அணு அண்டம் அறிவியல் -32

அணு அண்டம் அறிவியல் -32 உங்களை வரவேற்கிறது

உங்களுக்கு ரயில் பிடிக்குமா?
உலகத்திலேயே எத்தனை தடவை பார்த்தாலும் அலுக்காத சில விஷயங்கள் ரயில், கடல் மற்றும் யானை என்று சொல்வார்கள்..(யாரது? தமன்னாவை எல்லாம் இந்த லிஸ்டில் சேர்க்க முடியாது, சாரி!)இதை ஏன் இங்கே சொல்கிறேன் என்றால் ரயில் நம் ஐன்ஸ்டீனுக்கு நிறையவே உதவி இருக்கிறது. ரயில்வே ஸ்டேஷனில் பெஞ்சில் உட்கார்ந்து கொண்டு என்னவெல்லாம் செய்யலாம்? பேப்பர் படிக்கலாம், தண்ணீர் காபியை ஆறு ரூபாய் கொடுத்து வாங்கி உறிஞ்சலாம், போவோர் வருவோரை நோட்டம் விடலாம், அரட்டை அடிக்கலாம், ஐ பாட் கேட்கலாம், லக்கேஜை பெஞ்ச் முழுக்க பரப்பி வைத்துக் கொண்டு இடம் கேட்க வருபவரை முறைக்கலாம்.. கடைசியாக ரிலேடிவிடியை(யும்) கண்டுபிடிக்கலாம்!
ரிலேடிவிடியின் அத்தனை கொள்கை ஆய்வுகளையும் (Thought Experiment ) ஐன்ஸ்டீன்
ஒரு ரயிலை கற்பனை செய்து கொண்டு தான் வடிவமைத்தார். நாமும் சார்பியலை விளக்குவதற்கு முடிந்த வரை ரயிலையே
பயன்படுத்துவோம். ஐன்ஸ்டீன் காலத்தில் விண்வெளி ஓடங்கள் (space ship ) வந்திருக்கவில்லை .இப்போது அவை இருப்பதால் அவற்றையும் கொஞ்சம் அவ்வப்போது பயன்படுத்துவோம்.

தரையில் நின்று கொண்டு ஒரு கல்லை குறிப்பிட்ட வேகத்தில் எறிவதாக வைத்துக் கொள்ளுங்கள்..அதே கல்லை அதே வேகத்தில் ஒரு ஓடும் ரயிலின் மேலே நின்று கொண்டு அது செல்லும் திசையில் எறிவதாக கற்பனை செய்யுங்கள்..முதலாவதில் கல் நீண்ட தூரம் போகுமா? இரண்டாவதிலா? ரயிலின் மீது நின்று கொண்டு
எறிந்தால் கல் நீண்ட தூரம் போய் விழும் இல்லையா? ..இப்போது இந்த படத்தைப் பாருங்கள் .

ஓடும் ரயிலின் நடுப்பகுதியில் நின்று கொண்டு ஒருவர் அம்பு எய்கிறார். ரயிலின் திசையை நோக்கி விடப்படும் அம்பு வேகமாகப் போகுமா? ரயிலின் திசைக்கு எதிர்திசையில் விடப்படும் அம்பு வேகமாகப் போகுமா? (எளிமை கருதி ரயில் காற்று இல்லாத வெற்றிடத்தில் பயணிப்பதாகக் கொள்வோம் )முதலாவது அம்பு தானே? ஏனென்றால் ரயில் நகர்வதால் அதன் திசையில் விடப்படும் அம்பை அது மேலும் அதன் திசையில் உந்தித் தள்ளுகிறது. (ரயிலின் வேகமும் அம்புக்கு கிடைக்கிறது) ரயிலின் திசைக்கு எதிராக பயணம் செய்யும் அம்பு கஷ்டப்படுகிறது..அதன் வேகம் ரயிலின் வேகத்தால்
மட்டுப்படுத்தப்படுகிறது. திசைவேகங்கள் வெக்டார்கள் என்பதால் அவற்றின் கூடுதல் படத்தில் காட்டப்பட்டுள்ளது. ரயிலின் வேகம் 100 கிமீ/மணி என்றும் அம்பு வில்லில் இருந்து எறியப்படும் வேகம் 5 கிமீ/மணி என்றும் வைத்துக் கொண்டால் ரயிலின் திசையில் செல்லும் அம்புக்கு 105 கிமீ/மணி வேகமும் எதிர்திசையில் செல்லும் அம்புக்கு
95 கிமீ/மணி வேகமும் கிடைக்கிறது. கிரிக்கெட்டில் பந்து வீசும் பவுலர் பந்தின் திசையில் ஓடுவதும் இதனால் தான்..

