அணு அண்டம் அறிவியல் -27

அணு அண்டம் அறிவியல் -27 உங்களை வரவேற்கிறது

ஹைசன்பெர்க்-இன் நிச்சயமில்லாத் தத்துவத்தின் (Uncertainty Principle ) ஃபினிஷிங் நோட்ஸ்:

நிச்சயமில்லாத் தத்துவம் இயற்பியல் உலகில் ஒரு பெரிய மாற்றத்தை ஏற்படுத்தியது. குறிப்பாக DETERMINISM எனப்படும் தீர்க்க தரிசனத்திற்கு முற்றுப் புள்ளி வைத்தது. ஒரு சாலையில் முதியவர் ஒருவர் நடந்து போவதைப் போல நேரான , சீரான நிச்சயிக்கத்தக்க பாதையை இயற்கை பெற்றுள்ளது என்று நியூட்டன், லாப்லாஸ் போன்ற வி ஞ்ஞானிகள் தீர்க்கமாக நம்பினார்கள்..ஆனால் குவாண்டம் இயற்பியலின் முடிவுகள் வி ஞ்ஞானிகளுக்கு அதிர்ச்சியையும் ஆச்சரியத்தையும் ஒருங்கே ஏற்படுத்தின. இயற்கையின் பாதை சாலையில் ஒரு குழந்தை நடந்து செல்வது போல துல்லியமாக தீர்மானிக்க முடியாமல் வளைந்து நெளிந்து கணத்திற்கு கணம் மாறுபடுவதாக Dynamic - ஆக இருக்கிறது என்று அவர்களுக்குத் தெரிய வந்தது. சில வி ஞ்ஞானிகள் இதை எதிர்த்தார்கள்..சிலர் எரிச்சல் அடைந்தார்கள்..சிலர் விரக்தி அடைந்தார்கள்..ஆனால் அதற்காக இயற்கை அதன் இயல்பை மாற்றிக் கொண்டு விடுமா என்ன?

படம் 2 ஐப் பாருங்கள். மேலே உள்ள 'P ' என்ற புள்ளியை நாம் இரண்டு விதங்களில் அடையலாம். வேகத்தில் மிகக் குறைந்த வேறுபாடுகளுடன் மலை மீது மெதுவாக ஏறுவது போல.. ஆனால் இப்படிச் செய்தால் நம் இருப்பிடம் மிகப் பரவலாக ஆகி விடுகிறது. அதாவது வேகத்தில் நிச்சயமின்மை குறைவாக இருக்கும் போது இருப்பிடத்தில் நிச்சயமின்மை அதிகரிக்கிறது. இரண்டாவது விதத்தில் மலையின் அடிவாரத்தில் இருந்து பயங்கர வேகத்துடன் திடீரென்று மேலே எழும்புவது. இப்போது இருப்பிடத்தில் நிச்சயமின்மை மிகக் குறைவாக இருக்கும்..ஆனால் திசைவேகம் கண்டபடி அதிகரிப்பதால்
திசைவேகத்தின் நிச்சயமின்மை கணிசமாக இருக்கும். ஆக மொத்தம் delta p x delta x = h

இயற்கை தன் இரண்டு பண்புகளை ஒரே நேரத்தில் தவறின்றி அளவிடுவதை அனுமதிப்பதில்லை. மனிதனின் அளவிடுதலில் உள்ள எல்லைகள் (limitations ) காரணமாக நிச்சயமின்மை ஏற்படுகிறதா
என்றால் இல்லை. இது இயற்கையின் உள்ளார்ந்த பண்பு. அதாவது ஒரு குவாண்டம் துகள் ஒரே நேரத்தில் துல்லியமான உந்தத்தையும் இருப்பிடத்தையும் கொண்டிருப்பதில்லை. இது எப்படி என்றால் ஒருவரின் இயல்பான முகத்தையும் ஃபோடோவையும் ஒன்றிணைப்பது போலத்தான். ஃபோட்டோ எடுக்கிறார்கள் என்று தெரிந்த உடன் ஒருவரின் இயல்பான முகம் மாறி கொஞ்சம் செயற்கையான முகம் வந்து விடுகிறது. (துளி டென்ஷன் கூட) இயல்பான முகம் இருக்கிறது ஆனால் அதை நேருக்கு நேர் அப்படியே படம் பிடிக்க முடியாது.

