இயற்பியல் நோபல் பரிசு – 2020 | ஜோசப் பிரபாகர்

மனித இனத்தின் நாகரீக வளர்ச்சிக்கும், வானம் பற்றிய மனிதனின் அறிவுக்கும் நெருங்கிய தொடர்பு உண்டு. நாகரீகத்தை செழுமைப்படுத்தியதில் வானவியலுக்கு மிகப்பெரிய பங்கு உண்டு. வரலாறு முழுக்க நாம் இதைக்காணலாம். எப்போதும் இயற்பியலில் மவுசு குறையாத ஒரு துறை உண்டென்றால் அது வானவியல் துறைதான். நோபல் பரிசு வரலாற்றில் பல தடவை வானவியல் துறையில் நடந்த கண்டுபிடிப்புகளுக்கும், கோட்பாட்டு வளர்ச்சிக்கும் நோபல் பரிசு வழங்கப்பட்டிருக்கிறது. சென்ற வருடம் சூரியக் குடும்பத்திற்கு வெளியே இருக்கும் நட்சத்திரங்களைச் சுற்றி வரும் கோள்களை (exo-planets) கண்டுபிடித்ததற்காகவும், பிரபஞ்சவியலில் (Cosmology) நிகழ்ந்த கோட்பாட்டு வளர்ச்சிக்கும் (Theoretical development)  நோபல் பரிசு வழங்கப்ப்பட்டது. 2017 ஆம் ஆண்டு ஈர்ப்பு அலைகள் கண்டுபிடிப்பிற்காக வழங்கப்பட்டது. வானவியல் துறையில் நிகழும் ஒவ்வொரு கண்டுபிடிப்பும் மனிதன் வானத்தின் மீது கொண்டுள்ள தீராத காதலை எடுத்துச்சொல்லும். “வானம் எனக்கொரு போதி மரம். நாளும் எனக்கது சேதி தரும்” என்ற வைரமுத்துவின் பாடல் வரிகள்தான் ஞாபகத்திற்கு வருகின்றன. அந்த வரிசையில் இந்த ஆண்டும் இயற்பியல் நோபல் பரிசானது வானவியலில் கருந்துளை (Black hole) பற்றிய ஆராய்ச்சிக்காக மூவருக்கு வழங்கப்பட்டிருக்கிறது.

நோபல் பரிசின் ஒருபாதி இங்கிலாந்தைச் சேர்ந்த ரோஜர் பென்ரோஸ் (Roger Penrose) என்ற கோட்பாட்டு இயற்பியல் அறிஞருக்கும் (Theoretical Physicist), மறுபாதி ஜெர்மனியைச் சேர்ந்த ரெயின்ஹார்ட் கென்சல் (Reinhard Genzel) மற்றும் அமெரிக்காவைச் சேர்ந்த ஆண்ட்ரியா கெஸ் (Andrea Gezh) என்ற இரண்டு பரிசோதனை இயற்பியல் அறிஞர்களுக்கும் (Experimental Physicists) சேர்த்து வழங்கப்பட்டிருக்கிறது.

ரோஜர் பென்ரோஸ் “ஐன்ஸ்டீனின் பொதுச்சார்பியல் கோட்பாடு கருந்துளை உருவாக்கத்தையும், அதனுள் ஓர்மைப்புள்ளி (Singularity) உருவாக்கத்தையும் உறுதியாகக் கணிக்கிறது “ என்று கோட்பாட்டு ரீதியாக நிரூபித்தார். ரெயின்ஹார்ட் கென்சல் மற்றும் ஆண்ட்ரியா கெஸ் இருவரும் நமது பால்வழி மண்டலத்தின் (Milky Way Galaxy) நடுவே அதி நிறை கொண்ட , ஆனால் அளவில் சிறிய பொருளொன்று (Super massive compact object) இருக்கிறது என்று ஆராய்ச்சியின் மூலம் நிரூபித்தனர். அந்த சிறிய பொருள் கிட்டத்தட்ட ஒரு அதிநிறை கருந்துளை (Supermassive blackhole) என்பதுதான் இப்போதைய புரிதல்.  இன்னும் சொல்லப்போனால் இந்த பிரபஞ்சத்தில் இருக்கும் எல்லா விண்மீன் மண்டலத்துக்கு (Galaxy) நடுவிலும் இதுமாதிரியான அதி நிறை கருந்துளைகள் இருக்கிறது என்று ஆராய்ச்சியாளர்கள் முடிவுக்கு வந்திருக்கின்றனர்.

கருந்துளை என்ற கருத்து: 

முதலில் ரோஜர் பென்ரோஸின் கதைக்கு வருவோம். இவர் தற்போது இங்கிலாந்தின் ஆக்ஸ்போர்டு பல்கலைக்கழகத்தின் கணிதவியல்துறையில் பேராசிரியரராக பணிபுரிகிறார். இவரின் பங்களிப்பை நாம் புரிந்துகொள்ள வேண்டுமென்றால் கொஞ்சம் வரலாற்றில் பின்னோக்கிச் சென்று கருந்துளை என்ற கருத்து எவ்வாறு உருவானது, பிறகு காலப்போக்கில் இந்தக் கருத்து எவ்வாறு மாற்றமடைந்தது என்று தெரிந்து கொள்வது அவசியம்.

கருந்துளை என்றால் என்ன? மிக எளிதாகச் சொல்ல வேண்டுமானால் ஒரு விண்மீனின் கடைசிக்கட்ட நிலைதான் கருந்துளை. சாதாரணமாக விண்மீன்களிலிருந்து ஒளி வருவதால்தான் நாம் அதை வெறும் கண்களாலோ அல்லது தொலைநோக்கியாலோ பார்க்க முடிகிறது. ஆனால் கருந்துளையின் ஈர்ப்புவிசை மிக மிக அதிகமாக இருப்பதால் ஒளி கூட அதில் இருந்து வெளியில் வரமுடியாது. அதனால்தான் அதன் தன்மையை நம்மால் விளக்கமுடிவதில்லை.

கருந்துளை என்ற கருத்து இன்று நேற்று உருவானதல்ல. கிட்டத்தட்ட 1790 களிலேயே ஜான் மிட்செல் (John Mitchel), லாப்லாஸ் (Laplace) என்ற இரு இயற்பியல் அறிஞர்களும் நியூட்டனின் கோட்பாட்டை பயன்படுத்தி ஒரு விண்மீன் மிக மிக அதிக நிறை கொண்டதாக இருந்தால் ஒளி கூட அதில் இருந்து வெளியே வரமுடியாது என்று கணித்தனர். அதை அவர்கள் “கருப்பு விண்மீன்கள் (dark stars)” என்றழைத்தனர். ஆனால் அக்காலக்கட்டத்தில் வானவியல் துறையோ, தொழில்நுட்பத் துறையோ இன்றைக்கு வளர்ந்துள்ளதுபோல் பெரிதாக வளரவில்லை. மேலும் அப்போது ஒளியின் வேகமும் கணக்கிடப்படவில்லை. எனவே அவர்களின் கருத்து பெரிதாக கண்டுகொள்ளப்பட வில்லை.

