Spectrum (physical sciences)
فزیکل سائنسز میں سپیکٹرم کی اصطلاح سب سے پہلے 17 ویں صدی میں آئزک نیوٹن نے آپٹکس میں متعارف کرائی تھی، جس میں سفید روشنی کو پریزم کے ذریعے منتشر کرنے پر مشاہدہ کیے جانے والے رنگوں کی حد کا حوالہ دیا گیا تھا۔ جلد ہی اس اصطلاح نے روشنی کی شدت یا طاقت کے پلاٹ کو تعدد یا طول موج کی تقریب کے طور پر حوالہ دیا، جسے سپیکٹرم ڈینسٹی پلاٹ بھی کہا جاتا ہے۔ بعد میں اس نے دیگر لہروں پر لاگو کرنے کے لیے توسیع کی، جیسے کہ صوتی لہریں اور سمندری لہریں جنہیں تعدد کی تقریب کے طور پر بھی ماپا جا سکتا ہے (مثال کے طور پر، شور سپیکٹرم، سمندری لہر سپیکٹرم)۔ اسے مزید تجریدی "سگنلز" تک بھی بڑھایا گیا ہے، جن کے پاور سپیکٹرم کا تجزیہ اور عمل کیا جا سکتا ہے۔ یہ اصطلاح اب کسی بھی سگنل پر لاگو ہوتی ہے جسے مسلسل متغیر کے ساتھ ماپا یا سڑایا جا سکتا ہے، جیسے الیکٹران سپیکٹروسکوپی میں توانائی یا ماس سپیکٹرومیٹری میں ماس ٹو چارج تناسب۔ سپیکٹرم کا استعمال انحصار متغیر کے فنکشن کے طور پر سگنل کی گرافیکل نمائندگی کے لیے بھی کیا جاتا ہے۔ برقی مقناطیسی سپیکٹرم برقی مقناطیسی تابکاری کی تمام تعدد کی مکمل رینج اور اس مخصوص شے کے ذریعے خارج یا جذب ہونے والی برقی مقناطیسی تابکاری کی خصوصیت کی تقسیم سے بھی مراد ہے۔ برقی مقناطیسی سپیکٹرم کی پیمائش کے لیے استعمال ہونے والے آلات کو سپیکٹرو گراف یا سپیکٹرومیٹر کہا جاتا ہے۔ مرئی سپیکٹرم برقی مقناطیسی سپیکٹرم کا وہ حصہ ہے جسے انسانی آنکھ دیکھ سکتی ہے۔ نظر آنے والی روشنی کی طول موج 390 سے 700 این ایم تک ہوتی ہے۔ کیمیائی عنصر یا کیمیائی مرکب کا جذب سپیکٹرم تعدد یا واقع تابکاری کی طول موج کا سپیکٹرم ہے جو کم سے زیادہ توانائی کی حالت میں الیکٹران کی منتقلی کی وجہ سے مرکب کے ذریعہ جذب ہوتا ہے۔ اخراج سپیکٹرم سے مراد کمپاؤنڈ کے ذریعے خارج ہونے والی تابکاری کا سپیکٹرم ہے جو الیکٹران کی اعلی سے کم توانائی کی حالت میں منتقلی کی وجہ سے ہوتا ہے۔ بہت سے مختلف ذرائع سے آنے والی روشنی مختلف رنگوں پر مشتمل ہوتی ہے، ہر ایک کی اپنی چمک یا شدت ہوتی ہے۔ اندردخش، یا پریزم، ان اجزاء کے رنگوں کو مختلف سمتوں میں بھیجتا ہے، جس سے وہ انفرادی طور پر مختلف زاویوں پر نظر آتے ہیں۔ تعدد کے خلاف پلاٹ کی گئی شدت کا گراف (ہر رنگ کی چمک کو ظاہر کرتا ہے) روشنی کا تعدد سپیکٹرم ہے۔ جب تمام مرئی تعدد یکساں طور پر موجود ہوں تو روشنی کا سمجھا ہوا رنگ سفید ہوتا ہے، اور سپیکٹرم ایک چپٹی لکیر ہوتی ہے۔ لہذا، عام طور پر فلیٹ لائن سپیکٹرم کو اکثر سفید کہا جاتا ہے، چاہے وہ روشنی کی نمائندگی کریں یا کسی اور قسم کے لہر کے رجحان کی (مثال کے طور پر آواز، یا کسی ڈھانچے میں کمپن)۔ ریڈیو اور ٹیلی مواصلات میں، فریکوئنسی سپیکٹرم کو بہت سے مختلف نشریاتی اداروں کے درمیان تقسیم کیا جا سکتا ہے۔ ریڈیو سپیکٹرم برقی مقناطیسی سپیکٹرم کا وہ حصہ ہے جو 300 گیگا ہرٹز سے کم تعدد سے مطابقت رکھتا ہے، جو تقریبا 1 ملی میٹر سے زیادہ طول موج سے مطابقت رکھتا ہے۔ مائکروویو سپیکٹرم 300 میگاہرٹز (0.3 گیگا ہرٹز) اور 300 گیگا ہرٹز کے درمیان تعدد اور ایک میٹر اور ایک ملی میٹر کے درمیان طول موج سے مطابقت رکھتا ہے۔ ہر نشریاتی ریڈیو اور ٹی وی اسٹیشن ایک مقررہ فریکوئنسی رینج پر لہر منتقل کرتا ہے، جسے چینل کہا جاتا ہے۔ جب بہت سے نشریاتی ادارے موجود ہوتے ہیں، تو ریڈیو سپیکٹرم تمام انفرادی چینلز کے مجموعے پر مشتمل ہوتا ہے، جن میں سے ہر ایک علیحدہ معلومات رکھتا ہے، جو ایک وسیع فریکوئنسی سپیکٹرم میں پھیلا ہوا ہے۔ کوئی بھی مخصوص ریڈیو رسیور طول و عرض (وولٹیج) بمقابلہ وقت کے ایک واحد فنکشن کا پتہ لگائے گا۔ اس کے بعد ریڈیو ایک واحد چینل یا فریکوئنسی بینڈ کو منتخب کرنے اور اس براڈکاسٹر سے معلومات کو ڈیموڈیولیٹ یا ڈی کوڈ کرنے کے لیے ایک ٹیونڈ سرکٹ یا ٹونر کا استعمال کرتا ہے۔ اگر ہم ہر چینل کی طاقت بمقابلہ ٹیونر کی فریکوئنسی کا گراف بناتے ہیں، تو یہ اینٹینا سگنل کا فریکوئنسی سپیکٹرم ہوگا۔ فلکیاتی سپیکٹروسکوپی میں، جذب اور اخراج کی لکیروں کی طاقت، شکل اور پوزیشن کے ساتھ ساتھ تسلسل کی مجموعی سپیکٹرم توانائی کی تقسیم، فلکیاتی اشیاء کی بہت سی خصوصیات کو ظاہر کرتی ہے۔ تارکیی درجہ بندی ستاروں کی ان کی خصوصیت برقی مقناطیسی سپیکٹرم کی بنیاد پر درجہ بندی ہے۔ سپیکٹرم فلکس ڈینسٹی کا استعمال روشنی کے منبع جیسے ستارے کے سپیکٹرم کی نمائندگی کے لیے کیا جاتا ہے۔ ریڈیومیٹری اور کلرمیٹری (یا زیادہ عام طور پر کلر سائنس) میں، روشنی کے منبع کی سپیکٹرم پاور ڈسٹری بیوشن (ایس پی ڈی) روشنی کے منبع میں ہر تعدد یا رنگ کی طرف سے فراہم کردہ طاقت کی پیمائش ہے۔ روشنی کے سپیکٹرم کو عام طور پر فریکوئنسی اسپیس کے بجائے طول موج کی جگہ میں، مرئی سپیکٹرم کے ساتھ پوائنٹس (اکثر 31) پر ماپا جاتا ہے، جو اسے سختی سے سپیکٹرم کثافت نہیں بناتا ہے۔ کچھ سپیکٹرو فوٹو میٹر اضافے کی پیمائش ایک سے دو نینو میٹر تک کر سکتے ہیں اور اس سے بھی زیادہ ریزولوشن والے آلات جن کی ریزولوشن 0.5 این ایم سے کم ہے، رپورٹ کیے گئے ہیں۔ اقدار کو دیگر وضاحتیں شمار کرنے کے لیے استعمال کیا جاتا ہے اور پھر ماخذ کی سپیکٹرم صفات کو ظاہر کرنے کے لیے پلاٹ کیا جاتا ہے۔ یہ کسی خاص ماخذ کی رنگ کی خصوصیات کا تجزیہ کرنے میں مددگار ثابت ہو سکتا ہے۔ ماس سپیکٹرم بڑے پیمانے پر چارج کے تناسب کی تقریب کے طور پر آئن کی کثرت کا ایک پلاٹ ماس سپیکٹرم کہلاتا ہے۔ اسے ماس سپیکٹرومیٹر کے آلے سے تیار کیا جا سکتا ہے۔ ماس سپیکٹرم کو ایٹموں اور مالیکیولز کی مقدار اور کمیت کا تعین کرنے کے لیے استعمال کیا جا سکتا ہے۔ سالماتی ساخت کا تعین کرنے کے لیے ٹنڈم ماس سپیکٹرومیٹری کا استعمال کیا جاتا ہے۔ توانائی سپیکٹرم طبیعیات میں، کسی ذرہ کا توانائی سپیکٹرم ذرہ توانائی کے فعل کے طور پر ذرہ بیم کے ذرات یا شدت کی تعداد ہے۔ توانائی سپیکٹرم پیدا کرنے والی تکنیکوں کی مثالیں الفا پارٹیکل سپیکٹروسکوپی، الیکٹران انرجی لاس سپیکٹروسکوپی، اور بڑے پیمانے پر تجزیہ شدہ آئن-کینیٹک-انرجی سپیکٹرومیٹری ہیں۔ نقل مکانی آکسیلیٹری نقل مکانی، بشمول کمپن، کو بھی سپیکٹرلی طور پر نمایاں کیا جا سکتا ہے۔ پانی کی لہروں کے لیے ویو سپیکٹرم اور ٹائیڈ سپیکٹرم دیکھیں۔ صوتی اور غیر قابل سماعت صوتی لہروں کو اس کی سپیکٹرم کثافت کے لحاظ سے بھی نمایاں کیا جا سکتا ہے، مثال کے طور پر ٹمبر اور میوزیکل صوتیات۔ صوتی پیمائش صوتیات میں، سپیکٹروگرام وقت کی تقریب یا کسی اور متغیر کے طور پر آواز کے فریکوئنسی سپیکٹرم کی بصری نمائندگی ہے۔ آواز کے منبع میں بہت سی مختلف تعدد مل سکتی ہیں۔ میوزیکل ٹون کی ٹمبری کی خصوصیت اس کے ہارمونک سپیکٹرم سے ہوتی ہے۔ ہمارے ماحول میں آواز جسے ہم شور کہتے ہیں اس میں بہت سی مختلف تعدد شامل ہیں۔ جب صوتی سگنل میں تمام قابل سماعت تعدد کا مرکب ہوتا ہے، جو آڈیو سپیکٹرم پر یکساں طور پر تقسیم ہوتا ہے، تو اسے سفید شور کہا جاتا ہے۔ سپیکٹرم تجزیہ کار ایک ایسا آلہ ہے جسے موسیقی کے نوٹ کی صوتی لہر کو اجزاء کی تعدد کے بصری ڈسپلے میں تبدیل کرنے کے لیے استعمال کیا جا سکتا ہے۔ اس بصری ڈسپلے کو صوتی سپیکٹرم کہا جاتا ہے۔ سافٹ ویئر پر مبنی آڈیو سپیکٹرم تجزیہ کار کم قیمت پر دستیاب ہیں، جو نہ صرف صنعت کے پیشہ ور افراد بلکہ ماہرین تعلیم، طلباء اور شوقین افراد کو بھی آسان رسائی فراہم کرتے ہیں۔ سپیکٹرم تجزیہ کار کے ذریعہ تیار کردہ صوتی سپیکٹرم میوزیکل نوٹ کا صوتی دستخط فراہم کرتا ہے۔ بنیادی تعدد اور اس کے اوورٹونز کو ظاہر کرنے کے علاوہ، سپیکٹروگرام عارضی حملے، سڑنے، برقرار رکھنے اور میوزیکل نوٹ کی رہائی کے تجزیے کے لیے بھی مفید ہے۔ مسلسل بمقابلہ مجرد سپیکٹرم جسمانی علوم میں، جسمانی مقدار (جیسے توانائی) کے سپیکٹرم کو مسلسل کہا جا سکتا ہے اگر یہ پورے سپیکٹرم ڈومین (جیسے فریکوئنسی یا طول موج) پر غیر صفر ہو یا مجرد اگر یہ غیر صفر اقدار کو صرف آزاد متغیر پر ایک مجرد سیٹ میں حاصل کرتا ہے، جس میں سپیکٹرم بینڈ یا سپیکٹرم لائنوں کے جوڑوں کے درمیان بینڈ فرق ہوتا ہے۔ مسلسل سپیکٹرم کی کلاسیکی مثال، جس سے یہ نام اخذ کیا گیا ہے، ہائیڈروجن کے پرجوش ایٹموں کے ذریعے خارج ہونے والی روشنی کے سپیکٹرم کا وہ حصہ ہے جو آزاد الیکٹرانوں کے ہائیڈروجن آئن سے جڑے ہونے اور فوٹونوں کے اخراج کی وجہ سے ہوتا ہے، جو آسانی سے طول موج کی ایک وسیع رینج میں پھیل جاتے ہیں، اس کے برعکس الیکٹرانوں کے کسی پابند کوانٹم حالت سے کم توانائی کی حالت میں گرنے کی وجہ سے مجرد لکیریں ہوتی ہیں۔ جیسا کہ اس کلاسیکی مثال میں، یہ اصطلاح اکثر اس وقت استعمال ہوتی ہے جب کسی جسمانی مقدار کی اقدار کی حد میں مسلسل اور مجرد دونوں حصے ہو سکتے ہیں، چاہے وہ ایک ہی وقت میں ہو یا مختلف حالات میں۔ کوانٹم سسٹمز میں، مسلسل سپیکٹرم (جیسا کہ بریمسٹرہلنگ اور تھرمل ریڈی ایشن میں) عام طور پر آزاد ذرات سے وابستہ ہوتے ہیں، جیسے گیس میں ایٹم، الیکٹران بیم میں الیکٹران، یا دھات میں کنڈکشن بینڈ الیکٹران۔ خاص طور پر، آزاد ذرہ کی پوزیشن اور مومنٹم میں ایک مسلسل سپیکٹرم ہوتا ہے، لیکن جب ذرہ ایک محدود جگہ تک محدود ہوتا ہے تو اس کا سپیکٹرم مجرد ہو جاتا ہے۔ اکثر ایک مسلسل سپیکٹرم ایک مجرد سپیکٹرم کے لیے صرف ایک آسان نمونہ ہو سکتا ہے جس کی اقدار ممتاز ہونے کے بہت قریب ہوتی ہیں، جیسا کہ کرسٹل میں فونون میں ہوتا ہے۔ جسمانی نظاموں کے مسلسل اور مجرد سپیکٹرے کو فنکشنل تجزیہ میں فنکشن اسپیس پر کام کرنے والے لکیری آپریٹر کے سپیکٹرم کے سڑنے میں مختلف حصوں کے طور پر ماڈل کیا جا سکتا ہے، جیسے کہ ہیملٹنین آپریٹر۔ مجرد سپیکٹرم کی کلاسیکی مثال (جس کے لیے یہ اصطلاح پہلی بار استعمال کی گئی تھی) ایک کیمیائی عنصر کے الگ تھلگ ایٹموں کے اخراج سپیکٹرم اور جذب سپیکٹرم میں نظر آنے والی مجرد سپیکٹرم لائنوں کا خصوصیت مجموعہ ہے، جو صرف مخصوص طول موج پر روشنی کو جذب اور خارج کرتے ہیں۔ سپیکٹروسکوپی کی تکنیک اس رجحان پر مبنی ہے۔ مجرد سپیکٹرا بہت سے دوسرے مظاہر میں دیکھا جاتا ہے، جیسے کہ کمپن کرنے والے تار، دھات کی گہا میں مائکروویو، دھڑکتے ستارے میں صوتی لہریں، اور اعلی توانائی کے ذرہ طبیعیات میں گونج۔ جسمانی نظاموں میں مجرد سپیکٹرم کے عمومی رجحان کو ریاضیاتی طور پر فنکشنل تجزیہ کے ٹولز کے ساتھ ماڈل کیا جا سکتا ہے، خاص طور پر فنکشنل اسپیس پر کام کرنے والے لکیری آپریٹر کے سپیکٹرم کے سڑنے سے۔ کلاسیکی میکانکس میں کلاسیکی میکانکس میں، مجرد سپیکٹرم اکثر پابند آبجیکٹ یا ڈومین میں لہروں اور ارتعاش سے وابستہ ہوتے ہیں۔ ریاضیاتی طور پر ان کی شناخت تفریق آپریٹرز کی آئجین ویلیوز سے کی جا سکتی ہے جو کچھ مسلسل متغیر (جیسے تناؤ یا دباؤ) کے ارتقاء کو وقت اور/یا جگہ کے فعل کے طور پر بیان کرتی ہیں۔ مجرد سپیکٹرا کچھ غیر لکیری آسکیلیٹرز کے ذریعے بھی تیار کیے جاتے ہیں جہاں متعلقہ مقدار میں غیر سنوسائڈل لہر کی شکل ہوتی ہے۔ قابل ذکر مثالیں ممالیہ جانوروں کی صوتی رسیوں سے پیدا ہونے والی آواز ہیں۔ اور کرکٹ کے سٹرائڈولیشن اعضاء، جن کا سپیکٹرم تعدد پر مضبوط لائنوں کا ایک سلسلہ دکھاتا ہے جو ارتعاش تعدد کے انٹیجر ملٹیپل (ہارمونکس) ہوتے ہیں۔ ایک متعلقہ رجحان مضبوط ہم آہنگی کی ظاہری شکل ہے جب ایک سینوسائڈل سگنل (جس میں حتمی "مجرد سپیکٹرم" ہوتا ہے، جو ایک واحد سپیکٹرم لائن پر مشتمل ہوتا ہے) کو غیر لکیری فلٹر کے ذریعے تبدیل کیا جاتا ہے۔ مثال کے طور پر، جب ایک خالص ٹون کو اوورلوڈڈ ایمپلیفائر کے ذریعے چلایا جاتا ہے، یا جب ایک شدید یک رنگ لیزر بیم غیر لکیری میڈیم سے گزرتا ہے۔ مؤخر الذکر صورت میں، اگر فریکوئنسی f اور g کے ساتھ دو صوابدیدی سینوسائڈل سگنلز کو ایک ساتھ پروسیس کیا جاتا ہے، تو آؤٹ پٹ سگنل میں عام طور پر فریکوئنسی پر سپیکٹرم لائنیں ہوں گی، جہاں m اور n کوئی انٹیجر ہیں۔ کوانٹم میکانکس میں کوانٹم میکانکس میں، ایک قابل مشاہدہ کا مجرد سپیکٹرم اس قابل مشاہدہ ماڈل کے لیے استعمال ہونے والے آپریٹر کی آئجن ویلیوز سے مطابقت رکھتا ہے۔ اس طرح کے آپریٹرز کے ریاضیاتی نظریہ کے مطابق، اس کی آئجین ویلیوز الگ تھلگ پوائنٹس کا ایک مجرد مجموعہ ہیں، جو یا تو محدود یا قابل گنتی ہو سکتے ہیں۔ مجرد سپیکٹرم عام طور پر ان نظاموں سے وابستہ ہوتے ہیں جو کسی لحاظ سے پابند ہوتے ہیں (ریاضیاتی طور پر، ایک کمپیکٹ اسپیس تک محدود)۔ پوزیشن اور مومنٹم آپریٹرز کے پاس لامحدود ڈومین میں مسلسل سپیکٹرم ہوتا ہے، لیکن ایک کمپیکٹ ڈومین میں ایک مجرد (مقداری) سپیکٹرم اور سپیکٹرم کی وہی خصوصیات کونیی رفتار، ہیملٹنین اور کوانٹم سسٹم کے دیگر آپریٹرز کے لیے ہوتی ہیں۔ کوانٹم ہارمونک آسکیلیٹر اور ہائیڈروجن ایٹم جسمانی نظاموں کی مثالیں ہیں جن میں ہیملٹنین کا ایک مجرد سپیکٹرم ہے۔ ہائیڈروجن ایٹم کے معاملے میں سپیکٹرم میں مسلسل اور مجرد دونوں حصے ہوتے ہیں، مسلسل حصہ آئنائزیشن کی نمائندگی کرتا ہے۔ طبیعیات میں حوالہ جات کے تصورات بھی دیکھیں۔