மனிதனும் நட்சத்திரப் பயணங்களும்- அறிவியல் - பாகம் - 07 - பிரபஞ்சவியல் -பாகம் 16 -பாகம் 20.

சென்ற தொடரில், ஒளி வெற்றிடத்தில் பயணிப்பது நியூட்டனின் முதலாவது இயக்க விதிக்கு புறம்பாக இருப்பதனால் பிரபஞ்சம் முழுதும் ஈதர் (Ether) எனும் ஊடகம் கண்ணுக்குத் தெரியாமல் நிரம்பியிருப்பதாகவும் ஒளி அதனூடாக அல்லது அதன் சார்பாக பிரபஞ்சத்தில் பயணிக்கிறது என்று கருத்துருவாக்கம் செய்யப்பட்டதாகவும் கூறியிருந்தோம். மேலும் இந்த ஈதர் சார்பாக வெளியில் வெவ்வேறு இடங்களில் பயணிக்கும் ஒவ்வொரு பார்வையாளருக்கும் ஒளி வித்தியாசமான வேகங்களில் அவர்களை நோக்கி வரும் என்றும் எனினும் ஈதர் சார்பாக எப்போதும் ஒளியின் வேகம் நிலையானது என்றும் கருதப்பட்டது. இதேவேளை பூமி இந்த ஈதர் ஊடகம் சார்பாக சூரியனைச் சுற்றி நீள்வட்டப் பாதையில் பயணிக்கும் போது, சூரிய ஒளி பூமியை நோக்கி நேராக வரும் திசையில் அளக்கப் படும் அதன் வேகம் சூரிய ஒளி நேரடியாக அல்லாமல் வலது புறமாக குறிப்பிட்ட கோண வித்தியாசத்தில் பூமியை நோக்கி வரும் போது அளக்கப் படும் அதன் வேகத்தை விட அதிகமாக இருக்க வேண்டும்.

ஈதர் (கணணி வடிவமைப்பு)

1887 ஆம் ஆண்டு அல்பேர்ட் மிக்கெல்சன் (Albert Michelson) மற்றும் எட்வார்ட் மோர்லே (Edward Morley) எனும் இரு பௌதிகவியலாளர்களும் இணைந்து மிகக் கவனமாக ஒரு பரிசோதனையை 'க்லெவேலாண்ட்' இல் உள்ள பிரயோக விஞ்ஞான ஆய்வு கூடத்தில் மேற்கொண்டனர். இதன்போது அவர்கள் பூமி சுற்றுவட்டப் பாதையில் இயங்கும் திசைக்கு நேராகவும் வலது புறத்தில் குறிப்பிட்ட ஒரு கோண வித்தியாசத்திலும் இரு கட்டங்களிலும் ஒளி பயணிக்கும் வேகம் சமனாக இருக்கும் அதிசயத்தைக் கண்டு பிடித்தனர். இதுவரை பௌதிகவியலாளர்களின் கண்ணைக் குருடாக்கியிருந்த தனித்துவமான நேரம் (Absolute Time) எனும் கருதுகோள் உடை பட்டது இந்த ஆய்வின் மூலம் நிகழ்ந்த மிக முக்கியமான திருப்பு முனையாகும். இக்கண்டுபிடிப்பை நிகழ்த்திய அல்பேர்ட் மிக்கெல்சன் பின்னாளில் பௌதிகவியல் துறையில் நோபல் பரிசு பெற்ற முதலாவது அமெரிக்கராகப் புகழ் பெற்றமை குறிப்பிடத்தக்கது.

Albert Michelson

Edward Morley

இந்த புரட்சிகர பரிசோதனையை அடுத்து 1887 தொடக்கம் 1905 வரை இது போன்ற பல முயற்சிகள் மேற்கொள்ளப்பட்டன. முக்கியமாக ஹென்ட்ரிக் லோரென்ஷ் (Hendrik lorentz) எனும் டச் விஞ்ஞானி மிக்கெல்சன் - மொர்லே பரிசோதனையின் விளைவை, ஈதெரினூடாக ஒரு பொருள் (ஒளி) பயணிக்கும் போது அப்பொருள் புறப்படும் இடத்தில் தன்னுடன் தொடர்புடைய கடிகாரத்தை மெதுவாக இயங்க வைக்கிறது என விளக்க முயற்சித்தார். இந்நிலையின் தான் 1905 ஆம் ஆண்டு உலகின் தலை சிறந்த விஞ்ஞானியான ஐன்ஸ்டீன் தனது கைப்பட எழுதிய அறிவியல் குறிப்பு ஒன்று பிரதான பத்திரிகை ஒன்றில் பிரசுரமாகியிருந்தது.

