அணு அண்டம் அறிவியல் -50

அணு அண்டம் அறிவியல் -50 உங்களை வரவேற்கிறது

ஐன்ஸ்டீன் தன் தியரிக்கு ரிலேடிவிடி என்று பெயர் வைக்கவில்லை. அவர் வைத்த பெயர் PRINCIPLE OF INVARIANCE என்பதாகும்.

அவன் வீட்டை பூட்டி விட்டு
கிளம்பியதும்-உள்ளே
நாற்காலி, மேஜை, புத்தகங்கள்
எல்லாம் எழுந்து
ஆரவாரம் செய்து
குதித்துக்
கும்மாளம் போட்டன
எதையோ மறந்தவனாக அவன்
மீண்டும்
பூட்டைத் திறந்ததும்
எல்லாம் அவசர அவசரமாக
தங்கள் இடத்தில் வந்து
சத்தம் செய்யாமல் அமர்ந்து கொண்டன..

- ஒரு கவிதை

இந்த நூற்றாண்டின் நியூட்டன் என்று போற்றப்படும் ஸ்டீபன் ஹாக்கிங் இவ்வாறு சொல்கிறார்:

"இயற்பியலில் விஞ்ஞானிகள் தான் பிரபஞ்சம் பற்றிய கொள்கைகளை முன்வைக்க வேண்டும் என்பது இல்லை. யார் வேண்டுமானாலும் முன்வைக்கலாம்.ஆனால் அது எளிமையாக (simple ) இருக்கவேண்டும்.நிரூபிக்கத்தக்கதாக (provable ) இருக்க வேண்டும்.அதை அறிவியல் வரவேற்கும்.அந்தக் கொள்கை எத்தனை அபத்தமானதாக (absurd ) வேண்டுமானாலும் இருக்கலாம். ஆனால் அது நிரூபிக்கப்பட்டால் மட்டுமே ஏற்றுக் கொள்ளப்படும். ஆயிரம் சோதனைகளில் ஒரு முறை அது தவறினால் கூட அது தயவு தாட்சிண்யம் இன்றி நிராகரிக்கபப்டும். நீங்கள் வீட்டை விட்டு நீங்கும் போது உள்ளே இருக்கும் நாற்காலி, மேஜை எல்லாம் மறைந்து போகின்றன (நீங்கள் திரும்பி வரும் போது மீண்டும் வருகின்றன) என்று ஒரு சுவாரஸ்யமான 'மாடலை' நீங்கள் முன்வைக்கலாம். ஆனால் இதை நிரூபிக்க முடியாது.மேஜை இருக்கிறதா என்று பார்க்க நீங்கள் உள்ளே போக வேண்டும். உள்ளே போனால் மேஜை திரும்ப வந்து விடும்!நீங்கள் பூட்டி விட்டு வெளியே போகும் போது(ம்) நாற்காலி மேஜை எல்லாம் அப்படியே அதே இடத்தில் போட்டது போட்டபடி இருக்கின்றன என்ற 'மாடல்' எளிமையானது.அவ்வளவு தான்.ஆனால் இந்தக் கொள்கை தான் சரி என்று நூறு சதவிகிதம் நம்மால் சொல்ல முடியாது. நாம் வீட்டை விட்டுக் கிளம்பும் போது அதனுள் உள்ள எல்லாம் மறைந்து போகின்ற கொள்கை கூட உண்மையாக இருக்கலாம்"

