What are Matter, Molecules, Atoms, Electrons, Protons, and Neutrons? How are they formed?

What are Matter, Molecules, Atoms, Electrons, Protons, and Neutrons? How are they formed?
पदार्थ, अणु, परमाणु, इलेक्ट्रॉन, प्रोटॉन, न्यूट्रॉन क्या हैं? ये सब कैसे बनते हैं?

पदार्थ (Matter) वह है जो स्थान घेरता है और जिसका द्रव्यमान (Mass) होता है। (Matter is that which occupies space and has mass). जैसे पानी, हवा, लोहा, लकड़ी, पत्थर, इत्यादि। हर पदार्थ कई सूक्ष्म कणों (Atoms या Molecules) से मिलकर बना होता है। इन परमाणुओं की संरचना, ऊर्जा और व्यवस्था उस पदार्थ के मूल गुण तय करती है। 

हर पदार्थ का अपना मूल गुण (Intrinsic Property) या स्वाभाविक गुण होता है, और यही उसके अस्तित्व की पहचान बनाता है। मूल गुण वे होते हैं जो पदार्थ की मात्रा बदलने से नहीं बदलते। वे पदार्थ के स्वभाव या आंतरिक प्रकृति से जुड़े होते हैं। जैसे घनत्व (Density), गलनांक (Melting Point), क्वथनांक (Boiling Point), विद्युत चालकता (Electrical Conductivity), चुंबकत्व (Magnetism), रंग, गंध, स्वाद (Color, Odor, Taste)। ये गुण किसी पदार्थ की पहचान बताते हैं, चाहे उसका टुकड़ा छोटा हो या बड़ा।

जैसे लोहे का मूल गुण कठोरता, चुंबकत्व है। तांबे का मूल गुण विद्युत चालकता, लाल रंग है। सोने (Gold) का मूल गुण पीला रंग, तन्यता (लचीलापन), रासायनिक स्थिरता है। पानी (Water) का मूल गुण पारदर्शिता, स्वादहीनता है। ऑक्सीजन (O₂) का मूल गुण  रंगहीन, गंधहीन, दहन को बढ़ाने वाला है। इन गुणों को आप बदल नहीं सकते, केवल मिश्रण या रासायनिक परिवर्तन से ही नया पदार्थ बन सकता है।

मूल गुणों के दो प्रकार हैं :

(A) भौतिक गुण (Physical Properties) : ऐसे गुण जिनसे पदार्थ की संरचना नहीं बदलती। जैसे रंग, गंध, अवस्था (ठोस/तरल/गैस), घनत्व, गलनांक, चालकता।

(B) रासायनिक गुण (Chemical Properties) : ऐसे गुण जिनसे पदार्थ की रासायनिक संरचना बदलती है। जैसे ज्वलनशीलता (Combustibility), ऑक्सीकरण (Oxidation), अम्लता (Acidity), क्षारीयता (Basicity)।

हर पदार्थ की स्वभाविक ऊर्जा

विज्ञान के स्तर से आगे, अगर आप इसे अध्यात्मिक या सूक्ष्म दृष्टि से देखें, तो हर वस्तु की अपनी कंपन ऊर्जा (Vibrational Energy) होती है। यही उसकी आतंरिक तरंग या स्फूर्ति है, जो उसकी पहचान तय करती है। जैसे लोहे की कंपन ऊर्जा स्थिर और भारी है, इसलिए वह आकर्षण रखता है। सोने की कंपन ऊर्जा कोमल और स्थिर है, इसलिए वह नष्ट नहीं होता। जल की ऊर्जा प्रवाहमय है, इसलिए वह हर रूप ले सकता है। यानी पदार्थ का मूल गुण केवल भौतिक नहीं, ऊर्जात्मक (Energetic) भी होता है।

अगर मूल गुण बदल जाए तो?

