இந்த வலையில் தேடவும்

Tuesday, July 27, 2010

பிரபஞ்சத்தின் ஆதார விசைகள் -IV



நாம் முந்தைய பதிவுகளில் பார்த்த அணுக்கரு விசைகள் (வலுமிக்க மற்றும் குறைந்த) அணுக்கருவின் உள்ளே மிக மிக ரகசியமாக செயல் படுபவை. ஆனால் இப்போது நாம் பார்க்கப் போகும் 'மின் காந்த விசை' (electro magnetic interaction) நமக்கெல்லாம் மிக மிகப் பரிச்சயமான ஒன்று. நாமெல்லாம் T.V யில் 'மானாட மயிலாட' பார்பதற்கும் (electric current) ரோட்டில் நடந்து செல்பவர்களை அலட்சியப் பார்வை பார்த்த படி காரை ஓட்டிச் சென்று (friction) 'Cafe Coffee day' யில் காபியை உறிஞ்சிக் குடிப்பதற்கும் (grip) இந்த ஐயா தான் துணை புரிகிறார்.
எனவே அடுத்த முறை நீங்கள் A.C. ரூமில் உட்கார்ந்து இன்னும் எப்படியெல்லாம் காசு சேர்க்கலாம் என்று நினைக்கும் போது இந்த பாவப்பட்ட மின் காந்த விசை அவர்களை அல்லது நமக்காக வேண்டி இதையெல்லாம் கன கச்சிதமாகப் படைத்த கடவுளை கொஞ்சம் நினைத்துக் கொள்ளவும்

Ok.. அணுக் கருவின் உள்ளே எதற்காக ப்ரோடான்களும் நியூட்ரான்களும் குடும்பம் நடத்துகின்றன என்பதை முந்தைய பதிவுகளில் பார்த்தோம்.

ஆனால் இந்த எலக்ட்ரான்கள் என்பவை எதற்கு? ப்ரோடான்களும் நியூட்ரான்களும் அணுக்கருவை விட்டு வெளியே வந்தால் ரொம்ப நேரம் இருக்காது. சிதைந்து விடும்.. (சரியான, 'படி தாண்டாப் பத்தினிகள் அவை ...) எனவே 'வெளி உலகத்துடன்' தொடர்பு கொண்டு தான் இருப்பதை உலகுக்குத் தெரிவிக்க 'அணு' விற்கு தூதுவர்கள் தேவை... (இதற்கு தான் எலக்ட்ரான்கள்)

அதாவது , ஓர் அணு இன்னொன்றுடன் சேர்ந்து மூலக்கூறு ஆவதற்கும்
ஒரு தனிமத்தின் மூலக்கூறுகள் இன்னொரு தனிமத்தின் மூலக்கூறுகளுடன் சேர்ந்து 'சேர்மங்கள்' ஆவதற்கும் எலக்ட்ரான்கள் தேவை.. (உதாரணமாக நாமெல்லாம் டெய்லி பயன்படுத்தும் நீர், உப்பு இவை, இரண்டு வெவ்வேறு அணுக்கள் எலெக்ட்ரான்களின் மூலம் கை கோர்த்துக் கொள்வதன் மூலம் கிடைப்பவை)

நாம் ஏன் வெளி உலகுடன் தொடர்பு கொள்கிறோம் என்று யோசித்துப் பாருங்கள்.. நமக்கு ஏதேனும் வேண்டும் என்ற போது தானே ? ஓர் அணு என்பது இன்னொன்றுடன் தேவை இல்லாவிட்டால் சேராது. (ரொம்ப மூடி டைப்) நமக்கெல்லாம் மூன்று விதமான ஆசைகளைக் கொடுத்து உலகில் முட்டி மோதிக் கொள்ளுங்கள் என்று இறைவன் விதித்து விட்டதைப் போல
அணுக்களுக்கும் பாவம் எலெக்ட்ரான்களைக் கொடுத்து இயற்கை ஆட்டுவிக்கிறது.
நம் வீட்டில் காபிப் பொடி தீர்ந்து விட்டால் பக்கத்து வீட்டுக் கதவைத் தட்டி ' மாமி கொஞ்சம் காபிப் பொடி கிடைக்குமா?" என்று கேட்பது போல எலெக்ட்ரான் தாகம் கொண்ட அணுக்கள் பக்கத்து
அணுவிடம் 'உனக்கு தான் நிறையே இருக்கே, ரொம்ப தான் 'பிகு' பண்ணாதே, ஒண்ணோ ரெண்டோ கொடு , கடனா தானே கேட்கறேன்?' என்று கேட்டு ஒப்பந்தம் செய்து கொள்ளும்... (கையெழுத்து எல்லாம் போடுமா தெரியாது)

