அணு அண்டம் அறிவியல் -43

அணு அண்டம் அறிவியல் -43 உங்களை வரவேற்கிறது

நான் கண்டுபிடித்த E=MC2 இத்தனை கொடூரமான விளைவுகளை உருவாக்கும் என்று முன்பே தெரிந்திருந்தால் நான் ஒரு வாட்ச் ரிப்பேர் செய்பவனாகப் போயிருப்பேன் - ஐன்ஸ்டீன்

ஒளி என்பது ஓர் அற்புதம். நிற்காமல் நகர்ந்து கொண்டிருக்கும் வரை தான் ஒளி ஒளியாக இருக்கும். (ஒளி கடுமையான உழைப்பாளி!) கொஞ்சம் ரெஸ்ட் எடுத்துக் கொள்ளலாம் என்று உட்கார்ந்து விட்டால் அது ஒளி என்ற பீடத்தில் இருந்து கீழே இறக்கப்பட்டு பருப்பொருள் ஆகிவிடும். இதன் மறுபுறமும் உண்மை. ஒரு பருப்பொருள் ஒளிவேகத்தில் செல்ல முடியுமானால் அது ஒளியாகவே மாறிவிடும்!

இயற்பியல் வரலாற்றிலேயே மிகவும் பிரபலமான அதே சமயம் மிகவும் தவறாகப் புரிந்து கொல்லப்பட்ட (most famous yet most misunderstood) ஒரு சமன்பாடு இருக்கும் என்றால் அது E=MC2 என்பதாக மட்டுமே இருக்கும்.இதன் உண்மையான வடிவம் E0 =M0C2 (E-zero is equal to M-zero C squared,rest mass,rest energy ) என்றும் E=ymc2 என்றும் (y=gamma) ரொம்ப படித்தவர்கள் சொல்வார்கள்.இங்கே 'காமா' என்பது ஒரு Conversion Factor .. ஒரு Frame of reference இல் இருந்து இன்னொன்றுக்கு தாவும் போது (புதியதன்) காலம் , வெளி மற்றும் நிறையைக் கணக்கிட இதை நாம் உபயோகிக்க வேண்டும். டாலரில் இருந்து ரூபாய்க்கு மாறும் போது $=45 Rs என்று எழுதுகிறோமே அது மாதிரி. ஆனால் ஒரு FOR இல் இருந்து இன்னொன்றுக்கு மாறும் போது ஒன்று மட்டும் மாறாமல் இருக்கிறது . அது என்ன என்றால்: சாரி அது ஆத்மா அல்ல..ஒளியின் வேகம்! (C ) இன்னும் உங்களை குழப்ப வேண்டும் என்றால் E=MC2 என்பதன் உண்மையான வடிவம் ! இங்கே P என்பது பொருளின் உந்தம் (mv ) .ஆனால் நாம் E=MC2 என்பதை சாதாரணமாக நமக்குத் தெரிந்த விஷயம் தானே? ஸ்கூலிலேயே படித்தாயிற்று என்று அலட்சியமாக இருந்துவிடுகிறோம்.

இன்னும் ஒரு கோஷ்டி இருக்கிறது. இதை எப்பவோ வேதத்திலும் உபநிஷதத்திலும் சொல்லி விட்டார்கள் என்று சொல்லிக் கொண்டு திரியும் கோஷ்டி. மனிதனுக்குள் மாபெரும் சக்தி ஒளிந்திருக்கிறது என்று உபநிஷதம் சொல்லும் போது அது நிறையை ஆற்றலாக மாற்றி வரும் MATERIALISTIC சக்தியாய் இருக்கும் என்று தோன்றவில்லை. ஆன்மீகத்தையும் அறிவியலையும் அங்கங்கே ஊறுகாய் போல ஒப்பிடலாம். அதற்காக இரண்டும் ஒன்று தான் என்று சொல்லி ஊறுகாயையே சாதத்திற்கு பிசைந்து சாப்பிடக் கூடாது. ஆன்மிகம் இல்லாத அறிவியல் முடம்; அறிவியல் இல்லாத ஆன்மிகம் குருடு என்று ஐன்ஸ்டீன் ஒருமுறை சொன்னாராம். ஆனால் எனக்கு அவர் உல்டாவாக சொல்லியிருக்கலாம் என்று தோன்றுகிறது. அதாவது ஆன்மிகம் இல்லாத அறிவியல் குருடு. அறிவியல் இல்லாத ஆன்மிகம் முடம்! இரட்டைப் புலவர்கள் செய்தது போல முடவர் குருடரின் தோளில் ஏறிக்கொண்டு அவருக்கு வழி சொல்ல வேண்டும்.ஆம்..ஆன்மிகம் அறிவியலின் தோளில் ஏறிக்கொண்டு அதை வழிநடத்த வேண்டும். (கவனிக்கவும் ஆன்மிகம்! ஆன்மீகவாதிகள் அல்ல! )அனால் இன்றோ அறிவியலின் தோளில் அரசியல் என்ற பூதம் ஏறிக்கொண்டு அதை வழிநடத்துகிறது!