ஒரு டெலஸ்கோப் கூட இல்லாமல் தான் ஐன்ஸ்டீன் பிரபஞ்சத்தைப் பற்றிய தன் மாடல்களை வடிவமைத்தார். அவருடைய சிறப்பு சார்பியல் கொள்கை (special theory of relativity)அத்தனை முக்கியத்துவம் பெறவில்லை. நாம் முதலிலேயே சொன்னபடி அதை நிரூபிக்க அதி வேகத்தில் வேகம் மாறாமல் நகரும் ஒருவர் தேவை.இது ஒரு சிறப்பு நிபந்தனை (ஸ்பெஷல் கண்டிஷன்) ஆனால் அவரது பொது சார்பியல் கொள்கை (பொருட்கள் காலவெளியை வளைக்கும் என்பது ) மிகுந்த வரவேற்பு பெற்றது. வரவேற்பு பெற்றால் மட்டும் போதுமா?துல்லியமான பல நிரூபணங்களுக்குப் பிறகே அது ஏற்றுக் கொள்ளப்பட்டது. பொது சார்பியல் கொள்கையின் கணிப்புகளையும் நிரூபணங்களையும் கொஞ்சம் (சுருக்கமாக) அலசலாம்.

ஈர்ப்பின் அருகே ஒளி வளைதல் (BENDING OF LIGHT )
==========================================

படத்தைப் பாருங்கள். (௮) விண்கலம் ஒன்று நிலையாக இருக்கிறது அல்லது சீரான வேகத்தில் சென்று கொண்டிருக்கிறது.விண்கலத்தின் ஒரு முனையில் உள்ள S என்ற மூலத்தில் இருந்து t1 நேரத்தில் ஒரு ஒளிக்கற்றை அனுப்பப்படுகிறது.t2 நேரத்தில் (t2 >t1 ) அது நேர்க்கோட்டில் சென்று D என்ற இலக்கை அடைகிறது.இதை காலவெளி வரைபடத்தில் வரைந்தால் ஒளியின் பாதை ஒரு நேர்கோடாக இருக்கும்.இப்போது அந்த விண்கலம் மேலே முடுக்கப்படுவதாகக் கொள்வோம்.(ஆ) t1 இல் S இல் இருந்து ஒளி புறப்படுகிறது.ஆனால் அது t2 வில் இலக்கு D யை அடையும் முன்னர் விண்கலத்தின் முடுக்கத்தால் அதன் தரை மேலே வந்து ஒளிக்கற்றை D யை அடையாமல் அதற்கு கொஞ்சம் கீழே முட்டுகிறது.காலவெளி வரைபடத்தில் ஒளியின் பாதை வளைந்து காணப்படுகிறது.

ஒளியானது GEODESIC கில் மட்டுமே பயணிக்கும் என்று நமக்குத் தெரியும்.(இரண்டு புள்ளிகளுக்கு இடையே உள்ள குறைந்த
தூரத்தையே ஒளி தேர்ந்தெடுக்கும்.) ஆட்டோக்காரர்களுக்கு அப்படியே Opposite ! ஆனால் கேஸ் (ஆ) வில் ஒளியின் பாதை வளைந்து உள்ளது.நாம் முதலிலேயே பார்த்தபடி ஒரு வளைந்த (கால)வெளியில் இரண்டு புள்ளிகளுக்கு இடையே உள்ள மிகக்குறைந்த தூரம் நேர்கோடாக இல்லாமல் ஒரு வளைவாக (curve ) இருக்கும்.எனவே நாம் முடுக்கமானது வெளியை வளைக்கிறது என்ற ஒரு தைரியமான முடிவுக்கு வரலாம்.சரி இது இருக்கட்டும். Equivalence தத்துவப்படி முடுக்கமும் ஈர்ப்பும் ஒன்று தான். (under small volume considerations ) எனவே முடுக்கம் ஒளியை வளைத்தால் ஈர்ப்பும் வளைக்க வேண்டும்.(இ) பூமியின் அருகிலும் ஒளி வளைய வேண்டும். ஆனால் சாதாரண முடுக்கத்தின் போது படம் (ஆ) வில் ஒளியின் பாதை கிட்டத்தட்ட ஒரு நேர்கோடாகவே இருக்கும். (ஒளியின் அபாரவேகத்துடன் ஒப்பிடும் போது விண்கலத்தின் முடுக்கம் ஜுஜுபி) எனவே பூமியின் அருகிலும் ஒளியின் பாதை கிட்டத்தட்ட நேர்கோடாகவே இருக்கும். (இல்லை என்றால் துப்பாக்கி சுடும் போட்டியில் நேராக நிற்காமல் கொஞ்சம் தள்ளி நின்று தான் குறி பார்க்க வேண்டும்) அனால் கணிசமான நிறை உள்ள ஒரு விண்மீனின் அருகே ஒளியும் கணிசமாக வளைய வேண்டும் என்று ஐன்ஸ்டீன் ஊகித்தார். சரி நமக்கு பரிச்சயமான விண்மீன் சூரியன் இருக்கவே இருக்கிறது. சூரியன் ஒளியை வளைத்தால் தூரத்தில் உள்ள விண்மீன்கள் தங்கள் உண்மையான இருப்பிடத்தில் இருந்து கொஞ்சம் நகர்ந்து தவறான இடத்தில் இருப்பது போலத் தோன்ற வேண்டும்.(படம் ௮ )

