ஒளி வளைவு அறிதல்

einstein2

மே 29 1919 தேதியன்று பூமத்திய ரேகைப் பிரதேசத்தில் ஒரு முழு சூரிய கிரகணம் நிகழ்ந்தது. அன்று ஆப்பிரிக்காவின் கினியா வளைகுடாவில் உள்ள தீவு ஒன்றில் அறிவியலாளர் குழு ஒன்று தயாராக இருந்தது. அதே போல மற்றொரு குழு பிரேஸிலில் ஓரிடத்தில். இக்குழுக்களை ஏற்பாடு செய்து ஒருங்கிணைத்தவர் ஆர்தர் எடிங்டன் என்கிற இயற்பியலாளர். சரியாக சொன்னால் வானவியல் இயற்பியலாளர் (astro-physicist). அவர்களது நோக்கம் சூரியனில் முழு கிரகணம் ஏற்படும் போது ஹையடெஸ் எனும் விண்மீன் தொகுப்பை (Hyades star cluster) புகைப்படங்கள் எடுப்பது.   இந்த விண்மீன் தொகுப்பு சூரியனுக்கு அருகில் உள்ள தொகுப்பு. முழு சூரிய கிரகணம் அன்று ஆறு நிமிடங்கள் நீடித்தது. அப்போது எவ்வளவு முடியுமோ அவ்வளவு படங்களை இரு குழுக்களும் எடுத்தன.

அவர்கள் அப்படங்களை எடுக்க காரணம் இருந்தது. அவர்கள் ஒரு முக்கியமான இயற்பியல் கோட்பாடு உண்மையா என பரிசீலிக்கவே அப்படங்களை எடுத்தனர். அக்கோட்பாட்டை முன்வைத்தவர் ஆல்பர்ட் ஐன்ஸ்டின். ஐந்தாண்டுகளுக்கு முன்னர் அவர் அந்த கோட்பாட்டை முன்வைத்திருந்தார். ‘பொது சார்பியல் கோட்பாடு’ (General Theory of Relativity) ஐன்ஸ்டினால் 25 நவம்பர் 1915 ஆம் ஆண்டு வெளியிடப்பட்டது. இன்றைக்கு நூறு ஆண்டுகள் கழிந்துவிட்டன.

ஆக அப்படி என்ன விஷயத்தை இயற்பியலாளர்கள் உண்மையா என அறிய அப்படி ஆவல் கொண்டிருந்தார்கள்?

1687 இல் சர் ஐசக் நியூட்டன் மிகவும் புகழ் பெற்ற தம்முடைய புவியூர்ப்பு விசை கோட்பாட்டை முன்வைத்திருந்தார். பொருட்கள் ஒன்றையொன் கவர்ந்து விடும் விசையை புவி-ஈர்ப்பு விசை என்றார் நியூட்டன். ஆனால் ஐன்ஸ்டின் புவி-ஈர்ப்பை ஒரு விசையாக பார்க்கவில்லை. இங்கு ஒரு அடிப்படை பார்வை மாற்றம் இருந்தது. அறிவியல் எழுத்தாளர் லிங்கன் பார்னெட் அதை இப்படி விளக்குகிறார்:

நியூட்டனின் இக்கோட்பாட்டை இயற்கையை குறித்த பிழையுள்ள எந்திர சித்தாந்தங்களிலிருந்து உருவானதோர் மயக்கம் என ஐன்ஸ்டின் ஒதுக்கிவிடுகிறார். ஐன்ஸ்டினின் புவி-ஈர்ப்பு ஒரு விசையே அல்ல. பிரபஞ்சம் ஒரு பெரிய இயந்திரம் என்ற உணர்வு இருக்கும் வரையில்தான் அப்பிரபஞ்சத்தின் பல்வேறு பொருட்கள் தங்களுக்குள்ளேயே ஒருவித விசையை பரிமாறிக் கொள்கின்றன என்ற கோட்பாடு நிலைத்திருக்க முடியும். ஆனால் உண்மையை ஆழமாகத் துளாவிச் செல்லும் தற்கால ஆழ்ந்த அறிவியல் பிரபஞ்சத்தை ஒரு இயந்திரமாக கருதவில்லை. எனவே ஐன்ஸ்டினின் விதியில் விசையைக் குறித்த குறிப்பே கிடையாது.

