அணு அண்டம் அறிவியல்-52

அணு அண்டம் அறிவியல்-52 உங்களை வரவேற்கிறது.

ஒரு மாறுதலுக்காக இன்று ஒரு வேறுபட்ட டாபிக்கைப் பார்ப்போம்.

INVISIBILITY - ஒரு பொருளை முற்றிலுமாக கண்ணில் இருந்து மறைத்தல்.இது நம் புராணக் கதைகளில் ரொம்ப ஜுஜுபி. கடவுள்கள் தவம் செய்யும் பக்தனுக்கு வரம் கொடுத்து விட்டு 'டஷ்' என்று மறைந்து போய் விடுவார்கள்.மாயாபஜார் போன்ற படங்களில் ஒரு மந்திரக் கம்பளத்தைப் போர்த்திக் கொண்டதும் சிலர் கண்களில் இருந்து மறைந்து விடுவார்கள்.இன்றும் கூட திரைப்படங்களில் தர்மசங்கடமான சூழ்நிலைகள் வரும்போது விவேக் 'எஸ்கேப்' என்று சொல்லிவிட்டு 'டஷ்' என்று மறைந்து போய் விடுவார். திரைப்படங்கள் 2D என்பதால் இது சுலபம்.விவேக் இருக்கும் Frame ஐத் தொடர்ந்து உடனடியாக விவேக் இல்லாத Frame -ஐ வைத்தால் (Sound effect டுடன்) மேட்டர் முடிந்தது.ஆனால் நிஜ உலகம் 3D ! இங்கே ஒரு பொருளை மாயமாக மறையவைக்க ரொம்பவே மெனக்கெட வேண்டும்.இதற்கு இயற்பியலின் விதிகள் அனுமதிக்கின்றனவா என்று பார்க்கலாம்.மாஜிக் நிபுணர் ஒருவர் ஒரு யானையை அப்படியே பார்வையாளர்கள் கண்ணில் இருந்து மறைய வைத்திருக்கிறார். இது ஒரு டிரிக் தான்.எப்படி என்று கடைசியில் பார்ப்போம்*

இயற்கை சில சமயங்களில் உயிரினங்களை அதன் எதிரிகளின் கண்களில் இருந்து சாமார்த்தியமாக மறைய வைக்கிறது. இதற்கு Camouflage என்று பெயர். இந்த படங்களைப் பார்த்தால் புரியும் என்று நினைக்கிறேன்.

ஒருவிதத்தில் பார்த்தால் நாமெல்லாம் முக்கால் குருடுகள். நிறைய மின்காந்த அலைகள் நமக்குத் தெரிவதே இல்லை. வெப்பத்தை நாம் உணர்கிறோமே தவிர பார்க்க முடிவதில்லை. எப்.எம்.ஸ்டேஷன்கள் , டி.வி. ஸ்டேஷன்கள் வெளியிடும் ரேடியோ அலைகள் நமக்குத் தெரிவதில்லை.மைக்ரோவேவ் அலைகள், புற ஊதாக் கதிர்கள் (UV ) அகச்சிவப்புக் கதிர்கள் (Infra red ) எக்ஸ்-ரே கதிர்கள் எதையும் நம்மால் பார்க்கமுடிவதில்லை.(நல்ல வேளையாக!) அப்படிப் பார்க்க முடிந்தால் உலகம் நமக்கு ஒரு இரண்டுவயதுக் குழந்தை கலர் பென்சில்களால் கிறுக்கிய காகிதம் போலத் தெரியும்!

