மூலம் : கார்லோ ரொவெல்லி

தமிழாக்கம் : சங்கரன்

இயற்கையின் அனைத்து விசைகளையும் தனது சமன்பாடுகள் விளக்கவில்லை என்பதை நியூட்டன் அறிந்திருந்தார்.   பொருட்கள் மீது ஈர்ப்புவிசையைத் தவிர்த்து பிற விசைகளும் செயல் புரிகின்றன . அவை விழும்போதும் அப்படியே நகர்வதில்லை. நம்மை சுற்றி நடப்பதை நிர்ணயிக்கும் பிற விசைகளை அறிய வேண்டியது என நியூட்டன் விட்டுச் சென்ற முதன்மையான புதிர் (problem) தனது விடைக்காக பத்தொன்பதாம் நூற்றாண்டு வரை காத்திருக்க வேண்டியிருந்தது – இரு ஆச்சரியங்களுக்கும் வித்திட்டது.

ஈர்ப்பு விசையைத் தவிர்த்த இன்னொரு ஒற்றை விசையால் கிட்டத்தட்ட அனைத்து நிகழ்வுகளும் வழிநடத்தப்படுகின்றன என்பதே முதல் ஆச்சரியம். இன்று அதை மின்காந்தவியல் என அழைக்கிறோம்.  திட பொருள்களின் அடிப்படையான ஆதார பொருட்களை – மின்னணுக்களை அணுக்களுடனும் , அணுக்களை மூலக்கூறுகளுடனும் பிடித்து வைத்திருப்பது இந்த விசையே.  மூளையின் நியூரான்களை இயக்குவதன் வழியாக நமது தகவல் செயல் முறைகளையும் ( processing of information) சிந்தனை முறைகளையும் வழிநடத்தும் விசையும் இதுவே. வழுக்கிச் செல்லும் பொருள்களை உராய்வின் மூலம் நிறுத்துவதும், வான்குடையாளர்களை பத்திரமாக தரையிறக்குவதும்,  மின் இயந்திரப் பொறிகளையும் உள்ளெரி பொறிகளையும் இயக்குவதும் , விளக்குகளை எரிய வைப்பதும் வானொலியை கேட்க உதவும் விசையும் இதுவே.

கதைக்கு மிக முக்கியமான, இந்த விசையை புரிந்து கொள்வதற்கு நியூட்டனின் உலகில் மேற்கொள்ள வேண்டிய ஒரு மாற்றமே இரண்டாவது ஆச்சரியம். நவீன அறிவியலின் தொடக்கப்புள்ளி இந்த மாற்றமே.  நாம் கவனத்துடன் நினைவில் வைத்துக் கொள்ள வேண்டிய, இனிவரும் பகுதிகளை புரிந்து கொள்ள உதவும் ஒரு கருத்து – விசையின் கருத்து.

மின்காந்த புலத்தின் செயல்முறையை கண்டறிந்தவரும் – அல்லது கண்டறிந்தவர்களும் ஆங்கிலேயரே. அறிவியலின் மிக விசித்திரமான இணை – மைக்கேல் ஃபேரடே , ஜேம்ஸ் க்ளர்க் மாக்ஸ்வெல்.

லண்டன் நகரைச் சேர்ந்தவரான மைக்கேல் ஃபேரடே நலிந்த பின்புலத்தில் இருந்து வந்தவர். முறையான கல்வித்தகுதி ஏதும் இல்லாமல், நூல் கட்டும் வேலையில் தொடங்கி, ஆய்வகத்தில் சேர்ந்து, தனது அபாரமான திறமையால் ஆய்வகத் தலைவரது நம்பிக்கைக்கு உரியவராகி, பத்தொன்பதாம் நூற்றாண்டின் தலைசிறந்த இயற்பியல் பரிசோதனையாளராகவும் தொலைநோக்கராகவும் திகழ்ந்தார். கணித பின்புலம் ஏதும் இல்லாமலேயே இயற்பியல் சார்ந்து மிக அற்புதமான நூலை, எந்தவிதமான கணித சமன்பாடுகளும் இல்லாமல் எழுதினார்.  இயற்பியலை தனது மனக்கண்ணில் கண்டு, புதிய உலகங்களை உருவாக்கினார்.  ஸ்காட்டிஷ் கனவானான ஜேம்ஸ் க்ளார்க் மாக்ஸ்வெலோ நூற்றாண்டின் தலைசிறந்த கணிதவியலாளர்.  சிந்தனை முறை மற்றும் சமூக பின்புலங்களில் நேர் எதிரான திசையில் இருந்தாலும், ஒருவரையொருவர் புரிந்து கொண்டு, தத்தமது மேதமையை இணைத்து, நவீன இயற்பியலிற்கு வழிகோலினர்.