சரி ஆனால் விண்மீன்கள் உண்மையிலேயே அந்த இடத்தில் தான் இருக்கின்றனவா இல்லை சூரியன் ஒளியை வளைக்கிறதா என்று சொல்ல முடியாது.ஆனால் இதைக் கண்டுபிடிக்க ஒரு வழிமுறை உள்ளது.(படம் ஆ) பூமி தன் சுற்றுப் பாதையில் P1 என்ற நிலையில் இருக்கும் போது வானத்தைப் பார்த்து நட்சத்திரங்களின் நிலையை போட்டோ பிடித்து வைத்துக் கொள்ள வேண்டியது.பிறகு ஆறு மாதம் கழித்து பூமி நேரெதிர் பாதையில் P2 என்ற நிலையில் இருக்கும் போது மீண்டும் போட்டோ எடுத்து வைக்க வேண்டியது. இரண்டு படங்களையும் ஒப்பிட்டுப் பார்த்தால் அவற்றின் நிலையில் வித்தியாசம் தெரிந்தால் சூரியன் ஒளியை வளைக்கிறது என்று சொல்ல முடியும்.

(P1 இல் விண்மீனின் ஒளி சூரியனை கடக்காமல் நம் கண்ணை அடைகிறது
P2 வில் விண்மீனின் ஒளி சூரியனைக் கடந்து நம் கண்ணை அடைகிறது.)

ஆனால் நிலை P2 வில் சூரியனின் ஒளி வானம் முழுவதும் ஆக்கிரமிப்பதால் நட்சத்திரங்களை போட்டோ பிடிப்பது அசாத்தியம்.இதற்கு நம் சந்தா மாமாவை சூரியனை சற்று மறைக்கும் படி வேண்டிக் கொள்ள வேண்டும். ஏனோ தானோ என்று மறைத்தால் போதாது. நந்தனாரை சிதம்பர நந்தி மறைத்தது போல Complete -ஆக மறைக்க வேண்டும்.(சற்றே மறைத்து இரும் பிள்ளாய்,சந்நிதானம் கூசுதாம்!)

அப்படிப்பட்ட ஒரு கங்கண சூரிய கிரகணம் வரும்வரை (29 -3 -1919) விஞ்ஞானிகள் காத்திருந்தனர். ஆப்பிரிக்காவில் தெரியும் அந்த கிரகணத்தைப் பார்த்து போட்டோ பிடிக்க அங்கே எடிங்க்டன் என்ற விஞ்ஞானி துல்லியமான காமிராக்களுடன் பயணித்தார்.அவரும் சமர்த்தாக சூரியன் மறைந்து பூமி இருண்டதும் தாமதிக்காமல் வானத்தைக் கிளிக்கினார். கிரகணத்தின் முடிவுகள் ஐன்ஸ்டீனுக்கு சாதகமாகவே அமைந்தன. ஐன்ஸ்டீன் உலகப் புகழ் பெற்றார்.நம் சூரியன் நட்சத்திரங்களின் ஒளியை சத்தம் போடாமல் வளைத்து அனுப்பியது தெரிய வந்தது.

வெயிட்..

