அணு அண்டம் அறிவியல் -55

அணு அண்டம் அறிவியல் -55 உங்களை வரவேற்கிறது

அங்கே தெரியும் நிலாவைப் பாருங்கள். நாம் பார்ப்பதால் தான் அந்த நிலா இருக்கிறதா? -ஐன்ஸ்டீன்

[பிக் பாங்,பிரபஞ்சம், அதன் விசைகள் இவற்றைப் பற்றி விரிவாக அறிந்து கொள்ள நாம் Particle Physics -இன் அடிப்படைகளைப் பற்றி தெரிந்து கொள்ள வேண்டியது அவசியமாகிறது]

விஞ்ஞானிகள் சிலர் தங்கள் கண்டுபிடிப்புகளால் உலகப் புகழ் பெற்று இருந்தாலும் கூட அவர்களின் சொந்த வாழ்க்கை (Personal life )அத்தனை வெற்றிகரமாக அமைந்ததில்லை என்று நாம் ஏற்கனவே ௮-௮-௮ வில் பார்த்திருக்கிறோம். நிறைய விஞ்ஞானிகள் 'எதற்கு வம்பு' என்று கல்யாணமே செய்து கொண்டதில்லை. செய்து கொண்ட போதிலும் நிறைய பேர் 'டைவர்ஸ்' கேசுகளாகவே இருந்திருக்கிறார்கள்.சில பேர் தீராத மன மற்றும் உடல் வியாதிகளால் தொடர்ந்து வேதனைப்பட்டு வந்திருக்கிறார்கள். 'சைக்கோ' என்ற பட்டப்பெயரைக் கூட சிலருக்கு சமூகம் கொடுத்திருக்கிறது.விஞ்ஞானிகள் தங்கள் தனிப்பட்ட வாழ்க்கையிலும் மனைவி, குழந்தை, குடும்பம் என்று வெற்றிகரமாக வலம்வருவது அறிவியலின் வரலாற்றில் கொஞ்சம் அரிதாகவே இருக்கிறது.

இந்த அத்தியாயத்தில் நாம் பார்க்கப் போகும் விஞ்ஞானி கூட இதற்கு விதிவிலக்கு அல்ல. அவர் குவாண்டம் இயற்பியலின் அசைக்க முடியாத தூண்களில் ஒருவரான பால் டைராக் (1902–84 ).முதலில் நாம் இவர் என்ன சாதனைகளை செய்தார் என்று பார்ப்பதற்கு முன், அவருக்கு இருந்த சில பிரச்சனைகளைப் பார்க்கலாம்.(என்ன ஒரு சந்தோஷம்?!) டைராக், அழகான ஆள் தான் என்ற போதிலும் (பார்க்க படம்) அவருக்கு மற்றவர்களிடத்தில் இயல்பாகப் பேசுவதில் தயக்கம் இருந்தது.முடிந்த வரை அவர் கூட்டத்தைத் தவிர்த்து தனியாக இருக்கவே விரும்பினார். கண்டிப்பாகப் பேச வேண்டும் என்ற நிலை வந்தாலும் மிகக் குறைவாகவே பேசுவார். அதுவும் பொதுவாக 'Yes ' 'No ' 'I don't know ' இது போல தான் இருக்கும்.ஒரு வாக்கியத்தை பெரும்பாலும் முழுதும் முடிக்க முடியாமல் தடுமாறுவார்.பின்னாளில் இயற்பியலுக்கான நோபல் பரிசு தன்னைத் தேடி வந்த போது கூட , அந்த புகழ் வெளிச்சத்தை விரும்பாத டைராக் அதை முதலில் நிராகரித்தார்.ஆனால் நோபல் பரிசை நிராகரிப்பது என்பது அதைப் பெற்றுக் கொள்வதை விட அதிக Publicity யைக் கொண்டு வரும் என்று அவரது ஆலோசகர்கள் சொன்னதால் கடைசியில் அதை வாங்கிக் கொண்டார்.

