கட்டுரைகள்
Typography

நட்சத்திரப் பயணங்கள் தொடரின் பிரபஞ்சவியல் பகுதியில் 'காலமும் வெளியும்' என்ற 4 ஆவது அத்தியாயத்தின் கீழ் முன்னைய தொடர்களில் இறுதியாக விடயங்கள் அலசப்பட்டிருந்தன.

இந்த அத்தியாயத்தின் கீழ் 9 ஆவது கட்டுரையான இன்றைய தொடரில் ஐன்ஸ்டீனின் பொதுச் சார்புக் கொள்கை குறித்த தகவல்கள் ஆராயப் படுகின்றன. இக்கட்டுரையை வாசிக்க முன் அவசியம் இதற்கு முன்னைய தொடரான காலமும் வெளியும் VIII இனையும் பார்வையிடுக..

சென்ற தொடருக்கான இணைப்பு - பிரபஞ்சவியல் (காலமும் வெளியும் VIII)

(காலமும் வெளியும் அத்தியாயத்தின் அனைத்துத் தொடர்களையும் முதலில் இருந்து வாசிக்க இக்கட்டுரையின் இறுதியில் தரப்பட்டுள்ள இணைப்புக்களை அழுத்துக.)

கடந்த தொடரில் ஒளியின் இயல்பு கொண்டு பிரபஞ்சத்தில் நடக்கும் நிகழ்வுகள் குறித்து கணிப்பிட எவ்வாறு ஐன்ஸ்டீனின் சிறப்புச் சார்புக் கொள்கை உதவியது என்றும் எனினும் நியூட்டனின் ஈர்ப்புக் கொள்கையுடன் இது உடன்பட மறுத்ததால் பௌதிகவியலுக்கு தனித்துவமான இன்னொரு கொள்கை தேவைப்பட்டது. என்றும் கூறியிருந்தோம். அதன் தொடர்ச்சி இனி...

அல்பேர்ட் ஐன்ஸ்டீன்

ஈர்ப்பு விசை (Gravity) ஒளி (Light), காலம் (Time), காலவெளி (Space-Time) ஆகியவை குறித்துத் தெளிவாக விளங்கிக் கொள்ள 1915 ஆம் ஆண்டு ஐன்ஸ்டீன் மும்மொழிந்தது தான் பொதுச் சார்புக் கொள்கை (General Theory of Relativity) ஆகும். இக்கொள்கை மூலம் ஐன்ஸ்டீன் ஈர்ப்பு விசையானது ஏனைய விசைகளைப் போன்று தொழிற்படுவது அல்ல என்றும் முன்னர் அவ்வாறு கருதப் பட்டதற்குக் காரணம் கால-வெளி (Space-Time) ஆனது தட்டையானது (Flat) என நம்பப் பட்டதால் தான் என்றும் கூறியுள்ளார்.

{ காலவெளி (Space-Time) எனப்படுவது பிரபஞ்சத்தில் நடக்கும் அனைத்துப் பௌதிக நிகழ்வுகளையும் (Physical events) உள்ளடக்கும் விதத்தில் 3 பரிமானங்களிலான (Dimensions) வெளியையும் இன்னொரு தனித்த ஒரேயொரு பரிமானத்திலான காலத்தையும் இணைத்து உருவாக்கப் படும் கணிதரீதியான 4 பரிமான ஆயத் திட்டமாகும். (coordinate system) - (காலவெளிக் கூம்புகள் குறித்து முன்னைய தொடரில் விளக்கப் பட்டிருந்தது) }

உண்மையில் ஈர்ப்பு விசையானது, தன்னுள்ளே இருந்து வழங்கப் படும் திணிவு மற்றும் சக்தியின் கூட்டு இயல்பினால் வளைந்திருக்கும் (curved or warped) காலவெளியின் பிரதிபலனாகும். பூமி போன்ற பொருட்கள் ஈர்ப்பு விசை எனப்படும் விசையினால் வளைந்த ஒழுக்கில் (Orbit) பயணிக்கும் படி உந்தப் படுவதில்லை.

பதிலாக அவை உண்மையில் வளைந்திருக்கும் கால-வெளியில் தமக்குக் கிட்டே உள்ள ஒரு பொருளை நோக்கி நேர்ப்பாதையில் (Geodesic) தான் பயணிக்கின்றன அல்லது ஈர்க்கப் படுகின்றன. (இது நியூட்டனின் முதலாவது ஈர்ப்பு விதியைத் திருப்திப் படுத்துகின்றது எனினும் ஒளி போன்ற மின்காந்த அலைகளுக்குப் பொருந்தாது) வளைந்த வெளிக்குள்ளே இரு அருகிலுள்ள பொருட்களுக்கு அல்லது புள்ளிகளுக்கு இடையேயான குறுகிய அல்லது நீண்ட நேரடிப் பாதையே Geodesic என அழைக்கப் படுகின்றது. இது தமிழில் கோள மேற்பரப்புக்குரிய பாதை எனப் பொருள்படுகின்றது.