ஐன்ஸ்டின் புவி-ஈர்ப்பை எப்படி கண்டார்? பொருண்மை (matter) என்பது கால-வெளி (space-time) என்கிற நான்கு பரிமாணங்களால் (காலம்+முப்பரிமாண வெளி) நெய்யப்பட்ட தொடர்ச்சியான பரப்பு ஒன்றில் ஏற்படுத்தும் வளைவுகளே புவி-ஈர்ப்பு. எந்த அளவுக்கு பொருண்மைக்கு நிறை (mass) இருக்கிறதோ அந்த அளவுக்கு கால-வெளி என்கிற நான்கு பரிமாண தொடர்ச்சியில் அது வளைவை ஏற்படுத்துகிறது. அந்த அளவு அதிகமாக அல்லது புவி ஈர்ப்பு அதிகமாக இருக்கிறது. இந்த வளைவு –புவி ஈர்ப்பு புலம் (field) ஒளியையும் வளைக்கும்.

ஒளி என்பது புவி ஈர்ப்பு விசைக்கு உட்பட்டது என்பதை நியூட்டனே ஊகித்திருந்தார். விண்மீன்களிலிருந்து வரும் ஒளி மிகவும் நிறையுடைய ஒரு பொருளால் புவி ஈர்ப்பு விடைக்கு உட்படுத்தப்படும் என அவர் கூறியிருந்தார். ஐன்ஸ்டினின் பொது சார்பியல் கோட்பாடும் ஒளி புவி ஈர்ப்பு புலத்தில் வளையும் என்பதை கூறுகிறது. இதையே கூறுகிறது. அப்படி என்றால் ஏன் நியூட்டானிய பார்வையை நாம் மாற்றி ஐன்ஸ்டினின் இந்த புதிரான நான்கு பரிமாண கால-வெளித் தொடர்-பரப்பு போன்ற சமாச்சாரங்களை குறித்தெல்லாம் ஏன் கவலைப்பட வேண்டும்? வானியலில் ஒளி-புவி ஈர்ப்பு குறித்த தரவுகளை கணிக்கும் போது பொதுவாக ஐன்ஸ்டினின் சமன்பாடுகளிலிருந்து பெறப்படும் அளவைகளுக்கும் நியூட்டானிய சமன்பாடுகளிலிருந்து பெறப்படும் அளவைகளுக்கும் ஒரு சிறிய வேறுபாடு இருக்கிறது. இதுவே நேரடி பரிசோதனையின் அடிப்படையில் அந்த சூரிய கிரகணத்தில் தீர்மானிக்கப்படவிருந்த விஷயம்.

சூரிய கிரகணத்தின் போது எடுக்கப்பட்ட புகைப்படங்களின் அடிப்படையில் விண்மீன் தொகுதியிலிருந்து வரும் ஒளி எந்த அளவு சூரியனின் புவி-ஈர்ப்பால் வளைவடைந்திருக்கிறது என்பது கணிக்கப்பட்ட போது அது ஐன்ஸ்டினிய சமன்பாடுகளின் அடிப்படையில் கணிக்கப்பட்ட அளவுகளுடன் ஒத்திருந்தது. நவம்பர் 6 1919 இல் இந்த முடிவுகளை ஆர்தர் எடிங்க்டன் அறிவித்தார். ஐன்ஸ்டினின் நாற்-பரிமாண கால-வெளி பிரபஞ்சம் நிரூபிக்கப்பட்டது.

