பொருளானது அலையாக இருக்க முடியுமா?
----------------------------------------------------------------------
பி இளங்கோ சுப்பிரமணியன்
நியூட்டன் அறிவியல் மன்றம்
------------------------------------------------
"நீலக் கடலலையே உனது
நெஞ்சின் அலைகளடி."
இது பாரதியின் காவிய வரி. இதில் கடல் அலைகளின்
நிறம் நீலம் என்கிறார் பாரதியார்.
நிறம் என்றால் அலைநீளம் என்றே இயற்பியல் கூறும்.
(Colour means wavelength). வெவ்வேறு நிறங்கள் என்றால்
வெவ்வேறு அலைநீளங்கள் என்கிறது இயற்பியல்.
நீல நிறத்தின் அலைநீளம் என்ன? 420 நானோமீட்டர் முதல்
490 நானோமீட்டர் வரையிலான அலைநீளமே நீலநிறம்
என்று இயற்பியல் கூறும். இங்கு RBG எனப்படும் மூன்று
நிறங்களை (சிவப்பு, நீலம், பச்சை) மட்டும் கருதும்
நிறவெளியே (Colour space) பின்பற்றப் படுகிறது.
ஒளி அலைகள் என்று கேள்விப் பட்டு இருப்போம். ஆனால்
நியூட்டன் ஒளியானது ஒரு அலை என்பதை ஏற்கவில்லை.
ஒளி என்பது துகளே என்றார் அவர். உலகப் புகழ் பெற்ற
அவரின் துகள் கொள்கை (corpuscular theory of light) 12ஆம்
வகுப்பு இயற்பியலில் பாடமாக இருக்கிறது.
கிறிஸ்டியன் ஹைஜென்ஸ் ( Christian Huygens 1629-1695)
என்பவர் நியூட்டன் காலத்து விஞ்ஞானி. இவர் ஒளியானது
அலையாக இருக்கிறது என்றார். நியூட்டனின் துகள்
கொள்கைக்கு முற்றிலும் முரணானது இவரின்
அலைக்கொள்கை!
ஒளி அலையா அல்லது துகளா என்பதைக் கண்டறிய
ஆயிரம் பரிசோதனைகள் நடந்தன. இவற்றில்
முரண்பட்ட முடிவுகள் கிடைத்தன. சில பரிசோதனைகள்
ஒளி அலையாக இருக்கிறது என்பதற்குச் சாட்சியம்
கூறின. சில பரிசோதனைகளில் ஒளி தன்னை துகளாக
மட்டுமே வெளிப்படுத்திக் கொண்டது. இதனால்
அறிவியல் உலகில் ஒரு நிச்சயமற்ற நிலை நீடித்தது.
விஞ்ஞானிகள் இரண்டு கட்சிகளாகப் பிரிந்து, அலை,
துகள் என்று வாதிட்டார்கள். உலகமே இரண்டாகப்
பிளவு பட்டது. இறுதிக்கும் இறுதியான பரிசீலனையில்
விஞ்ஞானிகள் அலையா துகளா என்ற பிரச்சினைக்கு
முடிவு கட்டினார்கள். நூற்றாண்டுகளாக
நீடித்த சர்ச்சைக்கு விஞ்ஞானிகள் வழங்கிய தீர்ப்பு
இதுதான்! ஒளி துகளாகவும் இருக்கிறது; அலையாகவும்
இருக்கிறது. அலை-துகள் இரட்டைத் தன்மையே ஒளி பற்றிய
மெய்ம்மை (wave particle duality) ஆகும்.
பிரசித்தி பெற்ற இந்தத் தீர்ப்பின் மீதுதான் குவான்டம்
தியரி உருவாக்கப் பட்டுள்ளது. ஒளியின் அலை-துகள்
இரட்டைத் தன்மை மீதுதான் குவாண்டம் கொள்கை
கட்டி எழுப்பப் பட்டுள்ளது.
ஆயின் ஒரே நேரத்தில் ஒளியானது துகளாகவும்
அலையாகவும் இருக்குமா? அப்படித் தன்னை
வெளிப்படுத்திக் கொள்ளுமா? கேள்விகள் எழுந்தன.
இதற்குப் பதிலளித்தார் நியல்ஸ் போர் (Niels Bohr 1885-1962).
ஒரு நேரத்தில் ஒரு பண்பு மட்டுமே வெளிப்படும் என்றார்.
அதாவது ஒரு பரிசோதனையின்போது, ஒளியின்
அலைப்பண்பு வெளிப்படுமானால், அதே பரிசோதனையில்
அதன் துகள் பண்பு வெளிப்படாது என்றார்.
இவரின் இக்கோட்பாடு "நிரப்புக் கோட்பாடு"
(Principle of complementarity) எனப்படுகிறது.
பருப்பொருளின் அலைப்பண்பு!
-----------------------------------------------
ஒட்டு மொத்தப் பிரபஞ்சத்திலும் பொருள், ஆற்றல் (matter and energy)
என்று இரண்டே இரண்டு விஷயங்கள் மட்டுமே உள்ளன.
இவ்விரண்டைத் தவிர்த்து மூன்றாவது எதுவும் மொத்தப்
பிரபஞ்சத்திலும் கிடையாது.