जब किसी पदार्थ का मूल गुण बदल जाता है, तो वह नया पदार्थ बन जाता है। लोहे में ऑक्सीजन मिलाने पर जंग (Iron Oxide) बनती है। पानी में बिजली प्रवाहित करने पर हाइड्रोजन और ऑक्सीजन अलग हो जाते हैं। इसलिए कहा जाता है कि मूल गुण का परिवर्तन, पदार्थ का परिवर्तन है।

तो पदार्थ वह है, जो स्थान घेरता है और द्रव्यमान रखता है। पदार्थ का मूल गुण  उस पदार्थ की स्वाभाविक और स्थायी पहचान है। जैसे घनत्व, गलनांक, रंग, गंध, चुंबकत्व

प्रकार भौतिक और रासायनिक गुण। प्रत्येक पदार्थ की अपनी कंपन या ऊर्जा होती है। मूल गुण का परिवर्तन = नए पदार्थ का निर्माण।

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परमाणु (Atom) और अणु (Molecule)। यह विज्ञान का मूल आधार है, क्योंकि सारी सृष्टि इन्हीं दो चीजों से बनी है :

परमाणु (Atom) क्या है?

परमाणु किसी भी तत्व (Element) का सबसे छोटा कण होता है, जो उस तत्व के सभी गुणों को अपने में रखता है, लेकिन उसे और छोटे भागों में बाँटने पर वह उन गुणों को खो देता है। सरल शब्दों में, परमाणु वह सबसे सूक्ष्म इकाई है जिससे सारा पदार्थ बना है। जैसे हाइड्रोजन का परमाणु, ऑक्सीजन का परमाणु, लोहा का परमाणु आदि।

परमाणु की संरचना (Structure of Atom) :

परमाणु तीन मुख्य कणों से मिलकर बना होता है -- 

[कण  आवेश (Charge)  और स्थिति (Location)]

प्रोटॉन (Proton) 

Charge : धनात्मक (+)

Location : नाभिक (Nucleus) में होते हैं।

न्यूट्रॉन (Neutron) 

Charge : कोई आवेश नहीं होता

Location : नाभिक में होते हैं।

इलेक्ट्रॉन (Electron) 

Charge : ऋणात्मक (–)

Location : नाभिक के चारों ओर परिक्रमा करते हैं।

नाभिक (Nucleus) : परमाणु का केंद्र, जिसमें प्रोटॉन और न्यूट्रॉन होते हैं।

इलेक्ट्रॉन कवच (Shells or Orbits) : जहाँ इलेक्ट्रॉन घूमते हैं।

परमाणु कैसे बनता है?

वैज्ञानिकों के अनुसार, ब्रह्मांड की उत्पत्ति के समय जब ऊर्जा ने ठंडा होकर पदार्थ का रूप लिया, तो सबसे पहले बने हाइड्रोजन और हीलियम के परमाणु। बाद में तारों के भीतर नाभिकीय क्रियाओं से भारी तत्वों के परमाणु बने। आज जब भी कोई रासायनिक अभिक्रिया होती है, तो परमाणु आपस में जुड़कर या टूटकर नए रूप बना सकते हैं, परंतु वे स्वयं नष्ट नहीं होते।

परमाणु कितने प्रकार के होते हैं?

परमाणु उतने ही प्रकार के हैं जितने तत्व (Elements) हैं। वर्तमान में लगभग 118 तत्व खोजे जा चुके हैं। इनमें प्रत्येक का अपना विशिष्ट परमाणु है। जैसे हाइड्रोजन (H), ऑक्सीजन (O), कार्बन (C), सोडियम (Na), सोना (Au) आदि।

अणु (Molecule) क्या है?

अणु दो या अधिक समान या भिन्न परमाणुओं के संयोजन (Combination) से बनता है। सरल शब्दों में, जब परमाणु आपस में जुड़ते हैं, तो अणु बनता है। अणु किसी पदार्थ की सबसे छोटी इकाई है जो स्वतंत्र रूप से अस्तित्व रख सकती है।

उदाहरण :

O₂ - ऑक्सीजन का अणु (दो समान परमाणु)

H₂O - जल का अणु (दो हाइड्रोजन + एक ऑक्सीजन)

CO₂ - कार्बन डाइऑक्साइड का अणु

अणु कैसे बनते हैं?

