"#குவாண்டம்_எனும்_கடல்"

(பாகம் 2 : அணுவை அணுகி..)

#அறிவியல்_காதலன்
#ரா_பிரபு

குவாண்டம் தியரி என்பதை புரிந்து கொள்ள முதலில் நாம் அணு அமைப்பை பற்றிய அடிப்படைகளை ஓரளவு தெரிந்திருக்க வேண்டியது அவசியம் என்பதால் ஒரு அணு என்பது எப்படி இருக்கும் என்பதை பார்ப்போம்.
உலகில் உள்ள மொத்த பொருட்களும் அனுக்களால் ஆனது என்று நமக்கு தெரியும் அதாவது ஒரு பெரிய கட்டிடம் என்பது அடுக்கி வைக்க பட்ட லட்சக்கணக்கான செங்கல் என்பதை போல உலகில் அணைத்து பொருளுக்கும் செங்கல்லாக இருப்பது அணுக்கள்.

அணு என்றதும் நமக்கு கற்பனைக்கு வரும் வடிவமைப்பு இருக்கிறதே அதாவது நடுவில் புரோட்டானும் நியுட்ரானும் இருக்க அதை எலக்ட்ரான்கள் தனக்கே உரிய குறிப்பிட்ட வட்ட பாதையில் (ஆர்பிட் ) சுற்றி வருவது கற்பனைக்கு வருகிறது அல்லவா அந்த வடிவமைப்பை நமக்கு கொடுத்தவர் டேனிஸ் நாட்டை சேர்ந்த நோபல் பரிசு பெற்ற இயற்பியலாளர்.. 'நீல்ஸ்போர்' 
(niels bohr) என்பவர் ஆவார்.

அந்த வடிவமைப்பு இன்று நாம் ஏற்று கொண்டுள்ள வடிவமைப்பு தான் என்றாலும் அதிலும் ஒரு திருப்பம் உள்ளது. அந்த திருப்பம் சில அதிசயங்களை கொண்டது. அதை பற்றி கட்டுரை யில் சில பாகங்கள்  தள்ளி சொல்கிறேன்.
முதலில் அணு அமைப்பு எப்படி படி படியாக கண்டு பிடிக்க பட்டது என்ற அணு வரலாறை பற்றியும் மற்றும் இப்போது அணு பற்றிய நமது புரிதல் என்ன என்பதையும் பார்க்கலாம்.
(குவாண்டம் மெயின் கதை தொடங்குவதற்கு முன் அணு அடிப்படை என்ற முன்கதையில் நாம் கொஞ்ச தூரம் பிரயாணிக்க வேண்டி இருப்பது அத்தியாவசியமானது.)

உலகின் மிக பிரமாண்ட மான பெரிய பெரிய விஷயங்கள் எல்லாம் ஒரே மனிதன் கண்டுபிடிதாதாக இருக்க இந்த தம்மாதுண்டு அணுவை அதன் அமைப்பை விளக்க மட்டும் படி படியாக பல அறிவியலார்கள் தேவை பட்டார்கள். அணு அமைப்பு ஒற்றை மனிதனால் விளக்க பட்டது அல்ல.
அதற்க்கு காரணம் அனுவின் பிரமாண்டம் அதன் நுண்ணிய தன்மை யில் உள்ளது. ஆம் அந்த வகையில் இது அண்ட முடியா அதிசய பிரமாண்டம் தான்.

ஒரு அணு எவ்வளவு பெரிதாக (அதாவது சிறிதாக ) இருக்கும் என்று நம் எல்லோருக்குமே ஓரளவு தெரியும்.
ஒரு வெள்ளை தாளை எடுத்து கொள்ளுங்கள் அதை இரண்டு உள்ளங்கையில் நடுவே வைத்து சாமி கும்பிடுவது போல பிடியுங்கள் ..
இப்போது காகிததின் குறுக்களவு தடிமனை பாருங்கள் மெல்லிய பிளேடு போன்ற கூறிய அதன் ஓரங்களில் குறுக்கு வாட்டத்தில் ஒரு பத்து லட்சம் அணுக்களை ஒன்றன் பின் ஒன்றாக வரிசையாக ப்ரேயர் நேர ஸ்கூல் பிள்ளைகளை போல தாராளமாக நிற்க வைக்க முடியும்.