டைராக், Asperger syndrome என்ற ஒருவிதமான வினோத மனநோயால் பாதிக்கப்பட்டிருந்தார் என்று சொல்கிறார்கள்.இந்த நோய் இருப்பவர்களால் சமூகத்தில் இயல்பாகப் பழக முடியாது.சுலபமான ,சாதாரணமான விஷயங்களைக் கூட அதிக நேரம் எடுத்துக் கொண்டு செய்வார்கள்.ஆனால் அவர்களுக்கு விதிவிலக்கான சில திறமைகள் இருக்கலாம். கணிதம், இயற்பியல், வேதியியல் போன்ற ஏதோ ஒரு துறையில் அவர்கள் சாதாரண மனிதர்களை விட நூறு மடங்கு அதிக ஆர்வம் உள்ளவர்களாக இருக்கலாம். டைராக், அதே போல மிக அபூர்வமான கணக்கிடுதல் திறமையுடன் (calculation ability)இருந்தார்.

இயற்பியலில் இரண்டு விதமான அணுகுமுறைகள் உள்ளன.

ஒன்று:- முதலில் தர்கரீதியாக சிந்தித்து பிறகு சூத்திரங்களை உருவாக்குதல் (உதா: ஐன்ஸ்டீன்) : ஐன்ஸ்டீன் கணக்கில் மிகவும் வீக். ஏன், கணக்கு என்றாலே அலர்ஜி .ஆனால் அவர் கண்டுபிடித்த பொது சார்பியல் கொள்கை தான் இன்றைக்கு மிக அதிக சவாலான கணக்கீடுகளை உள்ளடக்கியுள்ளது. ஆனால் அவர் முதலில் இந்த சமன்பாடுகள் ரீதியாக சிந்திக்கவில்லை. தன் கற்பனைத் திறன் மூலம் இயற்பியலின் புதிர்களை OUT OF BOX thinking முறைப்படி சிந்தனை செய்தார் அவ்வளவு தான்.

இயற்பியல் விதிகள் யார்க்கும் மாறாது என்பது ஒரு ஏற்றுக் கொள்ளத்தக்க எளிமையான சிந்தனை. அதாவது இயற்பியலின் அத்தனை விதிகளும் நின்று கொண்டிருப்பவருக்கும் அதிக வேகத்தில் சென்று கொண்டு இருப்பவருக்கும் ஒரே மாதிரி தான் இருக்கும். நிற்பவரின் கால்குலேட்டரும் நகர்பவரின் கால்குலேட்டரும் 2 + 2 = 4 என்று தான் சொல்லும். கால்குலேட்டர் இரண்டும் இரண்டும் நாலு என்று சொல்வது நமக்கு ஜுஜுபி என்று தோன்றினாலும் அதற்குப் பின்னணியில் நிறைய விதிகள் ஒருசேர இயங்குகின்றன. கால்குலேட்டரின் மின் சுற்று சரியாக ஓம் மற்றும் தெவேன்னியன் விதிகளைப் பின்பற்ற வேண்டும். கால்குலேட்டரின் டிரான்சிஸ்டர்கள் குவாண்டம் விதிகளுக்கு உட்பட வேண்டும்.எனவே விமானத்தில் அதிவேகத்தில் விரைந்து கொண்டிருக்கும் ஒருவருக்கு 2 +2 = 4 என்று கால்குலேட்டர் காட்டினால் நாம் இயற்கையின் விதிகள் எந்த ஒரு சட்டத்திலும் (Frame of reference ) மாறாது என்று உறுதியாகச் சொல்ல முடியும். சரி அப்படியானால் அதிவேகத்தில் நகர்ந்து கொண்டிருக்கும் ஒருவருக்கு மாக்ஸ்வெல்லின் மின்காந்த விதிகள் கூட மாறாது.மாக்ஸ்வெல்லின் மின்காந்த விதிகள் சொல்வது என்ன என்றால் ஒளி உட்பட எல்லா மின்காந்த அலைகளும் அவற்றின் மின் பகுதி (electrical component ) காந்தப் பகுதியை (magnetic component ) முந்திக் கொண்டு ஓட, ஒரு சீரான வேகத்தில் நகரும் என்பது