கோயிலில் பிரதட்சிணம் செய்யும் போது கடவுளுக்கு வலது புறத்தில் இருந்து நுழைந்து இடது புறம் வெளிவருகிறோம். (இதை வலம் வருதல் என்கிறோம்) இது எதனால் என்றால் வலது கை உயர்ந்தது இடது கை மோசம் என்பதால் அல்ல..பூமி மேற்கில் இருந்து கிழக்காக சுழல்கிறது. கோயில் வடக்கு நோக்கி இருப்பதாக வைத்துக் கொள்ளுங்கள்..வலம் வரும் போது இதே திசையில் நாம் கோவிலை சுற்றி வருவதால் நமக்கு சுலபமாக இருக்கிறது. அப்பிரதட்சிணமாக ,உல்டாவாக வலம் வந்தால் சீக்கிரமே களைத்துப் போய் விடுவோம். எனவே 108 என்றும் 1008 என்றும் சுற்றுப்ப்ரார்தனை செய்பவர்கள் சீக்கிரம் களைத்து விடாமல் இருக்க நம் முன்னோர்கள் கோயிலை வலம் வருதல் அதாவது கடவுளுக்கு வலப்புறமாக சுற்றி வருதல் என்ற வழக்கத்தை வைத்தார்கள்

சரி..இப்போது இதே ஆய்வை அம்புக்கு பதில் ஒளியை வைத்துக் கொண்டு செய்து பார்க்கலாமா? (யாரது உடனே கிளம்புவது?? வெயிட் ) இதை இயற்பியல் வரலாற்றில் எப்போதோ செய்து பார்த்து விட்டார்கள். இயற்பியலில் மிக மிகப் பிரபலமான முக்கியத்துவம் வாய்ந்த ஒரு ஆய்வு. 1887 ஆம் ஆண்டு அமெரிக்காவின் ஓஹியோ மாகாணத்தில் ஆல்பர்ட் மைக்கல்சன் மற்றும்

எட்வர்ட் மோர்லி என்பவர்களால் நிகழ்த்தப்பட்டது. இது செல்லமாக 'இயற்பியலின் பிரபலமான தோற்றுப்போன ஆய்வு ' (The most famous Failed Experiment) என்று அழைக்கப்படுகிறது.

ஒளி எவ்வாறு ஒன்றுமற்ற வெற்றிடத்தில் பயணிக்கிறது என்பது அன்றைய விஞ்ஞானிகளுக்கு புதிராக இருந்தது. ஒயர் இல்லாமல் மின்சாரம் செல்வதில்லை..காற்று இல்லாமல் ஒலி பரவுவதில்லை.(காற்று இல்லை என்பதால் நிலாவில் அணுகுண்டு வெடித்தாலும் அது நமக்கு கேட்காது) அப்படி இருக்கும் போது ஒளிக்கும் ஏதேனும் ஓர் ஊடகம் இருக்கவேண்டும் என்று நம்பினார்கள். உதாரணமாக ஒலி என்பது பொருகளில் ஏற்படும் அதிர்வு. இந்த அதிர்வு அதை சுற்றி உள்ள காற்றையும் அதே அதிர்வெண்ணில் அதிர வைக்கிறது. காற்று இந்த அதிர்வுகளை பத்திரமாகக் கடத்திக் கொண்டு போய் கேட்பவரின் காதுகளுக்கு சேர்க்கிறது . நம் செவிப்பறை எனப்படும் மெலிய சவ்வு அதே அதிர்வெண்களில் மீண்டும் அதிர்கிறது.மூளை இதை அலசி ஆராய்ந்து அந்த ஆள் நம்மை திட்டுகிறானா இல்லை உங்களைப் போல உண்டா? என்று புகழ்கிறானா என்று பிரித்து உணர்ந்து கொள்கிறது. சரி..இதே மாதிரி ஒளியை 'எடுத்துச்' செல்லவும் ஒரு போஸ்ட்மேன் வேண்டும் என்று அன்றைய விஞ்ஞானிகள் (ஏனோ) நம்பினார்கள்.இந்த மாய ஊடகத்தை அவர்கள் 'ஈதர்' என்று அழைத்தார்கள்.

