प्रकाश (Light)

प्रकाश: दृष्टि की संचेतना (Light and Vision)

प्रकाश ऊर्जा का वह रूप है जो हमारी आंखों को देखने की संवेदना प्रदान करता है। घोर अंधकार में वस्तुएं उपस्थित होने पर भी हमें दिखाई नहीं देतीं; हम किसी वस्तु को केवल तभी देख पाते हैं जब किसी दीप्त वस्तु (Luminous Object)—जैसे सूर्य, जलती मोमबत्ती या विद्युत बल्ब—से निकलने वाला प्रकाश अथवा किसी अदीप्त वस्तु (Non-luminous Object) से परावर्तित होकर आने वाला प्रकाश हमारी आंखों में प्रवेश करता है।

निर्वात और वायु में प्रकाश की गति अत्यंत तीव्र—लगभग 3,00,000 किलोमीटर प्रति सेकंड ($3 \times 10^8\text{ m/s}$) होती है। इसी प्रचंड वेग के कारण सूर्य से 15 करोड़ किलोमीटर की दूरी तय करके प्रकाश मात्र 8 मिनट 20 सेकंड में पृथ्वी तक पहुंच जाता है।

प्रकाश का सरल रेखा में गमन (ऋजुरेखीय संचरण)

प्रकाश की सबसे बुनियादी और अचूक भौतिक विशेषता यह है कि किसी एकसमान और समांगी पारदर्शी माध्यम में प्रकाश सदैव एक सीधी (सरल) रेखा में ही यात्रा करता है। इस गुण को विज्ञान में प्रकाश का ऋजुरेखीय संचरण (Rectilinear Propagation of Light) कहते हैं।

प्रकाश ध्वनि तरंगों की तरह किसी ठोस अवरोध के किनारों से मुड़ नहीं सकता।

             [ऋजुरेखीय गमन के प्रयोगात्मक परीक्षण]

  प्रयोग 1: सीधे पाइप से मोमबत्ती देखना
  +------------+       ===================================       (o)
  | जलती हुई   | ====> [           सीधा रबर पाइप         ] ====> आंख
  | मोमबत्ती   |       ===================================     (लौ स्पष्ट
  +------------+                                               दिखाई देती है)

  प्रयोग 2: मुड़े हुए पाइप से मोमबत्ती देखना
  +------------+       =============                             (o)
  | जलती हुई   | ====> [            \                            आंख
  | मोमबत्ती   |       ======        \  <- मोड़ पर प्रकाश रुका (लौ बिल्कुल
  +------------+             \        \                        दिखाई नहीं देती)
                              =========\

प्रायोगिक प्रमाण:

1. सीधे बनाम मुड़े हुए पाइप का प्रयोग:
   • जब एक जलती हुई मोमबत्ती की लौ को एक सीधे प्लास्टिक या रबर के पाइप से देखा जाता है, तो लौ साफ-साफ दिखाई देती है।
   • परंतु जैसे ही उस पाइप को बीच से थोड़ा सा भी मोड़ या मोड़ दिया जाता है, मोमबत्ती की लौ तुरंत दिखना बंद हो जाती है। चूंकि प्रकाश केवल सीधी रेखा में ही चल सकता है, वह मुड़े हुए पाइप की दीवारों से टकराकर रुक जाता है और आंख तक नहीं पहुंच पाता।
2. सूची-छिद्र कैमरा (Pinhole Camera):
   • एक प्रकाशरोधी डिब्बे के एक सिरे पर आलपिन से एक बारीक छिद्र बना दिया जाता है और दूसरे सिरे पर ट्रेसिंग पेपर (धुंधला पर्दा) लगाया जाता है।
   • वस्तु के शीर्ष और तल से आने वाली प्रकाश किरणें उस बारीक छिद्र से सीधी रेखा में गुजरती हैं और पर्दे पर वस्तु का एक उल्टा (Inverted) और वास्तविक प्रतिबिंब बनाती हैं, जो सिद्ध करता है कि प्रकाश सीधी रेखाओं में ही संचरित होता है।

दैनिक जीवन में सरल रेखीय संचरण के प्रत्यक्ष उदाहरण

• वाहनों की हेडलाइट्स और रेल इंजन: रात के अंधेरे में तेज दौड़ती रेलगाड़ी के इंजन या कारों की हेडलाइट से निकलने वाला प्रकाश पुंज बिल्कुल सीधा, पेंसिल की तरह लंबा और समानांतर दिखाई देता है।
• प्रकाश स्तंभ (Lighthouses): समुद्र तटों पर चट्टानों से जहाजों को सावधान करने के लिए प्रकाश स्तंभों से निकलने वाली तीव्र किरणें क्षितिज पर मीलों दूर तक सीधी रेखा में घूमती हैं।
• कमरे में धूप की किरण और टिंडल प्रभाव: जब किसी अंधेरे कमरे के रोशनदान से या किसी घने जंगल के वितान (पेड़ों की पत्तियों) के बीच से धूप की पतली किरण छनकर आती है, तो वह बिल्कुल सीधी रेखा में दिखाई देती है जिसमें उड़ते हुए धूल-कण चमकते हैं।
• तीक्ष्ण छाया (Sharp Shadows) का बनना: जब प्रकाश के मार्ग में कोई अपारदर्शी वस्तु (जैसे किताब, पेड़ या हमारा शरीर) आ जाती है, तो उसके पीछे जमीन पर तीखे किनारों वाली गहरी काली छाया बनती है। यदि प्रकाश मुड़ सकता, तो वह वस्तु के पीछे जाकर उजाला कर देता और कभी छाया नहीं बनती!

