அணு அண்டம் அறிவியல்-36

அணு அண்டம் அறிவியல்-36 உங்களை வரவேற்கிறது


குறைந்த நேரத்தில் நிறைய தவறுகள் செய்யத் தெரிந்தவனே புத்திசாலி -ஐன்ஸ்டீன்

genius is a person that makes the largest possible number of mistakes in the shortest possible time - Einstein

ஐன்ஸ்டீனின் இந்த முதல் ரிலேடிவிடி கொள்கை 'ஸ்பெஷல்' என்று ஏன் அழைக்கப்படுகிறது என்றால் இந்த கொள்கை செயல்பட சில 'ஸ்பெஷல்' கட்டுப்பாடுகள் இருக்கின்றன. முதலில் ஒரு கவனிப்பவர் (observer ) இன்னொருவரைப் பொறுத்து சீரான
வேகத்தில் நகர வேண்டும்.கவனிக்கவும், சீரான வேகம்! சென்னையின் காலை நேர ரோடுகளில் வாகனம் ஓட்டுவதைப்
போல அடிக்கடி ப்ரேக்,ஆக்சிலரேடர் எல்லாம் உபயோகிக்கக்கூடாது. பயணிப்பவர் தனது முடுக்கத்தை (Acceleration ) மாற்றவோ திசையை (Direction ) மாற்றவோ கூடாது. அப்படி இருந்தால் தான் ரிலேடிவிடி வேலை செய்யும். நிலையான பொருளுக்கும் சீரான வேகத்தில் செல்லும் பொருளுக்கும் தான் இயற்பியலின் விதிகள் ஒரே மாதிரி வேலை செய்யும்.பஸ் சீரான வேகத்தில் சென்று கொண்டிருந்தால் நீங்கள் உள்ளே டென்னிஸ் கூட விளையாடலாம். ஆனால் டிரைவர் ப்ரேக் போடும் போது அதன் வேகம் மாறுவதால் உங்களால் தண்ணீர் கூட குடிக்க முடியாது.Accelerated Frame of reference ஒன்றில் இயற்பியல் எப்படி வேலை செய்யும் என்று ஐன்ஸ்டீன் யோசித்த போது பிறந்தது தான் General theory of relativity .(பொது சார்பியல் கொள்கை) இதைப்பற்றி பிறகு பார்க்கலாம்.

இன்னொரு விஷயம் நீங்கள் தெரிந்து கொள்ள வேண்டும். ஒரு நிலை-காந்தத்தின் பக்கத்தில் ஒரு செப்புக் கம்பி நகர்ந்தாலோ
அல்லது நிலையாக இருக்கும் ஒரு செப்புக்கம்பியின் பக்கத்தில் காந்தத்தை நகர்த்தினாலோ இரண்டு விதத்திலும்
கம்பியில் மின்சாரம் தூண்டப்படும். இதை கவனித்த ஐன்ஸ்டீன் , இரண்டு பொருள்களுக்கிடையே RELATIVE VELOCITY
அல்லது ஒப்பீட்டு திசைவேகம் தான் முக்கியமே தவிர எது நகர்கிறது எது நிலையாக இருக்கிறது என்பது முக்கியம் இல்லை என்று தீர்மானித்தார்.அதாவது 40 கி,மீ.வேகத்தில் செல்லும் உங்கள் காரைப்பற்றி இப்படி கூட சொல்லலாம் :உங்கள் கார் ரோட்டில் நிலையாக இருக்கிறது கீழே உள்ள ரோடு எதிர்திசையில் 40 கி,மீ.வேகத்தில் நகர்கிறது என்று. சூரியன் தான் பூமியை சுற்றுகிறது என்று நம் முன்னோர்கள் தவறாக (இது உண்மையில் தவறா?) நினைத்ததற்கும் இது தான் காரணம்.

