இருபதாம் நூற்றாண்டில் பிரபஞ்சவியல் துறையில் இரு அதி முக்கியமான கண்டுபிடிப்புகள் நிகழ்ந்தன. ஒன்று நம் பிரபஞ்சம் விரிவடைகிறது என்ற கண்டுபிடிப்பு. இரண்டாவது பிரபஞ்ச நுண்ணலை பின்புல கதிர்வீச்சு (Cosmic Microwave Background Radiation). இவை இரண்டும் ஆதாரங்கள் வறண்ட, ஊகங்கள் அடிப்படையில் மட்டுமே நின்ற பிரபஞ்சவியலை தெளிவான அடி எடுத்து வைக்க உதவின. இவை பெருவெடிப்புக் கொள்கையின் நேரடியான உறுதியான ஆதாரங்கள். பிரபஞ்சத்தின் தொடக்கம், பரிணாமம், ஆக்கக்கூறுகள், கட்டமைப்பு போன்றவற்றை ஆராயும் துறை பிரபஞ்சவியல் ஆகும்.

சூரியன் பூமிக்கு அருகில் இருக்கும் பிரம்மாண்டமான ஒளிமூலங்களில் ஒன்று. பிரபஞ்சத்தில் உள்ள சூரியன் போன்ற அனைத்து ஒளிமூலங்களையும் அவை உமிழும் மின் காந்தஅலைகளையும் ஒருகணம் நீக்கிவிடுவோம். இப்போது ஒரு சிறப்புவகை தொலைநோக்கியைக் கொண்டு வெளியின் எந்தத் திசையில் பார்த்தாலும் வெளி முழுவதும் சீராக மென்மையாக ஒளிர்கிறது. இந்தப் பிரகாசம் நாம் காணும் அல்லது பிரபஞ்சத்தில் தற்போது உள்ள எந்த ஒளிமுலத்திலிருந்தும் வெளிப்படவில்லை. இதன் அலைநீளம் கண்ணுறு ஒளியின் அலைநீளத்தை விட அதிகம் என்பதால் நம் கண்களால் காண இயலாது. அலைநீளத்தின் அடிப்படையில் மின்காந்த அலைகளை இறங்கு வரிசைப்படுத்தினால் பின்வருமாறு அமையும். ரேடியோ அலைகள், நுண்ணலைகள், அகச்சிவப்பு கதிர்கள், கண்ணுறு ஒளி, புற ஊதாக் கதிர்கள், X- கதிர்கள் மற்றும் காமாக் கதிர்கள். இதன் அலைநீளம் நுண்ணலை பகுதியில் அமைந்துள்ளது. நுண்ணலைகள் அல்லது மைக்ரோ அலைகள் 30 சென்டிமீட்டர்லிருந்து 1 மில்லிமீட்டர் வரை அலைநீளம் கொண்ட மின்காந்த அலைகள். பிரபஞ்சம் முழுவதும் சீராக ஒளிரும் இந்த பின்புல கதிர்வீச்சின் மூலம்தான் என்ன? இது எப்படி பிரபஞ்சம் முழுவதும் இவ்வளவு சீராக பரவி உள்ளது?

பின்புல கதிர்வீச்சின் கண்டுபிடிப்பு

அர்னோ பென்சியாஸ், ராபர்ட் வில்சன் இருவரும் பெல் ஆய்வகத்தில் பணிபுரிந்த ரேடியோ வானியில் வல்லுஞர்கள். அவர்கள் (1964-ல்) ஆய்வில் பயன்படுத்திய தொலைத் தொடர்பு ஆண்டனா (மின் காந்த அலைகளை மின்னியல் சைகையாக மாற்றும் கருவி. விண்ணிலைக் கம்பி எனப்படுகிறது.) சைகையுடன் தேவையற்ற இரைச்சலையும் உள்வாங்கிக்கொண்டிருந்தது. அதனால் ஆய்வை மேற்கொள்ள முடியாமல் தடுமாறினர். இரைச்சலை நீக்க ஒரு வருடமாக பல வழிகளில் முயன்றனர். மின் அமைப்புகளை சரி செய்தனர். கருவிகளை மாற்றி அமைத்தனர். மின் சுற்றுகளை சரி பார்த்தனர். மின் கம்பிகளை பிரித்து மீண்டும் இணைத்தனர். ஆண்டனாவை சுத்தம் செய்து அனைத்து இணைப்புகளையும் கவனமாக அடைத்தனர். ஆனால் எந்த முயற்சியும் பலனளிக்கவில்லை. இரவு பகலாக, எல்லா பருவ காலத்திலும் நிரந்தரமாக மாறாமல் வானத்தின் அனைத்து திசைகளிலிருந்தும் அந்த இரைச்சல் வந்துகொண்டே இருந்தது.