சூரியன் தன் பெரும்பாலான ஆற்றலை கட்புலனாகும் (visible )அலைநீளத்தில் வெளியிடுகிறது (390 to 750 nm ) இந்த அலைநீளத்துக்கு அட்ஜஸ்ட் செய்து கொள்ளும்படி நம் கண்கள் பரிணாம வளர்ச்சி அடைந்துள்ளன.[ஒரு பொருள் வெளியிடும் மின்காந்த அலைகளின் அலைநீளம் (அல்லது அதிர்வெண்) அதன் வெப்ப நிலையை சார்ந்தது.சூரியனின் வெப்பநிலை 5780 கெல்வின் டிகிரி என்பதால் அது தன் ஆற்றலை 400 nm to 700 nm வரம்பில் வெளித்தள்ளுகிறது. எனவே பூமியில் பெரும்பாலான உயிர்களின் கண்கள் இந்த அலைநீளத்தை கிரகித்துக் கொள்ளும்படி வளர்ச்சி அடைந்துள்ளன. பூமியின் சில உயிரினங்கள் யூ.வி.அலைகளையும் பார்க்க முடியும் என்றும் சொல்கிறார்கள்.ஒரு நட்சத்திரம் நம் சூரியனை விட இன்னும் அதிகமான வெப்பநிலையில் இருந்தால் (ஒரு கோடி கெல்வின்கள்) அது எக்ஸ்-ரே கதிர்களை அதிகமாக வெளித்தள்ளும். அப்போது அந்த நட்சத்திரத்தை சுற்றும் கிரகத்தில் ஒருவேளை உயிர்கள் இருந்தால் அவைகளின் கண்கள் எக்ஸ்-ரே கதிர்களைப் பார்க்கும்படி பரிணாம வளர்ச்சி அடைந்திருக்கும்.அவற்றின் தோல் எக்ஸ்ரே கதிர்கள் ஊடுருவாதபடி அமைக்கப்பட்டிருக்கும். அப்போது அவர்கள் எலும்புமுறிவின் போது உள்ளே பார்க்க (அதிக ஆற்றல் கொண்ட)காமா கதிர்களைப் பயன்படுத்தக்கூடும்.

எனவே INVISIBILITY யின் முதல் சாத்தியக்கூறு ஒரு பொருளை நம் கண்கள் க்ரகிக்கமுடியாத அலைநீளம் உடைய அலைகளாக மாற்றுவது.

சரி முதலில் ஒரு பொருளை நாம் எப்படி 'பார்க்கிறோம்' என்று பார்க்கலாம். ஒரு பொருளைப் பார்ப்பதற்கு கண்டிப்பாக ஒளி (ஒளிமூலம்)தேவை. (சுலபமாக ஒருபொருளை மறைய செய்வது என்றால் வெறுமனே லைட்டை அணைத்துவிடுவது ஒரு எளிய டெக்னிக்!) சில விலங்குகள் இருட்டில் பார்க்கும் என்று சொல்வது தவறு. ஒரு சிறிய அளவேனும் ஒளி இருந்தால் தான் அவைகளால் பார்க்க முடியும்.ஒளிமூலத்தில் இருந்து வரும் ஒளி பொருட்களின் மீது பட்டு சிதறடிக்கப்படுகிறது.இப்படி கோடிக்கணக்கான போட்டான்கள் (ஒளித்துகள்கள்) ஒரு பொருளின் மீது பட்டுச் சிதறி நம் கண்ணை அடைகின்றன.எப்படி வௌவால்கள் தங்களுக்குத் திரும்பி வரும் ஒலியை வைத்துக் கொண்டு பொருட்களை எடைபோடுகின்றனவோ அதேபோல நம் கண்கள் சிதறடிக்கப்படும் ஓளியை வைத்துக் கொண்டு பொருளின் முப்பரிமாண பிம்பத்தை மூளைக்கு அனுப்பி வைக்கின்றன. எனவே ஒளி ஒரு பொருளினால் சிதறடிக்கப்படாமல் அப்படியே முழுவதும் அதன் வழியே சைலண்டாக ஊடுருவ முடிந்தால் அதை நம்மால் பார்க்க முடியாது.ஒருவிதத்தில் இது ஒலிக்கு(sound ) opposite . ஒரு பொருள் ஒலியைத் தடுத்தால் அதன் பின்னே இருப்பவருக்கு அது கேட்காது.ஆனால் ஒரு பொருள் ஒளியைத் தடுத்தால் தான் அதை ஒருவர் பார்க்கமுடியும்.

