கருந்துளைகள் 13 – ஒளி வளைந்து செல்லுமா?

இது ஒரு தொடர் பதிவு, மற்றைய பகுதிகளையும் படிக்க, கீழுள்ள லிங்க்கை கிளிக் செய்யவும்.

கருந்துளைகள் – அறிவியல் தொடர்

கருந்துளைகளைப் பற்றி நிறைய விடயங்களை பார்த்துவிட்டோம். சில பல கேள்விகளுக்கு பதில்களைப் பார்க்கலாம். கருந்துளைகளை நம்மால் சுற்றிவரமுடியும் என்று பார்த்தோம். இப்போது கொஞ்சம் வித்தியாசமாக ஒன்றைப் பார்போம்.

ஒளி எப்போதும் நேர்கோட்டில் பயணிக்கும் என்று நாம் படித்திருப்போம். அது உண்மைதான். ஆனால் நேர்கோடு என்றால் என்ன என்ற கேள்விக்கு நாம் சுருக்கமாக, இரண்டு புள்ளிகளுக்கு இடையில் உள்ள மிகக் குறுகிய தூரம் என்று எடுத்துக் கொள்ளலாம். ஆனால் ஒரு பிரச்சினை என்னவென்றால் இந்த இரண்டு புள்ளிகளுக்கு இடையில் உள்ள தூரத்தை இணைக்கும் பாதை நேர்கோட்டுப் பாதையாக இருக்கவேண்டும் என்று எந்தவொரு கட்டாயமும் இல்லை. குழப்பமாக இருக்கலாம், விளக்குகிறேன்.

சிறிய பரிசோதனையை செய்து நாம் இந்த குழப்பத்திற்கான முடிவை அடையலாம். ஒரு A4 வெள்ளைக் கடதாசியை எடுத்துக் கொள்ளுங்கள். அதில் குறுக்காக ஒரு நேர்கோட்டை வரைந்துகொள்ளுங்கள். இப்போது கடதாசியை மேசையில் வைத்துவிடுங்கள். இப்போது கடதாசியில் ஒரு நேர்கோடு ஒன்று இருக்கும் அப்படித்தானே?

சரி, இப்போது இந்த கடதாசியை எடுத்து அந்தக் கோட்டின் இரு முனைகளும் சந்திக்குமாறு சுற்றிக் கொள்ளுங்கள். இப்போது அந்தக் கடதாசி வளைந்துள்ளது. அந்தக் கடதாசியில் வரைந்துள்ள கோடு நேர்கோடாக இருந்தாலும், கடதாசியே வளைந்திருப்பதால், அந்தக் கோடும் வளைந்திருக்கிறது. இங்கு நாம் இரு பரிமாணத்தில் (கடதாசியின் மேற்பரப்பு – இருபரிமாணப் பரப்பு) கோடு வரைந்துள்ளோம். அந்தக் கோடுதான் ஒளி செல்லும் பாதை என்று கொண்டால், கடதாசிதான் வெளி (space). இயற்கையில் இது முப்பரிமாண வெளியில் நடைபெறுகிறது.

நாம் ஏற்கனவே ஈர்ப்புவிசை வெளிநேரத்தை வளைக்கும் என்று பார்த்துள்ளோம். ஆனால் நாம் முன்பு, வெளிநேரத்தில் (space-time), இந்த ஈர்ப்புவிசை எப்படி நேரத்தில் செல்வாக்கு செலுத்துகிறது என்றே பார்த்துள்ளோம். இப்போது இது எப்படி வெளியில் செல்வாக்கு செலுத்துகிறது என்று பார்க்கப் போகிறோம். இயற்பியலில், வெளிநேரம் என்று சேர்த்து அழைப்பதற்கு காரணமே இவை இரண்டும் வேறு வேறு அல்ல என்பதால் ஆகும்.

எப்படி ஈர்ப்பு அதிகமுள்ள இடத்தில் நேரம் துடிக்கும் வேகம் குறைகிறதோ, அதேபோல ஈர்ப்பு அதிகமுள்ள இடத்தில் வெளியும் மிக அதிகமாக வளைகிறது. ஆம்! வெளியை ஈர்ப்பினால் வளைக்க முடியும்.

இந்தத் தொடரின் முடிவில், கருந்துளையைப் பற்றி நீங்கள் வியந்ததை விட ஈர்ப்பு விசை எப்படி இந்த பிரபஞ்சத்தை ஆளுகிறது என்றே வியப்படைவீர்கள். இந்தப் பிரபஞ்சத்தின் உண்மையான ஹீரோ, ஈர்ப்பு விசை தான். கருந்துளை என்பது, ஈர்ப்பு விசையின் பல்வேறு முகமூடிகளில் ஒன்று மட்டுமே! சரி மீண்டும் விடயத்துக்குள் சென்றுவிடுவோம்.

