கருங்குழி சில விளக்கங்கள் - black hole some explanations(3/4)

இந்த பதிவில், கருங்குழிக்கு எப்படி ஒளியைக்கூட விழுங்கும் தன்மை வந்தது, எதனால் அது ஒளியை உமிழ்வது போல தோற்றம் தருகிறது என்ற விவரங்களைப் பார்க்கலாம்.

• சார்பியல் (ரிலேடிவிடி) தத்துவத்தின் படி, இந்த அண்டத்திலேயே (universe) ஒளி (மின்காந்த அலைகள்) தான் அதிக பட்ச வேகத்தில் செல்ல முடியும். அதை விட வேகத்தில் எந்தப் பொருளும், எந்தத் தகவலும் செல்ல முடியாது. வெற்றிடத்தில் ஒளியின் வேகம் ஒரு நொடிக்கு மூன்று லட்சம் கிலோ மீட்டர்கள்.

புவியில் இருந்து ஒரு ராக்கெட் வெளியே செல்ல வேண்டும் என்றால் அதற்கு குறைந்த பட்சம் ஒரு வேகம் இருக்க வேண்டும். இதை தப்பிக்கும் வேகம் (escape velocity) என்று சொல்லலாம். சூரிய மண்டலத்தில் இருந்து ஒரு ராக்கெட் வெளியே செல்ல வேண்டும் என்றால், அதற்கு இன்னமும் அதிக வேகம் தேவைப்படும்.

ஒரு பொருள், விண்மீனின் ‘நிறை ஈர்ப்பு விசையில்' இருந்து தப்பிக்க வேண்டும் என்றால்? அந்தப் பொருள் இருக்கும் இடத்தையும், விண்மீனின் நிறையையும் வைத்து ‘தப்பிக்கும் வேகத்தை' கணக்கிடலாம். அந்தப் பொருள் விண்மீனை விட்டு அதிக தூரத்தில் இருந்தால், கொஞ்சம் வேகமே போதும். விண்மீனின் நிறை குறைவாக இருந்தாலும், கொஞ்சம் வேகமே போதும்.

விண்மீனின் நிறை அதிகமாக அதிகமாக, இந்த தப்பிக்கும் வேகமும் அதிகமாகும். ஆனால் கருங்குழியில் நிறை மிக மிக அதிகம். கருங்குழிக்கு அருகில், ‘தப்பிக்கும் வேகம்' நொடிக்கு 3 லட்சம் கி.மீ.விட அதிகமாகிவிடும்.

ஆனால் சார்பியல் கொள்கைப் படி, எந்தப் பொருளுக்கும் ஒளியின் வேகத்தை விட அதிக வேகம் இருக்க முடியாது. ஒளியின் வேகம் நொடிக்கு 3 லட்சம் கி.மீ. எனவே, கருங்குழிக்கு அருகில் எந்தப் பொருள் சென்றாலும், தப்பிக்க முடியாது, உள்ளே விழுந்துதான் தீர வேண்டும். ஒளியும் தப்பிக்க முடியாது.

கருங்குழியை விட்டு தொலைவில் வர வர இந்த ‘தப்பிக்கும் வேகத்தின்' அளவு குறைந்து கொண்டே வரும். எந்த தொலைவில் அது சரியாக ‘நொடிக்கு 3 லட்சம் கி.மீ' ‘ என்று வருகிறதோ, அது ‘நிகழ்வு விளிம்பு' என்று சொல்லப்படும். அந்த தொலைவிற்குள் இருக்கும் எல்லா பொருள்களும், மின்காந்த அலைகளும் வெளி உலகிற்கு வர முடியாது. அதை விட்டு தள்ளி இருக்கும் பொருள்கள், அவற்றின் வேகத்தையும் திசையையும் பொறுத்து (அ) கருங்குழிக்குள் விழலாம் (ஆ) பூமி சூரியனை சுற்றுவது போல கருங்குழியை சுற்றலாம் அல்லது (இ) வெளியே செல்லலாம்.

குறிப்பு: பதிவின் நீளம் அதிகமாவதாலும், நேரம் இல்லாததாலும் ‘கருங்குழிக்கு அருகில் எப்படி நேரம் மாறுகிறது?' என்ற கேள்விக்கு பதில் இப்போது இல்லை. வாய்தா வாங்கிக் கொள்கிறேன்!

இன்னொரு கருத்து, கருங்குழியில் இருந்து கதிர் வீச்சு வருவது. எல்லாவற்றையும் விழுங்கும் கருங்குழியில் இருந்து எப்படி கதிர்வீச்சு வரும்?கருங்குழியில் இருந்து வரும் கதிர்வீச்சு, உண்மையில் கருங்குழியைச் சுற்றி இருக்கும் வெற்றிடத்தில் இருந்து வருவதாகும்.

“சரி, இது வரை கருங்குழியானது ஒளியை விழுங்கும், பூமியில் பல வருடங்கள ஆகும் பொழுது கருங்குழிக்கு பக்கத்தில் போகும் ராக்கெட்டில் சில மணிகள் தான் ஆகும் என்று சொன்னாய், நாங்களும் போனால் போகுதுன்னு கேட்டுக்கொண்டு இருந்தோம். இப்போ, வெற்றிடத்தில் இருந்து கதிர் வீச்சு வரும்னு சொல்றயே, இது உனக்கே ஓவரா தெரியலையா?” என்று நீங்கள் கேட்கலாம்.

