இன்றைக்கு நவீன வாழ்க்கையை வடிவமைத்துள்ள இணையம், திறன்பேசி உள்ளிட்ட தொழில்நுட்பங்களுக்கு அடிப்படையாக அமைவது மின்காந்த அலைகள். இந்த அலைகளின் இயக்கம் குறித்த கணிதச் சமன்பாட்டை உருவாக்கியவர் ஜேம்ஸ் கிளார்க் மேக்ஸ்வெல்.
19ஆம் நூற்றாண்டின் ஆரம்பத் திலேயே மின்சாரம், காந்த ஆற்றல், ஒளி ஆகியவை குறித்த புரிதல் அறிவியலாளர்களுக்கு வந்துவிட்டது. ஆனால், அவை மூன்றும் தனித்தனியான விஷயங்கள் அல்ல; ஒன்றே என்று நிறுவியவர் மேக்ஸ்வெல்.
1820இல் டச்சு இயற்பியலாளர் ஹான்ஸ் கிறிஸ்டியன் ஆர்ஸ்டெட் இரும்புக் கம்பியில் மின்சாரத்தைப் பாய்ச்சியபோது, எதிரே இருந்த திசைக்காட்டி முள் அசைவதைக் கண்டார்.
திசைக்காட்டி என்பது காந்த ஆற்றலை அடிப்படையாகக் கொண்டு இயங்கும் கருவி அல்லவா? அதனால் மின்னூட்டம் காந்தப் புலனை உருவாக்குகிறது என்றார்.
இதைத் தொடர்ந்து வந்த மைக்கேல் ஃபாரடே, கம்பிச் சுருளில் காந்தத்தை நகர்த்தும்போது மின்னூட்டம் உருவாவதாகக் கூறினார்.
இதையடுத்து மின்தேக்கிகளோ (Batteries), வேறு ஆற்றலோ இல்லாமலேயே மின்சாரத்தை உருவாக்க முடியும் என்றார் ஃபாரடே. இவரின் மின்காந்த ஆற்றல் பற்றிய புரிதல் மின்சாரத் தந்தி (Telegraph) தொழில்நுட்பம் பிறக்க வழிவகுத்தது.
19ஆம் நூற்றாண்டில் பிரிட்டன் பேரரசு உலகின் பல நாடுகளைத் தனது கைகளுக்குள் வைத்திருந்தது. அந்நாடுகளில் இருக்கும் வளங்களைச் சுரண்டி எடுத்து உலகம் முழுவதும் வியாபாரம் செய்துவந்தது. இதற்கு எதிராகப் போராட்டங்களும் எழுந்தன.
எதிர்ப்புகளை அடக்கி வியாபாரத்தைக் கட்டுக்குள் வைத்துக்கொள்ள ராணுவம், வணிகம், நிர்வாகம் தொடர்பான பல முக்கிய முடிவுகளை எடுத்து லண்டனில் இருந்து தொலைதூர நாடுகளுக்குச் செய்தி அனுப்பும் தேவை ஏற்பட்டது. இதற்காகத் தந்தி தொழில்நுட்பத்தைப் பயன்படுத்த எண்ணியது பிரிட்டன்.
1850, 1860களில் கடலுக்கு அடியில் தந்தி அமைப்புகளை நிறுவத் தொடங்கியது பிரிட்டன். இந்தத் திட்டத்துக்கு டிரான்ஸ் அட்லாண்டிக் டெலிகிராப் கேபிள் என்று பெயர். ஆனால், இந்த ஏற்பாட்டில் அடிக்கடி பிரச்சினைகள் வந்தன.
இதைச் சரிசெய்ய மின்சாரத்தையும் காந்தத்தையும் பற்றி மேலும் அறிந்துகொள்ள வேண்டிய அவசியம் ஏற்பட்டது. இந்த வேளையில்தான் மேக்ஸ்வெல் கவனத்துக்கு வந்தார்.
