முகப்பு விண்ணியல் ஈர்ப்பு அலைகள் என்றால் என்ன சார்?

ஈர்ப்பு அலைகள் என்றால் என்ன சார்?

48
0

LIGO ஆய்வு மையத்தைச் சேர்ந்த விஞ்ஞானிகள், ஈர்ப்பு அலைகளை கண்டறிந்துவிட்டதாக நேற்று உத்தியோகபூர்வமாக தகவல் வெளியிட்டனர். ஐன்ஸ்டீன் கூறிய பொதுச்சார்புக் கோட்பாட்டின் ஒரு அடிப்படை அம்சமான ஈர்ப்பு அலைகள் (gravitational waves) இதுவரை கண்டறியப்படாமலே இருந்தது குறிப்பிடத்தக்கது.

முதலில் இந்தக் கண்டுபிடிப்பை பற்றி நாம் விளங்கிக்கொள்வதற்கு ஈர்ப்பு அலைகள் என்றால் என்ன, அது ஏன் பிரபஞ்ச அறிவியலில் அவசியமாகிறது என்பதைப் புரிந்துகொள்ளவேண்டும். அப்போதுதான் இந்த LIGO எனப்படும் Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory, ஏன் ஒரு தசாப்தத்திற்கும் மேலாக இந்த ஈர்ப்பு அலைகளை கண்டறிய ஆய்வுகளை நடாத்தினர் என்று உங்களுக்குப் புரியும். ஆகவே முதலில் ஈர்ப்பு அலைகள் என்றால் என்ன என்று பார்க்கலாம் வாருங்கள்!

ஈர்ப்பு அலைகள் – பொதுச் சார்புக்க் கோட்பாட்டின் எச்சம்!

வெளி-நேரம் (space-time) என்ற கருத்துக்களை நான் பலமுறை தெளிவாக எழுதியிருக்கிறேன். அவற்றைப் படித்துவிட்டு இந்தக் கட்டுரையைத் தொடர்ந்தால் உங்களுக்கு இலகுவாகவும் தெளிவாகவும் விளங்கும். ஏற்கனவே இதில் பரிட்சியம் உள்ளவர்கள் மேற்கொண்டு தொடரலாம்.

[பிரபஞ்சத்தின் ரகசியமும், இயற்பியல் சிக்கல்களும்]

[பிரபஞ்சத்தின் வீதிக்காவலன் – ஒளி]

மழை பெய்து நீர் ஆங்காங்கே தேங்கி நிற்கும் நீர்க் குட்டைகளை நிச்சயம் நீங்கள் பார்த்திருப்பீர்கள், அதில் காகிதக்கப்பல் விட்ட நினைவுகள்கூட இருக்கலாம். அதில் கல்லெறிந்து பார்த்ததுண்டா? மிகத் தெளிவாக மழைவிட்ட பின்னர் இருக்கும் நீர்க்குட்டையில் ஒரு சிறு கல்லை எடுத்து எறிந்தவுடன் நீரில் கல் விழுந்த இடத்தில் இருந்து அலைகள் அப்படியே சுற்றி வட்ட வடிவமாக வெளிநோக்கிச் செல்லும். அழகாக பல அலைகள் உருவாகும். பார்ப்பதற்கு அழகாக இருக்கும் இந்த நீரலைகள் போலவே பிரபஞ்ச வெளியிலும் அலைகள் உருவாகின்றன. ஆனால் அவை நீரலைகளும் அல்ல, அவற்றை உருவாக்குவது சிறு கற்களும் அல்ல!

முதன் முதலில் வெளி (space), நேரம் (time) ஆகியவற்றை ஒன்று சேர்த்து கோட்பாட்டை உருவாகிய மாபெரும் அறிவியலாளர் ஆல்பர்ட் ஐன்ஸ்டீன், வெளி மற்றும் நேரம் என்பது தனித்தனியான வஸ்துக்கள் அல்ல என்றும், மாறாக அவை ஒன்றுடன் ஒன்று தொடர்புபட்ட ஒரே வஸ்து என்றும் அவரது கோட்பாட்டில் காட்டினார்.