வெற்றிடத்தில் ஆற்றல் பூஜ்யம்தான். இதிலிருந்து கதிர் வீச்சு வரவேண்டும் என்றால், எங்காவது எதிர்மறை / நெகடிவ் / negative ஆற்றல் இருக்க முடியும் என்றால்தான் இது நடக்கும். அதாவது கொஞ்சம் நெகடிவும் கொஞ்சம் பாசிடிவும் சேர்ந்து பூஜ்யம் என்று சொல்ல முடியும். எனவே, பூஜ்யத்தை, கொஞ்சம் கதிர்வீச்சாகவும் (பாசிடிவ் ஆற்றல்) கொஞ்சம் நெகடிவ் ஆற்றலாகவும் ‘பிரிக்கலாம்' என்று சொல்ல முடியும்.

இங்குதான் கருங்குழியின் இன்னொரு வித்தியாசமான விளைவு வருகிறது. ஒரு எடுத்துக்காட்டாக, ஒரு கல்லானது தரையில் இருந்தால் அதன் ஆற்றல் குறிப்பிட்ட அளவு என்று வைத்துக் கொள்வோம். அதை 1 மீட்டர் உயரம் தூக்க கொஞ்சம் ஆற்றல் கொடுக்க வேண்டும். 1 மீட்டர் உயரத்தில் அதன் potential energy என்ற ஆற்றல் அதிகமாக இருக்கும். 2 மீட்டர் உயரத்தில் இன்னும் அதிகமாக இருக்கும்.

இதையே இன்னொரு வகையில் பார்த்தால், ஒரு கல் பூமியை விட்டு வெளியில் இருக்கும் ஆற்றலை விட, பூமிக்கு அருகில் இருக்கும்பொழுது அதன் ஆற்றல் குறைவாக இருக்கும். (இரண்டு சமயங்களிலும் அது நகர்வதில்லை, அல்லது ஒரே வேகத்தில் நகரும் என்று கற்பனை செய்து கொள்ளுங்கள்).

அதைப்போலவே, ஒரு பொருள் கருங்குழிக்கு வெளியில் இருக்கும் பொழுது ஓரளவு ஆற்றல் இருந்தால், அது கருங்குழிக்குள் இருக்கும் பொழுது ஆற்றல் குறைவாக இருக்கும். கருங்குழியின் நிறை ஈர்ப்பு புலம் (gravitational field) மிக மிக சக்தி வாய்ந்தது. அதனால் ஒரு பொருள் ‘நெகடிவ்' ஆற்றலுடன் கூட கருங்குழிக்குள் இருக்க முடியும்.

வெற்றிடத்தில் எதற்காக கதிர்வீச்சும், நெகடிவ் ஆற்றலும் உருவாக வேண்டும்? இதற்கு குவாண்டம் இயற்பியல் பதில் அளிக்கிறது. எந்த இடத்திலும் ‘உண்மை துகள்' மற்றும் ‘கற்பனை துகள்' (real particle and imaginary particle) ஆகிய இரண்டும் உருவாக வாய்ப்பு உண்டு. இது ‘ஹைசன்பர்க் கொள்கை'யின் அடிப்படையில் உருவானது.

பொதுவாக உண்மைத்துகளுக்கு பாசிடிவ் ஆற்றலும்,கற்பனைத்துகளுக்கு நெகடிவ் ஆற்றலும் இருக்கும். இரண்டும் விரைவில் சேர்ந்து ஆற்றல் பூஜ்யம் ஆகிவிடும். இது எல்லா இடத்திலும் எல்லா சமயத்திலும் நடந்து கொண்டு இருப்பதால் மொத்தத்தில் ஒன்றும் தெரியாது. இதை எல்லாம் முதல் முறையாகப் படிக்கும்பொழுது கொஞ்சம் ஓவராகத்தான் தெரியும். ஆனால் விஞ்ஞானிகள் இதுதான் உண்மை என்று கருதுகிறார்கள். இந்த கருத்துக்களின் அடிப்படையில் அவர்கள் கணிப்பவை சரியாகவே வருகின்றன.

ஆனால் கருங்குழிக்குள் கற்பனைத்துகள் சென்று விட்டால், உண்மைத்துகள் அதனுடன் சேர முடியாது. சில உண்மைத்துகள்களும் கருங்குழிக்குள் சென்று விடலாம். அப்படி செல்லாமல் வெளி வரும் துகள்களையே நாம் கதிர் வீச்சாக காணலாம். இங்கு துகள் என்பது ஒளியையும் குறிக்கலாம். போட்டான் என்ற துகள் மின்காந்த அலையைக் குறிக்கும் என்பதை நினைவு கொள்ளவும்.

கருங்குழிக்குள் நெகடிவ் ஆற்றலுடன் ஒரு பொருள் போனால் என்ன ஆகும்? உள்ளே இருக்கும் ‘மொத்த ஆற்றல்' குறையும். இதனால் அதன் மொத்த நிறையும் குறையும். கருங்குழி அதன் நிறையை இழந்து கதிர்வீச்சு அளிப்பது போல தோன்றும் (அணு வினையில் நடப்பது போல). ஆனால் கதிர்வீச்சு கருங்குழியில் உள்ளே இருந்து வருவது அல்ல. அதன் சுற்று வட்டாரத்தில் இருந்து ‘தப்பித்து' வரும் கதிர் வீச்சும், அதற்கு ஏற்ப கருங்குழிக்கு உள்ளே விழும் ‘கற்பனைத் துகள்களும்' தான் இதற்குக் காரணம்.

