அண்டமும் குவாண்டமும் - பகுதி 3

இந்தத் தொடரைப் படிப்பதற்கு முன்னர் ஒரு அன்பான வேண்டுகோள். தொடரை எழுதுவதற்காக நான் மிகவும் சிரமத்தை எடுத்து வருகிறேன். தயவுசெய்து இந்தத் தொடரில் வரும் கட்டுரைகளை யாரும் காப்பிசெய்து, தங்கள் இணையத்தளத்தில் பயன்படுத்த வேண்டாம். அப்படிப் பயன்படுத்துபவர்கள், தயவுசெய்து இந்த ஆக்கத்தை எழுதிய என் பெயரைக் குறிப்பிட்டுப் பதிவு செய்யுங்கள். கடந்த முறையும் இதுபோன்ற கையாடல்களினாலேயே தொடரை இடை நிறுத்தினேன். இதைத் தொடர்ந்து எழுதுவதற்கு நீங்கள்தான் உதவவேண்டும். என் பெயரில்லாமல், இந்தக் கட்டுரைகள் இணையத்தில் எங்கு காணப்பட்டாலும், எழுதுவதை நிறுத்திவிடுவேன் என்று மனவருத்தத்துட கூறிக் கொள்கிறேன். இதை நான் சொல்வதற்குக் காரணம், இக்கட்டுரைகள் தொகுப்பாக ஒரு புத்தகமாக வெளிவர இருக்கிறது என்பதே . நன்றி.

-ராஜ்சிவா-

கடந்த பதிவில் ஏற்பட்ட சந்தேகங்களில் பிறந்த கேள்விகளுக்குப் பதில் சொல்ல வேண்டிய இந்த வேளையில், குவாண்டம் இயங்கியலின் (Quantum Mechanics) அடிப்படையான ஒரு முக்கிய விசயத்தைச் சொல்லப் போகிறேன். குவாண்டம் என்பது ஆச்சரியமும், மர்மமும், நம்ப முடியாத அதிசயமும் நிறைந்தது. "அட! இது எப்படிச் சாத்தியம்?" என்று அடிக்கடி உங்களைக் கேட்க வைக்கும். குவாண்டத்தின் நடவடிக்கைகள், அணுவைவிடச் சிறிய துகள்களினால் நடத்தப்படுபவை. எலெக்ட்றான், ஃபோட்டான் போன்ற மிகச்சிறிய துகள்கள் அவை. இவற்றைப்பற்றி உங்களுக்குச் சலிப்பேற்படும் அளவுக்கு அடிக்கடி சொல்வேன். அதனால், இப்போது ஏதாவது புரியவில்லையென்றால் கவலைப்பட வேண்டாம். சீக்கிரம் எல்லாமே புரியும்.

குவாண்டம் இயங்கியலில், 'இரட்டைத்துளைப் பரிசோதனை' (Double Slit Experiment) என்ற ஒன்று உண்டு. இதுவே குவாண்டம் இயங்கியலில் மிக அடிப்படையானது. அது என்னவென்று உங்களுக்கு இன்று சொல்லலாமென நினைக்கிறேன். இயற்பியலில் பெரும் விந்தையானது இது.

