அணுவிலிருந்து தப்பித்த ஒரு துகளின் கதை; 02 – ஜெகதீசன் சைவராஜ்
தொடர் | வாசகசாலை
இதெல்லாம் ஒரு விசயமா இந்த சூனா பானாவிற்கு என்ற நினைப்பில் கரும்பொருள் கதிர்வீச்சு குறித்தான சோதனையை ஒரு சோதனைச் சாலையில் செய்து பார்க்கலாம் என இயற்பியலாளர்கள் முயற்சி செய்கிறார்கள். அப்படி செய்து பார்க்கையில் வெப்பம் அதிகரிக்க அதிகரிக்க ஆற்றல் ஓர் உச்சபட்ச அளவை எட்டிவிட்டு மீண்டும் சுழிக்கு வந்து சேர்ந்தது. ஆராய்ச்சியாளர்கள் குழம்பிப் போனார்கள். குறிப்பாக இந்நிகழ்வு வெளியிடப்படும் ஒளியின் வீச்சு மின்காந்த நிறமாலையின் புற ஊதாக் கதிரின் தொலைவெல்லையை அடையும் போது நிகழ்ந்தது. இக்குழப்பத்தைத் தான் அறிவியலாளர்கள் ‘புற ஊதாக் கதிர் பேரழிவு’ (Ultraviolet Catastrophe) என அழைத்தார்கள்.
விசித்திரமான ஆராய்ச்சிதான். கிடைக்கப்பெற்ற முடிவும் அப்படியே. ஆனால், இன்னும் முற்றுப்பெறவில்லை. எனவே, ஓர் நாயகன் வந்துதானே அதை முற்றுப்பெற வைக்க வேண்டும்? இப்போதுதான் மாக்ஸ் பிளாங்க் என்கிற இயற்பியலாளர் வருகிறார். இந்தச் செயல்பாட்டை விளக்க அவர் சென்ற பாதை இன்னும் விசித்திரமானது.
மாவும் முட்டையும்:
பொதுவாக அறிவியலில் முதலில் கருத்தியல் உருவாக்கப்படும். அது பேசுபொருளாக்கப்பட்டு முதற்கட்டமாக சில கணிப்புகள் உருவாக்கப்படும். பின் சோதனைச்சாலையில் ஆராயப்பட்டு கிடைக்கப்பெறும் முடிவுகளுடன் ஒப்பிட்டு அக்கருத்தியலை முழுவதுமாக நிராகரிக்கவும் செய்யலாம் அல்லது திருத்தியமைக்கவும் செய்யலாம்.
ஆனால், கரும்பொருள் கதிர்வீச்சு கருதுகோளில் ஏற்பட்ட முரண்பாட்டை சரிசெய்ய பிளாங்க் பின்னாலிலிருந்து வர முடிவு செய்தார். அதன்படி முதலில் ஓர் கணித சமன்பாட்டை வருவிக்கும் வேலையில் இறங்கினார். அதில் வெற்றியும் பெற்றார். அச்சமன்பாட்டைக் கொண்டு விளக்கமளிக்க முற்பட்டார். பின்னாளில் அது அறிவியலில் ஓர் மாபெரும் புரட்சியை செய்யப்போகிறது என்பதை அவர் அறிந்திருக்கவில்லை. எனினும் அவரது சமன்பாட்டின் வழி, கரும் பொருளினால் கிரகிக்கப்படும் ஒளியும், உமிழப்படும் ஒளியும் அலையாக இல்லாமல் பொட்டலங்களாக உமிழப்படுகின்றன அல்லது கிரகிக்கப்படுகின்றன என விளக்கினார். மேலும் இந்தப் பொட்டலங்களுக்கு அவர் ‘குவாண்டா’ என பெயரும் வைத்தார். இதுதான் குவாண்டம் இயற்பியலின் பிறப்பு.
