பேரண்ட விரிவின் பேராச்சரியங்கள் - பகுதி 1

முன்னுரை:

'விகடன் இயர் புக் 2015’ (Vikatan Yearbook 2015) இல் வெளிவந்த இந்தக் கட்டுரை, கருந்துகள் (Dark Matter), கருஞ்சக்தி (Dark Energy) ஆகிய இரண்டையும் விரிவாக எடுத்துச் சொல்வதற்காக எழுதப்பட்டது. இவை இரண்டைப்பற்றியும் ஆரம்பத்திலிருந்து முழுமையாகப் புரிய வைக்க வேண்டுமென்பதனால், நான் முன்னரே பல கட்டுரைகளில் சொன்ன தகவல்களும் இதில் அடங்கியிருக்கின்றன. அதனால், 'ஏற்கனவே இதைப் படித்திருக்கிறேன்' என்ற உணர்வு உங்களுக்கு இடையிடை தோன்றலாம். ஆனால் கட்டுரையின் முழுமை கருதியே அவை இடம்பெறுகின்றன. மேலும், இந்தக் கட்டுரை மிக நீண்டதொரு கட்டுரை. அதை நீங்கள் தொடர்ச்சியாகப் படிப்பதற்குச் சிரமம் இருக்குமென்பதால், மூன்று பகுதிகளாகப் பிரித்து இங்கு பதிவிடுகிறேன். நன்றி.

-ராஜ்சிவா-

பேரண்ட விரிவின் பேராச்சரியங்கள் - பகுதி 1

உங்கள் உள்ளங்கையில் பொத்தி வைத்தபடி, சுருங்கிய நிலையில் ஒரு பலூன் இருக்கிறது. அதை எடுத்து ஊதுகிறீர்கள். நிறையக் காற்று ஊதக்கூடிய பலூனாக இருந்தாலும், ஓரளவு பெரிதாகிய பின்னர் ஊதுவதை நிறுத்திவிடுகிறீர்கள். அதற்குமேல் ஊதினால் வெடித்துவிடலாமென்ற பயம் காரணமாகவோ அல்லது ஊதிய பருமன் போதுமென்று நினைத்ததாலோ, ஊதுவதை நிறுத்திவிட்டிருப்பீர்கள். சரி, இப்போது அந்தப் பலூனுக்கு என்ன நடக்கும்? அந்தப் பலூன் அந்தப் பருமனிலேயே நிலையாக இருக்க வேண்டுமென்று நீங்கள் நினைத்தால், அதன் வாயை இறுக்கக் கட்டிவிடுவீர்கள். பலூனின் பருமன் மாறாமல் நிலையாக அப்படியே இருக்கும். இதுதான் வழமையும் கூட. ஆனால், இதைவிட வேறு இரண்டுவிதமான சம்பவங்களும் அந்தப் பலூனுக்கு நடக்கலாம். ஒன்று, அந்தப் பலூனை உங்களால் முடிந்தளவு ஊதிக்கொண்டே போவது. அது பருமனாகிப் பருமனாகி, ஒருநிலையில் காற்றின் அழுத்தம் தாங்க முடியாமல் வெடித்துச் சிதறும். இரண்டாவது, ஊதியது போதும் என்ற நிலையில் பலூனிலிருந்து வாயை எடுக்க, அதில் ஊதப்பட்ட காற்று, படிப்படியாக வெளியேறிச் சுருங்கியதொரு பலுனாகப் பழைய நிலைக்கு மாறும். இந்த மூன்று சம்பவங்களையும் கொண்ட செயற்பாடுகளைப் பலூன் உள்ளடக்கியிருக்கிறது. இதைப் பற்றிச் சொல்லும்போது, சிறுபிள்ளைத்தனமாக உங்களுக்குத் தோன்றலாம். ஆனால், விரிவடையும் பேரண்டத்திற்கே இது உதாரணமாகச் சொல்லப்படுகிறது. விரிவடையும் பேரண்டம் மர்மங்களையும், ஆச்சரியங்களையும் கொண்டது. "அண்டம் விரிவடைவதில் ஆச்சரியம் இருக்கலாம். அதிலென்ன மர்மம் இருக்கப் போகிறது?" என்று நீங்கள் நினைப்பீர்கள். அது என்ன மர்மமென்று சொல்வதுதான் இந்தக் கட்டுரையின் நோக்கம். அதுமட்டுமல்ல, அந்த மர்மம் ஏதோ ஒரு வகையில் ஆன்மீகத்தையும் தொட்டுச் செல்வது இன்னுமொரு ஆச்சரியம். அந்த மர்மம் என்னவென்று நாம் இப்போது பார்க்கலாம். அதற்கு முன்னர், பேரண்டம் என்னும் சுருங்கிய நிலையில் இருந்த பலூன், எப்படிப் பெரியதொரு பலூனாக ஊதப்பட்டது என்பதைப் பார்த்துவிடலாம்.

