பள்ளியில் படித்த இயற்பியல் பாடங்களை மறந்துவிடுங்கள். வெளி, காலம், நேரம், பொருள்கள், ஒளி எதுவுமே குவாண்டம் உலகில் (அணுக்களின் உலகம்) இல்லை. பிரபஞ்சமே குவாண்டம் வீச்சில் ஏற்படும் மாற்றங்களின் பிரதிபலிப்பு. அனைத்துமே (நீங்கள், நான் உட்பட ) குவாண்டம் உலகின் சில சாத்தியக் கூறுகள். அவ்வளவே.

Reality is not what it seems : the journey to quantum gravity என்கிற நூலை இப்படி ஆரம்பிக்கிறார் இயற்பியலாளர் கார்லோ ராவெல்லி (Carlo Rovelli).

இன்றைய இயற்பியல் யுகத்தில் எல்லாரையும் திரும்பிப் பார்க்க வைத்திருக்கும் ஒரு நட்சத்திரம் இவர் என்கிறார்கள்.

(குவாண்டம் என்று வரும்போது, இந்த உலகத்து விதிகள், மற்றும் நம் அறிவு, பகுத்தறிவு எதுவுமே அங்கே வேலை செய்யாது என்று வாசிப்பவர்கள் நிச்சயம் அறிந்திருப்பார்கள் என்று நம்புகிறேன்.)

இருந்தாலும் நாம் காணும் இந்த உலகம், பிரபஞ்சம், அதன் நிகழ்வுகள், குவாண்டம் உலகின் நடப்புகள் அனைத்துக்கும் என்ன தான் தொடர்பு? அடிப்படையாக ஏதாவது விதிகள் உள்ளனவா? பொதுவான ஒரு கோட்பாட்டை (Theory of Everything) உருவாக்கிட முடியுமா?

இப்படியும் கேட்கலாம் : பிரபஞ்சத்தைப் படைக்க ஆண்டவன் போட்ட மாஸ்டர் பிளான் எதுவாக இருந்திருக்கும்?

கடந்த நூற்றாண்டின் இயற்பியல் மேதைகள் (ஆல்பர்ட் ஐன்ஸ்டைன் உட்பட) முட்டி மோதிப் பார்த்தும் முடியவில்லை. இன்று வாழ்ந்து கொண்டிருக்கும் பேர்பெற்ற அத்தனை அறிவியலாளர்களும் இதற்காகவே தலையைப் பிய்த்துக் கொண்டிருக்கிறார்கள்.

இயற்பியலில் பல கோட்பாடுகள் இருந்தாலும் இன்றைய தேதியில் இரண்டு கோட்பாடுகள் முன்னிலையில் இருக்கின்றன. (1) String Theory (2) Loop Theory.

முதலாவது கோட்பாடு இன்று அதிகமான இயற்பியலாளர்கள் மத்தியில் பிரபலமாய் இருந்தாலும் அது உண்மை என்று நிரூபிக்க முடியாமல் திணறிக் கொண்டிருக்கிறார்கள். இதற்காகவே சுவிட்சர்லாந்தில் இருக்கும் CERN அணு சோதனைக் கூடத்தில் ஆய்வுகள் நடக்கின்றன. நடந்து கொண்டே இருக்கின்றன.

இரண்டாவது கோட்பாடான Loop Theory யை செம்மைப் படுத்தியவர்கள் வரிசையில் முக்கியமானவர் கார்லோ ராவெல்லி. அவரின் நூலில் இருந்து சில பகுதிகள் இங்கே வருகின்றன.

ஒவ்வோர் படியாய் இயற்பியல்

நூலாசிரியர் கி.மு 450 களில் இருந்து ஆரம்பிக்கிறார். கிரேக்கத்தின் தத்துவ அறிஞர்கள் இல்லாமல் இயற்பியல் ஏது? முக்கியமாக, லூசிப்பஸ் (Leucippus), அவரின் மாணவர் டெமோக்ரீட்டஸ் (Democritus) இருவரும் அன்றே அணு இயலின் அடிப்படைக் கருத்துக்களை முன் வைத்துவிட்டார்கள் என்று சுட்டிக் காட்டுகிறார்.

அன்றைய கிரேக்க அறிஞர்கள் சாக்ரட்டீஸ், பிளாட்டோ, அரிஸ்டாட்டில் போன்றவர்களுக்குக் கிடைத்த முக்கியத்துவம் ஏன் லூசிப்பஸ் மற்றும் டெமோக்ரீட்டஸூக்குக் கிடைக்கவில்லை? இவர்களின் சிந்தனைகள் ஏன் இருட்டடிப்பு செய்யப் பட்டன? காரணங்களை அவர் பட்டியல் போடுகிறார்.

(இப்படியும் நடந்திருக்கிறதா? இது முதலாவது கேள்வி.)

டெமோக்ரீட்டஸுக்கு இன்று ஒரு ரசிகர் மன்றம் வைத்தால் நிச்சயம் நூலாசிரியர் அதன் கொள்கை பரப்பு செயலாளர் பதவியிலோ அல்லது செயல் தளபதி லெவலிலோ இருப்பார் என்று அடித்து சொல்ல முடியும்.

