7 December 2012

பூமியில் பொருட்கள் தோன்றி பல கோடி ஆண்டுகள் ஆனபோதிலும், இன்னும் ஒன்றுடன் ஒன்று வேதியல் வினைகளில் ஈடுபட்டு புதிய பொருட்கள் தோன்றுவது, நிற்காமல் நடந்து கொண்டிருக்கிறது. பொருட்கள் எந்த வித வேதியல் வினைகளில் ஈடுபட்டாலும் ஒன்றிலிருந்து இன்னொன்றாகத்தான் மாறுகிறது என்றும், எந்த சூழ்நிலையிலும் முற்றிலுமாக அழிவதில்லை என்பதையும் கண்டுபிடித்தனர்.ஒரு பொருளை எரித்தால் அது அழிவதில்லை அது காற்றாகவும் திரவமாகவும் மாறி இந்த பூமியில்தான் சுற்றிக்கொண்டிருக்கும். எப்பொருளுக்கும் அழிவில்லை.இதன் மூலம் ”பொருள் அழிவின்மைத் (Conservation of Matter ) தத்துவம்” தோன்றியது.



இந்த படத்திற்கான கவிதை

காற்றால் வந்தது
வீழ்ந்தது எப்படியோ

தீயினால் சுட்டபோது
மண்ணில் இருந்து

எடுத்ததை மண்ணிற்கு
விட்டு விட்டு

காற்றால் வந்தது
காற்றாய் போனது.


மேலும் தனிமங்களை (Elements) ஆராயத் தொடங்கிய அறிவியலார்கள் இந்த 92 பொருட்களும் மிக நுண்ணிய அணுக்களால் ஆகியவை என்றும், அந்த அணுக்களும் இரண்டு நுண்ணிய அடிப்படை துகள்களால் ஆனவை என்று அறிந்தனர். அனைத்துப் பொருட்களும் இந்த இரண்டு துகள்களின் மாறுபட்ட எண்ணிக்கையினாலும் அமைப்பினாலும் உருவானவையே என்று கண்டு பிடிக்கப்பட்டது. ஆக தொன்னூற்றி இரண்டாக ஆக இருந்தது சுருங்கி இரண்டில் வந்து நின்று விட்டது. இந்த அண்டமும் அனைத்துப் பொருட்களும் பெரும்பாலும் இந்த இரண்டு துகள்களினால் உருவாக்கப்பட்டவை என நிறுவப் பட்டது. அவைகள் எலக்ட்ரான்,புரோட்டான் எனவும் இவை இரண்டும் கலந்துள்ள கலவைக்கு நியூட்ரான் எனவும் பெயரிடப் பட்டது.

இந்த நியூட்ரான், புரோட்டான், எலக்ட்ரான் அணுவாக எப்படி அமைந்துள்ளது என நீல்ஸ் போர் என்பவரால் விளக்கப் பட்ட மாடலுக்குப் பெயர் ”நீல்ஸ் போர் மாடல்” எனப் படுவதாகும். அதாவது சூரியமண்டலம் எப்படி அமைந்துள்ளதோ அது போன்று, மையத்தில் நியூட்ரான் புரோட்டான்கள் அமைதியாக இருக்க எலக்ட்ரான்கள் அதைச்சுற்றிக் கொண்டே இருக்கின்றன.

அண்டத்தில் உள்ளது பிண்டமானது




பிண்டத்தில் உள்ளது அண்டமானது.




ஹீலியத்தின் அணு அமைப்பு





மேலே உள்ளது லிதியம் என்ற தனிமத்தின் அணு அமைப்பு.


