Friday, October 08, 2004

வையத் துண்டுகள் - 2004 இயல்பியல் நொபெல் --1

" வாளைச் சுற்றும் விசையினிலே - இந்த
வைய முழுவதும் துண்டு செய்வேன் ... "
- பாரதிதாசன்


வையத்தைத் துண்டு செய்வது பண்டைக்காலத்திலிருந்தே அதை அறிவதற்கான ஒரு வழிதான். மனிதன், மைசூர்பாகு, மலேரியா சுரக்கிருமி போன்ற பொருண்மைகள் அனைத்தும் பஞ்சபூதங்களினால் ஆனவை என்ற ஒரு கருத்தும் இப்படி வையத்தை துண்டு செய்து அறிதல் எனும் மனிதனின் இயல்பான அறிவியல் செயல்பாடுபாடுகளில் ஒன்றே ஆகும். உலகின் அனைத்துக் கலாச்சாரங்களும் தத்தம் அன்றாட வாழ்வை நடத்தத் தேவையான ஊண், உடை, உறையுள், போர் போன்றவற்றை வளமாக்கிப் பெருக்க தொழில் நுட்பங்களைக் காணவும், மிஞ்சியநேரத்தில் யாக்கையின் நிலையாமை பற்றி யோசித்து சமயங்களை வளர்த்து வளப்படுத்தவும், இத்தகைய வையத்தைத் துண்டு செய்யும் தேர்ந்தறி (reductionist) முறையை பயன்படுத்தி உள்ளன. நவ அறிவியல் இம்முறையை அதன் எல்லைக்கே கொண்டுசென்று சென்ற நூற்றாண்டில் இயல்பியலிலும், உயிரியலிலும் பெரும் பாய்ச்சல்களைக் கண்டுள்ளது. இருநூற்றாண்டுகளாகவே அறிவியலின் இந்த செயல்பாட்டினால் செறிவாக்கப்பட்டு, சேர்க்கப்பட்ட முழு 'அறிவையும்' மனிதனின் பிற பழமையான அறிமுறைகளான தத்துவமும், இறையியலும் (philosophy and theology) இன்னும் தமக்குள் உள்வாங்கி முழுக்கச் செரிக்க முடியவில்லை. இதைப் பற்றி பின்னால் பதிக்க எண்ணியுள்ளேன். இப்பதிவில் இவ்வாண்டின் இயல்பியல் நொபல் பரிசுபற்றி.

பொருண்மையின் கட்டமைப்பு என்பது அறிவியலின் மிக ஆதாரமான அறிபுலன்களில் ஒன்று. அனைத்தும் அணுக்களால் ஆனவை என்பது இன்று பொதுஅறிவு. அவ்வணுக்களை பொருண்மையாக (முன்னே சொன்ன 'மனிதன், மைசூர்பாகு, மலேரியா சுரக்கிருமி') வைத்திருக்க சில விசைகள் தேவை. சில அணுக்கள் சேர்ந்து மூலக்கூறுகள், பல மூலக்கூறுகள் சேர்ந்து உயிர்ச் செல்கள், பல செல்கள் சேர்ந்து உயிரிகள் என பல அடுக்குகளாக கட்டப் பட்டது நம் ஒவ்வொருவர் உடம்பும் என்பதும் நாம் அறிந்ததே. அணுக்களையும் அவற்றின் கட்டமைப்புகளையும் அவற்றில் இயங்கும் விசைகளையும் இயல்பியல் ஆராய்கிறது. இதேபோல் மூலக்கூறுகளின் அமைப்பு விசைகளை வேதியியலும், உயிர்ச்செல்லின் அமைப்பு, உயிரிகள், அவற்றின் வினையாற்றும் செயல்களை உயிரியலும் ஆராய்கின்றன.