ஹைசன்பெர்க் இன் இந்தத் தத்துவம் இயற்பியலில் நிறைய புதிர்களை விடுவித்தது. அணுக்கள் ஏன் மிகப் பெரியவையாக இருக்கின்றன (என்னது?) என்பதற்கான விடையைத் தந்தது.(ஆமாம் அணுக்கருவுடன் ஒப்பிடும் போது அணு மிகப் பெரியது) அணுவினுள் ஏன் தேவை இல்லாமல் பரந்த அசாதாரணமான வெற்றிடம் இருக்க வேண்டும்? ப்ரோட்டான்களை அணுக்கருவிற்குள் அமுத்தும் போது அவற்றின் இருப்பிடத்தில் உள்ள துல்லியத்தன்மை அதிகரிக்கிறது. எனவே அவற்றின் உந்தத்தில் (mV ) உள்ள துல்லியத்தன்மை குறைவாக இருக்க வேண்டும். எனவே அவை அதிக வேகத்துடன் அதிர வேண்டும்.ப்ரோட்டான்களின் நிறை அதிகமாக இருப்பதால் அவை குறைவான எதிர்ப்பையே (V ) காட்டுவதால் அவற்றை அணுக்கருவிற்குள் வைக்க முடிகிறது..ஆனால் எலக்ட்ரான்கள் ப்ரோடான்களை விட 2 ஆயிரம் மடங்கு சிறியவை என்பதால் அவற்றை அணுக்கருவிடம் நெருங்கிக் கொண்டு செல்லும் போது அவை ப்ரோட்டான்களை விடவும் ஆயிரம் மடங்கு அதிக வேகத்தில் (V ) திமிர வேண்டி இருக்கிறது
(ப்ரோடானின் நிறை x ப்ரோடானின் வேகம் = எலக்ட்ரானின் நிறை x எலக்ட்ரானின் வேகம் ) எனவே எலக்ட்ரான்கள் அணுக்கருவிற்குள் இருந்தால் அவை ப்ரோடான்களை விடவும் ஆயிரம் மடங்கு வேகத்தில் இயங்க வேண்டியிருக்கும். இந்த வேகத்தில் அவை அணுக்கருவையே சிதைத்து விட்டு வெளியே ஓடி விடக்கூடும்.

மேலும் ப்ரோடான்களை அணுக்கருவுடன் பிணைக்கும் அணுக்கரு வலிய விசை எலக்ட்ரான்களை அணுக்கருவுடன் பிணைக்கும் மின் காந்த விசையை விட மிக மிக வலுவானது. எனவே உள்ளே ப்ரோட்டான் ஒன்று திமிறினால் அதை அணுக்கரு வலிய விசை அடக்கி விடும். எலக்ட்ரான் அந்த வேகத்தில் அதிர்ந்தால் அதை மின் காந்த விசை தாக்குப் பிடிக்க முடியாது.

குழந்தைகளை (எலக்ட்ரான்கள்) சிறிய இடத்திற்குள் நாம் அடைத்து வைத்தால் அவர்கள் திமிருவது போல தான் இது .பெரியவர்கள் (ப்ரோட்டான்கள்) ஒரே இடத்தில் அமைதியாக இருக்க முடியும்,
குழந்தைகள் அதிகமாக திமிறவும் கூடாது அதே சமயம் நம் பார்வையை விட்டு விலகியும் போகக் கூடாது. எனவே ஒரு பெரிய வட்டம் (அணு) வரைந்து இதற்குள்ளாக விளையாடுங்கள் என்று சொல்லி விட்டால் அவை சமர்த்தாக இருக்கும் அல்லவா?

எலக்ட்ரான்களை அணுக்கருவிடம் இருந்து அபாரமான தூரங்களில் (உதாரணத்திற்கு கால்பந்து அணுக்கரு என்றால் கால்பந்து மைதானம் தான் அணு) தள்ளி வைப்பதால் அவற்றின் உந்தத்தின் துல்லியத்தன்மையை அதிகரிக்க முடியும்..அதாவது உந்தத்தில் ஏற்படும் நிச்சயமின்மையை குறைக்க முடியும் ..எனவே அவை இப்போது மெதுவான வேகத்திலேயே நகரும்.. இந்த வேகம் அணுக்கரு அதன் மீது செலுத்தும் மின் காந்த விசையை விடுவித்துக் கொண்டு எலக்ட்ரான் தப்புவதற்கு போதுமானதாக இல்லாததால் எலக்ட்ரான்கள் அணுவிடமே அடைப்பட்டு இருக்கும்.