டெமோக்ரீட்டஸ் அப்டி என்ன தான் சொல்லிட்டுப் போயிருக்கார்?

பிரபஞ்சம் அணுக்களால் ஆனது. வானத்துக்கு (வெளி) எல்லையே இல்லை. அணுக்களைப் பிளக்க முடியாது. அவற்றுக்கு வாசம், சுவை, நிறம் ஏதும் இல்லை. அவை தானியங்கள் போல சின்னஞ் சிறியவை. ஒன்றோடு ஒன்று மோதிக் கொண்டிருக்கின்றன. ஒரே மாதிரியான அணுக்கள் ஒன்றை ஒன்று கவர்கின்றன. சில சமயங்களில் ஒட்டியபடி இயங்குகின்றன. சில ஒன்றை ஒன்று தள்ளி விடுகின்றன.

டெமோ எப்படி இந்த முடிவுகளுக்கு வந்தார்? யாருக்கும் தெரியாது. அவர் இயற்பியல் மட்டுமல்ல, வேறு பல அறிவியல் நூல்களும் (கிட்டத்தட்ட 60-70 புத்தகங்கள்) எழுதி இருக்கிறார் என்று தெரிகிறது. இருந்தும் ஒன்றும் கிடைக்கவில்லை.

அடுத்து 17ம் நூற்றாண்டின் கணித, இயற்பியல் மேதை ஐசாக் நியூட்டன் விட்டுப்போன புதிருக்கு அழைத்துப் போகிறார் நூலாசிரியர். நியூட்டன் அய்யா கோளங்களின் இடையில் ஈர்ப்பு விசைகள் இருக்கின்றன. ஆகவே கோளங்கள் அசைகின்றன என்றார். அசையும் எந்தப் பொருளும் அவர் போட்ட கணிதத்தின் அடிப்படையில் தான் இயங்குகின்றன.

அதே சமயம் சூரியனோ, பூமியோ, சந்திரனோ கோடிக்கணக்கான கிலோமீட்டர்கள் தூரத்தில் இருந்தபடி, எப்படி ஒன்றை ஒன்று ஈர்க்க முடியும்? அவருக்கே அது புரியவில்லை. எதிர்காலத்தில் அதைக் கண்டுபிடிப்பார்கள் என்கிற குறிப்போடு மேட்டரை கிடப்பில் போட்டு விட்டார்.

18 ம் நூற்றாண்டுக்கு வருகிறோம். மைக்கல் பாரடே (Michael Faraday) யார் என்று இந்த காலத்து 8 அல்லது 9ம் வகுப்பு மாணவர்களுக்கே தெரியும். (காந்தங்களுக்கும் மின்சாரத்துக்கும் தொடர்புகள் இருப்பதைக் கண்டுபிடித்தவர் இந்த மேதை.)

நியூட்டன் சொன்னது போல் தூரத் தூர இருக்கும் பொருள்களுக்கு இடையில் நேரடியாக எந்த விசையும் இல்லை. பதிலாக வெளி எங்கும் நிறைந்திருக்கும் மின்காந்த வீச்சு (electro-magnetic field) தான் பொருள்களை ஈர்க்கிறது அல்லது தள்ளி விடுகிறது என்கிற முடிவுக்கு வந்தார் அவர்.

அடுத்து வருகிறார் ஜேம்ஸ் மாக்ஸ்வெல் (James Clerk Maxwell). மின்காந்த வீச்சின் தன்மைகளை ஆராய்ந்த அவர், அதன் வேகத்தைக் கணித்தபோது அவருக்கு ஒரே ஆச்சரியம். அந்த வேக அளவும் ஏற்கெனவே வேறு ஆதாரங்கள் மூலம் கணிக்கப் பட்டிருந்த ஒளியின் வேகமும் ஒன்றாய் இருந்தது. ஆகவே மின்காந்த வீச்சும் ஒளியும் ஒன்றே என்கிற முடிவுக்கு இயற்பியல் வந்தது.

அடுத்தவர் மாக்ஸ் பிளாங்க் (Max Planck). இவர் அவரின் கணிப்புகளின் போது செய்த அனுமானம் ஒரு அசகாய சூரத்தனம் என்று இயற்பியலாளர்கள் புகழ்கிறார்கள்.

மின்காந்த வீச்சின் (ஒளியின்) சக்தியை அளக்க, குவாண்டா (quanta) என்று ஒரு கற்பனை அலகை அமைத்துக் கொண்டார் அவர். அதாவது சக்தி என்பது சின்னஞ்சிறிய துகள்களாய் வெளிப்படுகிறது என்று வைத்துக் கொண்டார். மற்ற இயற்பியலாளர்களுக்கு அவர் சொன்ன பதில் : கணக்குப் போட லேசாக இருக்குமே. (ஒளியை அலையாகவும் பார்க்கலாம். துகள்களாகவும் பார்க்கலாம்.)

அதுவும் அடுத்த ஆச்சரியம். பிளாங்க் போட்ட கணக்கு எல்லாமே சரி என்று பரிசோதனைகளில் தெரிய வந்தது. ஒளித் துகளுக்கு போட்டோன் (photon) என்று பேர் வைக்கப் பட்டது. இந்த அனுமானத்தோடு அடுத்த கட்டங்களுக்குத் தாவியவர்களின் பட்டியலை நூலாசிரியர் போட்டுக் கொண்டே போகிறார்.

