இந்த வலையில் தேடவும்

Friday, September 23, 2011

அணு அண்டம் அறிவியல் -48

அணு அண்டம் அறிவியல் -48 உங்களை வரவேற்கிறது

புத்திசாலித்தனத்துக்கும் முட்டாள்தனத்துக்கும் என்ன வேறுபாடு? - புத்திசாலித்தனத்துக்கு எல்லை உண்டு -ஐன்ஸ்டீன்

ரீனா, மீனா இருவரும் சகோதரிகள். ரீனா ஒரு 150 மாடி கட்டிடத்தின் கீழ்த்தளத்தில் (Ground Floor ) வசிக்கிறாள். மீனா 150 ஆவது தளத்தில் வசிக்கிறாள்.சகோதரிகள் நிறைய நாட்களாக சந்தித்துக் கொள்ளவே இல்லை. சில வருடங்கள் கழித்து மீனா தன் அக்கா ரீனாவை சந்திக்க கீழே இறங்கி வருகிறாள்.ரீனாவைப் பார்த்ததும் அவளுக்கு அதிர்ச்சி. அவள் இன்னும் இளமையாக இருக்கிறாள். மீனாவுக்கோ நிறைய வயது ஏறி பாட்டி ஆகி இருக்கிறாள்!

ஒரு பிளாஸ்டிக் தண்ணீர் பாட்டிலை எடுத்துக் கொண்டு அதன் அடிப்பகுதியில்சில துளைகளைப் போடவும். பிறகு துளைகளை மூடிக் கொண்டு அதை நீரால் நிரப்பவும். பிறகு பாட்டிலைத் தண்ணீருடன் கீழே போடவும். பாட்டில் கீழே விழுந்து கொண்டிருக்கும் போது துளைகளில் இருந்து தண்ணீர் வெளியேறாது. ஏன்?

நீங்கள் பயணிக்கும் லிஃப்டின் கம்பி அறுந்து லிஃப்ட் கீழே விழுந்து கொண்டிருக்கும் போது உள்ளே நீங்கள் எடையை உணர மாட்டீர்கள் . ஏன்?



முடுக்கம் வெளியை வளைக்கிறது எனவே Equivalence தத்துவப்படி ஈர்ப்பும் வளைக்க வேண்டும் என்று போன அத்தியாயத்தில் பார்த்தோம். இன்னும் சரியாக சொல்வதென்றால் முடுக்கம் (அல்லது ஈர்ப்பு) காலவெளியை வளைக்கிறது. நவீன இயற்பியலில் காலம் , வெளி என்று தனித்தனியாக சொல்வது தவறு. அவை ஒரே விஷயத்தின் இரண்டு பரிமாணங்கள். ஒரு பலூனை எடுத்துக் கொண்டு அதை செங்குத்தாக அமுக்கும் போது அது கிடைமட்ட அச்சில் விரிவடைகிறதுஅல்லவா? அது போல காலப் பரிமாணத்தில் ஏற்படும் மாற்றங்கள் வெளிப்பரிமாணத்தையும் வெளியில் ஏற்படும் மாற்றங்கள் காலத்தையும் பாதிக்கும்.சரி இப்போது முடுக்கம் எப்படி காலத்தை பாதிக்கும் என்று ஒரு எளிய ஆய்வைப் பார்க்கலாம்.