'காலம்' (Time), 'இடம்' (Space) ஆகிய இரண்டுமேயில்லாத ஒரு இடத்தில், நீங்கள் இருப்பதாக உங்களால் கற்பனை செய்யமுடியுமா? இந்தக் கேள்வியே எவ்வளவு அபத்தமாக இருக்கிறது பாருங்கள். 'இடம்' இல்லாத ஒரு இடத்தில் எப்படி இருக்க முடியும்? சரி, இந்தக் கேள்வியை இப்படிப் புரிந்து கொள்வோம். உங்கள் வீட்டில் நீங்கள் இப்போது இருக்கிறீர்கள். உங்கள் வீடு சென்னையில் இருக்கிறது என்று வைத்துக் கொள்வோம். சென்னையிலிருக்கும் வீட்டில் நீங்கள் இருப்பதை உங்களால் கற்பனை பண்ண முடியுமல்லவா? சென்னை, இந்தியாவில் இருக்கிறது. இந்தியா பூமியிலும், பூமி சூரியக் குடும்பத்திலும் இருக்கிறது. சூரியக் குடும்பம் பால்வெளிமண்டலத்திலும், பால்வெளிமண்டலம், பேரண்டத்திலும் இருக்கிறது. இப்பொழுது யோசித்துப் பாருங்கள். இந்தப் பேரண்டத்தில் எங்கோவொரு மூலையில் நுண்ணியதொரு புள்ளியாக நீங்கள் அமர்ந்திருக்கிறீர்கள் என்பது புரியும். திடீரென ஒருகணத்தில், பேரண்டமே காணாமல் போய்விடுகிறது. பூமி மட்டும் சுற்றிக் கொண்டிருக்கிறது. பூமியைத் தவிர எங்கும், எதுவும் இல்லை. இந்த நிலையைக்கூட, உங்களால் கற்பனை பண்ணிப் பார்க்க முடியும். இப்போது பூமியும் படிப்படியாக மறையத் தொடங்குகிறது. உங்களைச் சுற்றியுள்ள அனைத்துமே மறைந்து போகின்றன. இறுதியில் உங்கள் வீடும், நீங்கள் நிற்கும் தரையும் இல்லாமல் போகின்றது. ஆனால் நீங்கள் மட்டும் இருக்கிறீர்கள். உங்களைச் சுற்றியோ, மேலேயோ, கீழேயோ எதுவுமில்லை. எதுவுமில்லையென்றால், எதுவுமேயில்லை. முழுமையான வெற்றிடம். அதை வெற்றிடம் என்று கூடச் சொல்ல முடியாது. அப்படிச் சொன்னால் அங்கு வெற்றிடம் என்ற ஒன்று இருக்கிறது என்றாகிவிடும். அதனால் வெற்றிடம் கூட அங்கில்லை. அது என்ன நிலையென்றே சொல்ல முடியாத ஒரு நிலை. அந்த நிலையில் நீங்கள் நிற்கிறீர்கள். எந்தச் செயலையும் செய்ய முடியாத ஒரு உறைந்த நிலையாக அது இருக்கும். நீங்கள் நடக்க முடியாது. நடப்பதற்குத்தான் இடமில்லையே! பார்க்க முடியாது. பார்ப்பதற்கு ஒளியுமில்லை, பொருட்களுமில்லை. பேச முடியாது. பேச்சைக் கடத்தும் காற்று அங்கில்லை. அதேபோல, எதையும் கேட்கவும் முடியாது. மொத்தத்தில் எதுவும் செய்ய முடியாது. அங்குக் காலம் (நேரம்) என்பது கூட இல்லை. காலம் என்பதற்கான எந்த அர்த்தமும் அங்கில்லை. இப்போது முதலில் நான் கேட்டிருந்த கேள்வியை மீண்டும் பாருங்கள். காலம், இடம் இரண்டுமில்லாத ஒரு நிலையில் நீங்கள் இருப்பதாக உங்களால் கற்பனை செய்ய முடிகிறதா? கற்பனை செய்து பார்க்கவே முடியவில்லையல்லவா? ஆனால் கற்பனையே பண்னமுடியாத அப்படியானதொரு நிலை உண்மையில் இருந்துதானிருக்கிறது. இன்றிலிருந்து கிட்டத்தட்ட 13.7 பில்லியன் ஆண்டுகளுக்கு முன்னர் அந்த நிலை இருந்திருக்கிறது. அந்த நிலையில் பேரண்டம், ஒரு அணுவைவிடச் சிறிய புள்ளியாகச் சுருங்கி இருந்திருக்கிறது. பேரண்டம் சிறுபுள்ளியாகச் சுருங்கியிருந்த நிலையை 'ஒருமை நிலை' (Singularity) என்று விஞ்ஞானிகள் சொல்கிறார்கள்.