பெல் ஆய்வகத்தில் இருந்து 30 மைல் தொலைவில் உள்ள பிரின்ஸ்டன் பல்கலைகழகத்தில் இன்னொரு அறிவியலாளர்கள் குழு ராபர்ட் டிக்கி என்பவர் தலைமையில் இயங்கி கொண்டிருந்தது. பெல் வானியல் வல்லுஞர்கள் எந்த இரைச்சலை நீக்க முயன்றார்களோ அதை அந்தக் குழு மிக கவனமாக தேடிக் கொண்டிருந்தது. ‘நம்மை சூழந்துள்ள வெளியில்-உண்மையில் பிரபஞ்சம் முழுவதும் பெருவெடிப்பில் மிஞ்சிய கதிர்வீச்சை இப்போதும் நாம் காண முடியும்’ என்று ரஷ்யாவில் பிறந்த ஜார்ஜ் கேமவ் என்ற அறிவியலாளர் 1940-ல் ஒர் ஊகத்தை முன்வைத்தார். அந்த ஊகத்தை பற்றிதான் பிரின்ஸ்டன் குழு ஆய்வு செய்து கொண்டிருந்தது. அந்த அலைகளை கண்டுபிடிக்க பெல் ஆய்வகத்தில் உள்ள ஆண்டனாவை ஏற்பியாகப் பயன்படுத்தலாம் என்றும் தன் ஆய்வு கட்டுரையில் குறிப்பிட்டிருந்தார். ஆனால் பென்சியாஸ் மற்றும் வில்சன் அதை வாசித்திருக்கவில்லை.

உண்மையில் கேமவ் ஊகித்த அந்த மின்காந்த அலைகளைத்தான் பென்சியாஸ் மற்றும் வில்சனின் ஆண்டனா இரைச்சலாக ஏற்றுக்கொண்டிருந்தது.. அவர்கள் பிரபஞ்சத்தின் எல்லையை- அல்லது 90 பில்லியன் டிரில்லியன் மைல்களுக்கு அப்பால் அமைந்த நாம் பார்க்க இயலும் பிரபஞ்சத்தின் எல்லையை- அந்த இரைச்சல் மூலம் கண்டனர். அவர்கள் பார்த்தது பெருவெடிப்பின் போது உருவாகி பின் பிரபஞ்சம் முழுவதும் பரவியுள்ள ஆதி ஒளியை.

பெல் வல்லுஞர்களைச் சந்தித்து அவர்கள் கண்டறிந்த இரைச்சலின் மூலத்தையும் முக்கியத்துவத்தையும் ராபர்ட் டிக்கி விளக்கினார். அதன் பிறகு, வானியற்பியல் ஆய்விதழ் இரு கட்டுரைகளை வெளியிட்டது. ஒன்றில் பென்சியாஸ் மற்றும் வில்சன் ஆண்டனா இரைச்சலைப் பற்றி விவரித்திருந்தனர். மற்றொன்றில் ராபர்ட் டிக்கி அதன் சிறப்பம்சத்தை விளக்கியிருந்தார். பெல் வல்லுஞர்கள் பின்புல கதிர்வீச்சைப் பற்றி எதையும் அறிந்திருக்கவில்லை. ஆனால் பின்புல கதிர்வீச்சு கண்டுபிடிப்பிற்காக, 1978-ம் ஆண்டின் இயற்பியல் நோபல் பரிசு அவர்களுக்கு கிடைத்தது. ராபர்ட் டிக்கி குழுவிற்கு ஆறுதல் மட்டும்தான் கிடைத்தது. பென்சியாஸ் மற்றும் வில்சன் தங்களின் கண்டுபிடிப்பின் முக்கியத்துவத்தை நியூயார்க் டைம்ஸ் செய்தியை பார்க்கும் வரை உணரவில்லை என்று டென்னிஸ் ஓவர்பை என்பவர் தன் நூலில் குறிப்பிடுகிறார்.

பின்புல கதிர்வீச்சு – எளிய விளக்கம்

நம் பிரபஞ்சத்தின் குழந்தை பருவத்தில் நட்சத்திரங்களும் கோள்களும் உருவாகவில்லை. அது மிகுந்த அடர்த்தியும் வெப்பமும் கொண்ட தீப்பந்தாக (பிளாஸ்மா நிலையில்) இருந்தது. பிரபஞ்சம் விரிவடைய தொடங்கியதும் குளிர ஆரம்பித்தது.