‘ஆனால் முடிவுகள் வேறு மாதிரி இருந்திருந்தால்…?’ ஐன்ஸ்டினிடம் இந்த கேள்வி கேட்கப்பட்ட போது அவர் கூறினார், “நான் கடவுளை நினைத்து அவருக்காக வருத்தப்பட்டிருப்பேன்.” (‘Then I would have been sorry for the dear Lord’). இந்த பதிலை சரியான விதத்தில் நாம் புரிந்து கொள்ள வேண்டும். அவருக்கு பிரபஞ்சத்தின் இருப்பில் ஒரு அடிப்படை கணித ஒழுங்கு இருக்கிறது. அந்த ஒழுங்கு சமன்பாடுகளின் மூலமாக அறியப்படுகிறது. அது நிர்க்குணமான பெருமனதொன்றின் வெளிப்பாடு. 1933 இல் ஹெர்பர்ட் ஸ்பென்ஸர் நினைவு பேருரையில் ஐன்ஸ்டைன் ”இயற்கை என்பது ஆக எளிதாக தோன்றும் கணித கருத்தாக்கங்களின் உணர்தல்” (nature is the realization of the simplest conceivable mathematical ideas).

இங்கு ஐன்ஸ்டினின் கணித மறைஞானம் என கருதத்தக்க பிரபஞ்ச தரிசனம் யூத தத்துவஞானி ஸ்பினோஸாவில் வேர் கொண்டது என கருதலாம். இயற்கையில் உள்ளுறையும் கணித அழகு என்பது இன்று இயற்கையை நாம் அறிந்திட மிக அழகான அற்புதமான நம்ப முடியாத அதிசயங்களை உள்ளடக்கிய இயற்பியல் கோட்பாடுகளை தேடும் ஒரு கவித்துவத்தை இயற்பியலுக்கு அளித்துள்ளது. கருந்துளைகள் முதல் இழை கோட்பாடு, இணை பிரபஞ்சங்கள், கால பயணம் என பல்வேறு சாத்தியங்களை நாம் இன்று இயற்பியலாளர்கள் தீவிரத்துடன் ஆராய்வதை காண்கிறோம். எங்கே அறிவியலின் கணிதம் முடிந்து அறிவியல் புதினத்தின் கற்பனை தொடங்குகிறது என்கிற எல்லை கோடுகள் இப்போது மங்கி மயங்கி இருக்கின்றன.

ஐன்ஸ்டினின் இந்த கால-வெளி கம்பளத்துக்கு ஒரு பிரச்சனை புதிய இயற்பியலின் இன்னொரு புலத்திலிருந்து வருகிறது. அது க்வாண்டம் மெக்கானிக்ஸ் (மென்-அலகு இயற்பியல்) அனைத்து பௌதீக ஒன்றொடொன்றான பௌதீக செயல்பாடுகள் (physical interactions) அடிப்படையில் நான்கு பிரிவிகளில் அடைக்கலாம். அவை யாவன மின்காந்த செயல்பாடுகள், பலமான செயல்பாடு, பலவீனமான செயல்பாடு மற்றும் புவி ஈர்ப்பு செயல்பாடு.   ஒன்றொடொன்றான பௌதீக செயல்பாடுகளான இவை ஒவ்வொன்றுக்கும் ஒரு துகள் அதனை செயல்படுத்துவதாக உள்ளது. உதாரணமாக மின்காந்த இயக்கங்களில் ஃபோட்டான் என்கிற ஒளி துகள். பலமான செயல்பாடு என்பதற்கு க்ளூவான்கள் (gluons), பலவீனமான செயல்பாட்டுக்கு W & Z போஸான்கள். (இதில் மின்காந்த செயல்பாடுகளும் பலவீன செயல்பாடுகளும் ஒருமிக்கப்பட முடியும் என காட்டியவர் பாகிஸ்தானிய இயற்பியலாளர் அப்துஸ் சலாம்)  ஆனால் புவி ஈர்ப்புக்கு மட்டும் இந்த விளக்கம் இல்லை. புவி ஈர்ப்பென்பது கால-வெளி பரப்பின் வடிவ மாற்றம் மட்டுமே.