இயல்பியல் அண்டத்தின் அனைத்து பொருண்மைகளின் ஊடேயும் இயங்கும் விசைகளாக நான்கு விசைகளைக் கண்டறிந்துள்ளது. அவை:

1. பொருண்மையீர்ப்பு விசை ( Gravitation. இதை புவி ஈர்ப்பு விசை என்று தமிழில் அழைக்கிறோம். ஆனால் புவி மட்டுமல்லாது எல்லாப் பொருண்மைகளுக்கு ஊடேயும் இது செயல்படுவதால் இதை பொருண்மையீர்ப்பு/நிறைஈர்ப்பு விசை என்பதே சரியானது. ஈர்ப்பு விசை எனும் பயன் பாடும் உள்ளது.)
2. மின்காந்த விசை (Electromagnetic force)
3. வல்விசை (Strong force)
4. மென் விசை (weak force)

இவற்றை முன்பெல்லாம் விசைகள் என்று அழைத்தாலும் தற்போதைய இயல்பியலில் இடைவினைகள் (interactions) என்றே அழைக்கின்றனர். நாம் இரண்டையும் பயன்படுத்தலாம். ஒவ்வொரு விசையாகப் பார்ப்போம்.


1. பொருண்மைஈர்ப்பு/ நிறைஈர்ப்பு விசை:

அனைவரும் உனர்ந்த, அறிந்த விசை. தடுக்கிவிழும்போதும், நாற்காலி மேஜை ஏணி இவற்றிலிருந்து கீழே விழுந்திருந்தாலும் நமக்கு இதன் விசை என்னவென்று புரிந்திருக்கும். புவி நம்மை இழுக்கும் விசை புவிஈர்ப்பு விசை. நியூட்டன் மண்டையில் விழுந்த ஆப்பிள் இதனால்தான் விழுகிறது என்று உணர்ந்த அவர் எல்லாக் கோள்களும், சூரியன் உட்பட இவ்வாறே பொருண்மையுடையவையாக இருப்பதால் அனைத்துக்கும் ஒரே விதிதான் இருக்கவேண்டும் என்ற கருதுகோள் உடன் இந்த விசைக்கு கணித சமன்பாடுகளை விதிகளாக வகுத்தார். இவ்விதியின் படி எல்லாப் பொருள்களும் ஒன்றைஒன்று ஈர்த்துக் கொண்டு இருக்கின்றன. ஆப்பிளை புவி ஈர்ப்பதைப்போல புவியையும் ஆப்பிள் இழுத்துக் கொண்டுதான் இருக்கும். நிறை அதிகமாக இருப்பதால் புவி ஆப்பிள் பக்கம் நகருவற்குள் குறைந்த நிறையுள்ள ஆப்பிள் ஓடோடி புவியிலோரிடம் என்று விழுந்துவிடுகிறது. அதனால் விசை என்றுபார்த்தால் ஒன்றிலிருந்து ஆரம்பித்து இன்னொன்றின் மேல் போய்ச்சேர்ந்த்து செயல்படுவது போல் இல்லை இது. இரண்டு பொருண்மைகளும் ஒன்றை மற்றொன்று இழுத்துக் கொண்டுதான் இருக்கின்றன. நிறை குறைந்தது அதிக தூரம் கடந்து மற்றதை அடைகிறது. அதனாலேயே இதை ஈர்ப்பு விசை (gravitational force) என்று கூறாமல், நிறைஈர்ப்பு இடைவினை (gravitational inteaction) என்ற முறையில் கணித சமன்பாடுகளை வகுத்தால் எல்லா விசைகளையும் ஒன்றுபோலவே கணிதத்தில் பாவிக்கலாம்.

விசைகளை கணிதம் மூலம் வடிவமைத்துப் பயிலும் ஒரு முறை "புலனக் கோட்பாடு" (Field Theory) ஆகும். இதன்படி, வெளியில் உள்ள பொருண்மைகள் எல்லாம் வெளியை நிறைஇர்ப்பு விசையினால் நிரப்பிஉள்ளன. அண்டவெளியிலுள்ள அனைத்து இடங்களிலும் இன்னிறைஈர்ப்பு விசை பரந்துள்ளது. எல்லாப் பொருண்மைகளும் இவ்விசையால் செலுத்தப் பட்டு ஒன்றைஒன்று ஈர்த்து உள்ளன. பெரும் நிறைப் பொருள்களாகிய விண்மீன்கள், சூரியன், கோள்கள் போன்றவை இவ்விசைக்குத் தக்கபடி நகர்த்து கொண்டு உள்ளன. ஐன்ஸ்டைன் இந்த புலனக் கோட்பாட்டை வரைகணித முறைப்படி மாற்றி அமைத்தார். அதை 'வரைகணிதமாக்கிய புலனக்கோட்பாடு' என்று அறிகிறோம். ஐன்ஸ்டைனின் பொது சார்புநிலைக் கோட்பாட்டின் (general theory of relativity) வழிமுறை இதுவேஆகும்.