ஒரு குறிப்பிட்ட வெப்பநிலையில் அணுக்கரு துகள்களும் எலக்ட்ரான்களும் இணைந்து அணுக்கள் உருவாகின. அதன் பிறகு இந்தப் பிரபஞ்சம் ஒளி ஊடுருவிச் செல்லும் வெளியாக ஆனது. அதற்கு முன் ஒளி மீண்டும் மீண்டும் (பருப்பொருள்) துகள்களினால் சிதறக்கடிக்கப்பட்டது. அவை துகள்களுடன் பிணைக்கப்பட்டிருந்தது போன்ற ஒரு நிலை. பெருவெடிப்பில் இருந்து 380000 வருடங்கள் வரை பிரபஞ்சம் இந்த நிலையில் இருந்தது. எந்தப் புள்ளிகளிலிருந்து ஒளி வெளியை சுதந்திரமாக ஊடுருவ ஆரம்பித்ததோ அந்தப் புள்ளிகளை இறுதி ஓளிச்சிதறல் பரப்பு என்று கூறலாம். இந்தப் பரப்பிலிருந்து வெளியை ஊடுருவ ஆரம்பித்த ஆதி ஒளித்துகள்கள்தான் இன்று வெளியெங்கும் பரவியுள்ளது. பிரபஞ்சம் தொடர்ந்து விரிவடைவதால் அதை ஊடுருவிச் செல்லும் அந்தத் துகள்களின் அலைநீளம் அதிகரித்தும் ஆற்றல் குறைந்தும் அதன் நிறமாலை நுண்ணலை பகுதியில் உச்சம் கொண்டுள்ளது.

பிரபஞ்ச நுண்ணலை கதிர்வீச்சை ஒரு முழுக்கரும்பொருள் (Blackbody) கதிர்வீச்சின் நிறமாலையுடன் ஒப்பிடலாம். முழுக்கரும்பொருள் என்பது ஒர் இயற்பியல் கருத்துருவாகும். அது தன் மீது விழுகின்ற மின்காந்த கதிர்வீச்சு அனைத்தையும் உட்கவர்கிறது. வெப்பச் சமநிலையில் உள்ள கரும்பொருள் அந்த வெப்பநிலைக்கு உரித்தான மின்காந்த கதிர்வீச்சை உமிழ்கிறது. பிரபஞ்ச நுண்ணலை கதிர்வீச்சின் கரும்பொருள் வெப்பநிலை 2.725 ± 0.001 K. இது தனிச்சுழி வெப்ப நிலையிலிருந்து (0 K அல்லது -273 டிகிரி C) சற்று அதிகம். புன்புல கதிர்வீச்சின் உச்ச அலைநீளம் நுண்ணலைப் பகுதியில் உள்ளது. அதன் அலைநீளம் 1.9 மில்லிமீட்டர்.

மேலும் நுண்ணாய்வுகள்

பூமியின் மேற்பரப்பில் கருவிகளை அமைத்து பின்புல கதிர்வீச்சை அளவிடுவது கடினம். ஏனென்றல் வளிமண்டலமும் பிற தேவையற்ற கதிர்வீச்சும் அளவீட்டில் இடர்பாடுகளை ஏற்படுத்தும். துல்லியத்தை குறைக்கும். கருவிகளை விண்வெளியில் ஏவி இன்னும் துல்லியாமாக அளக்கலாம். பின்புல கதிர்வீச்சை ஆராய மூன்று முக்கியமான செயற்கைகோள்கள் ஏவப்பட்டன. இவை கதிர்வீச்சை வானத்தின் அனைத்து திசைகளிலும் ஆராய்கிறது. எடுக்கப்படும் அளவீடுகள் கணினி மூலம் பிரபஞ்சத்தின் நுண்ணலை நிழற்படங்களாக வரையப்படுகின்றன..

1. 1989-ல் நாசா COBE (Cosmic Background Explorer) செயற்கைகோளை ஏவியது. நுண்ணலை மற்றும் அகச்சிவப்பு கதிர் அலைநீளங்களில் (1 மைக்ரோமீட்டலிருந்து 1 சென்டிமீட்டர் வரை) வானத்தின் அனைத்து திசைகளில் இருந்தும் வரும் கதிர்வீச்சின் நிறமாலையையும், சீரற்றதன்மையையும் அளப்பது இதன் குறிக்கோள்.