ஏதோ ஒரு பிரளய அழிவினால் இன்றுள்ள அனைத்து உயிரினமும்,அறிவியல் அறிவும் அழிந்து போய்விட அடுத்து தோன்றும் உயிரினத்துக்கு, மிகக் குறைந்த வார்த்தைகளில் சொல்லப்படும் அதிகளவில் தகவல்கள் உள்ள அறிவியல் செய்தி என்னவாக இருக்கும் என்று ரிச்சர்டு ஃபெய்மன் என்ற அறிவியலாரிடம் கேட்டதற்கு அவர் கூறிய செய்தி இது தான்,

”அனைத்துப் பொருட்களும், அழுத்தினால் எதிர்க்கும், விலக்கினால் ஈர்க்கும் இடையறா இயக்கம் உள்ள ஒருவகை துகள்களினால் ஆனவையே”


அழிவுக்குப் பின்னும்


கடந்த 200 வருடங்களில் நூற்றுக்கணக்கான அறிஞர்கள், சில சமயங்களில் உயிரைக் கொடுத்து கூட கண்டுபிடித்தவற்றை இதைவிட சுருக்கமாகவும் விளக்கமாகவும் கூற முடியாது. இந்த ஒரு கண்டுபிடிப்புதான் எல்லாவற்றிற்கும் திறவுகோல்.

ஆக இந்த அண்டத்தில் கானப்படும் பொருட்களுக்கும் இயக்கத்திற்கும் காரணம் சில துகள்களும், சில விசைகளும், சிலவிதிகளும் தான் என்பது முடிவாயிற்று. அதில் சில முக்கியமான விசைகள் என்னவென்று பார்ப்போம்.


விசைகள்

1) ஈர்ப்பு விசை

2) மின் காந்த விசை

3)அணுக் கருவிசை(வலியது)

4)அணுக் கருவிசை(மெலியது)

ஒவ்வொன்றாகப் பார்ப்போம்

1) ஈர்ப்பு விசை

எடையுள்ள பொருட்களெல்லாம் தங்களது எடைக்குத் தக்கவாறு எடையின் மையத்தை நோக்கி மற்ற பொருட்களை இழுக்கும் ஈர்ப்பு விசை கொண்டுள்ளது. இது பொருட்களின் எடையையும் இடையேயுள்ள தூரத்தையும் மட்டும் பொறுத்துள்ளது. இருப்பதிலே மிகவும் பலமற்ற விசை இதுதான்.ஆனாலும் இதனுடைய பிரமாண்டத்தை புரிந்து கொள்ள ஒரு உதாரணம், சுமார் எட்டு கோடி மைல் தொலைவில் மணிக்கு சுமார் 70,000 மைல் வேகத்தில் சென்று கொண்டிருக்கும் இந்த பூமிப்பந்தையும் நிலவையும் இழுத்து பிடித்து தனது வட்டபாதையில் சூரியன் வைத்திருப்பதற்கு காரணம் இந்த பலமற்ற விசைதான். இந்த விசைக்கு தூரம் ஒரு பொருட்டல்ல எடை இருந்தால் போதும்.

2) மின்காந்த விசை

முதலில் காந்த விசை, மின்விசை என தனித்தனியாக வகைப்படுத்தப் பட்டிருந்தது. ஒன்றை ஒன்று சார்ந்து உள்ளதால் இரண்டும் ஒன்றாக்கப்பட்டது. காந்தத்தில் வடதுருவம் தென் துருவம் உள்ளது போல் மின்விசை இரு வகைப்படும். அவை முறையே நேர் மின்னோட்டம், எதிர் மின்னோட்டம் ஆகும். இதன் முக்கிய பண்பு ,ஒத்த மின்னோட்டங்கள் ஒன்றை ஒன்று விலக்கி தள்ளும் மாறுபட்ட மின்னோட்டங்கள் ஒன்றை ஒன்று ஈர்த்துக் கொள்ளும். காந்தத் துண்டுகளிலும் மாறுபட்ட துருவங்கள் ஒன்றை ஒன்று ஈர்க்கவும் ஒரே துருவங்கள் ஒன்றை ஒன்று விலக்கவும் செய்யும், இந்த பண்பை பார்த்திருப்பீர்கள்.இது ஒரு பலமான விசைதான்.

