குவாண்டம் உலகம் - 2

முந்தைய பகுதி: http :// eluthu. com/ kavithai/ 230867. html (இடைவெளியை நீக்கிவிட்டு உலாவியில் இடவும்)
***************************************************************************

இந்தப் பகுதியில் உங்களுக்கு டிபிராக்லி, சுரோடிங்கர் ஆகியோரை அறிமுகப்படுத்தலாம் என்றுதான் இருந்தேன், ஆனால் அவர்களைக் காணும் முன் ‘குவாண்டம்’ ‘ஃபோட்டான்’ இவைகளைப் பற்றி இன்னும் கொஞ்சம் ஆழப் புரிந்துகொள்ள முயலலாம் என்று நினைக்கிறேன்...

[படம் சும்மா ஒரு அழகுக்குத்தான். இதுதான் ஃபோட்டான் என்று எண்ணிவிடாதீர்கள், ஃபோட்டானை நம்மால் காணவோ, படம்பிடிக்கவோ அல்லது கற்பனை செய்யவோ இயலாது!]

’குவாண்டம்’ என்ற லத்தீன் சொல்லுக்கு ‘எத்துணை’ (அளவு) என்று பொருளாம், அதைத்தான் ஒளியின் ஆற்றல் பொட்டலங்களுக்குப் பெயராக வைத்தனர் மேக்சு பிளாங்கும் ஐன்ஸ்டீனும். குவாண்டம் என்பது என்ன? இதை இன்னும் கொஞ்சம் விளக்குவோம்...

ஒளி என்பது என்ன? அது திடப்பொருளா? ஆற்றலா? அது அலை என்றே பெரும்பாலும் நம்பினார்கள். குறுக்கீட்டு விளைவு (Interference,) தளவிளைவு (Polarization) போன்றவை அலைகளுக்கே உரிய ஒன்று. ஒளி இவ்விளைவுகளை எல்லாம் கச்சிதமாக பின்பற்றும். எனவே அதனை அலை என்று கொள்வதில் சிக்கல் இருக்கவில்லை. ஆனால், பிளாக் பாடி ரேடியேஷன் (கரும்பொருள் கதிர்வீச்சு) என்ற விளைவை விளக்க ஒளியை அலை என்று கொள்வதில் சரியான விடைகள் கிடைக்கவில்லை. சூடான ஒரு பொருள் ஒளிவீசும் - இதுவே கரும்பொருள் கதிர்வீச்சு. ஒரு பொருள் என்ன வெப்பத்தில் எந்தெந்த நிறக் கதிர்களை வீசுகிறது என்பதே அலசப்பட வேண்டியது. இதற்கு ஆய்வு முடிவுகள் இருந்தது (ரொம்ப காலமாவே!) ஆனால், இதற்கான சரியான ‘தியரி’ (கோட்பாடு) தான் இல்லை. அந்தக் குறையைப் போக்கியவர்தான் மேக்சு பிளாங்க்.

சூடான ஒரு பொருள் ஒளியைத் தொடர்ந்து வெளியிடாமல், விட்டு விட்டு வெளியிடுகிறது, சின்னச் சின்னப் பொட்டலங்களாய் (Impulse) ஆற்றலை அது வெளியிடுகிறது என்று கொள்வதன் மூலம் அவரால் இந்நிகழ்வைச் சரியாக கணித சமன்பாட்டில் விளக்க முடிந்தது. (இதில் என்ன ஆச்சரியம்? எடுத்துக்காட்டய், ஒரு வீணை வாசிக்கப்படும் பொழுது அதன் தந்தி அதிர்வதும், அதிலிருந்து ஒலி எழுவதும் தொடர்ந்து நடக்கிறதுதானே? இல்லை, தந்தி விட்டு விட்டு துடிக்கிறது, ஒவ்வொரு துடிப்பிலும் ஒரு அலைக்கற்றை வெளிவருகிறது, இது ஆற்றல் பொட்டலமாய் இருக்கிறது என்றால் நம்புவீர்களா?!) இந்த ’ஆற்றல் பொட்டலம்’ என்ற கருத்துருவையே குவாண்டம் என்றனர். இதனை ஒளியின் துகள் என்று கொள்ளலாம். அப்படிக் கொண்டவர் ஐன்ஸ்டீன்.