ஒரு தேக்கரண்டி அளவு கடல் நீரில் எவ்வளவு அணு இருக்கிறது என்றால் மொத்த கடலில் எத்தனை தேக்கரண்டி அளவு தண்ணீர் இருக்கிறதோ அதை விட அதிகமாக.

ஒரு மணல் துகளில் எத்தனை அணுக்கள் இருக்கிறது என்றால் மொத்தமாக பூமியில் எத்தனை மணல் துகள் இருக்கிறதோ அதனை விட அதிகமாக.
இன்னோரு விதமாக சொல்கிறேன் ஒரு திராட்சை பழத்தை எடுத்து இந்த பூமி அளவு பெரிதாக்கினால் அதில் அணு என்பது ஒரு திராட்சை பழம் அளவு இருக்கும்.
இவை எல்லாம் அணுவை பற்றி நாம் அனைவரும் அறிந்த சங்கதிகள் தான்.

இந்தளவு மகா நுணுக்கமான ஒரு பொருளாக அணு இருப்பதால் தான் அதை கண்டு பிடிக்க பல தடுமாற்றங்களை சந்திக்க வேண்டி வந்தது.
அணு வை ஆராய முதல் காரணமான முன்னோடி என்று நாம் ரேடியத்தை கண்டு பிடித்த அம்மையார் மேரி கியுரியை ஒரு வகையில் சொல்ல முடியும். (ஒரு கொசுறு செய்தி சொல்கிறேன் அம்மையார் பயன்படுத்திய கடிதம் ஒன்றை வைத்து இருக்கிறார்கள் அதில் இன்றும் கதிரியக்கம் உள்ளது. கதிரியக்கத்துடனேயே ஒன்று கலந்து வாழ்ந்ததால் தான் கதிர் வீச்சு பாதிப்பில் தான் மேரி கியூரி இறந்து போனது)

அவர் 18 ஆம் நூற்றாண்டிலேயே கதிரியக்கத்தை ஆராய்ந்ததை தொடர்ந்து பல நாட்களுக்கு அணு என்பது இருக்கு என்றும் அப்படி ஒன்று இல்லை என்றும் இரு வேறு கருத்துக்கள் நிலவி வந்த கால கட்டத்தில் அணு இருப்பதை உறுதி செய்ததில் ஐன்ஸ்டைனுக்கு முக்கிய பங்களிப்பு உண்டு.
1905 களில் அறிவியல் உலகை உலுக்கி போட்ட கட்டுரைகளை ஐன்ஸ்டைன் எழுதினார் என்பது நமக்கு தெரியும் அதில் ஒரு கட்டுரை 'பிரவுனியின் மோஷன்' ஐ விளக்கும் கட்டுரை.

ஐன்ஸ்டைனுக்கு நீண்ட நாள் முன்பு அதாவது 1827 இல் பிரவுன் என்பவர் நீரில் கண்ணுக்கு தெரிய கூடிய சில துகள்களை போட்டு அதை நுண்நோக்கி
வழியாக பார்த்து என்ன நடக்கிறது என்பதை ஆராய்ந்தார் அப்போது சிறு துகள்கள் இஷ்டத்துக்கு அங்கும் இங்கும் சுற்றி திரிவதை கண்டார். இந்த இயக்கத்திற்கு பெயர் பிரௌனியன் இயக்கம் (நமது வீட்டில் இருட்டு அறையில் சூரிய ஒளி விழுந்தால் அதில் தூசுகள் அங்கும் இங்கும் ஓடி கொண்டிருப்பதை பார்க்க முடியும் அதுவும் இதே பிரவுனியின் இயக்கம் தான்)

பிற்காலத்தில் இதை பற்றிய கட்டுரை எழுதிய ஐன்ஸ்டைன் இந்த இயக்கத்திற்க்கு காரணத்தை விளக்கினார். அதாவது துகள்களில் இப்படி பட்ட இயக்கத்தை நிகழ்த்த அணு என்ற ஒன்று நிச்சயம் இருக்க வேண்டும் என்று சொன்னார்.அதன் பின்பே அணு இருப்பது ஊர்ஜிதமானது.