நிறைஈர்ப்பு விசையின் ஒரு முக்கியத்தன்மை அது எப்பொழுதுமே ஒரு ஈர்ப்பு விசைதான் என்பதாகும். அதாவது எந்த நிறையுள்ள பொருளும் மற்றதை ஈர்த்துக் கொண்டேதான் இருக்கும். விலக்காது. மேலும் இது ஒரு தொலை தூர செயலியும் ஆகும். அதாவது எவ்வளவு தொலைவிலிருந்தாலும் ஒவ்வொரு பொருண்மையும் அண்டவெளியில் இருக்கும் மற்ற எல்லாப் பொருண்மைகளையும் இழுத்துக்கொண்டே இருக்கின்றது. இத்தகைய இழுசக்தியே அண்டத்தைக் கட்டியும் வைத்துள்ளது. நாம் பூமியோடு நம் மிக அருகிலுள்ள நிறைஅசுரனான சூரியனை நோக்கி விழுந்துகொண்டேதான் இருக்கிறோம். இந்த விசையைக் கணக்கிடுவதும் எளிது. பத்தாம் வகுப்புப் பொடியன்கள் கூட

விசை = G x(நிறை1)x(நிறை2)%(இடைத்தூரம்)x(இடைத்தூரம்)

என்று இரு நிறைகளுக்கு இடையே உள்ள ஈர்ப்பு விசையைக் கண்டுபிடித்து விடுவார்கள். இங்கே G என்பது ஈர்ப்புமாறிலி எனும் ஒரு எண்.
( வீட்டுப்பாடம்: அடுக்களையில் வைத்திருக்கும் ஊறுகாய் பாட்டில் சற்றே தொலைவிலிருக்கும் உப்புஜாடியை எந்த விசையோடு இழுக்கும் என்று கணக்கிடுங்கள். எப்படி நம்மால் இரவில் டமால் டமால் என்று ஏதும் சத்தம் கேட்காமல் நிம்மதியாகத் தூங்க முடிகிறது என்பதற்கு விடை கிடைக்கும்)


2. மின்காந்த விசை:

இதுவும் நாம் அனைவரும் உணர்ந்த விசையே. மின்சாரம், காந்த விசை இரண்டும் ஒரே விசையின் இரு தோற்றங்கள்தாம்.

கொஞ்சநாள் துடைக்காத தொலைக்காட்சிப் பெட்டியின் சென்று அதன் ஒளிர்பரப்பின் மிகாண்மையில் புறங்கையைக் காட்டினால், சடசடவென்ற சத்ததுடன் கைமுடியெல்லாம் சிலிர்க்கும். இது மின்காந்தப் புலம் செயல்படுவதுதான். வானில் இடிஇடித்துப் பாயும் மாபெரும் ஒளி மின்னல்களும் அதே மின்காந்தப் புலங்களே. வீட்டில் காஸ் லைட்டர் வெறும் தீக்குச்சி போன்றது அல்ல. அதுவே ஒரு மின்னல் உற்பத்தி சாதனம் தான். டப் என்று அமுக்கும்போது லைட்டரின் முனையில் பார்த்தால் ஒரு குட்டி மின்னல் நடுத்தண்டிலிருந்து லைட்டரின் ஓரத்துக்குப் பாய்வதைப் பார்க்கலாம். நம் கவிஞர்கள் யாராவது "மின்னல் கையில் மின்னல்; வயிற்றில் நெருப்பு " என்று ஹை(யோ)கூ எழுதுவதற்குள் ஓடிவிடலாம்.