சரி.

ஆட்டுக்குட்டி, ஐஸ்வர்யாராய் போன்ற திடப்பொருட்களில் அணுக்களும் மூலக்கூறுகளும் பீக்-அவரில் பயணிக்கும் நகரப்பேருந்துகள் போல நெருக்கமாக இடைவெளி இன்றி அடைக்கப்பட்டிருக்கின்றன.அவற்றின் வழியே ஒளி நுழைந்து செல்வதற்கு முடிவதில்லை. எனவே மேலே படும் எல்லா ஒளியும் திரும்பி விடுகிறது.சுத்தமான தண்ணீர் ஓரளவு அந்தப்பக்கம் என்ன இருக்கிறது என்று காட்டுகிறது.இது ஏன் என்றால் தண்ணீரில் (அல்லது திரவங்களில்) மூலக்கூறுகள் அத்தனை நெருக்கமாக இருப்பதில்லை. கவிதை கருத்தரங்குகளில் மனிதர்கள் அங்கொன்றும் இங்கொன்றுமாக வேண்டாவெறுப்பாக உட்கார்ந்திருப்பதைப் போல மூலக்கூறுகளுக்கு இடையே நிறைய இடைவெளி இருக்கிறது.ஒளி இந்த இடைவெளி வழியே சுலபமாக உள்ளே புகுந்து போய் விடுகிறது. ஆனால் தண்ணீரின் மீது விழும் எல்லா ஒளியும் உள்ளே புகுந்து அந்தப்பக்கம் போவதில்லை.அதன் மூலக்கூறுகளால் சில போட்டான்கள் சிதறடிக்கப்பட்டு நம் கண்ணை அடைகின்றன.ஆனால் வாயுக்கள் சுத்தமாக நம் கண்களுக்குத் தெரிவதில்லை.இது ஏன் என்றால் முதலில் வாயுக்களில் மூலக்கூறுகள் மிக மிக விலகி மிக அதிக இடைவெளிகளுடன் அலைகின்றன . பெரும்பாலான ஒளி இந்த இடைவெளிகள் வழியே புகுந்து விடுகிறது. மேலும் வாயுக்களின் மூலக்கூறுகள் திரவ மூலக்கூறுகள் போல அவ்வளவு பெரிதாக இருப்பதில்லை.(அதிகபட்சம் இரண்டு மூன்று வாயு அணுக்கள் இணைந்து இருக்கும்)எனவே இந்த மூலக்கூறுகள் ஒளியின் இரண்டு முகடுகளுக்கு இடையே உள்ள இடைவெளியில் (அலைநீளத்தில்) சுலபமாக பொருந்தி விடுகின்றன.எனவே ஒளி கிரேட் எஸ்கேப்!

படிகத்தின் மூலக்கூறு அமைப்பு

சில திடப்பொருட்கள் சிலசமயம் ஓளியை அப்படியே தங்களுக்குள் கடந்து செல்ல அனுமதிக்கும். (படிகங்கள், கண்ணாடி) இது ஏன் என்றால் அவற்றின் ஒழுங்கான அடுக்கி வைக்கப்பட்ட மூலக்கூறு அமைப்பு (Crystal Structure )லைப்ரரியில் இரண்டு Rack -களுக்கு இடையே உள்ள இடைவெளியில் அந்தப்பக்கம் பார்க்க முடிவது போல இந்த அடுக்குகளுக்கு இடையே உள்ள இடைவெளியில் ஒளி புகுந்து சென்று விடுகிறது.ஆனால் ஒரு பொருள் நம் கண்களில் இருந்து முற்றிலும் மறைந்து போக வேண்டும் என்றால் அது ஒளிக்கு 100 % Transparent ஆக இருக்க வேண்டும் என்று தெளிவாகிறது.அதாவது தன்மீது விழும் ஓளியை நூறு சதவிகிதம் உள்ளே சமர்த்தாக அனுமதிக்க வேண்டும்.அதை கிரகித்துக் கொள்ளவோ திருப்பி விடவோ கூடாது.