अणु तब बनते हैं जब परमाणु आपस में बंधन (Bond) बनाते हैं। ये बंधन इलेक्ट्रॉनों के आदान-प्रदान या साझेदारी से बनते हैं।

अणु मुख्य रूप से दो प्रकार के होते हैं :

1. संयोजक बंध (Covalent Bond) : जब परमाणु इलेक्ट्रॉन साझा करते हैं। जैसे H₂O, O₂

2. आयनिक बंध (Ionic Bond) : जब एक परमाणु इलेक्ट्रॉन देता है और दूसरा लेता है। जैसे NaCl (नमक)

अणुओं के प्रकार

(A) तत्वों के अणु (Molecules of Elements) : जब अणु समान परमाणुओं से बने हों। जैसे हाइड्रोजन (H₂), ऑक्सीजन (O₂), नाइट्रोजन (N₂)।

(B) यौगिकों के अणु (Molecules of Compounds) : जब अणु भिन्न परमाणुओं से बने हों। जैसे जल (H₂O), कार्बन डाइऑक्साइड (CO₂), अमोनिया (NH₃)।

परमाणु और अणु की विशेषताएँ -- 

परमाणु की विशेषताएँ : 

परमाणु अत्यंत सूक्ष्म होते हैं। इन्हें नग्न आंखों से नहीं देखा जा सकता है। ये विद्युत रूप से तटस्थ होते हैं (क्योंकि + और – बराबर)। ये रासायनिक अभिक्रियाओं में भाग लेते हैं। ये नष्ट नहीं किए जा सकते हैं, ये केवल पुनर्व्यवस्थित होते हैं।

अणु की विशेषताएँ :

अणु किसी पदार्थ की सभी रासायनिक विशेषताएँ रखता है। यह स्वतः अस्तित्व में रह सकता है। यह परमाणुओं के निश्चित अनुपात से बनता है (उदा. H₂O में 2:1)। अणु स्थिर और ऊर्जा संतुलित होते हैं।

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सब एक ही ऊर्जा के रूप हैं

दुनियाभर के सारे प्रोटॉन, न्यूट्रॉन और इलेक्ट्रॉन एक जैसे हैं। पूरे ब्रह्मांड में हर प्रोटॉन, हर इलेक्ट्रॉन और हर न्यूट्रॉन एकदम समान होते हैं। कहीं भी देख लीजिए, सूर्य, पृथ्वी, किसी तारे या आकाशगंगा में हर प्रोटॉन का द्रव्यमान (mass), विद्युत आवेश (charge), आकार और गुण समान होता है। अरबों प्रकाश-वर्ष दूर किसी तारे में मौजूद इलेक्ट्रॉन भी वैसा ही है जैसा हमारे शरीर में घूम रहा है। 

अब तक के सभी प्रयोगों में यह पाया गया है कि संपूर्ण ब्रह्मांड में हर प्रोटॉन, हर इलेक्ट्रॉन और हर न्यूट्रॉन का गुण समान है। यदि इनमें जरा भी अंतर होता तो पदार्थ की स्थिरता, रासायनिक क्रियाएँ, और स्वयं जीवन असंभव हो जाता। यह समानता ही ब्रह्मांड के संतुलन (Harmony) का प्रमाण है। 

इन तीनों (प्रोटॉन, न्यूट्रॉन, इलेक्ट्रॉन) के अलग-अलग संयोजन से ही ग्रह, तारे, पेड़ पौधे, हम, आप, जल, वायु, शिला, शरीर तक सब कुछ बने हैं। यानी ब्रह्मांड का हर दृश्यमान पदार्थ इन्हीं तीन मूल कणों के संयोजन का चमत्कार है। तो ब्रह्मांड के हर हिस्से में एक ही चेतना या ऊर्जा काम कर रही है। अतः विज्ञान कहता है कि सब एक ही ऊर्जा के रूप हैं।

तो सारे पदार्थ अलग-अलग कैसे हैं?

सारी भौतिक दुनिया के पदार्थ तीन ही चीजों से बने हैं। हर वस्तु चाहे वह सोना हो या रोटी, पानी हो या वायु, अंततः परमाणुओं (Atoms) से बनी है, और हर परमाणु में ये तीन कण होते हैं : प्रोटॉन (धनात्मक चार्ज), न्यूट्रॉन (निर्विकार), इलेक्ट्रॉन (ऋणात्मक चार्ज)। लेकिन यह तो बस शुरुआत है!

एक ही चीज से बने का अर्थ 'एक जैसे' नहीं होता। मान लीजिए कि आप और मैं दोनों मिट्टी से बने हैं, लेकिन रूप, गुण, व्यवहार सब अलग हैं। कारण? संरचना का अंतर। इसी तरह प्रकार सभी परमाणुओं में वही तीन कण होते हैं, लेकिन उनकी संख्या और व्यवस्था अलग होती है।

परमाणुओं में अंतर कैसे होता है? 

