விசைகள்

நண்பர் ஒருவரின் கேள்வி.

ஈர்ப்பு விசை என்றால் என்ன? வேறு என்ன முக்கியமான விசைகள் இருக்கின்றன?

நாம் காணும் உலகில் அடிப்படையாக நான்கு விசைகள் இருப்பதாக அறிந்துள்ளோம்.

1. ஈர்ப்பு விசை (Gravitational Force)

2. மின்காந்த விசை (Electromagnetic Force)

3. பலவீன அணுக்கரு விசை (Weak Nuclear Force)

4. வலிய அணுக்கரு விசை (Strong Nuclear Force)

வலிய அணுக்கரு விசை (Strong Nuclear Force)

இதுதான் உலகில் அதி சக்தி வாய்ந்த விசையாகும். இதன் வேலை என்னவென்றால் புரோட்டான்களுக்கும் நியூட்ரான்களுக்கும் உள்ளே உள்ள குவார்க்குகளை ஒன்றாகக் கட்டிப்போடுவதுதான். நமக்குத் தெரியும் எதிர் எதிர் மின்னூட்டங்கள் கொண்டவைகள் ஒன்றையொன்று ஈர்த்துக்கொள்ளும் என்று. ஆனால் அணுக்கருவிற்குள் இருக்கும் புரோட்டான் + மின்னூட்டம் கொண்டதாகவும், நியூட்ரான்கள் மின்னூட்டம் எதுவுமின்றியும் இருக்கின்றது. ஆனாலும் அவை ஒன்றோடு ஒன்று சேர்ந்தே இருக்கின்றது. ஒரே மின்னூட்டம் கொண்ட புரோட்டான்கள் ஒன்றையொன்று எதிர்த்துக்கொண்டு ஓடி விடாமல் எப்படி ஒரே இடத்தில் இருக்கின்றன? ஒரே சமயத்தில் ஈர்க்கவும் எதிர்க்கவும் கூடிய ஒரு செயல்பாடு எப்படிச் சாத்தியம்? ஏனெனில், எதிர்ப்பையும் மீறி ஈர்ப்பதற்கு ஒரு விசை அங்கே நிகழ்கின்றது. இதையும் பாலியின் தவிர்ப்புத் தத்துவம் (Pauli's Exclusion Principle) விளக்கும்.

வேடிக்கையாகச் சொல்வதானால் அவைகள், எடையற்ற குளுவான் (Gluon) என்றொரு பந்தினை மாறி மாறித் தூக்கிப்போட்டுப் பிடித்துக்கொண்டிருக்கின்றன. அதாவது இந்தக் குளுவான்தான் அந்த வலிய அணுக்கரு விசைக்கு இடைப்பாலம். இந்த விசையின் பரவுத்தொலைவு அணுவுக்குள்ளேயே அதுவும் அணுத்துகள்களுக்குள்ளாகவே (Sub atomic particles) முடிந்துவிடும். அதனால்தான் நம்மில் பெரும்பாலோர் இப்படி ஒரு விசை இருக்கின்றது என அறிந்திருக்க மாட்டோம்.

பலவீன அணுக்கரு விசை (Weak Nuclear Force)

இந்த விசை வலிய அணுக்கரு விசையை விட பலவீனமானது, ஆனால் மின்காந்த விசையை விட வலிமையானது. இதன் பரவுத் தொலைவு அணுக்கருவின் அளவிற்குள்ளேயே முடிந்துவிடும். இதனைக் கடத்தும் துகள் எடை மிகுந்த W மற்றும் Z போசான்கள். இந்த பலிவீன விசையே கதிரியக்க அழிவுக்குக் (Radioactive decay) காரணம்.