13.7 பில்லியன் ஆண்டுகளுக்கு முன், மிகமிகச்சிறியதொரு புள்ளியாக ஒடுங்கியிருந்த ஏதோவொன்று, ஒரு குறித்த கணத்தில் திடீரெனப் பிரமாண்டமாக வெடித்துச் சிதறியது. வெடிப்பு என்றால் வெடிப்பு. மனிதனால் கற்பனையே பண்ணிக் கொள்ள முடியாதவொரு பெருவெடிப்பு. கோடானகோடி அணுகுண்டுகளை ஒன்றாய்ச் சேர்த்து வெடித்தது போல இருந்த அந்தப் பெருவெடிப்பைத்தான் 'பிக்பாங்க்' (Bigbang) என்கிறார்கள். வெடித்த அடுத்த நொடியிலேயே அது பேரண்டமாக விரிவடைந்தது. மிகச் சிறியதொரு புள்ளி ஒரு நொடிக்கும் குறைந்த நேரத்துக்குள் பேரண்டமாக விரிவடைந்தது. அதனாலேயே பல விஞ்ஞானிகள் இதைப் 'பெருவெடிப்பு' என்று சொல்வதற்குப் பதில் 'பெருவிரிவு' (Expansion) என்கிறார்கள். வெடிக்கும் கணத்தில் அந்த இடத்திலிருந்த வெப்பநிலை என்ன தெரியுமா? ஒன்றுடன் 32 பூச்சியங்களைச் சேர்த்தால் எவ்வளவு பெரிய இலக்கம் வருமோ, அந்தளவு சதமபாகை (°C) வெப்பநிலை அங்கேயிருந்தது. நம்பவே முடியாத வெப்பநிலை. திடீரென வெப்பநிலை உயர்ந்து, சடுதியாக வெடித்து, விரிவடைந்த அண்டம் அதே வேகத்தில் குளிரடையவும் ஆரம்பித்தது. வெடித்த ஒன்றரை நிமிடத்தில் வெப்பநிலை பில்லியன் சதமபாகையாகக் குறைந்துபோனது. தொடர்ந்து 56,000 வருடங்களின் பின்னர் 8700°C ஆகக் குறைந்தது. இன்றும் அண்டம் முழுவதும் அந்த வெப்பநிலை பரந்துபோய் இருக்கிறது. இன்று அதன் வெப்பநிலை -270°C ஆகக் குறைந்திருக்கிறது. பேரண்டம் இப்படித்தான் உருவாகியது என்று அறிவியல் சொல்லும்போது, பலரால் நம்ப முடியாமல் இருக்கிறது. கோடிக்கணக்கான நட்சத்திரக் கூட்டங்களையும், நட்சத்திரங்களையும், கோள்களையும் கொண்ட இந்தப் பேரண்டம், ஒரு சிறுபுள்ளியாக எப்படிச் சுருங்கியிருந்திருக்க முடியும் என்ற கேள்வி சந்தேகமாக அவர்களால் முன்வைக்கப்படுகிறது. ஆனால், அறிவியல் இந்தச் சந்தேகங்களைச் சுலபமாகத் தீர்த்துவைக்க முயன்றாலும், சிக்கலான அறிவியல் விளக்கங்களைப் புரிந்துகொள்ளச் சிலரால் முடிவதில்லை. அந்த விளக்கம் என்னவென்று நாமும் பார்த்துவிடலாம். தமிழால், எந்தச் சிக்கலான அறிவியலையும் இலகுவாகப் புரியவைக்க முடியும் என்ற நம்பிக்கை எனக்கிருக்கிறது. 



