இந்த வலையில் தேடவும்

Wednesday, June 22, 2011

அணு அண்டம் அறிவியல் -34 b

அணு அண்டம் அறிவியல் -34 b உங்களை வரவேற்கிறது

'அறிவு என்பது முக்கியம் அல்ல. கற்பனைத் திறம் தான் முக்கியம்' என்று ஐன்ஸ்டீன் சொல்வார். ஐன்ஸ்டீன் பெரிய பெரிய
பல்கலைக் கழகங்களில் அறிவியல் படிக்கவில்லை. சிக்கலான கணிதங்கள் அவருக்கு அத்துபடியாக இருக்கவில்லை.
பள்ளியிலும் அவர் சாதாரண நிலைக்கும் கீழான ஒரு மாணவனாகவே இருந்தார். அவர் தான் பின்னால் இந்த நூற்றாண்டின் இணையற்ற ஒரு தியரியை தனி ஆளாக நின்று வடிவமைத்தார்.இதிலிருந்து என்ன தெரிகிறது என்றால்
சாதிப்பதற்கு பட்டங்களோ பெரிய பெரிய படிப்புகளோ தேவையே இல்லை என்பது. உண்மையில் சொல்லப்போனால் எந்த அளவு
படித்திருக்கிறோமோ அந்த அளவுக்கு நம் முட்டாள் தனமும் அதிகரிக்கிறது. தமிழ்நாட்டில் நானூறுக்கும் மேற்பட்ட இஞ்சினியரிங் கல்லூரிகளில் இருந்து இஞ்சினியர்கள் ஒவ்வொரு ஆண்டும் வெளி வருகிறார்கள். அப்படியிருந்தும் நீலகிரி மலை ரயில் கோளாறு என்று அடிக்கடி நடுவழியில் நின்று விடுகிறது என்று ஒரு பத்திரிகை வருத்தம் தெரிவித்திருந்தது. உண்மை தான்! அபாரமான கற்பனைத்திறம் உள்ளவர்கள் பலர் இன்று அமெரிக்கக் கம்பெனிகளுக்கு கூஜா தூக்கும் வேலை பார்க்கிறார்கள் (நானும் தான்)

ஐன்ஸ்டீன் இரண்டே இரண்டு தரவுகளை (postulate ) வைத்துக் கொண்டு தன் தியரியை யோசிக்கத் தொடங்கினார்.POSTULATE என்றால் முதன்மை நிபந்தனைகள் (INITIAL CONDITIONS ) . நீங்கள் கணிதப் பாடத்தில் பார்த்திருக்கலாம் ஒரு தேற்றத்தை நிரூபிக்க முதலில் சில தரவுகளை அனுமானம் செய்து கொள்வார்கள். LEMMA எனப்படும் இவை அஸ்திவாரக் கற்கள் போல செயல்படுகின்றன. நீங்கள் கேட்கலாம் நம் அனுமானமே தவறு என்றால் (முதல் கோணல் முற்றிலும் கோணல்!) முழு தியரியும் தவறாகப் போய்விடுமே என்று.ஆனால் ஐன்ஸ்டீன் எடுத்துக் கொண்ட கருதுகோள்கள் நியூட்டன் காலம் தொட்டே அலசப்பட்டு துல்லியமாக நிரூபிக்கப்பட்டவை.

ஐன்ஸ்டீனின் கருதுகோள்கள்

(1 ) ஒளியின் வேகம் பிரபஞ்சத்தில் எல்லாருக்கும் (எந்த வேகத்தில் சென்று கொண்டிருந்தாலும்) ஒரே மாதிரி இருக்கும்
(2 ) இயற்பியலின் விதிகள் நிலையான பொருளுக்கும் சீரான வேகத்தில் செல்லும் பொருளுக்கும் மாறாது.

நம்பர் (1 ) ஐ ஏற்கனவே நாம் பார்த்திருக்கிறோம். ஒளியின் வேகம் மாறாது என்பதை மைக்கெல்சன் மூர்லே ஆய்வில் இருந்து தொடங்கி நிறைய ஆய்வுகள் நிரூபித்தன.