ஆற்றல் நிறை மற்றும் ஒளியின் திசை வேகத்தின் இருமடி இதையெல்லாம் இணைக்கும் போது ஏதோ மொட்டைத் தலைக்கும் முழங்காலுக்கும் முடிச்சு போட்ட மாதிரி இருக்கிறதா?சரி ஐன்ஸ்டீன் எப்படி இந்த முடிச்சைப் போட்டார் என்று பார்க்கலாம்.

E=MC2 E M மற்றும் C

E
==

Boost is the secret of my Energy என்று விளம்பரம் சொல்கிறது. 'விளம்பு அறம்' என்று அவைகளுக்கு நாம் சொல்ல முடியுமா? விளம்பரங்கள் பொய் தான் சொல்லும். உண்மையில் Energy is the secret of my boost என்பது தான் சரி. எனர்ஜி இருப்பதால்தான் நாம் நாள் முழுவதும் Boost up ஆக இருக்கிறோம். ஆற்றல் அல்லது சக்தி என்றால் என்ன? 'சக்தி கொடு' என்று பாட்டெல்லாம் பாடுகிறோம். சக்தி இல்லையேல் சிவம் இல்லை என்கிறோம். இறைவனை சக்தி வடிவாக மதங்கள் பார்க்கின்றன. ஆனால் இயற்பியல் ஆற்றல் என்பதற்கு வேலையை செய்வதற்கான வல்லமை (ability to do work ) என்கிறது. அதாவது ஆற்றல் என்றால் உருப்படியான வேலை ஏதாவது செய்ய வேண்டும். கம்ப்யூட்டரில் ப்ரோக்ராம் செய்வது தான் வேலை என்று இல்லை. ஒரு பொருளை இங்கிருந்து அங்கே நகர்த்துவது கூட வேலை தான் என்று இயற்பியல் ஏற்றுக் கொள்கிறது. அதாவது ஒரு குறிப்பிட்ட விசைக்கு எதிராக ஒரு குறிப்பிட்ட தொலைவுக்கு நகர்த்துவது . நாம் ஒரு பொருளை நகர்த்தும் போது உராய்வு விசைக்கு எதிராகவும் ஒரு பொருளை தூக்கும் போது ஈர்ப்புவிசைக்கு எதிராகவும் வேலை செய்கிறோம். எனவே விசையையும் தூரத்தையும் இணைத்து ஆற்றலை இப்படி எழுதலாம் :

ஆற்றல் = விசை x தூரம் E =F x D

நியூட்டனின் விதிப்படி விசையை F = ma என்று எழுதலாம். எனவே E = ma x D இங்கு m என்பது பொருளின் (நிலை)நிறை a என்பது விசையால் அது பெரும் Acceleration .

Acceleration என்பது ஒரு குறிப்பிட்ட வினாடியில் ஒரு பொருளின் வேகம் எப்படி மாறுகிறது என்பது. எனவே a என்பதை D /S2 என்று எழுதலாம். (distance/second/second)

எனவே ஆற்றல் E = ma x D = m(D/S2)D = m (D/S) 2 distance/time என்பது இங்கே பொருளின் வேகத்தைக் குறிக்கிறது. எனவே E ~ MV2 ( proportional to ) என்று எழுத முடியும். இதில் இருந்து ஒரு பொருளின் நிறையை வேகத்தின் இருமடியால் பெருக்கினால் ஆற்றல் வரும் என்று தெளிவாகிறது.