இனி வருவது ஆல்பர்ட் ஐன்ஸ்டைன்.

நியூட்டன் வேகம் பற்றி சொன்னார். வேகம் என்றால் என்ன? ஒரு பொருளின் வேகத்தை இன்னொரு பொருளின் வேகத்தோடு ஒப்பிட்டுத் தான் நிர்ணயிக்க முடியும். ஆகவே ஏதாவதொன்று நிலையாய் இருக்க வேண்டும் அல்லது ஒரு குறிப்பிட்ட, மாறாத வேகத்தில் ஓடிக் கொண்டிருக்க வேண்டும். அப்போது தான் மற்றதன் வேகத்தை அளக்க முடியும்.

இப்படிப் பார்த்தால் நியூட்டன் சொன்னபடி வெளி என்பது எங்கும் அசையாமல் ஒரே மாதிரி இருக்கவேண்டும். நேரம் என்பது வெளி எங்கும் ஒரே மாதிரி ஓடிக் கொண்டிருக்க வேண்டும். ஆகவே எந்த ஒரு கோளமும் எந்த இடத்தில் இருக்கிறது, அதன் வேகம் என்ன என்பதைக் கணித்துவிடலாம்.

ஆனால் மாக்ஸ்வெல், மின் காந்த வீச்சு தான் (வெளி எங்கும் பரவி) கோளங்களின் அசைவுக்குக் காரணம் என்கிறாரே.

இரண்டு கோட்பாடுகளும் குழப்பங்களை அல்லவா உண்டு பண்ணுகின்றன? ஐன்ஸ்டைன் அய்யாவைக் குடைந்த கேள்விகள் இவை.

எல்லார் ஆய்வுகளையும் கையில் எடுத்தார் அவர். இந்த நேரம், போய்விட்ட நேரம், இனி வரப் போகும் நேரம் என்று எதுவும் இல்லை என்கிற முடிவுக்கு வந்தார். (நேரம் பற்றி தனிக்கட்டுரை இதே தளத்தில் காலதேவன் கதை என்கிற தலைப்பில் இருக்கிறது. நேரம் இருந்தால் வாசிக்கலாம்.)

ஐன்ஸ்டைனின் அதிரடி முடிவு இயற்பியல் உலகையே ஒரு கலக்கு கலக்கியது. பொருள்களும் (matter) சக்தியும் (energy) ஒன்றே. இரண்டும் ஒரே படிமத்தின் இரு தன்மைகள் என்றார் அவர்.

அவர் இன்னும் ஒரு படி மேலே போய்க் கேட்டார் : ஒளி என்பது மின் காந்த வீச்சு என்றால் வெளி என்பது ஏன் கோளங்களின் ஈர்ப்பு வீச்சாக (gravitational field) இருக்கக் கூடாது?

அவரே பதிலும் சொன்னார் : வெளி என்பதும் நேரம் என்பதும் வேறு வேறல்ல. ஒரே படிமத்தின் இரு தன்மைகள் என்றார். அய்யா இயற்பியலில் டாப். மறு பேச்சில்லை. இருந்தாலும் கணக்கில் வீக். ஆகவே பல கணித மேதைகளிடம் பாடம் கேட்டார். முடியவில்லை. கடைசியில் தன் சொந்த முயற்சியில் கணித சமன்பாடுகள் மூலம் அவரின் கொள்கையை நிரூபித்தார்.

(இரண்டாவது கேள்வி : அந்த குட்டிப் பெண் பார்பரா (9 வயசு) ஐன்ஸ்டைனுக்கு என்ன கடிதம் எழுதினாள்?)

ஐன்ஸ்டைனின் கொள்கைப்படி (சார்புநிலைக் கோட்பாடு – General Theory Of Relativity), எங்கெங்கே பொருள்கள் இருக்கின்றனவோ அங்கே வெளி/நேரம் (spacetime) வளைகிறது.

இன்னும் அவரின் கணித சமன்பாடுகளில் இருந்து கிடைத்த சில முடிவுகள் : சூரியனின் ஈர்ப்பு சக்தி ஒளியை வளைக்கிறது. (நட்சத்திரங்களும் அப்படியே.) ஈர்ப்பு சக்தியின் விளைவால் வெளி வளைந்து ஒரு கோளம் போல் வடிவெடுக்கிறது. ஈர்ப்பு சக்தியின் அதி தீவிரத்தன்மையில் வெளி சுருங்கிப் போய் கருந்துளைகள் (Black Holes) உருவாகின்றன.

அவரின் சமன்பாடுகளின்படி நேரம் என்பது முன்னாலும் போகலாம். பின்னாலும் போகலாம். சுட்டிக் காட்டினார்கள்.(அது அவருக்குப் பிடிக்கவில்லை.) பிரபஞ்சம் விரிந்து கொண்டே போகிறது.(இதுவும் அவருக்குப் பிடிக்கவில்லை.) பிறகு முடிவை மாற்றிக் கொண்டார்.

