பிரபஞ்சத்தின் வீதிக்காவலன் – ஒளி

இந்த உலகில் / பிரபஞ்சத்தில் ஏன் இவை இப்படி இருக்கிறது என்று நம்மால் சிலவேளைகளில் கேள்வி எல்லாம் கேட்கமுடிந்தாலும், அதற்கான திருப்திப் பட்டுக்கொள்ளக்கூடிய பதிலாக ஒன்று கிடைப்பதே இல்லை. அனால் அறிவியலைப் பொருத்தவரையில் நம்பிக்கையின் அடிபடையில் எதுவுமே முடிவு செய்யப் படுவதில்லை. எல்லாவற்றிற்கும் ஆதாரம் வேண்டும், அல்லது ஆதாரம் இருப்பவற்றை மட்டுமே அறிவியல் ஏற்றுக்கொள்ளும்.

குவாண்டம் இயற்பியல் வரும்வரை, இந்த அறிவியல் தனது இலய்பான ஆதாரம் சார்ந்த முறையிலேயே சென்றுகொண்டிருந்தது. இன்னும் ஒருபடி மேலே சொல்லவேண்டும் என்றால், குவாண்டம் இயற்பியலுக்கு முன்னுள்ள இயற்பியல் கோட்பாடுகள் அனைத்தும், பாரம்பரிய இயற்பியல் (classical physics) எனப்படுகிறது. இதற்கு காரணமில்லாமல் இல்லை, இந்த குவாண்டம் இயற்பியல் அவ்வளவு வித்தியாசமான கோட்பாடுகளை இந்த இயற்பியளுக்குள் கொண்டுவந்து புகுத்திவிட்டது. ஆளாளப்பட்ட ஐன்ஸ்டீனே இந்த குவாண்டம் இயற்பியலை ஆரம்பத்தில் எதிர்த்ததற்கு காரணம், அது கொண்டுவந்த “நிகழ்த்தவு” சார்ந்த முடிவுகளே. சுருக்கமாக சொல்லவேண்டும் என்றால், நீங்கள் கணக்கு போடலாம், ஆனால் கணக்கை தீர்க்கும் போது, ஒரு விடை வருவதற்கு பதிலாக நிகழ்தகவே பதிலாக கிடைக்கும்! குவாண்டம் இயற்பியலை முழுதாக புரிந்துகொள்வதென்பது, கடவுளை நேரடியாக கண்டு தரிசிப்பதற்கு சமமாகும் என்பதை சொல்லிக்கொண்டே, இனி விடயத்துக்கு வருவோம். (குவாண்டம் இயற்பியலை பற்றி கட்டாயம் விரிவாக பிறகு பார்போம், அப்போது கடவுள் கண்முன் தெரிந்தால் அதற்கு நான் பொறுப்பல்ல!)

இந்தப் பிரபஞ்சத்தில் பல விசித்திரமான விடயங்கள் இருப்பினும், அதில் மிக முக்கியமான விசித்திரமான ஒரு வஸ்து – ஒளி. அப்படி என்ன விசித்திரம்? காலைல வருது, சாயங்காலம் போயிடுது என்று நமக்கு சாதாரணமாக தோன்றும் இந்த ஒளி, இன்னும் இயற்பியலால் “பூரணமாக” விளங்கிக்கொள்ளபடாத ஒன்று!

நீங்கள், காரில் பயணம் செய்திருப்பீர்கள், விமானத்திலும் கூட. நம் விண்வெளி வீரர்கள் ராக்கெட்டில் பயணம் செய்து விண்வெளிக்கு சென்று வருகின்றனர். காரை விட விமானம் வேகமாக செல்லும், அதைவிட ராக்கெட் மிக மிக வேகமாக செல்லும். சாதாரணமாக ஒரு விமானம் 800 kmph வேகத்தில் பயணிக்கும், அதுவே ஒரு ராக்கெட் பூமியின் ஈர்ப்புவிசையை விட்டு சுற்றுப்பாதையை அடைய மணிக்கு 28,968 கிலோமீட்டர் வேகத்தில் பயணிக்க வேண்டும்!

இப்படியே நமக்கு மிகவேகமாக பயணிக்க முடிந்தால், அதிகபட்சமாக எவ்வளவு வேகத்தில் பயணிக்க முடியும்? வேகத்திற்கு அதிகபட்ச எல்லை என்று ஒன்று உண்டோ அல்லது அது முடிவிலியா?