கொஞ்சம் கணித ரீதியாக சொல்வது என்றால்:

இந்த சமன்பாடு பிரபஞ்சத்தின் எந்த மூலையிலும், எந்த கவனிப்பவருக்கும் (observer ) பொருந்தும்.ஆனால், சுவாரஸ்யமாக இந்த சமன்பாட்டில் ஒரு 'திசைவேகம்' மாறிலியாக வருகிறது. நம் தினப்படி அனுபவங்கள் திசைவேகம் என்பது பார்ப்பவரைப் பொறுத்து மாறக் கூடிய ஒரு எண் என்று சொல்கின்றன.அதாவது நமக்கு முன் 40 கி.மீ வேகத்தில் செல்லக் கூடிய ஒரு காரை நாம் எட்டிப் பிடிக்கும் போது அதன் வேகம் நம் வேகத்துக்கு ஏற்ப படிப்படியாகக் குறைந்து 40 ,30 ,20 ,10 என்று வந்து பின்னர் நமக்கு அந்த கார் நிலையானதாகத் தெரியும்(v =0 ). இதே லாஜிக்கை நாம் ஒளிக்கும் பயன்படுத்தலாம்.தனக்கு முன் விரையும் ஒளியைப் பிடிக்க முனையும் ஒருவருக்கு ஒளியின் வேகம் படிப்படியாகக் குறைந்து பயணிப்பவர் ஒளியின் வேகத்தை எட்டும் போது ஒளி அவருக்கு நிலையானதாகத் தோன்றி 'ஹலோ' சொல்ல வேண்டும்.


ஆனால் அப்படி மின் மற்றும் காந்தப் பகுதிகள் நகராமல் 'உறைந்து போய் விட்ட ஒளி' (Frozen light wave )யை மாக்ஸ்வெல் விதிகள் அனுமதிப்பதில்லை.அதாவது,மேலே உள்ள சமன்பாட்டில் c =0 (ஒளி நிலையாக நின்று விடுவதால்) என்று போட்டால் மின் மற்றும் காந்த மாறிலிகளின் மதிப்புகள் முடிவிலியை (infinity )அடைகின்றன. ஆனால் அந்த மாறிலிகளின் மதிப்புகள் முடிவிலி அல்ல.இயற்பியல் மாறிலிகள் ∞ ஆக இருக்க முடியாது

...எனவே கவனிப்பவர் எத்தனை வேகத்தில் சென்றாலும் அவருக்கு முன்னே விரையும் ஒளியின் வேகம் அவரைப் பொறுத்து மாறாமல்(குறையாமல்) 'C ' என்றே இருக்கும். ஆனால் எப்படி ஒளியானது தனக்குப் பின்னால் பல்வேறு வேகங்களில் துரத்திக் கொண்டு வரும் யாருக்கும் சிக்காமல் ஒரே வேகத்தை Maintain செய்கிறது என்று ஐன்ஸ்டீன் யோசிக்கிறார். அவருக்கு அப்போது புரட்சிகரமான ஒரு ஐடியா பளிச்சிடுகிறது. வெளியும் காலமும் மாறாத Absolute விஷயங்கள் என்ற கருத்து உடைபடுகிறது. வேகமாக நகர்பவருக்கு (நிலையாக இருப்பவரைப் பொறுத்து) வெளி சுருங்கியும் காலம் மட்டுப்பட்டும் அவர் ஒளியின் வேகத்தை மாறாமல் அளவிடும் படி செய்கின்றன.[அதாவது வேகம் =வெளி/காலம் .வெளியை அளக்க அவர் எடுத்துச் செல்லும் அளவுகோல் சுருங்கியும் காலத்தை அளக்க அவர் எடுத்துச் செல்லும் கடிகாரம் மெதுவாக ஓடியும் அவர் அளவிடும் ஒளிவேகத்தை Balance செய்கின்றன] இப்படி வந்தது தான் ஐன்ஸ்டீனின் சிறப்பு சார்பியல் கொள்கை!