மைக்கேல் ஃபாரடே மின்னூட்டத்தைக் கண்டறிந்த 1831ஆம் ஆண்டு மேக்ஸ்வெல் பிறந்தார். வளரும் பருவத்திலேயே அவருக்குக் கணிதத்தில் ஆர்வம் ஏற்பட்டது. 14 வயதில் வடிவக் கணிதம் பற்றிய தனது முதல் ஆய்வுக் கட்டுரையை வெளியிட்டார். பிறகு எடின்பர்க், கேம்பிரிட்ஜ் போன்ற புகழ்பெற்ற பல்கலைக்கழகங்களில் பயின்று மின்சாரத்தில் ஆய்வுசெய்யத் தொடங்கினார்.
19ஆம் நூற்றாண்டு மத்தியில் மின்னூட்டத்தின் பண்புகள் பற்றிப் பலவற்றை அறிவியலாளர்கள் அறிந்திருந்தனர். அதேபோல் மின்சாரத்தையும் காந்தசக்தியையும் தனித்தனியாக விளக்கும் கணித விதிகளையும் உருவாக்கிவிட்டனர்.
ஆனால், காந்தத்துக்கும் மின்சாரத்துக்கும் இடையேயுள்ள தொடர்பை ஒருங்கிணைக்கும் கோட்பாடு ஒன்று தேவைப்பட்டது. அதனை உருவாக்கியவர்தான் மேக்ஸ்வெல். அப்போது அறிவியலாளர்களிடம் நிலவிய பெரிய புதிர், மின்சாரமும் காந்த ஆற்றலும் வெளியின் (Space) ஊடே எப்படிப் பயணிக்கின்றன என்பதுதான்.
மின்சாரமும் காந்தமும் தொலைவிலிருந்தே நேரடியாகத் தாக்கம் செலுத்துகின்றன என்று பலர் கருதினர். எடுத்துக்காட்டாக, காந்தத்தை இரும்புக் கம்பியின் அருகே கொண்டுசென்றால் கம்பி உடனே நகரும் இல்லையா? காந்தத்துக்கும் கம்பிக்கும் நடுவே எதுவும் இல்லாதபோது காந்த ஆற்றல் தொலைதூரத்துக்குத் தாவுவதாலேயே செயல்படுகிறது என்றார் மேக்ஸ்வெல்.
ஆனால், ஃபாரடே இதனை ஒப்புக்கொள்ள வில்லை. காந்த ஆற்றலும் மின்னாற்றலும் ஏதுமற்ற வெளியில் தாவிச் செல்லாது என்றார். காந்தங்களையும் மின்னூட்டங்களையும் சுற்றி கண்ணுக்குத் தெரியாத மின்காந்தப் புலம் ஒன்று இருப்பதாகவும், இந்தப் புலம்தான் மின்சார ஆற்றலையும் காந்த ஆற்றலையும் ஓர் இடத்தில் இருந்து இன்னோர் இடத்துக்குக் கொண்டு செல்கிறது என்றார்.
எடுத்துக்காட்டாக, நாம் இரும்புத் துகள்களைக் காந்தத்தைச் சுற்றி வைக்கும்போது, அவை ஒரு குறிப்பிட்ட வடிவத்தில் திரளும் அல்லவா? இந்த வடிவம் ஏற்படுவதற்குக் காரணம், கண்ணுக்குத் தெரியாத ஏதோ ஒரு புலம் அமைந்திருக்கிறது என்றார்.
ஃபாரடே இவ்வாறு கூறினாலும் கணிதரீதியில் அவரால் நிறுவ முடியவில்லை. இந்த இடத்தில்தான் மேக்ஸ்வெலின் பங்களிப்பு தேவைப்பட்டது.
ஃபாரடே கூறியவற்றை ஏற்றுக்கொண்டு, அவற்றைக் கணிதத்தின் அடிப்படையில் நிறுவ முயன்றார் மேக்ஸ்வெல்.