प्रकाश का परावर्तन (Reflection of Light) क्या है?

जब हम किसी चिकनी दीवार पर रबर की गेंद मारते हैं, तो वह तुरंत टप्पा खाकर वापस लौट आती है। ठीक इसी प्रकार, जब कोई प्रकाश किरण किसी चमकीली, चिकनी और पॉलिश की हुई सतह पर पड़ती है, तो वह उसी माध्यम में वापस लौट जाती है।

किसी चिकने, चमकदार पृष्ठ से टकराकर प्रकाश के वापस उसी माध्यम में लौटने की इस घटना को प्रकाश का परावर्तन (Reflection of Light / Prakash ka Paravartan) कहते हैं।

पॉलिश की हुई धातु की थाली, शांत जल की सतह, और चांदी का लेप लगा कांच का समतल टुकड़ा (समतल दर्पण) परावर्तन के उत्तम उदाहरण हैं।

                  [प्रकाश के नियमित परावर्तन के नियम]
                         अभिलंब (Normal)
                                |
          आपतित किरण           |          परावर्तित किरण
          (Incident Ray)        |          (Reflected Ray)
                 \              |              /
                  \             |             /
                   \  आपतन कोण  |  परावर्तन कोण
                    \    (i)    |     (r)     /
                     v          |            v
          ======================+======================  <- दर्पण पृष्ठ
                                O (आपतन बिंदु)

प्रकाश के परावर्तन के दो सार्वभौमिक नियम

समतल अथवा मुड़े हुए किसी भी परावर्तक पृष्ठ पर परावर्तन की क्रिया दो अपरिवर्तनीय नियमों के अनुसार होती है:

1. प्रथम नियम: आपतित किरण (Incident Ray), आपतन बिंदु पर खींचा गया अभिलंब (Normal), और परावर्तित किरण (Reflected Ray)—ये तीनों एक ही तल (Plane) में स्थित होते हैं।
2. द्वितीय नियम: आपतन कोण ($\angle i$) का मान सदैव परावर्तन कोण ($\angle r$) के मान के पूर्णतः बराबर होता है:

$$\angle i = \angle r$$

(यदि कोई किरण अभिलंब से 30° का कोण बनाकर दर्पण पर गिरती है, तो वह 30° के कोण पर ही परावर्तित होगी)।

समतल दर्पण (Plane Mirror) द्वारा बने प्रतिबिंब की विशेषताएं

जब हम अपने घर के ड्रेसिंग टेबल के समतल दर्पण के सामने खड़े होते हैं, तो हमारा जो चित्र दर्पण में दिखाई देता है, उसकी चार विशिष्ट वैज्ञानिक विशेषताएं होती हैं:

1. आभासी प्रतिबिंब (Virtual Image): यह प्रतिबिंब दर्पण के पीछे बनता है और इसे किसी पर्दे (Screen) पर प्राप्त नहीं किया जा सकता। यह केवल परावर्तित किरणों को पीछे बढ़ाने पर उनके आभासी मिलन से बनता है।
2. सीधा प्रतिबिंब (Erect Image): प्रतिबिंब सीधा होता है; सिर ऊपर और पैर नीचे रहते हैं (यह उल्टा नहीं होता)।
3. वस्तु के बिल्कुल बराबर आकार ($h_i = h_o$): प्रतिबिंब की लंबाई और चौड़ाई वस्तु के वास्तविक आकार के ठीक समान होती है।
4. समान दूरी का नियम ($u = v$): प्रतिबिंब दर्पण के पीछे ठीक उतनी ही दूरी पर बनता है जितनी दूरी पर वस्तु दर्पण के आगे रखी होती है। यदि आप दर्पण से 1 मीटर आगे खड़े हैं, तो आपका प्रतिबिंब दर्पण के भीतर 1 मीटर पीछे दिखाई देगा (आपके और आपके प्रतिबिंब के बीच की कुल दूरी 2 मीटर होगी)।

पार्श्व व्युत्क्रम (Lateral Inversion) और एम्बुलेंस का रहस्य

जब आप समतल दर्पण के सामने खड़े होकर अपना दायां हाथ उठाते हैं, तो दर्पण में आपका प्रतिबिंब अपना बायां हाथ उठाता हुआ दिखाई देता है! यदि आपकी बाईं जेब में कलम रखी है, तो दर्पण में वह दाईं ओर दिखाई देगी।

इस परिघटना को, जिसमें वस्तु का बायां भाग प्रतिबिंब में दायां और दायां भाग बायां दिखाई देता है, पार्श्व व्युत्क्रम (Lateral Inversion / Paarshv Parivartan) कहते हैं। (ध्यान रहे: इसमें केवल अगल-बगल का बायां-दायां बदलता है, सिर और पैर ऊपर-नीचे नहीं बदलते)।

              [एम्बुलेंस वाहनों पर पार्श्व व्युत्क्रम का वैज्ञानिक उपयोग]