இன்னொரு விதமான அணுகுமுறை என்ன என்றால் முதலில் பேப்பர் பேனா வைத்துக் கொண்டு பக்காவாக கணக்குப் போட்டு விடுவது. பின்னர் அந்த கணக்கீடுகள் என்ன சொல்கின்றன என்று அதை உலகத்துக்குப் பொருத்திப் பார்ப்பது! இந்த முறையை கையில் எடுத்துக் கொண்டார் டைராக். உதாரணமாக ஒரு பொருளின் ஆற்றலையும் அதன் நிறையையும் தொடர்பு படுத்தும் பிரபலமான சமன்பாடு:

எளிமை கருதி பொருள் நிலையாக இருப்பதாகக் கொள்வோம். எனவே அதன் உந்தம் = 0

எனவே E2 =m2 C4 என்று வரும். இதற்கு இரண்டு பக்கமும் வர்கமூலம் எடுத்தால் (square root )

E = mc2 என்று வருகிறது. சரி..ஸ்கூலில் பத்தாவது வரை படித்த எல்லாருக்கும் வர்க்க மூலம் எடுக்கும் போது

± குறி போடவேண்டும் என்று தெரியும். அதாவது, ஒரு இருபடி சமன்பாட்டுக்கு (Quadratic equation)எப்போதும் இரண்டு மூலங்கள் இருக்கும்.

x2 =4 என்று சொன்னால் x என்பது 2 அல்லது -2 ஆக இருக்கலாம்.

எனவே , ± E = ± mC2 என்று வருகிறது. எனவே E = -mC2 என்றும் சொல்ல முடியும். இந்த சமன்பாடு, ஆற்றல் (அல்லது பொருள்) என்பது எதிர்மறை மதிப்பைக் (Negative value ) கொண்டிருக்கலாம் என்று சொல்கிறது.எனவே டைராக், உலகத்தில் உள்ள ஒவ்வொரு பொருளுக்கும் அதற்கு சமமான நிறை உள்ள ஒரு எதிர்ப்பொருள் இருக்கலாம் என்று ஊகித்தார். உதாரணமாக அடிப்படைத் துகள் எலக்ட்ரானுக்கு அதே அளவு நிறை உள்ள பாசிட்ரான் என்ற நேர் மின்சுமை உள்ள எதிர்ப்பொருள் இருக்கலாம் என்று ஊகித்தார்.

நிற்க.தாவோ அல்லது தந்த்ரா பற்றி ஏற்கனவே நாம் பேசி இருக்கிறோம்.இவை இரண்டும் முறையே சீனா மற்றும் இந்தியாவின் நெறிகள். ஒரு விஷயம் என்பது அதற்கு எதிர் விஷயத்தால் பூர்த்தி செய்யப்படுகிறது என்று சொல்லும் தாவோவின் பாகுவா குறியீட்டை நீங்கள் பார்த்திருக்கக் கூடும்.உள்ளே இருக்கும் கருப்பு பற்றும் வெள்ளை (மீன் போன்ற) குறியீடுகள் ஒன்றுக்கு ஒன்று எதிராக இருந்தாலும் ஒன்றை ஒன்று செவ்வனே பூர்த்தி செய்கின்றன. இதே போல தந்த்ரா ஆண் மற்றும் பெண் என்ற ஒன்றுக்கொன்று எதிரிடையான சக்திகள் ஒன்று சேரும் போது தெய்வத்தின் சங்கமம் நிகழ்கிறது என்று சொல்கிறது. அதாவது ஆண் , அல்லது பெண் அல்லது எலக்ட்ரான் என்பவை உண்மையின் பாதிகள்..அவை தங்கள் இன்னொரு எதிர்ப்பாதியுடன் சேரும் போது முழுமை அடைகின்றன.