ஒளி என்பது ஆற்றல் ஆகும். ஆற்றலானது துகளாகவும்
அலையாகவும் இருக்கிறது என்பதைக் கண்டோம். இதை
ஏற்றுக் கொள்வதில் மனித குலத்துக்குப் பெரிய சிக்கல்
எதுவும் இல்லை. ஆனால் லூயி டி பிராக்லி என்னும்
பிரெஞ்சு இயற்பியலாளர் (Louis de Broglie 1892-1987)
பருப்பொருளும் அலையாக இருக்கிறது என்று 1924ல் கூறி
உலகை அதிர வைத்தார்.
பொருள் என்பது அணுக்களாகவும் துகள்களாகவும்
இருக்கிறது என்று நம்பிக் கொண்டிருந்த மனித குலம்
பொருள் என்பது எப்படி அலையாக இருக்க முடியும்
என்று கேள்வி எழுப்பியது.
ஃபெர்மியான்களும் போசான்களும்!
---------------------------------------------------------
இவ்விடத்தில் துகள்கள் பற்றி சிறிது கூடுதலாக அறிந்து
கொள்ள வேண்டும். பொருட்கள் அணுக்களால் ஆனவை
என்றும் அணுக்கள் துகள்களைக் கொண்டவை என்றும்
நாம் அறிவோம்.
ஃபெர்மியான்கள் எனப்படும் பொருள்சார் துகள்கள் மற்றும்
போசான்கள் எனப்படும் ஆற்றல்சார் துகள்கள் என்பதாக
பொதுவாக துகள்களை இரண்டாகப் பிரிப்பது வழக்கம்.
இத்தாலிய இயற்பியலாளர் பேராசிரியர் என்ரிக்கோ
ஃபெர்மியின் (Prof Enricho Fermi 19901-1954) நினைவாக
பொருள்சார் துகள்களுக்கு ஃபெர்மியான்கள் (Fermions) என்று
பெயரிட்டார் பால் டிரக் (Paul Dirac). இத்துகள்கள் ஃபெர்மி, டிரக்
ஆகிய இருவரின் புள்ளியியல் விதிகளுக்குக் கீழ்ப்படிபவை.
அது போல இந்திய இயற்பியலாளர் சத்யேந்திரநாத் போஸ்
(Satyendra Nath Bose 1894-1974) நினைவாக ஆற்றல்சார் துகள்களுக்கு போசான்கள் (Bosons) என்று பெயரிட்டார் இதே பால் டிரக்.
இத்துகள்கள் போஸ், ஐன்ஸ்டைன் ஆகிய இருவரின் புள்ளியியல்
விதிகளுக்குக் கீழ்ப்படிபவை.
புரோட்டான், நியூட்ரான், எலக்ட்ரான் ஆகியவை பொருள்சார்
துகள்கள்; எனவே அவை ஃபெர்மியான்கள்.
ஒளிமங்கள் எனப்படும் போட்டான்கள் (photons) ஆற்றல்சார்
துகள்கள்; எனவே ஒளிமங்கள் போசான்கள் (photons are bosons) ஆகும்.
பிரசித்தி பெற்ற ஹிக்ஸ் துகள் ஒரு போசான் ஆகும்.
எலக்ட்ரான் ஒரு துகளே!
--------------------------------------
துகள்களிலேயே அதிகம் ஆராயப்பட்ட துகள் எலக்ட்ரான்
ஆகும். ஃபெர்மியான்களின் உட்பிரிவான லெப்டான்களில் (leptons)
வருகிறது எலக்ட்ரான். நிறை குறைவான, இலகுவான துகள்கள்
லெப்டான்கள் எனப்படுகின்றன.
எலக்ட்ரானின் நிறை என்ன? சிறிது தோராயத்துடன் கூறினால்
9.11 x 10^minus 31 கிலோகிராம் ஆகும். ஒரு இயற்பியல்
மாணவனைப் பொறுத்தமட்டில் இந்த நிறை உணரக்கூடிய
நிறையே ஆகும் (humanly perceivable). 10^minus 3 (மில்லி கிராம்)
என்பதில் தொடங்கி, 10^ minus 6 (மைக்ரோ கிராம்) என்றும்,
நானோ கிராம் என்றும் மானசீகமாக உணர்ந்து, வளமான
கற்பனை ஆற்றலுடன் 10^minus 31 கிகி என்பதை மனத்தால்
உணர வேண்டும். வெறுமனே நிறை இவ்வளவு என்று
தெரிந்து கொள்வதுடன் மாணவர்கள் நின்று விடக்கூடாது.
எலக்ட்ரானின் வயது 123 என்று வைத்துக் கொள்ளலாம்.
இத்துகளுக்கு முதன் முதலாக எலக்ட்ரான் என்று பெயரிட்டவர்
அயர்லாந்து இயற்பியலாளர் ஜி ஜே ஸ்டோனி (George Johnstone Stoney).
1897ல்தான் எலக்ட்ரான் ஒரு பரிசோதனையில் கண்டு பிடிக்கப்
பட்டது; கண்டு பிடித்தவர் பிரிட்டிஷ் இயற்பியலாளர்
ஜே ஜே தாம்சன் (J J Thomson 1856-1940). இதற்காக இவருக்கு
1906ஆம் ஆண்டிற்கான இயற்பியல் நோபெல் பரிசு வழங்கப்
பட்டது.
