ஹைசன்பர்க் தத்துவம், பகுதி 2. குவாண்டம் இயற்பியல்.

ஹைசன்பர்க் விதிப்படி, எந்தப் பொருளுக்கும் இடமும், உந்தமும் இயற்கையிலேயே துல்லியமாகக் கிடையாது . இதன் பொருள் என்ன? ஒரு எடுத்துக்காட்டு மூலம் பார்க்கலாம்.

ஒரு அறைக்கு உள்ளே ஒரு பூனை இருப்பதாக வைத்துக் கொள்வோம். இந்தப் பூனை எந்த இடத்தில் இருக்கிறது, எவ்வளவு வேகத்தில் நகர்கிறது என்று கண்டுபிடிக்க வேண்டும். ஆனால் அறையில் வெளிச்சம் இல்லை. எனவே நாம் கண்ணால் பார்க்க முடியாது. கைகளை நீட்டிக்கொண்டு, கொஞ்சம் ‘தடவித் தடவி' போனால் பூனையைத் தொடலாம். அப்போது பூனை எந்த இடத்தில் இருக்கிறது என்பதை அறிந்து கொள்ளலாம்.

ஆனால், பூனையைத் தொடும்பொழுது, நமது கை படுவதால், பூனை கொஞ்சம் நகரும். வேகமாகப் பட்டால் வேகமாக நகரும், மெதுவாகப் பட்டால் மெதுவாக நகரும். நமது கையில் தொடும்பொழுது, பூனையின் வேகத்தையும் அளக்க முடியும் என்று வைத்துக் கொள்வோம். நாம் தொடுவது என்ற நிகழ்ச்சியின் மூலம் பூனையின் இடத்தை உணர்கிறோம். அதே நிகழ்வின் மூலம் அதன் வேகத்தையும் உணர்கிறோம். இந்த நிகழ்வின் மூலம் அதன் வேகத்தை மாற்றி விடவும் செய்கிறோம். எந்த ஆராய்ச்சியிலும், ஒரு பொருளை அல்லது நிகழ்வைப் பற்றி ஆராய்வதாலேயே, நாம் அதைப் பார்ப்பதாலேயே, அந்த நிகழ்வு மாறிவிடும். இது observer effect என்று ஆங்கிலத்தில் சொல்லப்படும்.

ஆனால், ஹைசன்பர்க் விதி அப்படிப் பட்டது அல்ல. மேலே சொல்லப்பட்ட எடுத்துக்காட்டில், நாம் மிக மெதுவாகத் தொட்டால், பூனையின் வேகத்தில் மிகக் குறைந்த மாற்றமே வரும். நாம் தொடாவிட்டால், பூனையின் வேகத்தில் மாற்றம் இருக்காது. ஹைசன்பர்க் விதியை விளக்க பெரும்பாலான் புத்தகங்களில் கீழ்க்கண்ட எடுத்துக்காட்டு கொடுக்கப் பட்டு இருக்கும். ஆனால், அது சொல்லும் பொருள் ஆழமானது.

ஒரு எலக்ட்ரானின் இடத்தை அறிய வேண்டும் என்றால், அதன் மேல் ஒளிக்கதிரை செலுத்த வேண்டும். ஒளி என்பதை போட்டான் என்ற துகள் என்றும் சொல்லலாம். ஒளியின் அலை நீளம் (wave length) குறைந்தால், அதன் அதிர்வெண் (frequency) அதிகமாகும்.

• அலை நீளம் குறைந்தால், அது துல்லியமாக இடத்தை சொல்ல முடியும். ( சிலிக்கன் சில்லு தயாரிப்பில், லித்தோ கிராபி என்ற முறையில், சிறிய டிரான்ஸிஸ்டர்களை உருவாக்க, குறைந்த அலைநீளம் கொண்ட ஒளியை பயன்படுத்துகிறார்கள்).


• ஆனால், அலைநீளம் குறைந்தால், அதிர்வெண் அதிகமாகும். அதிர்வெண்ணுடன் சேர்ந்து ஆற்றலும் அதிகமாகும்.
• ஆற்றல் அதிகமானால, அந்த போட்டான் எலெக்ட்ரான் மேல் பட்டு திரும்பும் பொழுது, எலக்ட்ரானின் உந்தம் அதிகமாகும். போட்டான் எந்த திசையில் வேண்டுமானாலும் திரும்பலாம், அதனால் எலக்ட்ரானின் உந்தம் எந்த திசையில் வேண்டுமானாலும் , ரேண்டமாக, மாறும்.
• எனவே ஒரு எலெக்ட்ரானின் இடத்தையும், உந்தத்தையும், ஒரே சமயத்தில் துல்லியமாக அளக்க முடியாது.