ஒளி வெளிவருவது மட்டும் பொட்டலமாய் இல்லை, அது பரவுவதும் செயல்படுவதும் கூட சிறு சிறு பொட்டலங்களில்தான் என்று மேக்சு பிளாங்கின் கருத்தை இன்னும் விரிவாக்கினார் ஐன்ஸ்டீன். இதனைக் கொண்டே ஒளிமின் விளைவு (Photo-electric effect) என்ற விளைவை விளக்கினார். நோபல் பரிசும் பெற்றார். இந்த ஒளித் துகள்கள் ஃபோட்டான் எனப்பட்டன (Photon) (பொதுவாக ‘ஆன்’ என்ற பின்னொட்டு நுண் துகள்களைக் குறிக்கப் பயன்படுத்தப்படும், எலக்ட்ரான், ந்யூட்ரான், புரோட்டான்...)

ஒளியின் எந்தப் பகுதி இப்படி பொட்டலம் பொட்டலமாய் இருக்கிறது? இந்தக் கேள்விக்கு நமக்குச் “சரியான” விடை தெரியாது. தெரியவே தெரியாது என்பது தெரியும் (ஆம், போக போக இதன் முழு அர்த்தத்தைப் புரிந்துகொள்வீர்கள்!) இப்போதைக்கு ஒளி என்பது முழுக்க முழுக்க ஆற்றல் (Energy) என்று கொள்வோம் அந்த ஆற்றலே இப்படி பொட்டலம் பொட்டலமாய் இருக்கிறது. இந்த ஆற்றல் பொட்டலங்களின் ஆற்றல் E = hf என்ற சமன்பாட்டின் மூலம் தரப்படும். அதாவது 'f' அதிர்வெண் உள்ள ஒரு ஒளியின் ஒரு ஃபோட்டானின் ஆற்றல் 'hf' ஆகும். இதில் 'h' என்பதற்கு ‘பிளாங்க் மாறிலி’ (Planck's constant) என்று பெயர் (இது மிகச் சிறிய ஒரு அளவு, h = 6.626 x 10^-34 Joule-second ஆகும்.)

இன்னும் கொஞ்சம் புரிய ஒரு சிறிய கணக்குப் போட்டுப் பார்ப்போம், ஒரு 15 Watt மின்சார பல்பு இருக்கிறது என்று வைத்துக்கொள்வோம், அது சிவப்பு நிற ஒளியை உமிழ்கிறது. அதன் ஃபோட்டான்களின் ஆற்றல் என்னவாக இருக்கும்? அது ஒரு நொடிக்கு எத்தனை ஃபோட்டான்களை உமிழ்கிறது?

அதன் ஒளியின் அதிர்வெண் 460 THz என்று கொள்வோம் (டெரா ஹெர்ட்சு, tera = 10^12, 'terabyte' கேள்விப்பட்டிருப்பீர்களே?) அதாவது 4.6 x 10^14 Hz (Hz - Hertz என்பது அதிர்வெண்ணை அளக்கும் அலகு! ஒரு நொடிக்கு ஒரு துடிப்பு என்பது ஒரு ஹெர்ட்சு எனப்படும்.) பொதுவாக சிவப்பு நிறத்தின் அதிர்வெண் இது. சமன்பாட்டின் படி ஒரு சிவப்பு ஃபோட்டானின் ஆற்றல்,

E = hf = (6.626 x 10^-34 )(4.6 x 10^14)
E = 0.000000000000000000304796 Joule (ஜூல் என்பது ஆற்றலின் அலகு!)