"காத்தோட் கதிர்களில் (cathode rays) மின்சாரத்தைக் கடத்தும்
துகள்கள் இருக்கின்றன என்றும் இத்துகள்களே
எலக்ட்ரான்கள் என்றும் தாம்சன் கண்டறிந்தார். மேலும்
எலக்ட்ரான்கள் அணுவின் பகுதிகள் என்றும் தாம்சன்
கண்டறிந்தார்" என்று நோபெல் பரிசுக் குறிப்பு (Nobel citation)
தெரிவிக்கிறது. இங்கு எலக்ட்ரான் ஒரு துகள் என்று தாம்சன்
கண்டறிந்தார் என்று நோபெல் பரிசுக் குறிப்பு கூறுவது
குறிப்பிடத் தக்கது. அதாவது எலக்ட்ரான் ஒரு துகள் என்பதை
இங்கு அடிக்கோடு இட வேண்டும்.
எலக்ட்ரான் அலையாக இருக்கிறது!
---------------------------------------------------------
1906ல் ஜே ஜே தாம்சனுக்கு நோபெல் பரிசு வழங்கப் பட்டது போல,
1937ல் ஜே ஜே தாம்சனின் மகன் ஜி பி தாம்சனுக்கு
(G P Thomson 1892-1975) நோபல் பரிசு வழங்கப் பட்டது. இதே
எலக்ட்ரான் மீதான பரிசோதனைக்குத்தான் நோபெல் பரிசு.
எலக்ட்ரான் ஒரு துகள் என்பதற்காக நோபல் பரிசு
பெற்றார் தந்தை. மாறாக, எலக்ட்ரான் ஒரு அலை என்று
காட்டியதற்காக பரிசு பெற்றார் மகன்.
"பருப்பொருளுக்கும் அலைப்பண்பு உண்டு. ஒவ்வொரு
துகளுடனும் இணைந்த ஒரு அலை உள்ளது" (With every particle
of mass m and velocity v a wave is associated) என்றார் லூயி
டி பிராக்லி. 1924ல் அவர் கூறியது 1927ல் பரிசோதனைகள்
மூலமாக நிரூபிக்கப் பட்டது.
பிரசித்தி பெற்ற டேவிசன்-ஜெர்மர் பரிசோதனையில்
(Davisson-Germer) நிக்கல் கிறிஸ்டல்களின் மீது எலக்ட்ரான்
கதிர்கள் செலுத்தப் பட்டபோது விளிம்பு விளைவுகள்
(diffraction) ஏற்பட்டன. எலக்ட்ரான் ஒரு அலையாக இருந்தால்
மட்டுமே விளிம்பு விளைவுகளை ஏற்படுத்த முடியும்.
இதன் மூலம் எலக்ட்ரான் அலையாக இருக்கிறது என்பதை
டேவிசன்-ஜெர்மர் பரிசோதனை நிரூபித்தது.
இப்பரிசோதனையை நிகழ்த்திய இருவரில் டேவிசனுக்கு
(Clinton Joseph Davisson 1881-1958) 1937ஆம் ஆண்டிற்குரிய
நோபல் பரிசு ஜி பி தாம்சனுடன் பகிர்ந்து வழங்கப் பட்டது.
டேவிசனைச் சாராது தமது சுய முயற்சியில் இதே எலக்ட்ரானைக்
கொண்டு குறுக்கீட்டு விளைவுப் பரிசோதனைகளையம்
(interference experiments) விளிம்பு விளைவு (diffraction) பரிசோதனைகளையும் நிகழ்த்தி, எலக்ட்ரான் அலையாக இருக்கிறது
என்று நிரூபித்தமைக்காக ஜி பி தாம்சனுக்கு நோபல் பரிசு
பகிர்ந்து வழங்கப்பட்டது.
ஆற்றல் மட்டுமல்ல பொருளும்கூட அலையாகத்தான் இருக்கிறது
என்ற லூயி டி பிராக்லியின் கூற்று பரிசோதனைகள் மூலம்
1927ல் நிரூபிக்கப் பட்டு விட்டதைத் தொடர்ந்து, அவருக்கு
1929ஆம் ஆண்டின் நோபல் பரிசு வழங்கப்பட்டது. இதன் மூலம்
பருப்பொருளும் அலையாக இருக்கிறது என்ற உண்மையை
அறிவியல் உலகம் ஏற்றுக் கொண்டது. எர்வின் ஷ்ராடிங்கர்
இதன் அடிப்படையில் தமது அலை இயந்திரவியலை
(wave mechanics) உருவாக்கினார்.
அலைநீளம் கணக்கிடுதல்!
------------------------------------------
அலை என்றவுடன் அலைநீளம் என்ன என்று கேள்வி எழும்.
துகளான எலக்ட்ரான் ஒரு அலையாக இருக்கிறது என்றால்
அதன் அலைநீளம் என்ன என்ற கேள்விக்கு லூயி டி பிராக்லி
பதிலளிக்கிறார்.
டி பிராக்லியின் அலைநீளமானது ஒரு துகளின்
(எலக்ட்ரானின்) உந்தம் (momentum) எவ்வளவு என்பதைப் பொறுத்தது.
உந்தம் p = m x v.
அலைநீளம் லாம்ப்டா = h/p.
இங்கு h என்பது பிளாங்கின் மாறிலி (Planck's constant) ஆகும்.