m
==

ஒரு பொருளுக்கு நிறை எதனால் வருகிறது என்று இதுவரைக்கும் விஞ்ஞானிகளுக்கு தெரியவில்லை. ஒரு பொருளின் எடை(weight) என்றால் அதை அது சார்ந்திருக்கும் ஈர்ப்புப்புலத்தை (Gravitational field ) விட்டு உயர்த்துவது எவ்வளவு கஷ்டம் என்று அளவிடும் ஒரு அளவு. அதாவது எடை என்பது ஈர்ப்பால் வருவது. ஆனால் ஈர்ப்பே இல்லாவிட்டாலும் கூட நமக்கு நிறை இருக்கும். நிறை என்பது ஒரு பொருளுக்கு எவ்வளவு பருப்பொருள் (matter ) இருக்கிறது என்று அளவிடுவது. பொருளை உடைத்துக் கொண்டே போனால் வரும் அடிப்படைத் துகள்களான எலக்ட்ரான் ப்ரோட்டான் நியூட்ரான் போன்றவற்றிற்கு நிறை உண்டு. எனவே ஒரு பொருளின் நிறை என்பதை அதில் உள்ள மொத்த ப்ரோடான் நியூட்ரான் எலக்ட்ரான்களின் நிறை என்று வேண்டுமானாலும் குத்துமதிப்பாக சொல்லலாம். [இங்கே ஒரு கொக்கி இருக்கிறது. முதலில் உங்கள் உடலில் இருக்கும் எல்லா ப்ரோடான் நியூட்ரான் எலக்ட்ரான்களின் நிறையைத் தனித்தனியாக அளவிட்டுக் கொண்டு பின்னர் உங்களின் மொத்த நிறையை அளவிட வேண்டியது. இப்போது அந்த நிறைகளின் கூடுதலும் உங்கள் நிறையும் சமமாக இருக்குமா? சமமாக இருக்காதாம். உங்கள் நிறை உங்கள் துகள்களின் மொத்த நிறையை விட சொல்ப அதிகமாக இருக்குமாம். (WHOLE IS GREATER THAN ITS PARTS TOGETHER!) இது எதனால் என்றால் அதைத்தான் இப்போது நாம் விளக்கிக் கொண்டிருக்கிறோம்..]

பொதுவாக நிறை என்பதை அறிவியல் ஒருபொருளை நகர்த்துவது (அல்லது நிறுத்துவது) எத்தனை கஷ்டம் என்ற அளவில் வரையறுக்கிறது. உங்கள் கார் ரிப்பேர் ஆகி விட்டால் பின்னால் இருந்து தள்ளலாம். ஆனால் ஒரு ரயில் ரிப்பேர் ஆகி விட்டால்? தள்ள முடியாது இல்லையா? ஏனென்றால் ரயிலுக்கு நிறை அதிகம். (இது எங்களுக்கு பாப்பாவாக இருக்கும் போதே தெரியும் என்கிறீர்களா? சாரி கொஞ்சம் அட்ஜஸ்ட் செய்து கொள்ளுங்கள்) கொஞ்சம் பொதுவாக சொல்வதென்றால் ஒரு பொருளின் நிலைமையை /நகர்மையை மாற்றுவதற்கு அது அளிக்கும் தடை தான் அதன் நிறை (mass is the resistance to the change in inertia) ஒரு பேப்பர் ராக்கெட்டை மிகச் சுலபமாக அது நிலையாக இருக்கும் நிலையில் இருந்து ஓடும் நிலைக்கு மாற்றி விட முடிகிறது.ஆனால் நிஜ ராக்கெட்டை?

c
==

இதைப்பற்றி நாம் முன்பே பேசியிருக்கிறோம். ஒளியின் வேகம்! CELERITAS என்ற கிரேக்க சொல்லில் இருந்து வந்தது. CELERITAS என்றால் மிக விரைவானது என்று பொருள். c என்ற குறியீடு வருவதற்கு முன் மாக்ஸ்வெல் உள்ளிட்ட விஞ்ஞானிகள் ஒளிவேகத்தைக் குறிப்பிட பெரிய 'V ' யைத்தான் உபயோகித்து வந்தார்கள்.ஆனால் ஐன்ஸ்டீனுக்கு முன்பே ஒளிவேகத்துக்கு c என்ற எழுத்தை உபயோகிக்க ஆரம்பித்து விட்டார்கள். ஆச்சரியம் என்ன என்றால் c for 'constant ' . (too !) ஒளிவேகம் யாருக்கும் மாறாது என்ற அடிப்படையில் தான் ஐன்ஸ்டீனின் சார்பியலே நிற்கிறது. இந்த c என்பது இயற்பியலில் ஒரு மாறிலி.பிளான்க் மாறிலி h போல ஈர்ப்பு மாறிலி G போல ஒரு மாறிலி! நிறை அற்ற துகள்கள் செல்லக்கூடிய(அதிகபட்ச) வேகம் இது. நிறை உள்ள ஒரு பொருளை அது எலக்ட்ரான் போல மிக மிக லேசாக இருந்தால் கூட 'c ' வேகத்தில் அதை யாராலும் செலுத்த முடியாது.