ஈர்ப்பு விசை – கால வெளி வளைவு:

கிட்டத்தட்ட ஒரு நூற்றாண்டுக்குப்பிறகு ஆல்பர்ட் ஐன்ஸ்டீன்  1905 ஆம் ஆண்டு சிறப்புச் சார்பியல் கோட்பாட்டையும் (Special theory of relativity), 1915 ஆம் ஆண்டு பொதுச்சார்பியல் கோட்பாட்டையும் (General theory of relativity) வெளியிட்டார். இந்த இரண்டு கோட்பாடுகளும் அது வரை காலம், வெளி பற்றி நாம் கொண்டிருந்த புரிதல்களை அடியோடு மாற்றி அமைத்தது. நியூட்டன் கோட்பாட்டின்படி காலமும், வெளியும் தனித்தனியானவை, ஒன்றை ஒன்று சார்ந்ததல்ல. ஆனால் சிறப்புச் சார்பியல் கோட்பாடு காலமும் வெளியும் ஒன்றை ஒன்று சார்ந்தது. காலம் (time) என்றும் வெளி (space) என்றும் தனித்தனியாக பார்க்காமல் காலவெளி (space-time) என்றே இணைத்துப்பார்க்க வேண்டும் என்று கூறுகிறது. பொதுச்சார்பியல் கோட்பாடோ இன்னும் ஒரு படி மேலே போய் ஈர்ப்பு விசை என்ற ஒன்றே இல்லை. நிறையானது தன்னைச் சுற்றி உள்ள வெளியை வளைக்கிறது, காலத்தை மெதுவாக ஓட வைக்கிறது எனக் கூறுகிறது. இதைத்தான் நாம் காலவெளி வளைவு (space-time curvature) என்றழைக்கிறோம். விசை என்பது வெளியிலிருந்து கொடுக்கப்படுவதல்ல. மாறாக அது காலவெளி வளைவு என்ற இருத்தலியல் பண்பே (existential property) என ஐன்ஸ்டீன் கூறினார். உண்மையில் மனித மூளையில் தோன்றிய ஆகச்சிறந்த அறிவியல் கருத்து இது என்று கூறலாம். இந்தக் கால வெளி வளைவுதான் நமக்கு ஈர்ப்பு விசை போல் தோன்றுகிறது.

எளிதாக சொல்ல வேண்டுமானால் சூரியன் தன்னை சுற்றியுள்ள வெளியை வளைக்கிறது. காலத்தை மிக மெதுவாக ஓட வைக்கிறது. சூரியனைச் சுற்றி உள்ள இந்த வளைந்த வெளியில் கோள்கள் நீள்வட்டப்பாதையில் செல்கிறது. நாம் பார்க்கும்போது சூரியன் கோள்களின் மீது விசை செலுத்துவது போல் தெரிகிறது. இப்படித்தான் ஒவ்வொரு பொருளும் தனது நிறைக்கேற்ப தன்னைச்சுற்றி உள்ள காலவெளியை வளைக்கிறது. இந்த பொதுச்சார்பியல் கோட்பாடு கோள்களின் இயக்கத்தை, விண்மீன்களின் இயக்கத்தை நியூட்டனின் ஈர்ப்பு விசைக் கோட்பாட்டை விடத் துல்லியமாக விளக்குகிறது.

பொதுச்சார்பியல் கோட்பாடு வெளியிடப்பட்டதும் மிக அதிக நிறை கொண்ட விண்மீன்களைச் சுற்றி காலவெளி வளைவு எப்படி இருக்கும் என்று இயற்பியல் அறிஞர்கள் கோட்பாட்டு ரீதியாக ஆராயத்தொடங்கினர். ஜெர்மன் நாட்டைச்சேர்ந்த வானவியல் அறிஞர் கார்ல் ஸ்வார்சைல்ட் (Karl Schwarzschild) முதன்முதலில் (பொதுச்சார்பியல் கோட்பாடு வெளியிடப்பட்ட சிலமாதங்களிலேயே) பொதுச்சார்பியல் கோட்பாட்டில் கொடுக்கப்பட்ட ஐன்ஸ்டீன் சமன்பாடுகளை பயன்படுத்தி தற்சுழற்சி இல்லாத (No spinning), கோளச் சீர்மையுள்ள (Spherically symmetric) விண்மீன்களைச் சுற்றி கால வெளி வளைவு எப்படி இருக்கும் என்று கணக்கிட்டார். [கோளச்சீர்மை என்பது ஒரு கோளத்தின் மையத்தில் நின்று பார்த்தால் அதன் எல்லா பகுதியும் ஒரே மாதிரி இருக்கவேண்டும் அல்லது ஒரே மாதிரி நிறை பரவல் (mass distribution) இருக்க வேண்டும்.] அவரது கணக்கியல் தீர்வு  “ஸ்வார்சைல்ட் சமன்பாடு அல்லது மெட்ரிக்” என அழைக்கப்படுகிறது. இச்சமன்பாடு குறிப்பாக ஒளியின் வளைவு (Bending of light), புதன்  கோள் சுற்றுப்பாதை என பல நிகழ்வுகளை விளக்கினாலும் ஒரு சிக்கல் இருந்தது.

அதாவது ஒரு விண்மீனின் மையப்புள்ளியிலும் (r=0), மையப்புள்ளியிலிருந்து குறிப்பிட்ட தொலைவுக்கும் (r=2GM/c²) ஸ்வார்சைல்ட் சமன்பாட்டின் மதிப்பு முடிவிலியாக (infinity) மாறியது. [இங்கு  r = தொலைவு (விண்மீன் மையத்திலிருந்து), G = ஈர்ப்பியல் மாறிலி, M = விண்மீனின்  நிறை, c = ஒளியின் வேகம்].  இப்படி முடிவிலி வரும் புள்ளிகளை கணிதத்தில் ஓர்மைநிலைப்புள்ளி (Singular point) அல்லது ஓர்மைநிலை (Singularity) என்பர்.  அதன்படி இங்கு  விண்மீனின் மையப்புள்ளி (r=0) மற்றும் r=2GM/c² என்ற தொலைவும் ஓர்மைநிலைப்புள்ளிகள். ஏன் இந்த இரு தொலைவுகளும் ஓர்மை நிலையை அடைகின்றன?

விண்மீனின் மையப்புள்ளியில் (r=0) முடிவிலி வருவது என்பது எதிர்பார்த்ததுதான். ஏனென்றால் நியூட்டன் ஈர்ப்பு விசைச் சமன்பாட்டிலேயே விண்மீனின் மையப்புள்ளி முடிவிலி மதிப்பை கொண்டிருக்கிறது. எனவே (r=0)   என்பது உண்மையான ஓர்மைநிலைப்புள்ளிதான். அதாவது அப்புள்ளியில் பொதுச்சார்பியல் கோட்பாடும் செல்லாததாகி விடும்.  ஆனால் r=2GM/c² என்ற தொலைவுக்கும் முடிவிலி மதிப்பு ஏன் வருகிறது? இதன் இயற்பியல் விளக்கம் என்ன? என்று பலரும் குழம்பினர்.

இதில் இன்னொரு கொடுமை என்னவென்றால் ஸ்வார்சைல்ட் அவரின் சமன்பாடுகளை வெளியிட்ட சிலமாதங்களிலேயே இறந்துபோய் விட்டார்.

பிறகு வந்த ஆராய்ச்சியாளர்கள் விண்மீனின்  r=2GM/c² என்ற தொலைவை பிரதியிட்டால் வரும் முடிவிலி கணிதவியல் ரீதியில் மட்டுமே சாத்தியமான ஒன்று, நடைமுறையில் அதற்கு பெரிதாக முக்கியத்துவம் இல்லை என்றும் கருதி வந்தார்கள்.

இந்நேரத்தில் குவாண்டம் இயற்பியலும், அணுக்கரு இயற்பியலும் வளர்ந்ததால், இந்தக்கோட்பாடுகளைப் பயன்படுத்தி இயற்பியல் அறிஞர்கள் விண்மீன்களின் தோற்றம், அதன் வாழ்க்கைச் சுழற்சி, அதன் கடைசிக்காலம் பற்றி என்று ஆராயத்தொடங்கினர்.

விண்மீனின் வாழ்க்கை:

அணுக்கரு இயற்பியல்தான் விண்மீன் எப்படி இவ்வளவு காலம் பிரகாசித்துக்கொண்டே இருக்கிறது என்ற ரொம்ப நாள் குழப்பத்துக்கான விடையை அளித்தது. அதன்படி ஒரு விண்மீனுக்குள் நடக்கும் வெப்ப அணுக்கரு இணைவு வினைதான் (Nuclear fusion reaction) இந்த பிரகாசிப்புக்கான காரணம். இந்த வினையால் லேசான தனிமங்கள் ஒன்றிணைந்து கனமான தனிமங்களாக மாறுகிறது. அதே நேரத்தில் கணக்கிலடங்கா வெப்பத்தையும் கதிர்வீச்சையும் வெளியிடுகிறது. இந்த அணுக்கரு இணைவு வினையால் உருவாகும் வெளிநோக்கிய அழுத்தம், விண்மீன்களின் நிறையால் ஏற்படும் உள்நோக்கிய ஈர்ப்பு விசையை சமன்செய்கிறது. நமது சூரியன் இந்தக்கட்டத்தில்தான் இருக்கிறது.