தற்போது மிக எளிய ஒரு கணக்கைப் பார்ப்போம். இதன்
மூலம் எலக்ட்ரானின் அலைநீளம் என்ன என்று காணலாம்.
எலக்ட்ரானின் நிறை m = 9.1 x 10^ minus 31 kg
எலக்ட்ரானின் வேகம் v = 10^6 m/s
பிளாங்கின் மாறிலி h = 6.6 x 10^minus 34 Js
எலக்ட்ரானின் அலைநீளம் என்ன?
p = mv
அலைநீளம் லாம்ப்டா = h/p
----------------------------------------------------------------------
பி இளங்கோ சுப்பிரமணியன்
நியூட்டன் அறிவியல் மன்றம்
------------------------------------------------
"நீலக் கடலலையே உனது
நெஞ்சின் அலைகளடி."
இது பாரதியின் காவிய வரி. இதில் கடல் அலைகளின்
நிறம் நீலம் என்கிறார் பாரதியார்.
நிறம் என்றால் அலைநீளம் என்றே இயற்பியல் கூறும்.
(Colour means wavelength). வெவ்வேறு நிறங்கள் என்றால்
வெவ்வேறு அலைநீளங்கள் என்கிறது இயற்பியல்.
நீல நிறத்தின் அலைநீளம் என்ன? 420 நானோமீட்டர் முதல்
490 நானோமீட்டர் வரையிலான அலைநீளமே நீலநிறம்
என்று இயற்பியல் கூறும். இங்கு RBG எனப்படும் மூன்று
நிறங்களை (சிவப்பு, நீலம், பச்சை) மட்டும் கருதும்
நிறவெளியே (Colour space) பின்பற்றப் படுகிறது.
ஒளி அலைகள் என்று கேள்விப் பட்டு இருப்போம். ஆனால்
நியூட்டன் ஒளியானது ஒரு அலை என்பதை ஏற்கவில்லை.
ஒளி என்பது துகளே என்றார் அவர். உலகப் புகழ் பெற்ற
அவரின் துகள் கொள்கை (corpuscular theory of light) 12ஆம்
வகுப்பு இயற்பியலில் பாடமாக இருக்கிறது.
கிறிஸ்டியன் ஹைஜென்ஸ் ( Christian Huygens 1629-1695)
என்பவர் நியூட்டன் காலத்து விஞ்ஞானி. இவர் ஒளியானது
அலையாக இருக்கிறது என்றார். நியூட்டனின் துகள்
கொள்கைக்கு முற்றிலும் முரணானது இவரின்
அலைக்கொள்கை!
ஒளி அலையா அல்லது துகளா என்பதைக் கண்டறிய
ஆயிரம் பரிசோதனைகள் நடந்தன. இவற்றில்
முரண்பட்ட முடிவுகள் கிடைத்தன. சில பரிசோதனைகள்
ஒளி அலையாக இருக்கிறது என்பதற்குச் சாட்சியம்
கூறின. சில பரிசோதனைகளில் ஒளி தன்னை துகளாக
மட்டுமே வெளிப்படுத்திக் கொண்டது. இதனால்
அறிவியல் உலகில் ஒரு நிச்சயமற்ற நிலை நீடித்தது.
விஞ்ஞானிகள் இரண்டு கட்சிகளாகப் பிரிந்து, அலை,
துகள் என்று வாதிட்டார்கள். உலகமே இரண்டாகப்
பிளவு பட்டது. இறுதிக்கும் இறுதியான பரிசீலனையில்
விஞ்ஞானிகள் அலையா துகளா என்ற பிரச்சினைக்கு
முடிவு கட்டினார்கள். நூற்றாண்டுகளாக
நீடித்த சர்ச்சைக்கு விஞ்ஞானிகள் வழங்கிய தீர்ப்பு
இதுதான்! ஒளி துகளாகவும் இருக்கிறது; அலையாகவும்
இருக்கிறது. அலை-துகள் இரட்டைத் தன்மையே ஒளி பற்றிய
மெய்ம்மை (wave particle duality) ஆகும்.
பிரசித்தி பெற்ற இந்தத் தீர்ப்பின் மீதுதான் குவான்டம்
தியரி உருவாக்கப் பட்டுள்ளது. ஒளியின் அலை-துகள்
இரட்டைத் தன்மை மீதுதான் குவாண்டம் கொள்கை
கட்டி எழுப்பப் பட்டுள்ளது.
ஆயின் ஒரே நேரத்தில் ஒளியானது துகளாகவும்
அலையாகவும் இருக்குமா? அப்படித் தன்னை
வெளிப்படுத்திக் கொள்ளுமா? கேள்விகள் எழுந்தன.
இதற்குப் பதிலளித்தார் நியல்ஸ் போர் (Niels Bohr 1885-1962).
ஒரு நேரத்தில் ஒரு பண்பு மட்டுமே வெளிப்படும் என்றார்.
அதாவது ஒரு பரிசோதனையின்போது, ஒளியின்
அலைப்பண்பு வெளிப்படுமானால், அதே பரிசோதனையில்
அதன் துகள் பண்பு வெளிப்படாது என்றார்.
இவரின் இக்கோட்பாடு "நிரப்புக் கோட்பாடு"
(Principle of complementarity) எனப்படுகிறது.
பருப்பொருளின் அலைப்பண்பு!