சீராக முடுக்கப்பட்ட(constant acceleration ), ஈர்ப்பு விசைகளுக்கு அப்பாற்பட்ட ஒரு விண்கலத்தில் A என்பவர் தரைக்கு சில மீட்டர்கள் மேலேயும் B என்பவர் தரையிலும் இருப்பதாக
க் கொள்வோம். இருவரிடத்திலும் முழுவதும் ஒத்திசைந்த (Synchronized) ப்ளாஷ் வாட்ச்கள் இருக்கின்றன. அதாவது ஒரு நொடிக்கு ஒரு தடவை அவை ஒளிக்கற்றையை வெளிவிடும். வாட்சுகள் கிடைமட்ட அச்சை (x ) நோக்கி இருப்பதாகக் கொள்வோம். விண்கலம் மேலே தொடர்ந்து எழும்பிக்கொண்டு இருப்பதால் B வெளியிடும் ஒளித்துடிப்புகள் (FLASHES ) A யை அடைய சற்று நேரம் பிடிக்கும்.(Light takes time to travel ) எனவே A மேலிருந்து கீழே பார்க்கும் போது B யின் துடிப்புகள் காலத்தால் நீண்டு மெதுவாக வருவது போலத் தோன்றும். மேலும் A வெளியிடும் துடிப்புகள் B யை அடைவதற்குள் B விண்கலத்தின் முடுக்கத்தால் மேலே வந்து விடுகிறார். எனவே ஒளித்துடிப்புகள் B யை அடைய குறைந்த நேரமே எடுத்துக் கொள்ளும். B யானவர் A யின் துடிப்புகளை அண்ணாந்து பார்க்கும் போது அவை காலத்தால் சுருங்கி சீக்கிரம் வருவது போலத் தோன்றும். சரி..ஒளியானது ஒரு சிறந்த கடிகாரம் என்று நாம் அறிவோம். [ இப்போது காலத்தை வரையறை செய்ய ஒளியையே பயன்படுத்துகிறார்கள்.] எனவே நாம் A யின் கடிகாரம் வேகமாகவும் B யின் கடிகாரம் மெதுவாகவும் ஓடுகின்றன என்று சொல்லலாம். ஆனால் இருவரும் எடுத்துச் சென்ற கடிகாரங்கள் துல்லியமான எப்போதும் தவறாத கடிகாரங்கள். எனவே நாம் கீழே இருக்கும் B இற்கு காலமே மெதுவாக நகருகிறது என்று அனுமானிக்கலாம்.

EQUIVALENCE தத்துவத்தின் படி கீழே இருக்கும் B தான் ஒரு முடுக்கப்பட்ட விண்கலத்தில் இருக்கிறோமா அல்லது ஈர்ப்பின் பிடியில் இருக்கிறோமா என்று சொல்ல இயலாது. எனவே நாம் அந்த விண்கலம் பூமியின் மேற்பரப்பில் நிலையாக இருக்கிறது என்று(
ம்) சொல்ல முடியும். முடுக்கமும் ஈர்ப்பும் ஒரே மாதிரியான விளைவை ஏற்படுத்தும் என்பதால் பூமியின் பரப்பிலும் B என்பவருக்கு (A யுடன் ஒப்பிடும் போது) காலம் மெதுவாக செல்லும். அதாவது ஒரு ஈர்ப்புப் புலத்தின்அருகே காலம் மெதுவாகச் செல்லும் என்ற முடிவுக்கு ஐன்ஸ்டீன் வந்தார். தரையில் இருக்கும் ஒருவர் பூமியின் ஈர்ப்பால் அதிகம் பாதிக்கப்படுகிறார். ஆனால் பூமியின் பரப்பில் ஒரு கணிசமான உயரத்தில் இருக்கும் ஒருவரை ஈர்ப்பு குறைந்த அளவு பாதிப்பதால் அவருக்கு காலம் சீக்கிரமாக நகர்கிறது.

இளமையாக இருக்க வேண்டும் என்றால் கட்டிடத்தின் மேல் தளங்களில் வசிக்கவும் (மாடி ஏறி இறங்கி உடல் வலுப்படும்) என்று சொல்வார்கள். ஆனால் இயற்பியலின் படி இது தவறு. இளமையாக இருக்க வேண்டும் என்றால் கிரௌண்ட் Floor இல் தான் இருக்க வேண்டும். பூமி காலத்தை வளைத்து நம் நொடிகளை நீட்டிக்கும்! சூரியன் போன்ற கனமான ஒரு விண்மீனின் மேற்பரப்பில் நாம் வசிக்க முடியும் என்றால் காலம் இன்னும் மட்டுப்படும்.