தற்போது சூரியனுக்குள் இருக்கும் ஹைட்ரஜன் அணுக்கள் இணைந்து ஹீலியம் அணுக்களாக மாறிக்கொண்டே இருக்கிறது. இதனால் உருவாகும் வெப்பத்தாலும் கதிர்வீச்சாலும் உருவாகும் வெளி நோக்கிய விசை, சூரியனின் நிறையால் உருவாகும் உள் நோக்கிய ஈர்ப்பு விசையை சமன் செய்கிறது. ஒரு விண்மீனில் உள்ள நிறை முதலில் ஹைட்ரஜனிலிருந்து ஹீலியமாக, பிறகு ஹீலியத்திலிருந்து பெரிலியமாக, பிறகு கார்பன் என அடுத்தடுத்து கன தனிமங்களாக மாறிக்கொண்டேயிருக்கும். இது பல பில்லியன் வருடங்கள் தொடர்ந்து நடக்கும். விண்மீனில் உள்ள நிறை அனைத்தும் இரும்பு தனிமமாக மாறியவுடன் விண்மீனுக்கு கடைசிக்கட்டம் நெருங்கி விட்டது எனலாம். ஏனென்றால் இரும்பு வரை நடக்கும் அணுக்கரு இணைவு வினை வெப்ப உமிழ்வு வினையாதலால் அதில் வெளிப்பட்ட வெப்பமும் கதிர்வீச்சும் விண்மீனின் உள்நோக்கிய ஈர்ப்பு விசையை சமன் செய்தது. ஆனால் இரும்பிற்கு பிறகு நடக்கும் அணுக்கரு இணைவு வினை வெப்ப உமிழ்வு வினை அல்ல. அதனால் வெப்பமும் கதிர்வீச்சும் வெளிவருவதில்லை. இதனால் உள்நோக்கிய ஈர்ப்பு விசையை சமன் செய்வதற்கான வாய்ப்பு இல்லாமல் போவதால் விண்மீன் உள்நோக்கி சுருங்கத்தொடங்குகிறது. இது விண்மீன்களின் ஈர்ப்புச்சரிவு (Gravitational collapse of stars) என்றழைக்கப்படுகிறது. இதுதான் விண்மீனின் கடைசிக்கால கட்டம். அப்படியென்றால் ஈர்ப்புச் சரிவடைந்த விண்மீனின் நிலை என்ன? எங்கே இது முடியும்? என்பது போன்ற கேள்விகள் எழுந்தன.

சுப்பிரமணியம் சந்திரசேகர்:

1926 ஆம் ஆண்டு ரால்ப் பவுலர் (Ralph Fowler) என்பவர் குவாண்டம் இயற்பியலைப் பயன்படுத்தி ஒரு புதிய கருத்தை வெளியிட்டார். அவரது கருத்துப்படி விண்மீன்கள் ஈர்ப்புச் சரிவால் உள்நோக்கி சுருங்கும்போது ஒரு கட்டத்தில் அங்குள்ள எலக்ட்ரான்கள் வெளிநோக்கிய ஒரு அழுத்தத்தைக் (electron degeneracy pressure) கொடுத்து இந்த ஈர்ப்பு விசையை சமன்செய்து ஈர்ப்புச் சரிவை தடுத்து நிறுத்துகிறது. விண்மீனின் இந்த நிலைக்கு வெள்ளைக்குள்ளர் (White dwarf) என்று பெயர். இதுதான் அனைத்து விண்மீன்களின் கடைசி நிலை என்று சொன்னார். ஆனால் நான்கே வருடங்களில் இந்தகருத்து தவறு என்று நிரூபிக்கப்பட்டது. ஆம். தமிழகத்தின் சென்னை மாநிலக் கல்லூரியில் தனது இளங்கலை படிப்பை முடித்த வெறும் இருபதே வயதான சுப்ரமணியம் சந்திரசேகர் 1930 ஆம் ஆண்டு ரால்ப் பவுலரின் கணக்கீட்டில் தவறு இருப்பதைக் கண்டறிந்து அதை சரிசெய்தார். அதாவது  விண்மீன்களின் உள்ளே இருக்கும் எலக்ட்ரான்கள் கிட்டத்தட்ட ஒளியின் வேகத்துக்கு சற்று குறைவாக செல்வதால் குவாண்டம் இயற்பியலோடு, சிறப்பு சார்பியல் கோட்பாட்டையும் பயன்படுத்தி எல்லா விண்மீன்களும் தனது கடைசிக்காலகட்டத்தில் வெள்ளைக்குள்ளராக மாறுவதில்லை. சூரியனின் நிறையைப்போல 1.4  மடங்குக்கு குறைவாக இருக்கும் விண்மீன்கள் மட்டுமே வெள்ளைக்குள்ளராக மாறும் என்று நிரூபித்தார். இந்த 1.4 மடங்கு சூரிய நிறை (1.4Mš) அளவு சந்திரசேகர் எல்லை (Chandrasekhar limit) என்று அழைக்கப்படுகிறது. பின்னாளில் இந்தக் கண்டுபிடிப்புக்காகத்தான் அவருக்கு நோபல் பரிசு (1983 ஆம் ஆண்டு) வழங்கப்பட்டது. இன்னுமொரு கூடுதல் தகவல் சர்.சி.வி.ராமனின் அண்ணன் மகன்தான் இந்த சுப்பிரமணியம் சந்திர சேகர். கீழே அவர் நோபல் பரிசு வாங்கும் படம் கொடுக்கப்பட்டுள்ளது.

 

இப்போது அடுத்த சிக்கல் இந்த 1.4 Mš மேல் அதிகம் நிறை கொண்ட விண்மீன்களின் கடைசிக்கால கட்டம் எப்படி இருக்கும் என்று கேள்வி எழுந்தது. சந்திர சேகரின் கருத்துப்படி அவ்விண்மீன்கள் மையத்தை நோக்கி சுருங்கத் தொடங்கும். ஆனால் ஆர்த்தர் எடிங்க்டன் போன்ற புகழ்பெற்ற வானியல் அறிஞர்கள் இந்தக் கருத்தை ஏற்றுக்கொள்ளவில்லை. அவர்களின் கருத்துப்படி எல்லா விண்மீனின் கடைசிக்காலமும் வெள்ளைக்குள்ளர்தான். ஈர்ப்புச் சரிவு என்ற கருத்தாக்கத்தையே அவர் கடுமையாக எதிர்த்தார். ஆனால் ஆர்த்தர் எடிங்க்டனின் கருத்து தவறு என்று பிற்காலத்தில் நிரூபிக்கப்பட்டது.

சில ஆண்டுகள் கழித்து சந்திரசேகரின் கருத்தை மேலும் செழுமைப்படுத்தி ஈர்ப்புச் சரிவு அடையும் விண்மீன்களின் நிறை  1.4 Mš க்கு அதிகமாக ஆனால் 3 Mš க்கும் குறைவாக இருந்தால் அது சூப்பர் நோவா பெருவெடிப்பின் (Supernova explosion) மூலம் நியூட்ரான் விண்மீனாக (Neutron star) மாறிவிடும் என்று கண்டுபிடிக்கப்பட்டது. இந்த விண்மீன்களில் நியூட்ரான்கள் கொடுக்கும் வெளிப்புற  அழுத்தம் ஈர்ப்பு விசையை சமன்செய்கிறது.  ஒருவேளை விண்மீன்களின் நிறை சூரியனின் நிறையைப்போல மூன்று மடங்குக்கு (3 Mš) அதிகமாக இருந்தால் அந்த விண்மீன்கள்தான் கருந்துளையாக மாறும் என்று கணிக்கப்பட்டது. இதிலிருந்து நாம் தெரிந்து கொள்வது என்னவென்றால் விண்மீன்களின் கடைசிக்கட்டம் மூன்று விதம். ஒன்று வெள்ளைக்குள்ளராக மாறலாம். அல்லது நியூட்ரான் விண்மீனாக மாறலாம். இது இரண்டையும் விட்டால் கருந்துளையாகத்தான் மாறமுடியும். ஆனால் வெள்ளைக்குள்ளர், நியூட்ரான் விண்மீன்கள் பற்றி கோட்பாட்டு ரீதியிலும் சரி, பரிசோதனை ரீதியாகவும் சரி 1930 கள்  1940 களிலேயே நாம் ஓரளவுக்கு முன்னேறிவிட்டோம். ஆனால் கருந்துளையை பொறுத்தவரை  அப்படி ஏதும் நிகழவில்லை.