-----------------------------------------------
ஒட்டு மொத்தப் பிரபஞ்சத்திலும் பொருள், ஆற்றல் (matter and energy)
என்று இரண்டே இரண்டு விஷயங்கள் மட்டுமே உள்ளன.
இவ்விரண்டைத் தவிர்த்து மூன்றாவது எதுவும் மொத்தப்
பிரபஞ்சத்திலும் கிடையாது.
ஒளி என்பது ஆற்றல் ஆகும். ஆற்றலானது துகளாகவும்
அலையாகவும் இருக்கிறது என்பதைக் கண்டோம். இதை
ஏற்றுக் கொள்வதில் மனித குலத்துக்குப் பெரிய சிக்கல்
எதுவும் இல்லை. ஆனால் லூயி டி பிராக்லி என்னும்
பிரெஞ்சு இயற்பியலாளர் (Louis de Broglie 1892-1987)
பருப்பொருளும் அலையாக இருக்கிறது என்று 1924ல் கூறி
உலகை அதிர வைத்தார்.
பொருள் என்பது அணுக்களாகவும் துகள்களாகவும்
இருக்கிறது என்று நம்பிக் கொண்டிருந்த மனித குலம்
பொருள் என்பது எப்படி அலையாக இருக்க முடியும்
என்று கேள்வி எழுப்பியது.
ஃபெர்மியான்களும் போசான்களும்!
---------------------------------------------------------
இவ்விடத்தில் துகள்கள் பற்றி சிறிது கூடுதலாக அறிந்து
கொள்ள வேண்டும். பொருட்கள் அணுக்களால் ஆனவை
என்றும் அணுக்கள் துகள்களைக் கொண்டவை என்றும்
நாம் அறிவோம்.
ஃபெர்மியான்கள் எனப்படும் பொருள்சார் துகள்கள் மற்றும்
பொதுவாக துகள்களை இரண்டாகப் பிரிப்பது வழக்கம்.
இத்தாலிய இயற்பியலாளர் பேராசிரியர் என்ரிக்கோ
ஃபெர்மியின் (Prof Enricho Fermi 19901-1954) நினைவாக
பொருள்சார் துகள்களுக்கு ஃபெர்மியான்கள் (Fermions) என்று
பெயரிட்டார் பால் டிரக் (Paul Dirac). இத்துகள்கள் ஃபெர்மி, டிரக்
ஆகிய இருவரின் புள்ளியியல் விதிகளுக்குக் கீழ்ப்படிபவை.
அது போல இந்திய இயற்பியலாளர் சத்யேந்திரநாத் போஸ்
(Satyendra Nath Bose 1894-1974) நினைவாக ஆற்றல்சார் துகள்களுக்கு போசான்கள் (Bosons) என்று பெயரிட்டார் இதே பால் டிரக்.
இத்துகள்கள் போஸ், ஐன்ஸ்டைன் ஆகிய இருவரின் புள்ளியியல்
விதிகளுக்குக் கீழ்ப்படிபவை.
புரோட்டான், நியூட்ரான், எலக்ட்ரான் ஆகியவை பொருள்சார்
துகள்கள்; எனவே அவை ஃபெர்மியான்கள்.
ஒளிமங்கள் எனப்படும் போட்டான்கள் (photons) ஆற்றல்சார்
துகள்கள்; எனவே ஒளிமங்கள் போசான்கள் (photons are bosons) ஆகும்.
பிரசித்தி பெற்ற ஹிக்ஸ் துகள் ஒரு போசான் ஆகும்.
எலக்ட்ரான் ஒரு துகளே!
--------------------------------------
துகள்களிலேயே அதிகம் ஆராயப்பட்ட துகள் எலக்ட்ரான்
ஆகும். ஃபெர்மியான்களின் உட்பிரிவான லெப்டான்களில் (leptons)
வருகிறது எலக்ட்ரான். நிறை குறைவான, இலகுவான துகள்கள்
லெப்டான்கள் எனப்படுகின்றன.
எலக்ட்ரானின் நிறை என்ன? சிறிது தோராயத்துடன் கூறினால்
9.11 x 10^minus 31 கிலோகிராம் ஆகும். ஒரு இயற்பியல்
மாணவனைப் பொறுத்தமட்டில் இந்த நிறை உணரக்கூடிய
நிறையே ஆகும் (humanly perceivable). 10^minus 3 (மில்லி கிராம்)
என்பதில் தொடங்கி, 10^ minus 6 (மைக்ரோ கிராம்) என்றும்,
நானோ கிராம் என்றும் மானசீகமாக உணர்ந்து, வளமான
கற்பனை ஆற்றலுடன் 10^minus 31 கிகி என்பதை மனத்தால்
உணர வேண்டும். வெறுமனே நிறை இவ்வளவு என்று
தெரிந்து கொள்வதுடன் மாணவர்கள் நின்று விடக்கூடாது.
எலக்ட்ரானின் வயது 123 என்று வைத்துக் கொள்ளலாம்.
இத்துகளுக்கு முதன் முதலாக எலக்ட்ரான் என்று பெயரிட்டவர்
அயர்லாந்து இயற்பியலாளர் ஜி ஜே ஸ்டோனி (George Johnstone Stoney).
