ આ અંગે અત્યંત ચોકસાઈપૂર્વકના પ્રયોગો હાથ ધર્યા. જેમાં l_maxથી ટૂંકી તરંગલંબાઈઓ પર તો પ્રાયોગિક મૂલ્યો વીન દ્વારા સૂચવાયેલ સૂત્ર સાથે સંવાદી જણાતાં હતાં, પરંતુ લાંબી તરંગલંબાઈ પર વિસંવાદી બનતા હતા.

આદર્શ શ્યામ ઉત્સર્જક દ્વારા ઉત્સર્જિત વિકિરણો એક સંપૂર્ણ શોષક આંતરિક સપાટી ધરાવતી બંધ કોટડીમાં પ્રવર્તતાં વિકિરણો સ્વરૂપનાં હોય; કારણ કે આવી કોટડીમાં પ્રવર્તતાં વિકિરણોમાં વિવિધ તરંગલંબાઈ પર ઊર્જાનું પ્રમાણ એક પ્રકારના સમતોલનમાં આવી ગયું હોય, જે ફક્ત કોટડીના તાપમાન પર જ આધાર રાખે (લ્યુમર અને પ્રિન્ગશેને આવી કોટડીના નાના છિદ્રમાંથી નીકળતાં વિકિરણોનો પ્રાયોગિક અભ્યાસ કર્યો હતો.). આવી કોટડીમાં સમતોલન પરિસ્થિતિમાં વિકિરણોના નિશ્ચિત સંખ્યાના સ્થાયી તરંગો (stationary waves) અસ્તિત્વ ધરાવે છે, જે modes of oscillations કહેવાય છે અને statistical mechanicsની પ્રણાલી અનુસાર આ બધા જ modes વચ્ચે ઊર્જા સરખા પ્રમાણમાં વહેંચાયેલ હોવી જોઈએ. આ પ્રકારના તર્કને આધારે 1900ના પ્રારંભમાં રેલે નામના વૈજ્ઞાનિકે ઊર્જાની તરંગલંબાઈ પર વહેંચણીને તાપમાન સાથે સાંકળતું એક અન્ય સૂત્ર તારવ્યું. મુશ્કેલી એ થઈ કે હવે આ સૂત્ર અનુસારની વહેંચણી લાંબી તરંગલંબાઈ પર તો પ્રયોગો સાથે મેળમાં હતી, પરંતુ ટૂંકી તરંગલંબાઈ પર વિસંવાદી બનતી હતી. વધુ વિચિત્ર વાત તો એ હતી કે સૂત્ર અનુસાર તો કુલ ઉત્સર્જિત ઊર્જાનું પ્રમાણ ઘટતી તરંગલંબાઈ સાથે બેમર્યાદ વધતું જણાતું હતું. (જ્યારે વીનના નિયમ અનુસાર તો lmax પર મહત્તમ થઈને પછી વધુ ટૂંકી તરંગલંબાઈ પર ઘટતું જાય છે.) આ મુશ્કેલી પારજાંબલી વિપત્તિ (ultraviolet catastrophe) નામે પ્રસિદ્ધ થઈ અને તે સમયના સ્વીકૃત ભૌતિક-વિજ્ઞાનના સિદ્ધાંતો અનુસારનો તેનો કોઈ ઉકેલ જણાતો નહોતો.

વિસંવાદનો ઉકેલ : ક્વૉન્ટમવાદનો ઉદય : ઘણી મથામણને અંતે પ્લાન્ક નામના વૈજ્ઞાનિકે નોંધ્યું કે ટૂંકી તરંગલંબાઈ પર ઊર્જા અસીમિત થવા પાછળનું કારણ તરંગલંબાઈ ઘટવા સાથે રીતિ(modes)ની વધતી જતી સંખ્યા છે. જો આ વિકિરણો અનિશ્ચિત રીતે નાની માત્રામાં ઊર્જા ધરાવી શકતાં ન હોય પરંતુ આ ઊર્જા ધરાવવા માટે એક ન્યૂનતમ સીમા હોય અને આ ન્યૂનતમ ઊર્જાની સીમાનું મૂલ્ય જો તરંગલંબાઈ ઘટવા સાથે વધતું જાય તો આ પ્રશ્ર્નનો ઉકેલ આવી શકે છે. આ માટે પ્લાન્કે 1900ના અંતમાં એક અધિતર્ક (hypothesis) સૂચવ્યો, જે અનુસાર કોઈ પણ તરંગલંબાઈ lનાં વિકિરણોમાં ઊર્જાનું પ્રમાણ એક ન્યૂનતમ સીમાના ગુણકમાં જ સંભવી શકે. (આ ન્યૂનતમ ઊર્જા- જથ્થાના મૂલ્યને ક્વૉન્ટમ – quantum નામ અપાયું.) કોઈ પણ તરંગલંબાઈ l માટે તેની ઊર્જાના ક્વૉન્ટમનું મૂલ્ય તરંગની કંપઆવૃત્તિ fના સમપ્રમાણમાં હોય. વિદ્યુતચુંબકીય તરંગોની અવકાશમાં ગતિને જો C દ્વારા દર્શાવવામાં આવે (Cનું મૂલ્ય સેકંડે લગભગ 3 લાખ કિલોમીટર જેવું છે અને આઇન્સ્ટાઇનના સાપેક્ષવાદ અનુસાર આ વેગ એક વૈશ્ર્વિક અચળાંક છે.) તો તરંગની કંપઆવૃત્તિ f = C/λ થાય. ન્યૂનતમ ઊર્જાના ક્વૉન્ટમનું મૂલ્ય fના સમપ્રમાણમાં હોવાથી hf જેટલું થાય, જ્યાં h પ્લાન્કના અચળાંક તરીકે હવે પ્રખ્યાત થયેલો અન્ય વૈશ્ર્વિક અચળાંક છે. ક્વૉન્ટમ ઊર્જા hfનું મૂલ્ય તરંગલંબાઈના વ્યસ્ત પ્રમાણમાં હોવાથી હવે રેલે અનુસારની ગણતરીમાં વિકિરણ-ઊર્જા ઘટતી તરંગલંબાઈ સાથે બેમર્યાદ રીતે વધતી નથી. આ અધિતર્ક અનુસાર વિકિરણ-ઊર્જાનો તાપમાન સાથે સંબંધ દર્શાવતું જે સૂત્ર પ્લાન્કે તારવ્યું તે લ્યુમર અને પ્રિન્ગશેમનાં પ્રાયોગિક મૂલ્યો સાથે બિલકુલ બંધબેસતું જણાયું તેમજ આ સૂત્ર અનુસાર વીનના નિયમ l_max T = અચળાંક અનુસારનું જ ઊર્જા મહત્તમ પણ આવેલ જણાયું. પ્લાન્કના વૈશ્ર્વિક અચળાંક(universal constant)નું મૂલ્ય 6.63 × 1027 અર્ગ-સેકન્ડ જેવું સૂક્ષ્મ માત્રાનું હોવાથી સામાન્ય સંયોગોમાં વિદ્યુતચુંબકીય તરંગો સાથે સંકળાયેલ ન્યૂનતમ ઊર્જા-જથ્થા(quantum)ની ઊર્જા પણ અત્યંત સૂક્ષ્મ માત્રાની હોય, જેથી વ્યવહારમાં તેની અસર જણાતી નથી. 5000  જેવી સરેરાશ તરંગલંબાઈ ધરાવતા દ્રવ્ય પ્રકાશના તરંગોની ક્વૉન્ટમ ઊર્જાનું મૂલ્ય ≈ 4 x 1012 અર્ગ જેવું થાય ! આમ ક્વૉન્ટમવાદ અનુસાર દૃશ્ય પ્રકાશનું કિરણ, આવી સૂક્ષ્મ માત્રાની ઊર્જા ધરાવતા અસંખ્ય કણોના પ્રવાહ સ્વરૂપનું છે !

