அணுவிலிருந்து தப்பிய ஒரு துகளின் கதை; 03 – ஜெகதீசன் சைவராஜ்
தொடர் | வாசகசாலை
ஒளியின் ஈரியல்புத்தன்மை
ஒருவேளை ஒளி என்கிற வஸ்து இல்லாது போயிருந்தால் இதை எழுதும் நானும், படிக்கும் நீங்களும், பூமியின் அனைத்து உயிரினங்களுமே கூட இல்லாது போயிருந்திருக்கும். ஒளியின் இன்றியமையாமையைத் தெரிந்துகொள்ள பூமியின் வரலாற்றையும் சூரியக் குடும்பத்தின் வரலாற்றையும் தேடிப் படிக்க வேண்டும். இப்போதைக்கு நாம் ஒளியின் ஈரியல்பைப் பற்றி மட்டும் சற்று விளக்கமாகப் படிப்போம்.
குவாண்டம் இயற்பியலில் ஒளியின் ஈரியல்புத் தன்மையை ஏன் படிக்க வேண்டும்? இந்தக் கேள்விக்கு பதில், துளிமத்தின் ( Quantum) மிகச்சிறிய அலகான குவாண்டா( Quanta) வின் இயல்பு ஒளியின் இயல்பைக் கொண்டதுதான். எனவே ஒளியைப் படிக்கும்போது நமக்கு துளிமத்தின் இயல்புகளையும் புரிந்துகொள்ள முடிகிறது. ஒளி என்பது வெப்ப ஆற்றலை ஃபோட்டான் எனும் துகள் மூலமாகவோ அலையாகவோ ஓரிடத்திலிருந்து இன்னொரு இடத்திற்கு எடுத்துச் செல்கிறது என்பதை நாம் முதல் கட்டுரையில் படித்தோம். இந்த ஃபோட்டானிற்கு நிறை கிடையாது என்பது யாவரும் அறிந்த விசயம். அதனால்தான் அது ஈர்ப்பு விசையால் பாதிக்கப்படுவதில்லை.
நேரடியாகவே கேள்விக்கான பதிலைச் சொல்லி விடுகிறோம் என, ’ஃபோட்டான் துகள்தானே அப்போது ஒளியும் தான்’ என நினைக்கின்றீர்கள்தானே? ஆமாம். ஆனால் இல்லை.
ஆங்கிலத்தில் Ambiguity என்கிற வார்த்தை ஒன்று உள்ளது. அதன் அர்த்தத்தை மேலே உள்ள படத்தின் மூலம் புரிந்து கொள்ளலாம். இந்தப் படத்தைப் பார்க்கும்போது உங்களுக்கு என்ன தெரிகிறது? ஒரு இளம் பெண் வலது பக்கம் திரும்பிய முகம் தெரிகிறதா? ஆனால் கொஞ்சம் உன்னிப்பாக கவனித்தால் இந்தப் படம் ஒரு வயதான மூதாட்டியின் முகம். இளம் பெண்ணின் தாடையை மூதாட்டியின் மூக்காகவும், இளம்பெண்ணின் காதை மூதாட்டியின் கண்ணாகவும், இளம்பெண்ணின் கழுத்தை மூதாட்டியின் வாயாகவும் பார்க்க முடிகிறதா? இதுதான் ஒரு விசயம் இரு பொருள்பட இருக்கும் தெளிவின்மை நிலை. இந்தப் படத்தில் இளம்பெண்ணும் இருக்கிறார், மூதாட்டியும் இருக்கிறார். பார்ப்பவர் அதை முடிவு செய்கிறார்.
அறிவியலில் இருக்கும் இந்தப் பொருள் மயக்கம்தான் ஒளியின் ஈரியல்புத் தன்மை. ஈரியல்பு என்றால் ஒளி ஆற்றலை அலையாகவும் துகளாகவும் கடத்துகிறது என்னும் இரண்டு இயல்புகள்தான். இதற்கு எடுத்துக்காட்டாக மேக்ரோ உலகத்தின் இரு வேறான செயல்களைப் பார்ப்போம்.
முதலில் இரண்டு கை மின்விளக்கை ( Torch light ) தனித்தனி கையில் எடுத்து ஒரே இடத்தில் குவியுமாறு சொடுக்கவும். ஒளி துகள் எனில் இரு மின்விளக்குகளிலிருந்து வரும் ஒளியில் உள்ள துகள்களும் ஒன்றோடொன்று மோதித் தெறித்து ஓட வேண்டும்தானே? ஆனால் எப்படி இயைந்து ஒரிடத்தில் அதன் வெளிச்சத்தைக் குவிக்கிறது? சரி, இப்போது சலனமற்ற குளத்தில் ஒரு கல்லை வீசுங்கள். அலை உருவாகி சிறிது தூரம் பயணிக்கிறதா? இப்போது கொஞ்சம் தள்ளிப் போய் இன்னொரு கல்லை வீசுங்கள். இரண்டு அலைகள் உருவாகிப் பயணிக்கிறதா? நன்றாகக் கூர்ந்து கவனித்தால் இரண்டு அலைகளும் சேருமிடத்தில் எந்த மோதலும் இல்லாமல் அலை ஒன்றோடொன்று இயைந்து போகும். இப்படித்தான் ஒளியும் அலையாகப் பயணிக்கிறது.