அதாவது ஐன்ஸ்டனின் கூற்றுப்படி, மூன்று பரிமாணங்களால் ஆன வெளியும், நேரம் என்னும் ஒரு பரிமாணமும் சேர்ந்து இந்தப் பிரபஞ்சம் வெளி-நேரம் எனப்படும் நான்கு பரிமாணத்தால் ஆன ஒரு அமைப்பு ஆகும். இந்த அமைப்புக்கு சில பண்புகள் உண்டு. அவற்றையும் பொதுச் சார்புக் கோட்பாடு எமக்குச் சொல்கிறது.

சுருக்கமாக, இலகுவாக விளங்கிக்கொள்ள வேண்டும் என்றால், இப்படி சிந்தியுங்கள். இந்த வெளி-நேரத்தின் ஒரு பண்பு அது ஈர்ப்புவிசையால் கட்டுண்டுகிடக்கிறது என்று கூறலாம். அதாவது வெளி நேரம் ஒரு துணி அல்லது பஞ்சு மெத்தை மாதிரி. சிறிய உதாரணம் மூலம் இதனை விளக்கலாம்.

நல்ல தடிப்பான பஞ்சு மெத்தைகளை நீங்கள் பார்த்திருப்பீர்கள். நீங்கள் அதில் அமர்ந்தவுடன் அப்படியே உள்ளே சென்றுவிடுவீர்கள். அப்படியாக ஒரு பஞ்சு மெத்தையை கற்பனை செய்துகொள்ளுங்கள். தற்போது அதன் மத்தியில் பாரமான ஒரு பெரிய இரும்பு பந்து ஒன்றை வைப்பதாக எடுத்துக் கொண்டால், அந்த இரும்புப் பந்து அப்படியே அந்த பஞ்சு மெத்தையின் உள்ளே செல்லும் அல்லவா, தபோது பஞ்சு மெத்தையின் மேற்பரப்பு வடிவத்தைப் பார்த்தால், இரும்புப் பந்து இருக்கும் இடத்தைச் சுற்றிய பகுதி கொஞ்சம் அமிழ்ந்தது போலக் காணப்படும் அல்லது சரிவாகக் காணப்படும்.

main-qimg-5815ccec257e0bff4ce7ace3349ff1ff
திணிவினால் வளைந்திருக்கும் வெளி-நேரம்

தற்போது ஒரு சிறிய பந்தை, அல்லது கோலிக்குண்டு ஒன்றை அந்தப் பகுதியில் வைத்தால், மெத்தையின் மேற்பரப்பு சரிவு காரணமாக, அது பெரிய இரும்புப் பந்தை நோக்கிச் செல்லும். இதனை நீங்கள் அவதானிக்கமுடியும்.

இது! இதேதான் சூரியன் மற்றும் கோள்களிலும் நடக்கிறது. பெரிய இரும்புப் பந்தை சூரியன் என்று கொண்டால், சிறிய கோலிக்குண்டுகள் கோள்கள். நாம் மேலே பார்த்த பஞ்சு மெத்தை பரிசோதனை மூலம் நமக்குச் சில விடயங்கள் தெரியவருகிறது. அதாவது இதுவரை ஈர்ப்புவிசை என்றால் இரண்டு பொருட்களுக்கு தொடர்புபட்ட விடயம் என்று நாம் கருதியிருக்கலாம். அதாவது சூரியனின் ஈர்ப்புவிசை “கண்களுக்குத் தெரியாத கயிற்றைக்கொண்டு” பூமியை இழுக்கிறது என்று நீங்கள் எண்ணியிருக்கக்கூடும். ஆனால் உண்மை சற்று விசித்திரமானது. அதனைத்தான் ஐன்ஸ்டீன் தெளிவாக விளக்கினார்.