ஆற்றல் என்ற சொல் இயற்பியல் உலகில் கொஞ்சம் புதியது. முதலில் இதைப் பற்றி சிந்திக்கத் தொடங்கியவர் மைக்கேல் ஃபாரடே. அவருக்கு முன்னர் மக்கள் ஒருவகை ஆற்றலுக்கும் இன்னொரு வகை ஆற்றலுக்கும் எந்த தொடர்பும் இல்லை என்றே நினைத்தனர். ஒரு அருவி நீர் கொண்டிருக்கும் நிலை ஆற்றலுக்கும் (mgh ) உங்கள் வீட்டில் லைட் எரியும்போது கிடைக்கும் ஒளி ஆற்றலுக்கும் சம்பந்தம் இருக்க முடியும் என்று நினைப்பது கொஞ்சம் கஷ்டம் தான். பாரடே காந்த ஆற்றலையும் மின் ஆற்றலையும் தொடர்பு படுத்தியது மட்டும் அல்லாமல் ஆற்றலின் அழிவின்மையையும் முன் வைத்தார் (Conservation of energy ) அதாவது ஆற்றலும் நம் கடவுள் போல பிறப்பு இறப்பு அற்றது. கடவுள் அவ்வப்போது தசாவதாரம் கமல் போல கெட்-அப்பை மாற்றுவது போல எனர்ஜியும் தன் கெட்-அப்பை மாற்றும் அவ்வளவு தான். அல்லது ஆற்றலை ஆன்மாவுக்கும் உதாரணம் சொல்லலாம்.ஆன்மா அழியாது; ஓர் உடலில் இருந்து இன்னொன்றுக்கு மாறும் அவ்ளோதான்! ஒரு வாளி நீரை நீங்கள் கஷ்டப்பட்டு மேலே தூக்கி வைக்கிறீர்கள் என்று வைத்துக் கொள்வோம் .அப்போது நீங்கள் செலவிட்ட வேதியியல் ஆற்றல் (நீங்கள் மத்தியானம் சாப்பிட்ட பிட்ஸா எரிந்ததால் உங்களுக்கு கிடைத்த ஆற்றல்) என்ன ஆகிறது? எங்கும் போவதில்லை. அது அந்த நீரில் நிலை ஆற்றலாக (ஒரு பொருளின் உயரத்தால் அதற்கு கிடைக்கும் ஆற்றல்) அதில் சேமித்து வைக்கப்படுகிறது. இப்போது அந்த நீரை உருட்டி விட்டால் அதில் சேர்த்து வைக்கப்பட்டிருந்த நிலை ஆற்றல் அதற்கு இயக்க ஆற்றலாகக் கிடைக்கிறது.மேலே இருந்து ஏதாவது உங்கள் தலை மேல் விழுந்தால் உங்களுக்கு அடிபடுவது இதனால் தான். நீங்கள் தண்ணீரை அப்படியே விட்டு விட்டால் அந்த ஆற்றல் பூமியின் உராய்வை எதிர்க்க (வேலையாக) செலவழிக்கப்பட்டு
தேவையற்ற வெப்பமாக மாறி விடும். கீழே விழும் தண்ணீரை வைத்து நீங்கள் ஒரு குட்டி டைனமோ செய்தால் தண்ணீரின் இயக்க ஆற்றல் மின்சார ஆற்றலாக உங்களுக்கு உருமாறி கிடைக்கும். அந்த மின்சாரத்தை வைத்துக் கொண்டு நீங்கள் அடுப்பு எரித்தால் அது வெப்ப ஆற்றலாக மாறும். அந்த உணவை நீங்கள் சாப்பிடும் போது மீண்டும் அது உங்களுக்கு வேதி
ஆற்றலாக கிடைக்கும். இப்படி ஆற்றல் பிரபஞ்சத்தில் சுழற்சி அடையுமே ஒழிய ஒரேயடியாக அழிந்து போய் விடாது.

ஆற்றலைப் போல நிறையும் அழிவற்றது (conservation of mass ) இதைக் கண்டுபிடித்தவர் லவாய்சியர் என்ற விஞ்ஞானி.