'துகள்களைத்' (Particles) திடப்பொருட்கள் போன்றவை என்று சொல்லலாம் (உண்மையில் அவை பொருட்களல்ல, ஒரு விளக்கத்திற்காக அப்படிச் சொல்கிறேன்). இந்தத் துகள்கள் பல ஒன்று சேர்ந்து உருவானதே அணுவாகும் (Atom). அணுக்கள் பல ஒன்று சேர்ந்து பொருட்கள் உருவாகின்றன. அதனால், ஒரு பேச்சுக்கு அவற்றை மிகமிகச்சிறிய திடப்பொருட்கள் என்றுஎடுத்துக் கொள்ளலாம். திடப்பொருளொன்றை நீங்கள் உங்களுக்கெதிரே இருக்கும் சுவரில் எறிந்தால், அது அந்தச் சுவரில் பட்டுக் கீழே விழுமல்லவா? அதுபோல, அணுத்துகள்களையும் சுவர் நோக்கி எறிந்தால் அதில் பட்டு விழவேண்டுமல்லவா? இப்போது நாம் திடப்பொருளாக இருக்கும், சிறிய வெள்ளி நிற உருண்டை வடிவக் குண்டுகளை எடுத்து, அவற்றை 'எயார் கன்' (Air Gun) துப்பாக்கியில் நிரப்பி எதிரே இருக்கும் சுவரை நோக்கிச் சுடுவோம். அதே நேரத்தில் சுவருக்கும் துப்பாக்கிக்கும் இடையில், நேர்கோடுபோன்ற இரண்டு துளைகளைக் கொண்ட தகடு ஒன்றையும் வைப்போம் (புரியவில்லையென்றால், படங்களைப் பார்க்கவும்).

இப்போது சுவரை நோக்கிச் சுடும்போது, வெள்ளிக் குண்டுகளில் சில அந்தத் தகட்டில் பட்டுக் கீழே விழ, எஞ்சியவை அந்த இரண்டு நேர்த்துவாரங்களினூடாகச் சென்று சுவரைத் தாக்கும். அந்த நேர்த்துவாரங்களினூடாக நேராகச் சென்ற குண்டுகள் சுவரிலும் இரண்டு நேர்கோடுகளை ஏற்படுத்தும். நான் சொல்வது புரிகிறதா? இது புரிந்தால்தான் நான் மேலே செல்ல முடியும். புரியவில்லையென்றால், மீண்டுமொருமுறை படியுங்கள். அத்துடன் படங்களையும் பாருங்கள். புரிந்தவுடன் மேலே செல்லலாம்.

வெள்ளி நிறத்திலான சிறிய துப்பாக்கிக் குண்டுகளை, இரண்டு நேர்கோட்டுத் துவாரங்கள் உள்ள தகட்டினூடாகச் சுவரொன்றை நோக்கிச் சுடும்போது, அந்தத் துவாரங்களினூடாகச் சென்ற குண்டுகள் நேர்கோடு போன்ற அடையாளத்தைச் சுவரில் ஏற்படுத்தும். இது சாதாரணமாக வெள்ளி நிறத் துப்பாக்கிக் குண்டுகள் போன்ற திடப்பொருட்களுக்கு நடைபெறுவது. இப்போது, இதே பரிசோதனையைத் துகள்களை வைத்துச் செய்து பார்க்கலாம். வெள்ளிக் குண்டுக்குப் பதிலாக நாம் இப்போது பயன்படுத்தப் போவது, அணுத்துகளான எலெக்ட்றானை. எலெக்ட்றான்களைச் சுடக்கூடிய துப்பாக்கியொன்றைத் தயார் செய்வோம். முன்னர் போலவே எலெக்ட்றான்கள் நுழையக்கூடிய சிறிய இரண்டு நேர்கோட்டுத் துவாரமுள்ள தகட்டையும் எடுத்துக் கொள்வோம். சுவருக்குப் பதில் எலெக்ட்றானை ஒளிரச் செய்யும் திரைபோன்ற சுவரையும் உருவாக்குவோம். இப்போது, எலெக்ட்றான்களை அந்தத் தகட்டின் துவாரங்கள் மூலமாகச் சுவர் நோக்கிச் சுட்டுப் பார்ப்போம். இப்போதும் சுவரில் இரண்டு நேர்கோடுகள் தெரிய வேண்டுமல்லவா