அதாவது, சூரியனின் திணிவு வெளி-நேரத்தை வளைக்கிறது; இரும்புப் பந்து பஞ்சு மெத்தையை அமர்த்தியது போல. வெளி நேரம் வளைந்திருப்பதால் அதில் பயணிக்கும் கோள்கள், நமது பூமி உட்பட, சூரியனைச் சுற்றி வருவதுபோல ஒரு மாயத்தோற்றம் உருவாகிறது! அதாவது சிறிய கோலிக்குண்டு இரும்புப் பந்தை நோக்கிச் சென்றது போல! ஆக மொத்தத்தில் திணிவு வெளி-நேரத்தை வளைக்கிறது அல்லது சிதைக்கிறது என்று கொள்ளலாம்.

அல்லது இன்னும் எளிமையாகச் சொல்லவேண்டும் என்றால், திணிவு வெளி-நேரத்தின் வடிவத்தில் செல்வாக்குச் செலுத்துகிறது. இந்த செல்வாக்கையே நாம் ஈர்ப்பு விசை என்கிறோம். ஆகவே ஈர்ப்புவிசை வெளி-நேரத்தில் செல்வாக்குச் செலுத்துகிறது என்றும் எடுத்துக்கொள்ளலாம்.

மீண்டும் நீர்க் குட்டை உதாரணத்திற்கே சென்றால், இங்கு கற்கள், திணிவான பொருட்கள் என்று எடுக்கலாம், நீர் தான் வெளி-நேரம். இப்போது வெளி நேரத்தில் (நீரில்) திடிரென ஒரு திணிவு (கல்) உள்ளே நுழையும் போது, வெளி நேரத்தில் அலைகள் (நீரலைகள்) உருவாகும். நீரில் அலைகள் உருவாவது போலவே! இதனைத்தான் நாம் ஈர்ப்பு அலைகள் என்கிறோம். இந்த அலைகளை கண்டறிவதன் மூலம் பொதுச் சார்புக் கோட்பாட்டின் உண்மைத்தன்மை அதிகரிப்பதுடன், அது கூறும் வேறு சில விடயங்களையும் எம்மால் சரிபார்த்துக்கொள்ள முடியும்.

இதனால் தான் ஈர்ப்பு அலைகளை கண்டறிவது பிரபஞ்ச அறிவியலுக்கு அவசியமாகியது.

ஈர்ப்பு அலைகளை கண்டறிவது எப்படி?

ஒன்றுக்கு மேற்பட்ட வழிகளில் இதனை கண்டறிய முடியும். LIGO எப்படி இதனைக் கண்டறிந்தது என்று பார்க்கலாம். நீர்க்குட்டையில் அலைகள் உருவாகும் விதத்தைப் பார்த்தல் அலைகளில் தாழி/முடி என்னும் அமைப்புக்கள் (அலைகள் உருவாகும் போது நீரின் மேற்பரப்பை விட அலைகள் உயரமாக காணப்படும் அல்லவா?) உருவாவதை நீங்கள் பார்த்திருப்பீர்கள். அல்லது பாடசாலையில் படித்திருக்கலாம். அதேபோல இந்த ஈர்ப்பு அலைகள் உருவாகும் போது இப்படியான அமைப்புக்கள் உருவாகின்றன. இவை வெளி-நேரத்தை ஒரு திசையில் விரிவடையச் செய்யும் அதேவேளை அதற்கு செங்குத்தான திசையில் சுருக்குகின்றது. தற்போது உங்களுக்கு ஏன் பஞ்சு அல்லது துணி போன்றவற்றைப் பயன்படுத்தி உதாரணம் கூறினேன் என்று விளங்கியிருக்கும்.

LIGO வின் கருவிகள் இந்த வெளி-நேரத்தின் “விரிவு” மற்றும் “சுருக்கத்தை” அளக்க முற்படுகின்றது. எப்படி இதனை அளக்கிறது என்பது சுவாரசியமான விடயம்.