இந்த எடுத்துக்காட்டை படித்தால், நாம் அளப்பதால்தான் அதன் உந்தம் மாறுகிறது, இல்லாவிட்டால், எலக்ட்ரானுக்கு இடமும் உந்தமும் குறிப்பிட்ட அளவு துல்லியமாக இருக்கும் என்று நினைக்கலாம். ஆனால், விஞ்ஞானிகள் கருதுவது, நாம் அளந்தாலும், அளக்காவிட்டாலும் , இடம் மற்றும் உந்தம் என்ற பண்புகள் ஒரே சமயத்தில் துல்லியமாகக் கிடையாது என்பதே ஆகும்.

இதைத் தெளிவாகப் புரிந்து கொள்ள அலை இயற்பியல் உதவுகிறது. எந்தப் பொருளையும் அலையாகக் கருதலாம் என்பது டெ-பிராய்(De Brogle) என்ற ஃபிரான்ஸ் விஞ்ஞானியின் கொள்கை. இவரது பெயர் பிரன்சு மொழியில் இருப்பதால், கல்லூரியில் படிக்கும்பொழுது, டீ-பிராக்லி என்று தவறாகப் படித்து வந்தேன்! எல்லா அலைகளுக்கும், துகள் போன்ற பண்புகள் உண்டு, மற்றும் எல்லா துகள்களுக்கும் அலை போன்ற பண்புகள் உண்டு என்பது இவர் கொள்கை. இதை ஆங்கிலத்தில் wave-particle duality என்று சொல்வார்கள்.

ஒரு அலையானது ஒருகுறிப்பிட்ட அலை எண் கொண்டு இருக்கிறது என்று சொன்னால், அது அண்டம் முழுவதும் எல்லா நேரங்களிலும் பரவி இருக்க வேண்டும். அப்போதுதான் அதை தூய அலை (pure wave) என்று சொல்ல முடியும். ஒரு காகிதத்தில் மூன்று செ.மீ. நீளத்திற்கு சைன் - அலை வரைந்தால், அது தூய அலை ஆகாது (இதை படமாக்கி பின்பு பிளாக்கில் ஏற்றுகிறேன்).
ஒரு துகள் அல்லது பொருளின் உந்தம் என்பதை அலை நீளம் என்று சொல்லலாம். அலை எந்த இடத்தில் அதிகமாக (maximum) இருக்கிறதோ அதை, அந்தப் பொருள் இருக்கும் இடம் என்று சொல்லலாம். ஆனால், முழுக்க முழுக்க தூய அலை, அண்டத்தில் பல (முடிவில்லாத, இன்பைனட் ஆன) இடங்களில் அதிகமாக இருக்கும். அதே அலையை, மிகச் சிறிய இடத்திற்கு குறுக வைத்தால், அது பல அலை எண்கள் கொண்ட ”அலைகளின் கலப்பாகத்தான்” இருக்க முடியும். எனவே ‘இடம்' துல்லியமாக இருந்தால் (அளந்தால் அல்ல, இருந்தால்), ‘உந்தம்' துல்லியமாக இருக்க முடியாது.

இதை ஷ்ரோடிங்கர் என்பவர் கண்டுபிடித்த சமன்பாடின் மூலம் இன்னும் கொஞ்சம் புரிந்து கொள்ளலாம். முதலில் ஷ்ரோடிங்கரின் கதையை ஒரு பதிவில் பார்க்கலாம்.

ஹைசன்பர்க், ஷ்ரோடிங்கர், டெ-ப்ராய், டிராக் என்று பல ஐரோப்பிய அறிஞர்கள் உருவாக்கியதுதான் குவாண்டம் இயற்பியல். இதில் பல சமன்பாடுகள் மற்றும் கொள்கைகள் இருந்தாலும், இவை ஒன்றுடன் ஒன்று தொடர்புகொண்டவை. அதாவது சில சமன்பாடுகளை வைத்தே, பிற எல்லா சமன்பாடுகளையும் கொண்டு வர முடியும். ஆனால் வரலாற்றில், பலர் பல இடங்களில் புள்ளி வைத்து, பின்னர் கோலமாக்கியது போல குவாண்டம் இயற்பியல் வந்ததால் இவற்றை தனித்தனியே படிக்கிறோம்.