પ્લાન્કના મૂળ સૂચન અનુસાર તો વિદ્યુતચુંબકીય તરંગોમાં ઊર્જાનું માત્ર ઉત્સર્જન જ આવા નિશ્ચિત માત્રાની ઊર્જા ધરાવતા કણોના સ્વરૂપે થતું સૂચવાયેલ હતું, પરંતુ આઇન્સ્ટાઇને આ ખ્યાલને એક ડગલું આગળ લઈ જતાં સૂચવ્યું કે આ વિદ્યુતચુંબકીય વિકિરણોનું પ્રસરણ તરંગસ્વરૂપનું હોવા છતાં મૂળભૂત રીતે તો તે ઊર્જાકણોના પ્રવાહ-સ્વરૂપનું છે. સાથે સાથે આ ઊર્જાકણોની ગતિ અંગેના નિયમ ન્યૂટનના ગતિના નિયમ પ્રકારના નહિ, પરંતુ તરંગ-પ્રસરણના નિયમ અનુસારના છે જેથી વ્યતિકરણ અને વિવર્તન જેવી ઘટનાઓ સર્જાય છે તેમજ તે ધ્રુવીભૂત પણ થઈ શકે છે. આમ પ્રકાશ(અને વ્યાપક રીતે વિદ્યુતચુંબકીય વિકિરણો)ના સ્વરૂપ અંગેનો નવો ખ્યાલ ‘ક્વૉન્ટમવાદ’ ઉદભવ્યો, જે તરંગસ્વરૂપ અને કણસ્વરૂપનો સમન્વય હતો. આ પ્રકારના વાદને આધારે આઇન્સ્ટાઇનને પ્રકાશની વિદ્યુતઅસર (photoelectric effect) અંગેના પ્રયોગોમાં જણાતા કેટલાક મહત્વના વિસંવાદો દૂર કરવામાં સફળતા મળી (1905). આઇન્સ્ટાઇનની સમજૂતી અનુસાર પ્રકાશની વિદ્યુત-અસર દર્શાવતા પદાર્થની સપાટી પરથી ઇલેક્ટ્રૉનને મુક્ત કરવો હોય તો તે માટે આપાત થતા પ્રકાશના ઊર્જાકણની ઊર્જા એક નિશ્ચિત માત્રા (પદાર્થમાં ઇલેક્ટ્રૉનની બંધન-ઊર્જા) કરતાં વધુ હોય તે જરૂરી છે. આપાત પ્રકાશના ઊર્જાકણોની ઊર્જાનું મૂલ્ય આપાત થતા પ્રકાશની તરંગલંબાઈના વ્યસ્ત પ્રમાણમાં હોવાથી, નિશ્ચિત તરંગલંબાઈથી ઓછી તરંગલંબાઈના પ્રકાશ દ્વારા જ આ શક્ય બને છે. (વિદ્યુત-ચુંબકીય વિકિરણોના આ પ્રકારના ઊર્જાકણો માટે હવે વ્યાપક રીતે વપરાતો શબ્દ ફોટૉન તો છેક 1926માં લેવિસ નામના વૈજ્ઞાનિકે પ્રચલિત કર્યો.)

આ પ્રકારની ફોટોઇલેક્ટ્રિક અસર પર આધારિત કોષ(photo cell)નો ઉપયોગ પ્રકાશની તીવ્રતા માપવા માટે બહોળા પ્રમાણમાં થાય છે. વળી આ પ્રકારના photocell પર આધારિત ઘણાં સ્વયંસંચાલિત ઉપકરણો રચાયાં છે.

વિદ્યુતચુંબકીય વિકિરણોનો તરંગ અને કણસ્વરૂપ એવો દ્વિગુણ સ્વભાવ (wave particle duality) સિદ્ધ થયા પછી 1924માં લૂઈ દ બ્રોલી નામના વૈજ્ઞાનિકે એક ક્રાંતિકારી સૂચન કર્યું કે ઇલેક્ટ્રૉન અને નાભિકણો જેવા સૂક્ષ્મ કણોની ગતિના નિયમો પણ આ પ્રકારે તરંગ અને કણસ્વરૂપની ગતિના પ્રકારના હોઈ શકે અને તેણે આવા કણોની સાથે સંકળાયેલ તરંગોની તરંગલંબાઈ માટેનું સૂત્ર પણ તારવ્યું. ટૂંક સમય(1927)માં જ ડેવિસન અને ગર્મર નામના વૈજ્ઞાનિકોએ પ્રયોગો દ્વારા પુરવાર કર્યું કે ઇલેક્ટ્રૉન કણોનો પ્રવાહ પણ ઍક્સ-કિરણોની જેમ જ સ્ફટિક રચના (crystal lattice) દ્વારા વિવર્તન-(diffraction)ની ઘટના દર્શાવે છે, જેનું પ્રમાણ દ બ્રોલી દ્વારા સૂચિત તરંગલંબાઈ અનુસારનું જ છે. આમ, ભૌતિકશાસ્ત્રના ક્ષેત્રે એક ક્રાન્તિ સર્જાઈ અને જણાયું કે સૂક્ષ્મસૃદૃષ્ટિમાં પ્રવર્તતા ગતિનિયમો ન્યૂટનના ગતિનિયમો અનુસારના નથી, પરંતુ તરંગ અને કણગતિના સમન્વય પ્રકારના છે. સૂક્ષ્મસૃદૃષ્ટિમાં લાગુ પડતા ગતિના નિયમોની પ્રણાલી હવે ક્વૉન્ટમ યાંત્રિકી (quantum mechanics) પ્રણાલીના નામે ઓળખાય છે. જ્યારે સામાન્ય વ્યવહારમાં લાગુ પડતી ન્યૂટનની ગતિના નિયમો અનુસારની પ્રણાલી હવે પ્રશિષ્ટ યાંત્રિકી (classical mechanics) તરીકે ઓળખાય છે. મનુષ્યના સામાન્ય અનુભવની સૃદૃષ્ટિ(macro world)માં બનતી ઘટનાઓ, સૂક્ષ્મ સ્તરે એટલે કે સૂક્ષ્મસૃદૃષ્ટિ(micro world)ની ઘટનાઓના અંતિમ ફળ સ્વરૂપની હોય છે. સૂક્ષ્મસૃદૃષ્ટિની ઘટનાઓનું નિયંત્રણ ક્વૉન્ટમવાદની પ્રણાલી અનુસાર જ થાય છે. પરંતુ સામાન્ય સૃદૃષ્ટિ(macroworld)માં પરિણામસ્વરૂપ જણાતી ઘટનાઓ પ્રશિષ્ટ યાંત્રિકીની પ્રણાલી દ્વારા સરળતાથી સમજી શકાય છે.

