அணு அண்டம் அறிவியல்-17

அணு அண்டம் அறிவியல்-17 உங்களை வரவேற்கிறது..

எலக்ட்ரான்கள் அணுக்கருவை சுற்றுகின்றன என்று ஒரு குத்துமதிப்பான இமேஜை விஞ்ஞானிகள் ஒருவாறாக அடைந்திருந்தார்கள்.. ஆனால் மாக்ஸ்வெல்லின் மின் காந்த விதிகளின் படி ஒரு மின் துகள் நகர்ந்தால் அது ஆற்றலை மின் காந்த அலைகளாக வெளியிட வேண்டும். அந்த ஆற்றல் வெளியில் இருந்தெல்லாம் வராது
எலெக்ட்ரான் தன் சொந்த ஆற்றலை மட்டுமே பயன்படுத்த வேண்டும்..அந்த ஆற்றல் தீர்ந்து போனால் அது சுற்றிக் களைத்து அணுக்கருவுக்குள் போய் நீயே சரணாகதி என்று விழுந்து அழிந்து விட்டிருக்கும்.. இது நடப்பதற்கு 'ஒரு வினாடியில் ஆயிரத்தில் ஒரு பங்கு' காலம் போதுமானது என்கிறார்கள்..ஆகையால் பிரபஞ்சம்
தோன்றி ஒரு மில்லி செகன்டிலேயே அது அழிந்து விட்டிருக்கும்..
'அபி துரக சமீபத் உத்பதாந்தம் மயூரம்' (தசரதன் தேர் முன் ஓடிய மயில் தன் அழகிய இறகுகளை உதிர்த்தது..
அது அவனுக்கு தன் மனைவியுடன் ஏகாந்தமாக இருக்கும் போது கலைந்து உதிரும் அவளது கூந்தலை நினைவுபடுத்தியது---ரகுவம்சம் 9 :67 ) என்றெல்லாம் உலகத்தரம் வாய்ந்த இலக்கியங்களைப் படைப்பதற்கு மனிதனும் வந்திருக்கமாட்டன்..

ஆனால் நாமெல்லாம் இருக்கிறோம்..அணுக்கள் இருக்கின்றன!!!..

இந்த புதிரை விடுவிக்க 1913 இல் நீல்ஸ் போர் தன் அணுக்களுக்கான தன் 'போர் மாடலை' (போரான மாடல் எல்லாம் இல்லை...இது ரொம்பவே சுவாரஸ்யம்) முன் வைத்தார்..எலக்ட்ரான் அணுக்கருவை கண்டபடி எப்படி வேண்டுமானாலும்
(கோவில் பிரகாரங்களில் பக்தர்கள் சுற்றுவது போல ) சுற்றாது..அதற்கென்று ஒதுக்கப்பட்ட ஆற்றல் மட்டங்களில் மட்டுமே அது சுற்ற முடியும் என்றார்.

communication இன்ஜினீயரிங் படித்தவர்களுக்கு கண்டிப்பாக Quantization என்ற ஒன்றைப் பற்றி தெரிந்திருக்கும்...Quantum Mechanics கூட கிட்டத்தட்ட அது போல தான்..

சரி அது என்ன Quantization ???

நாம் பேசுகிற பேச்சு (Voice ) என்பது தொடர்ச்சியான ஒன்று..(analog ) அதை அப்படியே தொலைபேசியில் ஒயர் வழியாக அனுப்ப முடியாது.Quantization என்ற தொழில் நுட்பத்தைப் பயன்படுத்தி
நாம் பேசுகிற தொடர்ச்சியான குரலை சிறு சிறு Quantized லெவல்களுக்கு தோராயமாக குறிக்கிறார்கள்.சில சமயம் நம் வீட்டுத் தொலைபேசி 'செல்லம் இன்னும் ஒன்னே ஒன்னு' என்பது மாதிரியான மெதுவான ஹஸ்கி வாய்ஸ்களை அனுப்ப வேண்டியிருக்கிறது. சில சமயம் அதிக அதிர்வெண்ணில் அதிரும் கோப வார்த்தைகளை , சண்டைகளை அனுப்ப வேண்டியுள்ளது. இதற்கு தான் Quantization ...படத்தைப் பாருங்கள்..