லேசர் கற்றை ஒன்று முதலில் பிறப்பிக்கப்படும், அது பின்னர் இரண்டாக பிரிக்கப்பட்டு, ஒன்றுக் கொன்று செங்குத்தாக அனுப்பப்படும். இரண்டும் சமதூரம் சென்று அங்குள்ள கண்ணாடியில் பட்டு மீண்டும் ஒரு இடத்திற்கு வரும். தற்போது இரண்டும் பயணித்த தூரம் ஒன்று அல்லவா? ஆனால் மேலே நாம் பார்த்ததுபோல ஈர்ப்பு அலைகள், வெளி-நேரத்தின் அளவை ஒன்றுக்கொன்று செங்குத்தாக மாற்றமடையச் செய்கிறது. ஒரு திசையில் வெளி-நேரம் விரிவடைந்தால், மறுதிசையில் அது சுருங்குகிறது. ஆகவே ஈர்ப்பு அலைகள் இந்த லேசர் கற்றைகளினூடு கடக்கும் போது, இரண்டு கற்றைகளும் பயணிக்கும் தூரம் மாறுபடும், இந்த மாறுபாட்டை LIGO கருவி கண்டறியும்.

மிகவும் இலகு போல தோன்றும் இந்த பரிசோதனையில் ஒரு சிக்கல் இருக்கிறது. ஈர்ப்பு அலைகள் பயணிக்கும் போது லேசர் கற்றையின் தூரத்தில் ஏற்படும் மாறுபாடு அணுவின் கருவின் அளவில் 10000 இல் ஒரு பங்கு மட்டுமே! ஆம் அவளளவு சிறியது அது. ஆகவே இதனை மிகத்துல்லியமாக கண்டறிவது எவ்வளவு அவசியமோ அதே அளவு அவசியம் வேறு புறக்காரணிகளால் உருவாகும் தவறான முடிவுகளை தவிர்த்தலும் ஆகும்.

கடந்த பத்து வருடங்களாக இதற்காகத்தான் LIGO முயன்றுகொண்டு இருந்தது. நிலா அதிர்வுகளோ அல்லது வீதியில் செல்லும் வாகனங்களோ கூட இந்த LIGO நிலஅதிர்வுகள், வாகனங்கள் வீதியில் பயணிப்பதால் ஏற்படும் அதிர்வுகள் என்பன சென்சர்கள் தவறான அதிர்வுகளை உள்வாங்கிக்கொள்ள தொழிற்படக்காரணமாக அமைந்தது. காரணம் அவ்வளவு துல்லியமாக இது தொழிற்படவேண்டிய கட்டாயம் இந்த LIGO இற்கு உண்டு.

இதற்கு முன்னரும் சில பல தடவைகள் ஈர்ப்பு அலைகளை கண்டறிந்து விட்டதாக கருதி இறுதி நேரத்தில் அது வெறும் புறக்காரணிகளால் உருவான முரண்பாடு என்று தெரிந்து மீண்டும் மீண்டும் இவர்கள் தொடர்ந்து போராடி தற்போது இறுதியாக நிச்சயம் இது ஈர்ப்பு அலைகள் தன் என்று உறுதிப்படுத்திய பின்னர் தற்போது LIGO ஈர்ப்பு அலைகளை கண்டறிந்துவிட்டதாக தகவல் வெளியிட்டுள்ளது.

2104 செப்டெம்பர் மாதம் 14 இல் லூசியானாவில் உள்ள LIGO ஆய்வகத்தில் ஒரு சிக்னல் கிடைக்கப்பெறுகிறது. தொடர்ந்து ஏழு மில்லிசெக்கனுக்கு பிறகு வாசிங்க்டன் நகரில் உள்ள ஆய்வகத்தில் அதேபோல ஓர் சிக்னல் கிடைக்கிறது.

இந்த சிக்னல்கள் இரண்டு கருந்துளைகள் ஒன்றுடன் ஒன்று மொதுண்டால் எப்படியான ஈர்ப்பு அலைகள் தோன்றுமோ அதனை ஒத்ததாக இருந்தது குறிப்பிடத்தக்கது.