(இது எல்லாம் கண்ணைக் கட்டுவதாக இருந்தால், கவலை வேண்டாம். எனக்கும் தோராயமாகத்தான் தெரியும். இது போதாதென்று, நேரம் கிடைத்தால் Stephen Hawking இன் 'A brief history of time' ஐ அதிகாரப் பூர்வமற்ற தமிழாக்கம் - unofficial translation செய்யலாம் என்று இருக்கிறேன். பார்க்கலாம்.)

கருங்குழி வரலாறு (Black Holes, History) 4/4

தமிழகத்தை சேர்ந்த சந்திரசேகர் சுப்பிரமணியன், 1930ல் முதன்முதலாக இந்த கருங்குழி இயற்கையில் இருக்கலாம் என்பதை கணக்கிட்டு சொன்னார். அவர் 1930ல் சென்னை பிரசிடென்சி கல்லூரியில் B.Sc.(Physics) படித்து விட்டு, மேல்படிப்பிற்கு இங்கிலாந்தில் இருக்கும் கேம்பிரிட்ஜ் கல்லூரியை சார்ந்த ‘ட்ரினிடி கல்லூரி'க்கு சென்றார். அந்தக் காலத்தில், இங்கிலாந்து செல்ல கப்பல் வழிப் பயணம்தான் இருந்தது. கப்பலில் செல்லும் பொழுது, அவர் இயற்பியல் கேள்விகளுக்கு விடை யோசித்து, சூரியனை விட 1.44 மடங்கு அதிகம் எடை உள்ள விண்மீன், கருங்குழியாகும் என்று சொன்னார்.

அவர் இதை கணக்கிடும்பொழுது, எலக்ட்ரான்களின் குவாண்டம் எதிர்ப்பு விசையை மட்டும் கணக்கில் எடுத்துக் கொண்டார். நியூட்ரான்களின் குவாண்டம் எதிர்ப்பு விசை இன்னமும் அதிகம், அதனால் இன்னமும் பெரிய விண்மீன்கள் தான் கருங்குழி ஆகும் என்பதை உடனடியாக உணரவில்லை. சூரியனை விட சரியாக 1.44 மடங்கு அதிகம் நிறை இருக்கும் விண்மீன் ”நியூட்ரான் விண்மீனாக” மாறிவிடும்.


எப்படி இருந்தாலும், முதன்முதலில் ”கருங்குழி என்ற பொருள் இருக்கலாம், அது ஒளியைக் கூட வெளிவிடாது” என்ற கருத்தை அறிவியல் பூர்வமாக சிந்தித்து கணக்கிட்டு வெளியிட்டவர் அவர்தான். அவர் கணக்கிட்ட எண், இப்போது உலகெங்கிலும் ‘சந்திரசேகர் லிமிட்' (chandrasekar limit)என்று வழங்கப் படுகிறது. ஒரு விண்மீனானது, நியூட்ரான் விண்மீனாக மாற எவ்வளவு நிறை இருக்க வேண்டும் என்பதை இந்த வரையறை சொல்கிறது.

இவர் முதலில் இதை சொன்ன பொழுது, விஞ்ஞானிகள் இதை ஏற்றுக்கொள்ளவில்லை. குறிப்பாக, இங்கிலாந்து கேம்பிரிட்ஜில் பிரபலமான ‘எடிங்க்டன்' என்பவர் இதை எதிர்த்தார். ‘உள்ளே போகும் அனைத்தையும் விழுங்கும், ஒளியைக் கூட விழுங்கும் கருங்குழி, இயற்கையில் இருக்காது' என்று இந்த கருத்தைப் பலர் எதிர்த்தார்கள். எதிர்த்தவர்கள் சந்திரசேகரின் கணக்கீடு தவறு என்று சொல்லவில்லை. தங்களால் ஜீரணிக்க முடியாத ஒரு கருத்தை இவர் வைத்ததால், மனதளவில் ஏற்றுக்கொள்ள முடியாமல் எதிர்த்தார்கள்.

எடிங்க்டன் என்பவர் அப்போது கேம்பிரிட்ஜில் பேராசிரியர் ஆகவும் சந்திரசேகர் மாணவராகவும் இருந்தார்கள் என்பதை நினைவு கொள்ளவும். ‘அதிகாரி வீட்டு கோழி முட்டை, குடியானவன் வீட்டு அம்மிக்கல்லையும் உடைக்கும்' என்பது போல, சந்திரசேகரின் கருத்து எடுபடவில்லை. இதைப் பற்றி பிற்காலத்தில் சந்திரசேகர் ஆதங்கத்துடன் பேசி இருக்கிறார். இந்த கருத்து மோதலால் தனக்கு நன்மை எதுவும் இல்லை என்பதை உணர்ந்த சந்திரசேகர், இதை மேலும் தொடராமல், படிப்பை முடித்த பின்னர் அமெரிக்கா சென்றார். அங்கே சென்று விண்வெளியியலிலும் (astronomy) குவாண்டம் இயற்பியல் போன்ற மற்ற துறைகளிலும் சிறப்பாக ஆராய்ச்சியைத் தொடர்ந்தார். 1983ல் இவருக்கு இயற்பியலில் விண்மீன்கள் பற்றிய ஆராய்ச்சியை குறிப்பிட்டு, நோபல் பரிசு கிடைத்தது. ஆகமொத்தம் முதலில் இவர் கருத்துக்கு ஆதரவு கிடைக்காவிட்டாலும், பிற்காலத்தில் சரியான அங்கீகாரம் கிடைத்திருக்கிறது.