சரி இப்போது நீங்கள் செய்ய வேண்டியது ஒன்று இருக்கிறது ஒரு அறையை நீங்கள் கற்பனை செய்து கொள்ளுங்கள். அது ஒரு இருட்டு அறை . அது வேறு ஒன்றும் இல்லை நமது அணு தான். நாம் வசதியாக ஆராய அதை ஒரு அறை அளவு பெரிதாக்கி உள்ளேன். ஆனால் அந்த அறை விளக்கு இல்லாமல் இருட்டாக இருப்பதால் அதன் வடிவமைப்பு இப்போதைக்கு ஒன்றும் புரியவில்லை.
ஆனால் கவலை படாதீர்கள் அந்த அறையில் விளக்கு ஏற்ற வரிசையாக சில அறி்ஞர்கள் இப்போது வர இருக்கிறார்கள். அதில் முதலில் வந்து இருப்பவர் JJ தாம்சன் அவர்கள் .

வாங்க தாம்சன் அவர்களே....

1897 இல் அணுவில் எலக்ட்ரான் என்ற ஒரு சமாச்சாரம் இருக்கிறது என்றும் அது அணுவை விட  ஆயிரம் மடங்கு சின்னது என்றும் சொன்னவர் தான் இந்த jj தாம்சன்.
அவர் அதை எப்படி கண்டு கொண்டார் ? கேட்த்தோடு ரே டியூப் மூலமாக.

இந்த டியூப் ஒரு பெரும்பகுதி காற்று வெளியேற்ற பட்ட ஒரு குழாய். அதில் ஒரு முனையில் ஆணோடும் (நேர் முனை) அடுத்த முனையில் கேதோடும் (எதிர் முனை) வைத்து உயர் அழுத்த வோல்டேஜ் கொடுத்து என்ன நடக்கிறது என்று ஆராய்ந்து கொண்டு இருக்கும் போது ஒரு ஒளி கற்றை கேதோடு முனை யில் இருந்து ஆணோடு புள்ளிக்கு வந்து சேர்ந்தது. இந்த ரே... தான் கேத்தோடு ரே. எலெக்ட்ரான் என்ற எதிர் மின் சுமை சமாச்சாரம் ஒன்று இருக்கிறது என்று தாம்சன் கண்டு கொண்டது இதை கொண்டு தான் .எனவே குறித்து கொள்ளுங்கள் எலெக்ட்ரானை கண்டு பிடித்தவர் jj தாம்சன் ஆவார்

தாம்சன் அணு எனும் இருட்டு அறையை ஆராய்ந்தார் அதன் வடிவமைப்பை அது எப்படி இருக்கும் என விளக்கினார்.
அவர் கூற்று படி அணு ஒரு நேர் மின் சுமை கொண்ட கோளம் அதில் ஆங்காங்கே எதிர் மின் சுமை கொண்ட எலக்ட்ரான் புதைந்து உள்ளது. அதாவது  ஒரு வட்டமான கேக்கை கற்பனை செய்து கொள்ளுங்கள் இது மொத்தமாக நேர்மின் சுமை கொண்ட கேக் இந்த கேக்கில் ஆங்காங்கே பிளம்ஸ் கள் புதைத்து வைத்து இருப்பதாய் கற்பனை செய்யுங்கள் அவைகள் தான் எதிர் மின் சுமை கொண்ட எலக்ட்ரான் . கேக்கில் நேர் மின்சுமையும் ப்ளம்பஸ் இன் எதிர் மின் சுமையும் சமமாக இருப்பதால் அணு ஒரு மின் நடுநிலை தன்மை பெற்றது என்றார்.

மேலே சொன்ன அணு அமைப்பு பார்க்க ஒரு க்ரிஷ்மஸ் ப்ளம் புடின்ஸ் அமைப்பு போல இருப்பதால் இந்த அணு அமைப்பு க்கு பெயரே' ப்ளம் புடின்' அமைப்பு தான்.

அந்த இருட்டு அறையை தனக்கு தெரிந்த அளவு தாம்சன் விளக்கி இருந்தார் என்றாலும் இது மிக மிக ஆரம்ப கட்ட புரிதல் தான் என்பதை 1911 ஆம் ஆண்டு  பின்னால் வந்த ரூதர் போர்ட் நிரூபித்தார். (இந்த ரூதர் போர்ட் வேறு யாரும் அல்ல jj தாம்சனின் மாணவன் தான்.)
நமது இருட்டு அணு அறையில் அடுத்ததாக டார்ச் அடித்து பார்த்தவர் இவர் தான். இவர் செய்தது கொஞ்சம் சுவாரஸ்யமானது ..அது ஒரு பரிசோதனை.