 உங்களுக்கு முன், நூறு கிலோ எடையுள்ள சதுரமான இரும்புத்துண்டு ஒன்று இருக்கிறது என்று வைத்துக் கொள்ளுங்கள். அந்த இரும்புத்துண்டு, இரும்பு அணுக்களால் உருவானது என்பது உங்களுக்குத் தெரியும். அந்த இரும்புத் துண்டை உடைத்துச் சிதைத்து வரும் மிகமிகச்சிறிய துகளைத்தான் 'இரும்பு அணு' (Fe) என்கிறோம். செங்கற்களை ஒன்றன்மேல் ஒன்றாக வரிசையாக அடுக்கி அழகியதொரு வீடு கட்டுவது போல, கோடிக்கணக்கான இரும்பு அணுக்களால் உருவாக்கப்பட்டதுதான் இந்த இரும்புத்துண்டு. நாம் அதில் ஒரு இரும்பு அணுவை மட்டும் எடுத்துக் கொள்ளலாம். ஒரு அணுவில், அணுக்கருவும் (Nucleus), அதைச் சுற்றியபடி எலக்ட்ரான்களும் (Electron) இருக்கும். சரி, அந்த அணுவை ஒரு கிரிக்கெட் மைதானமளவு பெரியது என்று இப்போது கற்பனை செய்து கொள்ளுங்கள். அபடியெனில், அதன் அணுக்கரு அந்த மைதானத்தின் நடுவே கிடக்கும் ஒரு கிரிக்கெட் பந்தின் அளவாகத்தான் இருக்கும். ஒரு அணுவின் பருமனில் கோடி மடங்கைவிடச் சிறியதாகவே அணுக்கரு இருக்கும். அணுக்கருவுக்கும் எலெக்ட்ரான்களுக்குமிடையில் இருப்பது மிகப்பெரிய வெற்றிடம். எலெக்ட்ரான்களுக்கு எடை கிடையாது. அதனால், அணுவின் எடை அணுக்கருவிலேயே இருக்கிறது. இப்போது இந்த உதாரணத்தின்படி பாருங்கள். ஒரு கிரிக்கெட் மைதானத்தின் மொத்த எடையும், அதன் மையத்தில் உள்ள கிரிக்கெட் பந்தில்தான் உள்ளது. அதாவது ஒரு அணுவின் எடை என்பது அந்த அணுவின் கோடி மடங்கு சிறிய அணுக்கருவில்தான் இருக்கிறது. இப்போது, மேலே சொல்லப்பட்ட நூறு கிலோ இரும்புத்துண்டை எடுத்துக் கொள்ளுங்கள். ஒரு பேச்சுக்கு அந்த நூறு கிலோ இரும்புத்துண்டில் மொத்தமாக ஒரு கோடி இரும்பு அணுக்கள் இருக்கிறது என்று வைத்துக் கொள்ளுங்கள் (மீண்டும் சொல்கிறேன் ஒரு பேச்சுக்குத்தான்). இரும்புத்துண்டின் மொத்த எடையும், கோடி இரும்பு அணுக்களில்தான் இருக்கும். அதாவது, கோடி இரும்பு அணுக்கருக்களில் இருக்கும். இப்போது நாம் அந்தக் கோடி அணுக்கருக்களையும் ஒன்று சேர்த்தோமென்றால், ஒரு குண்டூசி முனையளவைவிடச் சிறியதாகவே இருக்கும். ஆனால் அந்தக் குண்டூசி முனையளவிருக்கும் அணுக்களை நம் கைகளால் தூக்கவே முடியாது. காரணம் அது நூறு கிலோ எடையுள்ளதாக இருக்கும். அதோடு மிகவும் அடர்த்தியானதாகவும் இருக்கும். இப்போது, அண்டத்தில் உள்ள அனைத்து அணுக்களையும் எடுத்து, அவற்றில் உள்ள எலெக்ட்ரானை அகற்றிவிட்டுப் பார்க்கும்போது, எஞ்சுவது கைமுனையளவு அணுக்கருக்களாகத்தான் இருக்குமென்பது புரிகிறதா? ஆனால், அறிவியல் தன் விளக்கத்தை இத்துடன் முடித்துவிடவில்லை. அது அணுக்கருக்களையும் பிரித்து, அங்கு உள்ளவை அனைத்தையும் மேலும் கண்டு கொள்ள முயன்றது. 