கண்ணாடி இழைகள் காகிதங்களை இழுப்பது, காந்தங்கள் ஒன்றையொன்று விலக்குவது என மின்சாரம் குறித்தும் காந்தம் குறித்தும் பதினெட்டாம் நூற்றாண்டில் சில செப்பிடு வித்தைகளைத் தாண்டி எவருக்கும் தெரிந்திருக்கவில்லை. இவை குறித்த ஆய்வுகள் மெதுவாகத் துவங்கி பத்தொன்பதாம் நூற்றாண்டுக்குச்  சென்றது. லண்டனில் ஆய்வகம் ஒன்றில் சிறு தையல் நூல்கண்டுகள், ஊசிகள், கத்திகள், இரும்புக் கூண்டுகளை வைத்து மின் மற்றும் காந்தப் பொருட்களின் ஈர்ப்பு – விலகலை ஆராய்ந்து கொண்டிருந்தார். சரியான நியூட்டனியரான ஃபேரடே , மின்னேற்றப்பட்ட மற்றும் காந்த பொருட்களுக்கு இடையிலான விசையை புரிந்து கொள்ள முயன்றார்.  தொடர் பரிசோதனைகள் காரணமாக தமது கைகளின் ‘வழிகாட்டலில்’ நவீன இயற்பியலுக்கு அடித்தளமாக அமையக்கூடிய ஒன்றை உள்ளுணர்ந்தார். புதிய ஒன்றினைக் ‘கண்டார்’.

பொருட்களுக்கு இடையே நேரடியாக விசைகள் செயல்புரிகின்றன என்னும் நியூட்டனின் ஊகம் சார்ந்து சிந்திக்கக் கூடாது என்பதே அவரது உள்ளுணர்வு. (அண்ட)வெளியெங்கும் பரவியுள்ள, மின் மற்றும் காந்தப் பொருள்களால் மாறக்கூடிய, அந்த மாற்றங்களால் பொருட்களை ஈர்க்கவும் விலக்கவும் செய்கின்ற ஒன்றை சிந்திக்க வேண்டும். ஃபேரடே உள்ளுணர்ந்த அந்த ஒன்று, இப்போது புலம் (field)  என்று அழைக்கப்படுகிறது.

வெளியெங்கும் நிறைந்திருக்கிற,  முடிவிலிக்கு  மிக அருகில் செல்லகக்கூடிய மென்மையும் கொண்ட கோடுகளின் பெரும் பொதி ஒன்றையே புலம் என்கிறோம். நம்மை சுற்றிவளைத்துள்ள, கண்களுக்குத் தெரியாத பிரம்மாண்டமான சிலந்தி வலை அது.  தள்ளிவிட்டும் இழுக்கும் கம்பிகளைப் போல , பொருட்களுக்கு இடையில் மின் மற்றும் காந்த விசைகளை ‘ஏற்றி’ச் செல்வதால் இந்த கோடுகளை விசைக்கோடுகள் என அழைத்தார்.