இப்போது (நாம் ஏற்கனவே ஹை ஸ்கூலில் படித்த) சில விஷயங்களை நினைவு கூர்வது அவசியம்.. ஒன்று: எலக்ட்ரான்கள் அணுக்கருவை விட்டு மிக மிக தூரத்தில் சுற்றுகின்றன. (உதாரணமாக அணுக்கருவை ஒரு கால் பந்து என்று கொண்டால் அணு என்பது ஒரு கால்பந்து மைதானம். எனவே அணுவிலும் பெரும்பாலும் வெட்ட வெளி தான் உள்ளது. ஏன் இவ்வளவு தூரமாகச் சுற்றுகிறாய்? நீயெல்லாம் ஒரு ஆம்பளையா? என்று எப்போதாவது ஒரு எலக்ட்ரானை பார்த்தால் மறக்காமல் கேட்கவும்..)
இரண்டு: ப்ரோடான்களும் நியூட்ரான்களும் மேலும் பிளக்கக் கூடியவை.( ஒரு ப்ரோடானை போஸ்ட் மார்டம் செய்து பார்த்தால் அதற்கு உள்ளே 'க்வார்கு' கள் (QUARK ) களி நடனம் செய்வதாக அறிவியல் வல்லுனர்கள் கூறுகிறார்கள் (உங்க கடமை உணர்ச்சிக்கு ஒரு அளவே இல்லையா?) ('க்வார்கு' கள் பற்றி இன்னொரு பதிவில்....) ஆனால் இன்னும் எந்த ஆசாமியும் இதுவரை எலக்ட்ரானை நோண்டி உள்ளே பார்க்கவில்லை. நான் பார்க்கிறேன் என்று நீங்கள் கிளம்பி விட வேண்டாம்.. இதற்கு இரண்டு காரணங்கள்... ஒன்று எலக்ட்ரான் ப்ரோடானை விட ஆயிரம் மடங்கு சிறியது... (ப்ரோடானைஎல்லாம் நாம் Microscope மூலம் கூட பார்க்க முடியாது.. ஒரு அனுமானத்தின் பேரில் சொல்வது தான்) இரண்டாவது எலக்ட்ரான் செய்யும் மாயா-ஜாலம்...

உதாரணமாக நீங்கள் ஓர் எலக்ட்ரானைப் பிடித்துச் சிறையில் அடைத்தால் அது ஒரு அலையாக மாறி
சிறைக் கம்பிகளிடையில் புகுந்து எஸ்கேப் ஆகி விடக் கூடும்.(ஆம். இந்த மாதிரி சில விஷயங்கள் அறிவியல் மேதாவிகளின் சிலரின் கர்வத்திற்கு சில சமயம் 'Speed Brake ' போடுகின்றன.) நம் எலக்ட்ரான் சில சமயம் ஒரு பொருளாக (particle) உள்ளது, சில சமயம் அலையாக (wave )ஓடுகிறது. இது எப்படி சாத்தியம் என்று Mr .கடவுளைக் கேட்கவும்....எனவே நீங்கள் அணுவைப் பார்க்கும் போது அது ஒரு விறகு-அடுப்பை புகை சூழ்ந்து இருப்பதைப் போலத் தெரியலாம்.

இந்த 'விந்தை வீரர்' களை நம் அணுவிடம் பந்தப் பட்டு அணுக் கருவை சதா சுற்றி வரச் செய்வது நமது 'மின் காந்த விசை' .... அதாவது அணுக் கருவில் குடி கொண்டுள்ள ப்ரோடான் அரசிகளையும் வெளியே சுற்றும் எலெக்ட்ரான் வீரர்களையும் காதலில் விழ வைத்து 'தேவதையைக் கண்டேன் காதலில் விழுந்தேன்' என்று ஆவேசத்துடன் பாட வைக்கும் கவர்ச்சி விசை... (static force )