(ஏன் ஐன்ஸ்டைன் தன் முடிவை மாற்றிக் கொள்ள நேர்ந்தது? அதன் பின்புலமாய் இருந்த கிறிஸ்தவ துறவி ஜார்ஜ் லுமைத்ரே (George Lemaitre) யார்? தவிர, வானவியல் ஆய்வாளர்கள் என்ன சொன்னார்கள்? – இது மூன்றாவது கேள்வி.)

தானியங்கள் போல அணுக்கள் பிரபஞ்சம் முழுதும் பரவி இருக்கின்றன என்றார் டெமோ. ஐன்ஸ்டைனும் துகள்கள் என்று துவங்குகிறார். ஆனால் பிரபஞ்சம் பிரம்மாண்டமாய் இருந்தாலும் எல்லை உண்டு என்று முடிக்கிறார்.

டெமோவின் காலத்தில் அறிவியல் இன்று போல் வளர்ந்திருக்கவில்லை. சோதனைகள் செய்து பார்க்க கருவிகள் இருக்கவில்லை. கணிதம் போதாது. ஆனா ஆவன்னா என்று இயற்பியல் அரிச்சுவடி படிக்க ஆரம்பித்திருந்த காலம். இத்தனைக்கும் தன்னந்தனி ஆளாய் இப்படி யோசிச்சிருக்காரே. டெமோன்னா டெமோ தான் – நூலாசிரியர் உருகுகிறார்.

ஒளியில் இயற்பியல்

ஒளிக்கும் (போட்டோனுக்கும்) அணுவுக்கும் என்ன தொடர்பு? அணுக்கருவை சுற்றி வரும் எலெக்ட்ரான்கள் கிட்டத்தட்ட சூரியனை சுற்றி வரும் கோளங்கள் போல் இயங்குகின்றன என்கிற கோட்பாடு அன்றைய நாளில் இயற்பியலாளர்கள் மத்தியில் பரபரப்பாகப் பேசப் பட்டது.

காரணம் : அன்றைய மேதைகள் நீல்ஸ் போர் (Niels Bohr), வேர்னேர் ஹைசன்பர்க் (Werner Heisenberg) தவிர, இன்னும் பல மேதைகள் சேர்ந்து உருவாக்கிய கோட்பாட்டு முடிவுகளும் பரிசோதனை முடிவுகளும் ஒரே புள்ளியில் சந்தித்தன. (சரி என்று சொல்ல வைத்தன.)

நீல்ஸ் போர் சொன்னார்: எலெக்ட்ரான்கள் எப்போதும் ஒரு குறிப்பிட்ட சில சுற்றுகளில் தான் சுழல்கின்றன. (இடையில் என்று எதுவும் இல்லை.) பொதுவாய், எலெக்ட்ரான் என்பது ஆண்டவனே என்று அமைதியாய் அது பாட்டுக்கு ஒடிக் கொண்டிருக்கும். இந்த நிலைக்கு Ground State என்று இயற்பியலில் பேர்.

நம்மிடம் நாலு காசு சேர்ந்துவிட்டால் என்னா குதி குதிக்கிறோம்! எலெக்ட்ரானும் அப்படியே. போட்டோன் (ஒளித் துகள்) தற்செயலாய் கிட்டே வந்தால் பாய்ந்து கவ்விக் கொள்கிறது. போட்டோன் சக்தி கொண்ட துகள் என்று தெரிந்ததே. ஆகவே எலெக்ட்ரானும் கூடுதல் சக்தி கொண்டு ஆர்ப்பரிக்கிறது.

காசு வந்து விட்டால் பழைய டப்பா வீட்டிலா இருப்போம்? பணக்கார ஏரியாவுக்குள் வீடு வாங்கி அட்டகாசம் பண்ணுவோம் இல்லையா? எலெக்ட்ரானும் அதே மாதிரி மேலேறி சக்தி மிக்க ஒரு சுழல் பாதைக்குள் வந்து கம்பீரமாக சுற்றுகிறது. (Excited State)

ஏதாவது கலாட்டாவில் போட்டோன் கைவிட்டுப் போனால் என்ன நடக்கும்? எலெக்ட்ரான் பழையபடி டப்பா வீட்டுக்கு (Ground State) வந்து விடுகிறது. இப்படிப் போவதும் வருவதுமாய் அது இருக்கிறது.

போட்டோனைப் பார்க்கலாம். எலெக்ட்ரான் என்றால் என்ன? யாரும் அதைக் கண்ணால் கண்டதில்லையே. எதை வைத்து சொல்கிறார்கள்?

இந்த இடத்தில் வேர்னேர் ஹைசன்பர்க் வருகிறார். ஜெர்மன் இயற்பியலாளர். தனிப் பிறவி. அடிக்கடி டென்மார்க் போய் நீல்ஸ் போரை சந்தித்தவர். விவாதித்தவர். இவரின் நிச்சயமற்ற தன்மைக் கோட்பாடு (Uncertainty Principle) உலகப் புகழ் பெற்றது. அதை இப்படி எளிமையாக சொல்லலாமா?