மின்காந்த விசை (Electromagnetic Force)

இது நம்மில் பெரும்பாலோர்க்குத் தெரிந்திருக்கும். ஏனெனில் இதன் விளைவுகளை நம்மால் காண இயலும். இந்த விசையே உலகின் இரண்டாவது வலிய விசையாகும். இதன் வலிமை வலிய அணுக்கரு விசையை விட ஒரு சதவீதம்தான் குறைவானதாம். ஆனால் இதன் பரவுத் தொலைவு எல்லையற்றது. இந்த விசைக்கு இரண்டு தன்மைகள் உண்டு. ஈர்ப்பு விசையும், விலக்கு விசையும் கொண்டது. ஏனெனில் இந்த விசை நேர், எதிர் என இரண்டு மின்னூட்டத் தன்மைகளையும் கொண்டது. இந்தவிசையினைக் கடத்தும் துகள் எடையற்ற போட்டோன் (Photon) ஆகும். ஆம், ஒளியின் வேகத்தில் பயணிக்கும் ஒளித்துணுக்குதான் அது.

இந்த மின்காந்த விசையே அணுவின் அமைப்பிற்குக் காரணமாக அமைகின்றது. அதாவது எலக்ட்ரான்கள் அதிகமாக இருக்கும் அணுக்களில், எலக்ட்ரான்களின் எதிர் விசை காரணமாக அணுக்கருவை விட்டு அதிக விலகலடைந்து பெரிதாக இருக்கும். அதேபோன்று அணுக்கரு பெரிதாக இருந்து எலக்ட்ரான்களின் எண்ணிக்கை குறைவாக இருந்தால், அதிக ஈர்ப்பு ஏற்பட்டு அணுவின் அமைப்பு சிறியதாக இருக்கும்.

ஈர்ப்பு விசை (Gravitational Force)

இதுதான் உலகின் நான்கு அடிப்படை விசைகளில் மிகப் பலவீனமான விசை.எவ்வளவு என்றால் வலிய அணுக்கரு விசையைவிட 10ன் அடுக்கு -36 அளவுதான் இருக்கும். இது பலவீனமானது என்பதனை ஒரு எளிய செயல்பாட்டில் விளக்கலாம். காகிதத்தினை சிறு சிறு துணுக்குகளாக வெட்டி வைத்துக்கொள்ளுங்கள். பின்னர் ஒரு தலை சீவும் சீப்பை எடுத்து, உங்கள் சட்டையில் தேய்த்து (நிறைய முடி இருப்பவர்கள் தலையைக் கூட வரட் வரட் என்று வாரிக்கொள்ளலாம்) அச்சீப்பில் ஒரு நிலைமின்சாரத்தை ஏற்படுத்துங்கள். இப்பொழுது அந்தக் காகிதத் துணுக்குகளுக்கு மேல் அதனைக் காட்டுங்கள். அவைகள் அந்தச் சீப்பை நோக்கிச் செல்வதைக் காணலாம்.

ஆக, ஈர்ப்பு விசையை விட மின்காந்த விசை வலியது என்பது உறுதியாகின்றது. இருப்பினும் ஈர்ப்பு விசையின் பரவுத் தொலைவானது மிக அதிகம். நிறையுள்ள பொருட்கள் எல்லாவற்றிற்கும் ஈர்ப்பு விசை இருக்கும். ஈர்ப்பு விசையின் விளைவுகள் பொருளின் நிறையையும், இரு பொருள்களுக்கிடையே இருக்கும் தொலைவையும் சார்ந்தது.

அதாவது இரு பொருள்களுக்கிடையே இருக்கும் ஈர்ப்பு விசையானது, அப்பொருள்களின் நிறைகளின் பெருக்கற்தொகைகளுக்கு நேர்விகிதத்திலும், இரண்டிற்கும் இடையே இருக்கும் தொலைவுகளின் இருமடிக்கு எதிர்விகிதத்திலும் இருக்கும்.

இந்த ஈர்ப்பு விசையினைக் கடத்தும் துகள் கிராவிட்டான் என்கிறார்கள். ஆனால் இது பரீட்சார்த்த முறையில் இன்னும் கண்டுபிடிக்கப்படவில்லை. காரணம் பலவீனமான விசையின் மிகசிறிய ஒன்று என்பதால் என்கிறார்கள். அண்மைக்கால ஆய்வுகள் இத்துகள் எடையற்றவை எனச் சொல்கின்றன.