நிலையாக இருக்கும் ஒருவருக்கு சீரான வேகத்தில் பறக்கும் ஒருவரது காலத்தை அளவிடும் போது அது மெதுவாக நகருகிற மாதிரி தெரியும்.சரி அப்படியானால் பறப்பவர் இருப்பவரை விட கொஞ்சம் மெதுவாக வயதாக வேண்டும். (நீங்கள் ஏரோப்ளேனில் பறந்து கொண்டே இருந்தால் இளமையாக இருப்பீர்கள்!) ஆனால் வெயிட்! யார் பறப்பது யார் இருப்பது? இதை நம்மால் உறுதியாக சொல்ல முடியாது.இருப்பவருக்கு தான் இருப்பது போலவும் அவன் பறப்பது போலவும் தோன்றும்.
அதே போல பறப்பவருக்கு தான் இருப்பது போலவும் அவன் (எதிர்திசையில்) பறப்பது போலவும் தோன்றும்.எனவே இவன் (பறப்பவன்) அவனது (இருப்பவன்) காலம் மெதுவாக நகர்வதாகவும் அவன் (இருப்பவன் ) இளமையாக இருப்பதாகவும் அளவிட வேண்டும்.(எனக்கே இப்போது யார் பறப்பது யார் இருப்பது என்று சந்தேகம் வந்து விட்டது)

இது எப்படி என்றால் மணிக்கூண்டு கடிகாரம் ஒன்றை விட்டு ஒளிவேகத்தில் விலகிச் செல்லும் ஒருவர் அதைத் திரும்பிப் பார்த்தால் அவருக்கு அது நின்று விட்டது போல தோன்றும். புறப்படும் முன்பு அது 12 மணி என்று காட்டினால் அது 12 மணியிலேயே உறைந்து போய் விடும். (கடிகாரத்திலிருந்து புறப்படும் ஒளியும் பயணிப்பவரும் ஒரே வேகத்தில் பயணிப்பதால்) உங்களை நோக்கி ஒருவர் பந்துகளை வீசுகிறார். நீங்கள் நிலையாக இருந்தால் தானே அவற்றை பிடிக்க முடியும்? நீங்களும் அந்த பந்தில் வேகத்திலேயே நகர்ந்து கொண்டிருந்தால்? ?? ஒளி வேகத்தில் செல்பவரின் காலம் உறைந்து விடும் என்று சார்பியல் சொல்கிறது.ஆனால் இங்கே செல்பவருக்கு நிலையாக இருப்பவரின் காலம் உறைந்து விட்டதாகத் தோன்றுகிறது. அப்படி தான் தோன்றும்! முதலில் சொன்ன படி RELATIVE VELOCITY தான் முக்கியமே தவிர யார் போகிறார்கள் யார் இருக்கிறார்கள் என்பது முக்கியம் இல்லை. (யாரது? இப்போது நான் இந்த ப்ளாக்கை விட்டு போகிறேன் என்று சொல்வது?)

இதை வைத்துப் பார்த்தால் ஒரு புதிர் எழுகிறது. TWIN PARADOX எனப்படும் பிரபலமான இரட்டையர்கள் புதிர். பூமிகா, தாரா என்று இரண்டு (ஒரு!) இரட்டைக் குழந்தைகளைக் கருதுவோம்.பூமிகா பூமியிலேயே இருக்க தாரா தாரைகைகளிடையே ஒரு பயணத்தை மேற்கொள்கிறாள். நம் சூரியனுக்கு மிக அருகில் உள்ள நட்சத்திரமான ALPHA CENTAURI என்ற நட்சத்திரத்திற்கு..ஒளி வேகத்திற்கு 80 % வேகத்தில் தாரா பயணிப்பதாகக் கொள்வோம்.ஆல்பா நமக்கு நான்கு ஒளிவருடங்கள் தொலைவில் உள்ளது (நான்கு ஒளிவருடங்கள் தொலைவு என்றால் ஒளி அங்கே சென்று அடைய நான்கு வருடம் ஆகும் என்று அர்த்தம். நாம் அன்னநடை நடந்து சென்றால் ஆயிரக்கணக்கான வருடங்கள் ஆகலாம்). பூமிகாவின் நிலையில் இருந்து பார்க்கும் போது இந்தப் பயணத்திற்கு 5 வருடங்கள் ஆகும். (4 / 0 .8 ) திரும்பி வர இன்னொரு 5 வருடங்கள்..ஆக மொத்தம் தாரா பயணத்தை முடித்துக் கொண்டு வருவதற்குள் பூமிகாவுக்கு 10 வருடங்கள் முடிந்திருக்கும். அதே சமயம் பூமிகாவைப்