சில சமயங்களில் வித்வான்கள் மிகச் சிறிய புல்லாங்குழல் அல்லது பீப்பீ (வழக்கமான அளவில் பாதி) வைத்துக் கொண்டு வாசிப்பதை நீங்கள் பார்த்திருக்கக் கூடும். [நிறைய பேர் ஏன் ஏழு ஸ்வரங்கள் தான் உள்ளன என்று கேட்கிறார்கள். (உண்மையில் பன்னிரண்டு) இது கூட குவாண்டம் மெக்கானிக்ஸ் தான். ஒரு வாத்தியமோ அல்லது நம் குரல் வளையோ (நம் குரல்வளை கூட ஒரு பீப்பீ தான்) எல்லா அதிர்வெண்களிலும் தொடர்ச்சியாக சும்மா கண்டபடி அதிர முடியாது. நம் குரல்நாண் அல்லது ஒரு வாத்தியம் சில குறிப்பிட்ட அதிர்வெண்களில் தான் DISCRETE -ஆக அதிர முடியும். இந்த அதிர்வெண்களில் ஒலிக்கும் ஒலியை நாம் ஸ்வரம் என்கிறோம்.
சாதாரணமாக நாம் பாட்டு கிளாஸ் போய் உட்கார்ந்து குருதட்சிணை எல்லாம் கொடுத்து விட்டு 'ஸா' என்று ஆரம்பித்தால் நம் குரல்வளை அதிர்ந்து அதில் இருந்து வெளிப்படும் ஒலி 240 ஹெர்ட்ஸ் இல் ஒலிக்கும். (அதாவது ஒலி அலை நொடிக்கு 240 தடவை அதிரும்) அடுத்து 241 ஹெர்ட்ஸ் எல்லாம் இல்லை. ராகம் மாயா மாளவ கௌளை என்பதால் அடுத்து 'ரீ' பாடும் போது அது 270 ஹெர்ட்ஸ் இல் ஒலிக்கும். அடுத்து 'க' - 300 ஹெர்ட்ஸ்..இப்படியே போய் மேல் ஸ்தாயி ஷட்ஜத்தில் நிற்கும் போது 480 ஹெர்ட்ஸ் இல் ஒலிக்கும். (தொடங்கிய அதிர்வெண்ணில் இரண்டு மடங்கு) இப்போது அதிர்வெண் 510 ஹெர்ட்ஸ் என்றால் அது சுருதி கூட்டப்பட்ட 'ரி' யாக ஒலிக்குமே தவிர அது வேறு ஸ்வரமாகக் கேட்காது. இந்த அதிர்வெண் வரம்பை (240 - 480 ஹெர்ட்ஸ் ) நாம் ஒரு ஆக்டேவ் (Octave ) (கர்நாடக மொழியில் கட்டை) என்கிறோம்.மொத்தம் ஐந்து கட்டை சுருதியில் சாதாரணமாக ஒருவரால் பாட முடியும்.ஒவ்வொரு கட்டையிலும் இந்த பன்னிரண்டு ஸ்வரங்களே மீண்டும் மீண்டும் ஒலிக்கும்.

எலக்ட்ரான்கள் கூட அலைகள் தான் . அவை கூட அணுக்கருவை சுற்றி ஒரு குறிப்பிட்ட அதிர்வெண்ணில் மட்டுமே அதிர முடியும் என்று குவாண்டம் இயற்பியல் சொல்கிறது. எப்படி ஒரு குறிப்பிட்ட ஸ்வரங்களை மட்டுமே நம்மால் கேட்க முடியுமோ அதே போல் எலக்ட்ரான்கள் குறிப்பிட்ட ஆற்றல் மட்டங்களில் மட்டுமே அணுவின் இடம் பெற முடியும்.