हर तत्व (Element) का अपना परमाणु क्रमांक (Atomic Number) होता है, यानी उसमें कितने प्रोटॉन हैं। यही उसे बाकी तत्वों से अलग बनाता है। जैसे हाइड्रोजन (सबसे हल्की गैस) में प्रोटॉन की संख्या 1 होती है, हीलियम में 2, कार्बन (जीवन का आधार) में 6, और सोने में 79 प्रोटॉन।

तो सभी में इलेक्ट्रॉन, न्यूट्रॉन, प्रोटॉन हैं, लेकिन बस संख्या और संयोजन बदलते ही गुण बदल जाते हैं।

व्यवस्था (Arrangement) का खेल

परमाणु के इलेक्ट्रॉन अलग-अलग शेल या कक्षाओं में घूमते हैं। इनकी व्यवस्था (कौन-से कक्षा में कितने इलेक्ट्रॉन हैं) तय करती है कि वह पदार्थ प्रतिक्रिया करेगा या नहीं, ठोस होगा या गैस, जल में घुलेगा या नहीं, और कैसा दिखेगा।

यही कारण है कि 

हाइड्रोजन + ऑक्सीजन = पानी, 

लेकिन हाइड्रोजन + सल्फर = बदबूदार गैस (H₂S)

यानी कण वही हैं, बस व्यवस्था और अनुपात अलग।

तो मूल रूप से सब एक ही ऊर्जा (तीन मूल कण) से बने हैं, लेकिन उनका गणित और विन्यास (संरचना) बदलते ही गुण बदल जाते हैं। यही वह रहस्य है जिससे एक ही चेतना से पूरी विविधता उत्पन्न होती है। भौतिक जगत में इसे कणों की व्यवस्था कहते हैं, और अध्यात्म में माया का खेल।

लेकिन ऐसा क्यों है कि ये सब एक जैसे हैं?

तो इसका उत्तर है कण भौतिकी (Particle Physics) और क्वांटम क्षेत्र सिद्धांत (Quantum Field Theory) में। सरल शब्दों में, प्रोटॉन, न्यूट्रॉन और इलेक्ट्रॉन स्वयं में कोई छोटे गोले नहीं हैं, बल्कि ये ऊर्जा के तरंग-क्षेत्र (Energy Fields) के विशेष दोलन (vibration) हैं। 

जैसे, पूरे ब्रह्मांड में एक इलेक्ट्रॉन क्षेत्र है। जहाँ यह क्षेत्र दोलन करता है, वहाँ एक इलेक्ट्रॉन उपस्थित होता है। इसी तरह प्रोटॉन क्षेत्र और न्यूट्रॉन क्षेत्र हैं। इसलिए हर इलेक्ट्रॉन एक ही ऊर्जा-स्रोत का रूप है, बस उसका स्थान (position) अलग होता है, पर स्वभाव एक समान।

ये तीनों कण कैसे बने? यानी ब्रह्मांड में ये तीनों पहली बार कब प्रकट हुए?

तो यह ब्रह्मांडीय सृजन की कहानी है, जो (वैज्ञानिकों के अनुसार) बिग बैंग (महाविस्फोट) से जुड़ी है। वैज्ञानिकों के अनुसार, यह कहानी शुरू होती है बिग बैंग (महाविस्फोट) से, लगभग 13.8 अरब वर्ष पहले।

पहले केवल ऊर्जा थी। ऊर्जा को न बनाया जा सकता है और न नष्ट किया जा सकता है। ब्रह्मांड की शुरुआत एक अनंत घनत्व और तापमान के बिंदु से हुई। वह ऊर्जा हर दिशा में फैलने लगी। जैसे-जैसे ब्रह्मांड ठंडा होने लगा, वह ऊर्जा रूपांतरित होकर कणों में बदलने लगी। यही है आइंस्टीन का सिद्धांत E = mc² (Energy becomes Matter)।

सबसे पहले क्वार्क नाम के छोटे कण बने। ये आगे चलकर प्रोटॉन और न्यूट्रॉन बने। तीन क्वार्क मिलकर एक प्रोटॉन और एक न्यूट्रॉन बने। थोड़ा ठंडा होने पर हल्के इलेक्ट्रॉन बने। ये क्वार्कों से अलग श्रेणी के कण हैं (Leptons)। फिर परमाणु बने। कुछ लाख साल बाद जब तापमान इतना घट गया कि ये कण स्थिर हो सके, तो प्रोटॉन (धनात्मक) ने इलेक्ट्रॉन (ऋणात्मक) को आकर्षित कर लिया, और इस प्रकार पहला परमाणु बना, हाइड्रोजन का। यह था ब्रह्मांड का पदार्थ-जन्म (Matter Formation)।