நம்பர் (2 ) ஒரு வீட்டுக்குள் செய்யும் எல்லா செயல்களையும் நம்மால் சீரான வேகத்தில் ஓடும் ஒரு ரயிலின் உள்ளே இருந்து கொண்டு செய்ய முடியும்.ஓட முடியும்.குதிக்க முடியும். படங்களில் காட்டுவது போல சண்டை போட முடியும்.கிரிக்கெட் விளையாட முடியும். அதாவது இயற்பியல் நிலையான பொருளுக்கும் சீரான வேகத்தில் நேர்கோட்டில் பயணிக்கும் ஒரு பொருளுக்கும் எந்த வித்தியாசத்தையும் காட்டுவதில்லை. சீரான வேகத்தில் பாயும் ஒரு சீல் செய்யப்பட விண்கலத்தின் உள்ளே இருக்கும் ஒருவரால் அது நிலையாக உள்ளதா அல்லது நகர்கிறதா என்று சொல்ல முடியாது.

ஒளியானது சீரான வேகத்தில் நகரும் ஒருவருக்கு வேறு வேகத்தில் சென்றால் அதை வைத்துக் கொண்டு அவர் நான்
நிலையாக இல்லை என்று ஊகிக்க முடியும். (it will mean absolute space!)இப்படி செய்வதை இயற்பியல் அனுமதிப்பதில்லை. அதாவது ஒரு மூடிய விண்கலத்தில் உள்ள ஒருவர் தான் இயக்கத்தில் இருக்கிறோமா அல்லது நிலையாக இருக்கிறோமா என்று அறிய எந்த க்ளூவையும் விட்டுவைப்பதில்லை.

மாக்ஸ்வெல்லின் சம்பாடுகளில் 'C ' என்ற மாறிலி (constant ) வருகிறது. இந்த மாறிலியானது ஒளிவேகம் கவனிப்பவரின் வேகத்தைப் பொறுத்து மாறாது என்று காட்டுகிறது. ஐன்ஸ்டீன் சிந்தித்துப் பார்த்தார்: நாம் ஒரு ஒளிக்கதிரின் முதுகில் ஏறி அமர்ந்து கொண்டு பக்கத்தில் வரும் இன்னோர் ஒளிக்கதிரைப் பார்த்தால் அது எப்படித் தெரியும்? என்று. லாஜிக்கின் படி அந்த ஒளிக்கதிர் அவருக்கு நிலையாக இருக்கவேண்டும். அதாவது ஒரு உறைந்து விட்ட அலை!முகடுகளும் பள்ளங்களும் அப்படியே உறைந்து போய்விட்ட ஓர் அலை.ஆனால் இப்படிப்பட்ட ஓர் அலையை மாக்ஸ்வெல்லின் இயற்பியல் அனுமதிக்கவில்லை. மின் காந்த அலைகள் எப்போதும் ஓடிக்கொண்டிருக்க வேண்டும் என்று மாக்ஸ்வெல் சமன்பாடுகள் தெளிவாகக் காட்டின.அதாவது ஒருவர் ஒளிவேகத்தில் சென்றாலும் கூட அவருக்கு இன்னொரு ஒளி தன்னை விட்டு C வேகத்தில் நகர்வதாகத் தான் தோன்றும்.

நிலையாக இருக்கும் ஒருவரும் குறிப்பிட்ட வேகத்தில் நகர்ந்து கொண்டிருக்கும் ஒருவரும் எப்படி ஒளிவேகத்தை ஒரே மாதிரி அளவிட முடியும் என்று ஐன்ஸ்டீன் யோசித்தார். குறிப்பிட்ட வேகத்தில் செல்லும் ஒருவருக்கு லாஜிக்கின் படி (அவரது திசையில் இணையாகச்செல்லும்) ஒளிவேகம் சற்று குறைய வேண்டும்.
(நம் ரயிலிக்கு இணையாக ஒரு ரயில் வந்தால் அதன் வேகம் நமக்குக் குறைந்து தெரியுமே அது மாதிரி) ஆனால் அப்படி இல்லாமல் இயக்கத்தில் உள்ளவருக்கும் ஒளிவேகம் மாறாமல் அதே வினாடிக்கு மூன்று லட்சம் கிலோ மீட்டர்களாக இருப்பதால் ஒளி வேகத்தை மாறிலியாக maintain செய்ய நகரும் பொருளுக்கு வெளி சுருங்குகிறது. காலம் மெதுவாகச் செல்கிறது என்ற புரட்சிகரமான கருத்தை ஐன்ஸ்டீன் வெளியிட்டார். இது இயற்பியலின் ஆயிரம் ஆண்டு கால வரலாற்றையே மாற்றியது. தன் முதல் விதிக்கு ஒத்து வரவில்லை என்ற போதும் நியூட்டன் வெளி காலம் ஆகியவை என்றுமே மாறாத அளவீடுகள் என்று தான் கருதினார். ஆனால் ஐன்ஸ்டீன் இவை இரண்டும் RELATIVE , சார்புடையன என்று அனுமானித்தார்.அதாவது இரண்டும் பார்ப்பவரையும் அவரது FRAME OF REFERENCE ஐயும் பொறுத்தது என்றார்.