இன்னும் கொஞ்சம் வரலாறு:

இதற்கிடையில் 1939 ஆம் ஆண்டு ஓபன்ஹெய்மர் (Oppenheimer) மற்றும் அவரின் மாணவர் ஸ்னைடர் (Snyder) இருவரும் இணைந்து ஸ்வார்சைல்ட் சமன்பாட்டில் வரும் r=2GM/c² என்ற தொலைவில் வரும் முடிவிலிக்கான காரணத்தை  ஆராய்ந்தனர். அவர்கள் கருத்துப்படி r=2GM/c²  என்ற தொலைவு கருந்துளை உருவாக்கத்தில் முக்கிய பங்கு வகிக்கிறது. விண்மீன் தனது ஈர்ப்புச் சரிவால் உள்நோக்கிச் சுருங்கிக் கொண்டே வரும்போது  r=2GM/c² தொலைவைத்தாண்டி சுருங்கியவுடன் அது வெளியுலகத் தொடர்பை இழக்கிறது. இதற்குப்பிறகு நடக்கும் எதுவும் வெளியுலகத்துக்கு தெரிவதில்லை.  ஒளி கூட வெளியில் வருவதில்லை. இந்தத் தொலைவுதான் கருந்துளையின் நிகழ்வு எல்லை (Event horizon) என்று அழைக்கப்படுகிறது. அதாவது இந்த தொலைவுக்கு உள்ளே நடக்கும் எந்த நிகழ்வையும் நம்மால் கண்டறிய முடியாது.  இந்தத்தொலைவை ஸ்வார்சைல்ட் ஆரம் (Schwarzschild radius) என்றும் அழைக்கலாம். இந்த ஸ்வார்சைல்ட் ஆரமானது விண்மீனின் நிறையைப் பொறுத்து இருக்கும். r=2GM/c² என்ற சமன்பாட்டின் மூலம் ஒரு விண்மீனின் ஸ்வார்சைல்ட் ஆரத்தைக் கணக்கிடலாம்.

ஒரு வாதத்துக்கு சூரியன் கருந்துளையாக மாறுகிறது என்று வைத்துக் கொண்டால் அதன் ஸ்வார்சைல்ட் ஆரம் கிட்டத்தட்ட 3 கி.மீ தான். அதாவது சூரியனின் மொத்த நிறையையும் மூன்று கி.மீ க்குள் அடக்கினால் அது ஒரு கருந்துளையாக மாறி விடும். நமது பூமியை கருந்துளையாக மாற்றவேண்டுமானால் மொத்த பூமியையும் 9 மில்லி மீட்டருக்குள் அடக்க வேண்டும். பயம் வேண்டாம். இது ஒரு கற்பனைதான். உண்மையில் சூரியன் கருந்துளையாக மாறாது. தனது கடைசிக்கால கட்டத்தில் அது வெள்ளைக்குள்ளராக மாறிவிடும். அதற்கு இன்னும் 5 பில்லியன் (500 கோடி) வருடங்கள் இருக்கிறது.

ஓபன்ஹெய்மரின் விளக்கம் சரியாக இருந்தாலும் அவரது கணக்கீட்டில் இன்னொரு குறைபாடு இருந்தது. அதாவது கோளச்சீர்மை கொண்ட விண்மீன்கள்தான் ஈர்ப்புச்சரிவால் ஓர்மைப்புள்ளியை நெருங்கும் என்று கணக்கிட்டார். இந்த கோளச்சீர்மை என்ற கருதுகோள்தான் தீவிரமான விவாதத்தைக்கிளப்பியது. ஏனென்றால் எதார்த்தத்தில் விண்மீன்கள் கோளச்சீர்மையாக இருக்க வேண்டும் என்ற எந்த அவசியமும் கிடையாது. ஒரு வேளை கோளச்சீர்மை இல்லாத விண்மீனாக இருந்தால் அது ஈர்ப்புச்சரிவின்  மூலம் உள்நோக்கிச் சுருங்கும்போது என்ன நடக்கும்?  கோளச்சீர்மை விண்மீன்கள் ஓர்மை நிலையை அடையாதா? என்ற பல கேள்விகள் எழுந்தன. இன்னும் சொல்லபோனால் ஆல்பர்ட் ஐன்ஸ்டீனுக்கே கூட ஓர்மை நிலை, நிகழ்வெல்லை போன்ற கருத்துக்கள் மீது அப்போது சந்தேகம் எழுந்தது.

இதே நேரத்தில் ரஷ்யாவைச் சேர்ந்த லிப்ஷிட் (Lifshitz) மற்றும் காலட்நிக்கோவ் (khalatnikov) என்ற இருவரும் ஒபன்ஹெய்மரின் கணக்கீடுகளை ஆராய்ந்து பார்த்து ஓர்மைநிலை என்பது பொதுச் சார்பியல் தத்துவத்தின் படி நடைமுறையில் நிகழ சாத்தியமில்லை என்ற முடிவுக்கு வந்தனர். ஜான் வீலர் (John Wheeler) என்ற அறிஞரோ ஒரு விண்மீன் உள்நோக்கிச் சுருங்கும்போது அதன் மொத்த நிறையும் ஈர்ப்பு அலைகளாக மாறிவிடும், அதற்குப்பிறகு ஒன்றுமே இருக்காது என்றார். கிட்டத்தட்ட 1960 வரை விண்மீன்களின் ஈர்ப்புச் சரிவு பற்றியும், கருந்துளையைப்பற்றியும், அதன் மையத்தில் உருவாகும் ஓர்மை நிலையைப்பற்றியும் பல்வேறு விதமான கருத்துக்கள் நிலவி வந்தன. காரணம் இந்தக்கோட்பாடுகளுக்கு எந்த பரிசோதனை ரீதியான நிரூபணமும் செய்ய முடியவில்லை. இந்தச் சூழலில் ஒரு புதிய கண்டுபிடிப்பு மறுபடியும் நம்பிக்கையை அளித்தது.

குவேசார் கண்டுபிடிப்பு:

1960 வாக்கில் வானியல் அறிஞர்கள் விர்கோ விண்மீன் கூட்டம் (Virgo Constellation- தமிழில் கன்னி நட்சத்திரக்கூட்டம்) இருக்கும் திசையிலிருந்து பூமியை நோக்கி ரேடியோ அலைகள் வருவதைக் கண்டறிந்தனர். இவை எப்படி வருகிறது? இதன் மூலம் (Source) என்ன? என்று பல பேர் ஆராய்ச்சி செய்துகொண்டிருந்தார்கள்.

1963 ஆம் ஆண்டு மார்டேன் ஷ்மிட் (Maarten Schmidt) என்ற வானியல் அறிஞர் குவேசார் (QUASAR) எனப்படும் புதுவகை வான்பொருள்கள்தான் இந்த ரேடியோ அலைகளை வெளியிடுகின்றன என்றும் அது நமது பால்வழி மண்டத்திலிருந்து வெகு தொலைவில் இருக்கும் வேறு ஏதோ ஒரு கேலக்சியில் இருக்கிறது என்றும் கண்டறிந்தார். இந்த குவேசாரின் பெயர் QSO 3C 273. அதென்ன குவேசார்கள்? குவேசார்கள்தான் இந்த பிரபஞ்சத்தின் மிக மிக அதிக ஒளி வெளியிடுபவை. காமா கதிர்கள் முதல் ரேடியோ அலைகள் வரை இவை வெளியிடுகின்றன. தற்போதைய புரிதலின்படி குவேசார்கள் எனப்படுபவை இந்த பிரபஞ்சத்தில் விண்மீன் மண்டலங்கள் உருவாகும்போது அவ்விண்மீன் மண்டலத்தின் மையத்துக்கு அருகில் ஏற்படும் ஒளிப்பிழம்பே. கணக்கீட்டின்படி இந்த குவேசார்களிடமிருந்து வரும் ஒளியானது  நமது பால்வழி மண்டலம் மொத்தமும் வெளியிடும் ஒளியின் அளவை விட  1000 மடங்கு அதிகம். ஆரம்பத்தில் அறிவியல் அறிஞர்கள் இந்த குவேசார்கள் சூரியனின் நிறையைப்போல பல மில்லியன் மடங்கு நிறையுள்ள ஒரு விண்மீன் என்றுதான் நினைத்தனர். ஆனால் ஹாயில் (Hoyle) மற்றும் பவுலர் (Fowler) என்ற இரு அறிஞர்கள் ஒரு வேளை இந்த குவேசார்கள் பல மில்லியன் நிறை கொண்டதாக இருந்தால் அது ஒரு நிலையான விண்மீனாக இருக்கமுடியாது. கூடிய சீக்கிரமே தனது மொத்த ஆற்றலையும் இழந்து விடும் என்று நிரூபித்தனர். அப்படியென்றால் இவ்வளவு பிரகாசமான ஒளி எதிலிருந்துதான் வந்திருக்கும் என்று தீவிரமான விவாதம் கிளம்பியது.