ક્વૉન્ટમ યાંત્રિકી પ્રણાલીની શોધ અને વિકાસને કારણે વિદ્યુતચુંબકીય વિકિરણોના ઉત્સર્જન સાથે સંકળાયેલ અણુ-પરમાણુઓની આંતરિક પ્રક્રિયાઓનું રહસ્ય જાણવામાં ઘણી ઝડપી પ્રગતિ થઈ. જોકે આનાં બીજ તો 1913માં નીલ બોહર દ્વારા સૂચિત હાઇડ્રોજન પરમાણુ અંગેના અધિતર્ક (Bohr model of hydrogen atom) અને તેના આધારે અપાયેલ હાઇડ્રોજન વાયુના વર્ણપટની સમજૂતી સમયે નંખાઈ ચૂક્યાં હતાં.

વિદ્યુતચુંબકીય વિકિરણોનું ઉત્સર્જન : વિદ્યુતચુંબકીય વિકિરણોના વિવિધ તરંગલંબાઈના વિસ્તારો(રેડિયો, સૂક્ષ્મતરંગો ઇત્યાદિ)નો તો ઉલ્લેખ કર્યો છે. જેમ જેમ તરંગલંબાઈ ઘટે તેમ તેમ તરંગોની કંપમાત્રા (frequency ‘f’) વધે અને પ્લાન્કના સૂત્ર ‘ક્વૉન્ટમ ઊર્જા = hf’ અનુસાર વિકિરણોના ક્વૉન્ટા (વિકિરણો સાથે સંબંધિત તરંગોનો ન્યૂનતમ ઊર્જા-જથ્થો, જે માટે હવે ‘ક્વૉન્ટા’ શબ્દ પ્રયોજાયો છે.) વધુ ઊર્જાશીલ બને. આ દર્શાવે છે કે જેમ જેમ ઉત્સર્જન સાથે સંકળાયેલ ભૌતિક પ્રક્રિયાઓ વધુ ઊર્જાશીલ બને તેમ તેમ ઉત્સર્જિત વિકિરણોની તરંગલંબાઈ ઘટતી જાય. કિલોમીટર જેવી લાંબી તરંગલંબાઈના રેડિયોતરંગોનું ઉત્સર્જન નૈસર્ગિક રીતે પ્રમાણમાં નિર્બળ એવા ચુંબકીય ક્ષેત્રમાં ગતિ કરતા ઇલેક્ટ્રૉન જેવા વીજાણુઓને કારણે થઈ શકે. આ રીતે પૃથ્વીના અયનમંડળમાં આ પ્રકારના તરંગોનું ઉત્સર્જન થતું રહે છે. સંદેશાવ્યવહારમાં વપરાતાં રેડિયો અને સૂક્ષ્મતરંગોના ઉત્સર્જન માટે વીજાણુ આંદોલક (electronic oscillator) જેવાં ઉપકરણો વપરાય છે, જેમાં આંદોલિત વિદ્યુતપ્રવાહ સર્જાતો રહે છે. સેન્ટિમીટર જેવી નાની તરંગલંબાઈના આ પ્રકારના તરંગોના ઉત્સર્જન માટે ક્લિસ્ટ્રોન, મૅગ્નેટ્રૉન નામે ઓળખાતાં ઉપકરણો વપરાય છે. પરંતુ મિલિમીટરથી પણ નાની લંબાઈના તરંગોના ઉત્સર્જન માટે અત્યંત નાના કદનાં આંદોલકો સર્જવાં પડે, જે સામાન્ય રીતે શક્ય નથી. (લેઝર અને મેઝર ઉપકરણો આને શક્ય બનાવે છે !) આ કારણે ઇન્ફ્રારેડ અને તેનાથી ટૂંકી તરંગલંબાઈનાં દૃશ્યપ્રકાશ ઇત્યાદિ વિકિરણો સામાન્ય રીતે તો નૈસર્ગિક આંદોલકો  અણુ અને પરમાણુ દ્વારા જ ઉત્સર્જાય છે. આનાથી પણ ટૂંકી તરંગલંબાઈના વિસ્તાર ગૅમા કિરણો માટે પરમાણુના નાભિને આંદોલક કહી શકાય !

માનવસર્જિત ઇલેક્ટ્રૉનિક આંદોલકો અને અણુ-પરમાણુ જેવાં નૈસર્ગિક આંદોલકો દ્વારા થતા વિકિરણોના ઉત્સર્જનના પ્રકારમાં એક મહત્વનો ફેર છે. માનવસર્જિત આંદોલકો સતત પ્રક્રિયા દ્વારા સળંગ તરંગોનું ઉત્સર્જન કરે છે – સ્વરચીપિયા (tuning fork) કે સ્વરપેટીના સૂરના પ્રકારના તરંગો. જ્યારે અણુ-પરમાણુ જેવા ઉત્સર્જકો એક જ સમયે મોટી સંખ્યામાં ત્રુટક તરંગોનું ઉત્સર્જન કરે છે. આમ નૈસર્ગિક રીતે સર્જાતાં વિકિરણો ‘વિસંવાદી તરંગોના સમૂહ’ જેવાં હોય જેને અસંબદ્ધ (incoherant) વિકિરણ કહેવાય. જ્યારે સ્વરચીપિયાના ધ્વનિતરંગો જેવાં, માનવસર્જિત ઇલેક્ટ્રૉનિક આંદોલકો દ્વારા ઉત્સર્જાતા સૂક્ષ્મ તરંગો કે રેડિયોતરંગોનાં વિકિરણો ‘સંવાદી તરંગ’ પ્રકારનાં હોય છે, જે coherant radiation કહેવાય છે. સંદેશાવ્યવહારમાં ઉપયોગિતા માટે વિકિરણ તરંગોનું સંવાદી સ્વરૂપ મહત્વનું છે. (લેઝર અને મેઝર ઉપકરણો દ્વારા પ્રકાશી તેમજ ટૂંકી લંબાઈના સૂક્ષ્મ તરંગોના વિસ્તારમાં સંવાદી વિકિરણોનું ઉત્સર્જન થાય છે.) સંવાદી અને વિસંવાદી વિકિરણો વચ્ચેનો ભેદ આકૃતિ 1માં દર્શાવ્યો છે.

ક્વૉન્ટમવાદ અનુસાર અણુ-પરમાણુ [અને વ્યાપક રીતે બંધિત તંત્રો (bound systems)] તેમની સામાન્ય બિનઉત્તેજિત સ્થિતિ ઉપરાંત નિશ્ચિત માત્રાની ઊર્જા ધરાવતી ઉત્તેજિત સ્થિતિ(excited state)માં અસ્તિત્વ ધરાવી શકે. (પ્રશિષ્ટ યાંત્રિકી અનુસાર તો આવાં તંત્રો ગમે તે પ્રમાણમાં ઊર્જા ધરાવી શકે. નિશ્ચિત માત્રાની ઊર્જાના સ્તરો એ ક્વૉન્ટમવાદનું વિશિષ્ટ તારણ છે.) બિનઉત્તેજિત અવસ્થા એ તંત્રનું ભૂમિસ્તર (ground state) કહેવાય અને તંત્ર બહારથી ઊર્જા ગ્રહણ કરીને ઉત્તેજિત ઊર્જાસ્તરોમાં પ્રવેશ કરે છે. જ્યારે તે આવા ઉત્તેજિત ઊર્જાસ્તરમાંથી ઓછી ઊર્જાના ઉત્તેજિત સ્તર કે પછી ભૂમિસ્તર પર પાછાં ફરે ત્યારે આ સ્તરો વચ્ચેની ઊર્જાનો તફાવત વિકિરણ ઊર્જાના એક ક્વૉન્ટમ સ્વરૂપે બહાર ફેંકાય. પદાર્થના અણુ-પરમાણુ (કે પછી સ્ફટિક રચના) જેવાં તંત્રો, વિદ્યુતપ્રવાહ, ઉષ્મા કે અન્ય કોઈ પ્રકારે બહારથી ઊર્જા મેળવીને ઉત્તેજિત અવસ્થામાં આવીને આ રીતે વિદ્યુતચુંબકીય વિકિરણોને સ્વરૂપે ઊર્જાનું ઉત્સર્જન કરે છે. આટલી ભૂમિકા પછી વિકિરણોના જુદા જુદા વિસ્તારમાં ઉત્સર્જન માટે અણુ, પરમાણુ અને નાભિના કેવા પ્રકારના ઉત્તેજિત સ્તરો કારણરૂપ છે તે સમજૂતી પ્રસ્તુત છે.