இங்கே தான் சம்பந்தமே இல்லாத ஒளிபகவான் உள்ளே வருகிறார்! ஆம். வேகத்திற்கு எல்லை உண்டு, அதுவும் இந்த பிரபஞ்சத்தில் மிக மிக வேகமாக பயணிக்கக்கூடியது இந்த ஒளிதான். இதன் வேகம் செக்கனுக்கு 299,792,458 மீட்டார்கள்! இதைவிட வேகமாக இந்தப்பிரபஞ்சத்தில் நாமறிந்த பருப்பொருளால் (matter) ஆனா எதுவும் பயணிக்க முடியாது. ஏன்? தொடர்ந்து வாசிக்கவும்!

ஆரம்பக்காலங்களில், அதாவது 1600களுக்கு முன் வானியலாளர்களும் அறிவுஜீவிகளும் ஒளியின் வேகம் முடிவிலி என்றே எண்ணினர். அனால் சிலர் மட்டுமே ஒளியின் வேகம் முடிவிலியாக இருக்க முடியாதென கருதினர், அப்படிப்பட்டவர்களில் ஒருவர் தான் கலிலியோ கலிலி.

ஒளியின் வேகம் முடிவிலி இல்லை என்று எண்ணியது மட்டுமில்லாது, அதை 1638இல் அளந்து பார்க்கவும் துணிந்தார். இவருடைய ஐடியா எளிமையானதுதான். கலிலியோ அவரது உதவியாளரை, ஒரு தூரத்திற்கு மூடிய விளக்கோடு அனுப்பிவிட்டார். இங்கிருந்து கலிலியோ ஒரு விளக்கை திறத்து காட்டி மூடுவார். இந்த வெளிச்சத்தை கண்டவுடன் தொலைவில் இருக்கும் உதவியாளர் அவரது விளக்கை திறந்து காட்டி மூடுவார். கலிலியோ விளக்கை காட்டியதில் இருந்து அவரது உதவியாளர் எவ்வளவு காலம் தாழ்த்தி விளக்கை காட்டுகிறார் என்பதை அளப்பதே கலிலியோவின் திட்டம்! இந்த திட்டம் ஊத்திக்கொண்டதில் கலிலியோவின் தப்பேதும் இல்லை. இந்த திட்டம் வெற்றி அடையவேண்டும் என்றால் அவருக்கு மைக்ரோசெக்கனில் அளக்கக்கூடிய கடிகாரம் இருந்திருக்க வேண்டும். 1600களில் அது சாத்தியமில்லை.

ஆனால் கலிலியோ இந்த ஆய்வு தோல்வியில் முடிந்ததால் ஒளி முடிவிலி வேகத்தில் பயணிக்கும் என்று கருதவில்லை, மாறாக, அது மிக மிக வேகமாக பயணிக்கிறது என்றே கருதினார்.

விதி யாரை விட்டது! 1676இலையே டன்னிஷ் வானியலாளர் ஓலே ரோமர், ஒளியின் வேகத்தை எதேர்ச்சயாக கணக்கிட்டார். அந்தக் காலத்தில் கடலில் பயணிக்கும் மாலுமிகள் நேரத்தை சரியாக கணக்கிட, வியாழக்கிரகத்தின் துணைக்கோள் ஐஒ (Io) வியாழனை சுற்றி வர எடுக்கும் நேரத்தை ஒப்பிட்டு பார்த்தனர். வியாழக்கிரகத்தை ஒருமுறை ஐஒ சுற்றிவர எடுக்கும் நேரம் 1.769 நாட்கள். அனால் இதில் தான் குழப்பம் ஏற்பட்டது!

அதாவது, ஐஒ வியாழக்கிரகத்தால் மறைக்கப்படும் நேரம், ஆண்டின் காப்பகுதிக்கு ஏற்ப மாறுபடுவதை ரோமர் கண்டுபிடித்தார், அதாவது, பூமி சூரியனை சுற்றிவரும் போது, அது வியாழனை விட்டு விலகியும், சிலவேளை வியாழனுக்கு அருகிலும் வரும். இப்படி பூமியானது வியாழனை விட்டு விலகிச்செல்லும் போது, ஐஒ வியாழனால் மறைக்கப்படும் நேரம் அதிகமாகவும், பூமி வியாழனை நெருங்கி வரும்போது, ஐஒ வியாழனால் மறைக்கப்படும் நேரம் குறைவாகவும் இருந்தது.

ரோமர், இந்த நேர இடைவெளிக்கு காரணம் ஒளியின் வேகமே என கருதினார், அதுமட்டுமல்லாது, இந்த நேர இடைவெளியை வைத்து, ஒளியின் வேகத்தை ஒரு செக்கனுக்கு 214,000 கிலோமீட்டர்கள் என கணக்கிட்டும் காட்டினார். (ஒளியின் உண்மை வேகம் ஒரு செக்கனுக்கு 300,000 கிலோமீட்டர்கள்). ரோமர் மிக நெருங்கி வந்துவிட்டார்!