ஒரு சமயத்தில் ஒரே ஒரு தகவலைத் தான் நம்மால் அறிந்து கொள்ள முடியும். ஒன்றுக்கு மேற்பட்ட விஷயங்களை அறிந்து கொள்ளும் ஆற்றல் மனிதர்களாகிய நமக்கு இல்லை.

எடுத்துக் காட்டாய், ஒரு குறிப்பிட்ட நேரத்தில் ஓர் அணுத் துகள் எங்கே இருக்கிறது என்று கண்டு பிடிக்கலாம் அல்லது அந்த நேரத்தில் அதன் வேகம் என்ன என்று கணிக்கலாம். இரண்டில் ஒன்று தான் முடியும். இரண்டையும் (இடமும் வேகமும்) ஒரு சேரக் கண்டு பிடிக்கவே முடியாது. சாத்தியமே இல்லை. (பரிசோதனைகள் இதை மெய்ப்பிக்கின்றன.)

இதை ஹைசன்பர்க் சொன்ன விதமே அலாதி. அவர் வாழ்வில் நடந்த ஒரு சம்பவம் இதன் பின்னணி என்கிறார் நூலாசிரியர்.

ஹைசன்பர்க் ஒரு தடவை டென்மார்க்கில், இரவு வேளையில் ஒரு பூங்காவில் நடந்து போய்க் கொண்டிருந்தார். இருட்டில், தூரத்தில் யாரோ ஒருவர் போவது தெரிகிறது. எங்கே விளக்குக் கம்பம் இருக்கிறதோ அப்போது மட்டும் அவர் உருவம் தெரிகிறது. அந்த உருவம் விளக்கைத் தாண்டியதும் இருளில் மறைந்து விடுகிறது. மீண்டும் இன்னொரு விளக்குக் கம்பம் வரும் வரை அந்த உருவம் தெரியவே இல்லை.

எலெக்ட்ரானும் அப்படியே என்றார் ஹைசன்பர்க். இன்னொரு பொருளோடு தொடர்பு கொள்ளும்போது மட்டுமே அது உருவாகிறது. தொடர்பு அறுந்து விட்டால் மறைந்து விடுகிறது. அங்கே எலெக்ட்ரான் என்பதே இல்லை. மீண்டும் இன்னொரு தொடர்பு நேரும் வரை எலெக்ட்ரான் என்பதே இயற்கையில் இல்லை!

இது குவாண்டம் கொள்கையின் அடிப்படை. அனைத்தும் ஒன்றோடு ஒன்று தொடர்பு கொள்ளும்போது தான் தோன்றுகின்றன. நூலாசிரியர் தன் கருத்தை (Loop Theory) இந்தப் புள்ளியில் இருந்து ஆரம்பிக்கிறார்.

டெமோக்ரீட்டஸ் சொன்ன சின்னஞ் சிறிய துகள்களால் ஆன பிரபஞ்சம் என்று துவங்கி, மின்காந்த வீச்சுக்கு வந்து ஐன்ஸ்டைனின் ஈர்ப்பு வீச்சில் புகுந்து, பிறகு குவாண்டம் வீச்சு என்று தொடர்கிறார் அவர்.

பிரபஞ்சம் என்பது பிரமிக்க வைக்கும் பிரம்மாண்டம் தான். ஆனால் ஐன்ஸ்டைன் சொன்னது போல் அதற்கு எல்லை உண்டு என்கிறார் அவர். Loop Theory அல்லது Loop Quantum Gravity என்கிற இந்தக் கொள்கையின் அடிப்படையான நான்கு கட்டங்களை நோக்கி இனி நகர்கிறோம்.

1 : தகவல்களுக்கு (information) எல்லை உண்டு. (பிரபஞ்சம் தகவல்களால் கட்டமைக்கப் பட்டிருக்கிறது.) நாம் காணும் உலகம் எண்ணில் அடங்காத சாத்தியக் கூறுகளாகத் (infinite probabilities) தென்பட்டாலும் அவைகளின் அடித்தளப் பண்பு நிலைகள் எத்தனை என்று எண்ணி விடலாம். இவை குவாண்டம் பண்பு நிலைகள் (quantum states).

2 : நிச்சயமற்ற தன்மை : குவாண்டம் பண்பு நிலைகள் என்பவை உறுதியாக எதையுமே அறுதியிட்டு சொல்ல முடியாதவை.

3 : உண்மை நிலவரம் என்று எதுவும் இல்லை. குவாண்டம் பண்பு நிலைகள் ஒன்றோடு ஒன்று தொடர்பு கொள்ளும்போது ஏற்படும் ஏற்படும் பொருளோ, நிகழ்வோ எதுவோ எல்லாமே ஒரு சலனம். உண்மை என்பதே ஒரு சார்பு நிலை அல்லது ஒரு தொடர்பு நிலை. தொடர்பு அறுந்து விட்டால் உண்மையாவது பொய்யாவது!

4 : குவாண்டம் உலகில் வெளியும் நேரமும் என்கிற நிலைக்கு வருகிறோம். ஐன்ஸ்டைனின் கோட்பாட்டின்படி வெளியும் நேரமும் ஒன்றே என்கிற முடிவை இயற்பியல் எப்போதோ ஏற்றுக் கொண்டுவிட்டது.