चरण 1 : ऊर्जा का जन्म -- लगभग 13.8 अरब वर्ष पहले केवल ऊर्जा (Energy) थी, कोई पदार्थ नहीं। तापमान बहुत अधिक था, समय के साथ ब्रह्मांड ठंडा होने लगा।

चरण 2 : क्वार्क और ग्लूऑन का बनना -- ऊर्जा से बने सूक्ष्मतर कण जिन्हें कहते हैं, क्वार्क (Quarks) और ग्लूऑन (Gluons)। यही आगे चलकर प्रोटॉन और न्यूट्रॉन के घटक बने।

चरण 3 : प्रोटॉन और न्यूट्रॉन का निर्माण -- जब ब्रह्मांड कुछ ठंडा हुआ, तब क्वार्क मिलकर बने - प्रोटॉन (2 up + 1 down क्वार्क) और न्यूट्रॉन (2 down + 1 up क्वार्क)। ये क्वार्क ग्लूऑन द्वारा जुड़े रहते हैं, जो उन्हें तोड़ने नहीं देते।

चरण 4 : इलेक्ट्रॉन का जन्म -- इसी दौरान ऊर्जा से उत्पन्न हुए लेप्टॉन (Leptons) नामक कणों में से एक, इलेक्ट्रॉन। ये परमाणु के बाहर परिक्रमा करते हैं।

चरण 5 : पहले परमाणु बने -- जब तापमान और घटा, तब प्रोटॉन ने इलेक्ट्रॉन को आकर्षित किया, और बना पहला परमाणु, हाइड्रोजन (Hydrogen)। बाद में तारों के भीतर नाभिकीय अभिक्रियाओं से भारी तत्व बने।

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प्रोटॉन, न्यूट्रॉन और इलेक्ट्रॉन देखे जा सकते हैं? क्या हम भी इन्हें बना सकते हैं?

इन तीनों को हम किसी भी माइक्रोस्कोप से नहीं देख सकते। क्यों? क्योंकि इनका आकार इतना छोटा है कि प्रकाश की तरंगें भी उन पर से टकरा कर लौट नहीं पातीं। हम जो कुछ भी देख सकते हैं, वह प्रकाश के परावर्तन से देख सकते हैं, लेकिन ये कण इतने सूक्ष्म हैं कि प्रकाश की कोई भी तरंग उन पर प्रभावी नहीं होती। इसलिए हम इन्हें सीधे नहीं देख सकते, परंतु उनके प्रभाव (जैसे चार्ज, विकिरण, गति आदि) को वैज्ञानिक उपकरणों से माप सकते हैं।

ये तीनों मिलकर पदार्थ कैसे बनाते हैं?

बहुत सुंदर संतुलन है इसमें। प्रोटॉन (+) धनात्मक चार्ज देता है, और परमाणु का केंद्र बनाता है। न्यूट्रॉन (0) स्थिरता देता है, ताकि प्रोटॉन आपस में न टकराएं। इलेक्ट्रॉन (-) बाहर चक्कर लगाता है, जिससे परमाणु की सीमा तय होती है। जब ये तीनों संतुलन में होते हैं, तो एक स्थिर परमाणु बनता है, और वही आगे जाकर पदार्थ का आधार बनता है।

क्या मनुष्य इन्हें बना सकता है?

आंशिक रूप से, हाँ लेकिन प्राकृतिक रूप से जैसा है, वैसा कभी नहीं। इलेक्ट्रॉन और प्रोटॉन हम कण त्वरक (Particle Accelerators) में उत्पन्न कर सकते हैं। लेकिन उन्हें स्थायी परमाणु की तरह संयोजित कर पाना अत्यंत कठिन है। न्यूट्रॉन भी केवल नाभिकीय अभिक्रियाओं (Nuclear Reactions) में बनते हैं।

इसलिए मनुष्य पदार्थ को पुनर्संयोजित (Recombine) कर सकता है, लेकिन सृजन (Creation) उसी स्तर पर नहीं कर सकता, जिस पर ब्रह्मांड ने किया। यानी हम केवल रूप ही बदल सकते हैं, पर 'शून्य से पदार्थ' कभी नहीं बना सकते।