புல்லாங்குழலின் நீளத்தை பாதியாகக் குறைக்கும் போது அதில் ஒலிக்கும் ஸ்வரங்களின் PITCH (சுருதி) அதாவது அதிர்வெண் அதிகமாக இருக்கும் . ஹைசன்பெர்க் இன் விதியின் படி குறுகிய இடத்தில் அலைகளை அடைக்கும் போது அவை தம் எதிர்ப்பைக் காட்டும் விதமாக அதிகமான அதிர்வெண்களில் இன்னும் நெருக்கியடித்துக் கொண்டு அதிரும்.

அணுக்கள் ஏன் சிதைந்து விடுவதில்லை என்று ஹைசன்பெர்க் தத்துவம் இவ்வாறு விளக்கியது..அதே சமயம் ஏன் வானத்து நட்சத்திரங்கள் சிதைந்து விடுவதில்லை என்றும் அது விளக்கியது. ஈர்ப்பு என்பது ஒரு அபார சக்தி. நட்சத்திரங்கள் எரிந்து கொண்டிருக்கவில்லை என்றால் அவற்றின் சுய ஈர்ப்பினாலேயே அவை சுருங்கி சிதைந்து காணாமல் போய் விடும். கோள்கள் எல்லாம் கோளமாக இருப்பதற்கும் இந்த சுய ஈர்ப்பு தான் காரணம். இது ஒரு பலூன் மாதிரி இருக்கிறது. பலூனில் அடைக்கப்பட்ட காற்று அதை பெரிதாக்க முயற்சிக்கிறது. பலூன் சவ்வின் டென்ஷன் பலூனை சிறியதாக்க முயற்சிக்கிறது.
இவை இரண்டுக்கும் இடையே ஒரு BALANCE இருக்கும் வரை பலூன் உடையாமல் இருக்கும். ஒரு விண்மீனின் சுய ஈர்ப்பு அதை சிதைக்க முயற்சிக்கிறது.அதே சமயம் அதன் எரிபொருள் எரிந்து
வெளியாகும் சக்தி அதை விரிவடையச் செய்கிறது . இது இரண்டுக்கும் Balance இருக்கும் வரை விண்மீன் அப்படியே எரிந்து கொண்டிருக்கும். எரி பொருள் தீர்ந்து விட்டால் விண்மீனின் கடைசி காலம் ஆரம்பிக்கிறது. விண்மீன் தன் ஈர்ப்பை எதிர்க்க யாரும் இல்லாததால் தனக்குள் தானே சுருங்க ஆரம்பிக்கிறது. எல்லாம் அமுக்கப்படுவதால் வெப்பம் பயங்கரமாக அதிகரிக்கிறது. இந்த வெப்பம் எலக்ட்ரான்களை அணுவை விட்டு ஓடச் செய்கிறது. எலக்ட்ரான்கள் தான் அமுக்கப்படும் போது அதை எதிர்க்கும் என்று பார்த்தோம். அப்படி இந்த எலக்ட்ரான்கள் ஈர்ப்புக்கு ஒரு தற்காலிக எதிர்ப்பைக் காட்டி விண்மீன் சிதைவதைத் தடுக்கின்றன. இப்படிவிண்மீன் சுய ஈர்ப்பை எலக்ட்ரான் எதிர்ப்பு தடை செய்து நிறுத்தி வைத்த விண்மீன்கள் 'வெள்ளைக் குள்ளன்கள் ' (white dwarf ) எனப்படுகின்றன. இந்த வெள்ளைக் குள்ளன் தற்காலிகமானது தான்..ஈர்ப்பு அழுத்த அழுத்த எலக்ட்ரான்கள் பயங்கர வேகத்தில் சூடாகி அதிருகின்றன, கிட்டத்தட்ட அவை ஒளி வேகத்தில் உள்ளே நகரும் போது ரிலேடிவிடி உள்ளே வருகிறது.எலக்ட்ரான்களின் நிறை அதிகரித்து அவை தம் சண்டை போடும் சக்தியை மெல்ல மெல்ல இழக்கின்றன. ஒரு வெள்ளைக் குள்ளன் சந்திரசேகர் நிறையை விட அதிகமாக இருந்தால் அது கடைசியில் சுருங்கி ஒரு நியூட்ரான் நட்சத்திரமாக மாறி நம் பார்வையில் இருந்து மறைந்து விடும்.

இப்படியாக ஹைசன்பெர்க் இன் நிச்சயமின்மை அணுக்களில் இருந்து அண்டம் வரை எல்லாவற்றையும் விளக்குகிறது


சமுத்ரா