பாகம் 11: ஊடுருவும் கலை
குவாண்டம் உலகில் நிறைய சொற்தொடர்கள் கோட்பாடுகள் கருத்துகள் பிரபலமானவை.
அவற்றில் ஒரு பூனையும் அடக்கம். அது ஒரு நிஜ பூனை கிடையாது அது ஒரு கற்பனை பூனை. அதன் பெயர் Schrödinger's cat. இரும்பு அடிக்கும் இடத்தில ஈ க்கு என்ன வேலை? குவாண்டம் கடலில் பூனைக்கு என்ன வேலை? கொஞ்சம் தள்ளி அதைப் பற்றிச் சொல்கிறேன். முதலில் குவாண்டம் டனலிங் என்பதை பார்த்து விட்டு வந்துவிடலாம்.
ரேடியோ ஆக்டிவிட்டி கதிரியக்க பொருட்களை முதலில் கண்டு கொண்டவர் Henri Becquerel என்பவர் ஆவார். இவர் 1896 யிலேயே இதைக் குறித்து கண்டு பிடித்தார். அதன் பின் வந்த மேரி கியுரி அம்மையாரும் அவருடைய இணை... துணை பியூரி கியூரி அவர்களும் பின்னாளில் 1903 இல் நோபல் பரிசு வாங்கும் அளவு அதில் ஆராய்ந்தார்கள்.
குவாண்டமின் பல நிகழ்வுகளை விளக்கக் கதிரியக்க பொருள் எனும் ஆய்வு அடித்தளமாக இருந்து பயன்படுகிறது என்று முன்பே குறிப்பிட்டேன் அப்படிபட்ட ஒன்று தான் quantum tunneling என்ற நிகழ்வு.
Tunneling என்றால் ஒன்றும் அல்ல, தடையைத் தாண்டிச் செல்லும் நிகழ்வு. அதாவது ஒரு அறையில் உங்களை அடைத்து வைத்தால் நீங்கள் பேய் அல்லது ஆவிபோலச் சுவற்றை ஊடுருவித் தப்பித்து சென்றால் எப்படி இருக்கும் அதான் குவான்டம் டனலிங்...
எலெக்ட்ரானால் சில தடையைத் தாண்டிச் செல்ல முடியும் என்பதை கதிர்வீச்சு பொருட்களிலிருந்து கண்டுகொண்டார்கள். எலெக்ட்ரான் ஒரு அணுவின் உட்கருவிலிருந்து வருவதே தடையைத் தாண்டித் தான். உட்கரு நியுட்ரானிலிருந்து புரோட்டான் மற்றும் எலெக்ட்ரான் பிரிந்து வருவதை கவனித்தார்கள்.
அணுவின் உட்கருவிலிருந்து ஆல்பா துகள் வெளியேறுவதை கண்ட ஆய்வாளர்கள் அது எப்படி வெளியேறுகிறது என்பதை கவனித்ததில் அவைகள் குவாண்டம் டனலிங் செய்கிறது என்பதை கண்டார்கள். நியூக்ளியஸ் இல் உறுதியான பிணைப்பிலிருந்து தப்பி வெளியேறுவது தான் கதிரியக்கம்...
கதிரியக்க பொருட்கள் கட்டுகடங்கா ஆற்றல் மூலங்கள் அவைகளிலிருந்து தொடர்ந்து ஆற்றல் வெளியேறிக் கொண்டே இருக்கின்றது.
இதில் சூரியன் ஏன் ஒளிர்கிறது என்பதற்கான காரணம் அந்தச் சாவி ஒளிந்து இருக்கிறது. உண்மையில் நட்சத்திரங்களின் ஆற்றலை அதன் செயல்படும் காரணத்தை நாம் பல வகையில் விளக்க முடியும். உதாரணமாக ஐன்ஸ்டைன் சொன்ன E =MC 2 ஒரு விடை என்றால் இந்தக் குவாண்டம் டனலிங் ஒரு விடை.
ஒரு ஹைட்ரஜன் அணுவும் இன்னோரு ஹைட்ரஜன் அணுவும் இணைந்து தான் நட்சத்திரங்கள் ஒளிர்கிறது என்று நமக்குத் தெரியும் அவைகளுக்குள் இரும்பு போன்ற நிலைத்தன்மை உடைய தனிமமாக மாறும் துடிப்பு இருக்கிறது என்று கடந்த அத்தியாயத்தில் பார்த்தோம்.