ஒரு ஆராய்ச்சியாளனுக்கு இந்த எடுத்துக்காட்டுகள் போதாதல்லவா! அதனால் தாமஸ் யங் எனும் இயற்பியலாளர் இரட்டைப்பிளவு (Double Slit) என்ற புகழ்பெற்ற ஆராய்ச்சியை நிகழ்த்துகிறார். இந்தப் பரிசோதனை மிகவும் எளிமையான சோதனை.
சிறிய துளை வழியாக ஒளி சென்றால் என்னவாகும், வளையும். இதன் பெயர் அலை விலகல் (Diffraction) எனலாம், இதனை மேலே உள்ள படம் மூலம் புரிந்து கொள்ளலாம். இப்படி துளையின் வழி இரண்டு அலைகள் செல்லும்போது ஒன்றோடொன்று குறுக்கிடும். இதனை அலை குறுக்கீடு (Interference) எனலாம்.
சரி, இரண்டு துளைகளைப் பக்கத்து பக்கத்தில் இட்டு அதன் வழி ஒளியைச் செலுத்தி பின்னால் அதனைப் பிடித்து சோதனை செய்வோம். இப்படி இரு துளையில் ஒளி வரும் பொழுது, ஒரே இடப்பெயர்வு கொண்ட அலைகள் ஒன்றிணைந்து வலுவான அலையாக மாறுகின்றன எதிரெதிர் இடப்பெயர்வு கொண்ட அலைகள் ஒன்றையொன்று கீழே உள்ள படத்தில் உள்ளதுபோல் சமன் செய்து கொள்கின்றன.
இப்படியாக ஒளி இரு வேறு துளையின் வழி செல்லும்போது வளைந்து இரண்டு ஒளி அலைகளும் ஒன்றினைந்தோ அல்லது ஒன்றை ஒன்று சமன் செய்தோ பயணிக்கின்றன. அதை நாம் ஓர் உணர் கருவி வழியாக பிடித்துப் பார்க்கும்போது வெவ்வேறு அடர்த்தி கொண்ட ஒளியைப் பார்க்க முடிகிறது. அடர்த்திக்குத் தகுந்தாற்போல் ஓர் வரைபடம் வரைந்தால் கீழே உள்ள படத்தில் உள்ளதுபோல அது துளைக்குப் பின்னால் அதிக அடர்த்தியாகவும் துளையிலுருந்து தூரம் செல்லச் செல்ல அடர்த்தி குறைவாகவும் இருக்கிறது. இது எதை உணர்த்துகிறது என்றால், ஒரே மாதிரியான அலைகள் குறுக்கிடும்போது துகளைப் போல் மோதி விலகாமல், அலையாக ஒன்றிணைந்து வலுப்பெற்று பயணிக்கிறன என்பதைத்தான்.
இப்போது ஒளி துகள் என நிரூபிக்க ஒரு சோதனை செய்ய வேண்டுமல்லவா? அதைத்தான் கடந்த கட்டுரையில் ஐன்ஸ்டீன் ஒளிமின் விளைவு மூலம் செய்தார். ஒளி துகளாகவும் ஆற்றலைக் கடத்துகிறது. மணலைத் துகளாக எண்ணிக்கொண்டு ஆற்றல் சின்னச் சின்ன பொட்டலங்களாகக் கடத்தப்படுகிறது எனப் புரிந்து கொள்ளுங்கள். இந்த ambiguity ஒளியோடு நின்றுவிட்டால் பரவாயில்லை, அது எலக்ட்ரானையும் கூடவே சேர்த்துக்கொள்கிறது. இப்போதுதான் இயற்பியலாளர்கள் பெரிய சிக்கலுக்குள் மாட்டிக்கொள்கிறார்கள். ஜேக்கப் ப்ரோன்ஸ்கி எனும் ஆராய்ச்சியாளர் எலக்ட்ரான் திங்கள், புதன், வெள்ளிக்கிழமையில் துகளாகவும் செவ்வாய் வியாழன் சனிக்கிழமையில் அலையாகவும் செயல்படுகிறது என்றார். உண்மையில் அவர் குழம்பிப் போனதால்தான் வெறுத்துப் போய் இந்த முடிவை எட்டியிருக்கக் கூடும்.
சரி, முடிவாக என்ன சொல்வது? தொடக்கத்தில் சொன்னது போல் ஒரே கோடுகளில் வரையப்பட்ட ஒரு படத்தில் இளம்பெண்ணும் தெரிகிறார், மூதாட்டியும் தெரிகிறார். ஒளியின் இயல்பும் நாம் எப்படிப் பார்க்க விரும்புகிறோமோ அப்படியே இருப்பதாகத்தான் தோன்றுகிறது. இதுவா அதுவா என்றால் இரண்டும்தான் என துளிமம் பதில் சொல்கிறது.மேலே உள்ள படத்தைப் பாருங்கள். இதில் மீனும் பறவையும் அடுத்தடுத்து அடுக்காக இருக்குறது. நீரும் வானும் இரண்டையும் பிரிக்கிறது. இதில் எது எங்கு இருக்குமோ அதை அங்கு வைத்துப் பார்க்கிறோம்தானே? அப்படித்தான் ஒளியும். எதுவாகவோ அதுவாகவே…
(தொடரும்…)
