குவாண்டம் உலகம் - ஒரு எளிய அறிமுகம்

இன்றைய இயற்பியலின் முக்கியமான பிரிவுகளில் ஒன்று ‘குவாண்டம் இயற்பியல்’ (Quantum Physics/Mechanics / தூய தமிழில் இதனைச் ‘சொட்டாக்க இயற்பியல்’ என்கின்றனர்!)

இதைப் பற்றிக் கொஞ்சம் தெரிந்துகொள்ள விருப்பமென்றால் தொடர்ந்து படியுங்கள், ”இதெல்லாம் வேணானுதான நான் இந்த வேலைக்கு வந்தேன்” என்பவர்களுக்கு ‘நன்றி, வந்தனம்!’

குவாண்டம் இயற்பியலை இயற்பியலின் ஒரு பிரிவு என்பதைவிட இயற்பியலின் ஒரு படிநிலை என்று சொல்வதே பொருந்தும். நாம் அன்றாட வாழ்வில் காணும் பொருட்களைப் பழைய இயற்பியல் விவரிக்கிறது (classical physics). ஆப்பிள் ஏன் கீழே விழுகிறது என்று நியூட்டன் யோசித்தார், நிலவு ஏன் விழவில்லை என்ற கேள்வி கூடவே பிறந்தது அவருக்கு, இந்த ஆப்பிளின் வீழ்ச்சியும் நிலவின் சுழற்சியும் நியூட்டன் கற்றுக்கொடுத்த பழைய இயக்கவியல் கொள்கைகளின்படி நடக்கின்றன (Classical Mechanics) ஆனால், இதே ஆப்பிளை இன்னும் நுணுகி நுணுகி நாம் பார்த்தால் அது அணுக்களாலும் எலக்ட்ரான் போன்ற துகள்களாலும் ஆனது என்று அறிவோம், இந்த அணுக்கள்/துகள்களின் போக்கினை நியூட்டன் சொன்ன இயக்கவியலால் சரிவர விளக்க இயலவில்லை, எனவே இவற்றை விளக்க மேலும் நுண்ணிய அமைப்பு தேவைப்பட்டது, அப்படி ஒரு அமைப்பே இந்த குவாண்டம் இயற்பியல்!

நியூட்டனின் பழைய இயற்பியல் ஒரு பந்தின் போக்கை விளக்கிவிடும், அதனால் ஒரு எலக்ட்ரானின் போக்கை (முழுமையாக) விளக்க இயலாது, ஆனால், அதனினும் நுண்ணியதான குவாண்டம் இயக்கவியலால் இரண்டையுமே செய்ய இயலும், இருந்தாலும், பந்துக்கெல்லாம் நியூட்டனே போதும்! ‘பூப்பறிக்க கோடரி எதற்கு’ என்று வைரமுத்து சொன்னது போல, அதற்குக் குவாண்டம் தேவையில்லை, அதனால் நாம் குவாண்டம் இயக்கவியலை எலக்ட்ரான் போன்ற நுண்துகள்கள் அளவிலேயே கையாள்கிறோம்...

சரி அது என்ன குவாண்டம் இயக்கவியல்? அதைக் காண்பதற்கு முன் எலக்ட்ரான் போன்ற நுண்துகள்களுக்கு ஏன் தனியான ஒரு இயற்பியல் தேவைப்பட்டது என்பதை அறிந்துகொள்வோம். இதற்கெல்லாம் முன் நாம் ஒளியைப் பற்றிக் கொஞ்சம் பேச வேண்டும்.

ஆம், ஒளியைப் பற்றித்தான்! ’இசைன்னா என்ன?’ என்ற வடிவேலு நகைச்சுவையைப் பார்த்திருக்கிறீர்கள் அல்லவா? அது போல, ‘ஒளின்னா என்ன?’னு எப்பொழுதாவது யாரையாவது கேட்டிருக்கிறீர்களா? (அவர்கள் ’ஆளவிடுறா சாமி’ என்று அலறி ஓடியிருக்கிறார்களா?)

ஏறத்தாழ நானூறு ஆண்டுகளுக்கு முன்பிருந்தே விஞ்ஞானிகள் (இயற்பியலாளர்கள்!) இந்தக் கேள்வியைக் கேட்டுக்கிட்டே வந்திருக்காங்க, சிலப் பல பதில்களும் வந்திருக்கு, அந்தப் பதில்களில் எது சிறந்தது என்று சண்டை சச்சரவெல்லாம் நிறைய போட்டிருக்காங்க. முக்கியமான இரண்டு பதில்கள் ‘ஒளி என்பது துகள்’ ‘ஒளி என்பது அலை’.

ஒளி என்பது சின்னச் சின்னத் துகள்களின் ஒரு ஓட்டம் என்று நியூட்டன் கருதினார் (இந்தத் துகள்களுக்கு ‘corpuscules' கார்பஸ்க்யூல்ஸ் என்று பெயர்) ஒரு டென்னிஸ் பந்து தரையில் பட்டு எகிறுவதைப் போல இந்தத் துகள்கள் தளங்களில் பட்டு எகிறுவதுதான் ‘பிரதிபலிப்பு’ (reflection) என்று அவர் சுட்டிக்காட்டினார், இது போல இன்னும் சில நிகழ்வுகளையும் இந்த அடிப்படையில் அவர் விவரித்தார்.