உராய்ந்த கண்ணாடி இழை போன்று, மின்னேற்றப்பட்ட எந்தவொரு பொருளும், தன்னைச் சுற்றியுள்ள மின்-காந்த புலத்தினை(கோடுகளை) கலைத்து விடுகையில், அதன் எதிர்வினையாக , புலமானது தன்னுள் அமிழ்ந்திருக்கும் பிற மின்னேற்றப்பட்ட பொருள்கள் மீது விசையை செலுத்தும். எனவே இரண்டு தொலைதூர மின்னேற்றப்பட்ட பொருட்கள் ஒன்றையொன்று ஈர்ப்பதோ விலக்குவதோ தாம் பிணைந்துள்ள ஊடகத்தின் வாயிலாக மட்டுமேயன்றி‌ நேரடியாக இல்லை.

இரு காந்தங்களை கையில் எடுத்து ஒன்றையொன்று அருகில் கொண்டு வந்தோ விலக்கியோ பார்த்தால் ஃபேரடே உள்ளுணர்ந்ததை ,அதாவது இவ்விரண்டையும் ஈர்த்தும் விலக்கவும் செய்கிற விசையையும், அதன் வழியாக காந்தங்களுக்கு இடையிலுள்ள புலத்தினையும் எளிதாகவே உணர இயலும்.

இரண்டு பொருட்களுக்கு இடையில் செயல்படும் விசை குறித்தான நியூட்டனின் சிந்தனையிலிருந்து மிகப் புரட்சிகரமான மாற்றம் . ஆனால் நியூட்டனுக்கு புதிய சிந்தனை உவப்பானதாகவே இருந்திருக்கும். தாம் அறிமுகப்படுத்திய தூரப் பொருட்களுக்கிடையே செயல்படும் விசையின் ஈர்ப்பு குறித்து நியூட்டனுக்கே சிறிது கலக்கம் இருந்தது.  தொலைவிலுள்ள நிலவை பூமியால் எப்படி ஈர்க்க முடிகிறது? நேரடியான தொடர்பு இல்லாமல் எப்படி சூரியனால் பூமியை ஈர்க்க முடிகிறது?  ஒரு கடிதத்தில் எழுதுகிறார்:

“ அசையாத கடினமான ஒரு பொருள் , எந்தவிதமான பரஸ்பர தூல இணைப்புமின்றி இன்னொரு பொருளின் மீது தாக்கம் செலுத்துகிறது என்பதும், அதன் தாக்கத்திற்கு தான் ஆட்படுகிறது  என்பது ஏற்றுக்கொள்ளக் கூடியதாக இல்லை.”

மேலும் எழுதுகிறார்:-

“ ஈர்ப்புவிசை( gravity )பொருட்களின் உள்ளார்ந்த அடிப்படையான பண்பு என்பதையும், ஒரு பொருள் மற்றொன்றின் மீது எந்த ஊடகமும் இல்லாமல் வெற்றிடம் வழியே தாக்கம் செலுத்துகிறது என்பது அபத்தமான ஒன்று. சிந்திக்கக்கூடிய , தத்துவக் கல்வி பெற்ற எவருமே இதை ஏற்றுக் கொள்ள மாட்டார்கள்.  சில விதிகளின் படி செயல்படுகிற ஊடகம் ஒன்றினாலேயே ஈர்ப்புவிசை (g) உண்டாகப்படுகிறது. அந்த ஊடகம் ஸ்தூலமானதா அல்லது சூட்சுமமானதா என்பதை வாசகரின் கருத்துக்கே விட்டுவிடுகிறேன் “

அறிவியலின் மகத்தான சாதனை என்று போற்றப்பட்ட தமது சிந்தனையையே அபத்தமானது என்கிறார் நியூட்டன்.  தொலைதூர விசை செயல்பாடுகளின் பின்னணியில் ஏதோ  ஒன்று இருப்பதை உணர்ந்திருந்தவர், அது என்னவென்று உறுதியாக தெரியாததால் அதை ‘வாசகரின் கருத்துக்கே விட்டுவிட்டார்’.

