துகள்களின் புதிய நிலை

Spread the love

துகள்களின் புதிய நிலை
ராஜ்சிவா

வெப்பநிலையை அளப்பதற்கான வெப்பமானியைக் கலிலியோதான் முதலில் கண்டுபிடித்திருந்தாலும், பாதரசத்தைப் பயன்படுத்தி அளக்கும் வெப்பமானியை, 1714ஆம் ஆண்டு, ‘ஃபாரன்ஹைட்’ என்பவரே கண்டுபிடித்தார். 32 பாகையில் நீர் உறைவதாகவும், 212 பாகையில் ஆவியாவதாகவும் அளவீடு கொண்டதாக ஃபாரன்ஹைட் வெப்பமானி இருந்தது. அதுவொரு குழப்பமான அளவீடு. அதனால், நீரின் உறைநிலையைச் சுழியம் என்றும், ஆவிநிலையை 100 என்றும் எடுத்து, அதை நூறால் வகுத்த இலகுவான அமைப்புடைய செல்சியஸ் வெப்பமானி அறிமுகப்படுத்தப்பட்டது. இதை ‘அண்டேர்ஸ் செல்சியஸ்’ என்பவர், 1742ஆம் ஆண்டு கண்டுபிடித்தார். இவையெல்லாமே உங்களுக்குத் தெரிந்த கதைகள்தான். ஆனால், பலருக்குத் தெரியாத கதையொன்றும் இருக்கிறது. அதுதான் கெல்வினின் கதை. ‘லோர்ட் கெல்வின்’ என்பவர் 1848ஆம் ஆண்டு ஒரு புதிய வெப்ப அளவீட்டு முறையைக் கண்டுபிடித்தார். இது சாதாரணமான நடைமுறையில் இல்லை. இயற்பியலிலேயே அதிகம் பயன்படுத்தப்படுகிறது. அதனால் பலருக்கு இதுபற்றித் தெரிந்திருக்கவில்லை. இந்தக் கெல்வின் அளவீட்டு முறையைத் தெரிந்துகொள்ளும் இடத்தில், வெப்ப இயக்கவியலுக்குள் (thermodynamics) நாம் காலடி எடுத்து வைக்கிறோம்.

ஃபாரன்ஹைட் வெப்பமானியிலும், செல்சியஸ் வெப்பமானியிலும் உள்ளதுபோல, கெல்வின் வெப்பமானியில், சுழியத்தினற்குக் கீழே, மைனஸ் (-) வெப்பநிலை அளவீடு கிடையாது. அதன் ஆரம்ப அளவீடே சுழியம்தான். அதன் அர்த்தம், சுழியத்தின் கீழே வெப்பநிலையே கிடையாது என்பதுதான். அதாவது, வெப்பமுள்ள இடம் அல்லது பொருள் மட்டும்தான் உண்டு. வெப்பம் இல்லாத இடமோ, பொருளோ கிடையவே கிடையாது. “எப்படி நீங்கள் அப்படிச் சொல்ல முடியும்? மனிதனுக்கே தெரியாமல் இந்தப் பேரண்டத்தில் எங்கோ ஓரிடத்தில் அப்படியான இடம் அல்லது பொருள் இருக்கலாமில்லையா? நீங்கள் கண்டுபிடிக்கவில்லையென்பதால், அது இல்லையென்றாகிவிடுமா?” என்று கேட்பீர்கள். அதற்கான பதிலைத்தான் நாம் விரிவாகப் பார்க்கப் போகிறோம். என்ன அவசரம்? மெல்லப் போவோம்.

ஒரு பொருள் வெப்பமாகும் போதும், வெப்பம் குறையும் போதும், அதன் அணுத் துகள்களின் துடிப்பு (vibration) அதிகரித்தும், குறைந்தும் வருவதை இயற்பியலாளர்கள் அவதானித்தார்கள். ஒரு பொருளின் அணுத் துகள்களின் துடிப்பே அதன் வெப்ப ஆற்றலுக்குக் காரணமாகிறது என்பதைப் புரிந்து கொண்டார்கள். ஒரு கப் காப்பியை எடுத்துக் கொண்டீர்களென்றால், அதிலுள்ள அனைத்து துகள்களின் துடிப்பும் (இயக்கம்) அதிகரிக்க அதிகரிக்க, மொத்தக் காப்பியும் சூடாகின்றது. அந்தத் துடிப்பை அதிகரிக்க வைப்பதற்கு, நமக்கு வேறொரு அதிக வெப்பமுள்ள ஊடகம் தேவைப்படுகிறது. அதன்மூலம் அந்தப் பொருளுக்கு வெப்பத்தைக் கொடுக்க வேண்டும். காப்பிக்கு வெப்பம் கொடுப்பது ஸ்டவ். புரிவதற்காகச் சின்னப் பிள்ளைகளுக்குச் சொல்வது போலச் சொல்கிறேன். தப்பாக எடுக்க வேண்டாம். இது புரிந்துவிட்டால், எல்லாம் புரிந்துவிடும்.

காபி கப்பிலிருக்கும் மொத்தத் துகள்களின் துடிப்பு அதாவது இயக்கம், அந்தக் காப்பிக்கு சூட்டைத் தருகிறது. அதை இப்படி எடுத்துக் கொள்ளலாம், ஒரு கப் காப்பியில் உள்ள மொத்தத் துகள்களின் இயக்க சக்தியின் சராசரியே (average) அந்தக் காப்பியின் சூடாகிறது. முடிஞ்சுது. இப்பவே வெப்ப இயக்கவியலின் (thermodynamics) இரண்டு முக்கிய விசயங்களை உங்களை அறியாமலே, நீங்கள் தெரிந்து கொண்டிருக்கிறீர்கள். என்னவென்றுதானே கேட்கிறீர்களா?