மிக்கெல்சன் - மோர்லே பரிசோதனை

Hendrik lorentz

அதில் அவர் ஈதர் எனும் கண்ணுக்குத் தெரியாத ஊடகம் வெளியில் எங்கும் பரவியிருக்கிறது எனும் கருதுகோள் முற்றிலும் அவசியமற்ற ஒன்று எனக் குறிப்பிட்டிருந்தார். மேலும் ஒளியின் இயல்பையும் பொருட்களின் இயக்கத்தையும் தெளிவாக விளக்குவதற்கு தனித்துவமான நேரம் (Absolute Time) எனும் மயக்கத்தில் இருந்து ஒருவர் வெளியே வரவேண்டும் என்றும் அவர் கூறியிருந்தார். ஐன்ஸ்டீனின் இந்தக் கூற்றுக்குச் சமனான ஒரு விளக்கத்தை பிரான்ஸின் முக்கிய கணிதவியலாளரான ஹென்றி பொயின்காரே (Henri Poincare) உம் சில வாரங்கள் கழித்துக் கூறியிருந்தார். ஐன்ஸ்டீனின் வாதங்கள் பொயின்காரே இன் வாதங்களை விட பௌதிகவியலுக்கு மிக நெருக்கமாக இருந்த அதேவேளை பொயின்காரே இப்பிரச்சினையைக் கணித ரீதியாக மட்டுமே விளக்கலாம் எனக் கூறியிருந்தமை இருவருக்கும் இடையேயான முக்கியமான வேறுபாடாகும். இப்புதிய தத்துவத்துக்கான முழு கௌரவமும் ஐன்ஸ்டீனுக்குச் சொந்தமானது என இன்றைய உலகம் கருதுகின்ற போதும் இவ்விளக்கத்தின் ஒரு பகுதியைக் கணித ரீதியாக விளக்கியதற்காக பொயின்காரே உம் நினைவு கூறத் தக்கவரே என்பது குறிப்பிடத்தக்கது.

Henri Poincare

முன்னர் நிலவிய தற்காலிக சார்புக் கொள்கையின் படி ஒன்றுடன் ஒன்று சார்பாக இயங்கும் அனைத்துப் பொருட்களுக்கும் அவை இயங்கும் வேகத்தின் வித்தியாசமும் அதை அளவிடும் பார்வையாளர்களின் இடமும் நியூட்டனின் அடிப்படை இயக்க விதிகளைப் பாதிப்பதில்லை ஆனால் பின்னர் இந்த விதிகள் மாக்ஸ்வெல்லின் கொள்கைக்கும் ஒளியின் வேகத்துக்கும் ஏற்றவறு விரிவு படுத்தப்படவோ அல்லது புதிய வடிவத்தைப் பெறுவதற்கோ நிர்ப்பந்திக்கப் பட்டன. இது குறித்து இன்னும் சற்று விரிவாக விளக்கினால் ஒளியின் வேகத்தை அளக்கும் ஒருவர் தான் எந்தளவு வேகத்தில் பயணித்தாலும் தன் சார்பாக ஒளியின் வேகம் வித்தியாசமாக இருப்பதாக அவருக்குத் தென்படுவதில்லை. இதற்குக் காரணம் ஒளியின் வேகத்தை மிஞ்சிப் பிரபஞ்சத்தில் எதுவும் பயணிப்பதில்லை எனும் சாத்தியம் இருப்பதாகும்.

ஒளியின் இயல்பு குறித்து இந்த எளிமையான விளக்கம் பொருட்களின் இயக்கம் குறித்த புதிய வடிவத்தை உடைய கணித சமன்பாட்டுக்கு நம்மை இட்டுச் செல்கின்றது. ஆம். அல்பேர்ட் ஐன்ஸ்டீனால் வெளிப்படுத்தப் பட்டு, 21 ஆம் நூற்றாண்டில் அணுசக்தியை ஆக்க பூர்வமாகவும், அழிவுக்கும் பயன்படுத்துவதற்கு வழிகோலிய பிரசித்தமான E=mc2 எனும் சமன்பாடு இதன் மூலம் பெறப்பட்டது. (E - சக்தி, m- தினிவு, c - ஒளியின் வேகம்) சக்தியையும் (Energy), திணிவையும் (Mass) தொடர்பு படுத்தும் இந்த சமன்பாட்டின் மூலமும் ஒளியை விட அதிவேகமாகப் பயணிக்கும் திணிவுடைய பொருள் உலகில் இல்லாத காரணத்தாலும் பின்வரும் விளக்கம் பெறப்படுகின்றது. அதாவது ஒரு பொருள் தனது இயக்கம் காரணமாக கொண்டிருக்கும் சக்தியானது அதன் திணிவுடன் சேர்க்கப் படும் என்பதாகும். அதாவது அப்பொருளின் இயக்க வேகம் சக்தி அதிகரிக்கும் வீதத்துடன் அதிகரிப்பது மிகக் கடினமாகும்.

ஐன்ஸ்டீனின் சமன்பாடு

இவ்விளைவு ஒளியின் வேகத்துக்கு சமீபமாகப் பயணிக்கும் பொருட்களின் இயக்கத்தில் தெளிவாக விளங்கக் கூடிய ஒன்றாகும்.

00000000000000000000000000000

பிரபஞ்சவியல் பாகம் 18 (காலமும் வெளியும் V)

இத் தொடரும் ஒளியின் இயல்பு மற்றும் காலம், வெளி என்பவை குறித்த மேலதிக தகவல்களுடன் விரிகின்றது. முதல் 4 அத்தியாயங்களையும் வாசிக்காதவர்கள் இந்த கட்டுரையின் இறுதியில் சேர்க்கப் பட்டுள்ள இணைப்புக்களை அழுத்துவதன் மூலம் அங்கு சென்று பார்வையிட முடியும்.