அப்படி என்றால் குவாண்டம் உலகிலும் அப்படி இருக்கக் கூடாதா என்ன (quantum spacetime)? தவிர, அந்த உலகில் குவாண்டம் ஈர்ப்பு விசையும் (quantum gravity) ஒரு அங்கமாய் இருக்க வேண்டுமே?

குவாண்டாவா? ஈர்ப்பு விசையா? இன்றைய இயற்பியலாளர்கள் ஆளுக்காள் மோதிக்கொள்ளும் கோதா இது தான்.

நூலாசிரியர் மாட்வெய் ப்ரான்ட்ஸ்டைன் (Matvei Bronstein) என்கிற இளவயது ரஷ்ய இயற்பியலாளரை மிகவும் வாஞ்சையோடு குறிப்பிடுகிறார். காரணம் : அவரின் மேதைமை. ப்ரான்ட்ஸ்டைன் தனக்குத் தானே கேட்டுக் கொண்ட கேள்வி : மிக மிக சின்ன ஒரு புள்ளி அளவு பரிமாணத்தைப் பார்க்கிறேன் என்றால் என்ன நடக்கும்?

அது அணுவின் எலெக்ட்ரான் ஆகத்தான் இருக்க முடியும். யாராவது கூர்ந்து நோக்க, நோக்க அது இன்னும் அதி வேகத்தோடு பாய்ந்து தப்பிவிட நினைக்கும். (குவாண்டம் உலகின் ஒரு வினோத நிகழ்வு இது. எலெக்ட்ரான் என்பது தன்னை யாராவது பார்க்கிறார்கள் என்று தெரிந்தால் தன் பண்புகளையே மாற்றிக் கொள்கிறது. ஏன் அப்படி? யாருக்கும் தெரியாது. இது சோதனைகள் மூலம் உறுதி செய்யப் பட்டிருக்கிறது.)

ஐன்ஸ்டைனின் கோட்பாட்டின்படி வேகம் அதிகரிக்கும்போது சக்தியும் கூடுகிறது. சக்தி பெருகப் பெருக அது வெளியை வளைக்கிறது. இன்னும் பிரமாண்டமாய்ப் பெருகினால் வெளி வளைந்து வளைந்து ஒரு புள்ளியாய் மாறுகிறது. ஒரு கருந்துளை உருவாகிறது.

ஆகவே வெளி என்பதற்கு ஒரு வரம்பு இருக்கிறது. அந்த வரம்பைத் தாண்டினால் வெளி இருக்காது. கருந்துளையின் ஆரம்பம் அது. கருந்துளையின் உள்ளே எதுவுமே இல்லை. வெளி, சக்தி, ஒளி, இடம் , காலம், பொருள் எதுவுமே இல்லை. எனவே வெளி என்பதன் வரம்பு எதுவாக இருக்கும்?

ப்ரான்ட்ஸ்டைன் அந்த எல்லையைக் கணித்தார் என்பது முக்கிய செய்தி. ஆகவே ஒரு எலெக்ட்ரான் எவ்வளவு தான் சக்தி கொண்டு அணுவின் கருவுக்குள் நுழைய முயன்றாலும் அந்த வரம்பு எல்லையை நெருங்கும்போது அணுக்கரு அதை முழு வீச்சுடன் எகிறித் தள்ளிவிடுகிறது.

அணுக்கருவில் இருக்கும் ப்ரோட்டான்கள் (protons) நேர்மறை மின்னேற்றம் (positive charge) கொண்டவை. எலெக்ட்ரான்களோ எதிர்மறை மின்னேற்றம் (negative charge) கொண்டவை. இரண்டும் ஒன்றை ஒன்று கவரும் தன்மைகள் கொண்டவை. நாம் அறிந்த விஷயம் இது.

ஏன் எலெக்ட்ரான்கள் அணுக்கருவை சுற்றிக் கொண்டே இருக்கவேண்டும்? ஒரு கட்டத்தில் ஒன்றோடு ஒன்று சேர்ந்து மின்னேற்றங்களை இழந்து ஓர் நியூட்ரான் அணுவாக ஆகிப் போகாமல் ஏன் சுழன்றுகொண்டே இருக்கின்றன?

இயற்கை போட்டு வைத்திருக்கும் இந்த வேலி தான் எலக்ட்ரான்களை சுழன்று கொண்டே இருக்க வைக்கின்றன. ப்ரோட்டான்களை அப்படியே இருக்க விட்டு வைத்திருக்கின்றன. அணுக்களால் ஆன இந்தப் பிரபஞ்சத்தை அப்படியே விட்டு வைத்திருக்கின்றன.

இல்லாவிட்டால் பிரபஞ்சம் எப்போதோ முடிவுக்கு வந்திருக்கும். பூமி இருந்திருக்காது. நிலவு இருந்திருக்காது. பூக்கள் மலர்ந்திருக்காது. நாமும் இருந்திருக்க மாட்டோம்.

(அடுத்த கட்டம் போகும் முன்னே நாலாவது கேள்வி : ப்ரான்ட்ஸ்டைனை சுட்டுக் கொல்லும்படி அன்றைய ரஷ்ய அதிபர் ஸ்டாலின் ஏன் உத்தரவு போட்டார்?)