3)அணுக்கருவிசை(வலியது)

இது துகள்களுக்கிடையேயான ஈர்ப்பு விசைதான்.வலுவான விசை என்பது நியூட்ரான், புரோட்டான் இவைகளுக்கிடையேயான ஈர்ப்பு விசையாகும். மிக நெருக்கத்தில் அதாவது அணுவுக்குள் மட்டும் தான் இந்த விசை செயல்படும். இதை மைக்ரோ மில்லிமீட்டரில் செயல்படும் ஈர்ப்பு விசையாக கூட கருதலாம்.ஆனால் ஈர்ப்பு விசையை விட பல பில்லியன் பில்லியன் மடங்கு பலமானது இவ்விசைக்கு பலம் ஒரு பொருட்டல்ல தூரம் தான் பொருட்டு.


4) அணுக்கருவிசை(மெலியது)

இது பொதுவாக கதிர் வீசும் இயல்புடன் சம்பந்தப் பட்டது. கதிரியக்கத்துடன் தொடர்புடையது. பின்னர் பார்க்கலாம்.

துகள்கள்

இப்பொழுது துகள்கள் பற்றி பார்ப்போம். அந்த இரண்டு அடிப்படை துகள்களும் முறையே புரோட்டான், எலக்ட்ரான் ஆகும். புரோட்டான் ஓர் அலகு எடையும் ஓர் அலகு நேர் மின்னோட்டமும் கொண்டது. எலக்ட்ரான் எடையற்றது, ஆனால் ஓர் அலகு எதிர் மின்னோட்டம் மட்டும் கொண்டது. புரிதலின் எளிமை கருதி ஒரு உருவகத்திற்காக புரோட்டான், எலக்ட்ரான் நியூட்ரான் இவற்றை சிவன்(ஆண்), சக்தியாக (பெண்),அர்த்த நாரீஸ்வரர் (ஆண்+பெண்) குறிப்பிடுகிறேன். அப்பொழுதான் சிவசக்தியை பார்க்கும் போது ஒரு ஹைட்ரஜன் நினைவுக்கு வரும். அர்த்தநாரீஸ்வரரை பார்க்கும் போது நியூட்ரான் ஞாபகத்திற்கு வரும்.

ஒரு அணுவுக்குள் புரோட்டானும், எலக்ட்ரானும் எப்பொழுதுமே சம எண்ணிக்கையில்தான் இருக்கும். புரோட்டான் மையத்தில் இருக்கும்.ஆகவே எலக்ட்ரானின் எண்ணிக்கையும் இருப்பிடமும் தான் பொருட்களின் தன்மையை தீர்மானிக்கின்றது.


புரோட்டானும் (நேர் மின் துகள்) எலக்ட்ரானும் (எதிர் மின் துகள்) அருகருகே இருந்தால் ஒன்றை ஒன்று ஈர்த்து சிவன், சக்தியாக இருந்தவர்கள் சக்தியாக மாறி மறைந்து விடுவதைப் போல் சக்தி வெளிப்பாட்டுடன் மறைந்துவிடும்.



சிவசக்தி (ஹைட்ரஜன்)



அர்த்தநாரீஸ்வரார் (நியூட்ரான்)

நியூட்ரானைத் தனிமைப்படுத்தினால் அது நிலையற்றது. (ஏதோ பக்தர்கள் விரும்பினால் மட்டும் அர்த்தநாரீஸ்வரராக காட்சி தந்து மறைவது போல்) சில நிமிடங்களில் சிதைவுற்று எலக்ட்ரான். புரோட்டான் நியூட்ரினோ என மூன்று துகள்களாக மாறிவிடும். நியூட்ரினோ ஒரு அடிப்படை துகள் இல்லையா எனக் கேட்கலாம், இந்தக் கேள்வி நியாயமானது. ஆனால் தற்பொழுது அது நிலையற்றது என கருத்தில் கொள்ளுங்கள் பின்னர் விரிவாகப் பார்ப்போம்.