இயக்கவியல் விதிகள் மற்றும் ஈர்ப்பியல் போன்ற மகத்தான சாதனைகளைப் படைத்திருந்தாலும்  தன்னுடைய எல்லைகளை எப்போதுமே அறிந்திருப்பது மேதைமையின் ஒரு பண்பாகும். நியூட்டனின் கருதுகோள்கள் எந்தவித பழுதுமின்றி பயன்பாட்டில் இருந்ததால் , அவரது ‘வாசகரான’ ஃபேரடே  தொலைதூர பொருட்களின் பரஸ்பர ஈர்ப்பு – விலக்கத்தின் பொருட்படுத்தக்கூடிய ரகசியத்தினை கண்டறியும்  வரை இரு நூற்றாண்டுகளுக்கு யாருமே கேள்வி கேட்கவில்லை.  ஃபேரடேவின் அற்புதமான விடையையே பிறகு நியூட்டனின் ஈர்ப்பியலை புதியதாக விளக்கிட ஐன்ஸ்டைன் பயன்படுத்தினார்.

புலம் என்கிற புதிய உட்பொருளை அறிமுகப்படுத்தி நியூட்டனின் அழகிய எளிய தத்துவத்திலிருந்து தீவிரமாக விலகினார். உலகம் என்பது  காலப்போக்கில் வெளியில் நகர்கின்ற துகள்களால் ஆனது மட்டுமல்ல. புலம் என்கிற புதிய இருப்பும் அதில் உள்நுழைகிறது. தனது முன்னெடுப்பின் முக்கியத்துவத்தை ஃபேரடே நன்குணர்ந்திருந்தார். விசைக் கோடுகள் உண்மையிலேயே இருக்கிறதா என்பதை அழகிய வரிகளில் கேள்விகளாக முன்வைப்பதை அவரது எழுத்துக்களில் காண முடிகிறது. பல்வேறு ஆலோசனைகள் மற்றும் ஐயங்களுக்குப் பிறகு, அறிவியலின் ஆழமான கேள்விகளுக்கு முன் கொண்டிருக்க வேண்டிய தயக்கத்துடன் அவை உண்மையில் இருக்கின்றன என்னும் முடிவிற்கு வந்தார். உலகின் கட்டமைப்பு குறித்து நூற்றாண்டுகளாக மிக வெற்றிகரமாகத் திகழும் நியூட்டனின் இயற்பியலில் அடிப்படையான மாற்றமே தான் முன்மொழிவது என்பதையும் நன்குணர்ந்திருந்தார்.

மாக்ஸ்வெல் இந்த சிந்தனை வழியாக பெரும் புதையல் ஒன்றை சட்டென்று கண்டறிந்து விட்டார். ஃபேரடே வார்த்தைகளில் சொன்னதை  கணித சமன்பாடுகளாக மாற்றினார். (அவரது ஆய்வேட்டில் ஒரு பக்க அளவிற்கு வரும் கணித சமன்பாடுகளை அரை வரியில் dF = 0, d*F = J என சுருக்க இயலும். இதுபற்றி பின்னர் விரிவாகப் பார்ப்போம்.) . ஃபேரடே கோடுகளின் கணிதப் பதிப்பாக மின் மற்றும் காந்தப் புலங்களின் நடத்தையை விவரிக்கும் அவற்றை மாக்ஸ்வெல் சமன்பாடுகள் என்று  அழைக்கிறோம் (  புலத்தினை வெளியின் ஒவ்வொரு புள்ளியிலும் இருக்கும் ஒரு திசையனாக (vector) உருவகித்தால், அதன் கூர்முனை ஃபேரடே கோடுகளின் திசையைக் காட்டும்.  கோட்டின் தொடுவளை ( tangent) மற்றும் நீளம் என்பவை அதன் அடர்த்திக்கு சரிவிகிதத்தில் அமைந்திருக்கும் ).