   एम्बुलेंस के बोनट पर लिखा उल्टा शब्द:     आगे चल रहे वाहन चालक के रियर-व्यू मिरर में:
      =======================                 =======================
      |   ƎƆИA⅃UᙠMA         |  ===========>   |      AMBULANCE      |
      =======================                 =======================
        (पार्श्व रूप से उल्टा)                  (दर्पण द्वारा पुनः सीधा
                                                 होकर स्पष्ट पठनीय)

आपातकालीन वाहनों पर एम्बुलेंस उल्टा क्यों लिखा होता है? रोगी वाहनों (Ambulance) के आगे बड़े-बड़े अक्षरों में ƎƆИA⅃UᙠMA उल्टा लिखा जाता है। जब आगे चल रही किसी कार या बस का चालक अपने रियर-व्यू मिरर (समतल या उत्तल दर्पण) में पीछे देखता है, तो दर्पण का पार्श्व व्युत्क्रम इन उल्टे अक्षरों को पुनः उलटकर बिल्कुल सीधा AMBULANCE दिखा देता है। चालक तुरंत पहचान लेता है कि पीछे आपातकालीन वाहन आ रहा है और वह बिना किसी भ्रम के तुरंत रास्ता दे देता है।

गोलीय दर्पण (Spherical Mirrors) की संरचना

समतल दर्पणों के अलावा कई वैज्ञानिक उपकरणों में मुड़ी हुई सतहों वाले दर्पणों की आवश्यकता होती है। ऐसा दर्पण जिसका परावर्तक पृष्ठ किसी खोखले कांच के गोले का एक भाग होता है, गोलीय दर्पण (Spherical Mirror / Goliya Darpan) कहलाता है।

गोलीय दर्पण दो प्रकार के होते हैं:

                  [गोलीय दर्पणों का संरचनात्मक वर्गीकरण]
        अवतल दर्पण (Concave Mirror)         उत्तल दर्पण (Convex Mirror)
                   ) |                               ( /
      दबा हुआ तल   ) | चांदी का लेप     उभरा हुआ तल  (  / चांदी का लेप
     परावर्तक पृष्ठ ) | बाहर लगा है    परावर्तक पृष्ठ (   / भीतर लगा है
                   ) |                               (  /
                   ) |                               ( /

1. अवतल दर्पण (Concave Mirror / Avatal Darpan): वह गोलीय दर्पण जिसका परावर्तक पृष्ठ भीतर की ओर दबा या वक्रित होता है, जैसे स्टील के चमकदार चम्मच का भीतरी गहरा भाग।
2. उत्तल दर्पण (Convex Mirror / Uttal Darpan): वह गोलीय दर्पण जिसका परावर्तक पृष्ठ बाहर की ओर उभरा होता है, जैसे चम्मच का पिछला उभरा हुआ भाग।

गोलीय दर्पण से संबंधित महत्वपूर्ण शब्दावली

• ध्रुव (Pole - $P$): दर्पण के परावर्तक पृष्ठ का ठीक मध्य बिंदु।
• वक्रता केंद्र (Center of Curvature - $C$): उस खोखले गोले का केंद्र जिसका दर्पण एक भाग है।
• वक्रता त्रिज्या (Radius of Curvature - $R$): ध्रुव से वक्रता केंद्र की दूरी ($PC = R$)।
• मुख्य अक्ष (Principal Axis): ध्रुव और वक्रता केंद्र को मिलाने वाली सीधी काल्पनिक रेखा।
• मुख्य फोकस (Principal Focus - $F$): मुख्य अक्ष के समानांतर आने वाली प्रकाश किरणें परावर्तन के पश्चात मुख्य अक्ष के जिस बिंदु पर मिलती हैं।
• फोकस दूरी (Focal Length - $f$): ध्रुव से फोकस की दूरी ($f = R/2$)।

वास्तविक बनाम आभासी प्रतिबिंब (Real vs. Virtual Image)

• वास्तविक प्रतिबिंब (Real Image): जब परावर्तित किरणें वास्तव में किसी बिंदु पर मिलती हैं, तो वास्तविक प्रतिबिंब बनता है। इसे पर्दे (Screen) पर प्राप्त किया जा सकता है और यह सदैव उल्टा (Inverted) होता है (जैसे सिनेमा हॉल के पर्दे पर दिखने वाला चित्र)।
• आभासी प्रतिबिंब (Virtual Image): जब किरणें वास्तव में नहीं मिलतीं बल्कि दर्पण के पीछे से आती हुई प्रतीत होती हैं। इसे पर्दे पर प्राप्त नहीं किया जा सकता और यह सदैव सीधा (Erect) होता है।

अवतल दर्पण: एक अभिसारी परावर्तक (Converging Mirror)

अवतल दर्पण अपने ऊपर गिरने वाली समानांतर प्रकाश किरणों को सिकोड़कर एक ही फोकस बिंदु पर मिला देता है, इसलिए इसे अभिसारी दर्पण (Converging Mirror) कहते हैं।

             [अवतल दर्पण में वस्तु की स्थिति और प्रतिबिंब]
  वस्तु की स्थिति          प्रतिबिंब की प्रकृति        प्रतिबिंब का आकार
  --------------          -------------------        -----------------
  1. बहुत दूर (अनंत पर)    वास्तविक और उल्टा          अत्यंत छोटा (बिंदुवत)
  2. C से परे             वास्तविक और उल्टा          छोटा
  3. C पर (वक्रता केंद्र) वास्तविक और उल्टा          वस्तु के ठीक बराबर
  4. C और F के बीच        वास्तविक और उल्टा          बड़ा (आवर्धित)
  5. अत्यंत पास (P व F बीच)आभासी और सीधा (Virtual)    अत्यधिक बड़ा (विशाल रूप)

अवतल दर्पण का चमत्कारी गुण (अत्यंत निकट वस्तु): जब किसी वस्तु को अवतल दर्पण के अत्यंत निकट—उसके ध्रुव ($P$) और फोकस ($F$) के बीच—लाया जाता है, तो अवतल दर्पण उल्टे प्रतिबिंब के बजाय दर्पण के पीछे एक सीधा, आभासी और बहुत बड़ा (आवर्धित / Magnified) प्रतिबिंब बनाता है!