இன்னொரு சாத்தியக்கூறு என்ன என்றால் அந்தப் பொருள் தன் மீது விழும் எல்லா ஒளியையும் உள்வாங்கிக் கொள்ள வேண்டும்.(ஆனால் இப்போது பொருள் கருப்பாக இருக்கும்) ஆனால் ஒருபொருள் தன் மீது விழும் எல்லா ஒளியையும் அப்படியே நிரந்தரமாக கிரகித்துக் கொள்ள முடியாது. (அப்படி செய்தால் அது கருந்துளை(Black hole ) ஆகி விடும்) ஓளியை உள்வாங்கிக் கொள்ளும் பொருளின் எலக்ட்ரான்கள் குரங்குகள் தின்ற கொழுப்பில் உச்சிமரம் ஏறுவது போல அணுவின் உயர்ந்த ஆற்றல் மட்டங்களுக்கு சென்று அமர்ந்து கொள்ளும்.ஓர் அணுவில் எலக்ட்ரான்கள் இப்படி Excited state இல் வெகுநேரம் இருக்க முடியாது.தாங்கள் சாப்பிட்ட ஓளியை உமிழ்ந்து மீண்டும் பழைய நிலையில் சென்று அமர்ந்து கொள்ளும்.இப்போது உமிழப்பட்ட போட்டான்கள் (வேறு அலைநீளத்துடன்) பொருளில் இருந்து கடத்தப்படும்(கதிர்வீச்சு) .இப்படி மூலக்கூறுகள் தேவையில்லாமல் அலைக்கழிக்கப் படுவதால் கறுப்புப்பொருள் ஒன்று எளிதில் சூடடைந்து விடுகிறது.[இந்தத் தத்துவத்தில் தான் லேசர் வேலை செய்கிறது.ஒரு வாயுவை மிக அதிக ஆற்றல் கொடுத்து அதன் எலக்ட்ரான்கள் உயர் ஆற்றல்மட்டங்களுக்கு தாவும்படி செய்ய வேண்டியது.பிறகு இந்த எலக்ட்ரான்கள் மீண்டும் தங்கள் பழைய நிலைக்குத் திரும்பும் போது உமிழப்படும் எல்லா போட்டான்களும் ஒரே சமயத்தில் ஒரே வீச்சுடன் ராணுவ வீரர்கள் போல வரிசையாக வர ஆரம்பிக்கும்.லேசர் என்பது மிகவும் செறிவுபடுத்தபப்ட்ட ஒளி.]

[சரி. ஓளியை (ஆற்றலை) உள்வாங்கிய பொருள் அதை கதிர்வீச்சாக வெளியிட்டே ஆக வேண்டும். ஆனால் ஒரு கருந்துளைக்குள் போகும் ஒளி என்ன ஆகிறது?கருந்துளையின் அபார ஈர்ப்பு காரணமாக ஒரு சிறிய துமி** கூட அதிலிருந்து வெளியேற முடியாது.ஒருபுறத்தில் கருந்துளை தன் மீது விழும் எல்லா ஒளியையும் கிரகித்துக் கொண்டே இருக்கிறது. இன்னொருபுறம் அது வெளியேறும் வாசல் அடைக்கப்பட்டு விட்டது.இதற்கு விடையாக ஸ்டீபன் ஹாக்கிங், கருந்துளைகளில் இருந்து கூட கதிர்வீச்சு நடைபெறும் என்று அனுமானிக்கிறார் (Hawking 's radiation ) ]

ஓகே.

ஒரு பொருளை கண்களில் இருந்து மறைக்க இயற்பியல் ரீதியான இன்னொரு வழி, அதன் மீது விழும் அத்தனை ஒளியையும் தொடர்ந்து வளைத்து ஒளி அந்த பொருளை சுற்றிக் கொண்டு அந்தப்பக்கம் போவது போலச் செய்வது. இந்த வகையில் அந்தப் பொருளின் பின்னே என்ன இருக்கிறதோ அது நமக்குத் தெரியும்.அந்தப் பொருள் ஓளியை எதுவும் செய்யாததால் நம் கண்களில் இருந்து மறையும்.