ஒரே ஒரு புரோட்டானும், எலக்ட்ரானும் உள்ள பொருட்களுக்கெல்லாம் ஆதிமூலமாக கருதப்படும் ஹைட்ரஜன் என்பதற்கு சரியான உதாரணமாக சிவசக்தியைத் தான் குறிப்பிட வேண்டும். மேலும் நமக்கு இப்போதைக்கு, நமது சிற்றறிவுக்கு குழப்பத்தை விளைவிக்க கூடிய, முழுமையாக அறியப் படாத ஏறத்தாழ 30(முப்பது) துகள்கள் (அவைகளை சிவ கணங்களோ என நீங்கள் கருதிக் கொண்டால் அது உங்களது விருப்பம்), மற்றும் அவற்றுடன் தொடர்புள்ள கதிர்கள் பற்றிய கருத்துக்கள் உள்ளன. அவற்றைப் பற்றி விஞ்ஞானிகள் என்ன மாதிரி சரடு (String) தி(ய)ரிக்கிறார்கள் என்று பின்னர் பார்ப்போம். இப்பொழுது ”முதலில் வந்தது முதலில்” என்ற ரீதியில் பார்ப்போம்.

விதிகள்

இயற்பியல், வேதியல்,தாவரவியல்,விலங்கியல் ஆகிய எல்லாவற்றிற்கும் விதிகளும், மாறிலிகளும் ஏராளம் உள்ளன. இயற்பியலில் நமக்கு தேவையான விதிகளை மட்டும் பார்ப்போம்.

1)” இயங்கும் இயங்காப்பொருட்கள் அனைத்தும் வேறெரு விசை தாக்காத வரை அதே திசையில் தனது நிலையிலேயே தொடர்ந்து இருக்கும்.” இந்த விதியை மட்டும் நீங்கள் சரியாக புரிந்து கொண்டால் பிற்காலத்தில் நீங்கள் ஒரு ஐன்ஸ்டீன்தான். இயற்பியலின் மூலாதாரம் இதுதான். எல்லா இயற்பியல் கண்டுபிடிப்புகளுக்கும் ஆதாரம் இதுதான்

2) ஒவ்வொரு விசைக்கும் எதிர் விசை உண்டு.

3) ஈர்ப்பு விசை எடைக்கு நேர் விகிதத்தில் கூடுகிறது, தூரத்தின் அடுக்கிற்கு எதிர் விகிதத்தில் குறைகிறது என சுமாராக அறிந்து கொள்ளலாம்.

4) ஒத்த மின்னோட்டங்கள் ஒன்றை ஒன்று விலக்கி தள்ளும் மாறுபட்ட மின்னோட்டங்கள் ஒன்றை ஒன்று ஈர்த்துக் கொள்ளும்.

ஒரு பொருளின் வேகத்தை எது வரைக்கும் அதிகப் படுத்தலாம்?.வேகத்தை கூட்ட கூட்ட கூடிக் கொண்டேதான் இருக்கும். ஆனால் வேகம் கூட ஆரம்பித்தவுடன், அது காலத்தோடு போட்டுக் கொண்ட உடன்பாட்டை கையில் எடுத்துக் கொண்டு காலத்தை கட்டுப் பாட்டில் வைத்துக் கொள்ளும். வேகம், எனக்கு ஒரு வரம்பு உள்ளது அதற்கு மேல் கூடமாட்டேன் ஆகவே நீ உன்னை குறைத்துக் கொள் என்று காலத்திடம் கூறிவிடும்.(Time dilation)

அது என்ன உடன்படிக்கை?

எப்பொருளாயிருந்தாலும் அதன் வேகத்தின் எல்லை, ஒளியின் வேகத்திற்கும் குறைவுதான், ஃபோட்டான் போன்ற துகளால் மட்டும்தான் அந்த வேகத்தை அடைய முடியும். அதற்கு மிஞ்சிய வேகம் கிடையாது. எந்த பொருளாவது ஒளியின் வேகத்தை அடையும் போது (அடைய முடியாது என்பதுதான் உன்மை, நெருங்கும் போது) அந்த இடத்தில் காலம் தன்னை மிகவும் அதீதமாக சுருக்கிக் கொள்ளும். எடையோ எல்லையில்லாத அளவுக்கு கூடிவிடும், பொருளின் நீளமும் எல்லையில்லாத அளவுக்கு குறைந்துவிடும்,ஒரே தொகுப்பில் எதிரெதிர் திசையில் சென்றாலும் ஒன்றை ஒன்று சார்ந்து எப்படிப் பட்ட சூழ்நிலையிலும் ஒளியின் வேகத்தை மீற முடியாது.(லாரன்ஸ் டிரான்ஸ்பார்மேஷன்கள்)(Lorentz Transformations)