சென்ற தொடரில் ஒரு திணிவு அல்லது அலையில் இருந்து வெளிப்படும் சக்தி, அதன் திணிவு மற்றும் ஒளியின் வேகம் ஆகியவற்றைத் தொடர்பு படுத்தும் ஐன்ஸ்டீனின் பிரபல சமன்பாடான E=mc2 இனை அறிமுகப் படுத்தியிருந்தோம்.

ஐன்ஸ்டீனின் சமன்பாடு

மேலும் ஒளியை விட அதிக வேகத்தில் பயணிக்கும் திணிவுடைய பொருள் அல்லது அலை பிரபஞ்சத்தில் கிடையாது எனவும் கூறியிருந்தோம். மேலும் இந்த இரு விளக்கங்களின் மூலம் ஒரு பொருளின் இயக்க வேகம் சக்தி அதிகரிக்கும் வீதத்துடன் அதிகரிப்பது மிகக் கடினம் என்றும் இவ்விளைவு ஒளியின் வேகத்துக்கு சமீபமாகப் பயணிக்கும் பொருட்களின் இயக்கத்தில் தெளிவாக விளங்கக் கூடிய ஒன்றாகும் என்றும் கூறியிருந்தோம். இதன் தொடர்ச்சி இனி...

ஒளியின் வேகத்துக்குச் சமீபமாகப் பயணிக்கும் பொருள்

உதாரணமாக, ஒளியின் வேகத்தில் 10% வீத அளவுடைய வேகத்துடன் ஒரு பொருள் பயணித்தால் அப்பொருளின் திணிவு உண்மைத் திணிவின் 0.5% மடங்காக இருக்கும். இதேவேளை ஒளியின் வேகத்தில் 90% வீதப் பங்கு வேகத்துடன் ஒரு பொருள் பயணிக்க எத்தனித்தால் அதன் திணிவு உண்மைத் திணிவின் இரு மடங்கை விட சற்று அதிகமாக இருக்கும். இதன் மூலம் ஒரு பொருள் ஒளியின் வேகத்தை அண்மித்தால் அதன் திணிவு உடனடியாகப் பல மடங்கு அதிகரிக்கும் என்பது தெளிவாகிறது. அதாவது ஒரு பொருள் தனது வேகத்தை ஒளியின் வேகத்துக்குச் சமனாக மேலும் அதிகரிப்பதற்கு மிக மிகக் கூடிய சக்தி ஒவ்வொரு கட்டத்திலும் தேவைப்படும். இறுதியாக இதில் வெளிப்படும் ஆச்சரியமான முடிவு என்னவென்றால் எந்த ஒரு திணிவுடைய பொருளும் ஒளியின் வேகத்தை அண்மிக்க முடியாது என்பதாகும்.

இதற்குக் காரணம் குறித்த பொருள் ஒளியின் வேகத்தை அடைந்து விட்டால் அதன் திணிவு முடிவிலியாகி (infinite) விடும் சூழ்நிலை தோன்றுவது ஆகும்.

மேலும் ஐன்ஸ்டீனின் திணிவையும் சக்தியையும் தொடர்பு படுத்தும் E=mc2 எனும் சமன்பாட்டின் படி அப்பொருள் ஒளியின் வேகத்தை அடைவதற்கு முடிவிலி பெறுமதியான சக்தியும் தேவைப்படுகின்றது.

முடிவிலி கணிதக் குறியீடு

இக் காரணத்தினால் ஒளியின் வேகத்தை விடக் குறைவான வேகத்தில் பயணிக்கும் எந்த ஒரு பொருளினது இயக்கமும் இன்னொன்றைச் சார்ந்து தனது வேகத்தில் வித்தியாசத்தைக் காட்டக் கூடியது என்பதுடன் இது குறித்த கணிப்புக்களை எளிதான சார்புக் கொள்கை மூலம் மேற்கொள்ள முடியும் என்பது குறிப்பிடத்தக்கது. இன்னொரு புறத்தில் இயற்கையான திணிவைக் (Intrinsic mass) கொண்டிராத சில அலைகள் (Waves, உதாரணம் - ஒளி மற்றும் மின்காந்த அலைகள்) மாத்திரமே ஒளியின் வேகத்தில் பயணிக்கக் கூடியன என்பதுடன் இவற்றின் இயக்கத்தை விளக்க ஐன்ஸ்டீனின் சிறப்புச் சார்புக் கொள்கை (Special Relativity) மற்றும் குவாண்டம் கொள்கை (Quantum Mechanincs) ஆகியவற்றையே பயன்படுத்த முடியும் என்பதும் குறிப்பிடத்தக்கது.