நூறு ஆண்டுகளுக்கு முன்னர், ஒரு பொருளைப் பிரித்தால் வரும் மிகச்சிறிய பகுதியை 'அணு' (Atom) என்று கண்டுபிடித்தார்கள். அணுவைப் பிரிக்கவே முடியாதென்றுதான் ஆரம்பத்தில் நினைத்தார்கள். ஆனால் அணுவைப் பிளந்து, அதனுள் அணுக்கருவும், இலத்திரனும் இருக்கின்றன என்று கண்டுபிடித்தார்கள். பின்னர் அணுக்கருவுக்குள் புரோட்டான் (Proton) என்னும் துகளும், நியூட்ரான் (Neutron) என்னும் துகளும் இருக்கின்றன என்று கண்டுபிடித்தார்கள். ஆனால், அறிவியலின் தாகம் அத்தோடு தீர்ந்துவிடவில்லை. அந்தப் புரோட்டானையும், நியூட்ரானையும் கூடப் பிரித்துப் பார்த்தது அறிவியல். புரோட்டான், நியூட்ரான் ஆகிய இரண்டுமே குவார்க் (Quark) என்றழைக்க்கப்படும் மிகநுண்ணிய துகள்களால் உருவாக்கப்பட்டிருக்கிறன என்று சமீபத்தில் கண்டுபிடித்தார்கள். குவார்க்குகளில் இதுவரை ஆறுவகைக் குவார்க்குகள் கண்டுபிடிக்கப்பட்டாலும், புரோட்டானிலும், நியூட்ரானிலும் இரண்டு வகையான குவார்க்குகளே இருக்கின்றன. அவை 'மேல்க்குவார்க்' (Up Quark), கீழ்க்குவார்க் (Down Quark) எனப் பெயரிடப்பட்டிருக்கின்றன. ஒரு புரோட்டானில் இரண்டு மேல்க்குவார்க்குகளும், ஒரு கீழ்க்குவார்க்குமாக மொத்தமாக மூன்று குவார்க்குகள் காணப்படுகின்றன. இதுவே தலைகீழாக, நியூட்ரானில் இரண்டு கீழ்க்குவார்க்குகளும், ஒரு மேல்க்குவார்க்கும் காணப்படுகிறது. பூமியிலிருக்கும் பொருட்கள் யாவும் அணுக்களால் உருவானவை என்று நமக்குத் தெரியும். அதனால் இப்போது நாம் பொருட்களெல்லாம் குவார்க்குகளாலானவை என்று சொன்னால் தப்பேயில்லை. ஒரு பொருளுக்கு எடையைக் கொடுப்பது அணுக்கருவென்பதாலும், அதனுள் புரோட்டானும், நியூட்ரானும் இருப்பதாலும், ஒரு பொருளுக்கு எடையைக் கொடுப்பது குவார்க்குகள்தான் என்னும் முடிவுக்கு நாம் வரலாம். இந்தக் குவார்க்குகளின் பருமன் என்ன தெரியுமா? ஒன்றிற்கு அருகே 17 பூச்சியங்களுடன் வரும் இலக்கத்தின் ஒருபங்கு, மில்லிமீட்டர். அதாவது 0.00000000000000001மிமீ நுண்ணளவுடையது. 800 கிலோமீட்டர் வட்டமான நிலப்பரப்பைக் கொண்ட மிகப்பெரிய மாநிலத்தை, ஒரு அணுவாக நீங்கள் எடுத்துக் கொண்டால், நீங்கள் படித்துக் கொண்டிருக்கும் இந்தக் கட்டுரையில் இருக்கும் ஒரு தமிழ் எழுத்தின் அளவுதான், ஒரு குவார்க்கின் அளவாக இருக்கும். குவார்க் என்பது எந்த அளவு சிறியது என்பதை நீங்கள் இப்போது புரிந்து கொண்டிருப்பீர்கள். இந்தப் பேரண்டத்தில் உள்ள அனைத்துப் பொருட்களின் குவார்க்குகளையும் ஒன்று சேர்த்தால், பிக்பாங்க் பெருவெடிப்பின் ஆரம்பப் புள்ளியின் சிறிய அளவை உங்களால் இப்போது புரிந்து கொள்ளக் கூடியதாக இருக்கும். எல்லாக் குவார்க்குகளும் ஒன்றாகச் சேர்ந்து, ஒரு புள்ளியாகிப் பெருவெடிப்பாக வெடித்தது என்றுதான் அறிவியல் சொல்கிறது. இந்த இடத்தில்தான் நவீன அறிவியல் 'குவாண்டம்' (Quantum) என்னும் புதியதொரு பரிமாணத்தை எடுத்தது. குவாண்டம் அணுவின் அடிவேரையே ஆராயத் தொடங்கியது. 

- தொடரும்