ஒளி ஒரு ஊடகத்தில் இருந்து இன்னொரு ஊடகத்துக்கு செல்லும் போது (ஒருமுறை) வளையும் என்று நமக்குத் தெரியும். தண்ணீரில் அமிழ்த்தி வைக்கப்பட்ட ஸ்கேல் ஒன்று வளைந்து தெரிவது இதனால்தான். வெற்றிடத்தில் ஒளி ஹைவேயில் செல்லும் வாகனம் போல எந்தத் தடையும் இன்றி வேகமாகப் பயணிக்கிறது.அது அடர்த்தி அதிகம் உள்ள ஒரு ஊடகத்தில் நுழையும் போது அதன் அணுக்களால் தடுக்கப்பட்டு ஜனநடமாட்டம் நிறைந்த சந்தில் பயணிக்கும் வாகனம் போல வேகம் குறைகிறது.தூரத்து விண்மீனில் இருந்து வரும் ஒளி வெற்றிடத்தில் இருந்து நம் வளிமண்டலத்தில் நுழையும் போது இந்த Refraction , ஒளிவிலகல் நடைபெறுகிறது. இது அந்த விண்மீனின் இருப்பிடத்தைப் பிழையாகக் காட்டும் என்பதால் இந்த விளைவை கான்சல் செய்யும் படி வானவியலாளர்கள் தங்கள் டெலஸ்கோப்புகளை அட்ஜஸ்ட் செய்து கொள்வார்கள். ஒரு விண்மீன் தொடுவானத்துக்கு மிக அருகில் இருந்தால் அப்போது அதை தொலைநோக்கியில் பார்த்து ஆராய்ச்சி செய்வதை கூடுமான அளவு தவிர்ப்பார்கள்.

ஒளி ஒரு அடர் ஊடகத்தில் நுழையும் போது எந்த அளவு வேகம் குறைகிறது என்பதை Refractive Index என்ற எண்ணின் மூலம் அளவிடுவார்கள்.இது எப்போதுமே ஒன்றைவிடப் பெரிய பாசிடிவ் எண்ணாக இருக்கும். உதாரணம் காற்றின் ஒளிவிலகல் எண் 1 .0003 ,நீருக்கு 1 .33 ..

Meta Material எனப்படும் ஒரு கற்பனை வஸ்து எதிர்மறை ஒளிவிலகல் எண்ணுடன் இருக்கும் என்கிறார்கள் (Negative Refractive Index )இதன் வழியாக செல்லும் ஒளி ஒரு கண்ணாடியைப் போன்றோ அல்லது தண்ணீரைப் போன்றோ வளைக்கப்படாமல் படத்தில் இருப்பது போல வளைக்கப்படும். மெட்டா திரவத்தில் கை வைத்தால் உங்கள் கை முறிந்து இடதுபக்கம் தொங்குவது போலத் தெரியும்) எனவே இந்த மெட்டா மெட்டீரியல்களைப் பயன்படுத்தி தகுந்த தொழில்நுட்பத்துடன் ஒரு பொருள் தன்மீது விழும் ஒளியைத் தொடர்ந்து வளைக்கும்படி செய்து அந்த பொருளை ஒளி சுற்றிக்கொண்டு செல்லும்படி செய்தால் அந்தப் பொருள் மாயப் போர்வை போர்த்திக் கொண்ட ஹாரிபாட்டர் போல நம் கண்களில் இருந்து முற்றிலுமாக மறையும்.

INVISIBILITY க்கான மற்ற சாத்தியங்களை அடுத்த அத்தியாயத்தில் பார்க்கலாம்.