1.காப்பியை வெப்பமாக்க, அதைவிட, அதிக வெப்பமுடைய ஸ்டவ்விலிருந்து வெப்பம் கொடுக்கப்படுகிறதில்லையா? அதேதான். “வெப்பம் எப்போதும் கூடிய இடத்திலிருந்து குறைந்த இடத்திற்குக் கடத்தப்படும்”.

2.ஒரு பொருளில் இருக்கும் அணுத்துகள்களின் துடிப்பே அதன் வெப்பமாகிறது. அதாவது,”துடிக்கும் அணுத்துகள்களின் சராசரி இயக்க சக்தியே (average kinetic energy) பொருளொன்றின் வெப்பநிலையாகும்”

என்ன புரிந்ததா?

இப்போ ஒரு பலூனை எடுங்கள். அதை ஊதிக் கட்டுங்கள். மெல்ல அதைச் சூடாக்குங்கள். அதிலுள்ள மூலக்கூறுகளின் துடிப்பு அதிகரிக்க ஆரம்பிக்கும். துடிப்புக் கூடக்கூட பலூனின் சுவரை அவை அழுத்திப் பெருதாக்கும். இப்போது பலூன் பெரிதாகும். ஒரு நிலையில் வெடிக்கவும் செய்யும். பலூனில் வாயுத் துகள்கள் செறிவற்று இருப்பதால், அதன் விரிவைப் பார்த்தே தெரிந்து கொள்கிறோம். அதுவே இறுக்கமான இரும்புக்கு நடக்கும்போது அதுவும் விரிவடையும். ரெயில் தண்டவாளங்களைப் பார்த்திருக்கிறீர்களல்லவா? இரண்டு தண்டவாளங்களுக்கிடையில் இடைவெளி விட்டிருப்பார்கள். பாடசாலையில் அதற்கான காரணத்தைச் சொல்லித் தந்திருப்பார்கள். இரும்பின் அணுத்துகள்கள் சூடாகும்போது, விளிம்புவரை அவை அழுத்தம் கொடுப்பதால் , அவையும் விரிவடைகின்றன.

அணுத்துகள்களின் துடிப்புகளால் வெப்பம் உருவாகின்றது என்று சொன்னேனல்லவா? அதுபோல, ஒரு பொருளில் இருக்கும் வெப்பத்தையும் மெல்ல மெல்ல நீக்கிக்கொண்டு வரும்போது, அந்தப் பொருளின் அணுத்துகளின் துடிப்புகளும் மெல்ல மெல்ல அடங்க ஆரம்பிக்கும். விடலைப் பையன்கள்போலச் சுதந்திரமாக அலைந்து கொண்டிருந்த வாயுவின் அணுத்துகள்கள், வெப்பத்தை இழக்கும்போது, ஒடுங்கித் திரவமாக மாறுகின்றன. ஒரு பொறுப்பான அப்பாவாகக் கட்டுப்பாட்டுடனும் கூடவே மனைவிக்குத் தெரியாமல் அடுத்த வீட்டு ஆண்டியை டாவடிக்க அலையும் திரவ அணுத்துகள்களின் வெப்பநிலையைக் குறைத்துக் கொண்டுபோகையில், அது இறுக்கமடைந்து திண்மமாகிறது. வயதாகி முதியவர்போல ஒடுங்கிவிட்ட அந்தத் திண்மத்திலிருக்கும் வெப்பத்தை மேலும் மேலும் நீக்கிச் சுழிய நிலைக்குக் (zero) கொண்டுவரும்போது, அதிலுள்ள அனைத்துத் துகள்களும், துடிப்பே இல்லாமல் அடங்க ஆரம்பிக்கின்றன. துகள்களும் கிட்டத்தட்ட மனிதன் போலத்தான். மனிதனுக்கு உயிர்போலத் துகள்களுக்குத் துடிப்பு (vibration). உயிர் அடங்கும்போது, மனிதன் வேறொரு நிலை அடைவதுபோல. துகள்கள் தங்கள் துடிப்பை நிறுத்திக் கொண்டு, துகள்களாக இல்லாத வேறோர் நிலையை அடைகின்றன. இதை அவதானித்தவர் ஒரு இந்தியர். அவர் பெயர் சத்தியேந்திரநாத் போஸ். தான் அவதானித்ததை ஐன்ஸ்டைனுக்கு, போஸ் அறிவித்தார். அப்போது ஐன்ஸ்டைன்-போஸ் இருவரும் இணைந்து, துகள்களுக்களின் புதிய நிலையை வெளிப்படுத்தினார்கள். அதுவே ஐன்ஸ்டைன்-போஸ் கண்டன்ஸேட் (Einstein Bose condensate) என்று அழைக்கப்படுகிறது.

துகள்களின் அந்த நிலை என்னவென்று அடுத்த பகுதியில் விபரமாகப் பார்க்கலாம்.

-ராஜ்சிவா

Summary
துகள்களின் புதிய நிலை
Article Name
துகள்களின் புதிய நிலை
Author
Publisher Name
Paperboys.in

Leave a Reply