"அய்யோ! அங்கே தெரிவது இரண்டு கோடுகளல்ல. அடுத்தடுத்து இடைவெளிகள் விட்டுப் பல கோடுகள் தெரிகின்றனவே!". இது எப்படிச் சாத்தியம்? எலெக்ட்றானும் ஒரு பார்ட்டிகல்தானே (துகள்) அதாவது, திடப்பொருள் அல்லவா? அப்படியென்றால் இரு கோடுகள்தானே வர வேண்டும்? எப்படிப் பல கோடுகள் வந்தன? இதை ஆராய்ந்தபோதுதான் ஆராய்ச்சியாளர்களுக்குப் பெரிய ஆச்சரியம் காத்திருந்தது. எதிர்கால அறிவியலையே தலைகீழாகப் புரட்டிப் போட்ட ஆச்சரியம் அது.

நேர்கோட்டில் சென்று இரண்டு நேர்கோட்டை உருவாக்க வேண்டிய எலெக்ட்றான் துகள்கள், பல கோடுகளை உருவாக்கியிருந்தன. இது எப்படி நடைபெறலாம் என்று சிந்தித்தபோது, இயற்கையில் நடைபெறும் ஒரு செயற்பாடு அதற்கான விடையைத் தந்தது. அமைதியாக, எந்தச் சலனமும் இல்லாத குளம் ஒன்றில் ஒரு கல்லை போடுங்கள். அது வட்ட வடிவமான பல அலைகளை அடுத்தடுத்து உருவாக்கி, நகர்ந்துகொண்டே இருக்கும். இந்தச் செயல்பாட்டை நீங்கள் அனைவரும் கவனித்திருப்பீர்கள். இப்போது, ஒரு கல்லைக் குளத்தில் போட்டு அதன் அலைகள் உருவாகும்போது, இன்னுமொரு கல்லை அதற்கு அருகே சற்று இடைவெளிவிட்டுப் போடுங்கள். இப்போது நீங்கள் இரண்டு வட்டவடிவங்களினாலான அலைகள் தொடர்ச்சியாய்த் தோன்றுவதைத்தானே காணவேண்டும். ஆனால், அப்படி நடக்காது. இரண்டு கற்களினாலும் உருவாகிய வட்டங்கள் தனியாக நகர்ந்து பின்னர் ஒன்றையொன்று சந்தித்து நகரும்போது, பல வட்டங்களின் வடிவங்கள் தோன்றும். இது அலைகளாகச் செல்பவைகளுக்கு இருக்கும் ஒரு விசேசச் செயல்பாடு. இரண்டு வட்ட அலைகளும் சந்தித்து நகரும்போது, ஒன்றை ஒன்று அந்த வட்ட வடிவங்களை நீக்கியும் சேர்த்தும் நகர்வதால், பல வட்ட அலைகள் தோன்றுகின்றன.

இந்தச் செயற்பாடுதான் நாங்கள் எலெக்ட்றான்களைச் சுடும்போதும் நடைபெற்றிருக்கிறது என்று புரிந்து கொண்டார்கள் விஞ்ஞானிகள். அதாவது, எலெக்ட்றான்களைச் சுடும்போது, அவை அலைகளாகவே சென்றிருக்கின்றன? இது எப்படி நடக்க முடியும்? எலெக்ட்றான்கள் துகள்களாகும். அலை என்பது துகளுக்கு நேர்மாறானது. ஒரு துகள் எப்படி அலையாக மாற முடியும். இதற்கும் விஞ்ஞானிகளுக்கு இயற்கையிலிருந்தே ஒரு பதில் கிடைத்தது.

