குவாண்டம் சைஸில் ஒழிந்திருக்கும் மேலதிக பரிமாணங்கள்

0
241
பார்வைகள்

நமது பிரபஞ்சத்தில் நாமறிந்து மூன்று இடம் சார்ந்த பரிமாணங்கள் உண்டு – நீளம், அகலம், உயரம் என்று எம்மால் ஒரு இடத்தில் இருந்துகொண்டு அவதானிக்கலாம் இல்லையா? அடுத்ததாக நேரத்தையும் ஒரு பரிமாணமாக இயற்பியல் கருதுகிறது. எனவே எமது பிரபஞ்சத்தில் நான்கு பரிமாணங்கள் உண்டு; அல்லது நாமறிந்து நான்கு பரிமாணங்கள் உண்டு என்று சொல்லலாம். இதற்குக் காரணம் சில இயற்பியல் கோட்பாடுகள் எமது பிரபஞ்சத்தில் மூன்றுக்கும் அதிகமான இடம் சார்ந்த பரிமாணங்கள் இருக்கலாம் என்று கூறுகின்றன! அப்படியென்றால் அவை எங்கே?

மேலதிக பரிமாணங்களைப் பற்றிக் கூறும் கோட்பாடுகள் இந்தப் பரிமாணங்கள் மிக மிகச் சிறிய, அதாவது குவாண்டம் அளவில் இருக்கலாம் என்று கூறுகின்றன.

தற்போது இதனைப் பரிசோதனை செய்து பார்க்க ஜப்பான் ஆய்வாளர்கள் ஆய்வுகளை நடத்தியுள்ளனர். நானோ மீட்டார் அளவில் இந்த பரிமாணங்கள் இருக்கலாமா என்று நியுட்ரோன் கதிரைப் பயன்படுத்தி ஈர்ப்புவிசையை அது எப்படி நானோ மீட்டார் அளவில் பாதிக்கிறது என்று இவர்கள் ஆய்வுகளை மேற்கொண்டுள்ளனர்.

அதற்கு முதல் ஏன் ஈர்ப்புவிசை என்று பார்த்துவிடுவோம்.

Standard Model எனப்படும் துகள் இயற்பியலின் அடிப்படையில் இந்தப் பிரபஞ்சம் நான்கு அடிப்படை விசைகளால் ஆளப்படுகிறது. வலிகுறை இடைவினை (weak interaction / weak nuclear force), வலிய இடைவினை (strong interaction / force), மின்காந்த விசை, ஈர்ப்புவிசை என்பவை தான் அந்த நான்கும். இவற்றில் வலிகுறை இடைவினை, வலிய இடைவினை மற்றும் மின்காந்த விசை என்பன குவாண்டம் அளவிலும், அதனைவிடப் பெரிய அளவிலும் எப்படி தொழிற்படுகிறது என்று எம்மால் விளக்கும் படியாக கோட்பாடுகளை உருவாக்ககூடியதாக இருந்தது. ஆனால் இந்த ஈர்ப்புவிசை பெரும் தொலைவுகளில் எப்படி தொழிற்படுகிறது என்று நியுட்டன் அதன் பின்னர் ஐன்ஸ்டீன் ஆகியோர் விளக்கினாலும், மிக மிகச் சிறிய குவாண்டம் அளவில் அது எப்படி தொழிற்படுகிறது என்று எம்மால் இன்னும் சரியாக விளக்கும் அளவிற்கு சமன்பாடுகளை உருவாக்கமுடியவில்லை.

நியுட்டனின் ஈர்ப்புவிசைக் கோட்பாட்டை அடிப்படையாக கொண்டு பார்த்தால், இரண்டு பொருட்களின் திணிவு அதிகரிக்க அதிகரிக்க அவற்றுக்கு இடையிலான ஈர்ப்புவிசையின் அளவும் அதிகரிக்கும், அதேபோல இரண்டு பொருட்களுக்கு இடையிலான தூரம் அதிகரிக்க அவற்றுக்கிடையிலான ஈர்ப்புவிசையின் அளவும் குறைவடையும். மிகச்சிறிய அளவில் இதனைப் பரிசோதனை ரீதியாக மில்லிமீட்டர் அளவில் தான் அளந்து நிருபித்துள்ளனர் – குவாண்டம் அளவுடன் ஒப்பிடும் போது மில்லிமீட்டர் அளவு என்பதே மிகப் பெரியதுதான். சில குவாண்டம் ஈர்ப்புக் கோட்பாடுகள் இதனைவிடச் சிறிய குவாண்டம் அளவிற்கு செல்லும் போது நியுட்டனின் ஈர்ப்புவிசைக் கோட்பாடு முறிவடைந்துவிடும் என்று கணிக்கின்றன.

நான்கு அடிப்படை விசைகளில் ஈர்ப்புவிசையே மிகவும் பலவீனமான விசையாகும். இதற்குக்காரணம், ஈர்ப்புவிசைக்கு காரணமான துகள்களான gravitons (Standard Model அடிப்படையில்) ஏனைய பரிமாணங்களுக்குள் தப்பிச்சென்றுவிடுவதால் ஆகும் என சில இயற்பியலாளர்கள் கருதுகின்றனர். இப்படியான ஏனைய பரிமாணங்களுக்கு இதுவரை எந்தவிதமான பரிசோதனை ரீதியான ஆதாரங்களும் இல்லை எனினும், M-Theory எனும் ஒன்றிணைக்கும் கோட்பாடு, அதாவது இந்த அடிப்படை விசைகள் அனைத்தையும் ஒன்றிணைத்து ஒரே கோட்ப்பாட்டில் விளக்கும் முறை (இதனை theory of everything அல்லது Grand Unified Theory என்றும் அழைக்கின்றனர்.) நமது பிரபஞ்சம் 11 பரிமாணங்களால் ஆக்கப்பட்டுள்ளது என்று கூறுகிறது!