வகை நுண்கணிதத்தின் (Differential Calculus) துணை கொண்டு பொருள்களுக்கு இடையேயுள்ள வெளியில் என்ன நடக்கிறது என்று விளக்கினார். இதேபோல் இன்னொரு விஷயத்திலும் மேக்ஸ்வெல் ஆர்வம் செலுத்தினார். அதுதான் ஒளி. அறிவியலாளர்கள் ஏற்கெனவே ஒளி பற்றிச் சில விஷயங்களை அறிந்திருந்தனர்.
ஒளி அலையைப் போல நகர்கிறது என்கிற புரிதல் மட்டும் அப்போது இருந்தது. மேக்ஸ்வெல் மின்காந்த ஆற்றலை ஆராய்ந்தபோது அவையும் ஒளியைப் போலவே அலை வடிவத்தில் நகர்கிறது என்றார்.
மேலும், வெளி முழுவதும் இந்த அலை பரவிக் கிடப்பதாகவும், இதனால் கம்பிகளில் மட்டுமல்லாமல் ஏதுமற்ற வெளியிலும் காற்றிலும்கூட மின்காந்த அலை பயணிக்கிறது என்றார்.
இதை வைத்து மின்காந்த ஆற்றலை விளக்கும் நான்கு கணிதச் சமன்பாடுகளை உருவாக்கினார். இதுவே மேக்ஸ்வெல் சமன்பாடுகள் என அறியப்படுகின்றன.
மின்காந்த அலைகள் பயணிக்கும் அதே வேகத்தில்தான் ஒளியும் பயணிக்கிறது என்பதை உறுதிசெய்து, ஒளியும் மின்காந்த அலைதான் என அறிவித்தார் மேக்ஸ்வெல்.
இவ்வாறு மின்சாரம், காந்தம், கண்ணுறு ஒளி (Visible Light) இவை மூன்றும் மின்காந்த அலைகள்தான் என்று கணிதச் சமன்பாட்டின் கீழ் ஒருங்கிணைத்தார் மேக்ஸ்வெல். 1865இல் மேக்ஸ்வெல் வெளியிட்ட கோட்பாடு 1888இல் உறுதியானது.
ஹைன்ரிக் ஹெர்ட்ஸ் சோதனைக்கூடத்தில் மின்காந்த அலையை உருவாக்கி மேக்ஸ்வெல்லின் சமன்பாடு சரி என்று நிறுவினார்.
இதைத் துணையாகக் கொண்டு முதல் செயற்கை ரேடியோ அலைகளையும் உருவாக்கினார். இவைதான் ரேடியோ தொழில்நுட்பம் உருவாக அடிப்படையாக அமைந்தது.
இன்றைக்கு நாம் பயன்படுத்தும் ரேடியோ அலைகள், மைக்ரோ அலைகள், அகச்சிவப்புக் கதிர்கள், புறஊதாக் கதிர்கள், எக்ஸ் கதிர்கள், காமா கதிர்கள் அனைத்தும் மின்காந்த நிறமாலையின் (Spectrum) ஒரு பகுதிதான், மின்காந்த அலைகளின் வெவ்வேறு அலைநீளங்கள், அதிர்வெண்கள்தான் என்று அறிகிறோம்.
இவற்றின் துணைகொண்டு தொலைத்தொடர்பு, மருத்துவம், பிற கோள்களில் உயிர்களைத் தேடும் ஆய்வுகள் எனப் பலவற்றைச் செய்கிறோம். இன்னும் சொல்லப்போனால் கண்ணுக்குத் தெரியாத மின்காந்த அலைகள்தான் அண்டத்தின் ரகசியங்களைத் திறக்கும் சாவியாக இருக்கின்றன என்பதுதான் உண்மை.
(திருப்புமுனையைக் காண்போம்)
- tnmaran25@gmail.com