நீரானது அலையாக அசைகின்றது. நீரை எடுத்துக் கொண்டால், அதுவும் H2O என்னும் மூலக்கூறுகளினால்தான் உருவானது. மூலக்கூறுகளும் ஒருவகையில் திடப்பொருள் போன்றவைதான். ஆனாலும், நீர் அலையாக அசைகிறது. எனவே பல துகள்கள் ஒன்றாகச் சேர்ந்தால், அவை அலையாக நகரலாம் என்ற முடிவுக்கு வந்தார்கள். இதுபோலவே எலெக்ட்றான்களையும் கூட்டமாகச் சுடும்போது, அவை அலைகளாகச் சென்றிருக்கலாம் என்று முடிவு செய்தார்கள். ஆனாலும், அதைச் சரியாகத் தீர்மானிப்பதற்கு, எலெக்ட்றான்களை மொத்தமாகச் சுடாமல், ஒவ்வொன்றாகத் தனித்தனியாகச் சுட்டுப் பார்க்கலாம் என்று முடிவு செய்தார்கள். அதன்படி ஒவ்வொரு எலெக்ட்றானையும் தனியாகச் சுட்டும் பார்த்தார்கள். அங்கு அவர்கள் கண்டது மாபெரும் அதிசயம். எங்கும் நடக்க முடியாத ஒரு செயல்பாடு. இன்றுவரை விஞ்ஞானிகள் பிரமித்துப் பார்க்கும் அதிசயம் அது.

ஒரேயொரு எலெக்ட்றானை இரட்டைத்துவாரத் தகட்டினூடாகச் சுட்டபோது, அவர்கள் கண்டது என்ன தெரியுமா? அங்கும் அலைகள் உருவாக்கும் பல கோடுகள் காணப்பட்டன. திகைத்துப் போனார்கள் விஞ்ஞானிகள். ஒரு எலெக்ட்றான் எப்படி அலையை உருவாக்க முடியும்? எலெக்ட்றான் என்ன மாயாவியா? இல்லைப் பேயா? அப்போதுதான் விஞ்ஞானிகளுக்கு நடந்த உண்மை தெரிந்தது. ஒரு எலெக்ட்றானைச் சுட்டபோது, அந்த ஒரேயொரு எலெக்ட்றான், ஒரே நேரத்தில் இரண்டு துவாரங்களினூடாகவும் தனித்தனியாகச் சென்றிருக்கிறது. அதாவ,து ஒரு எலெக்ட்றான், இரண்டு எலெக்ட்றான்கள் போலச் செயல்பட்டு, இரண்டு துளைனூடாகச் சென்று அலைபோன்ற வடிவத்தை உருவாக்கியிருக்கின்றது. இது நம்பவே முடியாத விந்தை.

எலெக்ட்றான் ஒரு சமயத்தில் துகளாகவும் இருக்கிறது, அலையாகவும் இருக்கிறது. அறிவியலில் இந்தக் கண்டுபிடிப்பு ஒரு மைல்கல்லாகும். இதைத்தான் 'அணுத்துகள்களின் இரட்டை நிலை' என்பார்கள். இதை 'ஸ்ரோடிங்கெர்' (Schroedinger) என்னும் ஜேர்மன் இயற்பியலாளர் ஒரு பூனையை வைத்து அழகாக விளக்கியிருந்தார். இதைப்பற்றி நானும் 'அணுத்துகள்களின் இரட்டை நிலையும், ஸ்ரோடிங்கெரின் பூனையும்' என்ற மிக நீண்டதொரு கட்டுரையை உயிர்மைக்காக எழுதி, அது பலரால் பாராட்டப்பட்டது. 'இறந்தபின்னும் இருக்கிறோமா?' என்ற என் புத்தகத்தில் அந்தக் கட்டுரை இருக்கிறது. முடிந்தால் படித்துப் பாருங்கள் இல்லையென்றால் சொல்லுங்கள் அதுபோன்ற ஒரு விளக்கத்தை இங்கும் எழுதுகிறேன்.

அணுத்துகள்களின் இரட்டை நிலையின் விந்தை இத்துடன் முடிந்துவிடவில்லை. யாரும் நம்பவே முடியாத வேறொரு விந்தை அது. சொல்லப்போனால், ஸ்ரோடிங்கரும் அததான் விளக்கினார். அது என்னவென்பதை நாம் அடுத்த பகுதியில் பார்க்கலாம்.

-ராஜ்சிவா-