இப்படியான குழப்பம் நிறைந்த பரிமாணங்களை இலகுவாக விளங்கிக்கொள்ள பேராசிரியர் Matt Strassler பின்வரும் விளக்கத்தைக் தருகிறார்.

ஒரு பெரிய நீர்க் கால்வாயை எடுத்துக் கொள்ளுங்கள். அதில் இருக்கும் நீர் மூழ்கிக்கப்பல் நீரில் மேலே, கீழே, முன்னே மற்றும் பின்னே என்று மூன்று பரிமாணங்களில் செல்லமுடியும் இல்லையா? அதுவே சிறிய படகு ஒன்றை எடுத்துக்கொண்டால், அது நீரின் மேலே முன்னுக்கும் பின்னுக்கும் செல்லலாம், அல்லது கால்வாயின் ஒரு பக்க கரையில் இருந்து அடுத்த பக்க கரைக்கு செல்லலாம். எனவே சிறிய படகு இரண்டு பரிமாணங்களில் பயணிக்கலாம் என்று நாம் சொல்லலாம். அதேவேளை பெரிய கப்பல் ஒன்றை எடுத்துக்கொண்டால், அது சரியாக கால்வாயின் ஊடாக ஒரு வழியில் மட்டுமே செல்லமுடியும். இதனை நாம் ஒரு பரிமாணம் என்று எடுத்துக்கொள்ளலாம். மனிதர்களாகிய நாமும் இந்தக் கப்பலைப் போன்று பெரியவர்களே. அதானால் எம்மால் பார்க்கக் கூடிய பரிமாணத்தின் எண்ணிக்கை குறைவாக இருக்கிறது. எம்மைவிடச் சிறிய அளவில் செல்லும் போது, அதாவது குவாண்டம் அளவில் செல்லும் போது எம்மால் அவதானிக்கக்கூடியதாக இருக்கும் பரிமாணங்களை விடவும் ஏனைய பரிமாணங்கள் அங்கே இருப்பதை நாம் உணரலாம்.

எனவே, இப்படியான ஏனைய பரிமாணங்கள் மிகச்சிறிய அளவில், குறிப்பாக நானோமீட்டர் அளவில் ஒழிந்திருக்கிறதா என்று அறிந்துகொள்ள ஜப்பானைச் சேர்ந்த ஆய்வாளர்கள் பரிசோதனைகளை மேற்கொண்டுள்ளனர். இதற்கு இவர்கள் உலகிலேயே மிகச்சக்திவாய்ந்த நியுட்ரோன் கதிரை உருவாகும் ஜப்பான் ப்ரோடான் துகள்முடுக்கி ஆய்வ்கத்தைப் பயன்படுத்தயுள்ளனர் (Japan Proton Accelerator Research Complex / J-PARC).

இந்தப் பரிசோதனையின் போது, நியுட்ரோன் கதிர்த் துடிப்புகளை எக்ஸான் அல்லது ஹீலியம் போன்ற சடத்துவ வாயு நிரம்பிய அரை ஒன்றினுள் செலுத்திவிட்டு அந்த அறையை தாண்ட குறித்த நியுட்ரோன் கதிர்த் துடிப்புக்கு எவ்வளவு நேரமாகிறது என்றும் அந்தக் கதிர்த் துடிப்புகள் சிதறும் கோணங்களையும் அவதானிக்கின்றனர். நியுட்ரோன் ஏற்டமற்ற துணிக்கை என்பதால் மின்காந்தப் புலமோ அல்லது அது சார்ந்த பண்புகளோ இந்தப் பரிசோதனையைப் பாதிக்காது.

இந்தப் பரிசோதனையின் முடிவில் தெரியவந்தது என்னவென்றால், சப்நானோமீட்டர் அளவிலும், அதாவது 0.1 நானோமீட்டர் அளவைவிடச் சிறிய அளவிலும் நியுட்டனின் ஈர்ப்புவிசைக்கான விதி எந்தவொரு இடரும் இன்றி சரியாக தொழிற்படுகிறது என்பதே! அப்படியென்றால் இந்த சப்நானோமீட்டர் அளவில் கூட ஏனைய பரிமாணங்கள் இந்தப் பரிசோதனையை பாதிக்கவில்லை.

இதனால் ஏனைய பரிமாணங்கள் இல்லை என்ற முடிவுக்கு வந்துவிடமுடியாது. வேறு மாதிரி சிந்தித்துப் பார்த்தால், ஏனைய பரிமாணங்கள் நானோமீட்டர் அளவைவிடச் சிறியதாக இருக்கலாம் இல்லையா? எனவே மேற்குறிப்பிட்ட பரிசோதனையைச் செய்த விஞ்ஞானிகள், குறித்த பரிசோதனைக் கருவிகளின் துல்லியத்தன்மையை அதிகரித்து மீண்டும் இந்தப் பரிசோதனையைச் செய்துபார்க்க திட்டமிட்டுள்ளனர்.

தகவல்: Osaka University மற்றும் APS Physics

பின்னூட்டம் ஒன்றை இடவும்