ஈர்ப்பு ஒளியை வளைக்கும் என்று முதலில் சொன்னவர் ஐன்ஸ்டீன் அல்ல. நியூட்டன்! ஒளி கூட சிறு சிறு துகள்களால் ஆனது என்று முதன்முதலில் ஊகித்தவரும் அவரே.ஒளிக்கு சாதாரணமாக நிறை இல்லை.ஆனால் ஒரு இயக்க நிறை அதன் ஆற்றலால் வருகிறது. m = E / C2 இங்கே E என்பது hv . h என்பது பிளான்க் மாறிலி. v என்பது ஒளியின் அதிர்வெண்.ஒளிக்கு நிறை உண்டு என்பதால் அதை சூரியன் வளைக்கும் என்று நியூட்டன் தியரி கணிக்கிறது.சரி இங்கே ஐன்ஸ்டீன் என்ன செய்தார் என்றால் ஒளி நியூட்டன் கணித்ததை விட இரண்டு மடங்கு அதிகமாக வளையும் என்று சொன்னார்.

இது ஏன் என்றால் சூரியனின் ஈர்ப்பு என்பது ஒருவகை ஆற்றல். அந்த ஆற்றலுக்கும் நிறை இருக்கிறது.(E /c2 ) (Energy weighs !) இந்த நிறை மீண்டும் கொஞ்சம் ஈர்ப்பை உருவாக்குகிறது. இந்த ஈர்ப்பு மீண்டும் ஒரு சிறிய நிறையை உருவாக்குகிறது.இந்த செயின் ரியாக்சன் காரணமாக நட்சத்திர காட்சிப்பிழை (aberration) நியூட்டன் விதி கணித்தபடி 0 .84 ஆர்க் செகண்டுகளாக இருக்காமல் ஐன்ஸ்டீன் கணித்தபடி 1 .75 ஆர்க் செகண்டுகளாக இருந்து. அதாவது ஒரு டிகிரியில் 3600 இல் ஒரு பாகம்.பூதக் கண்ணாடி வைத்துப் பார்த்தாலும் தெரியாது! சூரியன் போன்ற ஒரு கனமான விண்மீன் கூட இவ்வளவு தான் ஒளியை வளைக்கிறது.ஆனால் ஒளியை 180 டிகிரி வளைக்கும் சமாச்சாரங்கள் பிரபஞ்சத்தில் இருக்கின்றன. கருந்துளைகள்! அதன் விளிம்பில் ஒருவேளை நாம் நிற்க முடிந்தால் நம் முதுகை நாமே கண்களுக்கு எதிரில் பார்க்க முடியும்! புதன் கோளின் சுற்றுப்பாதையில் இருந்த மர்மத்தையும் ஐன்ஸ்டீனின் பொது சார்பியல் கொள்கை விடுவித்தது.கோள்கள் நியூட்டனின் Inverse square law கணித்தபடி நிலையான நீள்வட்ட சுற்றுப்பாதைகளில் செல்வதில்லை.ஈர்ப்பு காலவெளியில் பயணிக்க நேரம் எடுத்துக் கொள்கிறது. எனவே கோள்களின் சுற்றுப்பாதை முறுக்கு பிழிவது போல தொடர்ந்து மாறிக் கொண்டிருக்கும் என்று ஐன்ஸ்டீன் கணித்தார்.