கணிணி, மின்பொறிகள், வானொலி மற்றும் அலைக்கம்பங்களை வடிவமைக்கவும், மின்-காந்த நிகழ்வுகளை விளக்கவும் மாக்ஸ்வெல் சமன்பாடுகள் இன்றளவும் பயன்படுகின்றன.  அணுக்களின் செயல்பாடுகளையோ ( மின்விசைகளாலேயே அணுக்கள் கட்டப்பட்டுள்ளன) , திடப்பொருளின் நுண் துகள்கள் எப்படி ஒன்றுடன் ஒன்று ஒட்டிக் கொண்டிருக்கின்றன என்பதையோ , சூரியன் எப்படி இயங்குகிறது என்பதையோ , ஆச்சரியமூட்டும் எண்ணிக்கையும் வகைகளுமான பல்வேறு நிகழ்வுகளை, கிட்டத்தட்ட நாம் பார்க்கும் அனைத்தையும் – ஈர்ப்பியலை மட்டும் தவிர்த்து அதற்குப் மேலே – அற்புதமாக விளக்குகின்றன.

இன்னும் முடியவில்லை. ஒருவேளை – இதுவே அறிவியலின் மிக அழகான வெற்றியாக இருக்கலாம் – ஒளி என்றால் என்ன என்பதை மாக்ஸ்வெலின் சமன்பாடுகள் சொல்கின்றன.

கடலலைகள் போன்று ஃபேரடே கோடுகள் தொடர் நடுக்கத்திலும் எழுந்தடங்கலிலும் இருப்பவை என்பதை உணர்ந்த மாக்ஸ்வெல், அதன் எழுந்தடங்கலின் வேகத்தை கணிக்கையில்.. அவை ஒளியின் கணிப்புகளுடன் கச்சிதமாக ஒத்துப் போயின. எனவே  ஒளி என்பது ஃபேரடே கோடுகளின் அதீத நடுக்கமேயன்றி வேறல்ல என்பதை மாக்ஸ்வெல் புரிந்து கொண்டார். மின் – காந்த இயல்களின் செயல்பாடுகளை கண்டறிந்த அதே வேகத்தில் ஒளி என்றால் என்ன என்பதையும் ஃபேரடே – மாக்ஸ்வெல்  இணை கண்டறிந்தனர்.

வண்ணமயமான உலகைக் காண்கிறோம். வண்ணம் என்பது என்ன?  ஒளி என்னும் மின்காந்த அலையின் அதிர்வெண்ணே ( frequency) என்பது மிக எளிய விளக்கம்.  உயர் அதிர்வுகளில் நீலமாகவும் சற்று குறுகிய அதிர்வுகளில் செந்நிறமாகவும் ஒளி நிறம் பெறுகிறது.  வெவ்வேறு அதிர்வெண்களாலான மின்காந்த அலைகளை நமது கண்ணின் ஏற்பிகள் ( receptors) உள்வாங்குகையில் உண்டாகும் நரம்புச் சமிக்ஞையின் அக-இயற்பொருள் (psychophysical) எதிர்வினையையே வண்ணம் என அறிகிறோம்.

தையல் நூற்கண்டுகள்,சிறு சிறு ஊசிகள் என ஃபேரடேவின் ஆய்வுகளை விளக்க நினைத்து உருவாக்கிய சமன்பாடுகள் ஒளி மற்றும் நிறத்தின் செயல்பாடுகளை விளக்கிய போது மாக்ஸ்வெலுக்கு எப்படி இருந்திருக்கும்?

புயலில் அலையடிக்கும் குளத்தின் மேற்பரப்பு போல ஃபேரடே கோடுகளாலான சிலந்தி வலையின் அதீத அதிர்வே ஒளி. ஃபேரடே கோடுகளை காண முடியாது என்பது உண்மையல்ல. அதிரும் கோடுகளையே காண முடியும்.  பார்த்தல் என்பது ஒளியை அறிவது. ஒளி என்பது நகரும் கோடுகளே. ஊடகம் எதுவும் இல்லாமல் வெளியில் ஓரிடத்திலிருந்து மற்றொன்றிற்கு எதுவுமே நகராது. கடற்கரையில் விளையாடும் ஒரு குழந்தையை நாம் பார்க்கிறோம் என்றால்,  அந்த காட்சியை நமக்குக் கடத்தும்  அதிரும் கோடுகளாலான பெரும் ஏரி அக்குழந்தைக்கும் நமக்கும் இடையில் உள்ளது. எவ்வளவு அற்புதமானது இவ்வுலகம்!

