காலை எட்டு மணி. வீட்டில் காலை உணவு இன்னும் தயாராகவில்லை. அப்போது தெருவில் 'இடியாப்பம்' என்கிற ஆபத்பாந்தக் குரல், காதுகளில் பாய்கிறது. கூடவே, உங்கள் கனவை கலைக்கும் விதமாக, படுவேகமாகப் போகும் இடியாப்பக்காரரின் இருசக்கர வாகனச் சத்தமும் கேட்கிறது.
அப்போது உங்கள் மனம், அவசர அவசரமாக, 'மணிக்கு, 20 கி.மீ., வேகத்தில், போகும் இடியாப்பக்காரர். இப்போது நம் தெருவில், எந்த வீட்டுக்கு முன் இருப்பார்' எனக் கணக்குப் போடும். ஆனால், நீங்கள் கணக்கிட்டு முடிக்கும்போது, அவர் அந்த குறிப்பிட்ட வீட்டை ‘சர்ர்’ என்று கடந்துவிடுவார்.
அவரின் ‘வேகத்தை’ கணக்கிடத் தெரிந்த உங்களுக்கு, அவர் இருக்கும் ‘இடத்தை’ துல்லியமாகக் கணக்கிடத் தெரிந்திருக்காது. மறுநாள், எப்படியாவது இடியாப்பத்தை வாங்கிவிட வேண்டுமென, தெருவின் நடுவில் இடியாப்பக்காரரை, மறித்து வெற்றிகரமாக இடியாப்பமும் வாங்கி விடுகிறீர்கள். இப்போது இடியாப்பக்காரர் எங்கிருக்கிறார் எனத் தெரியும். ஆனால், அவர் வாகனத்தின் ‘வேகம்’, ஜீரோவாக இருக்கும்.
ஹைசன்பெர்க் கொள்கை
இப்போது இடியாப்பக்காரருக்கு பதில், ஒரு எலெக்ட் ரானை எடுத்துக்கொள்வோம். ஒரு எலெக்ட்ரான் எங்கே இருக்கிறது (Position) என்பதைத் துல்லியமாக அளவிட முயன்றால், அது எவ்வளவு ‘வேகமாக' (Momentum) செல்கிறது என்பது தெரியாது.
அதன் வேகத்தைத் துல்லியமாக அளவிட முயன்றால், அதன் இருப்பிடம் துல்லியமாகத் தெரியாது. அணுவுலகில் ஒரு எலெக்ட்ரானின் இருப்பிடத்தையும் அதன் இயக்க வேகத்தையும் பிரதிநிதித்துவப்படுத்தும் உந்துதலையும் ஒரே நேரத்தில் துல்லியமாக அறிய முடியாது. இதுவே குவாண்டம் உலகின் ‘ஹைசன் பெர்க்கின் நிச்சயமற்ற கொள்கை' (Heisenberg uncertainty Principle).
நியூட்டன் கணிப்பு
இடியாப்பக்காரரின் உதாரணம், ஒரு புரிதலுக்கான எளிய ஒப்பீடே. நிஜ உலகில், இருசக்கர வாகனத்தின் வேகத்தையும், அதன் இடத்தையும் (Position) ஒரே நேரத்தில் துல்லியமாக அளவிடலாம்.
ஒரு பந்தை உதைத்தால், எவ்வளவு தூரம் போகும், குளத்தில் கல்லெறிந்தால் ஏற்படும் அதிர்வலைகள் எவ்வளவு பரப்பளவுக்கு விரியும் என்பதையெல்லாம் கணக்கிட, நியூட்டனிய இயற்பியலில் சமன்பாடுகள் இருக்கின்றன. ஒரு பொருளின் இடம், வேகம் ஆகியவை தெரிந்தால், மிகத் துல்லியமாகக் கணித்துவிட முடியும். ஆனால், அணுவுலகில், ஒரு எலெக்ட்ரானின் இடமும் வேகமும் ஒரே நேரத்தில் தெரியாது, ஏன்?