இவ்வாறு பலர் ஒளியின் வேகத்தை கணக்கிட ஆய்வுகள் நடத்தினாலும், முதன் முதலில் அறிவியல் பரிசோதனை மூலம் ஒளியின் வேகத்தை கணக்கிட முனைந்தவர் ஹிப்போளிடே ஃபிஸீயுபி. 1849 இல் ஹிப்போளிடே ஃபிஸீயுபி (Hippolyte Fizeau) என்ற பிரஞ்சு இயற்பியலாளர் மிகத்துல்லியமாக ஒளியின் வேகத்தை ஒரு செக்கனுக்கு 313,300 கிலோமீட்டர்கள் என கணக்கிட்டார். இது ஒளியின் உண்மை வேகத்தின் 5% இற்குள் வரக்கூடிய வேகமாகும் (பலே பாஸ்கரா! அக்காலத்திலும் அவளவு துல்லியம்!).

பலர் முயன்று, கடைசியாக தொழில்நுட்ப வளர்ச்சியை கொண்டு ஒளியின் வேகம் ஒரு செக்கனுக்கு 299,792.458 கிலோமீட்டர்கள் என கணக்கிட்டு விட்டோம்.

ஒளியின் வேகம் வரையறுக்கப்பட்ட வேகமாக காணபடுகிறது. ஏன்? எனபதற்கு காரணம் சொல்ல நாம் ஆல்பர்ட் ஐன்ஸ்டீனின் சார்புக்கோட்பாட்டை நோக்கி பயணிக்க வேண்டும்.

எடக்கு முடக்காக யோசிப்பதில் வல்லவர் நம் ஐன்ஸ்டீன். அவர் பின்வருமாறு சிந்தித்துப் பார்த்தார்.

மிக வேகமாக பயணிக்கும் ஒரு ராக்கெட்டின் முன் ஒரு டோர்ச் லைட் ஒன்றை கட்டிவிடவேண்டும்.  இப்போது ராக்கெட்டை வேகமாக பயணிக்க செய்து, டோர்ச் லைட்டையும் ஆன் செய்துவிட்டால், இப்போது இந்த டோர்ச்சில் இருந்து வரும் ஒளி, சாதாரண ஒளியின் வேகத்தை விட அதிகமாக இருக்குமா? (ராக்கெட்டின் வேகம் + ஒளியின்வேகம்)

இந்த சிந்தனைப்பரிசோதனை ஐன்ஸ்டீனை மேலும் குழப்பத்தில் ஆழ்த்தவே, ஐன்ஸ்டீன் இதற்கு ஒரு மிகப்புதிசாலித்தனமான ஒரு கருத்தை முன்வைத்தார் – அசையும் பொருட்கள் ஓடும் நேரத்தின் வேகத்தை குறைகிறது! நேரம் என்பது ஒரு மாறிலி அல்ல, மாறாக அது ஒரு நீரோடையை போன்றது, அது வளைந்து, நெளிந்து, வேகமாக, மெதுவாக செல்லக்கூடியது – இதுவே ஐன்ஸ்டீனின் சார்புக்கோட்பாட்டுக்கு வித்திட்டது.

வேகத்துக்கும் நேரத்துக்கும் என்னடா சம்பந்தம் என்று நீங்கள் கேட்கலாம், சொல்கிறேன், இப்படி நினைத்துக்கொள்ளுங்கள். அதாவது ஒரு ராக்கெட், ஒரு செக்கனுக்கு 299,792.458 கிலோமீட்டர் வேகத்தில் பயணிக்கும் பொது (ஒரு பேச்சுக்கு), ராக்கெட்டில் உள்ளவர்களது நேரம் துடிப்பது நின்றுவிடும். அதாவது நேரம் ஓடாது! அப்படியென்றால், ராக்கெட்டில் இருபவர்கள் எல்லாம் என்ன சிலை போல் ஆகிவிடுவார்களா? இல்லை!

இங்கு மிக முக்கியமாக கவனிக்க வேண்டியது, நேரம் என்பது ஒரு மாறிலி அல்ல, ஆகவே பூமியில் இருந்து பார்பவர்களுக்குதான் ராக்கெட்டில் நேரம் ஓடாதது போல இருக்கும், ராக்கெட்டில் இருப்பவர்களுக்கு அவர்களது நேரம் சரியாக ஓடிக்கொண்டே இருக்கும். நேரம், வேகம் எல்லாம் அதை அளப்பவர்களுக்கு சார்பானது, இப்போது புரிந்திருக்கும் ஏன் ஐன்ஸ்டீன் தனது கோட்பாட்டுக்கு, சார்புக்கோட்பாடு என பெயர் வைத்தார் என்று.