பின்னால் grey கலரில் தெரிவது தான் நம் voice signal ..அது எங்கும் தொய்வின்றி தொடர்ச்சியாக இருக்கிறது. அதை டிஜிட்டல் பல்ஸ்-களாக மாற்றி நெடுந்தூரத்திற்கு அனுப்ப வேண்டும் என்றால் படத்தில் சிவப்புக் கலரில் இருப்பது போன்ற அதனுடன் கிட்டத்தட்ட ஒத்துவரும் ஒரு Quantized சிக்னலை நாம் உருவாக்க வேண்டும்.இந்த Quantized சிக்னல் தொடர்ச்சியாக இல்லாமல் சமமாகப் பிரிக்கப்பட்ட மதிப்புகளில் ஏதோ ஒன்றைக் கொண்டிருக்கும்.இது ஒரு விதமான Round -off ! கடையில் 49 .79 ரூபாய் என்று பில் வந்தால் ஐம்பது ரூபாயைக் கொடுத்து பெருமிதம்(?) அடைகிறோமே அது மாதிரி..

போர், 'எலக்ட்ரான்கள் தங்கள் இஷ்டத்திற்கு கண்டபடி சுற்ற முடியாது'. ஒரு quantized level களில் தான் சுற்ற முடியும் என்றார். (அப்படி சுற்றும் போது அவை ஆற்றலை இழக்க வேண்டியது இல்லை)உங்களுக்கு ஆகாய விமானம் பிடிக்குமா? முதன் முதலில் ஆகாயப் பயணம் செய்யும் போது அது மேலே கிளம்பும் போது , X -அச்சு Y -அச்சு வாழ்க்கையில் இருந்து விடுபட்ட ஒரு தற்காலிக சுதந்திரத்தை நாம் கண்டிப்பாக உணர்ந்திருக்க முடியும்,

சாலைகளில் தான் ரோடுகள்..சிக்னல்கள்..வியர்வைகள்..பக்கத்து வண்டியில் உட்கார்ந்திருக்கும் Figure -ஐப் பார்த்துப் பெருமூச்சுகள்..BTM இல் இருந்து ஆபீசுக்கு வரவேண்டும் என்றால் சில்க் போர்டு சிக்னல், பொம்மனஹள்ளி சிக்னல், ஹொசா ரோடு சிக்னல், phase -1 சிக்னல் என்று உயிர் போய் விடும்..விமானத்தில் அப்படி இல்லை ..எப்படி வேண்டுமானாலும் இஷ்டத்திற்குப் பறக்கலாம் என்று நீங்கள் நினைத்துக் கொண்டிருந்தால் அது தவறு...ரயிலுக்கு விதிக்கப்பட்ட பாதைகளை விட கறாரான பாதைகள் (கண்ணுக்குத் தெரியாவிட்டாலும்) வானத்தில் விமானிகளுக்கு உள்ளன. அதை விட்டு ஒரு இம்மி பிசகினாலும் அடுத்தநாள் investigation வைத்து 'என்னப்பா வீட்டுக்குப் போகணுமா?" என்பார்கள்..எரிபொருளைக் கூடுமான அளவு மிச்சப்படுத்துவது தான் இதன் நோக்கம்..

பள்ளியில் படித்த Geometry -யை இப்போது கொஞ்சம் வம்புக்கு இழுப்போம்..இரண்டு புள்ளிகளுக்கு இடையே உள்ள மிகக் குறைந்த தூரம் ஒரு நேர்கோடாக(மட்டுமே) இருக்கும் என்று நமது வடிவியல் சொல்லித் தந்திருக்கிறது. ஆனால் நாம் படித்ததெல்லாம் 'இரண்டு பரிமாணங்களுக்கான வடிவியல்' ...ஆனால் மூன்று பரிமாண வெளியில்?

ஐன்ஸ்டீன் -இன் கண்டுபிடிப்புகளுக்குப் பிறகு நாம் 'GEOMETRY OF CURVED SPACE ' என்ற சிக்கலான ஒன்றை உருவாக்க வேண்டி வந்தது.அதாவது மூன்று பரிமாண வெளியில் ஒரு முக்கோணத்தை வரைந்தால் அதன் மூன்று கோணங்களின் கூடுதல் 180 டிகிரியாக இருக்காது (கம்மியாக இருக்கும்!) அதே மாதிரி முப்பரிமாண வெளியில் இரண்டு புள்ளிகளுக்கு இடையே உள்ள குறைந்தபட்ச தூரம் ஒரு நேர்கோடாக இருக்காது. அது ஒரு வளைவாக (curve ) இருக்கும்! இதைப் பற்றி ரிலேடிவிடி வரும் போது விரிவாக சொல்கிறேன்