1897ல்தான் எலக்ட்ரான் ஒரு பரிசோதனையில் கண்டு பிடிக்கப்
பட்டது; கண்டு பிடித்தவர் பிரிட்டிஷ் இயற்பியலாளர்
ஜே ஜே தாம்சன் (J J Thomson 1856-1940). இதற்காக இவருக்கு
1906ஆம் ஆண்டிற்கான இயற்பியல் நோபெல் பரிசு வழங்கப்
பட்டது.
"காத்தோட் கதிர்களில் (cathode rays) மின்சாரத்தைக் கடத்தும்
துகள்கள் இருக்கின்றன என்றும் இத்துகள்களே
எலக்ட்ரான்கள் என்றும் தாம்சன் கண்டறிந்தார். மேலும்
எலக்ட்ரான்கள் அணுவின் பகுதிகள் என்றும் தாம்சன்
கண்டறிந்தார்" என்று நோபெல் பரிசுக் குறிப்பு (Nobel citation)
தெரிவிக்கிறது. இங்கு எலக்ட்ரான் ஒரு துகள் என்று தாம்சன்
கண்டறிந்தார் என்று நோபெல் பரிசுக் குறிப்பு கூறுவது
குறிப்பிடத் தக்கது. அதாவது எலக்ட்ரான் ஒரு துகள் என்பதை
இங்கு அடிக்கோடு இட வேண்டும்.
எலக்ட்ரான் அலையாக இருக்கிறது!
---------------------------------------------------------
1906ல் ஜே ஜே தாம்சனுக்கு நோபெல் பரிசு வழங்கப் பட்டது போல,
1937ல் ஜே ஜே தாம்சனின் மகன் ஜி பி தாம்சனுக்கு
(G P Thomson 1892-1975) நோபல் பரிசு வழங்கப் பட்டது. இதே
எலக்ட்ரான் மீதான பரிசோதனைக்குத்தான் நோபெல் பரிசு.
எலக்ட்ரான் ஒரு துகள் என்பதற்காக நோபல் பரிசு
பெற்றார் தந்தை. மாறாக, எலக்ட்ரான் ஒரு அலை என்று
காட்டியதற்காக பரிசு பெற்றார் மகன்.
"பருப்பொருளுக்கும் அலைப்பண்பு உண்டு. ஒவ்வொரு
துகளுடனும் இணைந்த ஒரு அலை உள்ளது" (With every particle
of mass m and velocity v a wave is associated) என்றார் லூயி
டி பிராக்லி. 1924ல் அவர் கூறியது 1927ல் பரிசோதனைகள்
மூலமாக நிரூபிக்கப் பட்டது.
பிரசித்தி பெற்ற டேவிசன்-ஜெர்மர் பரிசோதனையில்
(Davisson-Germer) நிக்கல் கிறிஸ்டல்களின் மீது எலக்ட்ரான்
கதிர்கள் செலுத்தப் பட்டபோது விளிம்பு விளைவுகள்
(diffraction) ஏற்பட்டன. எலக்ட்ரான் ஒரு அலையாக இருந்தால்
மட்டுமே விளிம்பு விளைவுகளை ஏற்படுத்த முடியும்.
இதன் மூலம் எலக்ட்ரான் அலையாக இருக்கிறது என்பதை
டேவிசன்-ஜெர்மர் பரிசோதனை நிரூபித்தது.
இப்பரிசோதனையை நிகழ்த்திய இருவரில் டேவிசனுக்கு
(Clinton Joseph Davisson 1881-1958) 1937ஆம் ஆண்டிற்குரிய
நோபல் பரிசு ஜி பி தாம்சனுடன் பகிர்ந்து வழங்கப் பட்டது.
டேவிசனைச் சாராது தமது சுய முயற்சியில் இதே எலக்ட்ரானைக்
கொண்டு குறுக்கீட்டு விளைவுப் பரிசோதனைகளையம்
(interference experiments) விளிம்பு விளைவு (diffraction) பரிசோதனைகளையும் நிகழ்த்தி, எலக்ட்ரான் அலையாக இருக்கிறது
என்று நிரூபித்தமைக்காக ஜி பி தாம்சனுக்கு நோபல் பரிசு
பகிர்ந்து வழங்கப்பட்டது.
ஆற்றல் மட்டுமல்ல பொருளும்கூட அலையாகத்தான் இருக்கிறது
என்ற லூயி டி பிராக்லியின் கூற்று பரிசோதனைகள் மூலம்
1927ல் நிரூபிக்கப் பட்டு விட்டதைத் தொடர்ந்து, அவருக்கு
1929ஆம் ஆண்டின் நோபல் பரிசு வழங்கப்பட்டது. இதன் மூலம்
பருப்பொருளும் அலையாக இருக்கிறது என்ற உண்மையை
அறிவியல் உலகம் ஏற்றுக் கொண்டது. எர்வின் ஷ்ராடிங்கர்
இதன் அடிப்படையில் தமது அலை இயந்திரவியலை
(wave mechanics) உருவாக்கினார்.
அலைநீளம் கணக்கிடுதல்!
------------------------------------------
அலை என்றவுடன் அலைநீளம் என்ன என்று கேள்வி எழும்.
துகளான எலக்ட்ரான் ஒரு அலையாக இருக்கிறது என்றால்
அதன் அலைநீளம் என்ன என்ற கேள்விக்கு லூயி டி பிராக்லி
பதிலளிக்கிறார்.