வானியல் அறிஞர் ஜான் வீலர் இந்த குவேசார் சிக்கலை அறிந்திருந்தார். கருந்துளைக்கும் இந்த குவேசார்களுக்கும் ஏதோ தொடர்பு இருக்க வேண்டுமென அவருக்கு உள்ளுணர்வு ஏற்பட்டது. மறுபடியும் “விண்மீன்களின் ஈர்ப்புச்சரிவு” என்ற கருத்தாக்கத்தை தூசு தட்டி எடுக்கத்தொடங்கினார். இப்போதுதான் நமது ரோஜர் பென்ரோஸ் நுழைகிறார். 1964 ஆம் ஆண்டு ஜான் வீலர் “ஈர்ப்புச் சரிவு” “குவேசார்கள்” பற்றி ரோஜர் பென்ரோசுடன் விவாதிக்க ஆரம்பித்தார். அப்போது ரோஜர் பென்ரோசுக்கு வயது 33 தான். ஜான் வீலரோ அவரை விட 20 வயது மூத்தவர். இயற்பியல் உலகில் மிகவும் புகழ் பெற்ற மனிதர் அவர்.  இன்னும் சொல்லப்போனால் இவர்தான் “Black hole” என்ற ஆங்கில பதத்தை அறிவியல் அறிஞர்கள் மத்தியில் பிரபலப்படுத்தினார்.  வீலர் தந்த  உத்வேகத்தால் ரோஜர் பென்ரோஸ் “ஈர்ப்புச்சரிவு” கருத்தாக்கம் குறித்து தீவிரமாக யோசிக்கத்தொடங்கினார்.

பென்ரோஸின் பங்களிப்பு:

ரோஜர் பென்ரோஸ் தனது முதல் ஆராய்ச்சிக்கட்டுரையை 1965 ஆம் ஆண்டு வெளியிட்டார். அதில் ஏற்கெனவே ஒபன்ஹெய்மர் மற்றும் ஸ்னைடர் வெளியிட்ட கோளச்சீர்மை விண்மீன்களின் ஈர்ப்புச் சரிவு கோட்பாட்டை தீவிரமாக ஆராய்ந்து உண்மையிலயே “ஈர்ப்புச் சரிவு” அடைவதற்கு விண்மீன்கள் கோளச்சீர்மை இருக்க வேண்டிய அவசியமில்லை என்றும், அதுமட்டுமில்லாமல் ஈர்ப்புச் சரிவின் முடிவில் விண்மீன் ஓர்மைநிலைப்புள்ளியை கண்டிப்பாக அடைந்தே தீரும் என்றும் பல புதிய கணித உத்திகளை வைத்து நிரூபித்துக் காட்டினார். கருந்துளை ஆராய்ச்சியில் இது ஒரு புதிய நம்பிக்கையை ஏற்படுத்தியது. ஐன்ஸ்டீனின் பொதுச்சார்பியல் கோட்பாட்டுக்குப்பிறகு அதே துறையில் வந்த மிக முக்கியமான ஆராய்ச்சிக்கட்டுரையாக இது பார்க்கப்படுகிறது.

இந்தக் கட்டுரையில் ரோஜர் பென்ரோஸ் “டோப்பாலாஜி(Topology)” என்ற கணிதக் கோட்பாட்டை பயன்படுத்தி “சிக்கிய மேற்பரப்பு (trapped surface)”  என்ற புதிய கருத்தாக்கத்தை அறிமுகப்படுத்தினார். சிக்கிய மேற்பரப்பு என்றால் என்ன? சுருக்கமாக பார்ப்போம்.

சிக்கிய மேற்பரப்பு:

ஏற்கெனவே நாம் பார்த்த மாதிரி ஒரு சூரியனின் நிறையை விட மூன்று மடங்கு நிறைக்கு மேல் உள்ள விண்மீன் தனது கடைசிக்கால கட்டத்தில் ஈர்ப்புச் சரிவின் மூலம் உள்நோக்கிச் சுருங்கி ஒரு கட்டத்தில் அதன் ஸ்வார்ட்சைல்ட் ஆரத்தைத் தாண்டும்போது அது வெளி உலகத் தொடர்பை இழந்து கருந்துளையாக மாறுகிறது. இதன் பிறகு ஒளி கூட வெளியில் வர முடியாது. ரோஜர் பென்ரோஸ் கருத்துப்படி விண்மீன் ஸ்வார்சைல்ட் ஆரத்தைத் தாண்டியவுடன் “சிக்கிய மேற்பரப்பு” என்ற ஒன்று கருந்துளையைச் சுற்றி உருவாகி விடுகிறது. அதாவது கருந்துளையைச் சுற்றி இருக்கும் நிகழ்வெல்லையை (Event horizon) ஒரு போர்வை கொண்டு மூடினால் அந்த போர்வையின் பரப்புதான் சிக்கிய மேற்பரப்பு.  கிட்டத்தட்ட கொசுவலை மாதிரி இது ஒரு மூடிய பரப்பு. கொசு உள்ளே சிக்கிக்கொண்டால் எப்படி வெளியே வரமுடியாதோ அதுபோல ஒளி கூட இந்த சிக்கிய மேற்பரப்பைத்தாண்டி வெளியே வரமுடியாது. அதாவது இந்த சிக்கிய மேற்பரப்பிலிருந்து ஒளியை வெளி நோக்கி அடித்தாலும் உள் நோக்கி அடித்தாலும் கருந்துளையின் மையத்தை நோக்கித்தான் அதாவது அதன் ஓர்மை நிலைப்புள்ளியை நோக்கித்தான் செல்லும். இது எப்படி சாத்தியம்?

கருந்துளையின் நிறைஅடர்த்தியானது (mass density)  ஈர்ப்புச் சரிவின் மூலம் உள்நோக்கிச் சுருங்கி ஓர் புள்ளியில் (r=0) கிட்டத்தட்ட முடிவிலியாக மாறுவதால் இதைச் சுற்றியுள்ள கால வெளி மிகக்கடுமையாக வளைக்கப்படுகிறது. எந்த அளவுக்கு என்றால் அந்த கருந்துளையின் ஸ்வார்சைல்ட் ஆரத்துக்கு உள்ளே உள்ள வெளி (space) என்பதே முழுக்க காலமாக (time) மாறிவிடுகிறது. ஒரு குச்சியை நீங்கள் வளைத்துக்கொண்டே சென்றால் என்ன நடக்கும்? படாரென்று உடைந்து விடுமல்லவா? அதுதான் இங்கும் நடக்கிறது, விண்மீன் ஈர்ப்புச்சரிவின் மூலம் உள் நோக்கி சுருங்கி சுருங்கி கால வெளியை வளைத்துக் கொண்டே செல்கிறது. ஸ்வார்சைல்ட் ஆரத்தைத் தாண்டி சுருங்கியவுடன் அது கால வெளியை உடைத்து வெறும் காலமாக மாற்றி விடுகிறது. இப்போது ஸ்வார்சைல்ட் ஆரத்திற்கு வெளியே இருப்பது வெளி (space). ஆனால் உள்ளே இருப்பது காலம் (time). கீழே உள்ள படத்தைப் பாருங்கள்.