மேலே சொன்ன ரீனா-மீனா கேஸ் முற்றிலும் மிகைப்படுத்தப்பட்டஒன்று. மீனா ஐநூறாவது மாடியில் வசித்தாலும் குறிப்பிடும் படியாக எந்த வித்தியாசமும் இருக்காது.(பூமியின் ஈர்ப்பு மிகவும் குறைவு என்பதால்) ஆனால் கண்டிப்பாக ரீனா மீனாவை விட சில நானோ செகண்டுகள் இளமையாக இருப்பாள்.

ஐன்ஸ்டீனின் இந்த கண்டுபிடிப்பு காலப்பயணத்தை (குறிப்பாக எதிர்காலப்பயணம்) சாத்தியம் ஆக்கியது. எதிர்காலத்துக்கு பயணிக்க ஆசை இருந்தால் வெறுமனே ஒரு கனமான விண்மீனின் மேற்பரப்பில் போய் உட்கார்ந்து கொள்ள வேண்டியது. இரண்டு நாள் இருந்துவிட்டுத் திரும்பி வந்தால் பூமியில் ஒரு இருபது வருடங்கள் ஓடி இருக்கலாம்.

ஐன்ஸ்டீனிடம் 'உங்கள் சார்பியலை புரியும் படி எளிமைப்படுத்தி சொல்லுங்கள்' என்று கேட்கும் போது அவர் ' நீங்கள் உங்கள் காதலியுடன் இருக்கும் போது காலம் சீக்கிரம் நகர்ந்து விடுகிறது ;ஒரு சூடான அடுப்பின் மேல் உட்கார்ந்து கொண்டிருக்கும் போது காலம் மெதுவாக நகர்கிறது. அது மாதிரி' என்றார். ஆனால் காதல் என்பதே ஈர்ப்பு தானே? ஈர்ப்பு காலத்தை மெதுவாக நகர்த்தும் என்றால் காதலியுடன் இருக்கும் போது தான் உங்களுக்கு காலம் மெதுவாக நகர வேண்டும்? சரி! இது ஒரு உதாரணம் தான். இந்த உதாரணம் தவறு என்று ஐன்ஸ்டீனுக்கு தெரியும். ஆனால் Examples are still good ..இங்கே வருவது பிரபஞ்ச காலம் (universal time ) அல்ல.. மனோவியல் காலம் (Psychological time) காலத்திற்கு நீங்கள் காதலியுடன் இருக்கிறீர்களா இல்லை அடுப்பின் மீது உட்கார்ந்திருக்கிறீர்களா என்பதில் கவலை ஏதும் இல்லை.

பொது சார்பியல் கொள்கை 'கரும்துளை' (black hole ) களுக்கான தேடுதலுக்கு வித்திட்டது. ஈர்ப்பு வெளியையும் காலத்தையும் வளைக்கும் என்றால் மிக மிகஅதிக ஈர்ப்பு(அப்படி ஒன்று பிரபஞ்சத்தில் இருந்தால்) காலவெளியை பயங்கரமாக வளைக்கும் என்று சொல்லலாம். அப்படிப்பட்ட ஈர்ப்பின் ஆதிக்கத்தில் காலம் கிட்டத்தட்ட நின்று போய் விடும். கடவுள் கூட ஒரு வகையில் கருந்துளை தான்.(காண முடியாது; உள்ளே என்ன இருக்கும் என்று தெரியாது;அதிக ஆற்றல் இருக்கும்; எல்லாவற்றையும் தனக்குள்ளே கிரகித்துக்கொள்ளும் என்ற வரையறைகள் இரண்டுக்கும் பொருந்தும்) இங்கு நாம் ஒன்றை நினைவில் கொள்ள வேண்டும்.'நிறை' மட்டும் கால வெளியை வளைப்பதில்லை. நிறையும் ஆற்றலும் ஒன்று தான்(MASS ENERGY Equivalence) என்பதால் ஆற்றல் கூட காலவெளியை வளைக்கும்.அதிகமான ஆற்றல் இருந்தாலும் காலம் கிட்டத்தட்ட நின்று போகலாம். கடவுளை அதீத ஆற்றல் உள்ளவர் என்கிறோம். எனவே அவரும் காலத்துக்கு அப்பாற்பட்டு இருக்கிறார் போலும்.