பேயை அல்லது கடவுளை பார்க்க முடியாது உணர தான் முடியும் என்று சொல்வார்களே அப்படி ஒரு பேய் தன்மை (அல்லது கடவுள் போல) ஒரு மாய மந்திர பொருளாக தான் அணு இருந்தது.
காரணம் அதை நாம் பார்க்க முடியாது என்பதால் பல சோதனைகள் செய்து வரும் விளைவுகளை வைத்து படி படியாக தான் ஓரளவு படத்தை வரைய வேண்டி இருந்தது.
அதில் ரூதர் போர்ட் செய்த சோதனை மிக பிரபலமானது. அப்படி அவர் என்ன செய்தார்?

நமது இருட்டு அறை க்கு வெளியே நின்று உற்று பார்த்த ரூதர் போர்ட் "இந்த அறையை பார்த்தால் எல்லாம் ஒன்னும் புரியாது சில சோதனை மூலம் தான் உள்ளே என்ன இருக்கு என கண்டு பிடிக்க முடியும் " என்று முடிவு செய்தார். அந்த ஆய்வு க்கு பெயர் ''தங்க தகடு ஆய்வு''
அந்த ஆய்வுக்காக ஒரு அமைப்பை செய்தார்.

ஒரு டப்பாவை கற்பனை செய்யுங்கள் அது முழுக்க முழுக்க மூட பட்டது. அதில் உள்ளே ஆல்பா துகளை வெளியிடும் மூலம் ஒன்றை வைத்தார் ரூதர் போர்ட்.
(ஆல்பா துகள் என்றால் அது ஒரு ஹீலியம் துகள் தான் .ஹீலியமின் எடையையும் அதே சமயம் எலக்ட்ரானின் எதிர் மின்னூட்டம் போல இரு மடங்கு நேர் மின்னூட்டமும் கொண்ட துகள்) .

அந்த பெட்டி ஒரு 'காரிய'தால்  செய்ய பட்ட பெட்டி .அதனால் அது ஒரு 'காரிய'த்தை  செய்யும் பெட்டி .அதாவது ஆல்பா கதிர் வீச்சை வெளியே கசிய விடாத பெட்டி. இப்போது ரூதர் போர்டு அந்த பெட்டியில் ஒரு சின்ன திறப்பை ஒரு ஓட்டையை வைத்தார் . அதாவது அதன் வழியாக கதிரியக்க துகள் வெளியே ஒரு கற்றையாக புல்லட் போல பீச்சி அடிக்க படும். அப்படி பீச்சுகிற இடத்தில் தங்க தகடை வைத்தார் அப்புறம் இந்த அமைப்பை சுற்றி சுற்றி துத்தநாக சல்பைடு பூச பட்ட திரையை வைத்தார் இது எதுக்கு என்றால் ஆல்பா துகள் எங்கெல்லாம் சிதறுகிறது என்பதை கண்டு பிடிக்க. அதாவது அத்திரையில் ஆல்பா கதிர்கள் மோதினால் அது ஒளி புள்ளியாக பதிவு செய்ய படும். இப்படி ஒரு அமைப்பை செய்து விட்டு அதை இயங்க செய்து என்ன நடக்கிறது என்று முடிவிற்கு காத்திருந்தார்.
நாம் நமது இருட்டு அறை க்கு முன்பாக நின்று கொண்டு உள்ளே என்ன இருக்கு என்று தெரியாமல் இருட்டில் துப்பாக்கியால் சுட்டு என்ன நடக்கிறது என்று பார்ப்பதற்கு ஒப்பானது இது.

கிடைத்த முடிவகள் சுவாரஸ்யமானவை.. அணு பற்றிய அது வரை இருந்த பார்வையை மாற்றி அமைத்தவை...
அந்த முடிவுகளை அடுத்த பாகத்தில் பார்க்கலாம்.

⚛Atom -ஆட்டம் தொடரும்..............