பொதுச் சார்புக் கொள்கை

ஒளி அலையின் கட்டமைப்பு

காலம் மற்றும் வெளி குறித்து நிகழ் காலத்தில் நாம் கொண்டிருக்கும் அபிப்பிராயங்கள் யாவும் தற்கால பௌதிகவியலில் மிக முக்கியமான பகுதியான சார்புக் கொள்கையினாலேயே (Relativity) பரிணாமமடைந்து வந்துள்ளன. நியூட்டனின் காலத்தில் காலம் நிலையானது (Absolute time) எனும் கொள்கை நிலவியது. இதனால் குறித்த ஒரு இடத்திலிருந்து இன்னொரு இடத்துக்குச் செலுத்தப் படும் ஒளியின் கற்றை (துடிப்பு) அது தன் பயணத்துக்கு எடுத்த நேரம் வெவ்வேறு இடங்களில் அமர்ந்து அதை நோக்கும் அனைத்து பார்வையாளர்களுக்கும் சமன் என்றே காட்டும். எனினும் அந்த ஒளி பயணம் செய்த தூரம் குறித்து இப் பார்வையாளர்களிடையே ஒருமித்த கருத்தை ஏற்படுத்தத் தவறி விடும். இதற்குக் காரணம் வெளி நிலையற்றது (Space is not absolute) எனக் கருதப் பட்டமையாகும்.

அதாவது ஒளி பயணிக்கும் வேகம், பயணம் செய்த தூரத்தை அதற்கு எடுத்த நேரத்தினால் வகுக்கும் போது கிடைக்கும் பெறுமானம் எனக் கருதினால் வெவ்வேறு இடங்களில் இருந்து ஒளியின் வேகத்தை அளக்கும் பார்வையாளர்களுக்கு அது வெவ்வேறு பெறுமானங்களையே காட்டும். மறுபுறத்தில் சார்புக் கொள்கைப் படி, இந்த அனைத்துப் பார்வையாளர்களும் ஒளி எவ்வளவு வேகமாகப் பயணிக்கின்றது என்பதில் ஒருமித்த கருத்தைக் கொண்டு வந்த போதும் அது எவ்வளவு தூரம் பயணித்தது மற்றும் அதற்கு எடுத்த நேரம் எவ்வளவு என்பதில் இசைய மறுத்துள்ளனர். இன்னும் சற்று விளக்கினால் ஒளி பயணித்த தூரம் எதுவோ அதே தான் அதற்கு எடுத்த நேரமும் என்பதை இப் பார்வையாளர்கள் ஏற்க மறுத்தனர். ஆனால் குறித்த இரு புள்ளிகளுக்கு இடையே செல்ல ஒளி செல்ல எடுத்த நேரம் அத்தூரத்தை ஒளியின் வேகத்தினால் வகுக்கக் கிடைக்கும் என்பதை ஏற்றனர்.

பௌதிகவியலில் சார்புக் கொள்கை வலுப்பெற்ற பின் நிலையான நேரம் (Absolute time) எனும் கொள்கை நீங்கியது. மேலும் இதன் அடிப்படையில் ஒளியின் வேகத்தை அளக்க உதவும் ஒவ்வொரு பார்வையாளரும் ஒரு கடிகாரத்தைப் பயன்படுத்தினால் கூட அந்த கடிகாரங்களின் இயல்பினால் அவர்களுக்குச் சமனான பெறுமானம் கிடைக்காது எனக் கூறப்படுகின்றது. இருந்த போதும் விஞ்ஞான உலகில் பொருட்களின் இயக்கம் குறித்த அளவீடுகளை மேற்கொள்வதற்கு காலத்தை அளவிடல் தூரத்தை அளவிடுவதை விட திருத்தமானது எனும் உண்மை ஒளியின் இயல்பு மற்றும் சார்புக் கொள்கையினால் உறுதிப் படுத்தப்பட்டுள்ளது.

இந்த நிதர்சனத்தினால் தான் தூரத்தை அளக்கும் அடிப்படை அலகான ஒரு மீட்டர் பின்வருமாறு வரையறை செய்யப் படுகின்றது. அதாவது ஒரு மீட்டர் என்பது

0.000000003335640952 செக்கனில் ஒளி பயணித்த தூரம் என்பதே இந்த வரைவிலக்கணம்.

1 மீட்டர்

மேலும் சுவிட்சர்லாந்தில் அமைக்கப் பட்டுள்ள உலகில் உள்ள கடிகாரங்களிலேயே மிகத் திருத்தமானதும் அணுசக்தியால் இயங்குவதுமான சீசியம் கடிகாரத்தினால் (Cesium clock) இந்த வரைவிலக்கணம் மேற்கொள்ளப்பட்டது.

Cesium அணுக் கடிகாரம்

2004 ஆம் ஆண்டு இயங்கத் தொடங்கிய இந்த சீசியம் கடிகாரத்தில் 30 மில்லியன் வருடங்களுக்கு ஒரு தடவை தான் ஒரு செக்கன் பிழையாகும் வாய்ப்பு இருப்பது குறிப்பிடத்தக்கது.

00000000000000000000000

பிரபஞ்சவியல் 19 (காலமும் வெளியும் VI)

காலவெளி (Space-time)

நட்சத்திரப் பயணங்களின் இன்றைய தொடர் பிரபஞ்சவியல் பகுதியின் 4 ஆவது அத்தியாயமான காலமும் வெளியும் எனும் தலைப்பின் கீழ் 7 ஆவது தொடராகும். இத்தொடரும் காலம், வெளி குறித்த மேலதிகத் தகவல்களுடன் விரிகின்றது. முதல் 5 தொடர்களையும் வாசிக்காதவர்கள் இக்கட்டுரையின் இறுதியில் சேர்க்கப் பட்டுள்ள இணைப்புக்களை அழுத்துவதன் மூலம் அங்கு சென்று பார்வையிட முடியும்.