வேகம், காலம், எடை, வெளி ஆகிய நான்கும் பெரு வெடிப்புக் காலத்தில் பிறக்கும் போது போட்டுக் கொண்ட ஒப்பந்தம் அது. நான்கும் ஒரு தொகுப்பை (Frame of reference) பொறுத்தவரை ஒன்றை ஒன்று சார்ந்திருக்க வேண்டும் என்பதுதான் அது. அதனால்தான் அதற்கு சார்பியல் தத்துவம் எனப் பெயரிடப் பட்டுள்ளது.

எடுத்துக் கொள்ளப்பட்ட குறிப்பிட்ட தொகுப்பில் (frame of reference) ஒன்று மீறும் போது ஒளியைத் தவிர மற்ற மூன்றும் தங்களை மாற்றிக் கொண்டு ஏதோ ஒருவகையில் ஈடுகட்டிக் கொள்கிறது.

குறைந்த பட்ச வெப்பநிலை என்பது -273 பாகை செல்சியஸ் என்றும் அதற்கு கீழ் கிடையாது என்பதுவும் விதி. ஏனென்றால் பொருளில் அணுக்களின் இயக்கம்தான் வெப்பமாக உணரப் படுகிறது.அணுக்களின் (துகள்கள் அல்ல) இயக்கம் நின்றுவிட்டால் வெப்பம் சூன்யம் எனப்படும். அந்த சூன்ய வெப்ப நிலைதான் 0 டிகிரி கெல்வின்(-273 டிகிரி செல்ஸியஸ்). உலகில் வெப்பம் என்பது மட்டும்தான் உள்ளது குளிர் என்று ஒன்று அறிவியலைப் பொறுத்தவரை இல்லை. அந்த மைனஸ் என்பதெல்லாம் ”பனிக்கட்டியைப் பொறுத்து” என்கிற மனிதக் கற்பிதக் கணக்கு. (இங்கேயும் ஃப்ரேம் ஆப் ரெபரன்ஸ் தான்). மனிதன் எப்படி காலத்தை கி.மு, கி.பி என்று பிரித்து குழப்பியடிக்கிறானோ அது போன்றதுதான். (இந்த கி.மு, கி.பி பற்றி இன்னும் சில பட்டதாரிகளுக்கே சரியாகப் புரிய வில்லை என்பதுதான் யதார்த்த நிலை).

ஆகவே தற்பொழுது கூறப்பட்டுள்ள அமைப்பில், அணுவுக்குள் இருக்கும் புரோட்டான், எலக்ட்ரான் நிலைமை பற்றி சில கேள்விகள் எழுகிறது. உங்களுக்கு எழுகிறதா?

1) அணுவுக்குள் புரோட்டனும் எலக்ட்ரானும் ஒன்றை ஒன்று ஈர்த்து (நியூட்ரலாக) ஒன்றுக்குள் ஒன்றாகக் கலந்து சமன் செய்து சூன்யமாக மாறி விடாமல் எவ்வாறு தனித்தனியே இருக்கின்றது?




பதில் : சூரிய மண்டல மாதிரியான அமைப்பில்தான், ஈர்க்கும் பொருட்களாகி சூரியன், பூமி ஒன்றை ஒன்று ஈர்த்தாலும் ஒன்றுக்குள் ஒன்று முழ்கிவிடாமல் இயங்கிக் கொண்டிருக்கின்றன. ஏனென்றால் சுற்று வட்டப்பாதையில் பூமியின் வேகம் சூரியனின் ஈர்ப்பை சமன் செய்து விடுகிறது. ஆகவே அது போன்ற அமைப்பில் தான் நியூட்ரான், புரோட்டான் அடங்கிய நியூக்கிளியஸை மையமாக கொண்டு எலக்ட்ரான்கள் வட்டப்பாதையில் மையத்திலிருந்து இருக்கும் தூரத்தைப் பொறுத்து ஒரு குறிப்பிட்ட வேகத்தில் சுற்றுவதாக கூறலாம். இங்கு எலக்ட்ரானின் சுற்றும் வேகம்தான் ஈர்ப்பை வென்று பிரித்தே வைக்கிறது. ஆகவே அணுவுக்குள் இடையறாத இயக்கம் நடந்து கொண்டே இருக்கிறது.