'நான் இறந்த பின்னும் கூட
இங்கு தான் எங்காவது இருப்பேன்
பிரபஞ்சம் சிறியது தான்..
நன்றாகத் தேடிப்பாருங்கள்! "

இந்த கவிதை நிறை அழிவின்மை விதியைத் தான் குறிக்க வேண்டும் என்று தோன்றுகிறது :)

லவாய்சியரின் ஆய்வு இயற்பியல் வரலாற்றில் ஒரு மைல்கல் போன்றது. அதில் , பல்வேறு பொருட்களை எடுத்து அவற்றின் நிறையை கவனமாக அளந்து கொண்டார் அவர்.பிறகு அவற்றையெல்லாம் ஒரு மூடிய காற்று நீக்கப்பட்ட கொள்கலனில் (சாம்பர்) போட்டு அவை சாம்பலாகும் வரை எரித்தார் .எல்லாம் எரிந்து சாம்பலானதும் மிஞ்சி இருப்பவற்றின் நிறையை கணக்கிட்டார். கொள்கலனில் படிந்திருந்த நீராவி படிமத்தை (vapour ) சுரண்டி எடுத்து அதையும் நிறுத்தினார். முதலில் இருந்த நிறையும் இப்போது அளவிட்ட நிறையும் சமமாக இருந்தது. நிறை என்பது இயற்பியல், வேதியியல் உயிரியல் வினைகளின் போது அழியாது என்றும் ஒரு வடிவத்தில் இருந்து இன்னொரு வடிவத்தை எடுக்கலாம் என்றும் லவாய்சியர் நிரூபித்தார்.

லவாய்சியர்

கடவுள் பிரபஞ்சத்தைப் படைக்கும் போது (அல்லது BIGBANG இன் போது) ஒரு குறிப்பிட்ட அளவு ஆற்றலையும் நிறையையும் படைத்து இதை நீ எப்படி வேண்டுமானாலும் பயன்படுத்திக் கொள் .ஆனால் உன்னால் இதன் கோடியில் ஒரு பங்கைக் கூட அழிக்கவோ புதிதாக உருவாக்கவோ முடியாது என்று சொன்னது போல இருக்கிறது.ஆம்.

எதை எடுத்துக் கொண்டாயோ அது இங்கிருந்தே எடுக்கப்பட்டது
எதை நீ கொடுத்தாயோ அது இங்கேயே கொடுக்கப்பட்டது!

எனவே ஒரு காலத்தில் ஐன்ஸ்டீனின் உடலில் இருந்த கார்பன் அணுவை நாம் இன்று சுவாசித்துக் கொண்டிருக்கக் கூடும்! சரி

லவாய்சியரின் காலத்தில் அத்தனை துல்லியமாக நிறையை அளவிடும் கருவிகள் இருக்கவில்லை. ஒரு மூன்று தசமஸ்தானத்துக்கு நிறையை அளவிட்டு விட்டு யுரேகா என்று அவர் குதித்திருக்கக்கூடும். ஆனால் ஒரு பத்து தசமஸ்தானத்துக்கு துல்லியமான நிறையை அவர் அளவிட்டிருந்தால் எங்கேயோ இடிப்பதை அவர் உணர்ந்திருக்கக்கூடும். அதாவது முதலில் இருந்த நிறையை விட இப்போது சற்றே நிறை அதிகரித்திருக்கக் கூடும். ஆம்..ஒரு சூடான கப் காபி
ஆறிய காபியை விட சற்றே அதிக நிறை கொண்டிருக்கும்.அது எப்படி நிறை அழிவின்மை விதிப்படி நிறையை யாராலும் உருவாக்க முடியாதே?அப்படி என்றால் நிறை எப்படி கூடும்?!!!!ஹ்ம்ம்..ஏனென்றால் லவாய்சியர் வெப்பத்தை நிறுத்த மறந்து விட்டார்..என்னது வெப்பத்தை தராசில் நிறுத்த முடியுமா? ஸ்கூலில் ஒரு பலூனை கயிற்றில் கட்டி எடை பார்த்து காற்றுக்கும் எடை உண்டு என்ற சோதனையை செய்திருப்போம்..ஆனால் வெப்பத்துக்கு(ம்) நிறை உண்டா? வெப்பத்துக்கு மட்டும் அல்ல.ஒளிக்கும் நிறை உண்டு. நாம் பகல் வேளையில் இருட்டை விட கொஞ்சம் குண்டாக இருப்போம்! ஆம்..ஜூல் அளவுகோலில் இதுவரைக்கும் இருந்த ஆற்றலை முதன்முதலில் தராசுத்தட்டில் ஏற்றி நிறுத்தியவர் ஐன்ஸ்டீன்..எப்படி???

சமுத்ரா