अवतल दर्पण के महत्वपूर्ण व्यावहारिक एवं चिकित्सीय उपयोग

1. दंत चिकित्सकों (Dentists) द्वारा उपयोग: दांतों के डॉक्टर एक छोटा अवतल दर्पण मरीज के मुंह में सड़ांध वाले दांत के बहुत पास ले जाते हैं। चूंकि दांत फोकस दूरी के भीतर होता है, डॉक्टर को दांत के सूक्ष्म गड्ढों और कीड़ों का सीधा तथा बहुत बड़ा आवर्धित चित्र दिखता है, जिससे इलाज आसान हो जाता है।
2. नाक, कान और गले (ENT) के डॉक्टरों का हेड मिरर: डॉक्टर अपने माथे पर अवतल दर्पण बांधते हैं, जो प्रकाश की किरणों को सिकोड़कर कान के संकरे छेद या गले की गहराइयों में केंद्रित कर देता है।
3. वाहनों की हेडलाइट्स और सर्चलाइट्स: कारों, बाइकों, रेल इंजनों और टॉर्च के परावर्तक (कटोरी) अवतल आकार के बनाए जाते हैं। बल्ब को ठीक मुख्य फोकस ($F$) पर लगाया जाता है, जिससे परावर्तन के बाद किरणें एक शक्तिशाली, समानांतर प्रकाश पुंज बनकर रात में मीलों दूर तक अंधेरे को चीरती हैं।
4. शेविंग और मेकअप दर्पण: चेहरे को पास रखने पर दाढ़ी के छोटे-छोटे बाल बड़े और साफ दिखते हैं।

उत्तल दर्पण: एक अपसारी परावर्तक (Diverging Mirror)

उत्तल दर्पण (Convex Mirror / Uttal Darpan) वह गोलीय दर्पण है जिसका बाहर की ओर उभरा हुआ तल परावर्तक का कार्य करता है।

जब प्रकाश की समानांतर किरणें उत्तल दर्पण के उभरे हुए पृष्ठ पर टकराती हैं, तो वे बाहर की ओर बिखर (फैल) जाती हैं। प्रकाश किरणों को फैलाने के इस स्वभाव के कारण उत्तल दर्पण को अपसारी दर्पण (Diverging Mirror / Apsaari Darpan) कहा जाता है।

                   [उत्तल दर्पण द्वारा प्रकाश किरणों का बिखराव]
          आपतित समानांतर किरणें                 अपसारित (फैलती) किरणें
          --------------------->            /
          --------------------->           /
          ================================)   <- उभरा हुआ परावर्तक तल
          --------------------->           \
          --------------------->            \
                                              \
                                        आभासी फोकस (F) दर्पण
                                        के पीछे स्थित होता है

यदि इन फैलती हुई किरणों को दर्पण के पीछे काल्पनिक डॉटेड लाइनों से बढ़ाया जाए, तो वे दर्पण के भीतर एक बिंदु पर मिलती हुई प्रतीत होती हैं, जिसे उत्तल दर्पण का आभासी फोकस ($F$) कहते हैं।

उत्तल दर्पण द्वारा बने प्रतिबिंब के स्थायी गुण

अवतल दर्पण की तरह उत्तल दर्पण में वस्तु को पास या दूर ले जाने पर प्रतिबिंब का स्वभाव नहीं बदलता। वस्तु चाहे अनंत दूरी पर हो या दर्पण के ठीक सामने, उत्तल दर्पण द्वारा बना प्रतिबिंब सदैव:

1. आभासी (Virtual): दर्पण के पीछे बनता है और पर्दे पर नहीं लिया जा सकता।
2. सीधा (Erect): वस्तु के सापेक्ष सदैव सिर ऊपर रहता है (कभी उल्टा नहीं होता)।
3. छोटा (Diminished): वस्तु के वास्तविक आकार से सदैव छोटा बनता है।

विस्तृत दृष्टि क्षेत्र (Wide Field of View) की अवधारणा

कारों, बसों और बाइकों के किनारों पर समतल दर्पण लगाने के बजाय उत्तल दर्पण ही क्यों लगाए जाते हैं?