• நம்மில் பலரும், சர். சி.வி. இராமனுக்கு கிடைத்த நோபல் பரிசு மட்டுமே இந்திய விஞ்ஞானிக்கு கிடைத்த நோபல் பரிசு என்றும், சந்திரசேகருக்கு கிடைத்த பரிசு, அவருக்கு வெளிநாட்டில் (நல்ல வசதிகள் இருக்கும் இடத்தில் வேலை செய்ததால்) கிடைத்தது என்றும் நினைக்கலாம். அவர் இந்தியாவில் இருந்திருந்தால் இவ்வளவு சிறப்பாக ஆராய்ச்சி செய்திருக்க மாட்டார் என்று கூறலாம். ஆனால், நோபல் பரிசு 1983ல் கிடைத்தாலும், இவர் இந்தியாவில் இருந்து 1930ல் கப்பலில் செல்லும் போதே இந்த கணக்குகளை போட்டு விட்டார் என்பதையும் கவனியுங்கள். இவரது திறமையில், நம் நாட்டில் 1930ல் இருந்த படிப்பு வசதிகளில் இதை செய்திருக்கிறார். என்ன, இவர் அடுத்து வெளிநாட்டில் வேலை செய்ததால் பிரபலமாவது கொஞ்சம் சுலபமாக இருந்திருக்கும். அவ்வளவே.

அதன் பிறகு, 1939களில், அமெரிக்காவைச் சேர்ந்த பிரபல விஞ்ஞானியான ‘ராபர்ட் ஓபன்ஹைமர்' சந்திரசேகரின் கருத்தின் அடிப்படையில், கருங்குழி பற்றி ஆராய்ச்சி அறிக்கைகளை வெளியிட்டார்( published journal articles). அப்புறம் பலரும் அதை ஏற்றுக் கொள்ள ஆரம்பித்தார்கள்.

அதன்பின் இத்துறையில் ஆராய்ச்சி செய்த அறிஞர்களில், பிரபலமானவர் ஸ்டீபன் ஹாக்கிங் என்பவர். இவர், கருங்குழி உண்மையில் மின்காந்த அலைகளை வெளியிடும் என்பதை கணித்தார். இவரது ' A brief history of time' என்ற புத்தகம், மிக எளிமையான நடையில் (ஆங்கிலத்தில்) இருக்கிறது. இது ‘Best Seller' என்ற நன்றாக விற்கும் புத்தகங்களில், பல நாட்கள் இருந்திருக்கிறது. நானும் கருங்குழி பற்றிய இந்த நான்கு பதிவுகளில் பெரும்பாலான விஷயங்களை அந்தப் புத்தகத்தில் இருந்துதான் (படித்ததில் நினைவில் இருப்பதைக்) கொடுத்திருக்கிறேன்.

இங்கு இன்னொரு விஷயத்தை பார்ப்போம். இதுவரை கருங்குழி எதையுமே விஞ்ஞானிகள் கண்டுபிடிக்கவில்லை. சந்திரசேகருக்கும் எடிங்க்டனுக்கும் இருந்த போராட்டம் எல்லாம், ‘கருங்குழி என்ற பொருள் சாத்தியமா' என்பதைப் பற்றியதே. ஒரு எடுத்துக்காட்டு சொல்லப்போனால், ‘அண்டத்தில் பூமியைத் தவிர வேறு இடத்தில் உயிரினங்கள் இருப்பது சாத்தியமா?' என்று கேட்டால், விஞ்ஞானிகள் ‘சாத்தியம்தான்' என்று சொல்வார்கள். அதேசமயம் இது சாத்தியம் என்பதால், 'ஏற்கனவே இருக்கிறது' அல்லது ‘நிச்சயமாக் இருக்கிறது' என்று பொருள் கொள்ள முடியாது. வேறு விண்மீன்களில், வேறு கோளங்களில் உயிர் வாழ்வதற்கு தேவையான நீர், ஆக்சிஜன், கரி ஆகியவை இருக்க சாத்தியக்கூறு உண்டு. ஆனால், நாம் வேறு கிரகத்தில் உயிரினத்தை கண்டு பிடித்தால், அதன்பின்னர் இந்த கேள்விக்கே இடமில்லாமல் போய்விடும். அதுவரை, ‘பூமியைத் தவிர அண்டத்தில் வேறு எந்த இடத்திலும் உயிர் இருக்காது' என்று சொல்பவர்கள் இருந்து கொண்டுதான் இருப்பார்கள். அதைப்போலவே, கருங்குழியை கண்டுபிடித்து விட்டால், ‘இது சாத்தியமா இல்லையா' என்ற கேள்வி வராது. அதுவரை சந்தேகம் இருக்கத்தான் செய்யும்.

தற்போது, நாம் இருக்கும் சூரிய மண்டலம் இருக்கும் Milky Way என்ற ‘பால் வழி' galaxyல், நடுவில் ஒரு கருங்குழி இருப்பதாக விஞ்ஞானிகள் கருதுகிறார்கள். ஆனால், 100% நிச்சயமாக சொல்ல முடியவில்லை. (இது பற்றிய மாற்றுக் கருத்துக்களுக்கு பின்னூட்டங்களையும், அதிலிருக்கும் சுட்டிகளையும் பார்க்கவும்).

கருங்குழி விவரங்கள் -black hole properties (2/4)

இதற்கு முந்திய பதிவில், விண்மீன்களில் என்ன இருக்கிறது, அவை எப்படி ஒளியை உமிழ்கின்றன, எதனால் சில விண்மீன்கள் கருங்குழியாக மாறுகின்றன என்பதைப் பார்த்தோம். இந்த பதிவில், கருங்குழியின் வித்தியாசமான பண்புகளைப் பார்க்கலாம்.