டி பிராக்லியின் அலைநீளமானது ஒரு துகளின்
(எலக்ட்ரானின்) உந்தம் (momentum) எவ்வளவு என்பதைப் பொறுத்தது.
உந்தம் p = m x v.
அலைநீளம் லாம்ப்டா = h/p.
இங்கு h என்பது பிளாங்கின் மாறிலி (Planck's constant) ஆகும்.
தற்போது மிக எளிய ஒரு கணக்கைப் பார்ப்போம். இதன்
மூலம் எலக்ட்ரானின் அலைநீளம் என்ன என்று காணலாம்.
எலக்ட்ரானின் நிறை m = 9.1 x 10^ minus 31 kg
எலக்ட்ரானின் வேகம் v = 10^6 m/s
பிளாங்கின் மாறிலி h = 6.6 x 10^minus 34 Js
எலக்ட்ரானின் அலைநீளம் என்ன?
p = mv
அலைநீளம் லாம்ப்டா = h/p
= 6.6 x 10^minus 34/ (9.1 x 10^ minus 31) x 10^6)
= 0.7 x 10^minus 9
= 0.7 nm
ஆக, இக்கணக்கில் எலக்ட்ரானின் அலைநீளம்
0.7 நானோமீட்டர் ஆகும்.
புரோட்டான், நியூட்ரான் ஆகியவற்றின் அலைநீளத்தை
விட எலக்ட்ரானின் அலைநீளத்தைக் கண்டறிவது எளிது.
ஏனெனில் எலக்ட்ரானின் நிறை மிகவும் குறைவு
என்பதால் இதன் டி பிராக்லி அலைநீளம் ஒப்பீட்டளவில்
அதிகம். எனவேதான் எல்லாப் பரிசோதனைகளிலும்
எலக்ட்ரான் கணக்கில் கொள்ளப் படுகிறது.
எலக்ட்ரான் நுண்ணோக்கிகள்!
--------------------------------------------------
எலக்ட்ரானின் அலைநீளம் கண்டறியப் பட்டதுமே, எலக்ட்ரான்
நுண்ணோக்கிகள் (electron microscopes) உருவாக்கப் பட்டன.
அதுவரை பயன்பாட்டில் இருந்த ஒளியியல் நுண்ணோக்கிகளை
(optical microscopes) விட, இவை பன்மடங்கு துல்லியமானவை.
ஒரு ஒளியியல் நுண்ணோக்கியின் திறன் (resolving power)
அதிகபட்சமாக 200 நானோமீட்டர் என்ற அளவில் இருக்கும்.
இதன் உருப்பெருக்கம் 2000x ஆகும். அதாவது ஒரு பொருளை
2000 மடங்கு பெரிதாக்கிப் பார்க்க முடியும்.
ஆனால் எலக்ட்ரான் நுண்ணோக்கியின் திறன் (resolving power)
என்பது 50 pm (pm = pico meter = 10^minus 12) வரை எளிதில்
அடையப் பட்டுள்ளது. அதே போல அதன் உருப்பெருக்கம்
10,000,000x ஆகும். அதாவது ஒரு பொருளை 10 மில்லியன்
மடங்கு பெரிதாக்கிப் பார்க்க முடியும்.
ஒளியியல் நுண்ணோக்கி, எலக்ட்ரான் நுண்ணோக்கி என்னும்
இவ்விரண்டுக்கும் இடையிலான பாரதூரமான வேறுபாட்டிற்குக்
காரணம் என்ன? ஒளியியல் நுண்ணோக்கியில் காணத்தக்க
ஒளி (visible light) பயன்படுகிறது. இதன் அலைநீளம்
380 நானோமீட்டர் முதல் 740 நானோமீட்டர் வரை.
இந்த ஒளியியல் நுண்ணோக்கியில் 200 நானோமீட்டருக்குக்
குறைவான அலைநீளம் உள்ள ஒரு பொருளைப் பார்க்க
இயலாது. உதாரணமாக ஒரு பாக்டீரியா 150 நானோமீட்டர்
நீளம் இருக்கிறது என்றால், அந்த பாக்டீரியாவை ஒளியியல்
நுண்ணோக்கியைக் கொண்டு பார்க்க இயலாது.
20 நானோமீட்டர் நீளமுள்ள ஒரு புரதத்தையோ 50 பிக்கோ மீட்டர்
நீளமுள்ள ஒரு பொருளையோ எலக்ட்ரான் நுண்ணோக்கி
மூலமாக மட்டுமே பார்க்க இயலும். ஏனெனில்
ஒளிமங்களின் (photons) அலைநீளத்தை விட, எலக்ட்ரான்களின்
அலைநீளம் குறைவு. மிகவும் குறைவான அலைநீளம் உடைய
எலக்ட்ரான்களைப் பயன்படுத்துவதன் மூலம், மிக நுண்ணிய
பொருளையும்கூட எலக்ட்ரான் நுண்ணோக்கியால் பார்க்க
முடியும்.
எலக்ட்ரான் நுண்ணோக்கிகள்!
--------------------------------------------------
எலக்ட்ரானின் அலைநீளம் கண்டறியப் பட்டதுமே, எலக்ட்ரான்
நுண்ணோக்கிகள் (electron microscopes) உருவாக்கப் பட்டன.