 

இப்படி மாறுவதால் என்ன விளைவு ஏற்படுகிறது? புரிந்து கொள்வோம் வாருங்கள். வெளிக்கு (space) நான்கு திசைகள் இருக்கிறது. ஆனால் காலத்திற்கு (time) ஒரு திசைதான் இருக்கிறது. அதாவது இறந்தகாலத்திலிருந்து நிகழ்காலம், நிகழ்காலத்திலிருந்து எதிர்காலம். ஒருவழிப்பாதைதான்.  வெளியில் (Space) நீங்கள் முன்னே நடக்கலாம். பின்னே நடக்கலாம். ஆனால் காலத்தில் நீங்கள் முன்னே நடக்க முடியும். பின்னே நடக்க முடியுமா? முடியாது. ஏனென்றால் காலத்தில் பின்னே நடப்பதென்றால் நீங்கள் நிகழ்காலத்திலிருந்து இறந்த காலத்திற்கு செல்வது என்றாகி விடும். அது சாத்தியமில்லை. கருந்துளையின் நிகழ்வெல்லைக்கு உள்ளே உள்ள வெளி காலமாக இருக்கிறது. அதுவும் எதிர்காலமாக இருக்கிறது. அதாவது ஒரு பொருள் ஸ்வார்சைல்ட் ஆரத்திலிருந்து கருந்துளையின் மையத்தை நோக்கி செல்கிறதென்றால் அது எதிர்காலத்தை நோக்கி செல்கிறதென்று பொருள். கொஞ்ச தூரம் உள்ளே சென்ற பொருள் இப்போது திரும்ப மேல் நோக்கி வர விரும்புகிறதென்று வைத்துக்கொள்வோம். ஒரு வேளை ஸ்வார்சைல்ட் ஆரத்திற்கு உள்ளே வெளி (space) இருந்தால் அந்த பொருள் பின்னோக்கியும் வரலாம். ஆனால் அங்கிருக்கும் வெளியானது (Space)  முழுவதும் காலப்பண்பை (behaving like time) கொண்டிருப்பதால் பின்னோக்கி வரமுடியாது. ஏனென்றால் அது எதிர்காலத்தில் இருந்து மீண்டும் இறந்த காலத்திற்கு வருவது போல ஆகிவிடும். இதுதான் நாம் மேற்சொன்ன சிக்கிய மேற்பரப்பின் தன்மை. அதாவது உள்நுழைந்த அனைத்தும் சிக்கிவிடுதல். உதாரணத்திற்கு நாம் கிரிக்கெட் விளையாடும் ரப்பர் பந்தை கருந்துளையாக எடுத்துகொள்வோம். இப்போது அதன் மேற்பரப்புத்தான் சிக்கிய மேற்பரப்பு அல்லது நிகழ்வெல்லை என்று வைத்துக் கொள்வோம். இப்போது ஒரு குண்டூசியை எடுத்து உள்ளே குத்துகிறீர்கள். இப்போது குண்டூசி பாதி வெளியில் இருக்கிறது. பாதி பந்துக்குள் இருக்கிறது என்று நினைத்துக்கொள்வோம். இப்போது நீங்கள் அந்த குண்டூசியை வெளியே எடுக்க நினைத்து வெளிநோக்கி இழுக்கிறீர்கள். சாதாரண பந்தாக இருந்தால் குண்டூசி எளிதாக  வெளியில் வந்து விடும். ஆனால் இந்த பந்து கருந்துளையாக இருப்பதால் உள்ளே இருக்கும் குண்டூசி எதிர்காலத்திற்கு சென்றுவிட்டதால் நாம் அதை வெளி நோக்கி இழுக்க முடியாது. அவ்வளவுதான். உள்ளே போனது போனதுதான். வேண்டுமென்றால் இன்னும் உள்நோக்கி தள்ளிவிடலாம். இதுதான் ஒரு வழிப்பாதை என்பது.

இதனால்தான் சிக்கிய மேற்பரப்பிலிருந்து ஒளியை வெளி நோக்கி அடித்தாலும் உள் நோக்கி அடித்தாலும் அதன் எதிர்காலம் கருந்துளையின் மையத்தை நோக்கி இருப்பதால் ஒளி கருந்துளையின் மையத்தை நோக்கி அதாவது அதன் ஓர்மை நிலைப்புள்ளியை நோக்கிச் செல்கிறது.

ரோஜர் பென்ரோசுக்கு முன்பு வரை நாம் கருந்துளையிலிருந்து ஒளி வெளியே வரமுடியாததற்கு வேறு வகையான விளக்கம் கொடுத்துக்கொண்டிருந்தோம். அதாவது ஒவ்வொரு கோளுக்கும், விண்மீனுக்கும் விடுபடு திசைவேகம் என்ற ஒன்று உண்டு. அதாவது எவ்வளவு வேகத்தில் நாம் ஒரு பொருளை தூக்கி எறிந்தால் அது அந்தக் கோளிலிருந்தோ அல்லது விண்மீனிலிருந்தோ அதன் ஈர்ப்பு விசையைத்தாண்டி வெளியில் போகுமோ அந்த வேகம்தான் விடுபடு திசைவேகம் என்றழைக்கப்படுகிறது. பூமியின் விடுபடு திசைவேகம்  ஒரு விநாடிக்கு 11 கி.மீ. அதாவது பூமியிலிருந்து ஒரு பொருளை  ஒரு விநாடிக்கு 11 கி.மீ தொலைவு செல்வது போல் தூக்கி எறிந்தால் அப்பொருள் பூமியை விட்டு வெளியில் சென்றுவிடும். பூமிக்கு திரும்பி வராது. அதே போல் சூரியனின் விடுபடு திசைவேகம் வினாடிக்கு 40 கி.மீ. ஆனால் ஒளியின் வேகம் வினாடிக்கு மூன்று லட்சம் கி.மீ. அதனால்தான் ஒளியானது சூரியனிலிருந்து வெளியே வருகிறது. கிட்டத்தட்ட பிரபஞ்சத்தில் இருக்கும் அனைத்து விதமான வான் பொருட்களின் விடுபடு திசைவேகம் ஒளியின் திசைவேகத்தை விடக் குறைவுதான். அதனால்தான் நாம் வெவ்வேறு விதமான வான் பொருட்களிலிருந்து ஒளியைப் பெறுகிறோம். ஆனால் கருந்துளையின் விடுபடுதிசைவேகம் ஒளியை விட அதிகமாக இருப்பதால்தான் ஒளி அதில் இருந்து வெளியே வர முடியவில்லை. இதுதான் அந்த விளக்கம். ஆனால் சார்பியல் கோட்பாட்டின் படி திசைவேகம் என்பது ஒரு சார்புள்ள அளவு. அதனால் திசைவேகத்தை வைத்து நாம் கருந்துளையின் பண்பை விளக்கக் கூடாது. எப்படி ஐன்ஸ்டீன் விசை என்ற கருத்தை கால வெளி வளைவு என்ற வடிவியல் பண்பாக மாற்றினாரோ அதே போல் ரோஜர் பென்ரோஸ் அவரது சிக்கிய மேற்பரப்பு என்ற கருத்தாக்கத்தை வைத்து விடுபடு திசைவேகத்தை ஒரு வடிவியல் பண்பாக மாற்றி விட்டார். கருந்துளையின் விடுபடுதிசைவேகம் ஒளியை விட அதிகம் இருப்பதால் ஒளி வெளி வருவதில்லை என்று சொல்வதை விட கருந்துளைக்குள் காலம் மட்டுமே அதுவும் மையத்தை நோக்கி இருப்பதால் உள்ளே சென்ற ஒளி கருந்துளையின் மையத்தை நோக்கி அதாவது எதிர்காலத்தை நோக்கி செல்கிறது. அதனால் அது வெளிவருவதில்லை என்பது இன்னும் சிறந்த விளக்கம் அல்லவா!!!!!.