அதாவது , பொதுவாக ஓர் அணுவில் ப்ரோடான் மற்றும் எலக்ட்ரான்களின் எண்ணிக்கை சமமாகவே உள்ளது. (இயற்கை ஆண்களையும் பெண்களையும் சம எண்ணிக்கையில் படைப்பது போல) அப்படிப் பட்ட அணு, 'நமக்கு ஏன் இன்னொருத்தர் வம்பு"? என்று சும்மா இருக்கும்.(electrically neutral ) இந்த இடத்தில் இயற்கை ஒரு விதியை நியமித்து உள்ளது. அது :-

நாம் பார்த்துக் கொண்டிருக்கும் 'மின் காந்த விசை' ஒரு ப்ரோட்டானையும் (+) எலக்ட்ரானையும்(-) ஈர்ப்பது மட்டுமின்றி
எலக்ட்ரானையும்(-) எலக்ட்ரானையும்(-) விலக்குகிறது. அதாவது ஓர் எலக்ட்ரான் இன்னொன்றை தனக்கு எதிரியாகப் பார்க்கிறது.
எலக்ட்ரான்கள் அணுக்கருவைச் சுற்றுகின்றன என்று பொத்தாம் பொதுவாக நாம் சொன்னாலும் அது , ஒரு ஏழெட்டு பெண்கள் நவ- கிரகத்தை கோவிலில் சுற்றி வருவது போல் (ஒரே சுற்றுப் பாதையில்) இல்லாமல் நவ கிரகங்கள் சூரியனை சுற்றுவது போல் வெவ்வேறு 'ஆற்றல் மட்டங்களில்' (energy levels ) சுற்றுகின்றன.. அதாவது, எலக்ட்ரான்-எலக்ட்ரான் பகை காரணமாக, ஒரு குறிப்பிட்ட எண்ணிக்கைக்கு மேல் எலக்ட்ரான்கள் ஒரே ஆற்றல் மட்டத்தில்(quantum states ) இருக்க முடியாது. (exclusion principle )
அதாவது முதல் மட்டத்தில் 2 , இரண்டாவதில் 8 , மூன்றாவதில் 18
எலக்ட்ரான்கள் என்று ஒரு கணக்கில் இருக்க முடியும் (சண்டையில்லாமல்)
இதனை இப்போது ஒரு அடுக்கு மாடிக் கட்டிடத்திற்கு ஒப்பிடுவோம்.
கீழே Ground -floor இல் ஒனர் (அணுக்கரு) இருப்பதாக் கொள்வோம்.
முதல் தளத்தில் இரண்டு அறைகளும் இரண்டாவது தளத்தில் 8 அறைகளும், மூன்றாவதில் 18 ம் உள்ளதாக் கொள்வோம். (etc)
நம் ஒனர் ஒரு carzy fellow! அவரின் கொள்கைப் படி ஒன்று ஒரு தளம் முழுதும் காலியாக இருக்க வேண்டும். இல்லை முழுவதும் நிரம்பி இருக்க வேண்டும். அதாவது முதல் தளத்தில் ஒரு அறை மட்டுமே நிரம்பி இருந்தால் எப்பாடு பட்டாவது இன்னொருவரை அங்கே(இரண்டாவது அறைக்கு) கூட்டி வந்து வாடகைக்கு வைத்து விடுவார். அதே போல், இரண்டாவது தளத்தில் ஒரு அறை மட்டும் நிரம்பி இருந்தால் அங்கே இருப்பவரை ஏதாவது சாக்கு போக்கு சொல்லி வெளியே துரத்தி விட்டு விடுவார்.