2) ஒன்றை ஒன்று விலக்கி தள்ளும் ஒத்த தன்மையுள்ள புரோட்டான்கள் எவ்வாறு மையத்தில் ஒற்றுமையாக சேர்ந்து இருக்க முடியும்?



பதில் : ஹைட்ரஜனை தவிர மற்ற எல்லா தனிமங்களிலும் புரோட்டான்களின் எண்ணிக்கைக்கு சமமாகவோ அல்லது கூடுதலாகவோ நியூட்ரான்கள் உள்ளன. நியூட்ரான்களின் அணுக்கருவிசை புரோட்டான்களின் தள்ளுவிசையை மிஞ்சி புரோட்டான்களை ஈர்த்து வைத்துள்ளது. ஆகவே நியூக்கிளியசில் அமைதி நிலவுகிற்து.

இங்கே காட்டப் பட்டுள்ள லிதியம் அணுவில் 3புரோட்டான்கள், 4 நியூட்ரான்கள், 3 எலக்ட்ரான்கள் உள்ளது. இதிலுள்ள அதிகப்படியான நியூட்ரான்கள், புரோட்டான்களை இழுத்துப் பிடித்து வைத்துள்ளது.

ஹைட்ரஜனில் ஒரே ஒரு புரோட்டான் இருப்பதால் தள்ளுமுல்லுக்கு இடமில்லை. ஆகவே நியூட்ரானின் தயவு தேவை இல்லை.ஆகவே நியூட்ரானும் இல்லை.

3) நியூட்ரானையும் ஏன் தனி ஒரு துகளாகக் குறிப்பிடவில்லை?

புரோட்டனும் எலக்ட்ரானும் சேர்ந்த கலவைதான் நியூட்ரான்,ஆகவே அடிப்படைத்துகள் கணக்கில் எடுத்துக் கொள்ளவில்லை.

சிவனையும் சக்தியையும் கணக்கில் கொண்டதால் அர்த்தநாரீஸ்வரரை தனியாக கணக்கில் எடுத்துக் கொள்ள வேண்டியதில்லை அல்லவா அது போன்றதுதான்.

துகள்கள் பருப்பொருளா (குறிப்பிட்ட உருவம் கொண்டதா) ?

சூரிய மண்டல ஈர்ப்பு விசையும் அணுவுக்குள் இருக்கும் மின்விசையும் வெவ்வேறு விதமாக செயல்படும். சாதாரணமாக உபயோகத்தில் உள்ள மின் இயக்கவியல் விதிகள் எதுவும் அணுவுக்குள் உள்ள துகள்களுக்கு ஒத்து வரவில்லை. ஏனென்றால் அது துகளா அல்லது அலையா என பிரித்தறிய முடியவில்லை.அதாவது குறிப்பிட்ட உருவம் கொண்டதா அல்லது உருமில்லா ஆற்றலா எனக் கூறமுடியாத இரண்டும் கெட்டான் நிலை. காந்தத் துண்டுகளை சுற்றிலும் ஒரு கண்ணுக்குத் தெரியாத ஒரு சக்தி இருப்பதை தெரிந்து கொள்ளலாம். அதைத் தான் காந்த புலம் என்கிறோம். இது காந்த அலைகளால் ஏற்பட்டதானாலும் அதுவும் ஒருவகைத் துகள் சம்பந்தப்பட்டது தான். அதனால்தான் மின்காந்த அலைகள் என்கிறோம். மின்துகள்கள் தான் காந்தஅலைக்கு காரணம்