கருந்துளையை (black hole) எடுத்துக் கொள்வோம். சந்திரசேகர் முன்கணித்த படி ஒரு குறிப்பிட்ட அளவு நிறையைக் காட்டிலும் அதிகமாக உள்ள விண்மீன்கள் இறுதியில் கருந்துளைகள் ஆகிவிடுகின்றன. நியூட்டானிய இயற்பியல் தன்னளவில் கருந்துளைகளை விளக்கிட முடியும். புவி ஈர்ப்பு விசையிலிருந்து தப்பிச்செல்லும் திசை வேகம் புவி ஈர்ப்பு விசையினை ஏற்படுத்தும் நிறையைப் பொறுத்தது. ஒரு பொருளின் புவி ஈர்ப்பு விசையின் தப்பிச்செல்லும் திசை வேகம் ஒளியின் வேகத்தை விட அதிகமாக இருக்கும் பட்சத்தில் அது கருந்துளை ஆகிவிடும். கருந்துளையின் இருதய பகுதியில் பொது சார்பியல் கோட்பாடு கால-வெளிக்கு ஒரு முடிவிலி வளைவு இருப்பதை காண்கிறது. கருந்துளையின் மையத்தின் ஆரம் பூஜ்ஜியம் என்கிறது பொது சார்பியல் கோட்பாடு. ஆனால் க்வாண்டம் இயற்பியல் கட்டாயம் ஆரம் இருந்தாக வேண்டும் என்கிறது – அது மீச்சிறியதினும் சிறியதாக இருப்பினும் இருந்தாக வேண்டும் என்கிறது.

விவாதங்கள் தொடர்கின்றன. மனதை அதிசயமான சாத்தியங்களில் விம்ம வைக்கும் கணித சித்திரங்கள் எழுந்தபடியே இருக்கின்றன. இந்த அற்புத பேழையின் திறவுகோலான பொது சார்பியல் கோட்பாட்டுக்கு இந்த ஆண்டு நூறு வயது முடிகிறது.

2 Replies to “ஒளி வளைவு அறிதல்”

  1. சுவையான கட்டுரை. அதிகம் அறிவியற்கலைச்சொற்களின்றி எளிதில் புரிந்து கொள்ளும் படியாக எழுதப்பட்டிருந்தது.
    ஐன்ஸ்டைனின் உலகு
    காகிதத்தில்
    வரையப்பட்டிருந்தவை.
    நேர்கோடுகள் தாம்!
    ஐயமில்லை.
    தரையால் ஈர்க்கப்பட்டு
    விழுந்தன
    அக்கோடுகள் !
    இப்போது
    அவைகள்
    தம் நேர்த்தன்மையை இழந்து
    வளை கோடுகளாகியிருந்தன.
    +++++
    நம் மனதில் உறையும்
    முழுமையான
    உட்பொருட்களின்
    நிழல்களே
    நாம் புறவுலகில்
    உணரும் பொருட்கள்
    என்றுரைத்தான் பிளேட்டோ.
    +++++
    புறவுலகத்தின் ஏதொவோர் இயக்கத்தை
    வரைபடத்தில்
    குறித்தால்
    அருவமாக (abstract) மாறும்.
    பருண்மை துறந்து
    கணிதவுலகத்தில் நுழைந்து
    விடுதலை பெறும்
    +++++
    மூன்று பரிமாண உருவங்களும் நிகழ்வுகளும்
    காலவெளி என்றொரு
    நான்காவது பரிமாணத்துடன் சேர்ந்து
    கணிதச்சித்திரங்களாகி உலவும்.
    எண்ணிலடங்கா பரிமாணங்களை
    உருவாக்கி,
    வரைபடமாக்க
    மனத்திரை மட்டும் போதும் ;
    அவற்றிற்கொத்த
    எதிரிணையை
    புறவுலகில் காணமுடியாவிடிலும்
    என்ன?
    நிரூபணங்களை
    பின்வரும் சந்ததிகள் தேடி
    பிளேட்டோ சொன்னதை உண்மையாக்குவார்கள்.

Leave a Reply to Ramesh Kalyan Cancel reply

This site uses Akismet to reduce spam. Learn how your comment data is processed.