ரோஜர் பென்ரோஸின் கருத்துப்படி ஒரு விண்மீன் ஈர்ப்புச் சரிவின் மூலம் சுருங்கி ஸ்வார்சைல்ட் ஆரத்தை தாண்டி விட்டால் அவ்விண்மீனைச் சுற்றி சிக்கிய மேற்பரப்பு உருவாகி கருந்துளையாக மாற ஆரம்பிக்கிறது. இதற்குப்பிறகு இந்தக் கருந்துளை ஓர்மைநிலைப்புள்ளியை அடைந்தே தீரவேண்டும். அதாவது கோளச்சீர்மையுள்ள, கோளச்சீர்மையற்ற என எந்த விதமான விண்மீனாக இருந்தாலும் சிக்கிய மேற்பரப்பு உருவாகிவிட்டால் ஓர்மை நிலைப்புள்ளியை நோக்கிச்செல்வது தவிர்க்கமுடியாது என்பது அவரால் நிரூபிக்கப்பட்டது. இந்த ஓர்மை நிலைப்புள்ளியில்தான் கருந்துளையின் மொத்த நிறையும் குவிக்கப்பட்டிருக்கும். காலம் அந்தப்புள்ளியில் நின்று விடுகிறது. இந்தப்புள்ளியில் நாம் ஏற்கெனவே சொன்ன மாதிரி அனைத்து இயற்பியல் கோட்பாடுகளும் இந்தப்புள்ளியில் செல்லாததாகி விடும். கிட்டத்தட்ட ஈர்ப்புச் சரிவு என்ற கருத்தாக்கமும், ஓர்மைநிலைப்புள்ளி என்ற கருத்தாக்கமும் இப்போது கணிதரீதியில் நிரூபிக்கப்பட்டுவிட்டது. விண்மீன் கோளச்சீர்மை கொண்டிருந்தால் சிக்கிய மேற்பரப்பும் கோள மேற்பரப்பாக இருக்கும். ஆனால் எதார்த்தத்தில் விண்மீன்கள் கோளச்சீர்மையாக இருக்க வேண்டும் என்ற அவசியம் கிடையாது. இந்த மாதிரியான கருந்துளைகளுக்கு சிக்கிய மேற்பரப்பும் சிக்கலான வடிவில் இருக்கும். இதுதான் சிக்கிய மேற்பரப்பின் தன்மை. அதன் கணித ரீதியான தன்மைகளை நாம் ரோஜர் பென்ரோஸ் எழுதிய நூல்களை வாசிப்பதன் மூலம் விளங்கிக்கொள்ளலாம்.

கீழே  பச்சை நிற எழுத்துக்களில் இன்னும் கொஞ்சம் ஆழமான இயற்பியல் தகவல்கள் கொடுக்கப்பட்டுள்ளன. வேண்டுமென்றால் நீங்கள் வாசிக்கலாம் அல்லது கடந்தும் செல்லலாம்.

ஒளிக்கூம்பு மற்றும் மின்கோவ்ஸ்கி வரைபடம்:

ரோஜர் பென்ரோஸ் கூறும் “சிக்கிய மேற்பரப்பு” என்பது நடைமுறையில் “நிகழ்வெல்லையைத்தான்” குறிக்கிறது. இந்த சிக்கிய மேற்பரப்பின் தன்மையை புரிந்து கொள்ள வேண்டுமென்றால் சார்பியல் கோட்பாட்டில் இருக்கும் “மின்கோவ்ஸ்கி வரைபடம்” “ஒளிக்கூம்பு” (light cone) போன்ற கருத்துகளை தெரிந்து கொள்வது அவசியம். 

மின்கோவ்ஸ்கி வரைபடம் என்பது இந்த பிரபஞ்சத்தில் இருக்கும் எந்த ஒரு பொருளின் இயக்கத்தையும் விளக்கும் ஒரு வரைபட முறை. நியூட்டன் இயற்பியலில் ஒரு பொருளின் இயக்கத்தை விளக்க முப்பரிமாண கார்ட்டீசியன் வரைபடம் பயன்படுகிறது. இந்த கார்ட்டீசியன் வரைபடத்தில் x அச்சு, y அச்சு, மற்றும் z அச்சு பயன்படுத்தப்படுகிறது. இதில் காலம் (time) வெளிப்படையாக குறிக்கப்படுவதில்லை. காரணம் நியூட்டன் இயற்பியலில் காலம் அனைவருக்கும் பொதுவானது. யாரையும் சார்ந்ததல்ல. எனவே அதை விட்டு விட்டார்கள். ஆனால் சார்பியல் கோட்பாட்டின்படி ஒவ்வொரு நிகழ்வும் எங்கு நடக்கிறது, எப்போது நடக்கிறது என்பது அதைப்பார்ப்பவரை பொறுத்து மாறுபடுகிறது. எனவே பொருட்களின் இயக்கத்தை விளக்க வேண்டுமென்றால் வெறுமனே x அச்சு, y அச்சு, z அச்சு மட்டும் போதாது. அதோடு சேர்த்து காலத்தையும் ஒரு அச்சாக (axis)  குறிப்பிட வேண்டும். 

அதாவது காலமும் ஒரு பரிமாணமாகக் கருதப்பட வேண்டும். சார்பியல் கோட்பாட்டை பொறுத்தவரை ஒரு பொருளின் இயக்கம் நான்கு  பரிமாண வரைபடத்தில் காட்டப்படவேண்டும். இதுதான் “மின்கோவ்ஸ்கி வரைபடம் (Minkowski diagram)”.  மனிதர்கள் முப்பரிமாண உலகத்தில் வாழ்வதால் நான்கு பரிமாண வரைபடத்தை நம்மால் நடைமுறையில் வரைய முடியாது. அதற்கு பதிலாக என்ன செய்வார்கள் என்றால் புரிந்து கொள்வதற்கு எளிதாக ஒரே திசையில் அல்லது எடுத்துக்காட்டாக X அச்சில் மட்டும் செல்லும் ஒரு பொருளின் இயக்கத்தை மின்கோவ்ஸ்கி வரைபடத்தில் காட்டுவார்கள். ஒரு திசையில் (X அச்சில்) மட்டும் செல்லும் பொருளின் மின்கோவ்ஸ்கி வரைபடம் இரண்டு அச்சுக்களை கொண்டிருக்கும். ஒன்று X அச்சு, இன்னொன்று அதன் கால (t) அச்சு. கீழே உள்ள படத்தில் காட்டப்பட்டுள்ளது. 

அந்தப்பொருளின் இறந்தகால, நிகழ்கால மற்றும் எதிர்கால இயக்கம் அனைத்தையும் நாம் ஒரு வளைகோடாக இவ்வரைபடத்தில் காட்டலாம். இவ்வளைகோடு அப்பொருளின் இயக்கக்கோடு அல்லது உலகக்கோடு (world line) என்றழைக்கப்படுகிறது. எடுத்துக்காட்டாக A, B மற்றும் C என்ற மூன்று பேரின் ஒரு குறிப்பிட்ட நொடியில் புள்ளி O வில் இருக்கிறார்கள் என்று வைத்துக்கொள்வோம். பிறகு முதலாமவர் (A) எங்கும் செல்லாமல் ஆரம்ப இடத்திலேயே இருக்கிறார். B என்ற நபர் ஒரு குறிப்பிட்ட மாறாத வேகத்தில் (constant velocity) வலது திசையில் செல்கிறார். C என்ற நபர் B யை விட அதிக வேகத்தில் ஆனால் அவரும் மாறாத வேகத்தில் வலது திசையில் செல்கிறார் என்று வைத்துக்கொண்டால் அவர்களது இயக்கக்கோடுகள் மின்கோவ்ஸ்கி வரைபடத்தில் பின்வருமாறு குறிக்கப்படுகிறது.

இப்படத்தில் C கோட்டின் சாய்வு (slope) B யை விட குறைவு. A கோடு சாய்வு முடிவிலி. அதாவது அது ஓய்வாக இருப்பதால் அது கால அச்சில் நேராக செல்கிறது. இதிலிருந்து நாம் தெரிந்து கொள்வது என்னவென்றால் ஒரு பொருளின் வேகம் அதிகமாக அதிகமாக அப்பொருளின் இயக்கக்கோடு மின்கோவ்ஸ்கி வரைபடத்தில் குறைவான சாய்வையே கொண்டிருக்கும். இந்த பிரபஞ்சத்தில் எது மிக அதிக வேகமாக போகும்? ஒளிதான்..