குவாண்டம் உலகின் இயற்பியல்

ஐன்ஸ்டைனின் சார்புநிலைக் கோட்பாட்டின்படி, பிரபஞ்சம் சிறு துகள்களால் ஆனது. Loop Theory சொல்வதும் அது தான். அதாவது அணுக்கருக்களின் கூட்டம் (அல்லது திரள்) தான் வெளி என்பதை உருவாக்குகின்றன.

மின்காந்த சக்தித் துகள்களை (குவாண்டா போட்டோன்கள்) என்கிறோம். அது போல ஈர்ப்பு சக்தித் துகள்கள் (குவாண்டா ஈர்ப்பு) இந்த அணுக்கருக்களாய் இருக்கின்றன. இவை அருகருகே அமைந்திருக்கின்றன. இவைகளின் தொடர்பால் அல்லது எதிர்வினைகளால் பிரபஞ்சம் தோன்றுகிறது.

பிரபஞ்சத்தின் நிகழ்வுகளை நேரம் அல்லது காலம் என்று அளவிடுகிறோம். இது பேதைமை என்கிறது இயற்பியல்.

ஹைசன்பெர்க் சொன்ன உருவம் + விளக்குக் கம்பம் உதாரணத்தை எடுத்துக் கொள்வோம். நாம் முதலில் ஒரு உருவத்தைக் காண்கிறோம். பிறகு இரண்டாம் தடவை காண்கிறோம். நடுவில் நடந்தவை என்ன? முதல் காட்சிக்கும் இரண்டாவது காட்சிக்கும் இடையில் நடக்கக் கூடிய சாத்தியக் கூறுகளைக் கற்பனை செய்து ஒவ்வொரு நிலையையும் ஒவ்வொன்றாய் கூட்டல் கணக்குப் போடுகிறோம். இதை நேரம் என்று சொல்லிக் கொள்கிறோம். இது ஒரு மயக்கம்.

இந்த உலகம் என்பது குவாண்டம் வீச்சுகளால் ஆனது. இது வெளி/நேரம் என்கிற பரிமாணத்தில் அடங்கியதல்ல. ஒவ்வொன்றும் தனித் தனியானவை. தனித் தன்மை கொண்டவை. அதே சமயம் இந்தப் புலங்கள் ஒன்றின் மேல் ஒன்றாய்ப் படர்ந்திருக்கின்றன. வீச்சுகளின் மேல் தவழும் வீச்சுகள்.

குவாண்டம் ஈர்ப்பு வீச்சுகளின் அளவு பிரம்மாண்டமாய்ப் பெருகிக் காட்சியளிப்பதால் நம்முடைய ஐந்து புலன்களால் எது, என்ன என்று கண்டுபிடிக்க முடியாமல் திணறும் போது நம் மூளை எல்லாவற்றையும் தோராயமாய் ஒரு கணக்குப் போடுகிறது. அதாவது ஒரு சராசரி நிலைப்பாட்டை எடுக்கிறது.

ஆங்! அப்டியா? பதட்டம் இல்லாத ஒரு மனோநிலைக்கு வந்து சேர்கிறோம். நிகழ்வுகளை சர்வசாதாரணமாய் எடுத்துக் கொள்கிறோம். ஆகவே கண்ணில் காணும் காட்சிகள் யாவும் வெறும் தோராயமான சராசரி ஊகங்களே தவிர வேறு ஏதும் இல்லை.

இப்படி தனித் தனியாய் சுதந்திரமாய் இயங்கும் ஆனால் மாற்றம் அடைந்து கொண்டே இருக்கும் குவாண்டம் பண்புகளின் வீச்சை Covariant Quantum Fields என்று அழைக்கிறார் நூலாசிரியர்.

பேரண்ட வெடிப்பின் பின்னே இயற்பியல்

குவாண்டம் என்கிற சின்னஞ் சிறிய நுண்ணிய உலகத்தில் இருந்து பேரண்டத்தின் நிலைக்கு அடுத்து வருகிறோம். Big Bang என்று இயற்பியலில் சொல்லப்படும் இந்தப் பிரபஞ்சத்தின் துவக்கம் எப்படி நிகழ்ந்திருக்கும்?

முன்பு சொன்னது போல் எலெக்ட்ரான் அணுக்கருவுக்குள் நுழைந்து விட முடியாதபடி இயற்கை வழிவகை செய்திருக்கிறது. எலெக்ட்ரான் குவாண்டம் பண்புகள் கொண்டது. அது எந்தப் பாதையில் நகரும் என்று சொல்லவே முடியாது.

அது அணுக்கருவுக்குள் புகுந்து விட எத்துணை சக்தி கொண்டு முயல்கிறதோ அதை விட அதிக சக்தி மூலம் அது வெளியே தள்ளப் படுகிறது. அதாவது அணுவின் கன பரிமாணம் அதிகரிக்கிறது. வெளி விரிவடைகிறது.