சரி, இந்த விளக்கத்தைப் புரிந்து கொள்ள நாம் மாவும் முட்டையும் வாங்க வேண்டும். முன்பு அடுப்பு பற்ற வைத்தோமல்லவா..? அதைப்போல. முன்பு சொல்லியிருந்தேனல்லவா பிளாங்க் ஓர் சமன்பாட்டை வருவித்தார் என. அதை அவர் செய்யக்காரணம் ஒரு விசயத்தை அளவீட்டிற்குள் கொண்டு வரும் போது அதை நம்மால் எளிமையாக கணக்கிட முடியும். அதைப் புரிந்து கொள்ளவும் முடியும். அறுவடை செய்த பின்னர் அறுப்பு அறுக்கும் எந்திரத்திலிருந்து கொட்டப்பட்ட நெல்லை நாம் அளந்து மூட்டைகளாக அடுக்கும் போதுதான் அதன் மதிப்பை நம்மால் தெரிந்து கொள்ள முடிகிறது. அது போலத்தான் இதுவும். சரி, கடைக்குச் சென்று மாவும் முட்டையும் வாங்கலாம். எப்படிகே கேட்பீர்கள் கடைகாரரிடம்? ஒரு கிலோ மாவு, பத்து முட்டை என்று தானே! ஏன் நம்மால் ஒரு கிலோ முட்டை, பத்து மாவு என கேட்க முடிவதில்லை. ஏனெனில் பொருளின் பண்பைப் பொறுத்து அதன் அளவீடு அமைகிறது. முட்டையை அரை முட்டை, கால் முட்டை என்று வாங்கவே முடியாது. முழுதுமாக வாங்கும்போதுதான் நமக்குப் பயனுள்ளதாக இருக்கின்றது. ஆக, முட்டையின் எண்ணிக்கை எப்போதும் முழு எண்ணாகவே இருக்க வேண்டும். மாவின் இயல்பால் அதை எப்படி வேண்டுமானாலும் வாங்கலாம், எந்த அளவில் வேண்டுமானாலும் வாங்கலாம். ஆனால், முழு எண்ணாக இருக்க வேண்டும் என்கிற நிர்பந்தம் இல்லை.
கிரகிக்கப்பட்ட / உமிழப்பட்ட ஒளி ஆற்றல் மாவைப் போல் மொத்த அளவாக அல்லாமல் முட்டையைப் போல் தனித்த முழு எண்ணாக இருக்கிறது. முட்டையை ‘குவாண்டா’(Quanta) எனப் புரிந்து கொண்டால் ஒளி ஆற்றல் ‘குவாண்டா’ எனும் பொட்டலங்களாக கடத்தப்படுகிறது என பிளாங்க் E=hf என்ற சமன்பாட்டை முன்வைத்தார். ஆனால், செவ்வியற்பியலின் கொள்கைகள் படி ஆற்றலை மாவைப் போல் கிலோ கணக்கில்தான் வாங்க முடியும், எப்படி முட்டையைப் போல சின்னச் சின்ன பொட்டலமாக வாங்க முடியும் என குழப்பத்தில்தான் பிளாங்க் இருந்தார். பின்னாளில் அவர் இச்சமன்பாடு ஒரு அனுகூலமான யூகம் என்றார். என்னய்யா எங்களையும் குழப்புகிறாய் என நீங்கள் திட்டுவது புரிகிறது.
கொஞ்சம் பொறுங்கள்..சேமித்து வைத்த ஒரு நீர்த்தொட்டியின் குழாயைத் திறந்தால் நீர் தொடர்ச்சியாய் கொட்டுவதுதானே இயல்பு? ஒரு நிமிடம் சொட்டுச் சொட்டாக, ஒரு நிமிடம் தரதரவென்று, அடுத்து அதிக வேகத்தில் கொட்டுவது என்பதெல்லாம் இயல்பு இல்லைதானே? செவ்வியற்பியல் படி, ஒரு பொருள் எல்லா அதிர்வெண்விலும் (Frequency) ஆற்றலை கிரகித்து மொத்தமாக எல்லா அதிர்வெண்ணிலும் வெளிவிடுவதுதான் இயல்பு. ஆனால், நடந்தது வேறல்லவா! ஒரு அதிர்வெண்ணில் கம்மியாக, இன்னொரு அதிர்வெண்ணில் கொஞ்சம் அதிகமாக, அடுத்து இன்னும் அதிகமாக என குவாண்டம் எனும் பொட்டலங்களாக வெளிவிட்டு நம்மைக் குழப்பி அடித்தது.
இந்தக் குழப்பத்தை தீர்க்க இப்போது இன்னொரு மாபெரும் விஞ்ஞானியை உள்ளே இழுத்து வருவோம். எல்லோருக்கும் பரிட்சயமான ஆல்பர்ட் ஐன்ஸ்டீன் தான் அந்த விஞ்ஞானி. பொது சார்பியல் கொள்கையை சமர்ப்பித்துவிட்டு அவர் ‘ஒளி மின் விளைவு’ (Photo Voltaic Effect) குறித்தான ஆராய்ச்சியில் தன்னை ஈடுபடுத்திக்கொண்டிருந்தார். ஆம், அவருக்கு நோபல் பரிசு பெற்றுத் தந்த அதே ஆராய்ச்சிதான்.