சென்ற தொடரின் இறுதியில் தூரத்தை அளக்கும் அடிப்படை அலகான மீட்டர் எவ்வாறு ஒளி பயணித்த நேரத்துடன் ஒப்பிட்டு வரையறை செய்யப் பட்டுள்ளது என்பதையும் நிஜ உலகில் மிகத் திருத்தமாக நேரம் எவ்வாறு அணுச் சக்தியால் இயங்கும் சீசியம் கடிகாரத்தால் (Cesium clock) அளக்கப்பட்டு வருகின்றது என்பதையும் கூறியிருந்தோம். அதன் தொடர்ச்சி இனி...

சீசியம் அணுக்கற்றை டியூப்

ஒளியின் வேகம் எந்த ஒரு பொருள் சார்பாக மாறிலியாகவும் எப்போதும் ஒரேயளவு வேகத்துடன் திருத்தமான ஒன்றாகவும் இருக்கின்றமை வெளிப்படையாகும். இதனால் ஒரு மீட்டர் தூரத்துக்கு ஒளி பயணிக்க எடுத்த நேரம் (ஒரு செக்கனின் பகுதி) சார்பாக நவீன யுகத்தில் மீட்டர் வரையறை செய்யப் பட்டுள்ளது. இந்த மிகக் குறுகிய கால அளவு (அதாவது செக்கனின் பகுதி) உலகில் உள்ள எந்த ஒரு சாதாரண கடிகாரத்தாலும் அளப்பதற்கு முடியாது என்பதுடன் இதை உலகில் உள்ள வினைத்திறன் மிக்கக் கடிகாரமான சீசியம் அணுக்கடிகாரம் மூலம் மட்டுமே திருத்தமாக அளக்கப் பட்டதாகவும் கூறப்படுகின்றது.

சீசியம் அணுக் கடிகாரப் பொறிமுறை

இதற்கு முன் வரலாற்றுக் காலத்தில் ஒரு மீட்டர் என்பது பாரிஸ் நகரில் வைக்கப் பட்டுள்ள ஒரு பிளாட்டினம் தகட்டில் உள்ள இரு புள்ளிகளுக்கு இடையிலான தூரம் என வரையறை செய்யப்பட்டிருந்தது.

பாரிஸ்ஸில் உள்ள ஒரு மீட்டர் பிளாட்டினம் தகடு

சார்புக் கொள்கையின் படி நாம் இப்போது தூரத்தின் அலகை நேரம் மற்றும் ஒளியின் வேகம் ஆகியவற்றின் அடிப்படையில் வரையறை செய்வதாலும், எந்த ஒரு இடத்தில் இருந்து பார்வையாளர் நோக்கினாலும் ஒரு மீட்டர் பயணிக்க ஒளி எடுக்கும் நேரம் (0.000000003335640952 செக்கனில்) சமனாக இருக்கும் என்பதனாலும் பிரபஞ்சம் முழுதும் வெற்றிடத்தில் கூட ஈதர் எனும் ஒரு ஊடகம் நிரம்பியிருப்பதாகக் கருத வேண்டிய அவசியமில்லை என நவீன ஆய்வுகள் தெளிவாக்கியுள்ளன.

மேலும் மிக்கெல்சன் மோர்லேய் இன் பரிசோதனை முடிவுகளின் படியும் ஈதரின் பிரசன்னம் இருப்பது கண்டு பிடிக்கப் பட முடியாது எனத் தெளிவாக்கப் பட்டுள்ளது. இதற்கு முன்னர் நன்கு விருத்தி செய்யப் படாத சார்புக் கொள்கையே ஈதர் இருக்கின்றது எனும் கருதுகோளை ஏற்டுத்தியிருந்தமை குறிப்பிடத்தக்கது. நவீன சார்புக் கொள்கைகளின் படி காலம் (Time) என்பது வெளியில் (Space) இருந்து முற்றிலும் வேறுபட்ட சுதந்திரமான தனித்த ஒன்று (Absolute time) என நாம் கருதுவது தவறாகும். ஆனால் அது வெளியுடன் இணைந்து காலவெளி (Space-time) எனும் பொருளாகவே கருதப்படுகின்றது.

நமது பொதுவான அனுபவப்படி வெளியில் உள்ள குறித்த ஒரு புள்ளியின் (Point) நிலையை (Position) மூன்று இலக்கங்களால் (Numbers) அல்லது ஆயத்தொலைவுகளால் (Co-ordinates) குறிப்பிடலாம். இதை மூன்று பரிமாணங்கள் (Dimensions) எனவும் கூறலாம். உதாரணமாக ஒரு அறையின் உள்ளேயுள்ள ஒரு புள்ளியை ஒரு சுவரில் இருந்து 7 மீட்டர் தூரத்திலும், இன்னொரு சுவரில் இருந்து 5 மீட்டர் தூரத்திலும் தரையில் இருந்து 3 மீட்டர் உயரத்திலும் அமைந்துள்ளது என்று கூற முடியும். அல்லது பூமியின் தரையின் மேலே உள்ள ஒரு புள்ளியை பூமியின் நெடுங்கோடு (Latitude), மத்திய கோடு (longitude) மற்றும் கடல் மட்டத்தில் இருந்து உயரம் (Height above sea level) ஆகிய பரிமாணங்களில் குறிப்பிட முடியும். மூன்று பரிமாணங்களில் வெளியில் உள்ள பொருட்களின் நிலையை வரையறுப்பதற்கு ஓர் எல்லை உள்ளது. இதற்கு உதாரணமாக முதலில் பிரபஞ்சத்திலுள்ள சிறிய உறுப்பினர்களில் இருந்து பார்ப்போம்.