படம் -1

Geodesic பற்றி விளங்கிக் கொள்ளப் பின்வரும் உதாரணத்தைப் பார்ப்போம். பூமியின் மேற்பரப்பானது இரு பரிமானங்களிலான வளைந்த வெளியாகும். இம்மேற்பரப்பில் இரு புள்ளிகளை இணைக்கும் மிகக் குறுகிய நேரடிப் பாதையான Geodesic, பெருவட்டம் (Great Circle) எனப்படுகின்றது. (படம் 1) இனி இதன் ஒரு பயன்பாட்டை நோக்குவோம். பூமியின் மேற்பரப்பில் வெவ்வேறு நாடுகளில் அமைந்திருக்கும் இரு விமான நிலையங்களுக்கிடையே பறக்கும் விமானத்தின் பயணக்கருவி (Navigator) தான் புறப்பட்ட இடத்திலிருந்து செல்ல வேண்டிய விமான நிலையத்துக்கான மிக அண்மித்த பாதையை Geodesic மூலமாகவே தீர்மானித்து ஒவ்வொரு கணமும் விமானிக்கு அறிவுறுத்துகின்றது.

பொதுச் சார்புக் கொள்கைப் படி 4 பரிமான கால-வெளி (Space-Time) வரைபில் பொருட்கள் நேர்கோட்டிலேயே பயணிக்கின்றன. இருந்த போதும் அவை முப்பரிமான வெளியில் (Space) வளைந்த பாதையில் (curved paths) பயணிப்பது போலவே எப்போதும் தென்படுகின்றன. இதனை இந்த உதாரணத்தின் மூலமும் விளங்கிக் கொள்ள முடியும்.

வானத்தில் பறக்கும் விமானமொன்றின் நிழலை ஒரு மலைப்பாங்கான தரை மேற்பரப்பில் அவதானிக்கும் போது விமானம் வானில் முப்பரிமான வெளியில் நேர்கோட்டில் பறந்த போதும் அதன் நிழல் இரு பரிமாணத் தரையில் வளைவான பாதையையே பின்பற்றிச் செல்லுவதை இனங் காணலாம். இதைப் போன்றதே பூமி சூரியனைச் சுற்றி வரும் விதமும். பூமியானது சூரியனை நோக்கி 4 பரிமான கால-வெளியில் நேர்ப் பாதையிலேயே பயணிக்கும் போதும் சூரியனின் திணிவு அதனைச் சுற்றியுள்ள காலவெளியை வளைப்பதனால் முப்பரிமாண வெளியில் பூமி வட்டப் பாதையில் செல்வது போன்ற தோற்றத்தை ஏற்படுத்தி விடுகின்றது. பொதுச்சார்புக் கொள்கையின் இந்த விளக்க அடிப்படையில் கணிக்கப் பட்ட கோள்களின் (Planets) ஒழுக்கும் (Orbits) நியூட்டனின் ஈர்ப்புக் கொள்கைப்படி கணிக்கப் பட்ட கோள்களின் ஒழுக்கும் மிகச் சிறிய வித்தியாசத்துடன் சரியாகப் பொருந்தியது குறிப்பிடத்தக்கது.

புதனின் ஒழுக்கு

ஆனாலும் கோள்களின் ஒழுக்கைக் கணிப்பதிலும் விளங்கப் படுத்துவதிலும் நியூட்டனின் ஈர்ப்புக் கொள்கையை விட பொதுச்சார்புக் கொள்கை மிகத் திருத்தமானது என்பது பல ஆண்டுகளாக நிலவிய புதன் கிரகத்தின் ஒழுக்கு பற்றிய மர்ம முடிச்சை 20 ஆம் நூற்றாண்டில் பொதுச் சார்புக் கொள்கை அவிழ்த்ததன் மூலம் நிரூபணமானது. சூரியனுக்கு மிக அண்மைய கோளான புதன் ஏனைய கிரகங்களை விட அதிகளவு ஈர்ப்பு விசையின் தாக்கத்துக்கு உட்படுவதுடன் சூரிய குடும்பத்தில் உள்ள மற்றைய கோள்களின் ஒழுக்கை விட அதன் ஒழுக்கு மிகை நீள்வட்டமாகும் (very elliptical). மேலும் இந்த நீள்வட்ட ஒழுக்கின் மிக நீண்ட அச்சானது (axis) ஒவ்வொரு 10 000 வருடங்களுக்கும் ஒருமுறை சூரியனை ஒரு டிகிரி (degree) சுற்றுகிறது என்றும் இந்த மிகச் சிறிய அசைவு 1915 ஆண்டுக்கு முன்னரே அனுமானிக்கப் பட்டு ஏன் எனப் புரியப் படாமலும் இருந்தது.

ஆனால் 1915 ஆண்டு பொதுச் சார்புக் கொள்கை இக்குழப்பத்தைத் தெளிவுபடுத்தி இது இவ்வாறு தான் இருக்க முடியும் என உறுதிபடக் கூறியதன் மூலம் அதன் கொள்கை சரியானது என நிரூபிக்கப் பட முதல் சான்றாக அது மாறியது. அண்மைய வருடங்களில் புதன் மட்டுமன்றி ஏனைய கோள்களின் ஒழுக்கில் ஏற்படும் மிகச் சிறிய விலக்குகள் (deviations) கூட நியூட்டனின் ஈர்ப்புக் கொள்கைப்படி ரேடார் (radar) மூலம் அளக்கப் பட்டு பொதுச் சார்புக் கொள்கை அடிப்படையில் எதிர்வுகூறப்பட்ட முடிவுகளுடன் ஒப்பிடப்பட்டு இரண்டுமே சரியென ஏற்றுக் கொள்ளப் பட்டுள்ளன.

