லேசர் ஒளியில் நடக்கும் கிராஃபின் காகிதங்கள்!

1. ஒளியிலே… விரிவதேன்?

சிறு வயதில் நமது வட்டார விஞ்ஞானி எவனாவது மூக்குப்பொடி டப்பா ஒன்றை எடுத்துக் கொண்டு இருபுறமும் துளையிட்டு அவற்றில் ஒரு ரப்பர் பாண்டைக் குறுக்காகப் புகுத்தி, ஒரு முனையில் விளக்குமாற்றுக் குச்சியைக் கட்டி, அந்தக் குச்சியை டைம் பீஸுக்கு சாவி கொடுப்பது போல திருகி டப்பாவைக் கீழே விட்டதும் அது அந்த ரப்பர் பாண்டின் எலாஸ்டிக் கட்டளைக்குப் பணிந்து ரோட் ரோலரைப் போல் மெல்ல நகர்ந்து செல்வதைப் பார்த்திருப்போம்.

90-களுக்குப் பிறகு பிறந்தவர்கள் முதல் பாராவைப் படிக்காததாகக் காட்டிக் கொண்டு அடுத்த பாராவுக்குச் சென்று விடுங்கள்.

படம் 2. க்ராஃபைட் – கிராஃபின் வேறுபாடு

நானோ அறிவியலில் தற்போதைய சூப்பர் ஸ்டார் கிராஃபின் எனப்படும் ஒற்றை அணு அளவு தடிமனே கொண்ட கரிம (carbon) அடுக்குகள் தான். ஆம், அங்கும் கறுப்பு சூப்பர் ஸ்டார் தான். பென்சில்களில் இருக்கும் க்ராஃபைட் (Graphite) தண்டை ஒட்டுத் தாளில் (ஸ்காட்ச் டேப்) அழுத்தி எடுத்தால் ஒட்டிக்கொண்டு வரும் மெல்லிய படலம் கிராஃபின். க்ராஃபைட் நீளம், அகலம், தடிமன் என்று மூன்று பரிமாணங்களைக் கொண்டது என்றால் கிராஃபின் இரண்டே பரிமாணங்களைக் கொண்டது (படம் 2).

இப்படி ஒற்றை அடுக்காகத் துகிலுரித்ததும் பல வியப்பூட்டும் குணாதிசயங்களைக் காட்டுகிறது கிராஃபின். அதிக ரன்கள், அதிக சதங்கள் என்று சச்சின் செய்துள்ள சாதனைகளைப் போல், பட்டை விட மென்மை, எஃகை விட உறுதி, பஞ்சை விட எடை குறைவு என்று நாசர், நமிதா முதலானவர்கள் விளம்பரப் படுத்தும் முறுக்குக் கம்பிகளைக் காட்டிலும் அதிக சிறப்புகள் வாய்ந்ததாக மாறி விடுகிறது.

இத்தகைய அதிசய பண்புகள் கொண்ட கிராஃபினை வைத்துக் கொண்டு என்ன செய்வது என்பதே ஒரு மிகப்பெரிய சவால். அப்படி யோசித்து இந்தத் தாள்களை நடக்க வைத்தால் என்ன என்று சில சீன விஞ்ஞானிகள் பரிசோதித்து வெற்றியும் கண்டுள்ளனர். கிராஃபின் ஆக்ஸைடு தாளில் பாலிடோபமைன் (polydopamine) எனும் பாலிமரை மடிப்புகள் தேவைப்படும் இடங்களில் தடவினார்கள். இந்தப் பசை சுற்றுப்புறத்தில் இருக்கும் நீர் மூலக்கூறுகளை ஈர்த்துக் கொள்ளும் தன்மை கொண்டது, ஒட்ட-கம் போல. ஆனால் வெறும் கிராஃபின் ஆக்ஸைடு இவ்வாறு நீரை ஈர்க்காது. இதில்தான் விசேஷமே. அகச்சிவப்பு லேசர் ஒளியை இந்தக் காகிதத்தின் மீது பாய்ச்சும் போது பாலிமர் மடிப்புகள் தேக்கி வைத்துள்ள நீர் விரைவாக உலர்கிறது. அதன் விளைவாக அந்த மடிப்புகள் உள்ள இடங்கள் சூரியனைக் கண்ட தாமரை போல ‘மலர்ந்து’ எழுகின்றன.