பொறுத்து தாராவின் கடிகாரம் கொஞ்சம் மெதுவாக நகரும். எவ்வளவு மெதுவாக? tv=t0/sqrt(1-v2/c2) ,v=0.8c tv=0.6t0 அதாவது 60 % மெதுவாக நகரும். எனவே பூமியில் பத்து வருடங்கள் கழிந்திருக்கும் போது தாராவுக்கு 10 x 60 % = 6 வருடங்கள் மட்டுமே கழிந்திருக்கும். எனவே இருவரும் ஒரே நாளில் பிறந்திருந்தாலும் திரும்பி
வந்தவுடன் பூமிகா தாராவை விட நான்கு வயது அதிகம் 'வயது'ஆகியிருப்பாள். சரி..இப்போது ஒரு பிரச்சனை.

நகர்ந்து கொண்டிருப்பது தாராவா அல்லது பூமிகாவா என்று சொல்வது கஷ்டம். தாரா தான் நிலையாக இருப்பதாகவும் பூமிகா 80 % ஒளிவேகத்தில் நகர்ந்து கொண்டிருப்பதாகவும் நினைப்பார். அப்போது பூமிகாவின் கடிகாரம் மெதுவாக செல்வதாக அவள் அளவிட வேண்டும். எனவே தாரா திரும்பி வரும் போது பூமிகா 6 x 0 .6 =3 .6 வருடங்கள் மட்டுமே வயதாகி இருப்பதாக அளவிட வேண்டும்.அதாவது பூமிகா இளமையாக இருக்க வேண்டும்.

சரி இப்போது யார் இளமையாக இருப்பார்கள்? தாராவா பூமிகாவா?

விடை தாராதான். :-) உடற்பயிற்சி உங்களை இளைமையாக வைக்கும்..பயணமும் தான்! :)

எப்படி தாரா என்று இரண்டு வழிகளில் பார்க்கலாம். ஒன்று LENGTH CONTRACTION ! தாராவுக்கு பூமிக்கும் நட்சத்திரத்திற்கும் உள்ள தூரம் 4 ஒளி ஆண்டுகளாக இருக்காது. அவள் பயணத்தில் இருப்பதால் அவள் அளவிடும் வெளி சுருங்கி அது வெறும் 4 x 0 .6 =2 .4 ஒளி ஆண்டுகளாக இருக்கும்.எனவே இதைக் கடக்க தாராவுக்கு ஆகும் நேரம் = D /v = 2 .4 / 0 .8 =3 . திரும்பி வர ஒரு 3 .எனவே தாராவுக்கு இந்த பயணம் 3 +3 =6 வருடங்கள் மட்டுமே எடுத்துக் கொள்ளும்.

இன்னொரு முறையில் இதைப் புரிந்து கொள்வது கொஞ்சம் கஷ்டம். WORLD LINE எனப்படும் உலகக்-கோடுகளை நாம் புரிந்து கொள்ள வேண்டும்.புரிந்து கொள்ள முயற்சிப்போம். தலை போகிற அவசரம் எதுவும் இல்லை..