ஆனால் அந்த இணைவே குவாண்டம் டனலிங்கினால் தான் நடக்கிறது என்பது தான் குறிப்பிடதக்கது.
எப்படி??
ஒரு கூடையில் நிறைய முட்டைகள் இருப்பதை கற்பனை செய்யுங்கள். அவைகள் ஒன்றாக இருந்தாலும் அந்த முட்டைகளுக்கு உள்ளே உள்ள மஞ்சள் கருக்கள் ஒன்றோடு ஒன்று கலக்க வாய்ப்பு இல்லை அல்லவா. காரணம் மேலே உள்ள ஓடு தடையாக இருந்து அதைத் தடுக்கிறது.
ஒரு கூடையில் உள்ள முட்டைகள் ஒன்று கலப்பதே கஷ்டம் எனில் அடுத்த கூடையில் உள்ள முட்டையுடன் கலப்பது?? அது ரொம்ப கஷ்டம் தான் அல்லவா. ஆனால் அந்த வெள்ளை ஓடு என்கிற தடையை மீறி மஞ்சள் கரு வெளியேறி அடுத்த கருவுடன் இணைவதற்கு ஒப்பான செயல் தான் அணுக்கரு இணைவு. காரணம் ஒரு ஹைட்ரஜன் அணு அதன் உட்கரு தன்னை சுற்றி பின்னி வைத்திருக்கும் தடையை மீறி அதே போல அடுத்த அணு பின்னி வைத்திருக்கும் தடையை மீறி ஒன்றிணைகிறது.
அது எப்படி சாத்தியம் இல்லாத அந்தத் தடை மீறலைச் செய்கிறது என்று பார்த்தால் அதற்குக் காரணமான கோட்பாடாகச் சொல்லப் படுவது ஹேசன் பர்கின் அணுவின் ‘நிலை இன்மை’ கோட்பாடும் அணு துகளில் ‘துகள் அலை’ என்ற இரட்டை நிலை மற்றும் சூப்பர் பொசிசனும் தான்.
ஒரு எலெக்ட்ரானை நாம் அதன் இருப்பிடத்தை பார்க்க முடிந்தால் அதன் திசைவேகம் மாறிவிடும். அதே சமயம் அதன் திசைவேகத்தை அளக்க முயன்றால் அதன் இருப்பிடத்தை மாற்றிக் கொள்ளும் என்பதை கவனித்தார் ஹேசண்பர்க். அந்தத் திசைவேகம் அணுக்கருவில் இருக்கும் பிணைப்பைவிட அதிகமாக இருக்கும் பட்சத்தில் அந்தத் துகள் குவாண்டம் டனலிங் செய்து விடும் என்று தெரிவித்தார்.
குவாண்டம் டனலிங் நிறைய இடங்களில் பயன்படுகிறது. சூரியன் ஒளிர்தல் போன்ற பிரமாண்ட பயன்பாடு தொடங்கி டனல் டையோடு (tunnel diode) போன்றவற்றிலும் பயன் படுகிறது.
ஒரு அணுவில் நிறைய நிறைய ஸ்பேஸ்... இடைவெளிகள் வெற்று வெளிகள் இருக்கின்றன என்று ஆரம்ப அத்தியாயங்களில் பார்த்தோம். அது ஏன் அப்படி அவ்வளவு வெளி இருக்கிறது என்பதற்கான பதிலும் இந்தக் குவாண்டம் டனலிங் தான் தருகிறது.
மின்காந்தத்தின் விலக்கு விசை ஒரு பக்கம் அணுக்கருவில் வலுவான பிணைப்பு மறுபக்கம் இவற்றைச் சமாளிக்க எலக்ட்ரானுக்கு இந்தளவு வெளி தேவை படுகிறது.
சரி அந்தப் பூனை கதைக்கு வருவோம்.
1935 இல் Schrödinger என்பவர் இந்த thought experiment ஐ... இந்த cat experiment ஐ பற்றிச் சொன்னார். அதனால் தான் இந்த ஆய்வுக்குப் பெயரே Schrödinger's cat.
இந்தக் கோட்பாடு எலெக்ட்ரான்களின் சூப்பர் பொசிசன் மற்றும் இரட்டை தன்மை மற்றும் நிலையற்ற தன்மை இவற்றை அடிப்படையாகக் கொண்ட இவற்றை விளக்கக்கூடிய ஒரு கற்பனை ஆய்வு.
அந்த ஆய்வைப் பற்றி விரிவாக அடுத்த பாகத்தில் சொல்கிறேன்.