ஆக இந்த ராக்கெட்டில் (ராக்கெட் ஒளியின் வேகத்தில் 99% வேகத்தில் செல்கிறது என்று வைத்துக்கொள்வோம்) ஒருவர், ஒரு வருடம் பயணித்துவிட்டு பூமிக்கு வரும் போது (ராக்கெட்டில் இருப்பவரின் கடிகாரத்தின் படி ஒரு வருடம்). இங்கு பூமியில் பல நூறு வருடங்கள் சென்றிருக்கும்!

சரி, இன்னுமொரு உதாரணத்தை பார்போம். இரட்யர்கள் இருவரில் ஒருவர் விண்வெளி வீரர். அவரை நமக்கு மிக அருகில் இருக்கும் நட்சத்திரமான அல்பா செண்டரி (Alpha Centauri) இக்கு சென்று வர ஒரு திட்டம் உருவாக்கப்படுகிறது. அல்பா செண்டரி, பூமியில் இருந்து 4 ஒளியாண்டுகள் தூரத்தில் உள்ளது. ஆக, பூமியில் இருக்கும் இரட்டையரில் ஒருவருக்கு, தனது சகோதரன் ஒளியின் வேகத்தில் 99% வேகத்தில் அல்பா செண்டரி சென்று வரும்போது 8 வயது கூடி இருக்கும். ஆனால் அந்த விண்வெளி வீரருக்கு? 1 வயதுதான் அதிகரித்திருக்கும்!

இதுவே அந்த விண்வெளிவீரர் ஒளியின் வேகத்தில் 99.999% வேகத்தில் பயணித்திருந்தால், அவர் பூமிக்கு திரும்பி வரும்போது பூமியில் உள்ள சகோதரருக்கு 8 வயது கூடியிருக்கும், ஆனால் அந்த விண்வெளி வீரருக்கோ வெறும் 13 நாள் வயது மட்டுமே கூடியிருக்கும். ஆக, வேகம் அதிகரிக்கும் பொது நேரம் என்பதும் மாற்றமடைகிறது.

ஒரு பொருள் ஒளியின் வேகத்தை அடையும் போது அதனது காலம் (நேரம்) நின்றுவிடும். அனால் ஒளியைத் தவிர வேறு திணிவுள்ள எந்தப்பொருளாலும் ஒளியின் வேகத்தை அடையமுடியாது. இதற்கும் விளக்கத்தை ஐன்ஸ்டீனின் பொதுச் சார்புக்கோட்பாடே தருகிறது. அதையும் பார்ப்போம்.

பொதுச் சார்புக் கோட்பாடு நமக்கு என்ன சொல்கிறது என்றால், ஒரு பொருளின் வேகம் அதிகரிக்க, அதிகரிக்க, அதன் திணிவும் அதிகரிக்கும் அதேபோல அதன் நேரம் துடிக்கும் வேகமும் குறையும். ஒரு பொருள் ஒளியின் வேகத்தை அடைய, அதன் திணிவு முடிவிலியாகவும் அதனது நேரத்தின் துடிப்பு முற்றாகவும் நின்றுவிடும். இதிலிருந்துதான் இயற்பியலின் மிகப்பிரசித்தி பெற்ற சமன்பாடான E=mc² என்ற ஐன்ஸ்டீனின் சமன்பாடு உருவாகியது (E= energy, m= mass, c=speed of light in vacuum).

இன்று வரை நாம் செய்த ஆயிரக்கணக்கான பரிசோதனைகள் மூலம் இது நிருபிக்கப்பட்டுள்ளது.

இன்று நாம் வைத்துள்ள அதி உன்னதமான அறிவியல் சாதனமான துகள் முடிக்கியில் (particle accelerator) நாம் இலத்திரனை அல்லது ப்ரோதிரனை எவ்வளவு சக்தி கொடுத்து முடிக்கினாலும் அது ஒளியின் வேகத்தில் 99.999% வீதம் வரை மட்டுமே பயணிக்க முடியும். ஒளியின் வேகத்தை அது அடைய நாம் முடிவிலி அளவான சக்தியை அதற்கு கொடுக்கவேண்டும்! அது இந்த பிரபஞ்சத்தில், இயற்பியல் விதிக்குட்பட்டு முடியாத காரியம்.

ஒளியைப் பற்றி சிறிது விளங்கியிருபீர்கள் என்று நினைக்கிறன். ஒளி ஒரு தனி வஸ்து அல்ல, அதற்கும் நேரத்திற்கும், இடத்திற்குமே பிரிக்க முடியாத தொடர்பு உண்டு. மேலதிகமாக அறியவேண்டும் எனில், நிச்சயம் நீங்கள் பொதுச் சார்புக் கோட்பாட்டை படிக்க வேண்டும். மீண்டும் வேறொருமுறை ஒளியைப் பற்றி சிறிது ஆழமாக அலசிப் பார்போம்.

சிறி சரவணா

படங்கள் : இணையம்