உதாரணமாக தரையில் இருக்கும் ஒருவர் ஒளி பத்து செகண்டுகளில் நூறு மீட்டர் செல்வதாக அளவிடுகிறார் என்று வைத்துக் கொள்வோம். (அதாவது 10 m /s ) இன்னொருவர் நொடிக்கு ஒரு மீட்டர் என்ற வேகத்தில் நகர்ந்து கொண்டிருக்கிறார். அவருக்கு அதே ஒளியின் வேகம் என்னவாக இருக்கும்? அவருக்கு ஒளி ஒரு செகண்டுக்கு ஒன்பது மீட்டர் செல்வதாக தோன்ற வேண்டும்.ஆனால் இதுவரை நாம் பார்த்தபடி அவருக்கும் ஒளி ஒரு வினாடிக்கு பத்து மீட்டர் செல்வதாகத் தோன்றும். எப்படி? எங்கோ இடிக்கிறதே? சிம்பிள்.நகர்ந்து கொண்டிருப்பவருக்குஇரண்டு விளைவுகள் (நிலையாக இருப்பவரைப் பொறுத்து) ஏற்படும் .ஒன்று அவருக்கு வெளி சுருங்கும். வெளியே நிலையாக இருப்பவருக்கு நூறு மீட்டராக இருக்கும் வெளி
இவருக்கு ஐம்பது மீட்டராக சுருங்கும். இரண்டாவது காலம் மட்டுப்படும். வெளியே இருப்பவருக்கு பத்து செகண்டுகளாக ஓடும் காலம் இவருக்கு ஐந்து செகண்டுகளாக ஓடும்.அதாவது நிலையாக இருப்பவருக்கு இரண்டு வினாடிகள் நகர்ந்து விட்டிருக்கும் போது இவருக்கு ஒரு வினாடி தான் போயிருக்கும். இப்போது இயக்கத்தில் இருப்பவர் ஒளிவேகத்தை
எவ்வாறு அளவிடுவார் என்று பார்க்கலாம் 50 /5 = 10 மீட்டர்/ செகண்டு (அட! SAME !)

பிரபஞ்ச மாறிலியான ஒளிவேகத்தை நிலையாக இருக்க வைக்க வெளி சுருங்கியும் காலம் மெதுவாகியும் மெனக்கெடுகின்றன. காலம் எவ்வாறு மட்டுப்படுகிறது என்றும் வெளி எவ்வாறு சுருங்குகிறது என்றும் இரண்டு உதாரணங்கள் மூலம் பார்க்கலாம். முதலில் காலம்:





தரையில் இருக்கும் ஒருவர் காலத்தை இரண்டு கண்ணாடிகளுக்கு இடையே (M1 M2 ) ஒளி பயணிப்பதை வைத்துக் கொண்டு அளவிடுகிறார். (ஒளிவேகம் மாறாது என்பதால் ஒளியை வைத்துக் கொண்டு நாம் கடிகாரம் செய்யலாம்) ஒரு நொடி என்பது அவருக்கு ஒளி கீழே உள்ள கண்ணாடியில் இருந்து புறப்பட்டு மேலே உள்ள கண்ணாடியை முட்டி பிரதிபளிக்கப்பட்டு மீண்டும் கீழே உள்ள கண்ணாடியில் முட்டுவது .சரி இப்போது இந்த அமைப்பு ஒரு சீரான வேகத்தில் ஓடும் ரயிலின் உள்ளே இருப்பதாகக் கொள்வோம். இப்போது ரயிலின் உள்ளே இருக்கும் ஒருவர் அவரது காலத்தையும் ஒளியின் பிரதிபளிப்பை வைத்து அளவிடுகிறார் என்று கொள்வோம். ஒளி M2 வில் இருந்து புறப்பட்டு M1 ஐ அடைவதற்குள் M1 சற்று ரயிலின் திசையில் நகர்ந்து விடுகிறது. (ரயிலின் இயக்கத்தால்) இப்போது M2 கண்ணாடியில் இருந்து M1 கண்ணாடிக்குப் போய் முட்டும் ஒளியின் பாதை நேர்கோடாக இல்லாமல் சில கோணங்கள் வலப்புறம் சாய்ந்து இருக்கும். அதாவது M1 மற்றும் M2 விற்கு இடையே இப்போது ஒளி சிறிது நீண்ட தூரம் பயணிக்க வேண்டும்.M1 ல் பட்டு திரும்பும் ஒளி மீண்டும் கீழே உள்ள M2 ஐ அடியும் போது M2 நகர்ந்து ஒளி மீண்டும் ZIG ZAG ஆக பயணித்து M2 ஐ அடையும். எனவே ஒளியின் ஒரு 'டிக்' கிற்கும் இன்னொரு 'டிக்' கிற்கும் இடையே சிறிது நேரம் எக்ஸ்ட்ரா வாக ஆகும். ரயிலில் இருப்பவர் தன் காலத்தை ஒளியின் கண்ணாடிகளுக்கு இடையேயான மோதல்களை வைத்து அளவிடுவதால் அவருக்கு ஒரு நொடி என்பது நிலையாக இருக்கும் ஒருவருக்கு நகரும் ஒரு நொடியைக் காட்டிலும் கொஞ்சம் கூடுதலாக இருக்கும்.

சரி இப்போது ரயில் ஒளியின் வேகத்தில் போவதாக வைத்துக் கொள்வோம். M2 வில் இருந்து புறப்பட்டு செல்லும் ஒளி திரும்ப M2 வை வந்து அடையவே அடியாது. (ஒளிவேகத்தில் விரையும் M1 இற்கும் ஒளிக்கும் இடையே தொடர்ந்து இடைவிடாமல் முடிவின்றி மும்முரமாக ரன்னிங் ரேஸ் நடக்கும். )ஏன் என்று கற்பனை செய்ய முடிகிறதா? முயற்சி செய்யுங்கள்..எனவே ஒளிவேகத்தில் செல்லும் ரயிலின் உள்ளே இருப்பவர்க்கு ஒரு நொடி நகரவே நகராது. அப்படியே உறைந்து விடும்.வெளியே அனந்த கோடி ஆண்டுகள் கழிந்தாலும் உள்ளே ஒரு நொடி கூட இன்னும் கழிந்திருக்காது. (ஒளி திரும்பி வந்து M2 வை அடித்தால் தானே ஒரு நொடி நகர்ந்ததாகக் கணக்கு?)

இதை கணிதவியல் ரீதியாகப் பார்க்க:



இந்த சம்பன்பாட்டில் V =C என்று போடுங்கள்..சமன்பாட்டில் கீழே உள்ள பகுதி பூஜ்ஜியம் ஆகும். ஒரு எண்ணை பூஜ்யத்தால் வகுத்தால் முடிவிலி வரும்.எனவே காலமும் முடிவிலி..

ஒரு பேச்சுக்கு இப்போது ரயில் ஒளி வேகத்துக்கு மிஞ்சி பயணிப்பதாக வைத்துக் கொள்வோம். (V >C ) ஆம்:-) இப்போது அந்த ரயில் ஒரு கால இயந்திரம் போல செயல்பட ஆரம்பிக்கும்.ரயிலில் உள்ளே இருப்பவர் கடந்த காலத்துக்குள் நுழைய ஆரம்பிப்பார். இப்போது M2 வில் இருந்து புறப்படும் ஒளி அதை விட அதிக வேகத்தில் விலகும் M1 ஐ ஒருபோதும் அடைய முடியாது.ரன்னிங் ரேசில் ஒளி நிரந்தரமாகத் தோற்றுப்போய் விடும். ஆனால் M2 வில் இருந்து புறப்படும் ஒளி ஏதோ ஒரு இடத்தில் சென்று முட்டித் தானே ஆக வேண்டும்? எங்கே சென்று முட்டும்? M1 இல்! என்ன? குழப்பமாக இருக்கிறதா? இப்போதைய M1 அல்ல. M1 இன் கடந்த கால இமேஜில் போய் முட்டும். எனவே ரயிலின் உள்ளே காலம் உல்டாவாக மைனசில் நகர ஆரம்பிக்கும். அதாவது ஒளி புறப்படுவதற்கு முன்னரேயே போய் சேர்ந்து விடும்!!