இப்போது சில விளக்கங்களைப் பார்க்கலாம்:



ஐன்ஸ்டீனின் சிறப்பு சார்பியல் கொள்கைப்படி ஒருவர் காலத்தில் மெதுவாக நகர விரும்பினால் அவர் வெளியில் வேகமாக நகர வேண்டும். இதே வாக்கியத்தை கணித ரீதியில் சொன்னால் :- (பார்க்க படம்) அதாவது ஒரு குறிப்பிட்ட நேரத்தில் அவர் நிறைய வெளியைக் கடக்க வேண்டும். சரி. இந்த வேலையை தான் ஈர்ப்பு செய்கிறது. மிக அதிக இடத்தைஅடைத்துக் கொள்ளும் ஒரு காகிதத்தை நன்றாக மடித்து வைத்தால் அது மிகக் குறைந்த இடத்தையே அடைத்துக் கொள்கிறது. அது போல ஈர்ப்பு மிக அதிக வெளியை வளைத்து தன்வசம் சுருக்குகிறது. ஈர்ப்பின் ஆதிக்கத்தில் இருக்கும் ஒருவருக்கு அது மிக அதிக வெளி போல
தோற்றமளிக்கிறது. எனவே சிறப்பு சார்பியலின்படி காலத்தின் பரிமாணம் அவருக்குக் குறைகிறது.

இரண்டாவதாக நாம் சில அத்தியாயங்களுக்கு முன்னர் பார்த்த TWIN PARADOX . (இரட்டையர் புதிர்) ரீனாவும் மீனாவும் ஒரே வயதுடைய இரட்டையர்கள். ரீனா பூமியில் இருக்க மீனா பக்கத்தில் இருக்கும் நட்சத்திரம் ஒன்றுக்கு ஒளியின் வேகத்தில் 80 % வேகத்தில் சென்று திரும்புகிறாள். திரும்பி வரும்போது ரீனாவுக்கு வயது ஆகி இருக்க மீனா இளமையாக இருக்கிறாள். ஆனால் சார்பியலின் படி நாம் மீனா நிலையாக இருக்க ரீனா பயணம் செய்கிறாள் என்றும் சொல்ல முடியும்.(Lack of absolute space ) (பஸ்ஸில் மரங்கள் பின்னால் நகர்வது போல) அப்படிப் பார்த்தால் திரும்பி வரும் போது ரீனா மீனாவை விட இளமையாக இருக்க வேண்டும். எனவே இது புதிர் என்று அழைக்கப்படுகிறது. ஆனால் உண்மையில் இது புதிர் அல்ல. Relativiy is Self-consistent! இந்த புதிருக்கான விடையை நாம் காலவெளி வரைபடங்களை(ST DIAGRAMS) வரைந்து விளக்கினோம். இதற்கான விடையை பொது சார்பியல் கொள்கைப்படியும் விளக்க முடியும். அதாவது:

ஒரு வாதத்தின் படி பூமியில் இருக்கும் ரீனாவுக்கு பூமியின் ஈர்ப்பால் காலம் மெதுவாக நகர வேண்டும். ஈர்ப்புக்கு அப்பாற்பட்டு பயணிக்கும் மீனாவுக்கு காலம் வேகமாக செல்ல வேண்டும். ஆனால் வெயிட். ஈர்ப்பும் முடுக்கமும் ஒரே விளைவை ஏற்படுத்தும் அல்லவா? மீனா விண்மீனை அடைந்ததும் தன் 0 .8 c என்ற அபார வேகத்தில் இருந்து விண்கலத்தை பூஜ்ஜிய வேகத்துக்கு கொண்டு வருகிறாள்.இந்த அபாரமான முடுக்கத்தின் போது (DECELERATION ) அவளுக்கு காலம் மிகமிக மெதுவாக செல்கிறது.அதே போல பூமிக்குத் திரும்பி வருவதற்கு விண்கலத்தை மீண்டும் 0 .8c என்ற வேகத்துக்கு அவள் முடுக்க வேண்டி உள்ளது.அப்போது அந்த முடுக்கம் ஒரு மிக அதிக ஈர்ப்பு போல செயல்பட்டு மீண்டும் காலத்தை மெதுவாக்குகிறது. எனவே முடுக்கத்தின் போது மீனாவுக்கு நொடிகள் மட்டுமே நகர்ந்திருக்க அங்கே ரீனாவுக்கு வாரங்கள் நகர்கின்றன. (பூமியின் ஈர்ப்பு அந்த முடுக்கத்துடன் ஒப்பிடும் போது ரொம்ப ஜுஜுபி) எனவே மீனா திரும்பி வரும்போது ரீனாவை விட இளமையாக இருக்கிறாள். எனவே இளமையாக இருக்க

(1 ) சதா பயணித்துக் கொண்டே இருங்கள் ; அல்லது
(2 ) Ground Floor -இல் வீடு வாங்குங்கள்


இனிவரும் அத்தியாயங்களில் கீழ்க்கண்ட கேள்விகளை அலசுவோம்:

1. ஆப்பிள் மரத்தில் இருந்து கழன்று கொண்டதும் பூமி தான் மேலே வந்து அதை பிடித்துக் கொள்கிறதா?

2 . FREEFALL (சுதந்திர வீழ்ச்சி) என்றால் என்ன?

3. SPACE STATION இல் இருப்பவர்கள் ஏன் தங்கள் எடையை உணர்வதில்லை?

சமுத்ரா

11 comments:

gopinath said...

Universe & human stupidity are infinite I am not sure about the former.This was the actual quotes by Einstein.

suresh said...

#எதிர்காலத்துக்கு பயணிக்க ஆசை இருந்தால் வெறுமனே ஒரு கனமான விண்மீனின் மேற்பரப்பில் போய் உட்கார்ந்து கொள்ள வேண்டியது. இரண்டு நாள் இருந்துவிட்டுத் திரும்பி வந்தால் பூமியில் ஒரு இருபது வருடங்கள் ஓடி இருக்கலாம்.#
நாள் என்பது, பூமி தன்னை தானே சுற்றுவது.
இங்கே இரண்டு நாள் என்பது எப்படி கணிப்பது ?

அப்பாதுரை said...

ஒவ்வொரு முறையும் பிரமிக்கிறேன்.
நிறைய தமிழ் கலைச்சொற்களை கற்க முடிகிறது. நன்றி.
ஆங்கிலத்தில் போலவே தொய்வில்லாமல் படிக்க முடிகிறது. பாராடுக்கள்.

அப்பாதுரை said...

சுதந்திர வீழ்ச்சி... பொருந்தவில்லை :)

அப்பாதுரை said...

நிலத்தளத்தில் வசித்தால் இளமை குன்றும் (தோற்றம்) - மாற்றிச் சொல்லிவிட்டீர்களோ?

RVS said...

ஆசானே! நானும் அழகா இருக்கனும்னு ஆசையா இருக்கு!! :-))

Yowan said...

super very good article..

நெல்லி. மூர்த்தி said...