ஈர்ப்பு விசை கொண்ட அனைத்துப் பொருட்களுமே அதனைச் சுற்றியுள்ள வெளியை வளைக்கிறது. குறிப்பிட்ட பொருட்களின் திணிவிற்கு ஏற்ப இந்த வளைவின் அளவு மாறுபடுகிறது. குறிப்பாக கருந்துளைகளின் ஈர்ப்பு விசை மிக அதிகமாக இருப்பதால், கருந்துளையை சுற்றி வெளியானது மிக அதிகமாகவே வளைகிறது.

சூப்பர் ஜீனியஸ் ஐன்ஸ்டீன் தான் இந்த விளைவைப் பற்றிக் கூறியவர். அவரது பொதுச் சார்புக் கோட்பாடு, இந்த ஈர்ப்பு விசை என்பதே, திணிவானது (mass) அதனைச் சுற்றியுள்ள வெளிநேரத்தை வளைப்பதால் உருவாகும் ஒரு தோற்றம் என்கிறது.

நமது சூரியனை எடுத்துக் கொள்ளுங்கள். அது மிகத் திணிவான ஒரு பொருள். ஆகவே அது தன்னைச் சுற்றியுள்ள வெளியை வளைத்து வைத்துள்ளது. கோள்கள் எல்லாம் உண்மையில் நேர்கோட்டில் தான் பயணிக்கின்றன. ஆனால் அந்தக் கோடே, அதாவது அந்த நேர்கோட்டுப் பாதையே சூரியனது ஈர்ப்பினால் வளைக்கப் பட்டுள்ளதால் கோள்கள் சூரியனைச் சுற்றி வருகின்றன. அதாவது அந்த A4 கடதாசியை நீங்கள் முதலில் வளைத்தது போல.

திணிவானது எப்படி அதனைச் சுற்றியுள்ள வெளியை வளைகிறது என்று மேலுள்ள வீடியோவில் பார்க்கலாம்.

இன்னுமொரு உதாரணம் மூலம் விளக்குகிறேன். ஒரு சைக்கில் டயரை எடுத்துக் கொள்ளுங்கள். அந்த வெறும் டயரில் ஒரு சிறிய கல்லைப் போட்டு, இப்போது இந்த டயரை வேகமாக சுழற்றினால், அந்தக் கல்லானது அந்த டயரினுள்ளே சுழன்றுகொண்டு இருக்கும். அந்தக் கல்லைப் பொறுத்தவரை அது நேர்கோட்டில் தான் செல்லுகிறது, ஆனால் இந்த டயர் வளைந்து இருப்பதனால், அது வட்டப் பாதையில் செல்வதுபோல நமக்கு தோன்றும். அவ்வளவும்தான்!

இங்கு நாம் கவனிக்கவேண்டியது, ஒளியும் இந்த வெளியில் பயணிக்கும் ஒரு வஸ்துவே! ஆகவே, வெளிநேரமானது வளைந்திருக்கும் பட்சத்தில், அதில் பயணிக்கும் ஒளியும் வளைந்துதான் பயணிக்கும். ஒளியை ஈர்ப்புவிசை வளைக்கிறது என்று கருதுவதை விட பின்வருமாறு இலகுவில் விளங்கிக் கொள்ளுமாறு எடுத்துக் கொள்ளலாம்.

திணிவு அதிகமான பொருட்கள், தன்னைச் சுற்றியுள்ள வெளியை வளைக்கிறது, வெளியே வளைந்திருப்பதனால், அதில் பயணிக்கும் ஒளியும் வளைந்து செல்கிறது.

இப்படி ஒளி வளைவதை ஈர்ப்பு வில்லை (gravitational lensing) என்று அழைகின்றனர். அதாவது ஒரு ஒளிமுதலில் (light source) இருந்து வரும் ஒளியை எப்படி ஒரு வில்லை (lens) வளைக்குமோ, அதேபோல நட்சத்திரங்களில் இருந்து எம்மை நோக்கி ஒளி வரும்போது, குறிப்பிட்ட நட்சத்திரத்திற்கும் எமக்கும் இடையில் ஈர்ப்புவிசை அதிகமான ஒரு பொருள், அதாவது விண்மீன் பேரடை அல்லது கருந்துளை வரும் போது, குறிப்பிட்ட விண்மீனில் இருந்துவரும் ஒளியானது எப்படி ஒரு வில்லையினூடாக செல்லும்போது வளையுமோ அதேபோல இந்த ஈர்ப்பு விசை அதிகமான பொருளும் இந்த விண்மீன் ஒளியை வளைக்கும்.

