அணுவிலிருந்து தப்பித்த ஒரு துகளின் கதை; 01 – ஜெகதீசன் சைவராஜ்
தொடர் | வாசகசாலை
குவாண்டம் இயற்பியல்-தொடக்கத்தின் சரடுகள் (Quantum Physics-Threads of Origin)
பரந்து விரிந்த பிரபஞ்சத்தின் சிறுபுள்ளிகளாகிய விண்மீன்களை திரைவிலக்கிக் காட்டும் ஓர் இரவின் போது அண்ணாந்து பார்க்கும் எவர்க்கும் எழும் கேள்விகள்,’நாம் எப்படி உருவானோம்?’,’நமது தொடக்கம் தான் என்ன?’ என்பவைதான். மனிதர்களுக்கு தொடக்கம் குறித்தான கேள்விகள் நெடுங்காலந்தொட்டே இருந்து வந்திருக்கின்றது. ஒருபுறம் அறிவியலாளர்களும், மறுபுறம் தத்துவவியலாளர்களும் தத்தமது எல்லைக்கேற்றாற் போல் இக்கேள்விகளுக்கான பதிலை அறிய முற்பட்டனர். எல்லாம் எதனால் ஆனது என்கிற கேள்விக்கு தத்துவவியலாளர்கள் பலர் விசித்திரமான பதிலைச் சொன்னார்கள். கிரேக்க தத்துவவியலாளர் தேல்ஸ் எல்லாவும் நீரால் ஆனது என்றார். கீழைத்தேய அறிஞர்கள் எல்லாம் ஐம்பூதங்களால் ஆனவை என்றனர். நவீன காலத்தில் நாம் நின்று கொண்டு இப்பதில்களைக் கேட்டால், இவை யாவும் நகைப்புக்குரியதாகத்தான் இருக்கும். ஆனால், அவர்கள் தன்னளவில் உணரக்கூடிய எல்லாவற்றையும் வைத்து அக்கேள்விகளுக்கு பதிலைத் தேடினார்கள். அதில் சிலவற்றை தீர்க்கமாக நம்பவும் செய்தார்கள்.
உண்மையில் தத்துவவியல் எல்லாவற்றுக்குமான பதிலைத் தருவதில்லை. சில நேரங்களில் முழுமை பெறா ஒன்றை பதிலாகத் தந்துவிட்டுச்செல்லும். சற்று நிதானமாக யோசித்தால் அறிவியலின் நோக்கமும் தத்துவவியலின் நோக்கமும் ஒன்றுதான்: மனிதனின் அடிப்படைக் கேள்விகளுக்கு விடை தேடுவது. தத்துவவியல் பகுத்தறிவு வாதங்களையும், நுண்ணறிவுத்திறனையும் பயன்படுத்தி விடை தேடும் அதே நேரத்தில் அறிவியல் தீவிர ஆய்வுகளையும், அதன் ஆராய்ச்சி முடிவுகளையும் முன்னிறுத்தி விடை காணும்.
இதற்கு மிகச்சிறந்த எடுத்துக்காட்டு ஒன்றைக் காணலாம்- “இயக்கம்”.