ஒலி எதில் வேகமாகப் பரவும்? தண்ணீரிலா? மரத்திலா? இரும்பிலா? காற்றிலா? காற்றில் தானே? அதாவது ஊடகம் எந்த அளவு லேசாகவும் ,அமுக்க முடியாததாகவும் இருக்கிறதோ அந்த அளவு வேகமாக ஓர் அலை அதன் வழியே பரவ முடியும்..ஒளி பயங்கர வேகத்தில் ஓடுவதால் அதை சுமந்து செல்லும் ஈதர் காற்றை விட படு லேசாகவும் மெல்லியதாவும் இருக்க வேண்டும் என்று நம்பினார்கள். இந்த ஈதர் பிரபஞ்சத்தின் எல்லா இடங்களிலும் கடவுளுக்கு அடுத்தபடியாக நீக்கமற நிறைந்திருக்க வேண்டும் என்று ஊகித்தார்கள். ஈதர் பயங்கர மெல்லியதாக இருப்பதால் அதை உணர்வது மிகக் கடினம். காற்று தன் வழியே வரும் ஒரு பொருளின் மீது உராய்ந்து அதற்கு எதிர்ப்பை ஏற்படுத்தி கடைசியில் அதை தடுத்து விடுகிறது. ஈதர் மிக லேசாக இருப்பதால் அதன் வழியே கோள்கள் எந்த உராய்வும் இன்றி இலகுவாக பூச்சிய உராய்வுடன் பயணிக்க முடிகிறது.காற்றுக்கு எடை உண்டு என்று நீங்கள் ஸ்கூலில் படித்திருப்பீர்கள்..ஆனால் ஈதர் எடை அற்றது. எல்லாவற்றையும் தன் வழியே சுலபமாக அனுமதிக்கக் கூடியது என்று நம்பினார்கள்.. (கிரேக்க மொழியில் ஈதர் என்றால் தெளிவான வானம் என்று அர்த்தம்) பூமியும் மற்ற கோள்களும் ஒளியும் இந்த 'நிலையான' (absolute rest) ஈதரைப் பொறுத்து நகர்வதாகவும் கருதினார்கள்..(அதாவது பூமியின் வேகம் 30 கி.மீ./நொடி என்றால் ஈதருடன் ஒப்பிடும் போது என்று அர்த்தம். ஈதர் நிலையாக இருக்க பூமி நொடிக்கு முப்பது கிலோமீட்டர்கள் என்ற வேகத்தில் சூரியனை வலம் வருகிறது என்று அர்த்தம் )

கண்களால் காண முடியாது. உணர முடியாது. எல்லா இடத்திலும் இருக்கும். அப்படியே கடவுளுக்கான வரையறை!

ஈதர் என்ற ஒன்று இருக்கிறதா என்று கண்டறிய நடத்தப்பட்டது தான் இந்த மைக்கெல்சன்-மோர்லி ஆய்வு..

பூமி சூரியனை சுற்றி வருகிறது என்று நமக்குத் தெரியும். ரயில் காற்றைக் கிழித்துக் கொண்டு செல்வதால் ரயில் செல்லும் திசைக்கு எதிராக காற்று வீசி அடிக்கும். இதே போல பூமி சூரியனை சுற்றி நகரும் போது ஈதரைக் கிழித்துக் கொண்டு செல்வதால் 'ஈதர்' காற்று எதிர்திசையில் வீச வேண்டும். ஒரு ஒளிக்கற்றையை பூமி செல்லும் திசையிலும் இன்னொன்றை அதற்கு 180 டிகிரி எதிர்திசையிலும் அனுப்புவதாகக் கொள்வோம்.இப்போது ஈதர் காற்று ஈதரின் வழியே மிதந்து வரும் ஒளி அலைகளோடு கொஞ்சம் உராய்ந்து ஒளி அலைகள் எதிர்க்கப்பட்டு ஒளியின் வேகம் கொஞ்சம் குறைய வேண்டும். அப்படி குறைந்தால் ஈதர் இருப்பது உறுதியாகி விடும். பூமி செல்லும் திசைக்கு எதிர்திசையில் அனுப்பப்படும் ஒளிக்கு அது ஈதர் காற்றால் எடுத்துச் செல்லப்பட்டு அதன் வேகம் கொஞ்சம் கூட வேண்டும். ஆனால் நாம் முன்பே பார்த்த படி (ரயில், அம்பு) பூமியின் திசையில் அனுப்பப்படும் ஒளிக்கு பூமியின் சுற்று வேகமும் 'additional 'ஆகக் கிடைக்கக் கூடும் என்பதால் ஈதரின் இருப்பை உணர்வது கடினம். எனவே மைக்கல்சன் ஒரே ஒளிக்கற்றையை இரண்டாகப் பிரித்து இரண்டையும் 180 டிகிரி கோணத்தில் அனுப்பாமல் 90 டிகிரி கோணத்தில் அனுப்பி அவை பிரதிபலிக்கப்பட்டு மீண்டும் ஒன்று சேரும்படி ஒரு அமைப்பை உருவாக்கினார். (interferometer)