பொதுவாக ஓர் உலோகத்தின் மீது புற ஊதாக் கதிர்வீச்சு படும் பொழுது உலோகம் எலக்ட்ரான்களை வெளியிடும். அதற்கு காரணம், உலோகத்தில் உள்ள எலக்ட்ரான்கள் அருகாமை அணுக்களுடன் குறைந்த வலிமையிலான பிணைப்பைக் கொண்டிருப்பதால் தான். ஒளி சீரான அலைகள் என பிளாங்க் சொல்லியிருந்தார் அல்லவா? எனில் உலோகத்தின் மீது செலுத்தப்படும் ஒளியும் அதன் மேற்பகுதியில் இருக்கும் அணுக்களை அதிர வைக்க வேண்டும். அப்படி அதிர்கையில் அது எலக்ட்ரானை உமிழ வேண்டும்.
சரி, ஒளியை உலோகத்தின் மீது செலுத்துவோம். அது அணுக்களை அதிர்வடைய வைக்கிறது. அதனால் எலக்ட்ரான் உமிழப்படுகிறது. ஒளியை அலையாகக் கொள்வோம். அதிக அளவு வெளிச்சமான ஒளி எனில் அதிக அலைகள். அதிக அலைகள் எனில் அதிக எலெக்ட்ரான்கள். அதுவும் அதன் திசைவேகமும் ஆற்றலும் அதிகப்படியாக இருக்க வேண்டும். ஆனால், நடந்தது அதுவல்ல. அதிகளவு எலெக்ட்ரான்கள் உமிழப்பட்டன. ஆனால், அதன் ஆற்றலும் திசைவேகமும் மாறிலியாக இருந்தன. ஐன்ஸ்டீன் பொறுமையிழந்து, பிளாங் சொன்ன கருத்தியலை உள்ளே புகுத்திப் பார்க்கின்றார். அதாவது ஒளியை அலையாகக் கொள்ளாமல் பொட்டலங்கள் எனப்பட்ட ‘குவாண்டா’ துகளாக கணக்கில் கொண்டு இச்சோதனையை செய்கிறார். இப்போது அதிக அளவு வெளிச்சமான ஒளி என்பது அதிக பொட்டலங்களான ஆற்றல் அல்லது துகள்..அதை உலோகத்தின் மீது செலுத்துவோம். அப்போது தான் ஐன்ஸ்டீன் இன்னொரு கருதுகோளைப்பற்றி யோசித்துக்கொண்டிருந்தார். ஒளியின் திசைவேகம் மாறிலி என முடிவு செய்து வைத்திருந்தார். அதையும் புகுத்திப் பார்த்தார். ஒளி மாறா திசைவேகத்தில் பயணித்து அதிக செறிவில் செலுத்தப்படும் போது அது அதிகளவு எலக்ட்ரானை வெளியிடும்.. ஆனால், அதன் திசை வேகமும் ஆற்றலும் மாறாதிருக்கும். ஏனெனில் செலுத்தப்படும் ஒளியின் திசைவேகம் மாறாமலிருப்பதே என பிளாங்க்கின் சமன்பாட்டை ஐன்ஸ்டீன் நிரூபித்தார்.
எனவே ஒளி ஆற்றலானது மாவு அல்ல; முட்டையைப் போன்றதுதான் என்கிற முடிவுக்கு வந்துவிடலாமல்லவா? ஆனாலும் “சிலநேரங்களில்” தான் என்கிற ‘க்’ ஐ இங்கே வைக்க வேண்டியிருக்கிறது. ஒளி அலையா.. துகளா என்கிற பிரச்சனையை இப்போது துவக்கலாம். அதற்கு முன் ஓர் முடிவைச் சொல்லிவிடுகிறேன். ஒளி கிரகிக்கப்படும் அல்லது உமிழப்படும் போது துகளாகவும், பயணிக்கும் போது அலையாகவும் இருக்கின்றது. சரி, இப்போது விவாதிக்கலாம் வாருங்கள்..ஒளி துகளா அலையா அல்லது இரண்டுமா?
(தொடரும்…)
*******