உலகக் கோடு என்பது ஒரு வரைபடம். பெரிய பிரம்ம வித்தை எல்லாம் இல்லை. காலத்தைY அச்சிலும் வெளியை X அச்சிலும் வைத்து வரையப்படும் ஒரு வரைபடம். வெளிக்கு மூன்று பரிமாணங்கள் இருந்தாலும் எளிமை கருதி ஒரு பரிமாணத்தை மட்டுமே காட்டுகிறார்கள். நாமெல்லாம் உலகில் வாழ்கிறோம். இது காலம் சார்ந்த (TIME -LIKE ) என்று அழைக்கப்படுகிறது. பாரதியார் சொல்வது போல தேடிச்சோறு நிதம் தின்று பல சின்னஞ்சிறு கதைகள் பேசி, கடைசியில் கூடிக் கிழப்பருவம் எய்தி கொடும் கூற்றுக்கிரையென மாய்கிறோம்.காலம் சார்ந்த வாழ்க்கை!!! என்ன செய்தாலும் காலம் நகர்ந்தே தீரும்.ஒரு நாள் நாமெல்லாம் தாத்தா பாட்டி ஆகி செத்துப்போவோம். இது ஏன் என்றால் நாம் வெளியில்(SPACE ) அவ்வளவாக நகர்வதில்லை.ஒளிவேகத்துடன் ஒப்பிடும் போது ஹமாம் சோப் வாங்க நாம் தெருக்கோடி கடைக்கு போவதெல்லாம் ஒரு நகர்ச்சியே அல்ல. இன்னொன்று SPACE -LIKE அதாவது வெளியில் பயங்கரமாக நகர்வது. அப்போது நமக்கு காலத்தின் நகர்ச்சி குறைய ஆரம்பிக்கிறது. அதாவது வெளியில் நிலையாக இருப்பவர்கள் காலத்தின் நகர்ச்சியையும் வெளியில் நகர்பவர்கள் காலத்தின் நிலைமையையும் உணர வேண்டும் என்பது இயற்பியலின் எழுதப்படாத விதி.
இன்னும் சொல்லப்போனால் காலம் வெளி என்று தனித்தனியாக சொல்வதே தவறு .அதன் புதுப்பெயர் காலவெளி (SPACETIME ) என்பதாகும்.

பெங்களூருவிற்கும் சென்னைக்கும் இடையே ஆன ஒரு பயணம் போன்றது இது.(பயணத்தின்) ஒவ்வொரு நொடியிலும் உங்களுக்கும் பெங்களூருக்கும் ஆன உறவு குறைகிறது. உங்களுக்கும் சென்னைக்குமான உறவு அதிகரிக்கிறது. சென்னையை அடைந்தவுடன் உறவு பூஜ்ஜியம் ஆகிறது. அதே போல ஒரு பொருள் பயணிக்கும் போது அதன் 'வெளி' உடனான உறவு மெல்ல மெல்ல அதிகரித்து 'காலத்துடன்' ஆன உறவு மெல்ல மெல்லக் குறைகிறது.ஒளிவேகம் தான் 'வெளி' உடன் நாம் வைத்துக் கொள்ளும் அதிகபட்ச உறவு. (குறைந்த நேரத்தில் அதிக வெளியை நாம் அணைக்கிறோம்) எனவே ஒளிவேகத்தில்
நமக்கு காலத்துடனான உறவு முறிந்தே விடுகிறது.

பெங்களூருடன் உறவு + சென்னையுடன் உறவு = மாறாத அளவு ( இரண்டுக்கும் இடையிலான தூரம்)

வெளியுடனான உறவு + காலத்துடனான உறவு = மாறாத அளவு (காலவெளி)

இப்போது படம் 1 ஐப் பாருங்கள். இது நமது உலகக் கோடு. வெளியில் மாற்றமின்றி காலம் மட்டும் செங்குத்தாக நகரும் வரைபடம்.(Y அச்சுக்கு இணையான கோடு) படம் 2 ஐப் பாருங்கள்.வெளியில் பயணிப்பவரின் உலகக் கோடு சாய்ந்து X அச்சுக்கு இணையாக நகர ஆரம்பிக்கிறது.வேகம் அதிகமாக அதிகமாக அவரது கோடு Y அச்சை விட்டு நகர்ந்து X அச்சுக்கு
இணையாக நகர ஆரம்பிக்கிறது. அப்போது காலம் குறைய ஆரம்பிக்கிறது. ஒளிவேகத்தில் அவரது உலகக்கோடு X அச்சின் மேல் அப்படியே படியும்.t =0

படம் 3 இல் சூரியன் மற்றும் பூமியின் உலகக்கோடுகள் காட்டப்பட்டுள்ளன. அதன் விளக்கத்தைப் படத்தின் வலது புறம் பார்க்கவும்.