மோதும் கருந்துளைகள்

இரண்டு கருந்துளைகள் ஒன்றுக்கு ஒன்று மிக அருகில் வரும்போது, அது ஒன்றை ஒன்று சுற்றத்தொடங்கும். அப்படியாக சுற்றிக் கொஞ்சம் கொஞ்சமாக இவை ஒன்றுக்கொன்று அருகில் வரும். இப்படி ஒன்றுக்கொன்று அருகில் வர அவற்றின் சுற்றுகை வேகம் அதிகரிக்கும், இப்படியாக மிக அருகில் வந்து ஒரு செக்கனுக்கு பல நூறுமுறை ஒன்றையொன்று சுற்றும் அளவிற்கு இவற்றின் வேகம் அதிகரிக்கும்!

ligo
இரண்டு கருந்துளைகள் ஒன்றை ஒன்று சுற்றும் போது ஏற்படும் ஈர்ப்பு அலைகளின் வடிவம் காட்டப்பட்டுள்ளது. நன்றி: R. Hurt – Caltech/JPL

அப்படியாக அருகில் வந்து ஒரு கட்டத்தில் ஒன்றுடன் ஒன்று சேர்ந்து பெரிய கருந்துளை ஒன்றை உருவாக்கும். அப்படியாக அவை உருவாகும் போது அவை கோளவடிவமாக இருப்பதில்லை; மாறாக முரணான ஒரு வடிவத்தில் இருக்கும். ஆனால் காலப்போக்கில் அது கோளவடிவத்தைப் பெறும்.

இயற்பியல் விதிகளின் படி, இப்படியாக ஒன்று சேரும் இரண்டு கருந்துளைகள் ஒரு குறிப்பிட்ட அமைப்பில் ஈர்ப்பு அலைகளை உருவாக்கும். இந்த அலைகளின் அமைப்பை ஒத்த சிக்னல்களே கடந்த செப்டெம்பர் மாதம் கிடைக்கப்பெற்ற சிக்னல்கள் ஆகும்.

இந்த சிக்னல்கள் 1.3 பில்லியன் ஒளியாண்டுகளுக்கு அப்பால் ஒன்றாகச் சேர்ந்த கருந்துளையில் இருந்து வந்துள்ளது!

இங்கு ஈர்ப்பு அலைகள் கண்டறியப்பட்டது மட்டும் புதிய கண்டுபிடிப்பு அல்ல, இரட்டை கருந்துளைகள் கொண்ட தொகுதிகள் இந்தப் பிரபஞ்சத்தில் இருப்பதற்கு ஆதாரமும் கிடைத்துள்ளது.

சரி இந்த ஈர்ப்பு அலைகளை கண்டறிவதன் மூலம் நாம் தெரிந்துகொள்ள நினைக்கும் விடயம் என்ன?

ஈர்ப்பு அலைகள் ஐன்ஸ்டீனின் பொதுச் சார்புக்கோட்பாட்டின் ஒரு முக்கிய அம்சம். இதனை உறுதிப் படுத்துவதன் மூலம் பொதுச் சார்புக்கோட்பாட்டின் உண்மைத்தன்மை உறுதிப்படுத்தப்படும். மேலும் பிரபஞ்சம் தோன்றிய முறை மற்றும் பிரபஞ்சத்தின் வரலாற்றை தெளிவாக அறிய இது ஒரு புதிய உத்தியை எமக்குத் தரப்போகிறது.

மேலும் கருந்துளைகள் இருப்பதகான மற்றுமொரு ஆதாரமாக இதனைக் கொள்ளமுடியும்.

மேம்படுத்தப்பட்ட LIGO ஆய்வின் மூலமே இந்தக் கண்டுபிடிப்பு சாத்தியமாகியுள்ளது. 16 நாடுகளைச் சேர்ந்த 70 இற்கும் அதிகமான ஆய்வகங்கள் நூற்றுக்கும் மேற்பட்ட ஆய்வாளர்கள் சேர்ந்து நிகழ்த்திய ஒரு சாதனை இதுவாகும்.


 

மேலும் பல அறிவியல் தகவல்களுக்கு, பரிமாணத்தின் பேஸ்புக் பக்கத்தை லைக் செய்யுங்கள். தொடர்ந்து இணைந்து இருங்கள்.

https://www.facebook.com/parimaanam