इसका मूल कारण है दृष्टि क्षेत्र (Field of View):

• समतल दर्पण केवल अपने आकार के बराबर संकरे गलियारे से आने वाली किरणों को ही ड्राइवर तक पहुंचाता है। इसका दृष्टि क्षेत्र अत्यंत सीमित होता है।
• उत्तल दर्पण बाहर की ओर उभरा होने के कारण अगल-बगल और दूर-दूर से आने वाली किरणों को भी मोड़कर ड्राइवर की आंख में केंद्रित कर देता है।

                 [दृष्टि क्षेत्र (Field of View) की तुलना]
        समतल दर्पण (Plane Mirror)              उत्तल दर्पण (Convex Mirror)
           (संकीर्ण दृष्टि क्षेत्र)                (विस्तृत पैनोरमिक दृष्टि क्षेत्र)
               |        |                           \              /
               |        |                            \            /
               |        |                             \          /
           ==================                     ====================)
              समतल दर्पण                               उत्तल दर्पण

उत्तल दर्पण के कारण ड्राइवर अपनी छोटी सी खिड़की के शीशे में पीछे आ रही कई लेन की पूरी सड़क, दर्जनों ट्रकों और कारों को एक साथ साफ-साफ देख सकता है।

उत्तल दर्पण के प्रमुख व्यावहारिक उपयोग

1. वाहनों के पश्च-दृश्य (रियर-व्यू / साइड) दर्पण: ड्राइवर की सीट के बाहर लगे साइड मिरर उत्तल होते हैं ताकि वह पीछे से तीव्र गति से आने वाले वाहनों को देखकर सुरक्षित रूप से लेन बदल सके। (शीशे पर लिखी चेतावनी ध्यान दें: "Objects in mirror are closer than they appear" — चूंकि प्रतिबिंब छोटा होता है, इसलिए हमारा मस्तिष्क यह भ्रम पाल लेता है कि पीछे वाली गाड़ी बहुत दूर है, जबकि वास्तव में वह काफी नजदीक होती है!)
2. पहाड़ी रास्तों के तीखे अंधे मोड़ (Hairpin Bends): पहाड़ों के खतरनाक घुमावदार मोड़ों पर बड़े गोलाकार उत्तल दर्पण खंभों पर लगाए जाते हैं, जिससे मोड़ के दूसरी ओर से आ रही अदृश्य गाड़ी पहले ही दिखाई दे जाती है और आमने-सामने की टक्कर नहीं होती।
3. दुकानों और मॉल में सुरक्षा व निगरानी दर्पण: दुकानों के कोनों में छत के पास बड़े उत्तल दर्पण लगाए जाते हैं ताकि एक ही सुरक्षा गार्ड पूरे स्टोर की सभी गलियों पर नजर रख सके और चोरी रुक सके।

प्रकाशिक लेंस (Optical Lenses) क्या हैं?

दर्पण जहाँ प्रकाश को अपनी पॉलिश की हुई सतह से परावर्तित करते हैं, वहीं लेंस (Lens) दो गोलीय पृष्ठों (अथवा एक गोलीय और एक समतल पृष्ठ) से घिरा हुआ एक पारदर्शी माध्यम (कांच या प्लास्टिक) होता है, जिसमें से प्रकाश आर-पार गुजर सकता है।

जब प्रकाश वायु से कांच के लेंस में प्रवेश करता है, तो माध्यम बदलने के कारण प्रकाश की गति धीमी हो जाती है और किरणें अपने मार्ग से मुड़ जाती हैं। एक पारदर्शी माध्यम से दूसरे में जाने पर प्रकाश के मुड़ने की इस घटना को प्रकाश का अपवर्तन (Refraction of Light) कहते हैं।

लेंसों को उनकी मोटाई और बनावट के आधार पर दो मुख्य परिवारों में बांटा जाता है:

                  [गोलीय लेंसों के दो प्रमुख प्रकार]
          उत्तल लेंस (Convex Lens)             अवतल लेंस (Concave Lens)
           (बीच में मोटा, किनारों पर पतला)     (बीच में पतला, किनारों पर मोटा)
                   ()                                  )(
                  (  )                                )  (
                 (    )                              )    (
                  (  )                                )  (
                   ()                                  )(

1. उत्तल लेंस (Convex Lens / Uttal Lens): वह लेंस जो बीच में मोटा और किनारों पर पतला होता है। अंगुलियों से छूने पर यह बीच में उभरा हुआ महसूस होता है।
2. अवतल लेंस (Concave Lens / Avatal Lens): वह लेंस जो बीच में पतला और किनारों पर मोटा होता है। छूने पर यह बीच में धंसा हुआ या गहरा महसूस होता है।

उत्तल लेंस: अभिसारी लेंस (Converging Lens)

जब सूर्य की समानांतर किरणें उत्तल लेंस पर गिरती हैं, तो लेंस उन सभी किरणों को भीतर की ओर मोड़कर एक ही बिंदु पर केंद्रित कर देता है। प्रकाश किरणों को एक बिंदु पर इकट्ठा करने के कारण उत्तल लेंस को अभिसारी लेंस (Converging Lens) कहते हैं।

                   [उत्तल लेंस की अभिसारी क्रिया]
          समानांतर सूर्य की किरणें               फोकस (F) पर केंद्रित
          ------------------->\                      /
          --------------------->\                  /
          =======================\()==============F  <- अत्यंत गर्म तीव्र बिंदु
          --------------------->/                  \
          ------------------->/                      \

कागज जलाने का प्रसिद्ध प्रयोग: दोपहर की कड़ी धूप में एक उत्तल लेंस को सूखे कागज के ऊपर रखकर धूप के लंबवत पकड़ें। लेंस को थोड़ा ऊपर-नीचे करके कागज पर सूर्य का एक अत्यंत छोटा, चमकदार और सुई की नोक जैसा तीक्ष्ण बिंदु बनाएं। वह चमकदार बिंदु वास्तव में सूर्य का वास्तविक प्रतिबिंब है। कुछ ही पलों में सूर्य की सारी ऊष्मा एक जगह केंद्रित हो जाने से कागज से धुआं निकलने लगता है और आग लग जाती है!

