ஒளியின் நண்பன்

தேசிய அறிவியல் தினம்: பிப் 28

‘உயிர் வாழ்வதற்கு நீர் ஆதாரமாக உள்ளது’ என்று பொதுப்படையாகச் சொல்வோம். ஆனால், அறிவியல் இப்படி மேலோட்டமாக எதையும்அணுகுவது இல்லை. இந்த நீருக்கு ஆதாரமாக இருப்பது எது? இந்தக் கேள்விக்குப் பதிலை, பல நூறு ஆண்டுகள் தீவிரத் தேடலுக்குப் பின்பு 18-ம்நூற்றாண்டில், நீர் ஒரு சேர்மம் என்றும் அதில் இரண்டு பங்கு ஹைட்ரஜனும்,ஒரு பங்கு ஆக்ஸிஜனும் உள்ளது என்றும் கண்டறிந்தனர். ஆனால் ஹைட்ரஜனும் ஆக்ஸிஜனும் எந்த வரிசையில் என்ன வடிவத்தில் அமைந்துள்ளன என்பது 20-ம் நூற்றாண்டு வரை ஒரு புதிராகவே இருந்தது.

உதாரணமாக, H2O என்ற நீர் மூலக்கூறு H-H-O, H-O-H என்ற நேர்க்கோட்டு வரிசையில் அமைந்துள்ளதா? அல்லது ஒரு குறிப்பிட்ட கோணத்தில் வளைந்தபடி இருக்கிறதா என்பதை நாம் எப்படித் தெரிந்துகொள்வது? ஒரு சிறிய எறும்பை விட 1 லட்சம் மடங்கு சிறியதாக இருக்கும் நீர்மூலக்கூறின் வடிவத்தைக் கண்களால் பார்த்தோ, கைகளால் தொட்டோ அறிந்துகொள்ள முடியாது. சரி, நுண்ணோக்கியாலாவது பார்க்கலாம் என்றால் அதன் மூலம், எறும்பைவிட 1,000 மடங்கு சிறிய பொருளை மட்டுதான் பார்க்க முடியும்.

சிறிய பொருட்களின் வடிவத்தை ஆராய, ஒரு சிறிய பொருள் தேவை. எலக்ட்ரானைப் போன்றது ஒளித்துகளும் (ஃபோட்டான்). அதனைக் கொண்டு நீரின் வடிவத்தைக் கண்டறிய முடியும்.

சூரியனிலிருந்தும் விளக்கிலிருந்தும் வரும் ஒளி அடிப்படையில் சிறிய துகள்களாகத்தான் தொடர்ந்துவருகிறது (இது அலையாகவும் வருகிறது. ஒளியின் இந்த இரட்டைப் பண்பை மாக்ஸ் பிளாங்க் கண்டுபிடித்தார்). அது ஒளித்துகள் என அழைக்கப்படுகிறது. இந்த ஒளித்துகள்கள் ஏறக்குறைய அதே அளவு பரிமாணம் கொண்ட மற்றொரு துகளின் மீது மோதி அதனை நகர்த்த முயற்சிக்கிறது. சில நேரங்களில் நகர்த்தியும் விடுகிறது. ஒளியின் இந்தப் பண்பை 1905 ல் ஐன்ஸ்டைன் கண்டறிந்தார்.

இப்போது நமது பிரச்சினைக்கு ஒரு தீர்வு எட்டியிருக்கிறது. ஒளித்துகள்கள் எனும் ஃபோட்டான்களைக் கொண்டு நாம் நீர் மூலக்கூறுகளின் வடிவத்தை அறிந்துகொள்ள முயற்சிக்கலாம் இல்லையா! ஆனால், அதை எப்படிச் செய்வது?

பச்சை நிற ஒளியை நீர்வழியாகச் செலுத்தும்போது பச்சை ஒளித்துகள்கள் நீர் மூலக்கூறுடன் மோதுகின்றன. பொதுவாக, மோதல் நடைபெறும்போது, மோதும் பொருளின் ஆற்றல் குறைந்துவிடும். ஆகையால் நீரை விட்டு வெளியே வரும் ஒளி சிவப்பு நிறமாக இருக்கும். நீர் மூலக்கூறுகளின் இடையே நிறைய இடைவெளி இருப்பதால் சில ஒளித்துகள்கள் எந்த வித மாறுதலுக்கும் உட்படாமல் பச்சை நிற ஒளியாகவே வெளியேறும். அதுதான் ஒளிச்சிதறல்.