અણુના બંધારણમાં ઘટકો તરીકે પરમાણુઓ આવેલા છે અને પ્રાથમિક રીતે અણુને, પરસ્પર સંદર્ભે નિશ્ચિત સ્થાને આવેલા આવા બિંદુવત્ પરમાણુઓ વડે રચાયેલ તંત્ર માની શકાય. જેમ કે CO₂ના અણુમાં એક કાર્બનનો પરમાણુ અને બે ઑક્સિજનના પરમાણુઓ તેમના યથાયોગ્ય સ્થાને ગોઠવાયેલા હોય. આવો અણુ જ્યારે ઊર્જા ગ્રહણ કરે ત્યારે, પ્રમાણમાં ઓછી ઊર્જા માટે સૌપ્રથમ તો ભ્રમણગતિ ધરાવવાથી શરૂઆત કરે. આ ભ્રમણગતિ સાથે સંકળાયેલ ઊર્જાસ્તરો પણ ક્વૉન્ટમવાદ અનુસાર નિશ્ચિત માત્રામાં જ ઊર્જા ધરાવી શકે છે. આ સ્તરો ચાક ઊર્જાસ્તરો (rotational energy levels) તરીકે ઓળખાય છે, અને આવા ઊર્જાસ્તરો વચ્ચે અણુના આવાગમન (transitions) દ્વારા મિલિમીટર જેવી તરંગલંબાઈના સૂક્ષ્મ તરંગો અને દૂરના ઇન્ફ્રારેડ તરંગો(~ 100 માઇક્રોન)ના પ્રકારે વિકિરણ ઉત્સર્જન થાય છે. આવાં ઉત્તેજનો માટે આંતર તારાકીય અવકાશ(interstellar space)માં 100° K [~ 173° સે.] જેવું નીચું તાપમાન પણ પર્યાપ્ત થાય. આ કારણથી દૂરના ઇન્ફ્રારેડ વિસ્તારમાં લેવાતાં ખગોળીય અવલોકનો આવા વિસ્તારોમાં ફેલાયેલ વાયુવાદળો અને તેમના દ્વારા તારાસર્જનની પ્રક્રિયાનાં રહસ્યો ઉકેલવામાં ઘણા ઉપયોગી છે. હવે જો તાપમાન વધુ ઊંચું હોય, કે પછી કોઈ અન્ય પ્રકારે અણુ વધારે ઊર્જા પ્રાપ્ત કરે તો તેના ઘટક પરમાણુઓ તેમના નિશ્ચિત સ્થાનસંદર્ભે આંદોલન-ગતિ (vibrational motion) પણ ધરાવી શકે. આ આંદોલન-ગતિના પણ આગવા ઊર્જાસ્તરો હોય, જે ભ્રમણગતિના ઊર્જાસ્તરો કરતાં વધુ પ્રમાણમાં ઊર્જા ધરાવતા હોય. આ સ્તરો વચ્ચે અણુના આવાગમનને કારણે મધ્યવર્તી ઇન્ફ્રારેડ વિસ્તાર(~ 10 માઇક્રોન)ના તરંગોનું ઉત્સર્જન થાય છે. વર્ણપટવિજ્ઞાનની ભાષામાં આ પ્રકારના વર્ણપટને (દોલન કે કંપન વર્ણપટ) vibrational spectra કહેવાય છે. ખ્યાલ રાખવાનો કે આંદોલન ગતિના પ્રત્યેક ઊર્જાસ્તરોને સૂક્ષ્મ સ્તરે ભ્રમણગતિના ઊર્જાસ્તરો તો હોય છે જ. આ કારણથી જો ઊંચું વિશ્લેષણ (high resolution) ધરાવતા વર્ણપટમાપકથી કંપન વર્ણપટનું અવલોકન કરાય તો કંપન-પટ્ટા(vibration bands)માં ભ્રમણગતિને કારણે ઉદભવતી ચાકગતિ-રેખાઓ (rotational lines) જોવા મળે છે. આવા વર્ણપટને ચાક-કંપન-વર્ણપટ (rotation vibration spectra) કહેવાય છે. રાસાયણિક દ્રવ્યોના આ પ્રકારના વર્ણપટનો અભ્યાસ રાસાયણિક વિશ્લેષણમાં અત્યંત મહત્વની વૈશ્લેષિક ઇન્ફ્રારેડ વર્ણપટવિજ્ઞાન (analytical infrared spectroscopy) તરીકે ઓળખાતી પ્રણાલી પૂરી પાડે છે.

જ્યારે અણુ આથી પણ વધુ ઊર્જા ધરાવતા થાય ત્યારે પહેલાં તો તેના ઘટક પરમાણુઓના નાભિ ફરતી કક્ષામાં રહેલા ઇલેક્ટ્રૉન ઉત્તેજિત થાય. આ પ્રકારની ઉત્તેજનામાં પરમાણુઓના બાહ્ય વિસ્તાર(એટલે કે નાભિથી પ્રમાણમાં દૂરના વિસ્તાર)ના ઇલેક્ટ્રૉન તેમના ભૂમિસ્તર ઉપર આવેલ ઉત્તેજિત સ્તરોમાં ગમન કરીને જ્યારે ફરીથી નીચેના સ્તરોમાં આવતાં જે વિકિરણોનું ઉત્સર્જન થાય છે, તેની તરંગલંબાઈ પ્રકાશવિસ્તારથી માંડીને નજીક ને ઇન્ફ્રારેડ- વિસ્તાર(~ 1 માઇક્રોન તરંગલંબાઈ)માં આવેલ હોય છે. આ પ્રકારનાં વિકિરણોના વર્ણપટને ઇલેક્ટ્રૉનિક ઉત્તેજન-પટ્ટા (electronic excitation bands) કહે છે. આ પ્રકારના વર્ણપટમાં ઇલેક્ટ્રૉનની ઉત્તેજનાના સ્તરો સાથે સાથે અણુના ભ્રમણ તેમજ ઘટક પરમાણુના આંદોલનની ઊર્જાના ઉત્તેજના-સ્તરો તો હજી સંકળાયેલા જ હોય છે. તેથી આ પ્રકારનો વર્ણપટ સારો એવો જટિલ જણાય છે.