* யானை எப்படி மறைந்தது என்றால்: யானையை ஒரு கூண்டுக்குள் வைக்க வேண்டியது. கூண்டின் தடிமனான கம்பிகளுக்கு பின்னால் நீண்ட மெல்லிய கண்ணாடிகளை மறைத்து வைக்க வேண்டியது.மாகிக் செய்பவர் கூண்டை துணியால் மூடும் மிகச் சிறிய நேர இடைவெளியில் இந்த கண்ணாடி ஸ்லாப்-கள் பார்வையாளர்களை நோக்கி திரும்பி 45 டிகிரி சாய்த்து வைக்கப்படும். கூண்டுக்கு மேலும் பின்னாலும் இதே போன்ற கண்ணாடிகள் உண்டு.படத்தில் காட்டியிருப்பது போல இந்த கண்ணாடிகள் கூண்டுக்கு பின்னால் இருக்கும் பிம்பங்களை பிரதிபளித்து பார்வையாளர்கள் அதைப் பார்ப்பார்கள். கூண்டின் கம்பிகள் தெரியும். அதற்கு இடையே உள்ள இடைவெளிகளில் கூண்டின் பின்னால் இருக்கும் பொருட்கள் தெரியும்.ஆனால் யானை மட்டும் சாமார்த்தியமாக கண்ணாடிகளால் மறைக்கப்படும்.

** சிலர் அறிவியலை தமிழில் மொழிபெயர்க்கும் போது PARTICLE என்பதற்கு துகள் என்று சொல்லாமல் துமி என்று சொல்கிறார்கள்.(உதாரணம்: இயற்பியலின் தாவோ)துமி என்பது துகளை விட சிறியது .திரவத்தின் சிறிய பகுதியை துளி என்பது போல திடத்தின் சிறிய பகுதியை துமி!இந்த வார்த்தையை அறிமுகப்படுத்தியவர் கம்பர்.அரசர் கம்பரையும் ஓட்டக்கூத்தரையும் தனித்தனியே ராமாயணம் எழுதும்படி பணிக்கிறார். சிறிது காலம் கழித்து இருவரையும் அழைத்து இதுவரை எத்தனை எழுதி இருக்கிறீர்கள்? என்று கேட்கிறார். ஒட்டக்கூத்தர் கடல் காண் படலம் வரை எழுதி இருப்பதாக சொல்கிறார்.கம்பரோ இன்னும் ஒருபாட்டு கூட எழுதியிருக்கவில்லை. இருந்தாலும் தன்மானத்தை இழக்க விரும்பாமல் தான் 'திருவணைப் படலம் 'வரை எழுதி இருப்பதாகச் சொல்கிறார். அப்படியானால் அதில் இருந்து ஒரு பாட்டுப் பாடுங்கள் என்று அரசன் கேட்க 'குமுதன் என்னும் படைத்தலைவன் வேரோடு மலையைப் பிடுங்கி கடலில் தூக்கி வீசியபோது நீர்த்துமிகள் தெளித்தன, அதைக்கண்டு வானவர் இன்னொரு முறை அமுதம் வரும் என்று துள்ளினார்கள்' என்று பாடினார்.இதைக் கேட்டு ஒட்டக்கூத்தர் தமிழில் துமி என்ற வார்த்தையே இல்லை.எனவே நீங்கள் பதட்டத்தில் உருக்கட்டி பாடிய பாடல் இது என்று சாதிக்கிறார்.கம்பரோ கலைவாணியை மனதில் நினைத்துக் கொண்டு இந்த வார்த்தை கிராமப்புறங்களில் புழக்கத்தில் உள்ளது என்கிறார். இதை உண்மையா என்று சோதிக்க மூன்று பேரும் மாறுவேடத்தில் நகர்வலம் செல்கிறார்கள்.அப்போது சரஸ்வதி மோர் விற்கும் பெண்ணாக வந்து தன் குழந்தைகளிடம் “பிள்ளைகளே! சற்றுத் தள்ளிப்போய் விளையாடுங்கள். உங்கள் மீது மோர்த்துமி தெளிக்கப் போகிறது.” என்று கூறி கம்பரின் வாக்கை மெய்ப்பிக்கிறாள்.


சமுத்ரா