கிராஃபின் ஆக்ஸைடு காட்டும் இந்த பண்பைக் கொண்டு இத்தகைய காகிதங்களை நடக்கவும், திரும்பவும் வைத்துக் காட்டி அசத்தியிருக்கிறார்கள் Donghua University விஞ்ஞானிகள். தொடு உணர்வால் சுருங்கிக் கொள்ளும் தொட்டாஞ்சிணுங்கி போல ஒளி நுகர்ந்த கிராஃபின் காகிதம் விரியும் இந்தக் காட்சியை யூடியூபில் காண:

மேற்கோள்:

படம் 1: http://www.rsc.org/chemistryworld/2015/11/graphene-origami-light-self-folding-paper-walking

படம் 2: http://www.intechopen.com/books/nanocomposites-new-trends-and-developments/polymer-graphene-nanocomposites-preparation-characterization-properties-and-applications

லேசர் ஐம்பது : பாகம் 3 – நிலாப்பயணம்

லேசரின் ஆற்றல் லேசானதல்ல. நிலவில் சென்று தன் முகம் பார்த்து வந்த ஒளி இது.

ஆர்ம்ஸ்ட்ராங்கும் எட்வின் ஆல்ட்ரினும் நிலவில் விட்டு வந்தது அமெரிக்கக் கொடியும் காலணித் தடங்களும் மட்டுமல்ல – Retroreflector என்ற நூறு கண்ணாடி பகுதிகள் அடங்கிய இரண்டடி உயர கருவியும் தான்.

நிலாப்பயணம் (படம்:NASA)

பூமியில் இருந்து இந்த கருவியை நோக்கி ஒரு லேசர் ஒளிக்கற்றையை செலுத்தினார்கள் – டெக்சாஸ் நகரின் மக்டோனல்ட் (பர்கர் கடை அல்ல) ஆய்வகத்திலிருந்து.

“Corner cube reflectors ” என்ற இந்த கண்ணாடிகள் தம் மீது விழுந்த ஒளியை “நீயே வைத்துக் கொள்” என்று பூமிக்கு அனுப்பிவிடும்.

பிரதிபலிக்கப் பட்ட இந்த ஒளி “என்னடா இது வம்பா போச்சு” என்றபடி பூமியை வந்தடையும்.

வருவதற்குள் பெரும்பாலான ஃபோட்டான்களை செலவு செய்து விட்டு ஒன்று அல்லது இரண்டு ஃபோட்டான்களாக திரும்பும்.அது போதுமே. தயாராக இருக்கும் detector (உணர்த்தி?) அந்த ஓரிரு ஃபோட்டான்களை வரவேற்கும்.

சும்மாவா இப்படி லேசர் அடித்து விளையாடினார்கள்? இல்லை, இதிலிருந்து ஒருசில விஷயங்கள் தெரியவந்தன.

1.  பூமிக்கும் நிலவுக்கும் இடைப்பட்ட தூரத்தை மிகத் துல்லியமாக (மில்லிமீட்டர் வாரியாக) கணக்கிட முடிந்தது – ஒளியின் வேகம் தெரியும்; லேசர் ஒளி ஒரு முறை அங்கு போய் வந்த நேரம் தெரியும்; இவற்றை வைத்து தூரத்தை இன்றைய எட்டாம் வகுப்பு மாணவர்கள் கணக்கிட்டு விடுவர்.

2. நம்மை விட்டு நிலவு ஆண்டுக்கு 3.8 சென்டிமீட்டர் தள்ளிப் போகிறதாம். (“நிலவே என்னிடம் நெருங்காதே” பாடல் கேட்டிருக்குமோ?)

3 இது தவிர, ஐன்ஸ்டீன் கோட்பாடு, புவியீர்ப்பு விசை மாறிலி என்று பலவற்றை பற்றிய ஆய்வுகளுக்கு இந்த சோதனை உதவியது.

இப்படி 1969 இல் துவங்கிய இந்த லேசர் விளையாட்டு 40 ஆண்டுகள் நடைபெற்று வந்தது. “நாம் இருக்கும் நிலைமையில் இது தேவையில்லை. நீங்கள் இதுவரை அளந்தது போதும்” என்று அமெரிக்க அரசு இந்த ஆய்வை நிறுத்தச் சொல்லிவிட்டது – 2009 இல்.

மிக முக்கியமாக, மனிதன் நிலவில் இறங்கியது பொய் என்ற கூற்றை இந்த லேசர் ஒளியைக் கொண்டே பொய்யாக்கினார்கள்.