பூமியின் நகர்வுக்கு 90 டிகிரி கோணத்தில் அனுப்பப்படும் ஒளி ஈதர் காற்றால் பாதிக்கப்படுவதில்லை. எனவே இந்த ஒளிக்கற்றை பூமியின் நகர்ச்சிக்கு இணையாக அனுப்பப்பட்ட ஒளிக்கற்றையை விட கொஞ்சம் சீக்கிரமாகவே வந்து சேர வேண்டும். (இப்பவே கண்ணைக் கட்டுதா?இதற்கு மேல் எப்படி எளிதாகச் சொல்வது என்று தெரியவில்லை!) மைக்கெல்சன் இந்த ஆய்வை முதன்முதலில் தன் செல்ல மகளுக்கு விளக்கினாராம். ஒரு உதாரணத்துடன்..அதை சொன்னால் ஓரளவு புரியும் என்று நம்புகிறேன்..

100 அடி அகலம் உள்ள ஒரு நதி. மற்றும் வினாடிக்கு 5 அடி நீந்தக் கூடிய இரண்டு நீச்சல் வீரர்களைக் கருதுவோம். நதியில் நீர் வினாடிக்கு மூன்று அடி என்ற வேகத்தில் நகர்வதாகக் கொள்வோம்.

ஒரு வீரர் (A ) கரையின் ஒரு குறிப்பிட்ட இடத்தில் இருந்து தொடங்கி நதியின் ஓட்டத்திற்கு எதிராக 100 அடி சென்று மீண்டும் நதியின் ஓட்டத்திற்கு இணையாக நூறு அடி கடந்து புறப்பட்ட இடத்திற்கே
திரும்புவதாகக் கொள்வோம்.

இப்போது இன்னொரு வீரர் (B) நதியின் குறுக்காக 100 அடி நீந்திச் செல்வதாகக் கொள்வோம். ஒரு குறிப்பிட்ட 'கோணத்தில்' நீந்தி அடுத்த கரையைத் தொட்டு மீண்டும் தொடங்கிய இடத்திற்கே வருகிறார் B . இப்போது யார் முதலில் வருவார் என்று பார்க்கலாம்

A : ஓட்டத்திற்கு எதிரான பயணம் : அவர் வேகம் : 5 - 3 = 2 அடி/வினாடி . நேரம் = 100 / 2 = 50 செகண்ட்
ஓட்டத்திற்கு இணையான பயணம்: வேகம் : 5 + 3 = 8 அடி /வினாடி : நேரம் = 100 / 8 = 12 .5 செகண்ட்
பயணத்திற்கான நேரம் : 50 + 12 .5 = 62 .5 செகண்ட்

B : நதியின் குறுக்கே அடுத்த கரைக்கான பயணம் : அவர் வேகம்: 5 ^2 - 3 ^2 பித்தாகோரஸ் தேற்றத்தின்படி = 4 அடி/வினாடி : நேரம் = 100 / 4 = 25 செகண்ட்
திரும்பும் போது : வேகம் : 5 ^2 - 3 ^2 பித்தாகோரஸ் தேற்றத்தின்படி = 4 அடி/வினாடி : நேரம் = 100 / 4 = 25 செகண்ட்
பயணத்திற்கான நேரம் : 25 + 25 = 50 செகண்ட்