ஒளியின் பாதையில் ஈர்ப்பு விசையின் தாக்கம்

ஒளி அலைகள் (Light rays) கூட கால-வெளியில் Geodesics இனைப் பின்பற்ற வேண்டும். எனினும் உண்மையில் வெளியானது வளைந்திருக்கின்றது என்பது சிறப்புச் சார்புக் கொள்கையால் (Special Relativity) நிரூபிக்கப் பட்ட ஒன்றாகும். அப்படியெனில் வளைந்திருக்கும் வெளியில் ஒளியானது நேர் கோட்டில் பயணிக்க முடியாது என்பது வெளிப்படை. எனவே ஒளி எவ்வாறு பயணிக்கின்றது என்ற கேள்வி எழும். இதனை பொதுச் சார்புக் கொள்கை (General theory of Relativity) இவ்வாறு தெளிவு படுத்துகின்றது. ஒளி வெளியில் நேர்கோட்டில் தான் பயணிக்கின்றது. ஆனால் அது பயணிக்கும் பாதையில் உள்ள ஈர்ப்புப் புலத்தால் அதன் திசை மாற்றப் படுகின்றது அல்லது வளைக்கப் படுகின்றது.

படம் -2

இதனால் சூரியனுக்கு அண்மையில் உள்ள ஒளிக்கூம்புகள் (Light cones) கூட அதன் திணிவினால் (ஈர்ப்பினால்) உட்புறம் நோக்கி சிறிது திருப்பப் படுகின்றன. உதாரணமாக விண்ணில் மிகத் தூரத்தில் அமைந்துள்ள நட்சத்திரம் ஒன்றின் ஒளி சூரியனுக்கு அருகே கடந்து பூமியில் உள்ள நம் கண்களை வந்தடைய வேண்டும் என எடுத்துக் கொள்வோம். இதன்போது இந்த நட்சத்திரத்தின் ஒளி சூரியனின் திணிவினால் சிறிது முறிவடைந்து (deflection) அதன் கோணம் மாறுவதால் பூமியில் உள்ள நம் கண்களுக்கு அது வானத்தில் வேறு ஒரு திசையில் இருப்பது போலத் தென்படும். (படம் 2). பூமி நிலையாக இல்லாமல் சூரியனைச் சுற்றி வருவதால் குறித்த நட்சத்திரத்தின் ஒளி எப்போதும் சூரியனைக் கடந்து வர வேண்டிய நிலமை ஏற்படாது எனினும் அதன் உண்மையான இருப்பு இதுதானா அல்லது அதன் ஒளி சூரியனால் திசை திருப்பப் பட்டதா என்பதை நம்மால் கணிப்பது கடினமாகும்.

இதேவேளை பூமி சூரியனைச் சுற்றி வந்து கொண்டிருப்பதால் வானில் வெவ்வேறு இடங்களிலுள்ள நட்சத்திரங்கள் வெவ்வேறு சமயத்தில் தமது ஒளி சூரியனைக் கடந்து செல்ல வேண்டிய நிலமை ஏற்படுவதுடன் அவை பூமியில் உள்ள பார்வையாளனுக்கு எப்போதும் தமது இருப்பை மாற்றிக் கொண்டிருப்பது போல் தென்படும். இந்த விளைவை வெறும் கண்களாலோ அல்லது தொலைக் காட்டியாலோ கண்காணிப்பது மிகக் கடினமான காரியமாகும்.

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

 

முன்னைய பதிவுகள் :

நட்சத்திரப் பயணங்கள் 31 (பிரபஞ்சவியல் 14, காலமும் வெளியும்)

நட்சத்திரப் பயணங்கள் 32 (பிரபஞ்சவியல் 15, காலமும் வெளியும் 2)

நட்சத்திரப் பயணங்கள் 33 (பிரபஞ்சவியல் 16, காலமும் வெளியும் 3)

நட்சத்திரப் பயணங்கள் 34 (பிரபஞ்சவியல் 17, காலமும் வெளியும் 4)

நட்சத்திரப் பயணங்கள் 35 (பிரபஞ்சவியல் 18, காலமும் வெளியும் 5)

நட்சத்திரப் பயணங்கள் 36 (பிரபஞ்சவியல் 19, காலமும் வெளியும் 6)

நட்சத்திரப் பயணங்கள் 37 (பிரபஞ்சவியல் 20, காலமும் வெளியும் 7)

நட்சத்திரப் பயணங்கள் 38 (பிரபஞ்சவியல் 21, காலமும் வெளியும் 8)

 

- 4 தமிழ்மீடியாவுக்காக: நவன்

 

BLOG COMMENTS POWERED BY DISQUS