17ம் நூற்றாண்டின் துவக்கத்தில் நம் கலிலியோ கலிலி பைசா நகரத்து சாய்ந்த கோபுரத்தில் இருந்து இருவேறு எடைகள் கொண்ட பந்தினை கீழே விழச் செய்து இரண்டும் ஒரே நேரத்தில்தான் தரையைத் தொடுகின்றன என்றொரு ஆய்வு செய்தார். இதன் மூலம் அவர் சொன்னது, புவியானது அனைத்துப் பொருட்களையும் ஒரே வேகத்தில்தான் ஈர்த்து துரிதப்படுத்துகின்றது என்றார். மற்றபடி மிகவும் இலேசான பொருட்கள் தரையைத் தொடும் தாமதத்திற்குக் காரணம் அது வளிமண்டலம் இருப்பதால் காற்றின் எதிர்ப்பினால் என்றார். அது மிகச் சரி என அனைவராலும் ஏற்றுக்கொள்ளப்பட்டுவிட்டது.

பிற்பாடு ஐசக் நியூட்டன் வந்து கலிலியோவினை அடியொட்டி ஈர்ப்புவிசைக் கோட்பாட்டினை உருவாக்கினார். இதனடிப்படையிலேயே யுரேனசின் அசைவுகளைக் கொண்டு நெப்ட்யூன் என்றொரு கிரகம் இருப்பது கண்டறியப்பட்டது. ஆனால், புதனின் அசைவுகளைக் கொண்டு புதனுக்கு முன் ஒரு கிரகம் இருக்க வேண்டும் என்ற யூகம் பொய்த்துப் போனதில் இந்தக் கோட்பாடு செயலிழந்து போனது.

பிற்பாடு வந்த நம் ஐன்ஸ்டைனின் பொதுச் சார்பியல் கோட்பாட்டில் புதனின் சுற்றுப்பாதையில் உள்ள முரண்பாடுகளைக் கணக்கில் கொண்டு சரி செய்யப்பட்டது. ஆனால், இவரது கோட்பாடு சற்றுக் கடிமானது என்பதாலும், வெகு சாதாரண அதாவது சிறிய எடைகள், அதிக வேகமில்லாத, எளிய ஆற்றல்கள் போன்ற கணக்கீடுகளுக்கு நியூட்டனின் கோட்பாட்டினையே நாம் பின்பற்றி வருகின்றோம். அதுவே போதுமானதாகவும் இருக்கின்றது.

ஆக, நிறையுள்ள பொருட்கள் ஒன்றையொன்று கவரும் விசையே ஈர்ப்பு விசை என்கிறோம். கணக்கீடுகளின் படி பூமியின் ஈர்ப்பு வலிமை g என்ற எழுத்தால் குறிக்கப்படுகின்றது. அதன் மதிப்பு நொடிக்கு 9.81 மீட்டர்கள். அதாவது, பூமியின் மேலே இருந்து பூமியில் விழும் பொருளானது ஒவ்வொரு நொடிக்கும் 9.81 மீட்டர்கள் வேகம் அதிகரித்து விழும்.

இந்த மதிப்பானது, பூமியின் மையத்திலிருந்து கடல்மட்டம் வரையில்தான். அதற்கு மேலே மலைகளுக்குச் சென்றால் இதன் மதிப்பு குறையும். கடல்மட்டத்தை விட கீழே சென்றால் கூடும். அதாவது பூமியின் மையத்தை விட்டு விலகுந்தோறும் அதன் மதிப்பு குறையும், நெருங்குந்தோறும் அது அதிகரிக்கும்.

இந்த ஈர்ப்பு விசையினைக் குறித்து இன்னும் நிறைய சொல்லிக்கொண்டே போகலாம்.