புரியவில்லை என்றால் கொஞ்சம் யோசித்துப்பாருங்கள் புரியும். சரி இப்போது நாம் பூமிகா மற்றும் தாராவின் கோடுகளை இதே மாதிரி வரையலாம். கவனிக்கவும் பூமிகா தன் F .O .R இல் எந்த மாற்றமும் இல்லாமல் இருக்கிறாள்.ஆனால் தாரா மூன்று விதமான F .O .R இல் பயணிக்க வேண்டி உள்ளது. ஒன்று சீரான வேகம்.இன்னொன்று ஆல்பாவை அடையவேண்டும் என்றால் வேகத்தைக்குறைத்து பூஜ்ஜியத்திற்கு கொண்டு வரும் De -accelerated Frame .இன்னொன்று திசையை உல்டாவாகத் திருப்பி பூமிக்குத் திரும்பி வரும் போது விண்கலத்தை 80 % ஒளிவேகத்திற்கு முடுக்கும் accelerated Frame

படத்தில் (படம் 4 ) பூமிகாவின் உலகக்கோடு Y அச்சுக்கு இணையான ஒரு கோடாகக் காட்டப்பட்டுள்ளது. தாரா ஒளிவேகத்தில் சென்றால் அவளது உலகக்கோடு X அச்சுக்கு இணையாக இருக்கும்.ஆனால் அவள் 80 % ஒளிவேகத்தில் செல்வதால் அது Y அச்சுக்கு 80 டிகிரிகள் சாய்ந்து செல்கிறது.தாரா விண்மீனை அடையும் வரை அவளுக்கு பூமிகாவின் காலம் மெதுவாக நகர்வது போலவும் அவள் தன்னை விட இளமையாக இருப்பது போலவும் தோன்றுகிறது. அதாவது தாரா மூன்று ஆண்டுகள் எடுத்துக் கொண்டால் பூமிகா 3 *0 .6 = 1 .8 வருடங்கள் எடுத்துக் கொண்டதாகத் தோன்றுகிறது. ஆனால் P என்ற புள்ளியில்
தாராவின் உலகக் கோடு உல்டாவாகத் திரும்புகிறது.P என்ற புள்ளியில் தாராவின் கோடு நீளத்தில் இருந்து சிவப்பிற்கு தாவுகிறது.இந்த தாவலை நாம் அப்படியே Y அச்சில் PROJECT செய்து பார்த்தால் Y அச்சில் நிறைய காலம் கழிந்து விடுகிறது.அதாவது தாரா P என்ற புள்ளியில் இருந்து மீண்டும் திரும்பி வரப் புறப்படும் போது இங்கே பூமிகாவின் உலகக்கோட்டில் 8 .2 வருடங்கள் கழிந்து விட்டிருக்கும்.தாராவின் ரிட்டர்ன் பயணம் மீண்டும் மூன்று வருடங்கள் பிடிக்கிறது. இந்த பயணத்தின் போது மீண்டும் தாரா பூமிகாவிற்கான 1 .8 வருடத்தை அளவிடுகிறாள். எனவே தாரா திரும்பி வரும்போது தாராவுக்கு 3 + 3 =6 வருடங்களும் பூமிகாவுக்கு 8 .2 +1 .8 =10 வருடங்களும் கழிந்திருக்கும்!

அதாவது தாரா ஒரு காலப்பயணத்தை மேற்கொண்டு விட்டாள்...பூமிகாவின் எதிர்காலத்தில் வந்து சேர்ந்திருக்கிறாள் !


சமுத்ரா