उत्तल लेंस द्वारा प्रतिबिंब निर्माण:

• जब वस्तु लेंस से दूर या मध्यम दूरी पर होती है, तो यह वास्तविक और उल्टा प्रतिबिंब बनाता है जिसे पर्दे पर प्राप्त किया जा सकता है।
• आवर्धक लेंस (Magnifying Glass) का प्रभाव: जब किसी वस्तु को उत्तल लेंस के अत्यंत समीप लाया जाता है, तो यह वस्तु का सीधा, आभासी और बहुत बड़ा (आवर्धित) प्रतिबिंब बनाता है। इसलिए बारीक अक्षरों को पढ़ने, घड़ियों के छोटे पुर्जे देखने और ज्योतिषियों द्वारा हाथ की रेखाएं देखने के लिए उत्तल लेंस को आवर्धक लेंस के रूप में प्रयोग किया जाता है।

अवतल लेंस: अपसारी लेंस (Diverging Lens)

अवतल लेंस अपने ऊपर पड़ने वाली प्रकाश किरणों को बाहर की ओर फैला (बिखेर) देता है। इसलिए इसे अपसारी लेंस (Diverging Lens) कहा जाता है।

अवतल लेंस के प्रतिबिंब का अटल स्वभाव: उत्तल दर्पण की ही भांति, अवतल लेंस के सामने वस्तु कहीं भी रखी हो, इसके द्वारा बना प्रतिबिंब सदैव:

1. आभासी (Virtual) होता है (पर्दे पर नहीं लिया जा सकता),
2. सीधा (Erect) होता है, और
3. वस्तु से छोटा (Diminished) होता है।

दर्पण और लेंस का तुलनात्मक महा-चार्ट

छात्रों के मन के भ्रम को दूर करने के लिए यह तुलनात्मक तालिका अत्यंत महत्वपूर्ण है:

सूर्य के प्रकाश का रहस्य

हम प्रतिदिन सूर्य के प्रकाश को देखते हैं। यह हमें बिना किसी रंग का, पारदर्शी अथवा हल्का श्वेत नजर आता है। सदियों तक प्राचीन दार्शनिकों की यही धारणा थी कि सूर्य का श्वेत प्रकाश प्रकृति का सबसे शुद्ध और मौलिक प्रकाश है, जिसमें कोई अन्य रंग नहीं होते।

किंतु वर्ष 1665 में महान वैज्ञानिक सर आइजक न्यूटन (Sir Isaac Newton) ने एक साधारण कांच के त्रिकोणीय प्रिज्म के प्रयोग द्वारा इस रहस्य को सुलझाकर पूरी दुनिया को चकित कर दिया।

प्रिज्म एवं प्रकाश का विक्षेपण (Dispersion of Light)

प्रिज्म (Prism) कांच का एक पारदर्शी टुकड़ा होता है जिसके दो त्रिभुजाकार आधार और तीन झुके हुए आयताकार पार्श्व पृष्ठ होते हैं।

न्यूटन ने एक अंधेरे कमरे की खिड़की के बारीक छेद से आते हुए सूर्य के पतले श्वेत प्रकाश पुंज को कांच के प्रिज्म के एक फलक पर डाला। जब वह प्रकाश प्रिज्म के दूसरे फलक से बाहर निकलकर सामने की सफेद दीवार पर पड़ा, तो न्यूटन ने देखा कि श्वेत प्रकाश गायब हो चुका था और दीवार पर सात सुंदर रंगों की एक चौड़ी चमकीली पट्टी (इंद्रधनुष जैसी) बन गई थी!

                  [कांच के प्रिज्म द्वारा प्रकाश का विक्षेपण]
                                      /\
                                     /  \
                                    /    \  लाल रंग (सबसे कम मुड़ता है)
      सूर्य का श्वेत ------------> /      \------------------> [R - लाल]
      प्रकाश किरणें               / कांच का \-----------------> [O - नारंगी]
                                 /  प्रिज्म  \----------------> [Y - पीला]
                                /            \---------------> [G - हरा]
                               /              \--------------> [B - नीला]
                              /                \-------------> [I - जामुनी]
                             /__________________\------------> [V - बैंगनी] (सबसे अधिक मुड़ता है)

प्रकाश के विक्षेपण की वैज्ञानिक परिभाषा: जब सूर्य का श्वेत प्रकाश किसी पारदर्शी माध्यम (जैसे कांच के प्रिज्म) से होकर गुजरता है, तो उसका अपने सात अवयवी रंगों में विभक्त हो जाने की परिघटना को प्रकाश का विक्षेपण (Dispersion of Light / Prakash ka Vikshepan) कहते हैं।

पर्दे पर प्राप्त होने वाली सात रंगों की इस सुंदर रंगीन पट्टी को वर्णक्रम (स्पेक्ट्रम / Spectrum) कहा जाता है।

सात रंगों का क्रम (बैजानीहपीनाला / VIBGYOR): प्रिज्म के आधार से ऊपर की ओर रंगों का क्रम एक निश्चित व्यवस्था में होता है, जिसे अंग्रेजी में VIBGYOR और हिंदी में 'बै-जा-नी-ह-पी-ना-ला' के संक्षिप्त नाम से याद रखा जाता है:

1. V - बैंगनी (Violet): यह रंग कांच में सबसे धीमा चलता है और इसका झुकाव (विचलन) सबसे अधिक होता है।
2. I - जामुनी (Indigo)
3. B - नीला (Blue)
4. G - हरा (Green)
5. Y - पीला (Yellow)
6. O - नारंगी (Orange)
7. R - लाल (Red): यह रंग कांच में सबसे तेज चलता है और इसका झुकाव (विचलन) सबसे कम होता है।

प्रकृति का भव्य स्पेक्ट्रम: इंद्रधनुष (Rainbow) का निर्माण

वर्षा के बाद आकाश में दिखाई देने वाला सतरंगी इंद्रधनुष (Rainbow) प्रकाश के विक्षेपण का सबसे अद्भुत प्राकृतिक उदाहरण है।

          [इंद्रधनुष निर्माण: वर्षा की बूंद का प्रिज्म प्रभाव]
                  सूर्य की किरणें (प्रेक्षक की पीठ के पीछे से)
                           \
                            v
                    ( पानी की बूंद )
                      /     |      \
                 अपवर्तन    |   पूर्ण आंतरिक
                    +       |     परावर्तन
                 विक्षेपण   v       |
                             \     /
                              v   v
                         देखने वाले की आंख
               (आकाश में 7 रंगों का धनुषाकार चाप)

इंद्रधनुष देखने की दो अनिवार्य शर्तें:

1. बारिश के तुरंत बाद धूप निकली हो और वायुमंडल में पानी की लाखों सूक्ष्म बूंदें तैर रही हों।
2. देखने वाले की पीठ सदैव सूर्य की ओर होनी चाहिए; इंद्रधनुष सदैव सूर्य के ठीक सामने वाली विपरीत दिशा के आकाश में बनता है।

वर्षा की बूंद के भीतर की प्रकाशिकी: वायु में लटकी पानी की प्रत्येक गोल बूंद एक छोटे कांच के प्रिज्म की भांति कार्य करती है। जब सूर्य का श्वेत प्रकाश बूंद में प्रवेश करता है, तो वह अपवर्तित होकर सात रंगों में टूट (विक्षेपित हो) जाता है। फिर बूंद की भीतरी दीवार से टकराकर परावर्तित होता है और बाहर निकलते समय पुनः मुड़कर प्रेक्षक की आंखों तक एक विशाल धनुषाकार चाप के रूप में पहुंचता है।

न्यूटन की चकती (Newton's Disc): रंगों का पुनर्मिलन

आलोचकों का मुंह बंद करने के लिए कि कहीं प्रिज्म स्वयं तो रंग नहीं भरता, न्यूटन ने एक अत्यंत सरल यंत्र बनाया जिसे न्यूटन की चकती (Newton's Disc) कहते हैं।

• बनावट: गत्ते की एक गोल चकती को सात बराबर त्रिज्याखंडों में बांटा जाता है और उन पर स्पेक्ट्रम के सातों रंगों (बैंगनी, जामुनी, नीला, हरा, पीला, नारंगी, लाल) को क्रम से रंग दिया जाता है।
• क्रियाविधि: जब इस चकती को किसी धुरी पर रखकर बहुत तेजी से घुमाया जाता है, तो सातों रंग अलग-अलग दिखाई देना बंद हो जाते हैं।
• हमारी आंख की रेटिना पर किसी चित्र का प्रभाव $1/16$ सेकंड तक बना रहता है (दृष्टि निर्बंध / Persistence of Vision)। तेजी से घूमने पर सातों रंगों की संवेदनाएं आंख में एक साथ मिल जाती हैं और पूरी चकती हल्की सफेद या मटमैली श्वेत दिखने लगती है!
• यह प्रयोग अकाट्य रूप से प्रमाणित करता है कि सूर्य का श्वेत प्रकाश वास्तव में सातों रंगों का ही सम्मिश्रण है। साबुन के बुलबुलों और सीडी (CD) की सतह पर दिखने वाले रंग भी इसी बात की पुष्टि करते हैं।

मानव जीवन में उपयोगी प्रकाशिक यंत्र (Optical Instruments)

परावर्तन, अपवर्तन और लेंसों के सिद्धांतों पर आधारित आधुनिक प्रकाशिक यंत्रों ने मानव सभ्यता के विकास में क्रांतिकारी योगदान दिया है:

1. संयुक्त सूक्ष्मदर्शी (Compound Microscope):
   • इसमें दो शक्तिशाली उत्तल लेंस होते हैं—वस्तु के पास वाला अभिदृश्यक लेंस (Objective Lens) और आंख के पास वाला नेत्रिका लेंस (Eyepiece Lens)।
   • यह रक्त कोशिकाओं, पादप ऊतकों और सूक्ष्म जीवाणुओं को सैकड़ों गुना बड़ा करके दिखाता है, जिससे चिकित्सा विज्ञान में रोगों की पहचान संभव होती है।
2. खगोलीय दूरबीन (Astronomical Telescope):
   • दूर स्थित चंद्रमा, ग्रहों, तारों और आकाशगंगाओं के विशाल और स्पष्ट चित्र देखने के लिए बड़े उत्तल लेंसों या विशाल परवलयाकार अवतल दर्पणों का उपयोग करती है।
3. कैमरा (Camera):
   • उत्तल लेंस प्रणाली द्वारा सामने के दृश्य का वास्तविक और उल्टा प्रतिबिंब डिजिटल सेंसर या फिल्म पर बनाता है।