ஈர்ப்பு லென்சு (GRAVITATIONAL LENSING )
================================

சினிமாவில் ஹீரோ நடந்து வந்து கொண்டிருப்பார். திடீரென்று (வில்லனை பார்த்ததும்) இரண்டு ஹீரோவாக மாறிவிடுவார்.கிராஃபிக்சில் இது சுலபம்.நிஜத்தில் இது நடக்க பிரம்மாண்டமான ஈர்ப்பு வேண்டும்.வெள்ளைக் குள்ளன் (white dwarf) போன்ற ஒரு பிரம்மாண்டமான ஈர்ப்பின் அருகே தூரத்து விண்மீனின் ஒளி வரும் போது ஒளி அதன் இரு முனைகளாலும் வளைக்கப்பட்டு நமக்கு ஒரே விண்மீனின் இரண்டு பிம்பங்கள் தெரியும். கீழே உள்ள கீழே படத்தில் நீங்கள் பார்ப்பது நான்கு QUASAR கள் அல்ல. ஒன்றே ஒன்று தான்!(இது ஐன்ஸ்டீன் சிலுவை என்று அழைக்கப்படுகிறது) இரண்டு பேர் ஒரே நேர்க்கோட்டில் ஒருவருக்குப் பின் ஒருவர் நின்று கொண்டிருந்தால் நம்மால் பின்னால் நிற்பவரைப் பார்க்க முடியாது.அனால் இரண்டு விண்மீன்கள் ஒன்றன் பின் ஒன்று இருந்தால் பின்னால் இருக்கும் விண்மீன் ஈர்ப்பு லென்சு விளைவின் காரணமாக முன்னால் இருக்கும் விண்மீனை சுற்றி ஒளிவட்டம் போலத் தெரியும். படத்தைப் பாருங்கள்.

ஈர்ப்பு அலைகள் (GRAVITATIONAL WAVES )
=================================

ஒரு ரப்பர் சீட்டை எடுத்துக் கொண்டு அதை இறுக்கிப் பிடிக்கவும். அதன் மையத்தில் ஒரு கனமான இரும்பு குண்டைப் போடவும். குண்டின் நிறை காரணமாக ரப்பர் அமுங்கும்.ரப்பர் சீட்டின் மையத்தில் ஏற்பட்ட இந்த சிதைவு அதன் முனைகளுக்கு நெருங்க கொஞ்ச நேரம் எடுத்துக் கொள்ளும்.அதே போல ஒரு விண்மீன் திடீரென்று தோன்றுவதாக வைத்துக் கொண்டால் அதன் ஈர்ப்பு கால வெளியில் பரவ நேரம் எடுத்துக் கொள்ளும். அதாவது சூரியன் தோன்றி குறைந்த பட்சம் எட்டு நிமிடங்கள் கழித்து மட்டுமே பூமியை ஆதிக்கம் செய்யும்.நீரில் அலைகள் பரவுவது போல இந்த ஈர்ப்பு அலைகளாகப் பரவ முடியும் என்று பொது சார்பியல் கணித்தது. குவாண்டம் கருத்தாக்கத்தின் படி ஈர்ப்பு என்பது கிராவிடான் எனப்படும் துகள்கள் மூலம் கடத்தப் படுகிறது.ஈர்ப்பு அலைகள் என்ற இந்த கருத்து மீண்டும் சார்பியலையும் குவாண்டம் இயற்பியலையும் இணைப்பதை
கடினமாக்குகிறது.

ஈர்ப்பு சிவப்பு நகர்ச்சி (RED SHIFT ) மற்றும் கால நீட்டிப்பு (time dilation )
=======================================================

ஈர்ப்புப் புலத்தின் மிக அருகே இருக்கும் A என்ற ஒருவரைக் கருதுவோம்.(படம்) அவர் மிக உயரத்தில் இருக்கும் B என்பவருக்கு ஒளித் துடிப்புகளை அனுப்புகிறார். நாம் மேலே ஏறுவதற்கு கஷ்டப்படுவது போல ஒளியும் மேலே ஏற கஷ்டப்படுகிறது.இதை ஈர்ப்புக் கிணறு (gravitational well ) ஏறுவது என்கிறார்கள்.மேலே ஏறும்போது நாம் ஆற்றலை இழப்பது போல ஒளியும் ஆற்றலை இழக்கிறது.ஒளியின் ஆற்றல் இழப்பு அதன் வேகத்தை குறைக்க முடியாது.(ஒளி எப்போதும் ஒரே வேகத்தில் செல்கிறது) எனவே ஒளியின் ஆற்றல் குறைவு அதன் அதிர்வெண்ணைக் குறைக்கிறது (E = hv என்பதால்) அதிர்வெண் குறைவதால் அதன் அலைநீளம் அதிகரிக்கிறது. நீல நிறம் குறைந்த அலைநீளத்தையும் சிவப்பு நிறம் அதிக அலைநீளத்தையும் உடையவை.எனவே கீழே இருந்து கிளம்பும் நீல ஒளி கிணறு ஏறி முடித்ததும் சிவப்பு ஒளியாக மாறி விட்டிருக்கிறது.(red shifted) சரி.