""ரீனா, மீனா இருவரும் சகோதரிகள். ரீனா ஒரு 150 மாடி கட்டிடத்தின் கீழ்த்தளத்தில் (Ground Floor ) வசிக்கிறாள். மீனா 150 ஆவது தளத்தில் வசிக்கிறாள்.சகோதரிகள் நிறைய நாட்களாக சந்தித்துக் கொள்ளவே இல்லை. சில வருடங்கள் கழித்து மீனா தன் அக்கா ரீனாவை சந்திக்க கீழே இறங்கி வருகிறாள்.ரீனாவைப் பார்த்ததும் அவளுக்கு அதிர்ச்சி. அவள் இன்னும் இளமையாக இருக்கிறாள். மீனாவுக்கோ நிறைய வயது ஏறி பாட்டி ஆகி இருக்கிறாள்!
----------------------------------

"ரீனாவும் மீனாவும் ஒரே வயதுடைய இரட்டையர்கள். ரீனா பூமியில் இருக்க மீனா பக்கத்தில் இருக்கும் நட்சத்திரம் ஒன்றுக்கு ஒளியின் வேகத்தில் 80 % வேகத்தில் சென்று திரும்புகிறாள். திரும்பி வரும்போது ரீனாவுக்கு வயது ஆகி இருக்க மீனா இளமையாக இருக்கிறாள்."
----------------------------------
கலக்கலான அறிவியற் தொடர் என்பதில் எள்ளளவும் அய்யமில்லை. ஆனால், மேற்கூறிய இரண்டு வாக்கியங்களும் சற்று முரண்படுகின்றது. தங்கள் கூற்றுப்படி மீனா, ரீனாவை விட இளமையாக அல்லவா இருக்கவேண்டும்? வழக்கம் போல் சுவாரசியமாக இருக்கின்றது இப்பதிவு.

Jayadev Das said...

படிக்கும் காலத்தில் [ஏன் இன்றுவரை கூட என்றும் சொல்லலாம்] புரியாத சங்கதிகள் இப்போது எளிதில் புரிகின்றன. முக்கியமாக இரட்டையர்கள் Paradox. இதற்க்கு யார் யாரிடமோ எல்லாம் விளக்கம் கெட்டுப் பார்த்தேன், சொன்னார்கள், ஆனால் புரிந்ததில்லை, இன்று இந்த இடுக்கியைப் படித்தவுடன் எளிதில் புரிந்தது. நன்றி நண்பரே.

Jayadev Das said...

\\நாள் என்பது, பூமி தன்னை தானே சுற்றுவது. இங்கே இரண்டு நாள் என்பது எப்படி கணிப்பது ? \\ மிக அருமையான கேள்வி. நானும் கொஞ்சம் யோசிச்சேன்!! தற்போது SI [சர்வதேச அளவுகோல்கள் நிறுவனம்] இன் வரையறைப்படி [The time needed for a cesium-133 atom to perform 9,192,631,770 complete oscillations. Source: http://www.thefreedictionary.com/second] ஒரு சீசியம் அணு 9,192,631,770 முறை அலைவு அடைவதற்கான நேரம் என்று தெரிகிறது. ராக்கெட்டில் செல்லும் பொண்ணும் பூமியில் இருக்கும் பொண்ணும் இந்த அணுக்களை வைத்துக் கொண்டு எத்தனை முறை அதிர்கிறது என்பதை வைத்து தங்களது நேரத்தை கணக்கிட வேண்டும். அப்படிச் செய்தால், ராக்கெட்டில் சென்று கனமான கிரகத்தில் இருந்தவர் இரண்டு நாளைக் கணக்கிடும் போது, பூமியில் இருப்பவர் இருபது வருடங்களை கணக்கிட்டிருப்பார்.

Jayadev Das said...

1 Second=The time needed for a cesium-133 atom to perform 9,192,631,770 complete oscillations.
ராக்கெட்டில் போனவர் கொண்டு போன சீசியம் -133 அணு 2 x 24x 60 x 60 x 60 x 9,192,631,770 [இரண்டு நாள்] முறை அதிர்வடைந்ததாக எண்ணிச் சொல்லுவார், அதே நேரத்தில் பூமியில் இருப்பவரிடம் கேட்டால் அது 20 x 365 x 24x 60 x 60 x 60 x 9,192,631,770 [20 வருடம்] முறை அதிர்வடைந்ததாகச் சொல்லுவார்!!