தற்போதைக்கு மிகப்பெரிய தாக்கம் ஏற்படுத்தா சொல் தான். ஆனால், இதைப்பற்றி நாம் ஆயிரக்கணக்கான வருடங்களாக கற்று வந்துள்ளோம். காரணம் பிரபஞ்சத்தில் அனைத்துமே ஒரிடத்திலிருந்து இன்னொரு இடத்திற்கு இடம்பெயர்ந்து கொண்டிருக்கின்றன. இந்த இடப்பெயர்வைத்தான் இயக்கமாக நாம் புரிந்துகொள்கிறோம். அரிஸ்டாட்டில் தொடங்கி கலீலியோ வரை பல அறிவியல் சிந்தனையாளர்களால் இயக்கம் பற்றிய கருதுகோள்கள் முன்மொழியப்பட்டு வந்தன. ஆனால், 1687 ல் நியூட்டன் இயக்கவியலுக்கான மூன்று சமன்பாடுகளை தருவித்த போது தான், நம்மால் இயக்கம் பற்றி இன்னும் ஆழமாகப் புரிந்துகொள்ள முடிந்தது. அது புதுப்புது கேள்விகளையும் நமக்கு தோற்றுவித்தது. ஓர் எல்லைக்கு அப்பால் நியூட்டனின் விதிகளும் போதவில்லை. உலகைப் புரிந்துகொள்ள நமக்கும் இன்னும் கருத்தியல்கள் தேவைப்பட்டன. 1905 ல் ஐன்ஸ்டீனின் பொது சார்பியல் தத்துவம் சமர்ப்பிக்கப்பட்டது. இப்போது பொருட்களின் இயக்கங்களையும், பிரபஞ்சத்தின் இயல்புகளையும் இன்னும் எளிமையாகப் புரிந்து கொள்ள முடிந்தது. பொது சார்பியல் கொள்கையும்(General Theory of Relativity), சிறப்பு சார்பியல் கொள்கையும்(Special Theory of Relativity) நவீன இயற்பியலுக்கு மாபெரும் அடித்தளத்தை அமைத்துக் கொடுத்ததை யாராலும் மறுக்க முடியாது. ஆனால், அதிலும் போதாமைகள் இருந்தன. இக்கொள்கைகள் நாம் கண்ணால் பார்க்கும் பெரிய பொருட்களுக்கான உலகத்தின் இயல்புகளை அத்தனை துல்லியமாக விளக்கியது. ஆனால், ஓர் அணுவினுள் இருக்கும் அணு உட்கூறமையின் (Sub-Atomic) இயல்புகளை அவற்றால் விளக்கமுடியவில்லை. ஐன்ஸ்டீன் இன்னும் தீவிரமாய் ஆராய முற்பட்டு குழம்பிப் போனார். அதே நேரத்தில் அவர் குழம்பிய ஓர் விசயத்திற்கான அடித்தளம் அமைக்கப்பட்டுக்கொண்டிருந்தது. ஆம்; குவாண்டம் இயற்பியல் துறை அப்போதுதான் பிறந்திருந்தது.
குவாண்டம் இயங்கியலுக்கான எளிமையான விளக்கமாக அணுக்களாலும், துகள்களாலும் ஆன மீச்சிறு உலகின் இயக்கங்களை புரிந்து கொள்ளும் ஓர் இயல் என்று கொள்ளலாம். செவ்வியற்பியலால் விளக்க முடியாத,உலகின் அடிப்படை புரிதலையே புரட்டிப்போட்ட இவ்வியங்கியலின் வரலாறு கரும் பொருள் கதிர்வீச்சு (Black Body Radiation) குறித்தான ஆராய்ச்சியிலிருந்து தொடங்குகிறது. 19-ம் நூற்றாண்டின் தொடக்கத்தில் பொருட்களின் வெப்ப இயக்கப் பண்புகளைப் பற்றிய ஆராய்ச்சிகள் தீவிரமாக முன்னெடுக்கப்பட்டன. அதில் சிறப்பு மிக்கதாக கருதப்படும் கரும் பொருள் கதிர்வீச்சு பற்றிய கருத்தியல் குவாண்டம் இயற்பியலின் பிறப்பாகக் கருதப்படுகிறது. இதை புரிந்து கொள்ள நாம் முதலில் ஏதேனும் ஒரு பொருளை எரிக்க வேண்டும்.
ஆம்.இப்பிரபஞ்சத்தில் உள்ள நம்மால் உணரமுடிந்த எல்லாப் பொருட்களுமே ஆற்றலை மின்காந்த கதிர்வீச்சாய் வெளியிடும் தன்மை கொண்டவை. அவ்வாறு வெளியிடப்படும் ஆற்றல் ஒரு சில காரணிகளைப் பொறுத்து அமையும். வெப்பநிலை, அதன் நிறம் என பொதுவான ஒரு சில காரணிகளைச் சொல்லலாம். வெற்றிடத்திலோ அல்லது ஓர் பொருளின், ஒரு ஊடகத்தின் வழியாகவோ மின் மற்றும் காந்தப் புலத்தாலான அலைகள் ஆற்றலை ஓரிடத்திலிருந்து இன்னொரு இடத்திற்கு எடுத்துச் செல்வதை நாம் மின்காந்த கதிர்வீச்சு எனலாம். இக்கதிர்களை அதன் அதிர்வெண் மற்றும் ஊடுதிறன் ஆகிய பண்புகளைக் கொண்டு வகைப்படுத்தி வைத்துள்ளனர். அவை, ரேடியோ அலைகள், நுண்ணலைகள், அகச்சிவப்பு கதிர்கள், புலப்படும் கதிர்கள், புற ஊதாக் கதிர்கள், எக்ஸ் கதிர்கள்,காமா கதிர்கள் என வகைப்படுத்தப்பட்டு இதற்கு மின்காந்த நிறமாலை (படம் 1.1) என பெயரிட்டுள்ளனர்.