நமக்கும், ஒரு விண்மீன் பேரடைக்கும் இடையில் கருந்துளை ஒன்று வரும்போது, அது எப்படி ஒளியை வளைகிறது என்று இங்கே பார்க்கலாம்

இப்படி ஈர்ப்புவில்லை மூலமாக வளைக்கப்பட்ட ஒளியானது பூமியை வந்தடையும் போது, அதை தொலைநோக்கி மூலம் பார்க்கும் ஒருவருக்கு, சற்று விசித்திரமான வகையில் அந்த குறிப்பிட்ட விண்மீன் தெரியும்.

சிலவேளைகளில் ஒரே விண்மீன் அல்லது வேறு ஒளிமுதல் ஒன்றுக்கு மேற்பட்ட இடங்களில் தெரியும். சிலவேளைகளில், ஈர்ப்பு வில்லையாக செயற்பட்ட வின்மீன்பேரடையை சுற்றி ஒரு வளையம் போலவும் தெரியலாம். இது குறிப்பிட்ட ஒளிமுதல், ஈர்ப்பு வில்லை மற்றும் அவதானிப்பவரின் அமைவிடத்தைப் பொறுத்து மாறுபடும்.

கருந்துளைகள் மிக மிக அதிகளவான ஈர்ப்புவிசைக் கொண்டுள்ளதால், கருந்துளையைச் சுற்றியுள்ள பகுதியில் இந்த ஈர்ப்பு வில்லைச் செயற்பாடு மிக அதிகமாக ஒளியை வளைக்கிறது. இப்படி வளைவது மட்டுமின்றி, கருந்துளைக்கு மிக அருகில் வரும் ஒளியானது, ஒரு கோள், எப்படி விண்மீனைச் சுற்றிவருமோ அதேபோல கருந்துளையையும் சுற்றுகிறது – காரணம், அந்தளவுக்கு கருந்துளை தன்னைச் சுற்றியுள்ள வேளிநேரத்தை வளைத்துள்ளது.

ஐன்ஸ்டீன் சிலுவை எனப்படும் இந்த நான்கு நீல நிற புள்ளிகள், உண்மையிலேயே ஒரே ஒரு குவேசார் ஆகும். இந்த குவேசாருக்கு முன்னுள்ள விண்மீன் பேரடையால் இது நான்கு வெவேறு நட்சத்திரங்கள் போல தெரிகிறது.

நமது சூரியனும் இப்படி ஒளியை சற்று வளைப்பதை நாம் அவதானித்துள்ளோம். பூமியில் இருந்து சில பல பில்லியன் ஒளியாண்டுகள் தூரத்தில் இருக்கும் சில விண்மீன் பேரடைகள் சற்று அதிகமாகவே ஒளியை வளைப்பதைக் கூட நாம் அவதானித்துள்ளோம். ஆனால் இதுவரை கருந்துளைக்கு அருகில் இப்படியான ஈர்ப்பு வில்லை செயற்பாட்டின் மூலம் ஒளியானது வளைவதை நாம் நேரடியாக அவதானிக்கவோ இல்லை அதை புகைப்படம் எடுக்கவோ இல்லை. அதற்கு காரணம் நாம் இதுவரை அவதானித்த கருந்துளைகள் மிக மிகத் தொலைவில் இருப்பது, நமது தற்போதைய தொலைக்காடிகள் அவ்வளவு தொலைவில் இருக்கும் கருந்துளைகளை அவ்வளவு தெளிவாக காட்டக் கூடியளவு சக்திவாய்ந்தவை அல்ல என்பதே.

கருந்துளையைச் சுற்றி ஒளியானது வளைந்துள்ள விதத்தை இப்படம் (CGI) காட்டுகிறது

இனிவரும் காலங்களில் நாம் தொழில்நுட்பத்தில் வளர்ந்து, அதன்பலனாக இப்படியான கருந்துளையைச் சுற்றி நடக்கும் ஈர்ப்பு வில்லை செயற்பாட்டை அவதானிக்கக்கூடியதாக இருக்கும் என வானவியலாளர்கள் கருதுகின்றனர்.

தொடரும்…

படங்கள்: இணையம்