ஒரு வேளை நீங்கள்

காணத் தவறாதீர்கள் (படம்: NASA)

வருங்காலத்தில் நிலவுக்கு சுற்றுலா சென்றால் நமது சந்திராயனின் Moon Impact Probe-ஐயும்

அங்கு Sea of Tranquility என்ற இடத்தில அமெரிக்கக் கொடி, ஆர்ம்ஸ்ட்ராங்கின் காலணித் தடம், இவற்றுடன் அந்த Retroreflector கண்ணாடிக் கருவியையும் கண்டு வாருங்கள்.

லேசர் ஐம்பது : பாகம் 2

சாதாரண மின்விளக்குகள் தரும் ஒளிக்கும் லேசர் ஒளிக்கும் என்ன வித்தியாசம்?

இரைச்சலுக்கும் இளையராஜா இசைக்கும் உள்ள வித்தியாசம்.

விளக்கமாக சொல்ல வேண்டுமானால் பள்ளிக் கூடம் முடிந்ததும் பறந்தோடி வரும் மாணவர்களைப் பார்த்திருக்கிறோம். கண்ணை மூடிக் கொண்டு வீட்டுக்கு ஓடுபவர்கள், கணக்கு வாத்தியாரின் வாகன இருக்கையை கிழிக்கப் பதுங்குபவர்கள், பட்டாம்பூச்சி பிடிக்கப் புறப்படுபவர்கள், பேருந்தில் இடம் பிடிக்க விரைபவர்கள் என்று ஒரே ஆரவாரமாக இருக்கும்.

மாறாக, ஒரு ராணுவ அணிவகுப்பைப் பார்ப்போம். ஒரே சீராக, சொல்லி வைத்தாற்போல் அனைவரும் ஒரே மாதிரி அசைவார்கள். ஒரு ஒழுங்கும் கம்பீரமும் அதில் இருக்கும். இத்தகைய வித்தியாசம் தான் சாதாரண ஒளிக்கும் லேசர் ஒளிக்கும்.

நாம் பார்க்கும் ஒளி ஃபோட்டான் (photon) எனப்படும் துகள்களைக் கொண்டது.

ஒவ்வொரு வினாடியும் கோடிக் கணக்கான ஃபோட்டான்கள் நம் விழித்திரையில் படுவதால் தான் நாம் இந்த உலகத்தைப் பார்க்க முடிகிறது. ஃபோடான்களின் அதிர்வு எண் (frequency) மற்றும் அலை நீளம் (wavelength) அவற்றின் நிறம் என்ன என்பதை சொல்லும்.

சாதாரண ஒளியில் உள்ள ஃபோட்டான்கள் வெவ்வேறு அதிர்வு எண் மற்றும் அலை நீளம் கொண்டவை.

வித்தியாசம்

எனவே இதில் பல நிறங்கள் இருக்கும். இதனால் தான் இந்த ஒளியின் பாதையில் ஒரு முப்பட்டகத்தை (prism ) வைக்கும்போது நமக்கு வானவில்லின் ஏழு நிறங்கள் (VIBGYOR) தோன்றுகிறது.

ஆனால் லேசரில் இந்த விளையாட்டு நடக்காது. ராணுவ அணிவகுப்பைப் போல் எல்லா ஃபோட்டான்களும் ஒரே அதிர்வு எண் கொண்டிருக்கும். எனவே லேசர் ஒளி ஒற்றை நிற ஒளியாகவே (monochromatic) பயணிக்கும் – ராணுவ ஒழுங்குடனும் கம்பீரத்துடனும்.

லேசர் ஐம்பது : பாகம் 1

இனியவை நாற்பது, ஐந்திணை ஐம்பது, கார் நாற்பது, கமல் ஐம்பது என்பது போல லேசர் ஐம்பது எழுத வேண்டிய காலம் வந்து விட்டது.

லேசரின் வயது 50 (படம்: Physics World)

அதற்கு என்ன என்கிறீர்களா?

காரணம் இருக்கிறது.

• இன்றைய நவீன பலசரக்குக் கடைகளில் நீங்கள் வாங்கும் இட்லி மாவு பாக்கெட்டின் மீது கடைக்காரர் ஏதோ ஒரு கருவியைக் காட்டுகிறார். பீப் என்று ஒரு சின்ன சத்தம், அதை தொடர்ந்து அதன் அருகில் உள்ள விலை காட்டியில் மாவின் விலை தோன்றுகிறது.