मानव नेत्र के दृष्टि दोष एवं लेंसों द्वारा उनका निवारण

मानव नेत्र में प्रकृति प्रदत्त एक लचीला उत्तल लेंस होता है जो सामने की वस्तुओं का वास्तविक प्रतिबिंब रेटिना (दृष्टि पटल) पर बनाता है। जब आंख की समंजन क्षमता में खराबी आती है, तो दृष्टि दोष उत्पन्न होते हैं:

बिहार की महान खगोलीय एवं प्रकाशिकी विरासत: तारेगना (Taregana)

प्रकाश, छाया, सूर्यग्रहण और चंद्रग्रहण के वैज्ञानिक अध्ययन में बिहार की पावन भूमि का योगदान पूरे विश्व में स्वर्णिम अक्षरों में दर्ज है।

                  [आर्यभट की ऐतिहासिक तारेगना वेधशाला]
  ईसा की 5वीं शताब्दी:
  +---------------------------------------------------------------+
  | तारेगना (अर्थात 'तारे गिनना' / पाटलिपुत्र के समीप, बिहार)       |
  | • महान खगोलशास्त्री आर्यभट की प्रमुख खगोलीय अनुसंधान स्थली    |
  | • सिद्ध किया कि पृथ्वी गोल है और अपनी धुरी पर घूमती है       |
  | • प्रकाश के सरल रेखा में गमन पर आधारित ग्रहणों की सटीक ज्यामिति|
  | • सिद्ध किया कि चंद्रमा स्वयं नहीं चमकता, सूर्य का प्रकाश     |
  |   परावर्तित करता है                                           |
  +---------------------------------------------------------------+

• महान खगोलशास्त्री आर्यभट (476–550 ई.): प्राचीन पाटलिपुत्र (आधुनिक पटना) के समीप जन्मे आर्यभट ने अपने विश्वविख्यात ग्रंथ आर्यभटीय की रचना की थी।
• तारेगना वेधशाला: पटना से लगभग 30 किलोमीटर दक्षिण में स्थित तारेगना (जिसका शाब्दिक अर्थ है 'तारे गिनना' / Counting of Stars) में आर्यभट ने एक खुली खगोलीय वेधशाला स्थापित की थी। यहाँ वे शंकु यंत्र और बांस की नलिकाओं से प्रकाश किरणों और नक्षत्रों की गति नापते थे।
• आर्यभट के प्रकाशिकी सिद्धांत:
  1. उन्होंने यह सिद्ध किया कि चंद्रमा और ग्रह अदीप्त हैं, वे केवल सूर्य के प्रकाश को परावर्तित करने के कारण चमकते हैं।
  2. उन्होंने राहु-केतु द्वारा सूर्य को निगलने के अंधविश्वास को खारिज करते हुए सिद्ध किया कि सूर्यग्रहण तब होता है जब चंद्रमा की सीधी छाया पृथ्वी पर पड़ती है, और चंद्रग्रहण तब होता है जब पृथ्वी की छाया चंद्रमा को ढक लेती है। यह प्रकाश के सरल रेखीय संचरण का महानतम प्रमाण था।
  3. 22 जुलाई 2009 का खग्रास सूर्यग्रहण: 21वीं सदी के सबसे लंबे पूर्ण सूर्यग्रहण को देखने के लिए अमेरिकी अंतरिक्ष एजेंसी नासा (NASA) और विश्व भर के शीर्ष खगोल वैज्ञानिक तारेगना पहुंचे थे, जिसने बिहार की खगोलीय प्रतिष्ठा को पुनः वैश्विक मंच पर स्थापित किया!

आधुनिक बिहार में प्रकाशिकी शिक्षा एवं जनस्वास्थ्य अभियान

आज बिहार अपनी इस वैज्ञानिक विरासत को आधुनिक संस्थानों और जनस्वास्थ्य योजनाओं के माध्यम से आगे बढ़ा रहा है:

1. इंदिरा गांधी तारामंडल (Patna Planetarium): एशिया के सबसे बड़े तारामंडलों में से एक, जहाँ उन्नत ऑप्टो-मैकेनिकल प्रोजेक्टरों द्वारा अंतरिक्ष के प्रकाश और नक्षत्रों की अद्भुत यात्रा का प्रदर्शन किया जाता है।
2. श्रीकृष्ण विज्ञान केंद्र (गांधी मैदान, पटना): यहाँ स्थित 'मिरर्स एंड ऑप्टिक्स गैलरी' में छात्र अनंत परावर्तन, पेरिस्कोप, न्यूटन चकती और दृष्टि भ्रमों का व्यावहारिक अनुभव प्राप्त करते हैं।
3. मुख्यमंत्री नेत्र ज्योति अभियान: बिहार सरकार द्वारा राज्य भर के सरकारी विद्यालयों में बच्चों की आंखों की जांच कर निःशुल्क चश्मे (उत्तल/अवतल लेंस) वितरित किए जा रहे हैं, तथा वृद्धजनों के मोतियाबिंद का ऑपरेशन कर आधुनिक इंट्राऑकुलर लेंस (IOL) प्रत्यारोपित किए जा रहे हैं ताकि अंधापन मुक्त बिहार का निर्माण हो सके।