இப்போது இந்த ஒளியை வைத்துக் கொண்டு A மற்றும் B இருவரும் தங்கள் கடிகாரங்களை வடிவமைப்பதாக வைத்துக் கொள்வோம்.A என்பவர் கீழிருந்து கிளம்பும் ஒளியின் ஒவ்வொரு முகடிலும் ஒரு பந்தை வைத்து அனுப்புவதாக (பேச்சுக்கு) கற்பனை செய்வோம்.A என்பவருக்கு அதிர்வெண் அதிகம் என்பதால் அவருக்கு ஒளியின் முகடுகளும் அதிகம். எனவே அவர் அதிக பந்துகளை அனுப்ப முடியும். மேலே இருக்கும் B என்பவரை ஒளி சென்று அடையும் போது அதன் அதிர்வெண் குறைந்து விடுவதால் அவருக்கு குறைவான முகடுகளே (பந்துகளே) கிடைக்கும்.பந்துகளின் வரவை வைத்து B என்பவர் A யின் காலத்தை நிர்ணயம் செய்கிறார்.(1 பந்து= 1 நொடி) குறைவான பந்துகளே அவருக்குக் கிடப்பதால் A யின் காலம் மெதுவாக நகருவது போல B உணர்கிறார்.அதே போல B யில் இருந்து A விற்கு வரும் ஒளி கிணற்றுக்குள்ளே விழுவதால் ஆற்றல் அதிகரித்து அது நீல நிறத்தை நோக்கி நகர்கிறது.மேலும் A விற்கு அதிக பந்துகள் கிடைக்கும்.எனவே A வைப் பொறுத்து B யின் காலம் சீக்கிரம் நகரும். எனவே ஈர்ப்பு ஒன்றின் அருகே காலம் மெதுவாக நகரும் என்று பொது சார்பியல் கணித்தது.

G- red shift என்பதை டாப்ளர் விளைவுடன் குழப்பிக் கொள்ளாதீர்கள். டாப்ளர் விளைவு பற்றி பின்னால் பார்க்கலாம்.


your attention please...


அன்பர்களே,அணு அண்டம் அறிவியல் ஐம்பது அத்தியாயங்கள் எழுதுவதற்கு ஊக்கம் அளித்த அனைவருக்கும் மனமார்ந்த நன்றிகள். இனி வரும் அடுத்த நாற்பது அத்தியாயங்களில் பிரபஞ்சத்தின் தோற்றம்,பிரபஞ்சம் விரிவடைதல், கருந்துளைகள், விண்மீன்களின் வாழ்க்கை சுழற்சி, ஸ்ட்ரிங் தியரி இவற்றையெல்லாம் விரிவாகப் பேசுவோம்.௮-௮-௮ வின் கடைசி பத்து அத்தியாயங்கள் அறிவியலையும் ஆன்மீகத்தையும் பக்கத்தில் கொண்டுவரும் முயற்சியாக இருக்கும். ஏன் பிரபஞ்சம் இருக்கிறது? (ஏன் எதுவுமே இல்லாமல் சூனியமாக இல்லை?) நாம் ஏன் இருக்கிறோம்?வேற்று கிரக உயிர்கள் இருக்கின்றனவா?பிரபஞ்சம் உண்மையா மாயையா? மாயை என்றால் எது உண்மை? இவற்றையெல்லாம் (விடை கிடைக்கும் என்ற நம்பிக்கை இல்லாவிட்டாலும்) அலசுவோம்.

அணு அண்டம் அறிவியல் முதல் பாகம் முற்றிற்று.

சமுத்ரா