તાપમાન પૂરતા પ્રમાણમાં ઊંચું હોય (~ 3000° સે. જેવું) ત્યારે વાયુના અણુની અંદર રહેલા પરમાણુઓ એકમેકથી સ્વતંત્ર થઈ જાય છે. આ ઘટના વિઘટન (dissociation) કહેવાય છે. આ કારણે ઊંચા તાપમાને વાયુઓ આણ્વિક વર્ણપટ (molecular spectra) ન દર્શાવતાં, પરમાણુ વર્ણપટ (atomic spectra) દર્શાવે છે. આવા પરમાણુઓ દ્વારા વિકિરણ-ઉત્સર્જન, પરમાણુના નાભિ ફરતી કક્ષામાં ઘૂમતાં ઇલેક્ટ્રૉનના વિવિધ ઊર્જાસ્તરો વચ્ચેના આવાગમન દ્વારા થાય છે અને આ પ્રકારનાં વિકિરણોના વર્ણપટમાં નિશ્ચિત તરંગલંબાઈઓ પર ઉત્સર્જન જણાય છે. એટલે તેને રેખીય વર્ણપટ (line spectra) કહેવાય છે. આ પ્રકારનાં વિકિરણો, ઇલેક્ટ્રૉનના ઊર્જાસ્તરો વચ્ચેના ઊર્જાતફાવત અનુસાર ઍક્સ-કિરણોના વિસ્તારથી માંડીને પ્રકાશી વિસ્તારના વ્યાપમાં આવે છે. વધુ ઊંચા પરમાણુક્રમાંક (atomic number) ધરાવતા પરમાણુમાં નાભિવિસ્તાર નજીકની કક્ષામાં ઘૂમતાં ઇલેક્ટ્રૉન વધુ ઊર્જાશીલ હોવાથી આવા સ્તરો વચ્ચેના આવાગમનમાં ટૂંકી તરંગલંબાઈ ધરાવતાં ઍક્સ-વિકિરણોનું ઉત્સર્જન થાય છે, જ્યારે હાઇડ્રોજન કે હીલિયમ જેવા ઓછા પરમાણુક્રમાંક ધરાવતા પરમાણુ દ્વારા કે પછી નાભિથી દૂરની કક્ષામાં ઘૂમતાં ઇલેક્ટ્રૉનના ઊર્જાસ્તરો વચ્ચેના આવાગમન દ્વારા ક્રમશ: ઓછી ક્વૉન્ટમ-ઊર્જા ધરાવતા અલ્ટ્રાવાયલેટ અને પ્રકાશી વિસ્તારનાં વિકિરણોનું ઉત્સર્જન થાય છે.

અણુ તેમજ પરમાણુના બધા જ ઊર્જાસ્તરો વચ્ચે આવાગમનની શક્યતા સરખી નથી હોતી, અને કેટલાંક આવાગમન તો લગભગ અશક્ય જેવાં જ હોય છે, જેમને વર્જિત આવાગમન (forbidden transitions) કહેવાય. કોઈ પણ બે સ્તરો વચ્ચેના આવાગમનની શક્યતા ક્વૉન્ટમ મિકેનિક્સની પ્રણાલી અનુસાર મેળવી શકાય છે. અણુ તેમજ પરમાણુઓની ઉત્તેજિત અવસ્થાઓને તેમના ક્વૉન્ટમ અંક દ્વારા દર્શાવાય છે. આવાગમન દરમિયાન આ ક્વૉન્ટમ અંકોમાં ફેરફાર થતો હોય છે અને આ પ્રકારના ફેરફારની શક્યતાની ગણતરી ક્વૉન્ટમ પ્રણાલી અનુસાર કરવામાં આવે છે. અત્યંત ઓછી શક્યતા ધરાવતા ક્વૉન્ટમ અંકોના ફેરફારને અનુરૂપ આવાગમન સાથે સંકળાયેલ તરંગલંબાઈની રેખા, વર્ણપટમાં (સામાન્ય રીતે) જણાશે નહિ અને આવી રેખાઓ વર્જિત રેખાઓ કહેવાય છે.

ઍક્સ-કિરણોથી પણ ટૂંકી તરંગલંબાઈનાં તેમજ તેનાથી વધુ ક્વૉન્ટમ ઊર્જા ધરાવતાં ગૅમા વિકિરણોનું ઉત્સર્જન નાભિના ઊર્જાસ્તરો વચ્ચેના આવાગમનને કારણે થાય છે. રેડિયો ઍૅક્ટિવિટી જેવી નાભિકીય પ્રક્રિયાઓ, તેમજ ઝડપી ગતિ ધરાવતા નાભિકણો વચ્ચેના સંઘાત(collision)ને કારણે નાભિ તેના ઉત્તેજિત ઊર્જાસ્તરોમાં આવે અને ત્યારબાદ પાછું ભૂમિસ્તર પર ગમન કરે ત્યારે સ્તરો વચ્ચેની ઊર્જાના તફાવતનું ઉત્સર્જન ગૅમા વિકિરણના ક્વૉન્ટા રૂપે થાય. આ પ્રકારનાં ગૅમા વિકિરણોના ઊર્જાકણો અર્થાત્ ક્વૉન્ટા તો એવા ઊર્જાશીલ હોય છે કે તેમની ઊર્જા million electron volts (ટૂંકમાં MeV) એવા એકમમાં મપાય છે (million એટલે દસ લાખ). આ સાથે સરખાવીએ તો ઍક્સ-કિરણોના ક્વૉન્ટાની ઊર્જા kilo electron volt (હજાર ઇલેક્ટ્રૉન વોલ્ટ, KeV) એકમમાં તથા પ્રકાશી વિકિરણોની ઊર્જા electron volt (eV) એકમમાં મપાય છે. વિદ્યુતચુંબકીય વિકિરણોની ક્વૉન્ટમ ઊર્જા અને તરંગલંબાઈ વચ્ચેનો સંબંધ દર્શાવતું પ્લાન્કનું સૂત્ર તો અગાઉ દર્શાવેલ છે. ઊર્જાના વધુ જાણીતા એકમ અર્ગ(erg)માં દર્શાવતાં એક ઇલેક્ટ્રૉન વોલ્ટ ≅ 1.6 × 1012 અર્ગ થાય.

વિવિધ વિસ્તારના વિદ્યુતચુંબકીય વિકિરણોની અસરો અને ઉપયોગ : જુદા જુદા પ્રકારનાં વિદ્યુતચુંબકીય વિકિરણોના ઉપયોગો તેમજ તેમના દ્વારા ઉદભવતી અસરો વિશે પણ આ અસરોમાંની કેટલીક હાનિકારક છે તો કેટલીક ચિકિત્સાક્ષેત્રે ઘણી ઉપયોગી છે.

રેડિયોતરંગોનો સંદેશાવ્યવહારક્ષેત્રે ઉપયોગ તો સૈકા જેવા સમયથી પ્રચલિત છે. આ પ્રકારની સંદેશા-પ્રસરણની પદ્ધતિમાં સંવાદી (coherant) સ્વરૂપે ઉત્સર્જાતા રેડિયોતરંગો પર ઉત્સર્જન સમયે સંદેશો મુદ્રાંકિત કરવામાં આવે છે (જેને modulation કહેવાય) અને રેડિયોતરંગો પ્રાપ્ત કરતી વખતે મુદ્રિત થયેલા સંદેશાઓ ઉકેલવાની પ્રણાલી જે demodulation કહેવાય છે તે અપનાવાય છે. આ પ્રકારનું માધ્યમ તરંગલંબાઈ દ્વારા રેડિયો-પ્રસરણ આશરે 200 કિલોમીટરના વ્યાપ પૂરતું મર્યાદિત હોય છે. ~ 30 મીટર જેવી તરંગલંબાઈના રેડિયોતરંગો, પૃથ્વીના અયનમંડળ દ્વારા પરાવર્તન પામતા હોવાથી, આવા ‘શૉર્ટવેવ’ રેડિયોતરંગોનું પ્રસરણ હજારો કિલોમીટર જેવા અંતર માટે શક્ય બને છે.