• ஒரு திரைப் பட சி. டி. அல்லது டி.வி.டி. மென்தகட்டினை வாங்கி பிளேயரில் அதை நுழைத்ததும் துல்லியமான படம் பார்க்க முடிகிறது.
• லேசர் சிகிச்சை என்கிறார்கள்
• லேசர் ஒளியில் கலை நிகழ்ச்சி என்கிறார்கள்
• சிறுவர்கள் கூட கையில் லேசர் வைத்திருக்கிறார்கள்

இந்த லேசர் என்பது என்ன? எப்படி வேலை செய்கிறது?

முதலில் கடைக்காரரிடம் இருக்கும் அந்த கருவியை நோண்டிப் பார்ப்போம்.

இந்த கருவி UPC பார் கோட் ரீடர் (UPC Barcode Reader) எனப்படுகிறது.

UPC குறியீடு

UPC என்பது ஒரு பொதுவான குறியீட்டு எண். ஒவ்வொரு பொருளுக்கும் அதற்குரிய எண் இருக்கும். கருப்பு வெள்ளை கோடுகளாக ஒரு ஸ்டிக்கர் ஒட்டியிருப்பர்களே, அது தான். இந்த கோடுகள் இந்த இட்லி மாவு தயாரிக்கப்பட்ட தேதி, விலை, என்று அதன் சரித்திரத்தையே சொல்லக் கூடியவை. அதைப் படிக்க இந்த லேசர் கருவியால் தான் முடியும்.

இந்த கருவியைத் திறந்து பார்த்தால் அதில் இருப்பது:

ஒன்றிற்குள் இன்னொன்றாக ஹீலியம் மற்றும் நியோன் வாயுக்கள் நிரப்பப் பட்ட இரண்டு கண்ணாடி குழாய்கள், பாசிடிவ் மற்றும் நெகடிவ் தகடுகள்,  மற்றும் பாதி ஒளியை மட்டும் ஊடுருவ விடக் கூடிய சிறு கண்ணாடி.

இது தவிர, 21 பாகங்களாக பிரிக்கப் பட்ட ஒரு சுற்றும் விழிச் சுடர் – இந்த சுற்றும் தகடு  தான் பிரதிபலிக்கப் பட்ட லேசர் ஒளியைப் பதிவு செய்து கணிப்பொறிக்கு அனுப்புகிறது.

கொஞ்சம் மின்சாரம் கொடுத்தால் போதும். ஹீலியம் அணுக்கள் தலை தெறிக்க ஓட ஆரம்பிக்கும். சோம்பேறி நியோன் அணுக்களையும் உசுப்பேத்தி விடும். நண்பர், நண்பருக்கு நண்பர், அவருடைய நண்பர் என்று ஃபேஸ்புக் நட்பு பெருகுதல் போல அணுக்களில் ஃபுட்போர்ட் அடித்துக் கொண்டிருக்கும் ‘valence’ எலெக்ட்ரான்கள் எல்லாம் சேர்ந்து ஒரு சங்கம் வைத்து விடுகின்றன.

வாலிப வேகத்தில் வெளியே வந்துவிட்ட இந்த எலெக்ட்ரான்கள் அப்பன் அடிக்க வரும் முன் வீட்டுக்கு ஓடி விடலாம் என்று சங்கத்தை கலைத்து விடுகின்றன. ஆனால் இந்த சிறு பிள்ளைகளின் வெள்ளாமை வீடு சென்று சேர்வதில்லை. மாறாக, ஆற்றல் மிக்க ஒளியாக மேற்சொன்ன ‘பாதி ஊடுருவி கண்ணாடி’ வழியாக லேசர் ஒளியாக வெளி வருகின்றன. இத்தனையும் அந்த ‘பீப்’ என்ற சத்தம் அடங்குவதற்குள்ளாக!

இட்லி மாவின் ஸ்டிக்கர் மேல் பட்ட இந்த லேசர் ஒளி பிரதிபலிக்கப் பட்டு அந்த சுற்றும் தகட்டின் 21 பாகத்தில் எதாவது ஒன்றின் மேல் நிச்சயம் படும். இந்த ஒளி மீண்டும் மின்சாரமாக மாற்றப்பட்டு கணிப்பொறிக்கு புரியும் மொழியில் அனுப்பப் படுகிறது. இட்லி மாவின் விலை உங்கள் பில்லில் சேர்க்கப் படுகிறது.

எனக்கென்னவோ இதெல்லாம் ஆச்சர்யமாகப் படவில்லை. பார் கோட், லேசர், கணிப்பொறி எல்லாம் சேர்ந்து செய்யும் வேலையை நொடியில் மனக் கணக்கில் செய்யும் அண்ணாச்சி தான் வியப்பூட்டுகிறார்.