நமது பூமியின் துணைக் கோளான சந்திரனின் நிலையைக் குறிப்பதற்கு நாம் வடக்கில் இருந்து இத்தனை கிலோமீட்டர், மேற்கிலிருந்து இத்தனை கிலோமீட்டர் கடல் மட்டத்தில் இருந்து இத்தனை உயரம் என அளவிடுவதில்லை. மாறாக சூரியனில் இருந்து எத்தனை கிலோமீட்டர், ஏனைய கிரகங்களின் ஒழுக்கு வட்டத்திலிருந்து எத்தனை கிலோமீட்டர், மற்றும் சந்திரன், சூரியனை இணைக்கும் கோடு மற்றும் சூரியன்,அல்ஃபா சென்டூரி (சூரியனுக்கு அண்மையிலுள்ள நட்சத்திரம்) ஆகியவற்றை இணைக்கும் கோடு என்பன சந்திக்கும் கோணம் ஆகிய பெறுமானங்களே சந்திரனின் நிலையைப் பிரகடனப் படுத்தும் உபயோகமான பரிமாணங்கள் ஆகும். எனினும் இத்தகைய பரிமாணங்கள் கூட நமது பால்வெளி அண்டத்தில் (Milkyway galaxy) சூரியனின் நிலையையும், பிரபஞ்சத்தில் உள்ள ஏனைய அண்டங்களின் தொகுதிகளுடன் நமது பால்வெளி அண்டத்தின் நிலையையும் வரையறுப்பதற்குப் போதுமானதல்ல. இந்த உயர் ரக நிலைகளை உறுதிப் படுத்துவதற்கே நமக்கு காலம் (Time) அல்லது காலவெளி (Space-time) எனும் 4 ஆவது பரிணாமம் தேவைப்படுகின்றது.

காலவெளி எளிய அட்டவணை

நாம் முழுப் பிரபஞ்சத்தையும் ஒன்றுடன் ஒன்று விரவியுள்ள அண்டங்களின் நிலைகளின் தொகுதியுடன் (Overlapping patches) சார்பாகவும் இத்தொகுதி ஒவ்வொன்றிலும் மூன்று பரிமாணங்களை தனித்தனியாக வகுத்து ஒரு புள்ளியின் நிலையையும் கூற முடியும்.

Overlapping patches எளிய மாதிரி

பிரபஞ்சத்தில் ஒரு நிகழ்வு என்பது வெளியில் உள்ள குறித்த ஒரு புள்ளியில் குறித்த ஒரு நேரத்தில் நடைபெறும் ஏதேனும் ஒரு மாற்றமாகும். இதனால் இந்நிகழ்வை ஒருவர் 4 பரிமாணங்களில் (4 ஆவது பரிமாணமாகக் காலம்) குறிப்பிட முடியும். இதன்போது பரிமாணங்களின் தெரிவு தன்னிச்சையானதாகும். இதில் நன்கு வரையறுக்கப் பட்ட இடம் சார்ந்த மூன்று பரிமாணங்களுடன் ஏதேனும் ஒரு கடிகாரத்தால் அளக்கப் பட்ட நேரம் நான்காவது பரிமாணமாகவும் காணப்படும். இதற்குக் காரணம் இடம் சார்ந்த இரு பரிமாணங்களுக்கு இடையே உள்ளது போல் நவீன சார்புக் கொள்கையின் படி காலத்துக்கும் வெளிக்கும் இடையிலும் நிஜமான வேறுபாடு கிடையாது என்பதாகும்.

Space-time diagram

மேலும் இதன் அடிப்படையில் பிரபஞ்சத்தில் உள்ள ஒரு புள்ளியின் நிலையைக் குறிப்பதற்கு பயன்படுத்தப் படும் புதிய பரிமாணங்கள் குறித்த நேரத்துக்கு முன் அளக்கப்பட்ட பரிமாணங்களின் சேர்த்தியாகவும் இருக்க முடியும். உதாரணமாக பூமியில் உள்ள ஒரு புள்ளி இலண்டனில் இருந்து வடக்கே 40 Km தூரத்திலும் 50 Km மேற்கிலும் அமைந்துள்ளது என்பதை இலண்டனில் இருந்து வடகிழக்கே இத்தனை Km மற்றும் வடமேற்கே இத்தனை Km எனக் குறிப்பிட முடியும். இதே உதாரணத்தை சார்புக் கொள்கைப் படி ஒரு நபர் புதிய நேர அடிப்படையிலான பரிமாணமாக அதாவது பழைய நேரத்தின் படியும் (செக்கன்களில்) இலண்டனில் இருந்து வடக்கே ஒளி செக்கன்களிலும் (in light - seconds) கூற முடியும்

00000000000000000000000000000

பிரபஞ்சவியல் 20 (காலமும் வெளியும் VII)

நட்சத்திரப் பயணங்கள் தொடரின் பிரபஞ்சவியல் பகுதியில் தற்போது 'காலமும் வெளியும்' எனும் 4 ஆவது அத்தியாயத்தின் கீழ் விடயங்கள் அலசப்பட்டு வருகின்றன.