இதில் வரும் அலைகளில் புலப்படும் கதிர்களை மட்டும் கணக்கில் கொள்வோம் (படம் 1.2).
ஒரு பொருளை எரிய வைக்கும் போது அது சிவப்பு நிறத்திலிருந்து எரியத் துவங்குகிறது அல்லவா?. அது தான் மின்காந்த கதிர்வீச்சு. மெல்ல மெல்ல வெப்பநிலை அதிகரிக்க அதிகரிக்க அது ஊதா நிறத்தை அடையும். எடுத்துக்காட்டாய் நம் வீட்டில் இருக்கும் எரிவாயு (Gas) அடுப்பை பற்ற வையுங்கள். குறைவிலிருந்து அதிக எரிதிறனை அடைய மெதுவாக அடைப்பானைத் திறக்கவும்.அது வெளிவிடும் சுவாலையின் நிறம் என்ன என்பதை மனதில் நிறுத்திக்கொள்ளுங்கள். வெப்ப அளவிற்கு தகுந்தவாறு நிறம் சிவப்பிலிருந்து ஊதாவிற்கு நிறத்திற்கு மாறுபடுகிறதா? ஆக, ஒரு பொருள் எவ்வாறு இப்படி நிறத்தை மாற்றி ஆற்றலை உமிழ்கிறது என்பதை விளக்கத்தான் கரும் பொருள் கதிர்வீச்சு என்கிற கருதுக்கோளை அப்போதைய ஆராய்ச்சியாளர்கள் முன் வைத்தனர். அக்கருதுகோள் படி,கரும் பொருள் என்பது கற்பனையான கருப்பு நிறத்தில் இருக்கும் உள்ளீடற்ற உலோகத்தாலான கோளம். அதற்கு வெப்பமளிக்கும் போது அது ஒளிர ஆரம்பித்து பின் ஒளியை மின்காந்த கதிர்வீச்சாக வெளியிடும். கரும் பொருள் ஓர் உள்ளீடற்ற கோளம் அல்லவா, அதனால் ஒளி உட்புறமும் உமிழப்படும். கரும்பொருளின் உட்புறமும் கருமை நிறம் என்பதனால் உமிழப்படும் ஒளி முழுதும் உட்சுவரால் கிரகிக்கப்பட்டு விடும்.
ஒரு கட்டத்தில் கிரகிக்கப்பட்ட ஆற்றல் அனைத்தும் மீண்டும் உமிழப்படும். உமிழப்பட்ட ஆற்றல் மீண்டும் கிரகிக்கப்படும். இது ஒரு மூடப்பட்ட அமைப்பாக மீண்டும் மீண்டும் நடைபெறும். இவ்வாறு நடைபெறுகையில் கரும் பொருளின் ஆற்றல் முடிவிலா அளவிற்குச் செல்லும் என செவ்வியற்பியல் கணித்தது. இங்கு தான் பிரச்சனை ஆரம்பிக்கின்றது. ஓரு வேளை இக்கரும்பொருளில் ஒரு சிறிய துளை இடப்படுமெனில், சேகரிக்கப்பட்ட முடிவிலா ஆற்றல் அனைத்தும் அதிகப்படியான ஆற்றலாக வெகு விரைவாக வெளியேறி அதன் வழியில் இருக்கும் அத்தனையும் அழிக்கப்படும் என இயற்பியலாளர்கள் நினைத்தனர். எப்படி தண்ணீர் நிரப்பப்பட்ட பலூனில் ஊசியால் துளையிட்டால் படாரென்று உடைந்து நீர் வெளியேறுகிறதோ அதைப் போல். பார்ப்பதற்கு எளிமையாய் தானே இருக்கிறது, அப்படியானால் சோதனைச் சாலையில் செய்து பார்போமா? என்ன முடிவு கிடைக்கும்?
(தொடரும்…)