அதுவரை பயன்பாட்டில் இருந்த ஒளியியல் நுண்ணோக்கிகளை
(optical microscopes) விட, இவை பன்மடங்கு துல்லியமானவை.
ஒரு ஒளியியல் நுண்ணோக்கியின் திறன் (resolving power)
அதிகபட்சமாக 200 நானோமீட்டர் என்ற அளவில் இருக்கும்.
இதன் உருப்பெருக்கம் 2000x ஆகும். அதாவது ஒரு பொருளை
2000 மடங்கு பெரிதாக்கிப் பார்க்க முடியும்.
ஆனால் எலக்ட்ரான் நுண்ணோக்கியின் திறன் (resolving power)
என்பது 50 pm (pm = pico meter = 10^minus 12) வரை எளிதில்
அடையப் பட்டுள்ளது. அதே போல அதன் உருப்பெருக்கம்
10,000,000x ஆகும். அதாவது ஒரு பொருளை 10 மில்லியன்
மடங்கு பெரிதாக்கிப் பார்க்க முடியும்.
ஒளியியல் நுண்ணோக்கி, எலக்ட்ரான் நுண்ணோக்கி என்னும்
இவ்விரண்டுக்கும் இடையிலான பாரதூரமான வேறுபாட்டிற்குக்
காரணம் என்ன? ஒளியியல் நுண்ணோக்கியில் காணத்தக்க
ஒளி (visible light) பயன்படுகிறது. இதன் அலைநீளம்
380 நானோமீட்டர் முதல் 740 நானோமீட்டர் வரை.
இந்த ஒளியியல் நுண்ணோக்கியில் 200 நானோமீட்டருக்குக்
குறைவான அலைநீளம் உள்ள ஒரு பொருளைப் பார்க்க
இயலாது. உதாரணமாக ஒரு பாக்டீரியா 150 நானோமீட்டர்
நீளம் இருக்கிறது என்றால், அந்த பாக்டீரியாவை ஒளியியல்
நுண்ணோக்கியைக் கொண்டு பார்க்க இயலாது.
20 நானோமீட்டர் நீளமுள்ள ஒரு புரதத்தையோ 50 பிக்கோ மீட்டர்
நீளமுள்ள ஒரு பொருளையோ எலக்ட்ரான் நுண்ணோக்கி
மூலமாக மட்டுமே பார்க்க இயலும். ஏனெனில்
ஒளிமங்களின் (photons) அலைநீளத்தை விட, எலக்ட்ரான்களின்
அலைநீளம் குறைவு. மிகவும் குறைவான அலைநீளம் உடைய
எலக்ட்ரான்களைப் பயன்படுத்துவதன் மூலம், மிக நுண்ணிய
பொருளையும்கூட எலக்ட்ரான் நுண்ணோக்கியால் பார்க்க
முடியும்.
பகுத்தறிவு முரண்படுவது ஏன்?
------------------------------------------------
எலக்ட்ரானின் அலைநீளத்தையே பரிசோதனை மூலம்
கண்டறிந்து கூறினாலும் சராசரி மனிதனின் பகுத்தறிவு
இன்றும் கூட, அதை ஏற்காமல் தர்க்கம் செய்து கொண்டு
இருக்கிறது.
சராசரி மனிதனின் புரிதல் இப்படி இருக்கிறது.
ஒரு துகள் என்று சொன்னால், மிக மிக நுண்ணிய
ஒரு துகள் என்று சொன்னால், மிக மிக நுண்ணிய
ஓர் இடத்தில் தன்னை அடைத்துக் கொண்டு இருப்பது.
ஆனால் அலை என்று சொன்னால், அது சிறிதளவேனும்
நீளமாக இருக்கக்கூடிய ஒன்று.
எலக்ட்ரான் போன்ற ஒரு நுண்ணிய மகா அற்பமான
நிறையைக் கொண்ட ஒரு துகள் எப்படி அலையாக
நீட்டிக் கொண்டு நிற்க முடியும் என்று சராசரி
மனிதனின் பகுத்தறிவு இன்றும் கேள்வி எழுப்புகிறது.
கணக்கற்ற பரிசோதனைகள் இக்கேள்விக்கு
முதுகெலும்பை முறிக்கும் பதில்களைக் கொடுத்த
பின்னும், மீண்டும் மீண்டும் உருப்படாத கேள்வியை
எழுப்புவதில் பயனில்லை. ஏன் இத்தகைய கேள்விகள்
எழும்புகின்றன? குவாண்டம் கொள்கையானது
மக்களால் இன்னும் புரிந்து கொள்ளப்படவில்லை
என்பதே இதற்குக் காரணம்.
சராசரி மனிதனின் மூளையை முழுவதுமாக ஆக்கிரமித்துக்
கொண்டிருக்கிறது நியூட்டனின் இயற்பியல். அதில்
காலாவதி ஆகிப்போன கொஞ்சத்தை எடுத்து அப்புறப்
படுத்தி, குவாண்டம் கொள்கைக்கு மூளையில் சிறிது
இடம் ஏற்படுத்திக் கொடுக்க வேண்டும். அப்போதுதான்
எலக்ட்ரான் துகளாகவும் அலையாகவும் இருக்க முடியும்
என்ற உண்மை புலப்படும்.
*****************************************************
கருத்துகள் இல்லை:
கருத்துரையிடுக