இது எவ்வளவு சின்ன அளவு? ஒரு ‘ஜூல்’ என்பது ஒரு ஆப்பிள் பழத்தை (சுமார் 100 கிராம் எடை) ஒரு மீட்டர் உயரம் தூக்க தேவையான ஆற்றல் அல்லது, சுமார் 4 கிராம் தண்ணீரில் ஒரு டிகிரி செல்சியஸ் வெப்பம் கூட்ட தேவையான ஆற்றல்! மேலே உள்ள அளவு தூசிலும் தூசு!

சரி, அந்த பல்பிலிருந்து ஒரு நொடிக்கு எவ்வளவு ஃபோட்டான்கள் வெளிவருகின்றன?

15 வாட் என்பது என்ன? ஒரு நொடிக்கு 15 ஜூல் வெளியிடுகிறது என்ற கணக்கு (உண்மையில், 15 வாட் என்பது அந்த பல்பு ஒரு நொடிக்கு 15 ஜூல் ஆற்றலை உள்வாங்குகிறது என்ற கணக்குதான், கொஞ்சம் ஆற்றல் வெப்பமாகவும் வெளியிடப்படுவதால் இதே 15 ஜூல் ஒளியாக வருவதில்லை, கொஞ்சம் குறைவாகவே வரும், நாம் இப்போதைக்கு அதைப் பற்றிக் கவலைப் பட வேண்டாம்...)

ஒரு நொடிக்கு 15 ஜூல் என்றால், எத்தனை ஃபோட்டான்கள்? ஒரு ஜுல் ஆற்றலுக்கு (1/0.000000000000000000304796) சுமார் 3.2 x 10^18 (அதாவது 3 பில்லியன்-பில்லியன் ஃபோட்டான்கள்) இருக்கும், எனில் 15 ஜூல் ஆற்றலுக்கு அதைப் போல 15 மடங்கு, அதாவது 45 பில்லியன் பில்லியன் (4.5 x 10^19) ஃபோட்டான்கள் இருக்கும் - இது ஒரு நொடிக்கு!

உலகின் மக்கள் தொகை என்ன தெரியுமா? இப்போதைக்கு ஏறத்தாழ 7.3 பில்லியன் தான்!

இந்தக் கணக்கு, ஃபோட்டான்கள் என்ன, அவை எத்துணைச் சிறியவை என்று புரிந்துகொள்ள உதவும் என்று நம்புகிறேன். மேலும் மேலும் ஃபோட்டான்களைப் பற்றி ஆய்ந்ததில் அவற்றிற்கு ‘நிறை’ (mass) கிடையாது என்பதும், மின்னூட்டமும் (charge) கிடையாது என்பதும் தெளிவாயிற்று. இன்னொன்று சொன்னால் குழம்பிவிட மாட்டீர்கள் என்றால் சொல்கிறேன் (குழப்புவதாய் இருந்தால் கண்டுகொள்ளாமல் விட்டுவிடுங்கள்!) ஃபோட்டான்களுக்கு ‘பருமனும்’ கிடையாது! (ஆம், அவை இன்ன அளவு என்று நம்மால் சொல்ல முடியாது என்பதை விட, அவற்றுக்கு அளவு என்ற ஒன்றே கிடையாது என்பதே உண்மையாகத் தோன்றுகிறது!)

ஒளியின் துகள்களைப் பற்றிக் கொஞ்சம் அதிகமாகவே பார்த்துவிட்டோம், இது நாணயத்தின் ஒரு பக்கம்தான், இன்னொரு பக்கத்தை இனி வரும் பகுதிகளில் பார்ப்போம். நாம் காணும் உலகையே மாயை என்று சொல்ல வைக்கும் அறிவியல் அது, இல்லை தத்துவமா? இரண்டிற்கும் இடையிலேயே பயணிக்கும் ஒற்றையடிப் பாதை அது...
****************************************************************************************

அடுத்த பகுதி: விரைவில் (பிப். 22-ற்குள்!)