સૂક્ષ્મ તરંગોની પ્રણાલીનો વિકાસ થતાં, તેનો ટેલિફોન, ટેલિવિઝન પ્રકારના સંદેશાવ્યવહાર માટે બહોળો ઉપયોગ શરૂ થયો. અવકાશયુગના આગમન પહેલાં તો સૂક્ષ્મ તરંગો દ્વારા પ્રસરણ દૃષ્ટિરેખાની સીમા પૂરતું (~ 100 કિમી.) મર્યાદિત હતું, પરંતુ અવકાશયુગના આગમન સાથે ઉપગ્રહ દ્વારા સંદેશાવ્યવહારની પદ્ધતિ વિકાસ પામી, જેને કારણે આ ક્ષેત્રે અદ્ભુત કહેવાય એવી ક્રાંતિ સર્જાઈ છે. આ પદ્ધતિમાં ભૂમિસ્થિત ઉપકરણ દ્વારા સંદેશો વહન કરતા સૂક્ષ્મ તરંગોને ઉપગ્રહ તરફ મોકલવામાં આવે છે અને ઉપગ્રહ આ સંદેશાનું ભૂમિમથકો તરફ પુન: પ્રસરણ કરે છે. આમ વિસ્તૃત વ્યાપ આવરી લેતા ક્ષેત્રમાં સંદેશાનું પ્રસરણ શક્ય બને છે. આ સાથે એક અગત્યની હકીકત ધ્યાનમાં રાખવા જેવી છે કે જેમ સંદેશાવ્યવહાર માટે વધુ ઊંચી કંપમાત્રા(frequency)ના તરંગો વપરાય તેમ સંદેશાવહનની ક્ષમતા વધતી જાય છે, પરંતુ સાથે સાથે આ માટે વપરાતા તરંગો સંવાદી (coherant) હોવાનું પણ જરૂરી છે. આ કારણે હાલ પૂરતું તો સૂક્ષ્મતરંગોથી ટૂંકી લંબાઈ ધરાવતા વિદ્યુતચુંબકીય તરંગોનો ઉપયોગ શક્ય નથી.

[પ્રકાશી વિસ્તારમાં સંવાદી તરંગોનું ઉત્સર્જન કરતા લેઝર(laser)નો પ્રકાશ સૈદ્ધાંતિક રીતે તો સંદેશાવ્યવહારમાં વાપરી શકાય અને સૂક્ષ્મ તરંગો કરતાં પ્રકાશની અનેકગણી કંપમાત્રા(frequency)ને કારણે સંદેશાવ્યવહારની ક્ષમતામાં અનેકગણો વધારો શક્ય બને; પરંતુ કેટલીક વ્યાવહારિક મુશ્કેલીઓને કારણે લેઝર કિરણ હજી વ્યાપક રીતે આ ક્ષેત્રે ઉપયોગી નથી નીવડ્યું.]

પૃથ્વીનું વાતાવરણ અને અયનમંડળ, રેડિયો તેમજ સૂક્ષ્મ-તરંગોના સીમિત વિસ્તારો માટે પારદર્શક છે. 1932માં કાર્લ જાન્સ્કીએ આકસ્મિક રીતે જ આકાશગંગાના કેન્દ્રવિસ્તારમાંથી આવતાં રેડિયો-વિકિરણો શોધ્યાં. ત્યારબાદ રેડિયો-ખગોળવિજ્ઞાનનો ઘણો વિકાસ થયો છે. તે પછી તો સૂક્ષ્મ તરંગોના વિસ્તારમાં પણ ખગોળીય અવલોકનોની પદ્ધતિનો વિકાસ થયો અને આ પ્રકારના અભ્યાસ દ્વારા આંતર તારાકીય માધ્યમમાં રહેલાં વાયુવાદળોમાં ફોર્માલ્ડિહાઇડ, વિવિધ પ્રકારનાં પ્રોટીન અને આલ્કોહૉલ ઇત્યાદિ રાસાયણિક પદાર્થોના અણુઓ શોધાયા. સમગ્ર સૂક્ષ્મ તરંગનો તેમજ દૂરના ઇન્ફ્રારેડ તરંગોના વિસ્તાર માટે તો પૃથ્વીનું વાતાવરણ મહદ્અંશે પારદર્શક નથી, તેથી આ સમગ્ર વિસ્તારનાં ખગોળીય અવલોકનો તો અવકાશયાનમાં રાખેલ ઉપકરણો દ્વારા જ લઈ શકાય છે. દૂરના ઇન્ફ્રારેડ તેમજ સૂક્ષ્મતરંગોના વિસ્તારમાં લેવાતાં આ પ્રકારનાં અવલોકનો આંતરતારાકીય માધ્યમનાં વાયુવાદળોની ભૌતિક પરિસ્થિતિ જાણવામાં અને તે દ્વારા તારાસર્જનની પ્રક્રિયા સમજવામાં ઘણાં મહત્વનાં છે. બ્રહ્માંડના સર્જન સમયે ઉદભવેલ વિકિરણોનાં સંભારણા-સ્વરૂપનું હાલના તબક્કે સમગ્ર બ્રહ્માંડમાં પ્રવર્તતું 3° K તાપમાનનું વિકિરણક્ષેત્ર (Relic microwave radiation) આ રીતે ઉપગ્રહસ્થિત સાધનો દ્વારા તાજેતરનાં વર્ષોમાં અત્યંત ચોકસાઈથી મપાયેલ છે અને આ પ્રકારનો અભ્યાસ બ્રહ્માંડના સર્જન અને ઉત્ક્રાંતિ સમજવામાં અગત્યનો છે.

યોગ્ય તરંગલંબાઈના સૂક્ષ્મ તરંગોને પદાર્થ પર આપાત કરીને પદાર્થ વડે આ વિકિરણોના શોષણ દ્વારા તેની સાથે સંપર્ક કર્યા વિના તેને ઊંચા તાપમાને લઈ જઈ શકાય છે. માઇક્રોવેવ ઓવન તથા ઔદ્યોગિક ક્ષેત્રે વપરાતી માઇક્રોવેવ ફર્નેસ આ સિદ્ધાંત પર કામ કરે છે; પરંતુ આ પ્રકારનું સૂક્ષ્મ તરંગનું વિકિરણક્ષેત્ર તેના વિસ્તારમાં આવેલ માનવશરીરના તંત્ર ઉપર માઠી અસર પહોંચાડી શકે છે. તેથી આવાં સાધનોના ઉપયોગમાં યોગ્ય સાવચેતી જરૂરી છે. આ જ કારણથી સૂક્ષ્મ તરંગોનો બહોળા પ્રમાણમાં ઉપયોગ કરતાં સંદેશા-વ્યવહારનાં સાધનોના ઉપયોગ સામે પણ કેટલાક પ્રશ્નો ઉપસ્થિત થાય છે.

ઇન્ફ્રારેડ વિસ્તારમાં વર્ણપટનો અભ્યાસ, જટિલ અણુઓના બંધારણ સમજવામાં ઘણો ઉપયોગી છે. આ પ્રકારના અભ્યાસમાં, વિકિરણોના પ્રકીર્ણન(scattering)ની ઘટના સાથે સંકળાયેલ રામન અસર (Raman effect) પણ ઘણી મહત્વની છે. (રામન અસરમાં પ્રકીર્ણન થયેલ વિકિરણોની તરંગલંબાઈ અને આપાત વિકિરણની તરંગલંબાઈ વચ્ચે તફાવત સર્જાતો જણાય છે. આ તફાવત ‘Raman shift’નો અભ્યાસ અણુનું બંધારણ સમજવામાં ઘણો ઉપયોગી છે. લેઝર-કિરણોની શોધ પછી આ પ્રકારના પ્રકીર્ણનનો અભ્યાસ વધુ મહત્વનો બન્યો છે.)