மிக அதிக நிறை உடைய விண்மீன்கள்தான் கருங்குழி ஆகும் என்பதை அறிவோம். அதனால், அவற்றின் நிறை ஈர்ப்பு விசை மிக அதிகமாக இருக்கும். மிக அதிகமாக என்றால் எவ்வளவு? கருங்குழிக்கு அருகில் வந்து விட்டால், எந்தப் பொருளும் அதை விட்டு செல்ல முடியாது. எந்தப் பொருளும் என்றால், அது இந்த அண்டத்தில் இருக்கும் எந்தப் பொருளையும் குறிக்கும். குறிப்பாக, ஒளி, கருங்குழியில் இருந்து தப்பி வர முடியாது. இது எல்லாப் பொருள்களையும் விழுங்கும் தன்மை கொண்டதால், இது ஒரு குழி (hole), அதாவது இதில் ஒரு பொருள் சென்று விட்டால், திரும்ப வராது என்ற பொருளில் இதன் பெயர் வழங்கப் படுகிறது. ஒளியையும் விழுங்கும் தன்மை கொண்டதால், இதற்கு கருங்குழி என்று பெயர்.

எந்தப் பொருளும் கருங்குழிக்கு அருகில் வந்து விட்டால் தப்ப முடியாது. அருகில் என்றால் எவ்வளவு அருகில்? அது ஒவ்வொரு கருங்குழியின் நிறையையும் பொறுத்தது. ஒவ்வொரு நிறைக்கும், ஒரு அளவு உண்டு. அந்த குறிப்பிட்ட தூரத்திற்கு ஆங்கிலத்தில் 'Event Horizon' ( நிகழ்வு விளிம்பு ) என்று பெயர். அதற்குள் ஒரு பொருள் சென்று விட்டால், அதைப் பற்றி எந்தத் தகவலும் வெளியில் இருப்பவர்களுக்கு தெரியாது. பொதுவாக, தகவலை ஓரிடத்திலிருந்து இன்னொரு இடத்திற்கு அனுப்ப மின்காந்த அலைகளைப் பயன்படுத்தலாம். ஆனால், கருங்குழியில் இருந்து ஒளி (மின்காந்த அலை) கூட வெளி வர முடியாததால், எந்தத் தகவலும் வெளியில் வராது. இந்த ‘நிகழ்வு விளிம்பு'க்குள் நடக்கும் எந்த நிகழ்ச்சியைப் பற்றியும் வெளியில் இருப்பவர் பார்க்க முடியாது. அதனால்தான் இதற்கு ‘நிகழ்வு விளிம்பு' என்று பெயர்.

கருங்குழியில் நிறை ஈர்ப்பு விசை மிக அதிகம் என்பதை மீண்டும் நினைவு கொள்வோம். சரி, இப்பொழுது ஒருவர் ஒரு ராக்கெட்டில் பயணம் செய்து கருங்குழியை நோக்கிப் போகிறார் என்று வைத்துக் கொள்வோம். அப்போது என்ன நடக்கும்?

வெளியில் இருந்து பார்ப்பவர்களுக்கு, அவர் (அதாவது ராக்கெட்) கருங்குழிக்கு அருகில் செல்ல செல்ல, அவரது வேகம் குறைவது போல தோன்றும். உண்மையில் சொல்லப் போனால், வெளியில் இருந்து பார்ப்பவர்களைப் பொறுத்த வரை, அவரது ராக்கெட்டின் வேகம் குறையும் என்று தான் சொல்ல வேண்டும். இதை ‘சார்பியல்' என்ற relativity விளக்குகிறது.

அவர் கருங்குழியை நெருங்க நெருங்க, ராக்கெட்டின் வேகம் மேலும் மேலும் குறையும். அதனால், அவர் ஒரு குறிப்பிட்ட தூரத்தை (எ.கா. 1 கி.மீ) கடக்க எடுத்துக் கொள்ளும் நேரம் அதிகமாகிக் கொண்டே போகும். இப்படி, கடைசியாக, அவர் ‘நிகழ்ச்சி விளிம்பைக்' கடப்பதை, வெளியில் இருப்பவர் பார்க்கவே முடியாது. ஏனென்றால், அதற்கு முடிவில்லாத (infinite)நேரம் ஆகும். இது வெளியில் இருப்பவர்களைப் பொறுத்த வரை நடப்பது.

ராக்கெட்டில் இருப்பவருக்கோ அப்படி இல்லை. அவர் கருங்குழியை நெருங்க நெருங்க, அதன் ஈர்ப்பு விசையால் இழுக்கப் படுவார். அவர் மிக மிக அதிக வேகத்தில் அதை நெருங்குவார். அவர் ஒரு குறிப்பிட்ட தூரத்தை கடக்க குறைந்த நேரமே எடுத்துக் கொள்வார். அப்படிப் பார்த்தால், அவரைப் பொறுத்த வரை ஒரு மணி நேரத்தில் ஒரு குறிப்பிட்ட தூரத்தைக் கடந்தால், வெளியில் (பூமியில்) இருந்து பார்ப்பவர்களுக்கு அவர் அந்த தூரத்தை பல மணி நேரங்களில் கடந்தது போலத் தெரியும். அவர் கருங்குழிக்கு எவ்வளவு அருகில் இருக்கிறார் என்பதைப் பொறுத்து, பல வருடங்கள் கூட கடந்தது போல தெரியும்.