அதே மாதிரி புராதான வடிவியல் இணைகோடுகள் எப்போதும் ஒன்றையொன்று சந்திக்காது என்கிறது. இது நமக்கு ஹிட்லர் தனமாக unromantic ஆக தோன்றுகிறது.
ஆனால் நவீன இயற்பியல் ரொமாண்டிக்- ஆக இணைகோடுகள் கண்டிப்பாக எங்கோ ஒரு புள்ளியில் சந்திக்கும் என்கிறது.(space time curvature )

வெளியில் இரண்டு புள்ளிகளுக்கு உள்ள குறைந்த பட்ச தூரத்தை , அந்த வளைந்த பாதையை இயற்பியல் 'Geodesic ' என்று சொல்லி பயமுறுத்தும். அந்த Geodesic வழியாகத்தான் பைலட் விமானத்தை செலுத்த வேண்டும்..அப்போது தான் எரிபொருள் மிச்சமாகும்..அப்போது தான் சீக்கிரமாக போய்ச் சேர முடியும்..

கீழே உள்ள படங்கள் மூலம் இதை விளக்க முயற்சிக்கிறேன்..

இதே மாதிரி எலக்ட்ரான்கள் அணுக்கருவை சுற்றி ஒரு ஜியோடெசிக்கில் வலம் வருகின்றன . கிரகங்கள் அவற்றின் சொந்த வீட்டில் இருந்தால் அதிகம் கேடு செய்யாது என்பார்களே? அதே போல எலக்ட்ரான்கள் அவற்றின் சொந்த ஆற்றல் கூடுகளில் இருக்கும் போது ஆற்றலை இழப்பதில்லை. ஒரு மட்டத்தில் இருந்து இன்னொன்றுக்குத் தாவும் போது மட்டுமே ஆற்றல் இழப்பு ஏற்படுகிறது.ஒவ்வொரு மட்டத்திற்கும் ஒரு குறிப்பிட்ட ஆற்றல் உண்டு...அணுக்கருவுக்குப் பக்கத்தில் உள்ள மட்டம் குறைந்த ஆற்றலையும் தூரத்தில் உள்ளது அதிக ஆற்றலையும் கொண்டிருக்கும்..

எலக்ட்ரான் ஒன்று சும்மா இருக்காமல் அதிக ஆற்றல்(E2 ) கொண்ட மட்டத்தில் இருந்து குறைந்த ஆற்றல்(E1 ) கொண்ட மட்டத்திற்குத் தாவுவதாகக் கொள்வோம்..அப்போது அது ஒரு ஃபோட்டானை (ஒளியை) உமிழ்கிறது...அந்த ஒளித்துகளின் ஆற்றல் E =E2 -E1 ஆக இருக்கும் ..பிளான்க் விதியின் படி ஆற்றல் என்பதுவும் Quantized ..(ஆத்துல போட்டாலும் அளந்து போடு என்பார்களே, அது மாதிரி இயற்கை ஆற்றலை அளந்து தான் கொடுக்கிறது..அளப்பதற்கு அது 'hv ' என்ற container ஐப் பயன்படுத்துகிறது..இங்கே h என்பது பிளான்க் மாறிலி(இதன் முக்கியத்துவத்தை நாம் போன பதிவில் பார்த்தோம்.. v என்பது எலக்ட்ரான் உமிழும் ஒளியின் அதிர்வெண்..இதனால் தான் ஹைட்ரஜனின் அலைக்கற்றை ஒரு குறிப்பிட்ட நிறங்களை (அதிர்வெண்களை) மட்டும் கொண்டிருந்தது.


மேலும் எலக்ட்ரான் என்பது ஒரு மட்டத்தில் இருந்து இன்னொன்றுக்கு தொடர்ச்சியாக நகராமல் (மலைப்பாதையில் SPIRAL ஆக வண்டிகள் கீழே இறங்குமே!)அப்படியே குதிக்கிறது (jump ) அப்படி குதிக்கும் போது ஒளியை உமிழ்கிறது.நம் வாழ்வில் ஏற்படும் எதிர்பாராத ,திடீர் திருப்பங்களை QUANTUM LEAP என்று அழைப்பார்கள்..அந்த வார்த்தை இப்படி தான் வந்தது.

