એકલતા અને સુપરક્રિટિકલ પ્રવાહી: તેઓ આપણા દૈનિક જીવનને કેવી રીતે અસર કરશે?

આ બ્લોગ પોસ્ટમાં સિંગ્યુલારિટી પાછળના વૈજ્ઞાનિક સિદ્ધાંતો - જે ટેકનોલોજીકલ પ્રગતિમાં એક મહત્વપૂર્ણ બિંદુ છે - અને સુપરક્રિટિકલ પ્રવાહી આપણા રોજિંદા જીવન અને ઉદ્યોગોને કેવી રીતે અસર કરે છે તેની શોધ કરવામાં આવી છે.

"સિંગ્યુલારિટી આવી રહી છે!" ઘણા લોકોએ ગુગલના આલ્ફાગો અને 9-ડેન વ્યાવસાયિક લી સેડોલ વચ્ચેના આઘાતજનક ગો મેચ જોયા પછી આ વાક્ય ઇન્ટરનેટ પર ગુંજ્યું. ગુગલના એન્જિનિયરિંગ ડિરેક્ટર રે કુર્ઝવીલના પુસ્તકના શીર્ષક તરીકે આ શબ્દ પ્રખ્યાત થયો, જે સિંગ્યુલારિટીને તે બિંદુ તરીકે વર્ણવે છે જ્યારે માનવ-નિર્મિત ટેકનોલોજી માનવ ક્ષમતાઓને વટાવી જાય છે. બીજા શબ્દોમાં કહીએ તો, લેખક દલીલ કરે છે કે સિંગ્યુલારિટી એ બિંદુ છે જ્યાં માનવ ટેકનોલોજી અને માનવ ક્ષમતાઓ સમાન બને છે, અને આ સિંગ્યુલારિટીથી આગળ, અણધારી ઘટનાઓ બનશે. આ અણધારી ઘટનાઓ ભવિષ્યનો ઉલ્લેખ કરે છે જ્યાં કૃત્રિમ બુદ્ધિ માનવ અપેક્ષાઓ કરતાં વધી જાય છે, સ્વતંત્ર રીતે શીખે છે અને વિકસિત થાય છે, માનવોની જેમ વિચારવા અને નિર્ણયો લેવામાં સક્ષમ બને છે.
જોકે, "એકવચનતા" શબ્દ ગણિત અને વિજ્ઞાનમાં વારંવાર ઉપયોગમાં લેવાતો એક વ્યાપક ખ્યાલ છે, જે તે બિંદુનો ઉલ્લેખ કરે છે જ્યાં સ્પર્ધાત્મક તત્વો સંતુલન પ્રાપ્ત કરે છે, ફક્ત ટેકનોલોજી અને માનવો વચ્ચેના સંતુલનથી આગળ. ઉદાહરણ તરીકે, ગણિતમાં, સમીકરણની લાક્ષણિકતાઓ તેની અંદરના બે ચલોના ગુણોત્તર દ્વારા નક્કી કરી શકાય છે. જ્યારે આ બે પરિબળોના પરિમાણો અત્યંત નાજુક સંતુલન પ્રાપ્ત કરે છે, ત્યારે એવી પરિસ્થિતિ ઊભી થાય છે જ્યાં સમીકરણની લાક્ષણિકતાઓ અનિશ્ચિત બની જાય છે. આ બિંદુને સમીકરણની એકવચનતા કહેવામાં આવે છે. સંતુલન બિંદુના આ વ્યાપક દ્રષ્ટિકોણથી "એકવચનતા" શબ્દને સમજવાથી જાણવા મળે છે કે આપણી આસપાસના દરેક પદાર્થની પોતાની એકવચનતા હોય છે - એક બિંદુ જેને "નિર્ણાયક બિંદુ" કહેવાય છે જ્યાં પ્રવાહી અને વાયુની લાક્ષણિકતાઓ સંતુલનમાં હોય છે. અને એકવાર આ મહત્વપૂર્ણ બિંદુ પાર થઈ જાય, પછી તે ઉપયોગી ગુણધર્મો દર્શાવે છે જેની આપણે ક્યારેય કલ્પના પણ નહોતી કરી.