பேரண்ட வெடிப்பின் பின்னர் பிரபஞ்சம் விரிவடைகிறது என்று நிரூபித்தாயிற்று. எலெக்ட்ரானின் விரிவடையும் தன்மையை இதோடு ஒப்பிட்டால் என்ன? புதிய கோணத்தில் பார்க்கிறார் நூலாசிரியர்.

குவாண்டம் இயக்க விதிகளின் படி ஒரு எலெக்ட்ரான் அணுக்கருவை நெருங்க நெருங்க, அது துகள் என்கிற நிலையில் இருந்து மாற்றம் அடைகிறது. அங்கே சாத்தியக் கூறுகள் (probabilities – நிகழ்தகவுகள்) மட்டுமே இருக்கின்றன. இந்த சாத்தியக் கூறுகளின் கூட்டத்தை ஒரு மேகம் போல் நினைத்துக் கொள்ளலாம்.

ஆகவே முன்னைய பிரபஞ்சம் துவக்கத்தில் சுருங்க ஆரம்பித்த பிரபஞ்சம். இன்னும் சொல்லப் போனால் குவாண்டம் பண்புகளின் ஊடாக நிலை மாற்றங்கள் அடைந்து (அங்கே வெளி, நேரம் என்று எதுவும் இருந்திருக்காது. இருந்தால் அவை வெறும் சாத்தியக் கூறுகள் மட்டுமே – நிச்சயமற்ற நிலை.) சுருங்கிக் கொண்டே போயிருக்க வேண்டும் .

எலெக்ட்ரானின் வரம்பு போல் முன்னைய பிரபஞ்சம் ஓர் நெருக்கடி நிலையை (critical state) எட்டிய அந்தக் கணத்தில் இருந்து (Big Bang Moment) பிரபஞ்சம் விரிவடைய ஆரம்பித்திருக்க வேண்டும் என்று தன் கருத்தை முன் வைக்கிறார் அவர்.

அவரின் வாதத்துக்கு சான்றுகள் உண்டா? நூலாசிரியரே கேட்டுக் கொள்கிறார். பதிலும் வருகிறது. ஏன் உள்ளுணர்வு இருக்கக் கூடாதா?

கோபர்நிக்கஸ், மற்றும் நியூட்டன் துவங்கி ஐன்ஸ்டைன் வரை அவர்களின் கோட்பாடுகள் சரி என்று பரிசோதனைகள் மூலம் நிரூபிக்கும் வரை காத்துக் கொண்டிருந்தார்களா?

கருந்துளைகள் பிரபஞ்சத்தில் கண்டுபிடிக்கப் பட்டிருக்கின்றன. தெரிந்ததே. நூலாசிரியரின் அடுத்த ஊகம் : குவாண்டம் உலகில் கூட கருந்துளைகள் இருக்கலாமே.

இனி அவர் String Theory ஆதரவாளர்களை ஒரு பிடி பிடிக்க ஆரம்பிக்கிறார். அறிவியலாளர்கள் எப்போதும் ஒரே மாதிரி யோசிப்பதில்லை. எதிர் எதிரான சிந்தனைகளின் மோதல்களால் தான் அறிவியலே வளர்கிறது. இதில் மாற்றுக் கருத்தே இல்லை.

(ஆறாவது கேள்வி : நூலாசிரியர் ஏன் String Theory கோட்பாட்டில் தவறுகள் இருக்கின்றன என்கிறார்?)

கேள்விகள் இன்னும் இருக்கின்றன. நூலாசிரியர், கார்லோ ராவெல்லிக்கு பிரபலம் தந்த நூல் இது அல்ல. அவரின் இரண்டாவது புத்தகமான Seven Brief Lessons on Physics வெளிவந்தது தான் தாமதம், பிரபலங்களின் வரிசையில் அவரும் வந்துவிட்டார். அதை 41 மொழிகளில் மொழி பெயர்த்திருப்பது இன்னோர் தகவல்.

கொஞ்ச நாள் முன்பு கடவுளின் துகளைக் (Higgs particle) கண்டுபிடித்து விட்டார்கள். ஆகா ஓகோ என்று பத்திரிகைக்காரர்கள் ஆடியதைக் குறிப்பிட்டு கிண்டல் செய்கிறார் அவர். இது String Theory கட்சி இயற்பியலாளர்கள் மிகைப்படுத்தி அறிவித்த விஷயம். இயற்பியலில் கடவுள் எங்கிருந்தய்யா வந்தார்? கேட்கிறார் அவர்.

அடுத்த தொடரில் இந்த எதிர்க்கட்சி ஆட்களின் கருத்துக்களையும் எழுத இருக்கிறேன். பிறகு இரண்டையும் ஒப்பீடு செய்து அதற்கடுத்த தொடரில் எழுத யோசனை இருக்கிறது.

இந்தக் கட்டுரையில் குறிப்பிட்டிருந்த கேள்விகளுக்குப் பதில் நூலில் இருக்கிறது. அது மட்டுமல்ல, இன்னும் எத்தனையோ சுவை நிரம்பிய சம்பவங்களையும் அங்கங்கே தொட்டுக் கொண்டே செல்கிறார் அவர். நூல் பற்றி மூன்றே மூன்று சொற்களில் சொல்லி முடிக்கட்டுமா?

சிந்திக்க வைக்கிறார் கார்லோ.