இதன் கீழ் 7 ஆவது கட்டுரையான இன்றைய தொடர் காலவெளி வரைபடங்கள் பற்றிய தகவல்களுடன் விரிகின்றது. முதல் 6 தொடர்களையும் வாசிக்காதவர்கள் இக்கட்டுரையின் இறுதியில் சேர்க்கப் பட்டுள்ள இணைப்புக்களை அழுத்துவதன் மூலம் அங்கு சென்று பார்வையிட முடியும்.

சென்ற தொடரின் இறுதியில், பிரபஞ்சத்தில் உள்ள ஏதேனும் ஒரு புள்ளியின் நிலையைக் குறிப்பதற்கு இடம் சார்ந்த மூன்று பரிமாணங்களுடன் (Dimension) நாம் காலவெளி (Space-time) எனும் 4 ஆவது பரிணாமத்தையும் பயன்படுத்த முடியும் எனக் கூறியிருந்ததுடன் அதற்கான சில உதாரணங்களையும் பார்த்தோம். அதன் தொடர்ச்சி இனி..

பிரபஞ்சத்தில் ஏதேனும் ஒரு இடத்திலுள்ள புள்ளியை (Point) அல்லது நிகழ்வை (Event) குறிப்பதற்கு நாம் காலவெளி உட்பட 4 பரிமாணங்களைப் பயன்படுத்துவது உபயோகமானது. எனினும் நடைமுறையில் 4 பரிமாணங்கள் உடைய வெளியை கற்பனை செய்வது கூடக் கடினமானது. சில வானியலாளர்களின் சொந்த அனுபவப் படி 3 பரிமாணங்கள் உடைய வெளியை நினைப்பது கூட முடியாத ஒன்றாகவே இருக்கின்றது. இதனால் இரு பரிமாணங்களிலான ஒரு புள்ளியை அல்லது வெளியைக் குறிக்கும் வரைபடங்களை வரைவதே கணிதத்தில் இலகுவானது. இதற்கு உதாரணமாக பூமியின் மேற்பரப்பிலுள்ள ஒரு புள்ளியைக் கூறலாம். இப்புள்ளியைக் குறிப்பதற்கு அட்சரேகை (latitude), மற்றும் தீர்க்கரேகை (longitude) எனும் இரு பரிமாணங்கள் போதுமானது.

இக் காரணத்தாலும், நவீன சார்புக் கொள்கைப் படி இடம் சார்ந்த பரிமாணங்களுக்கு இணையாக காலவெளி (Space-time) ஐயும் வரைபடங்களில் பயன்படுத்த முடியும் எனும் வசதி இருப்பதனாலும் வரைபடம் 1 உருவாக்கப் பட்டுள்ளது. இவ்வரைபடத்தில் கிடையாக (Horizontally) இடம் சார்ந்த ஒரு பரிமாணமும் செங்குத்தாக காலவெளியும், மொத்தம் இரு பரிமாணங்களே பயன்படுத்தப் பட்டுள்ளது. அவசியமற்ற காரணத்தால் மிச்சமுள்ள இடம் சார்ந்த இரு பரிமாணங்களும் இங்கு அளவீட்டுக்காக எடுத்துக் கொள்ளப் படவில்லை.

வரைபடம் 1

அடுத்த உதாரணமாக வரைபடம் 2 ஐ நோக்குவோம். இவ்வரைபடத்தில் நமது சூரிய குடும்பத்துக்கு மிக அண்மையில் பால்வெளி அண்டத்தில் அமைந்துள்ள நட்சத்திரமான அல்ஃபா சென்டூரி (Alpha Centauri) சூரியனிடம் இருந்து எவ்வளவு தூரத்தில் உள்ளது எனக் குறிப்பிடப்பட்டுள்ளது. இவ்வரைபடத்தில் காலம் செங்குத்து அச்சில் கீழிருந்து மேலாக வருடங்களிலும் சூரியனுக்கும் அல்பா சென்டூரிக்குமான தூரம் கிடை அச்சில் இடமிருந்து வலமாக மைல்களிலும் குறிப்பிடப் பட்டுள்ளது. செங்குத்து அச்சில் இவ்விரு புள்ளிகளையும் இணைக்கும் இரு சமாந்தர நிலைக்குத்துக் கோடுகளும் காலவெளிப் பாதைகளாகும். சூரியனில் இருந்து புறப்படும் ஒளி அல்ஃபா சென்டூரியைச் சென்றடைய பயணம் செய்யும் காலவெளிப் பாதை இவ்விரு கோடுகளையும் இணைக்கும் மூலை விட்டத்தால் (Diagonal) குறிப்பிடப் படுகின்றது. இதன் பெறுமானம் 4 வருடங்கள் எனக் கணிக்கப் பட்டுள்ளது.