બધા જ પદાર્થો ત્રણ અવસ્થામાં અસ્તિત્વ ધરાવે છે. પાણીનો વિચાર કરો. નીચા તાપમાને, તે બરફ તરીકે અસ્તિત્વ ધરાવે છે, એક ઘન અવસ્થા. જેમ જેમ તાપમાન વધે છે, તે પાણીમાં, પ્રવાહીમાં ઓગળે છે, અને વધુ ગરમ થાય છે, તે ઉકળે છે અને વરાળ, વાયુમાં ફેરવાય છે. આમ, પદાર્થની ત્રણ અવસ્થાઓ - ઘન, પ્રવાહી અને વાયુ - તાપમાનના આધારે બદલાય છે. વધુમાં, પદાર્થની સ્થિતિ માત્ર તાપમાન સાથે જ નહીં પરંતુ દબાણ સાથે પણ બદલાય છે. સ્પ્રે કેનમાં ખૂબ ઊંચા દબાણ હેઠળ પ્રવાહી હોય છે, પરંતુ જ્યારે છંટકાવ કરવામાં આવે છે, ત્યારે તે હવામાં અદ્રશ્ય વાયુ તરીકે બહાર કાઢવામાં આવે છે. આમ, પદાર્થ ઘન, પ્રવાહી કે વાયુ તરીકે અસ્તિત્વ ધરાવે છે કે કેમ તે તાપમાન અને દબાણ બંને દ્વારા નક્કી થાય છે. જ્યારે આ આપણી આસપાસ એક સામાન્ય ઘટના છે, ત્યારે વૈજ્ઞાનિક રીતે તપાસવામાં આવે ત્યારે તે વધુ રસપ્રદ બને છે: દરેક અવસ્થા ફક્ત ચોક્કસ તાપમાન અને દબાણ પર જ જાળવી શકાય છે. આપણે રોજિંદા જીવનમાં પાણીને તેની ઘન અવસ્થામાં પ્રવાહીમાં ઓગળતા અને પછી બાષ્પીભવન થતા અવલોકન કરીએ છીએ, છતાં તેની પાછળ પરમાણુઓ વચ્ચેની જટિલ ક્રિયાપ્રતિક્રિયા રહેલી છે.
તો તાપમાન અને દબાણ સ્થિતિ કેવી રીતે બદલાય છે? પહેલા, ચાલો સમજીએ કે તાપમાન અને દબાણ શું દર્શાવે છે. તાપમાન દર્શાવે છે કે પરમાણુઓ - પદાર્થ બનાવતા નાના કણો - કેટલી ઝડપથી ગતિ કરે છે. એટલે કે, નીચા તાપમાને, પરમાણુઓ ધીમે ધીમે ગતિ કરે છે, અને ઊંચા તાપમાને, તેઓ ઝડપથી ગતિ કરે છે. તેનાથી વિપરીત, દબાણ પરમાણુઓ વચ્ચેનું અંતર દર્શાવે છે. ઉચ્ચ દબાણનો અર્થ એ છે કે પદાર્થ સંકુચિત થાય છે, જે પરમાણુઓ વચ્ચેનું અંતર ઘટાડે છે, જ્યારે નીચું દબાણ તેમની વચ્ચેનું અંતર વધારે છે. જો કે, દબાણ દ્વારા પરમાણુઓ વચ્ચેના અંતરનું નિયમન વધારાની અસર ઉત્પન્ન કરે છે. પરમાણુઓ એકબીજાને આકર્ષવાની સહજ વૃત્તિ ધરાવે છે, કારણ કે જ્યારે પરમાણુઓ એકબીજાની નજીક હોય છે ત્યારે આ આકર્ષક બળની શક્તિ વધે છે. આમ, ઉચ્ચ દબાણ પરમાણુઓને નજીક લાવે છે, તેમના પરસ્પર આકર્ષણ અને એકસાથે ક્લસ્ટર થવાની વૃત્તિને તીવ્ર બનાવે છે. તેનાથી વિપરીત, ઓછું દબાણ પરમાણુઓને એકબીજા તરફ ખેંચતા બળને નબળું પાડે છે.