யிங்-யாங்

எனவே அண்டத்தில் உள்ள ஒவ்வொரு துகளுக்கும் அதன் (எதிர்) ஜோடி இருக்கும். 'இயற்கை ஜோடிகளையே படைக்கிறது' [பிரம்மச்சாரி யாரும் இங்கே கிடையாது!] என்ற புரட்சிகரமான கருத்தை டைராக் முன்வைத்தார்.பிறகு சில ஆண்டுகள் கழித்து டேவிட் ஆண்டர்சன் எலக்ட்ரானின் எதிர்த்துகளான பாசிட்ரானைக் கண்டுபிடித்தார். இது 1933 ஆம் ஆண்டிற்கான இயற்பியல் நோபல் பரிசை டைராகிற்கு பெற்றுத் தந்தது.

சரி.

டைராக் கடல்

எதிர்மறை ஆற்றல் (-E)என்பது ஒரு ஏடாகூடமான விஷயம். பொருட்கள் குறைந்த ஆற்றல் நிலையை நோக்கியே நகர விரும்பும் என்பதால் டைராக்கின் இந்த கண்டுபிடிப்பு ஒரு பிரச்சனையை எழுப்பியது. அதாவது எலக்ட்ரான்கள் அணுவை சுற்றாமல் நிரந்தரமாக எதிர்மறை ஆற்றல் நிலையில் போய் விழுந்து விடும். எனவே நமக்கு நிலையான அணுக்கள் கிடைக்காது.இதை சரிகட்ட டைராக் 'டைராக் கடல்' (Dirac Sea ) என்ற ஒரு மாடலை முன்வைத்தார்.அதாவது எதிர்மறை ஆற்றல் நிலை ஏற்கனவே முழுவதுமாக துகள்களால் நிரப்பப்பட்டு விட்டது .(ஹவுஸ் ஃபுல்).எனவே எலக்ட்ரான் அங்கே போய் விழுந்து விடுவதை Pauli 's Exclusion principle தடை செய்கிறது.எதிர்மறை ஆற்றல் நிலையில் சிறைப்பட்டிருக்கும் ஒரு எலக்ட்ரான் சில சமயங்களில் ஆற்றல் மிகுந்த காமாக் கதிர்களால் தாக்கப்படலாம்.அப்போது அது கடலில் இருந்து விடுபட்டு வெளியே வரலாம். அது இருந்த இடத்தில் இப்போது அதன் அளவே (நிறை) உள்ள ஒரு குழி உருவாகி இருக்கும். அந்த குழி தான் நமக்கு எலக்ட்ரானின் எதிர்த் துகளான பாசிட்ரான்-ஆகத் தோற்றம் அளிக்கிறது என்று டைராக் விளக்கம் அளித்தார். அதாவது ஆற்றல் அதிகம் உள்ள ஒரு காமா அலை தன்னிச்சையாக ஓர் எலக்ட்ரானையும் அதன் எதிர்த் துகளான பாசிட்ரானையும் தோற்றுவிப்பதாகத் தோன்றும். ஒரு காகிதத்தில் கத்திரியைப் பயன்படுத்தி ஒரு வடிவத்தை வெட்டி எடுங்கள். இப்போது அந்தக் காகிதத்தில் ஒரு பகுதியும் அதை வெட்டியதால் காகிதத்தில் ஏற்ப்பட்ட குழியும் நமக்குக் கிடைக்கும்.ஆனால் இதை செய்வதற்கு நாம் ஆற்றலை (கத்திரிக்கோலின் இயக்க ஆற்றல்) செலுத்த வேண்டும். எனவே அதிக ஆற்றல் உள்ள காமாக் கதிர்களால் (கத்திரி) பொருளையும் (காகிதத் துண்டு) அதன் அளவே உள்ள எதிர்ப் பொருளையும் (காகிதக் குழி) உருவாக்க முடியும், காகிதத்தில் தோன்றும் குழி அதை வெட்டி எடுத்த பகுதியைப் போலவே அச்சு அசலாக இருக்கும் அல்லவா?எனவே தான் எலக்ட்ரானும் அதன் எதிர்த்துகள் பாசிட்ரானும் எல்லா விதத்திலும் ஒரே மாதிரி இருக்கும்.(மின்சுமையைத் தவிர)


சமுத்ரா