அவர் தன் நேரப்படி, 12 மணி நேரத்திற்கு முன், மற்றும் 12 மணி நேரத்திற்கு பின் என்று இரண்டு போட்டோக்களை எடுத்து பூமிக்கு அனுப்பினால், நமக்கு முதல் போட்டொ கிடைத்து, பல நாள் அல்லது ஆண்டுகள் கழித்துதான் இரண்டாவது போட்டோ வரும். ஆனால், இரண்டாவது போட்டோவிலும் அவர் வயது முதல் போட்டோவை விட 12 மணி அதிகம் போல தெரியும். (எ.கா. முகத்தில் ஷேவ் செய்து முதல் போட்டோ எடுத்தால், இரண்டாவது போட்டோவில் கொஞ்சம் மாறுதல் தெரியும், அவ்வளவே). நாம் “இந்த மனிதர் பல ஆண்டுகள் கழித்து கூட இளமையாக இருக்கிறாரே என்று நினைப்போம்”. அதே சமயம், அவரது காமிராவில் நேரம் அந்த போட்டோக்களில் பதிந்து இருந்தால், அவை 12 மணி நேர வித்தியாசம் மட்டுமே காட்டும்.

இங்கு சொல்ல வருவது என்ன என்றால், அந்த ராக்கெட்டில் இருக்கும் உயிர் உள்ள பொருள்கள் (மனிதர்) , மற்றும் உயிரற்ற பொருள்கள் (காமிராவில் இருக்கும் கடிகாரம்) இரண்டிற்குமே நேரம் மெதுவாகத் தான் செல்லும். இது ஒரு வெளித்தோற்றம் அல்ல. உண்மையிலேயே, அந்த ராக்கெட்டில் நேரம் மெதுவாகத்தான் செல்கிறது. ஆனால், அந்த ராக்கெட்டில் இருப்பவர்களுக்கு, இருக்கும் பொருள்களுக்கு, அது இயல்பாகவே இருக்கும். அவர் தான் மெதுவாக வயதடைவதாக உணர மாட்டார். சாதாரணமாகவே உணர்வார்.

சரி, அடுத்து இன்னொரு விஷயம். கருங்குழி, ஒளியைக் கூட வெளியில் விடாது என்று பார்த்தோம். ஆனால், குவாண்டம் இயற்பியலின் அடிப்படையில், ஸ்டீபன் ஹாக்கிங் அவர்கள் ஆராய்ச்சி செய்து, கருங்குழியில் இருந்து ஒளி கதிர்வீச்சு வரும் என்று நிரூபித்தார். அது உண்மையில் கரும்குழியில் இருந்து 'தப்பி' வருவது அல்ல. வெற்றிடத்தில் இருந்து வருவது (!) . கருங்குழியைச் சுற்றி இருக்கும் வெற்றிடத்தில் இருந்து வருவது என்று கணக்கிட்டார்.

அடுத்த பதிவில் ஏன் கருங்குழி இந்த மாதிரி வித்தியாசமாக இருக்கிறது என்ற காரணங்களைப் பார்ப்போம்.

கருங்குழி - தொடக்கம் -Black Holes. An Introduction(1/4)

கருங்குழி (black holes) என்பவை, விண்மீன்களைப் (star) போன்ற பொருள்களாகும். இவை பல வித்தியாசமான பண்புகளைக் கொண்டவை. இவை உண்மையிலேயே இருக்கின்றனவா அல்லது இல்லையா என்பதில் இன்னமும் சந்தேகம் இருக்கிறது. பெரும்பாலான் விஞ்ஞானிகள் இவை இருப்பதாக நம்புகிறார்கள். ஆனால் இது வரை ஒரு கருங்குழியைக் கூட நம்மால் கண்டுபிடிக்க முடியவில்லை.

கருங்குழி என்றால் என்ன? அது எப்படி உருவாகும்? அதென்ன 'வித்தியாசமான பண்புகள்'? ஏன் அப்படிப்பட்ட பண்புகள் இருக்கும் என்று விஞ்ஞானிகள் நினைக்கின்றார்கள்? இவற்றை அடுத்த சில பதிவுகளில் பார்க்கலாம். இதற்கு குவாண்டம் இயற்பியலும், சார்பியலும் (Theory of Relativity) தேவைப்படும்.


கருங்குழி என்பது மிக அதிக நிறை (mass) கொண்ட விண்மீன்கள். முதலில் விண்மீன்கள் அல்லது நட்சத்திரங்கள் என்றால் என்ன? விண்மீன்கள் அனைத்திலும், ஹைட்ரஜன் வாயுவும், சிறிதளவு ஹீலியம் வாயுவும் இருக்கின்றன. சில விண்மீன்களில், இவை போக, வேறு சில தனிமங்களும் (ஆக்சிஜன், சிலிக்கன் என்ற வகையில்) கொஞ்சம் இருக்கலாம். விண்மீன்கள் பொதுவாக அதிக வெப்ப நிலையில் இருக்கும். இவை ஒளியைத் தரும். நமது சூரியன் கூட ஒரு விண்மீன் தான்.மொத்தத்தில் இந்த வாயுக்கள் கொண்ட மேகம் போன்ற ஒரு படலம்தான் விண்மீன். இந்த விண்மீன் பொதுவாக பந்து போல உருண்டையாக இருக்கும்.