પારજાંબલી તેમજ ઍક્સ-કિરણોના પ્રભાવ નીચે અનેક પદાર્થો, તેમના પ્રકાર અનુસાર વિશિષ્ટ એવું પ્રસ્ફુરણ (fluorescence) પ્રકાશી વિસ્તારમાં દર્શાવે છે. આ પ્રસ્ફુરણનો અભ્યાસ પદાર્થોની ઓળખ તેમજ ચકાસણીમાં ઘણો ઉપયોગી જણાયો છે. નકલી નોટો પારખવામાં, રત્નપરીક્ષામાં તેમજ ગુના અંગેનાં પરીક્ષણોમાં આ પ્રકારની અસર નોંધતાં ઉપકરણોનો બહોળો ઉપયોગ થાય છે.

સૂર્યની કુલ વિકિરણ-ઊર્જાનો આમ તો ફક્ત ~ 2 ટકા જેટલો જ હિસ્સો અલ્ટ્રાવાયલેટ વિસ્તારમાં આવે છે, પરંતુ આ હિસ્સાનું પ્રમાણ પણ સજીવ સૃદૃષ્ટિ માટે મહત્વનું છે. આ હિસ્સાનું પ્રમાણ સૂર્યની ચુંબકીય ક્રિયાશીલતા સાથે સંબંધિત છે. જ્યારે સૂર્ય વધુ પ્રમાણમાં કલંકો ધરાવતો હોય અને ચુંબકીય રીતે ક્રિયાશીલ હોય ત્યારે સૂર્યનું રંગાવરણ (chromosphere) અને કિરીટમંડળ (corona) પણ વધુ પ્રબળ હોય છે. સૌર-વિકિરણોમાંનો અલ્ટ્રાવાયલેટ હિસ્સો આ વિસ્તારોમાંથી ઉત્સર્જિત થતો હોવાથી આવા સમયે તેના પ્રમાણમાં નોંધપાત્ર વધારો થયેલ જણાય છે અને તેની અસર પૃથ્વીના અયનમંડળ પર પણ વરતાય છે. સૂર્યનાં વિકિરણોમાંનાં, 2600 Å થી ટૂંકી તરંગલંબાઈનાં વિકિરણો તો પૃથ્વીના વાતાવરણમાં જ શોષાઈ જાય છે અને અયનમંડળ સર્જવામાં કારણરૂપ બને છે. 2600 Å થી 3400 Å તરંગલંબાઈનો જે વિસ્તાર નોંધપાત્ર પ્રમાણમાં પૃથ્વીની સપાટી સુધી પહોંચી શકે તેમ છે, એના ત્રણ પેટાવિભાગો પડાય છે : 3400 Å થી 3200 Å નો વિભાગ તે અલ્ટ્રાવાયલેટ A; 3200 Å થી 2900 Å નો વિસ્તાર તે અલ્ટ્રાવાયલેટ B અને 2900 Å થી 2600 Å નો અલ્ટ્રાવાયલેટ C વિસ્તાર.

સજીવ સૃદૃષ્ટિના બંધારણના કોષોનો મહત્વનો એવો DNA ઘટક અલ્ટ્રાવાયલેટ Cનું પ્રબળ શોષણ કરે છે અને આ શોષણને કારણે તે નાશ પામી શકે છે; પરંતુ પૃથ્વીના વાતાવરણમાં આશરે 30 કિલોમીટર ઊંચાઈ પર આવેલ ઓઝોન વાયુનું સ્તર આ જ વિસ્તારમાં પ્રબળ શોષણ કરે છે અને આ રીતે સૌર-વિકિરણોનો અલ્ટ્રાવાયલેટ C વિભાગ શોષી લઈને પૃથ્વી પરની પ્રાણીસૃદૃષ્ટિને રક્ષાકવચ આપે છે. આ કારણથી જ ઓઝોન વાયુના સ્તરમાં શક્ય ઘટાડા સામે વૈજ્ઞાનિકો સચેત છે.

DNAનો અને તે રીતે બૅક્ટેરિયા જેવા જીવાણુઓનો નાશ કરવાની ક્ષમતાને કારણે જ અલ્ટ્રાવાયલેટ વિકિરણો પાણીના શુદ્ધીકરણમાં વપરાય છે.

ઍક્સ-કિરણોનો ચિકિત્સાક્ષેત્રે ઉપયોગ પણ ઘણો જાણીતો છે.

વિદ્યુતચુંબકીય તરંગોમાં સૌથી વધુ ઊર્જાશીલ ઊર્જાકણો (photons) ધરાવતાં વિકિરણો તે ગૅમા વિસ્તાર. સેન્ટિમીટરના અબજમા ભાગ અને તેનાથી પણ ટૂંકી તરંગલંબાઈના તરંગો ધરાવતાં આ વિકિરણો સાથે સંલગ્ન કણો ફોટૉનની ઊર્જા તો કરોડ ઇલેક્ટ્રૉન

વોલ્ટ કે તેથી પણ વધુ હોઈ શકે. હજાર ઇલેક્ટ્રૉન વોલ્ટની ઊર્જા ધરાવતાં ઍક્સ-કિરણોના ફોટૉન તેમજ તેનાથી પણ વધુ માત્રાની ઊર્જા ધરાવતાં ગૅમા કિરણોમાં વિદ્યુતચુંબકીય વિકિરણોનું કણસ્વરૂપ તેના તરંગસ્વરૂપ કરતાં વધુ સ્પષ્ટ જણાય છે. (જ્યારે ઓછી ઊર્જાના ફોટૉનના પ્રકાશ, ઇન્ફ્રારેડ જેવાં વિકિરણોમાં તરંગસ્વરૂપ સહેલાઈથી વર્તાય છે.) આ કારણે ગૅમા વિકિરણો તેમજ ઍક્સ વિકિરણોની માત્રા માપવા માટે, તેમના ફોટૉન(ઊર્જાકણો)ની સંખ્યાની ગણતરી કરતાં ગણક (counters) પ્રકારનાં ઉપકરણો વપરાય છે. (આ પ્રકારના ગણકોમાં Geiger counters, spark chambers, scintillation counters ઇત્યાદિનો સમાવેશ થાય છે.)