அதே போல் ஓர் அணு தன் (எல்லா) ஆற்றல் மட்டங்களில் எலக்ட்ரான்கள் முழுவதுமாக நிரம்பி இருக்க வேண்டும் அல்லது காலியாக இருக்க வேண்டும் என்று நினைக்கிறது. (What a perfectionnist !) ஒரு சில அணுக்களில் இந்த 0 or 100 % அமைப்பு தற்செயல் ஆகவே இருந்து விடுகிறது.உதாரணம்: ஹீலியம்(அணு) :இதற்கு இரண்டு ப்ரோட்டான்கள். இரண்டு ப்ரோட்டான்கள் தரும் நேர் மின் விசையை சரி கட்ட இரண்டு எலக்ட்ரான்கள்....இந்த இரண்டு எலெக்ட்ரான்களும் அதன் முதல் ஆற்றல் மட்டத்தில் (s) நிரம்பி விடுவதால் அதற்கு எலக்ட்ரானை இழக்கவோ ஏற்கவோ வேண்டாம். ஆகவே தான் அது ,பிறர் வம்புக்குச் செல்லாமல் தான் உண்டு தன் வேலை உண்டு என்று உள்ளது. வேறு எந்த தனிமத்துடனும் சேராது. (ஒரு ஹலோ கூட சொல்லாது ) இதை அறிவியல் 'உம்மணா மூஞ்சி' வாயு (Inert gas ) என்கிறது. இதே போல் தான் இரண்டாவது மட்டத்தில் எட்டு எலக்ட்ரான் நிரம்பிய 'நியான்' மந்த வாயு.. ஆனால் இந்த அதிர்ஷ்டம் எல்லா அணுக்களுக்கும் கிடைப்பதில்லை..
உதாரணம்: ஹைட்ரஜன் :1 ப்ரோடான் 1 எலக்ட்ரான்.
அதற்கு இரண்டாம் கூடு நிரம்புவதற்கு இன்னும் 1 எலக்ட்ரான் தேவை.எனவே அது இன்னொரு ஹைட்ரஜன் அணுவுடன் சேர்ந்து இரண்டு அணுக்களும் தம் எலக்ட்ரானைப் பகிர்ந்து கொள்ளும். இரண்டுக்கும் தமது கூட்டில் இரண்டு எலக்ட்ரான் இருப்பதாக ஒரு போலி கௌரவம் கிடைக்கும் ....இந்த அமைப்பு ஒரு
'ஹைட்ரஜன் மூலக்கூறு ' (இரண்டு ஹைட்ரஜன் அணுக்கள்) எனப்படும். பொதுவாக ஒரு ஹைட்ரஜன் அணுவை தனித்துப் பார்ப்பது கடினம்... அது இன்னொன்றுடன் சேர்ந்து 'ஹைட்ரஜன் மூலக்கூறாகவே இருக்கும்.

தம் கூடுகளை நிரப்பும் அல்லது காலி செய்யும் முயற்சியின் போது அணுக்கள் எலக்ட்ரானை இழக்கவோ , ஏற்கவோ செய்யும்.. எனவே எலக்ட்ரான்களின் எண்ணிக்கை கருவின் உள் உள்ள ப்ரோடான் களை விட கூடவோ குறையவோ செய்யும். கூடினால் அந்த அணுவிற்கு எதிர் மின் சுமை கிடக்கும் (negative charge ) குறைந்தால் நேர் மின் சுமை கிடக்கும் (positive charge ) இந்த அமைப்பை நாம் 'அயனிகள்' என்கிறோம்.. (Ions ) எனவே வேதியியல் வினைகளில் பங்கு கொள்பவை அயனிகளே அன்றி அணுக்கள் அல்ல...
OK ..

இந்த விசைக்கு ஏன் 'மின் காந்த விசை' என்று பெயர் ? காந்தம் எங்கிருந்து வந்தது? என்றால் , முதலில் மக்கள் காந்த விசை -யும் மின் விசையும் வேறு வேறு என்று நினைத்தனர். "பாரடே" என்பவர்
ஒரு காந்தத்தின் பக்கத்தில் ஒரு மின் கடத்தும் கம்பியை கொண்டு சென்றால் அதில் மின்சாரம் வருவதையும் , மின்சாரம் பாயும் கம்பியின் அருகில் வைக்கப்படும் காந்த ஊசி விலகுவதையும் கண்டு பிடித்த் பின் இரண்டும் ஒரே விசை தான் என்று தெரிந்தது.....

மேலும் இந்த விசை நிலையான 'ப்ரோடான்-எலெக்ட்ரான்' களுக்கு நடுவே செயல் படும் போது 'நிலை' விசை (electro magnetic static force ) எனவும் ஓடுகின்ற எலக்ட்ரான் களால் ஏற்படும் மின் காந்த விசையின் போது இயக்க விசை (electro magnetic radiation ) எனவும் கூறப் படுகிறது.

விசைகளில் நான்காவதாக , ஆனால் முக்கியமானதாகக் கருதப்படும் 'ஈர்ப்பு விசை' பற்றி அடுத்த பதிவில்..



~சமுத்ரா


1 comment:

hareaswar said...

ennada ivan oruthan epotum vantu comment podaran.. athu nollai ithu nottainu kadupetranu dont kochufy to me..

keezha irukara padathula tayavu senju "covalent bond" nu mathidreengala.. colalent nu irukuthu :(:(