ஐன்ஸ்டீனின் ரிலேடிவிட்டி மனிதனை காலம் காலமாக படுத்தி வந்த இந்த 'காலத்தை' வெல்ல வழி செய்தது.காலத்தை நிறுத்தி வைப்பது மட்டும் அல்ல..கடந்த காலத்திலும் எதிர்காலத்திலும் சர்வ சாதாரணமாக பயணிக்கும் சாத்தியக்
கூறுகளையும் திறந்து வைத்தது.

சமுத்ரா


9 comments:

சார்வாகன் said...

SUPERB

"என் ராஜபாட்டை"- ராஜா said...

Very detailed post . . Thanks

RVS said...

Very Good Samudra. ;-)

பத்மநாபன் said...

ஒளி வெளியில் பயணம் செய்கிறது..ஒரு குறிப்பிட்ட தூரத்தை கடக்க காலம் எடுத்து கொள்கிறது...

இங்கே...

ஒளியின் வேகத்திற்கு வெளி சுருங்குவதும் காலம் குறைவதும் தான் காரணம் எனும் சித்தாந்தம் புரிவதற்கு கஷ்டபடுகிறேன்..இன்னமும் எளிமை படுத்த முடியுமா பாருங்கள்...

VELU.G said...

excellent

Abarajithan said...

Very nice..

டவுட்:

வேகமாகப் பயணிக்கும் பொருளுக்கு காலம் சுருங்குகின்றது. காலம் சுருங்கினால் இயக்கம் குறைகின்றது. அப்படியானால், இயக்கம் குறைந்தால் வேகமும் குறைய வேண்டுமே? உண்மையில் வேகமாகச் செல்லும் பொருளுக்கு வேகம் எப்படிக் குறையும்? குறைகிறதா?

டவுட் 2:

ஒளியைவிட வேகமாகச் சென்றால் காலம் மைனஸ் ஆகின்றது. அப்படியென்றால் கனவளவும் சுருங்கி பூச்சியமாகி பின் மைனஸ் ஆகவேண்டுமே? கனவளவு எப்படி பூச்சியமாகும்?

கார்பன் கூட்டாளி said...

மிகவும் அருமையான கட்டுரை, என்னுடைய சில கேள்விகளுக்கு விடை கிடைத்தது.

இருப்பினும் கடந்த பதிவில் கேட்ட கேள்விக்கு தங்களின் பதில் எனக்கு திருப்திகரமாக இல்லை. அதே கேள்வியை வேறு வார்த்தைகளில் எடுத்து வருகிறேன்.

bharathan tm said...

"ரயிலில் இருப்பவர் தன் காலத்தை ஒளியின் கண்ணாடிகளுக்கு இடையேயான மோதல்களை வைத்து அளவிடுவதால் அவருக்கு ஒரு நொடி என்பது நிலையாக இருக்கும் ஒருவருக்கு நகரும் ஒரு நொடியைக் காட்டிலும் கொஞ்சம் கூடுதலாக இருக்கும்."

கொஞ்சம் கூடுதலாக இருக்குமா குறைவாக இருக்குமா ?

bharathan tm said...

அருமையான விளக்கம், ஆனால் ஒரு குழப்பம் ... உச்ச வேகம் (∞) அடையும் போது தானே காலம் ஸ்தம்பித்து போக வாய்ப்பு உள்ளது
T = D/V , V=∞, என்றால் T = 0 ஆகும், ... . ஒளியின் வேகத்தில் சென்றால் T!= 0 ஆகதான் இருக்கும் என்று தோன்றுகிறது..