કરોડો ઇલેક્ટ્રૉન જેવી માત્રાની ફોટૉન ઊર્જા ધરાવતાં આવાં વિકિરણોનું બાહ્યાવકાશમાં ઉત્સર્જન સુપરનૉવા જેવી શક્તિશાળી ઘટનાઓ દરમિયાન થતું હોય છે. આ કારણે આવા વિસ્ફોટોના ખગોળીય અભ્યાસ માટે ગૅમા કિરણોના વિસ્તારમાં અવલોકનો જરૂરી બને છે. વિદ્યુતચુંબકીય વિકિરણો માટે નિશ્ચિત ઊર્જા માટે જેમ જેમ તરંગલંબાઈ ઘટે તેમ તેમ ફોટૉન ઊર્જા વધતી જતી હોવાથી, ફોટૉન સંખ્યામાં ઘટાડો થાય. અગાઉ જણાવ્યા અનુસાર ગૅમા કિરણોના વિસ્તારમાં ઊર્જા માપવા માટે ગણક પ્રકારનાં ઉપકરણો, તેના દ્વારા ઝિલાતા કણોની સંખ્યા માપતા હોવાથી અત્યંત ઊર્જાશીલ કણોની સંખ્યા માપવા માટે મોટું ક્ષેત્રફળ ધરાવતા ગણક પર તેમને ઝીલવા જરૂરી બને છે. કારણ કે તેમની એકમ ક્ષેત્રફળ દીઠ સંખ્યા ઊર્જાના વધારા સાથે ઘટતી જાય છે. આશરે લાખથી દસ લાખ ઇલેક્ટ્રૉન વોલ્ટ જેવી ઊર્જાના ફોટૉન ધરાવતાં ગૅમા કિરણોમાં ખગોળીય અભ્યાસ માટે અવકાશસ્થિત ઉપગ્રહોમાં રાખેલ ઉપકરણો વપરાય છે, પરંતુ અબજો ઇલેક્ટ્રૉન વોલ્ટ અને તેથી પણ વધુ ઊર્જાશીલ ફોટૉન ધરાવતાં ગૅમા વિકિરણોમાં ખગોળીય અભ્યાસ માટે તો પૃથ્વીના વાતાવરણનો ઉપરનો વિસ્તાર જ એ ગણકની જેમ વર્તે છે ! જ્યારે આવો અત્યંત ઊર્જાશીલ ફોટૉન પૃથ્વીના વાતાવરણમાં પ્રવેશે ત્યારે વાતાવરણના પરમાણુઓના નાભિ સાથે તેના સંઘાત દ્વારા જે નાભિકીય પ્રક્રિયાઓ સર્જાય તેમાં અત્યંત ઝડપી ઇલેક્ટ્રૉન કણોનું પણ સર્જન થતું હોય છે. આ પ્રકારના ઇલેક્ટ્રૉન તેમની ગતિની દિશામાં એક નાના કોણનો શંકુ રચતા વિસ્તારમાં સીરેન્કૉવ વિકિરણ (Cerenkov radiation) નામે ઓળખાતા પ્રકાશનું ઉત્સર્જન કરે છે. પૃથ્વીની સપાટી પર આશરે કિલોમીટર જેવા ક્ષેત્રમાં રાખેલ સંખ્યાબંધ ફોટોમલ્ટિપ્લાયર નામનાં પ્રકાશ નોંધતાં ઉપકરણોની મદદથી આ સીરેન્કૉવ પ્રકાશનું માપન લઈને તેના સ્રોત એવાં મૂળ ગૅમા વિકિરણના ફોટૉનની આપાત દિશા મેળવી શકાય છે. આ થયો સંક્ષેપમાં ઊંચી ઊર્જાના વિસ્તારમાં ખગોળીય અભ્યાસ માટેનો ગૅમા કિરણ માટેનો ટેલિસ્કોપ ! આ પ્રકારનું એક ઉપકરણ ભાભા ઍટમિક રિસર્ચ સેન્ટર તરફથી ગુરુશિખર ખાતે સ્થાપિત થયું છે. (ફિઝિકલ રિસર્ચ લેબૉરેટરીના ગુરુશિખર ખાતેના ઇન્ફ્રારેડ ટેલિસ્કોપની બાજુના વિસ્તારમાં જ આ ગૅમા કિરણ ટેલિસ્કોપ આવેલ છે.)

પ્રમાણમાં ઓછી ઊર્જાના વિસ્તાર માટે અગાઉ જણાવ્યા અનુસાર ઉપગ્રહમાં રાખેલ ગણકો વપરાય છે. ઉપરના વાતાવરણમાં પરમાણુ-વિસ્ફોટો નહિ કરવા અંગે ગઈ સદીના છઠ્ઠા દાયકામાં તે સમયના સોવિયેત સંઘ અને યુએસએ વચ્ચે કરાર થયા. આ કરારનું પાલન ચુસ્ત રીતે થાય છે કે નહિ તે ચકાસવા માટે યુ.એસ.ના હવાઈ દળે વેલા નામના ઉપગ્રહોમાં ગૅમા કિરણોના સ્પંદ નોંધવા માટેનાં ઉપકરણો રાખ્યાં હતાં. (પરમાણુ-વિસ્ફોટ સમયે આ પ્રકારના સ્પંદ રૂપે ગૅમા કિરણોનું ઉત્સર્જન થાય છે.) 1967માં આ ઉપગ્રહે આવા સ્પંદો નોંધ્યા પણ ખરા ! પરંતુ ટૂંક સમયમાં જ જણાયું કે આ પ્રકારના સ્પંદો તો સરેરાશ દર અઠવાડિયે નોંધાતા રહે છે ! આમ આકસ્મિક રીતે જ બાહ્યાવકાશમાંથી આવતાં ગૅમા કિરણોના સ્પંદોની શોધ થઈ અને જે પદાર્થમાંથી આવા સ્પંદોનું ઉત્સર્જન થાય તેને ગૅમા કિરણ વિસ્ફોટકો (Gamma Ray Busters) નામ મળ્યું. વધુ અભ્યાસમાં જણાયું કે આ પ્રકારના પદાર્થો બ્રહ્માંડમાં અતિદૂરના સીમાડાના વિસ્તારમાં આવેલા છે અને તેમના દ્વારા સર્જાતી પ્રચંડ વિસ્ફોટ-ઘટનાઓ છે. પરંતુ કોઈ એક પદાર્થમાં ફક્ત એક જ વાર વિસ્ફોટ થતો જણાય છે. તે પદાર્થમાં (પલ્સારની જેમ) તેનું પુનરાવર્તન નથી થતું. આ રહસ્યમય ઘટનાઓનો ભેદ તાજેતરમાં જ ઉકેલાયો અને પ્રવર્તમાન વૈજ્ઞાનિક માન્યતા અનુસાર, સુપરનૉવા સર્જતા દળદાર તારાઓ કરતાં પણ અધિક દળવાળા તારાઓ જે બ્રહ્માંડની શરૂઆતનાં વર્ષોમાં સર્જાય તેમના જીવનને અંતે સર્જાતા પ્રચંડ વિસ્ફોટો છે. આ પ્રકારના વિસ્ફોટોને હાઇપર-નૉવા તરીકે ઓળખાવાય છે. આ ઉપરાંત એકમેક ફરતા, કક્ષામાં ઘૂમતા ન્યૂટ્રૉન તારાઓનું યુગ્મ જ્યારે એક થઈને શ્યામ ગર્ત (black hole) સર્જે તે વખતે પણ આવા પ્રચંડ વિસ્ફોટ સર્જાય છે.

આ ગૅમા વિકિરણોનો એક અગત્યનો વ્યવહારિક ઉપયોગ છે. આ વિકિરણોના ફોટૉન માનવશરીરના કોષોનો વિનાશ કરી શકે છે. પરંતુ જો આ નાશ નિયંત્રિત પ્રકારે કૅન્સરગ્રસ્ત કોષોનો જ કરાય તો તેની ચિકિત્સામાં ઉપયોગી બને. પરમાણુ રિઍક્ટરમાં ન્યૂટ્રૉન કણોના મારાના પ્રભાવથી સર્જાતું કોબાલ્ટ ધાતુનુ રેડિયોઍક્ટિવ ગુણધર્મી સમસ્થાનિક (isotope) CO₆₀ આ પ્રકારની ચિકિત્સામાં ઘણું ઉપયોગી જણાયું છે.

જ્યોતીન્દ્ર ન. દેસાઈ