அல்ஃபா சென்டூரி

வரைபடம் 2

நாம் ஏற்கனவே கூறியிருந்த படி ஒளி எந்த ஒரு பொருளில் இருந்து புறப்பட்ட போதும் அதன் வேகம் குறித்த பொருளின் வேகத்தால் பாதிப்படைவதில்லை (மாறிலி) என்பது மாக்ஸ்வெல்லின் சமன்பாடுகளால் எதிர்வுகூறப்பட்ட முடிவாகும். இம்முடிவு சில திருத்தமான அளவீடுகள் மூலமும் உறுதிப் படுத்தப் பட்டுள்ளது.

மாக்ஸ்வெல்லின் சமன்பாடுகள்

அதாவது வெளியில் உள்ள குறித்த ஒரு புள்ளியில் இருந்து குறித்த ஒரு நேரத்தில் வெளியிடப்படும் ஒரு ஒளித் துடிப்பானது காலத்துடன் சேர்ந்து மிக வேகமாகக் கோள (Sphere) வடிவில் எல்லாத் திசைகளிலும் சமச்சீராக விரிவடைந்து கொண்டே செல்லும். விரிவடையும் இந்த ஒளிக்கோளத்தின் அளவும் இடமும் அது வெளியிடப்படும் மூலப் பொருளின் வேகத்துடன் தொடர்பற்ற சுதந்திரமான ஒரு செயற்பாடாகும். மேலும் சில வினைத்திறன் மிக்க பரிசோதனைகளின் படி ஒரு செக்கனின் ஒரு மில்லியனில் ஒரு பங்கு கழிந்த பின் இந்த ஒளித் துடிப்பு 300 மீட்டர் ஆரையுடைய கோளமாகவும் செக்கனில் மில்லியனில் இரு பங்கு கழிந்த பின் இக்கோளம் 600 மீட்டர் ஆரையுடைய கோளமாகவும் ஆகி விடும் எனக் கணிக்கப் பட்டுள்ளது. மேலும் இதன் விரிவாக்கம் இப்படியே தொடரும்.

ஒளியின் இந்த இயல்பை இயற்கையில் அவதானிக்கக் கூடிய இலகுவான ஒரு செயற்பாட்டின் மூலம் விஞ்ஞானிகள் விளக்குகின்றனர். அதாவது தெளிந்த ஒரு நீரோடையில் கல் ஒன்றை வீசினால் அதில் ஏற்படும் வட்ட வடிவான குமிழிகள் (Ripples) ஒவ்வொரு செக்கனுக்கும் சமச்சீராக பெரிதாகிக் கொண்டே வரும். இந்த அவதானிப்பை காலவெளி இரு பரிமாண வரைபடத்தில் அளவிட்டால் துடிப்பில் இருந்து விரிவடைந்து வரும் குமிழிகள் ஒரு கூம்பு (Cone) வடிவத்தில் பெரிதாகிக் கொண்டே வருவதைக் காண முடியும். உதாரணத்துக்கு வரைபடம் 3 ஐ அவதானிக்க.

தெளிந்த நீரோடையில் எழும் குமிழிகள்

வரைபடம் 3

இதே வரைபடத்தைப் பயன்படுத்தி பிரபஞ்சத்தில் நடைபெறும் ஒரு நிகழ்வின் நிலையை நாம் பிரகடனப்படுத்த முடியும். விளக்கமாகச் சொன்னால் பிரபஞ்சத்தில் நடைபெற்ற ஒரு குறித்த நிகழ்வின் பின்னர் மூன்று பரிமாணங்களிலும் பரவிக் கொண்டிருக்கும் ஒளியின் கூம்பை 4 ஆவது பரிமாணமான காலவெளியையும் உள்ளடக்கிய வரைபடத்தில் விளக்க முடியும். அதாவது இடம் சார்ந்த இரு பரிமாணங்களைக் கிடை அச்சிலும் காலவெளியினை செங்குத்து அச்சிலும் கணிக்கக் கூடிய விதத்தில் முப்பரிமாண வரைபடமாக இதை அமைத்து அந்த நிகழ்வின் நிலையைக் குறிப்பிட முடியும். இதன் போது நமக்குக் கிடைக்கும் ஒளிக் கூம்பு குறித்த நிகழ்வின் எதிர்காலத்தை கணிப்பதற்காக ஆகும்.. அதாவது நம்மால் எப்போது அந்த நிகழ்வைப் பார்க்க முடியும் என இது தெரியப் படுத்தும்.

இதே போன்று இந்த நிகழ்வின் கடந்த காலம் அதாவது தற்போது நாம் பார்த்துக் கொண்டிருக்கும் நிகழ்வு குறித்த இடத்தில் எப்போது நிகழ்ந்தது எனக் கணிப்பதற்கு அவசியமான ஒளிக் கூம்பையும் நாம் வரைய முடியும். இவ்விரு ஒளிக் கூம்புகளும் செங்குத்தான கால அச்சில் இரு கூம்புகளைக் கவிழ்த்து வைத்ததைப் போன்ற அமைப்பைத் தரும் என்பது குறிப்பிடத்தக்கது.

காலவெளிக்கூம்பு (எதிர்காலமும், இறந்தகாலமும்)

நன்றி - தகவலுதவி: 'A Breif History of Time' - Stephen W.Hawking

நன்றி :http://www.4tamilmedia.com/knowledge/essays/11839-37-20-vii