ஒளி என்பது அலை, ஒலி போல ஒளியும் ஒரு ஊசலாடலின் பரவல் என்று ஹைகன் என்ற விஞ்ஞானி கருதினார். இப்படி ஒளியை அலையாக கொள்வதன் மூலம் அவரால் ஒரு சில நிகழ்வுகளை விளக்க முடிந்தது. ஆனால் சண்டை ஓயவில்லை.

இதற்கிடையில் மேக்சுவெல் என்பவர் மின்புலமும் காந்தப்புலமும் ஒன்றுக்கொன்று தொடர்புடையது என்று நிறுவினார், அதை விளக்க நான்கு சமன்பாடுகளையும் அமைத்துக்கொடுத்தார். இந்தச் சமன்பாடுகளின் படி ஒரு மின்-காந்த அலையின் தன்மைகளை அவர் அலசினார், ஏதேச்சையாக ஒளியின் பண்புகளும் மின்-காந்த அலைகளின் பண்புகளோடு ஒத்திருப்பதை அவர் கண்டறிந்தார் (முக்கியமா வேகம்!) அதனால் ஒளியும் ஒரு மின்காந்த அலைதான் என்று நிறுவினார்.

அப்பாடா, சண்டை ஓய்ந்தது, ஒளி ஒரு அலைதான் என்று எல்லோரும் மூச்சுவிட நினைத்த நேரத்தில் மேக்சுபிளாங்கு என்பவர் ’அவசரப்படாதீங்க, சிக்கல் இன்னும் முடியல’ என்று கத்திக்கொண்டே ஓடி வந்தர் (நிசமா இல்லை!) ஒரு குறிப்பிட்ட நிகழ்வை விளக்க ஒளியைத் துகள்னு வெச்சுக்கிட்டாதான் வசதியா இருக்குனு காட்டினார் அவர் (அந்த நிகழ்வு ‘கரும்பொருள் கதிர்வீச்சு’ என்பது, ஒரு பொருளைச் சூடாக்கினா அது ஒளிரத் தொடங்கும், அது வெளியிடும் ஒளியின் நிறத்திற்கும் அதன் வெப்பத்திற்கும் உள்ள தொடர்பை விளக்கதான் மேக்சு பிளாங்கு ஆராய்ச்சி பண்ணிட்டு இருந்தார்!)

அவரைத் தொடர்ந்து ஐன்சுடீனும் ஆமா இன்னும் சில நிகழ்வுகளையும் ஒளியைத் துகளா வெச்சுக்கிட்டாதான் விளக்க முடியுதுனு சொன்னார் (இவர் சொன்னது ‘Photo-electric effect’ எனப்படும் ‘ஒளிமின் விளைவு’, இதை விளக்கியதற்காகத்தான் ஐன்ஸ்டீனுக்கு 1905-ல் நோபல் பரிசு கிடைத்தது!)

ஆனால், பிளாங்கும் ஐன்சுடீனும் சொல்லும் ஒளித்துகள் நியூட்டன் சொன்ன கார்பஸ்க்யூல் அல்ல. இவர்கள் சொல்வது ஒளியின் ஆற்றலைச் சின்னச் சின்னப் பொட்டலங்களாகக் கொள்ளும் ஒரு அணுகுமுறை. இந்த ஆற்றல் பொட்டலங்களுக்கே ‘குவாண்டம்’ என்று பெயரிட்டனர். (குறிப்பாக ஒளியின் ஆற்றல் பொட்டலங்கள், அதாவது ஐன்சுடீனும் பிளாங்கும் சொன்ன ‘ஒளித்துகள்’கள் ‘ஃபோட்டான்’கள் (Photons) என்று அழைக்கப்படும்.)

குவாண்டம்-க்கு வந்துட்டோமா? ஆனால், குவாண்டம் இயற்பியல் ஒளி பற்றியது மட்டுமல்ல, ‘அதுக்கும் மேல’... அதைத் தெரிந்துகொள்ள நாம இன்னும் நிறைய பேரைச் சந்திக்கனும், முக்கியமா டி பிராக்லி என்பவரை... அவங்களைலாம் அடுத்த பகுதில சந்திப்போம், சரியா?

மறக்காம உங்க கருத்துக்களைப் பகிருங்க, குறிப்பா கட்டுரையின் நடையைப் பற்றியும், அது புரிந்துகொள்ள எளிமையா இருக்கா என்பதைப் பற்றியும் எனக்குச் சொன்னீங்கனா, உங்களுக்கு இயற்பியலின் வியக்க வைக்கும் உலகை அறிமுகப்படுத்துவதில் எனக்கு உதவியா இருக்கும்... நன்றி!
*****************************************************************************

அடுத்த பகுதி: http:// eluthu. com/ kavithai/ 233780. html (இடைவெளியை நீக்கிவிட்டு உலாவியில் இடவும்)