உள்ளொன்றும் புறமொன்றும்


இது மனிதர்களைப் பற்றியதல்ல. பொருள்கள் (அல்லது பொருண்மம்) பற்றியது. “உனக்கெல்லாம் இந்த வாழ்வு” என்று உள்ளுக்குள் நினைத்தாலும் “உன்னோடு பேசினதில ரொம்ப சந்தோசம்” என்று வெளியில் சொல்வது மனித இயல்பு. “நீங்க சொன்ன மாதிரியே செஞ்சிடலாம் சார்” என்று முன்னே சொல்லிவிட்டு “என்ன ஜென்மமோ, சொந்தமாவும் யோசிக்க மாட்டான், சொல்றதையும் கேட்க மாட்டான்” என்று பின்னே சொல்வோம். இயற்கை அப்படி அல்ல.

மின்சாரத்தைப் பாய்ச்சினாலும் பிணம் போல் கிடக்கும் பொருட்கள் பல இருக்கின்றன. கண்ணாடி, ரப்பர், நெகிழி என்று பலவற்றை இதற்கு எடுத்துக்காட்டாக சொல்லலாம். இதற்கு மாறாக எளிதில் மின்சாரத்தைக் கடத்தக்கூடிய பொருட்கள் உள்ளன. செம்பு, பொன், வெள்ளி போன்றவை அருமையான மின்கடத்திகள். இது போக இரண்டுங்கெட்டானாக சிலிக்கான், ஜெர்மானியம் போன்ற குறைக்கடத்திகளும் (semiconductors) உள்ளன. இவை அனைத்தும் இத்தகைய பண்புகளைத் தமது அனைத்து பரிமாணங்களிலும் தக்கவைத்துக் கொள்கின்றன. அதாவது, ஒரு செம்புக் கம்பியை எடுத்துப் பாதியாக வெட்டினாலும் சரி, நீளவாக்கில் பாதியைச் செதுக்கினாலும் சரி, அதன் மின்கடத்தும் திறன் மாறாது. சுருக்கமாகச் சொன்னால், அறிவியல் பண்புகள் உள்ளொன்றும் புறமொன்றுமாய் இருப்பதில்லை. அரசியல் பண்புகள் வேண்டுமானால் அப்படி இருக்கலாம் – தண்ணீர் திறந்து விடவே கூடாது என்று கர்நாடகத்தில் கூச்சலிட்டும் மத்திய அரசு நல்ல முடிவு எடுக்கும் என்று தமிழகத்தில் மழுப்பியும் தண்ணீர் திறந்து விட்டால் மாநிலத் தேர்தலில் தோற்றுவிடுவோம் என்பதால் உச்ச நீதிமன்றமே ஆணையிட்டாலும் அதைக் கழிவறைக் காகிதமாய் மதித்தும் ஒரே கட்சி பல பண்புகளை வெளிக்காட்டுவது அரசியலில் சகஜமாக இருக்கலாம். அறிவியல் அப்படி இருக்காது. அப்படித்தான் இதுவரை நம்பி வந்தோம். ஆனால் இது முற்றிலும் உண்மை இல்லை என்பது இப்போது தெரிய வந்துள்ளது.

நீளம், அகலம், உயரம் என்ற மூன்று பரிமாணங்களைக் கொண்ட பொருட்கள் சட்டியில் இருப்பதுதான் அகப்பையில் வரும் என்கிற கணக்கில் செவ்வியல் (classical) இயற்பியலின் படி இயங்குகின்றன. இந்த மூன்று பரிமாணங்களில் ஒன்றையோ இரண்டையோ நீக்கி விட்டால் பொருட்கள் வியத்தகு அயற்பண்புகளை வெளிக்காட்ட ஆரம்பிக்கின்றன (இரண்டு மற்றும் ஒற்றைப் பரிமாண பொருட்களைப் பற்றி இங்கே காணலாம்). இன்னொரு காரணி வெப்பநிலை. நாம் இயல்பான பொருட்களின் பண்புகளைப் பெரும்பாலும் அறைவெப்ப நிலையிலேயே காண்கிறோம்.