உண்மையில் வெப்பநிலை சீரான, ஒரே அளவில் இல்லை. இடத்திற்கு இடம் மிக மிகச் சிறிய அளவில் (100000 ல் ஒரு பகுதி). மாறுபடுகிறது. இதன் முடிவுகள் பெரு வெடிப்புக் கொள்கையை உறுதிசெய்தது. மேலும் பெருவெடிப்பு கொள்கையில் உள்ள சில பிழையான கருத்தாக்கங்களை களைந்தது.

2. நாசா COBE ஐ தொடர்ந்து WMAP (Wilkinson Microwave Anisotrophy Probe) செயற்கைகோளை 2001-ல் அனுப்பியது. இதுவும் நுண்ணலை கதிர்வீச்சின் வெப்பநிலை வேறுபாடுகளை மேலும் துல்லியமாக அளவிட்டது.

இந்த அளவீடுகள் பிரபஞ்சத்தின் தொடக்கம், ஆக்கக்கூறுகள், வயது, வடிவம் போன்றவற்றை தீர்மானிக்க உதவின. உதாரணமாக, இது பிரபஞ்சத்தின் வயது 13.77 (0.5% பிழை) பில்லியன் வருடங்கள் என்று கணக்கிட்டது. அதாவது பெருவெடிப்பு நிகழ்ந்து தற்போது வரை 13.77 பில்லியன் வருடங்கள் ஆகிவிட்டன. நமது பிரபஞ்சம் யூக்ளிடிய வடிவவியல் விதிகளுடன் ஒத்துப்போகிறது என்றும் நிறுவியது. மேலும் பருப்பொருள், எதிர்பருப்பொருள், அறியப்படாத பருப்பொருள், அறியப்படாத ஆற்றல் போன்றவற்றின் அளவை அறிய உதவியது.

3. WMAP ஐ தொடர்ந்து பிளாங்க் (Planck) செயற்கைகோளை ஐரோப்பிய விண்வெளி கழகத்தால் 2009-ல் அனுப்பட்டுள்ளது. இது ஆகச்சாத்தியமான துல்லியமான அளவீடு கருவிகளைக் கொண்டு பின்புல கதிர்வீச்சை ஆராய்கிறது.

இதன் தரவுகள் பிரபஞ்சத்தின் மொத்த அணுக்களின் எண்ணிக்கை, அறியப்படாத ஆற்றலின் தன்மை போன்றவற்றைப் பற்றி மேலும் அறிய உதவும். பிரபஞ்சத்தின் ஆரம்ப நிலையில் உள்ள சீரற்ற அடர்த்தி எப்படி பிரம்மாண்டமான விண்மீன் திரள்களையும், விண்மீன்திரள் கொத்துகளையும் வெற்றிடத்தையும் உருவாக்கின என்பதை தீர்மானிக்கப் பயன்படும். பிரபஞ்ச கட்டமைப்பு, பரிமாணம் தொடர்பான கோட்பாடுகள் சோதனைக்குட்பட்டு நிரூபிக்கப்படும்.

மேலுள்ள மூன்று நுண்ணலைப் படங்களுக்கும் உள்ள வேறுபாடு என்னவென்றால் அதன் துல்லிய தன்மைதான். COBE படத்தில் வெப்பநிலை வேறுபாடுகள் அவ்வளவு துல்லியமாக இல்லை. பிளாங்க் படத்தில் இடத்திற்கு இடம் மாறுபடும் வெப்பநிலை வேறுபாடுகள் இன்னும் துலங்கி வருகின்றன.

*

உண்மையில் பிரபஞ்ச நுண்ணலை பின்புல கதிர்வீச்சை நாம் நன்கு அறிவோம். நம் தொலைகாட்சிப் பெட்டியை ஒளிபரப்பப்படாத அலைவரிசையில் வைத்தால் நாம் காணும் நடனமிடும் வெண்கரும்புள்ளிகள் (Static) பெருவெடிப்பின் எச்சம்தான். இனி தொலைகாட்சியில் ஒன்றும் தெரியவில்லை என்று கவலை கொள்ளவேண்டாம். நாம் பிரபஞ்சத்தின் பிறப்பின் பொலிவைப் பார்த்துக் கொண்டிருக்கிறோம் என்பதை நினைவில் கொள்வோம்.

உதவியவை:
1. A short history of nearly everything, Bill Bryson, 2003. (பின்புல கதிர்வீச்சின் கண்டுபிடிப்பு தலைப்பின் கீழ் உள்ள பத்திகள் இந்த நூலிலிருந்து மொழிபெயர்க்கப்பட்டது.)
2. Cosmology: A Research Briefing, National Research Council, National Academy Press, 1995.
3. Inflationary Cosmology Revisited, Julio Genzalo, World Scientific Publishing Company, 2005.
4. www.nasa.gov
5. www.esa.int