மின்காந்த விசையும் கணிதமுறைப்படி ஒரு புலனக்கோட்பாடாக முறைமைப் படுத்தப் பட்டுவிட்டது.இதுவும் ஒரு தூரச் செயலி விசைதான். அதாவது அண்டவெளி எல்லாம் இவ்விசை பரவியுள்ளது. இந்தவிசை மூலக்கூறுகளுக்கு இடையே செயல்பட்டு அனைத்து வேதிவினைகளுக்கு காரணியாகவும் இருக்கிறது. அணுக்களின் கட்டமைப்பில் எலக்ட்ரான்களும், அணுக் கருவும் செயல்படும் இடைவினைகளுக்கும் மின்காந்தப் புலன்களே காரணியாகும். ஒருவிதத்தில் மின்காந்த விசை நிறைஈர்ப்பு விசையிலிருந்து முக்கியமாக மாறுபடுகிறது. அதாவது மின்காந்தவிசையில் ஈர்ப்பும் உண்டு, எதிர்ப்பும் உண்டு. ஒத்த மின்னூட்டம் கொண்ட துகள்கள் எதிர்க்கவும், எதிர்மின்னூட்டம் கொண்ட துகள்கள் ஈர்ìகவும் செய்கின்றன. ஒருஅணுவில் எலக்ட்ரான்கள் எதிர்மின்னூட்டமும், அணுக்கருவிலுள்ள புரோட்டான்கள் நேர்மின்னூட்டமும் கொண்டவை. அவை ஒன்றஒன்று இழுத்துக்கொள்வதால் விதவிதமான தனிம அணுக்கள் கட்டப் பெறுகின்றன. இவ்வாறு நேர்,எதிர் ஆகிய இரு குணங்களும் பெற்றுள்ளதால், தூரச் செயலி விசையாக இருந்தாலும், மின்காந்தப் புலங்கள் அதிகதூரம் எட்டுவதில்லை. ஒன்றைஒன்று சமமாக்கிக்கொள்ளுவதால், எந்த அணுத்தொகுதியிலிருந்Ðõ வெகுதூரம் இவை திறனுடன் இயங்குவதில்லை. அண்டவெளியின் பெரும் கட்டுமானத்தை அதனால் நிறையீர்ப்பு விசையே தீர்மானிக்கிறது. ஆனால் சிறு தொலைவுகளில் வரவர மின்காந்த்த விசைகள் மிகப் பலம் பெறுகின்றன. ஒரு அணுவுக்குள் எலக்ட்ரான்களும் கருவும் எதிரெதிர் மின்னூட்டங்கள் பெற்றிருந்தும் அவை ஒன்றைஒன்று ஈர்த்து சேர்ந்து புஸ்வாணமாகாமல் இருக்க குவாண்ட விதிகள் செயல்படுகின்றன. குவாண்டப் புலன் கோட்பாடு ஒரு முழுமையான கோட்பாடாகும். சிறப்புச் சார்பியல் கொள்கையையும் குவாண்டக் கொள்கையையும் இணைத்து உருவாக்கிய குவாண்ட மின்காந்த இயங்கியல் (Quantum Electro Dynamics) முழுமையானதாகவும் சரியான வருவதுகூறும் (predictive) இயல்புள்ளதாகவும் இருக்கிறது.

இதுவரை நாம் கண்டது அண்டத்தின் ஆதார விசைகளில் இரண்டைப்பற்றி. இவற்றிற்கு இணையாக பருண்மைப் பொருள்களாக ஆதாரத் துகள்கள் உள்ளனவா? இருந்தால் அவை என்ன என்று பார்ப்போம்.

2 comments:

Thangamani said...

நன்றாக இருக்கிறது. படிப்பதற்கு எளிமையாகவும், புரிவதற்கு ஏதுவாகவும் இருக்கிறது உங்கள் நடை. நன்றி!

அருள் செல்வன் கந்தசுவாமி said...

நன்றி தங்கமணி. உங்கள் மிச்ச கூர்க் போட்டோக்கள் எங்கே?