ஆனால், சுமார் 90 ஆண்டுகளுக்கு முன்பு கொல்கத்தாவில் சர். சி.வி. ராமனும் அவரது இணைஆய்வாளர் கே.எஸ். கிருஷ்ணனும் செய்த ஆய்வுகளின் முடிவுகள் அனைவரையும் ஆச்சரியமடைய வைத்தன. ஒரு பழைய கட்டிடத்தில் இயங்கிவந்த இந்திய அறிவியல் வளர்ச்சி நிறுவனத்தில் வெறும் 250 ரூபாய்க்கு நிறமாலை மானியையும் சூரிய ஒளியையும், எளிதில் கிடைக்கும் நீர்மங்களான ஆல்கஹால், பென்சீன், கார்பன் டெட்ராகுளோரைடு ஆகியவற்றைக் கொண்டு இவர்கள் இதற்குத் தீர்வு கண்டார்கள். திரவங்களின் வழியாகச் சிதறலடைந்துவரும் ஒளி பச்சை நிறத்திலும், சிவப்பு நிறத்திலும் இருக்கும் என்பதை நாம் முன்னரே பார்த்தோம். ஆனால், ராமனின் ஆய்வில் ஒரு சில ஒளித்துகள்கள் நீல நிறமாக இருந்தன.

திரவங்களில் உள்ள மாசுக்களால் இந்த நீல நிறம் வந்திருக்கலாம் என்று நினைத்து, மிகவும் தூய்மையான திரவங்களில் இந்த ஆய்வைத் திரும்பவும் செய்தனர். அப்போதும் நீல நிற ஒளி தெளிவாகத் தொடர்ந்தது. சுமார் 1 லட்சம் ஒளித்துகளில் ஒன்றிரண்டில் ஏற்படும் மாற்றத்தைக் கண்டறிவது அவ்வளவு எளிதல்ல, கிட்டதட்ட 3 முதல் 4 வரை நாட்கள் தொடர்ந்து ஆய்வு செய்யும்போதுதான் இதைக் கண்டறிய முடியும். இந்தப் புது வகையான ஒளிச்சிதறல் இராமன் விளைவு என்று அழைக்கப்படுகிறது. 1928-ல் செய்யப்பட்ட இந்தக் கண்டுபிடிப்புக்காக ராமனுக்கு இயற்பியல் நோபல் பரிசு 1930-ல் வழங்கப்பட்டது.

இராமன் விளைவைக் கொண்டு மூலக்கூறுகளின் வடிவத்தை எளிதாகக் கண்டறியலாம். இது எப்படி என்பதை ராமன் எளிமையாக விளக்குகிறார்.

ஒருவர் டென்னிஸ் மட்டையை முன்னும் பின்னுமாக அசைத்துகொண்டே இருப்பதாகக் கருதுவோம், அதன் மீது ஒரு பந்தைக் குறிப்பிட்ட வேகத்தில் எறிவோம். என்ன நடக்கும்?

1. மட்டை பின்னோக்கி நகர்ந்து கொண்டிருக்கும்போது, பந்து அதன் மீது பட்டுத் திரும்புமென்றால், அது எறியப்பட்டதை விடக் குறைவான வேகத்திலேயே திரும்பும்.

2. ஒருவேளை அது முன்னோக்கியோ பின்னோக்கியோ நகராமல் நடுவில் இருந்தால் அது எறியப்பட்ட வேகத்திலேயே திரும்ப வரும்.

3. ஒருவேளை மட்டை முன்னோக்கி நகரும்போது பந்து பட்டுத் திரும்புமென்றால் பந்தின் வேகம் அது எறியப்பட்டபோது இருந்ததைவிட அதிகமாவே இருக்கும்.

இதிலிருந்து நாம் பந்தின் வேகத்தில் ஏற்படும் மாற்றத்திலிருந்து டென்னிஸ் மட்டையின் நிலையையும் அதன் ஆற்றலையும் அறிந்துகொள்ள முடியும். இப்போது டென்னிஸ் பந்துக்குப் பதிலாக ஒளித்துகளையும், மட்டைக்குப் பதிலாக நீர் மூலக்கூறையும் எடுத்துக்கொள்வோம். ஒளியின் நிறத்தில் ஏற்படும் மாற்றத்தைக் கொண்டு நீர் மூலக்கூறு எந்த ஆற்றல் நிலையில், என்ன வடிவில் அமைந்துள்ளது என்பதையும் எளிமையாக விளங்கிக்கொள்ள முடியும். இதுதான் ராமன் விளைவு, இதை உலகத்துக்கு ராமன் அறிவித்த நாளை (பிப்ரவரி 28) தேசிய அறிவியல் தினமாகக் கொண்டாடிவருகிறோம்.

அதுசரி, மூலக்கூறின் வடிவம் உண்மையாக எப்படி இருக்கும் என்று சொல்லவே இல்லையே? நீர் மூலக்கூறின் மையத்தில் ஆக்ஸிஜன் அணு இருக்க அதன் பக்கவாட்டில் இரண்டு ஹைட்ரஜன்அணுக்கள் 104.50 கோணத்தில் A வடிவில் அமைந்திருக்கும்.

- கட்டுரையாளர், பேராசிரியர் மற்றும் தமிழ்நாடு அறிவியல் இயக்கச் செயல்பாட்டாளர்,
சென்னை