இங்கே ஒரு விஷயத்தை சொல்ல வேண்டும்..எலக்ட்ரான் ஒரு மட்டத்தில் இருந்து இன்னொரு மட்டத்திற்குத் தாவும் போது இடைப்பட்ட எந்த இடத்திலும் அது இருப்பதில்லை..இங்கிருந்து மறைந்து அங்கே தோன்றுகிறது..நீங்கள் கோயமுத்தூரில் இருந்து பெங்களூர் வருவதாக வைத்துக் கொள்வோம்.இரண்டுக்கும் இடைப்பட்ட ஒரு
குறிப்பிட்ட பாதையின் எல்லாப் புள்ளிகளிலும் நீங்கள் இருப்பீர்கள்..(எவ்வளவு வேகமாக வந்தாலும்) ஆனால் எலக்ட்ரான்களின் இந்த quantum leap (quantum குதித்தல்) ஒரு teleportation போல இருக்கிறது. அதாவது ஒரு குறிப்பிட்ட குவாண்டம் எல்லைக்கு மேல் transportation என்பது இல்லாமல் teleportation (இங்கே மறைந்து அங்கே தோன்றுவது) நடைபெறுகிறது. ஆன்மிகம் ஒரு பொருள் நகர்கிறது என்பதை மாயை என்கிறது. ஐன்ஸ்டீனுக்குப் பிறகு அறிவியலும் அதை மாயை என்கிறது! இதைப் பற்றி விரிவாக ரிலேடிவிடி வரும்போது பார்க்கலாம்.. கிறிஸ்டோப் ஸ்கில்லர் என்பவற்றின் கருத்துப்படி "பிளான்க் மாறிலி h* இற்கும் குறைவான இயக்கத்தை நம்மால் அறிந்து கொள்ள முடியாது". இயற்கையில் எந்த எல்லையில் இயக்கம் நின்று போகிறதோ (அல்லது இயக்கத்தை உணரும் சக்தியை மனிதன் இழக்கிறானோ) அதை குவாண்டம் எல்லை என்கிறார்கள்..வேதங்கள் பிரபஞ்சத்தை சராசரம் என்கின்றன. த்யாகராஜரும் ராமனை "சராசர ரூபா பராத்பரா" (மருகேலரா) என்கிறார்..சராசரம் என்றால் அசைவது மற்றும் அசையாமல் இருப்பது..மிகப்பெரிய அளவீடுகளில் பிரபஞ்சம் சதா அசைந்து கொண்டிருக்கிறது(சரா) ..ஆனால் உள்ளே செல்லச் செல்ல ஓர் எல்லைக்கு மேல் இயக்கம் நிற்கிறது(அசரா). இந்த எல்லையை இயற்பியல் h என்கிறது. இந்த h என்பதை ரிலேடிவிடி கூட பாதிக்காது என்கிறார்கள்.உண்மையில் மிகச் சிறிய தூரங்களில் தான் தோற்பதை ரிலேடிவிட்டி தானே PREDICT செய்தது..அதே மாதிரி மிகப் பெரிய தூரங்களில் பிரபஞ்சம் விரிவடைய வேண்டும் என்று PREDICT செய்தது..Einstein , You are a Genius !

எலக்ட்ரான் சுற்றக்கூடிய மிகக் குறைந்த ஆரத்தை 0.0529 nm என்று கணக்கிட்டுள்ளார்கள்.உயர்ந்த ஆற்றல் மட்டங்களின் ஆரங்கள் இதன் முழு எண் மடங்காகவே (integer multiples ) இருக்கும். (1 ,2 ,3....) (ஒரு கட்டிடத்தில் மேலே செல்வதற்கு நாம் படிகளில் ஏறிச் செல்லலாம்..அது தொடர்ச்சியானது..லிப்ட் இல் போகலாம்..அனால் அது ஒன்று, இரண்டு, மூன்று என்று குறிப்பிட்ட தளங்களில் மட்டுமே நிற்கிறது அல்லவா? அது மாதிரி தான் எலக்ட்ரான்களின் ஆற்றல் மட்டங்களும் )

மேலும் இந்த குறைந்த பட்ச ஆரம் அதாவது 0.0529 நானோ மீட்டரை தாண்டி எலக்ட்ரான் அணுக்கருவை நெருங்குவதை ஹைசர்பெர்க்கின் விதிகள் தடுக்கின்றன.ஹைசர்பெர்க்கின் நிச்சயமில்லாத் தத்துவத்தைப் பற்றி பிறகு பாப்போம்..

எலக்ட்ரான் என்பது ஒரு மிகச்சிறிய துகள்..அது எப்படி பெரிய ஓர் ஒளி அலையைத் தன்னுள் observe செய்து கொள்ள முடியும்?? எப்படி அதை உமிழ முடியும்?

முடியும்!..காத்திருங்கள்..


(பி.குறிப்பு: இப்போது அணுவுக்கு லேட்டஸ்ட்- ஆக 'cloud model ' பயன்படுகிறது..)

சமுத்ரா

* ħ = 1.06 ⋅ 10−34 Js