விண்மீன்கள் எப்படி ஒளியத் தருகின்றன? ஹைட்ரஜன் அணுக்கள் அணுவினை (nuclear reaction)மூலம் ஹீலியமாக மாறும். அப்படி மாறும்பொழுது, வெளிவரும் ஆற்றல்தான் வெப்பமாகவும் ஒளியாகவும் வருகிறது. இப்படி வெப்பம் அதிகமாக இருக்கும் பொழுது, ஹைட்ரஜன் மற்றும் ஹீலியம் வாயுக்கள் அடர்த்தி குறைந்து, விண்மீனை விட்டு வெளியேற முயற்சி செய்யும். (பலூனில் காற்று ஊதி, சூடுபடுத்தினால் அது பெரிதாகும். அடுப்பில் காட்ட வேண்டாம், ‘பட்' டென்று வெடித்துவிடும். பற்றி எரியவும் செய்யலாம். அதற்கு பதில் பலூனை கொஞ்சம் வெந்நீரில் வைத்தால், அது பெரிதாகும்.) அதே சமயம், இப்படி விண்மீன் பெரிதாகாமல் அதன் ஈர்ப்பு விசை தடுக்கும். ஈர்ப்பு விசை, இந்த வாயுக்களை நடுப்புள்ளியை (center point) நோக்கி இழுப்பதால், விண்மீன் உருண்டையாக இருக்கும். (இதே விண்மீன் வேகமாக சுழன்றுகொண்டும் இருந்தால், கொஞ்சம் தட்டையாக இருக்கும்).

• நாம் பொதுவாக ‘புவி ஈர்ப்பு விசை' என்று சொல்வதை ஆங்கிலத்தில் gravity என்று சொல்வார்கள். இது ‘புவி'க்கு மட்டும் இல்லை. எல்லா பொருள்களுக்கும் இருக்கிறது. இது ஒரு பொருளின் ‘நிறையைப்' (mass) பொறுத்தது. நம்மைப் பொறுத்தவரை பூமி அதிக எடை இருப்பதால், இதை ‘புவி ஈர்ப்பு விசை' என்று சொல்கிறோம்.


• இரு ஹைட்ரஜன் அணுக்களுக்கு இடையே ‘புவி ஈர்ப்பு விசை' என்று சொன்னால் ”இங்கே எப்படி புவி வந்தது?” என்ற குழப்பம் வரலாம். இந்த பதிவில், நானாக ஒரு புது சொல்லை பயன்படுத்தப் போகிறேன். வெறுமனே ”ஈர்ப்பு விசை” என்று சொன்னால் அது 'attractive force' என்று பொருள்படும். ஒரு எலக்ட்ரானுக்கும் ப்ரோட்டானுக்கும் இடையே கூட மின்காந்த விசை ‘ஈர்ப்பு விசையாகத்' தானே இருக்கிறது?



• அதனால், இப்போது ‘நிறை ஈர்ப்பு விசை' என்ற புதுச் சொல்லை பயன்படுத்துவோம். ‘நிறை ஈர்ப்பு விசை' என்று சொன்னால், அது ‘எந்த இரு பொருள்களுக்கும் இடையே இருக்கும் gravity force' என்று பொருளாக எடுத்துக் கொள்வோம்.


• உங்களுக்கு இதைவிட சரியான சொல் தெரிந்தால், பின்னூட்டத்தில் தெரியப் படுத்துங்கள், மாற்றி விடுவோம்.

அணுக்கரு வினையால், விண்மீன் பெரிதாகப் பார்க்கும், அதே சமயம் ‘நிறை ஈர்ப்பு விசை'யால் விண்மீன் சிறிதாகப் பார்க்கும். இரண்டும் சரிசமமாக இருக்கும் நிலைதான் விண்மீனின் நிலை.

இப்படி அணுக்கரு வினை நடக்க ஹைட்ரஜன் தேவை. (இப்படி 'குத்து மதிப்பாக' பல வாக்கியங்களை எழதுகிறேன். சரியாகச் சொல்ல வேண்டும் என்றால், சில சமயங்களில், ஹீலியம் மட்டும் இருந்தாலும் கூட அணுக்கரு வினை நடக்கும். இருந்தாலும், இப்படி எல்லாவற்றையும் எழுதப் போனால் பதிவின் நீளம் தாங்காது. அதனால், நீங்கள் ”இப்பதிவில் இருக்கும் கருத்துக்கள் பெரும்பாலும் உண்மை, அதே சமயம் விதிவிலக்குகள் இருக்கும்” என்பதை நினைவில் வைத்து படிக்க வேண்டும்).

ஹைட்ரஜன் அணுக்கள் ஹீலியமாக மாறும்பொழுது, கொஞ்சம் நிறை குறையும். அந்த நிறைதான் ஆற்றலாக (ஒளியாக, வெப்பமாக) வெளிவருகிறது. இதற்கு ஐன்ஸ்டைனின் ‘E= m c^2" என்ற புகழ்பெற்ற சமன்பாடைப் பயன்படுத்தி, எவ்வளவு நிறை இழந்தால் எவ்வளவு ஆற்றல் வரும் என்று கணக்கிடலாம்.

இப்படி ஹைட்ரஜன் ஹீலியமாக மாற மாற, விண்மீனின் நிறை குறைந்து கொண்டே வரும்.
அதனால் விண்மீனின் ‘நிறை ஈர்ப்பு விசை'யும் குறைந்து கொண்டு வரும். அதே சமயம், இந்த அணுக்கரு வினைக்கு ‘எரிபொருளான' ஹைட்ரஜனும் குறைந்து கொண்டே வரும் என்பதை கவனியுங்கள். பல கோடி வருடங்கள் சென்ற பிறகு, ஹைட்ரஜன் பெரும்பாலும் முடிந்து இருக்கும். விண்மீனில் ஹீலியம் மற்றும் வேறு அணுக்களும் இருக்கலாம் (உதாரணமாக, சிலிக்கன், ஆக்சிஜன், கார்பன்/கரி, நைட்ரஜன்) இப்போது அணுக்கரு வினை நடக்காது.