தீபாவளி அன்று ரங்கநாதன் தெருவில் பர்ஸ் இருக்கிறதா பை இருக்கிறதா என்று பார்த்துப் பார்த்து நடப்போம். நமது தெருவில் நடக்கும்போது பக்கத்து வீட்டு நாய் கடிக்க வருகிறதா என்று மட்டும் பயந்து, மற்றபடி கொஞ்சம் சுதந்திரமாக நடப்போம்.  ஆள் அரவமற்ற தீவிலோ மலைப்பகுதியிலோ கடற்கரையிலோ சுற்றுலா சென்றால் நம் விருப்பப்படி திரிவோம். பொருட்களில் இருக்கும் அணுக்களும் இப்படித்தான். அறைவெப்ப நிலையில் ரங்கனாதன் தெரு போல் ஒன்றுடன் ஒன்று மோதிக் கொண்டு செவ்வியல் கோட்பாடுகளைக் கடைபிடிக்கின்றன. கடுங்குளிர் நிலையில் (-273 டிகிரி செல்சியஸ்) இதுவரை தெரியாத பண்புகள் எல்லாம் தெரிய வருகின்றன. இத்தகைய குளிர் உலகில் குவைய இயற்பியல் (quantum physics) விதிகள் ஆதிக்கம் செலுத்துகின்றன. திடம், திரவம், வாயு என்று 3 நிலைகள் தவிர பல புதிய, விந்தையான நிலைகளையும் காணக்கூடும்.

statesofmatter

படம் 1. வெப்ப நிலை குறையக் குறைய அணுக்களின் பிணைப்பும் இயக்கமும் மாறுவதால் வெவ்வேறு அவற்றைக் கொண்ட பொருள் வெவ்வேறு நிலைகளை அடைகிறது. மிகக் குறைந்த வெப்ப நிலையில் குவாண்டம் விதிகள் ஆதிக்கம் செலுத்துகின்றன.

எடுத்துக்காட்டாக, இத்தனை நேரம் மின்கடத்தாப் பொருள் இந்த வெப்ப நிலையில் தடையே இல்லாமல் மின்சாரம் பாயக்கூடிய மீக்கடத்தியாக (superconductor) மாறுகிறது. சில திரவங்கள் முடிவற்ற சுழற்சிகளைக் (vortices) கொண்டு superfluids எனப்படும் மீப்பாய்மங்களாக மாறுகின்றன. அணுக்கள் சீரான முறையில் நகர்ந்து ஒரே திசையில் நெறிப்படுத்தப் பட்டுள்ளதால் எளிதில் காந்தப் பண்புகளையும் பெறுகின்றன. மின்கடத்தும் திறனில் மட்டும் கொஞ்சம் குழப்பம் இருக்கிறது. இந்தப் பண்பானது, எஸ்கலேட்டரில் ஏறுவது போல் தொடர்ச்சியாக மாறாமல், படிகளில் ஏறுவது போல் படிப்படியாக மாறுகிறது. ஒரு படிக்கும் இன்னொரு படிக்கும் இடைப்பட்ட நிலை எதுவும் இருப்பதில்லை. காந்தப்புலத்தை டியூன் செய்தால் மின்னோட்டமும் மாறும் என்பதை அறிவோம். ஆனால் இங்கு முதலில் இருந்த மின்கடத்துத் திறன் 2 மடங்கு, 3 மடங்கு, 4 மடங்கு என்று தான் மாறுகிறதே தவிர, 1.5, 2.2, 3.1 போன்ற மதிப்புகளில் மாறுவதில்லை. இது ஏன் என்ற ஆராய்ச்சியில் topology என்கிற பரப்புருவியல் கோட்பாடுகளைக் கொண்டு விளக்கம் சொன்ன காரணத்திற்காக டேவிட் தோலஸ், டங்கன் ஹால்டேன், மற்றும் மைக்கேல் கோஸ்டர்லிட்ஸ் ஆகியோருக்கு இந்த ஆண்டு இயற்பியல் நோபெல் பரிசு வழங்கப் பட்டுள்ளது. அப்படி அவர்கள் என்ன விளக்கம் சொல்லி இருக்கிறார்கள் என்பதை அடுத்த பதிவில் பார்ப்போம்.