இதில் இருந்து நதியின் குறுக்கே சென்ற B சீக்கிரம் வருவார் என்று தெளிவாகிறது. இதையே தான் மைக்கெல்சன் தன் ஆய்வில் செய்தார். ஒருமுகப்படுத்தப்பட்ட ஒளி 45 டிகிரியில் வைக்கப்பட்ட கண்ணாடி (SEMI MIRROR) ஒன்றால் இரண்டாகப் பிரிக்கப்படுகிறது. பிரிக்கப்பட்ட ஒளிக்கற்றைகள் தான் நம் நீச்சல் வீரர்கள். அவர்கள் திரும்பி வருவதற்காக சற்று தூரத்தில் பிரதிபலிக்கும் இரண்டு கண்ணாடிகள் வைக்கப்படுகின்றன. ஈதரின் ஓட்டம் தான் தண்ணீர். நாம் கணக்கிட்டுப் பார்த்த படி நதியின் குறுக்கே சென்றவர் சீக்கிரம் வர வேண்டும்..அப்படியானால் ஒளிக்கற்றை B சீக்கிரம் வர வேண்டும்..ஆனால் இரண்டு ஒளிக்கற்றைகளும் கச்சிதமாக ஒரே நேரத்தில் வந்தன ! ஆய்வை எத்தனை முறை செய்தாலும், எத்தனை தடவை செய்தாலும், எங்கு செய்தாலும், எப்போது செய்தாலும், எந்த சூழ்நிலையில் செய்தாலும் இரண்டும் ஒரே நேரத்தில் வந்தன. இரண்டுக்கும் எதிர்பார்க்கப்பட்ட நேர வித்தியாசம் எவ்வளவு தெரியுமா? 1/100,000,000 செகண்டுகள் ஒரு நொடியில் பத்து கோடி பாகம். இந்த அளவு குறுகிய நேர வித்தியாசத்தை எப்படி கணிக்க முடியும் என்று கேட்கிறீர்களா? ஒளி ஏற்படுத்தும் interference கீற்றுகள் (Fringes ) மூலம்..

ஆல்பர்ட் மைக்கல்சன் மற்றும் எட்வர்ட் மோர்லியின் ஆய்வு தோற்றுப்போனது. ஈதர் என்ற சமாசாரம் பிரபஞ்சத்தில் இல்லவே இல்லை என்று நிரூபித்தது.

இந்த வெப் சைட்டில் சென்று இதன் அனிமேஷன் பார்க்கவும். AETHER SPEED ஐ மாக்சிமம் என்று வைத்துக் கொள்ளவும். வலது பக்கத்தில் உள்ள PLAY பட்டனை அழுத்தவும்.பச்சை அம்புக்குறி சீக்கிரமே வந்துவிடுவதை கவனிக்கவும்..

சரி ஈதரே இல்லை என்றால் எதை வைத்துக் கொண்டு நாம் ஒளியின் வேகத்தை ஒப்பிடுவது? ஒரு காரின் வேகம் 40 கி.மீ/மணி என்றால் அதன் கீழே உள்ள (நிலையான) நிலத்தைப் பொறுத்து அதன் வேகம் 40 கி.மீ/மணி என்கிறோம். அதே காரின் வேகம் 20 கி.மீ வேகத்தில் செல்லும் இன்னொரு காரைப் பொறுத்து 20 கி.மீ யாக இருக்கும். அந்த காரின் வேகம் அதன் உள்ளே உட்கார்ந்திருப்பவர்களுக்கு பூஜ்ஜியமாக இருக்கும். அதாவது எந்த ஒரு பொருளின் வேகத்தையும் இன்னொன்றுடன் ஒப்பிட்டு தான் சொல்ல முடியும்.

ஒளி வினாடிக்கு மூன்று லட்சம் கி.மீ பயணிக்கிறது என்றால் எதைப் பொறுத்து??? எதனுடனான ஒப்பீட்டில்? ஈதரும் இல்லை என்று தெளிவாகி விட்டது.

இப்போது நாம் ௮-௮-௮ வில் ஐன்ஸ்டீனை வரவேற்போம் ! (இப்பவே ரொம்ப லேட்!) WELCOME ALBERT EINSTEIN !!!

சமுத்ரா