சில சமயங்களில் , விண்மீனில் ஒரு பகுதி ‘பிய்த்துக்கொண்டு' வரலாம். அப்படி வந்ததுதான் நமது பூமி. பூமி குளிர்ந்த பின்னர் உயிரினங்கள் தோன்றின. பூமியின் நிறை குறைவு, அதாவது பெரும்பாலான் விண்மீன்களைப் பார்க்கிலும் குறைவு :-)

ஹைட்ரஜன் தீரும் நிலையில் அணுக்கரு வினை நின்று விட்டால் என்ன நடக்கும்? நிறை ஈர்ப்பு விசை காரணமாக, எல்லா அணுக்களும் அருகருகே வரும். ஆனால், ஓரளவுக்கு மேல் வரமுடியாது. அதற்கு காரணம் என்ன? இதற்கு குவாண்டம் இயற்பியல் பதில் சொல்கிறது.

குவாண்டம் இயற்பியலில், ‘ஹைசன்பர்க் விதி' என்று ஒரு விதி (law) உண்டு. அதன் படி, ஒரு பொருளின் இடத்தையும், (momentum) மிகத் துல்லியமாக கணக்கிட முடியாது. இதை அடிப்படையாகக் கொண்டு ‘பாலி விதி' என்று உள்ளது. அது ‘இரண்டு எலக்ட்ரான்கள் ஒரே ஆற்றல் கொண்டு இருக்க முடியாது' என்று சொல்லும். இரண்டு எலக்ட்ரான்களும் ஒரே இடத்தில் இருந்து ஒரே வேகத்தில் சென்றால், அவை இரண்டும் ஒரே ஆற்றல்தான் கொண்டு இருக்கும். எனவே இதை ஹைசன்பர்க் விதியின் விளைவாகவே கருதலாம்.

இது எலக்ட்ரானுக்கு மட்டும் அல்ல. ப்ரோட்டான் மற்றும் நியூட்ரானுக்கும் பொருந்தும். ஒரே இடத்தில் (ஆற்றல் மட்டத்தில்) இரு ப்ரோட்டான்கள் இருக்க முடியாது, இரு நியூட்ரான்கள் இருக்க முடியாது.

மீறி ஒரே இடத்தில் இரு எலக்ட்ரான்களை கொண்டு வர முயற்சி செய்தால்? மிக அதிக அளவில் ,'எதிர்ப்பு விசை' வரும். அதனால், இரு அணுக்களை ஓரளவுக்கு மேல் நெருக்கமாக வைக்க முடியாது. இந்த எதிர்ப்பு விசை ‘மிக மிக அதிகம்'; ஆனால் ‘முடிவிலி' (infinite) இல்லை.

சூரியனைப் போல சாதாரண விண்மீன், பல கோடி வருடங்களுக்கு பிறகு, ‘இறந்த விண்மீன்' (dead star) ஆக இருக்கும். அதிலிருந்து ஒளி வராது.


அதற்கு பதிலாக, மிகப் பெரிய் விண்மீன் ஹைட்ரஜன் இழந்த பிறகு ‘நிறை ஈர்ப்பு விசை' மூலம் சுருங்க ஆரம்பிக்கும். இந்த ‘நிறை ஈர்ப்பு விசை'யானது, ‘குவாண்டம் எதிர்ப்பு விசை'யை விட அதிகமானால் என்ன ஆகும்?

எலக்ட்ரான்கள் அருகருகே வந்து விடும்! பாலி விதியை மீறி வரும். இவை ப்ரோட்டானுடன் வினை புரிந்து இரண்டும் சேர்ந்து நியூட்ரானாக மாறிவிடும். இந்த விண்மீன், நியூட்ரான்களை மட்டுமே கொண்டதாகிவிடும்.

சரி, நியூட்ரான்கள் ஒன்றுடன் ஒன்று மிக அருகில் வந்தால் என்ன ஆகும்? இதற்கும் ‘பாலி விதி' உண்டு. எலக்ட்ரான்கள் அருகில் வந்தால் இருக்கும் ‘குவாண்டம் எதிர்ப்பு விசை'யை விட, நியூட்ரான்கள் அருகில் வந்தால் இருக்கும் 'குவாண்டம் எதிர்ப்பு விசை' இன்னமும் அதிகம். அதனால், நியூட்ரான்களை குவாண்டம் எதிர்ப்பு விசை பிடித்து தள்ள, நிறை ஈர்ப்பு விசை உள்ளே இழுக்க , மொத்தத்தில் ஒரு சம நிலை வரும். இந்த நிலையில் இருக்கும் விண்மீன்கள் ‘நியூட்ரான் விண்மீன்' (neutron star) எனப்படும்.

மிக மிகப் பெரிய விண்மீன் என்ன ஆகும்? அதில் மிக அதிகமாக ‘நிறை ஈர்ப்பு விசை' இருக்கும். அந்த விசை, ‘நியூட்ரான்களில் குவாண்டம் எதிர்ப்பு விசையை' கூட அதிகமாக இருக்கும். அப்பொழுது, எல்லா நியூட்ரான்களும் சேர்ந்து மொத்தமாக பந்து போல ஒரே பொருளாகி விடும். இந்த பொருள்தான் ‘கருங்குழி'.