அணு உலகின் கண்ணாமூச்சி
ஒரு எலெக்ட்ரான் இருக்கும் இடத்தைப் பார்க்க, நாம் அதன் மேல் ஒளியைச் செலுத்தினால், ஒளித்துகளான ‘போட்டான்’ (Photon), மிகக்குறைந்த நிறையுள்ள அந்த எலெக்ட்ரான் மீது மோதும். அப்போது, ‘போட்டான்’, ஒரு கேரம்-காயின் மீது ஸ்ட்ரைக்கர் மோதுவதுபோல, எலெக்ட்ரானின் இயக்க வேகத்தை மாற்றிவிடும்.
சரி, எலெக்ட்ரானின் வேகத்தை மாற்றாத அளவுக்கு, ‘ஆற்றல் குறைந்த', போட்டானைப் பயன்படுத்தினால், அந்த ஒளியால் எலெக்ட்ரான் எங்கே இருக்கிறது, என்பதைத் துல்லியமாகக் காட்ட முடியாது. அது மங்கலாகவே தெரியும். ஆக, எலெக்ட்ரானின் இடத்தைத் துல்லியமாகப் பார்க்க முயன்றால், அதன் வேகம் மாறிவிடுகிறது. வேகத்தைக் கணிக்க முயன்றால் அதன் இருப்பிடம் மங்கலாகிவிடுகிறது. இந்த ‘நிச்சயமற்ற தன்மை’ என்பது, இயற்கையின் விதி.
ஷ்ரோடிங்கரின் புரட்சி
இதோடு அறிவியல் அப்படியே நின்றுவிடவில்லை. எர்வின் ஷ்ரோடிங்கர், இதற்கு ஒரு தீர்வை அளித்தார். எலெக்ட்ரான் எந்த இடத்தில் இருக்கிறது என்பதை 100% துல்லியமாகச் சொல்லமுடியாமல் போனாலும், அது எந்தெந்த இடங்களில் இருக்கக்கூடும் என்கிற சாத்தியங்களை ஓர் அலையாக (Ψ-Psi) வரையறுத்தார். அந்தக் கணத்தில்தான், இயற்பியல் மாபெரும் புரட்சியை நிகழ்த்தியது. ஆம், ‘சர்வ நிச்சயம்’ என்கிற நிலை மாறி, நிகழ்தகவு (Probability) என்றொரு, நிச்சயமற்ற உலகுக்குள் இயற்பியல் நுழைந்தது.
நிகழ்தகவு மேகங்கள்
ஷ்ரோடிங்கர் சமன்பாட்டைப் பயன்படுத்தி, அணுவில் எலெக்ட்ரான் இருக்கக்கூடிய சாத்தியமான பகுதிகளைக் கணக்கிடலாம். அந்தப் பகுதிகளையே ‘ஆர்பிட்டல்’கள் அல்லது ‘நிகழ்தகவு மேகங்கள்’ (Probability-Clouds) என அழைக்கின்றனர். அடர்த்தியான மேகங்களில் எலெக்ட்ரான் இருக்கும் சாத்தியம் அதிகமாகவும், மெல்லிய மேகங்களில் சாத்தியம் குறைவாகவும் இருக்கும்.
நுண்ணுலகின் நிச்சயமற்ற தன்மையையும், நிகழ்தகவு இயல்பையும், அறிவியலாளர்கள் சரியாகப் புரிந்துகொண்டதால்தான், மின்னணுப் புரட்சியைச் சாத்தியப்படுத்த முடிந்தது. எலெக்ட்ரான்களை அலைகளாக அணுகி, நிகழ்தகவு உலகத்தைத் திறந்ததால்தான், டிரான்சிஸ்டர்களைச் சுருக்கி, இன்றைய அதிவேக திறன்பேசிகள் முதல் குவாண்டம் கணினிகள்வரை உருவாக்கமுடிந்தது.
(தொடர்ந்து தேடுவோம்)
- கட்டுரையாளர்: மென்பொறியியல் தொழில் முனைவோர், அறிவியல் எழுத்தாளர்; தொடர்புக்கு: sujaaphoenix@gmail.com