હવે, પાણી પર પાછા ફરીએ. નીચા તાપમાને, પાણીના અણુઓ જે તેને બનાવે છે તે ધીમે ધીમે ગતિ કરે છે. આ ધીમી ગતિએ ચાલતા અણુઓ પરસ્પર આકર્ષણને દૂર કરી શકતા નથી અને બહાર નીકળી શકતા નથી, જેના કારણે તેઓ એકસાથે ભેગા થઈ જાય છે. આના પરિણામે ઘન સ્થિતિમાં પરિણમે છે જ્યાં તેઓ સંપૂર્ણપણે સ્થિર થઈ જાય છે - બરફ. જ્યારે બરફનું તાપમાન વધે છે, જેનાથી પરમાણુઓ વધુ ઝડપથી આગળ વધી શકે છે, ત્યારે તેઓ મોટા જૂથોમાં ક્લસ્ટર રહે છે પરંતુ પરસ્પર આકર્ષણને આંશિક રીતે દૂર કરી શકે છે, જેનાથી કેટલાક પરમાણુ ગતિ શક્ય બને છે. આ પાણીની પ્રવાહી સ્થિતિ છે. જો તાપમાન વધુ વધે છે, તો પરમાણુઓ એટલી ઝડપથી ગતિ કરે છે કે આકર્ષક બળો તેમને એકસાથે રાખી શકતા નથી. તેઓ રેન્ડમ રીતે ફરવા માટે મુક્ત બને છે, જે વાયુયુક્ત સ્થિતિ બનાવે છે: પાણીની વરાળ. સારાંશમાં, પદાર્થની સ્થિતિ નક્કી થાય છે કે પરમાણુઓ વચ્ચેના આકર્ષણ બળ અને પરમાણુઓની ગતિ વચ્ચેની સ્પર્ધામાં કયું બળ પ્રવર્તે છે. ઊંચા દબાણ સાથે આકર્ષક બળ વધે છે, અને ઊંચા તાપમાન સાથે પરમાણુઓની ગતિ વધે છે. તેથી, તાપમાન અને દબાણના આધારે પદાર્થની સ્થિતિ બદલાય છે.
હવે, ચાલો તાપમાન ઘટાડ્યા વિના પાણીની વરાળને પ્રવાહીમાં ફેરવવાનો પ્રયાસ કરીએ. વધતા દબાણથી પાણીના અણુઓ એકબીજાની નજીક આવે છે. આ તેમની વચ્ચે આકર્ષણ બળ પણ વધે છે. જો દબાણ પૂરતું વધારવામાં આવે, તો પરસ્પર આકર્ષણ એટલું મજબૂત બને છે કે તે ઝડપથી બહાર નીકળતા અણુઓને પણ પકડી શકે છે, જેના કારણે પદાર્થ પ્રવાહીમાં પાછો ફરે છે. પરંતુ શું વધતા દબાણથી હંમેશા વાયુ પ્રવાહીમાં ફેરવાય છે?
જવાબ આપવો: ના. વધતા દબાણથી પરમાણુઓ વચ્ચેનું અંતર ઘટે છે અને તેમના પરસ્પર આકર્ષણમાં વધારો થાય છે. પરંતુ આ આકર્ષણ કેટલું મજબૂત બની શકે છે તેની એક ચોક્કસ મર્યાદા છે. આનું કારણ એ છે કે એકવાર પરમાણુઓ એકબીજાને સ્પર્શ ન કરે ત્યાં સુધી સંકુચિત થઈ જાય છે અને કોઈ અંતર બાકી રહેતું નથી, તેઓ વધુ નજીક આવી શકતા નથી. તેનાથી વિપરીત, તાપમાન અનિશ્ચિત સમય માટે વધારી શકાય છે જ્યાં સુધી પરમાણુઓમાં સમસ્યાઓ ઊભી ન થાય અથવા તેઓ તૂટી ન જાય. તેથી, એકવાર ચોક્કસ તાપમાન ઓળંગાઈ જાય, પછી દબાણ અને તાપમાન વચ્ચેની સ્પર્ધા સમાપ્ત થાય છે. ગમે તેટલું દબાણ વધારવામાં આવે, તે ઝડપથી ગતિશીલ અણુઓને પકડવા માટે પૂરતું મજબૂત પરમાણુ આકર્ષણ બનાવી શકતું નથી, તેથી ગેસ પ્રવાહી બનતો નથી. તાપમાન અને દબાણ વચ્ચેની સ્પર્ધા તૂટી જાય તે પહેલાં, આ અંતિમ સંતુલન બિંદુને નિર્ણાયક બિંદુ કહેવામાં આવે છે. આને પદાર્થની એકલતા તરીકે પણ જોઈ શકાય છે.