இந்த  மகத்தான கண்டுபிடிப்பின் கிளைப்பயன் மனிதகுல வரலாற்றிலேயே ஈடுஇணையற்றது. ஃபேரடே கோடுகள் ஒளியினை விட குறைவான அதிர்விலும் இருக்க முடியும் என்பதை சமன்பாடுகள் மூலம் அறிந்து கொண்ட மாக்ஸ்வெல், இதுவரை யாருமே ‘பார்க்காத’ மின்னேற்றங்களால் உருவாகி அவற்றையே கடத்தும் கோடுகளும் இருக்கும் என்பதை உணர்ந்தார். இங்கு ஒரு மின்னேற்றத்தை அதிர வைத்து, அதை அங்கு கொண்டுசெல்லும் அலைகளை உருவாக்க முடியும். சில வருடங்களில் மாக்ஸ்வெலின் இந்த கருதுகோள் ஜெர்மானிய இயற்பியலாளர் ஹைன்ரிக் ஹர்ட்ஸால்  (Heinrich Hertz)ல வெளிப்படுத்தப்பட்டு, அதற்கும் சில வருடங்களில் குலியெல்மோ மாக்கோனியால் (Guglielmo Marconi) முதல் வானொலி உருவாக்கப்பட்டது.

வானொலி, தொலைக்காட்சி, தொலைபேசி, கணிணி, செயற்கைக்கோள், இணையம், கம்பியில்லா இணைப்புகள் (wi fi)  என அனைத்துமே மாக்ஸ்வெலினுடைய ஊகத்தின் பயன்களே. அவருடைய சமன்பாடுகளே தொலைத் தொடர்பு பொறியாளர்களின் அனைத்து கணிப்புகளுக்கும் அடிப்படை.  சில கோடுகளை மனக்கண்ணில் கண்ட, அபாரமான கற்பனையும் உள்ளுணர்வும் கொண்ட திறமையான லண்டனின் எளிய நூல்கட்டுநர், அவற்றை கணித சமன்பாடுகளாக மாற்றி  ஒரு கண்சிமிட்டலில் செய்திகளை பூமியின் ஓரிடத்திலிருந்து இன்னொன்றிற்கு கொண்டு செல்லும் கோடுகளின் அலைகளையும் கண்டறிந்த அற்புதமான கணிதவியலாளர்  – தொலைத்தொடர்பின் மேல் அமர்ந்திருக்கும் சமகால உலகம் இவர்களிலிருந்தே எழுந்து வந்தது.

நமது மொத்த தொழில்நுட்பமும் ஆதாரமாகக் கொண்டிருக்கின்ற மின்காந்த அலைகள் மரபான பட்டறிவின் அடிப்படையில் ஆராய்ந்து கண்டுபிடிக்கப்படவில்லை.  ஃபேரடேவின் உள்ளுணர்வினை சமன்பாடுகள் வழியாக விளக்க முயன்ற மாக்ஸ்வெலால் ஊகிக்கப்பட்டது. கோட்பாட்டு அறிவியலின் மகத்தான வலிமை இது.

பிரபஞ்சம் இப்போது மாறிவிட்டது. வெறுமனே வெளியில் மிதக்கும் துகள்கள் மட்டுமல்லாது புலங்களையும் கொண்டுள்ளது.  மிகச்சிறிய மாற்றமாகத் தெரிந்தாலும், சில தசாப்தங்களில் உலகக் குடிமகனான இளம் யூதர் ஒருவரால் கண்டறியப்பட்டு,  நியூட்டனின் உலகை அடியாழம் வரை சென்று அசைக்கக்கூடிய முடிவுகளுக்கு அடிப்படையான ஒன்றாக அமையப் போகிறது.