જોકે, કોઈ પદાર્થ નિર્ણાયક બિંદુના તાપમાન અને દબાણથી આગળ પ્રવાહી ન બની શકે તેનો અર્થ એ નથી કે તે તે બિંદુની બહાર વાયુ તરીકે અસ્તિત્વ ધરાવે છે. નિર્ણાયક બિંદુથી આગળ, જ્યારે તે પ્રવાહી બનાવવા માટે પૂરતું પ્રવાહી નથી, ત્યારે પરમાણુઓ વચ્ચેનું અંતર ખૂબ નજીક આવે છે, જેના કારણે તેઓ એકબીજાને મજબૂત બળથી આકર્ષે છે. તેથી, ભલે પરમાણુઓ પ્રવાહીની જેમ એકસાથે ક્લસ્ટર ન હોય, તેઓ ગેસની જેમ સંપૂર્ણપણે મુક્તપણે ફરતા નથી. જે ​​પદાર્થ નિર્ણાયક બિંદુને પાર કરી ગયો હોય અને પ્રવાહી કે વાયુ ન હોય તેને સુપરક્રિટિકલ પ્રવાહી કહેવામાં આવે છે.
સુપરક્રિટિકલ પ્રવાહી એવા ગુણધર્મો દર્શાવે છે જે સામાન્ય પ્રવાહી અથવા વાયુઓમાં ભાગ્યે જ જોવા મળે છે, ખાસ કરીને અત્યંત ઓછી સ્નિગ્ધતા અને અન્ય પદાર્થો માટે ઉચ્ચ દ્રાવ્યતા. ઓછી સ્નિગ્ધતા એટલે ઉચ્ચ ભેદન શક્તિ. આ વાત સરળતાથી સમજી શકાય છે કે જ્યારે પાણી રેતી પર રેડવામાં આવે છે, ત્યારે તે અનાજ વચ્ચેના દરેક ખૂણા અને ખાડામાં પ્રવેશ કરે છે અને નીચેથી બહાર વહે છે, જ્યારે મધ, જે પાણી કરતાં વધુ સ્નિગ્ધતા ધરાવે છે, ભાગ્યે જ વહે છે અને રેતીમાં થોડું શોષાય છે.
ટૂંકમાં, સુપરક્રિટિકલ પ્રવાહીનો ઉપયોગ નિષ્કર્ષણ દ્રાવક તરીકે કરવાથી તે દરેક જગ્યાએ પ્રવેશ કરી શકે છે, ઇચ્છિત લક્ષ્ય સામગ્રીને ઓગાળી શકે છે. તલના બીજને દબાવીને તલનું તેલ કાઢવામાં આવે છે, ત્યારે લિગ્નિન નામનું એન્ટીઑકિસડન્ટ ઓગળતું નથી. જો કે, નિષ્કર્ષણ માટે સુપરક્રિટિકલ પ્રવાહીનો ઉપયોગ કરવાથી તેની ઉપજ 10,000 ગણી વધી શકે છે. આ રીતે કાઢવામાં આવેલું તલનું તેલ વાસ્તવમાં વ્યાપારી રીતે વેચાય છે. વધુમાં, કોફીની ડિકેફીનેશન પ્રક્રિયામાં સુપરક્રિટિકલ પ્રવાહીનો ઉપયોગ ફક્ત કેફીનને પસંદગીયુક્ત રીતે દૂર કરવા માટે થાય છે. આ ઉપરાંત, અસંખ્ય ફાર્માસ્યુટિકલ કંપનીઓ ઔષધિઓ જેવા પદાર્થોમાંથી સક્રિય ઘટકો કાઢવા માટે સુપરક્રિટિકલ પ્રવાહીના ઉપયોગ પર સંશોધન કરી રહી છે. સુપરક્રિટિકલ પ્રવાહીનો ઉપયોગ નેનોપાર્ટિકલ્સ ઉત્પન્ન કરવા અથવા અત્યંત વિશિષ્ટ રાસાયણિક પ્રતિક્રિયાઓ પ્રેરિત કરવા માટે માધ્યમ તરીકે પણ સક્રિય રીતે કરવામાં આવે છે. આમ, સુપરક્રિટિકલ પ્રવાહીએ અદ્યતન તકનીકમાં પોતાને મુખ્ય સામગ્રી તરીકે સ્થાપિત કર્યા છે, અને તેમના ઉપયોગની શ્રેણી વિસ્તરતી રહે છે.