ஒளியைத் தவிர அனைத்து பொருட்களும் அதற்கு குறைவான வேகத்திலேயே செல்லும். இது சார்பியலின் அடிப்படை விதி. அப்படியென்றால் ஒளியின் இயக்கக்கோடுதான் மின்ஸ்கோவ்ஸ்கி வரைபடத்தில் மிகக்குறைவான சாய்வை கொண்டிருக்கும். 

  அதாவது ஆரம்பப்புள்ளியிலிருந்து 45 டிகிரி சாய்வாக கோடு வரைந்தால் அதுதான் ஒளியின் இயக்கக்கோடு. கீழே உள்ள படத்தில் காட்டப்பட்டுள்ளது.   

 

இந்த 45 டிகிரிக்கு கீழே எந்த இயக்கக்கோடும் நாம் வரைய முடியாது. ஏனென்றால் அது ஒளியை விட அதிகம் செல்கிறது என்றாகி விடும். எனவே இந்த பிரபஞ்சத்தில் உள்ள அனைத்துப் பொருட்களின் இயக்கக்கோடுகளும் ஒளியின் இயக்கக் கோட்டுக்கு மேல்தான் இருக்கமுடியும். அதாவது t அச்சுக்கும் ஒளியின் இயக்கக் கோட்டுக்கும் இடையில். இது கீழே உள்ள படத்தில் காட்டப்பட்டுள்ளது. நீல நிறத்தில் இருக்கும் கோடுகள் அனுமதிக்கப்பட்டவை. சிவப்புக் கோடு ஒளியின் இயக்கக்கோடு. அதற்கு கீழே ஒன்றும் வரைய முடியாது.  

இப்போது ஒளியின் இயக்கக்கோடுகளை சேர்த்து ஒரு கூம்பு ஒன்று வரையலாம். கீழே உள்ள படத்தில் காட்டப்பட்டுள்ளது. இது ஒளிக்கூம்பு (light cone) எனப்படுகிறது. 

ஒரு பொருள் ஆரம்பப்புள்ளியில் (படத்தில் 0 என்ற புள்ளி)  இந்த நொடியில் இருப்பதாகக் கொள்வோம். இப்போது அதன் எதிர்கால இயக்கக்கோடு அப்புள்ளி வழியாக செல்லும் ஒளியின் இயக்கக்கோட்டுக்கு உள்ளேதான் இருக்கும். அதாவது அப்பொருளின் எதிர்காலம் அந்த ஆரம்பப்புள்ளி வழியாக செல்லும் ஒளிக்கூம்பிற்குள்தான் இருக்கும். நீல நிறக்கோடுகள் அப்பொருளின் சாத்தியமான எதிர்காலக்கோடுகளை குறிக்கின்றன. 

மிக அதிக நிறை கொண்ட விண்மீன் அருகில் ஒரு பொருள் செல்லும்போது அப்பொருளின் ஒளிக்கூம்பானது அவ்விண்மீன் இருக்கும் திசையை நோக்கி, அதாவது  X அச்சை நோக்கிச் சாய்கிறது. விண்மீனின் நிறை அல்லது அடர்த்தி அதிகமாக அதிகமாக இந்த ஒளிக் கூம்பின் சாய்வும் அதிகமாகும். ஒருவேளை அந்த விண்மீன் கருந்துளையாக இருந்தால் அதன் நிகழ்வெல்லையை ஒரு பொருள் தாண்டும்போது அந்தப் பொருளின் ஒளிக்கூம்பு முழுவதும் நிகழ்வெல்லைக்குள் வந்து விடும். ரோஜர் பென்ரோஸின் மொழியில் சொல்வதென்றால் பொருள் சிக்கிய மேற்பரப்பை அடைந்து விட்டால் அதன் ஒளிக்கூம்பு முழுவதும் இந்த சிக்கிய மேற்பரப்பின் உள்ளே போய்விடுகிறது. கீழே உள்ள படத்தில் காட்டப்பட்டுள்ளது.

இதனால் என்ன நிகழ்கிறது? நாம் ஏற்கெனவெ கூறியது போல ஒரு பொருளின் சாத்தியமான எதிர்கால இயக்கக்கோடுகள் ஒளிக்கூம்பின் உள்ளேதான் இருக்க முடியும். ஆனால் நிகழ்வெல்லைக்குள் இருக்கும் ஒளிக்கூம்புகள் முழுவதும் உள்நோக்கி இருப்பதால் (படத்தில் கருப்பு நிறத்திற்குள் இருக்கும் மஞ்சள் நிற ஒளிக்கூம்புகள்) பொருளின் எதிர்காலம் கருந்துளையின் ஓர்மை நிலையை (படத்தில் நீலநிறக்கோடு)  நோக்கித்தான் செல்ல முடியும். நீல நிறக்கோட்டுக்கு அருகில் செல்லச் செல்ல ஒளிக்கூம்புகள் படுக்கை வாட்டுக்கு செல்வதைக் கவனியுங்கள். இதில் இருந்து நாம் தெரிந்து கொள்வது என்னவென்றால் சிக்கிய மேற்பரப்புக்குள் (நிகழ்வெல்லைக்குள்) ஒளிக்கூம்புகள் நுழைந்தவுடன் அதன் மின்ஸ்கோவ்ஸ்கி வரைபடத்தின் t அச்சானது வளைந்து x அச்சு இருக்கும் திசைக்கும் வந்து விடுகிறது. இது கீழே உள்ள படத்தில் காட்டப்பட்டுள்ளது.

வேறு வகையில் சொல்லவேண்டுமானால் சிக்கிய மேற்பரப்புக்கு உள்ளே இருக்கும் வெளியானது காலமாக மாறிவிடுகிறது. எனவே ஏற்கெனவே சொன்னது போல சிக்கிய மேற்பரப்புக்குள் நுழையும் எந்த ஒரு பொருளின்எதிர்காலமும் அக்கருந்துளையின் ஓர்மை நிலைப் புள்ளியை நோக்கி இருப்பதால் உள் நுழைந்த அனைத்துப் பொருட்களும் ஓர்மை நிலைப்புள்ளிக்கு செல்வது தவிர்க்க முடியாது.  ஒளிக்கும் இதே கதைதான். உள்நுழைந்த ஒளி நேராக ஓர்மை நிலைப்புள்ளியை நோக்கிச் செல்ல வேண்டும். மேலே கூறப்பட்ட விவரங்கள் ரோஜர் பென்ரோசின் முதல் ஆராய்ச்சிக்கட்டுரையில் விவாதிக்கப்பட்டவை. இந்தக் கட்டுரையின் சாராம்சம் “ விண்மீனில் ஈர்ப்புச்சரிவின்  மூலம் சிக்கிய மேற்பரப்பு உருவாகிவிட்டால் பொதுச் சார்பியல் தத்துவத்தின் படி அவ்விண்மீன் கருந்துளையாக மாறி ஓர்மை நிலையை நோக்கிச் செல்வது தவிர்க்கமுடியாது” என்பதுதான். அவரது இந்தக்கோட்பாடு “ஓர்மை நிலைத்தேற்றம்(Singularity theorem)” என்றும் அழைக்கப்படுகிறது.

ரோஜர் பென்ரோஸ் பிறகு பல முக்கியமான ஆராய்ச்சிக்கட்டுரைகள் வெளியிட்டார். அவரின் கோட்பாடுகளை, கணித உத்திகளை பயன்படுத்தி பலர் வானியல் துறையின் பல்வேறு சிக்கல்களை விளக்கினர். குறிப்பாக ரோஜர் பென்ரோஸின் ஓர்மைநிலை தேற்றம் வந்தபிறகு அப்போது இளம் ஆராய்ச்சி மாணவராக இருந்த ஸ்டீபன் ஹாக்கிங் இத்தேற்றத்தை பிரபஞ்ச உருவாக்கக் கோட்பாட்டுக்கும் பயன்படுத்தினார். பெருவெடிப்புக்கு முன் இந்த பிரபஞ்சமும் ஓர்மை நிலையில் தான் இருந்திருக்க வேண்டும் என்பது அவரது கோட்பாடு. மேலும் இவர்கள் இருவரும் பிறகு அதே துறையில் நிறைய ஆராய்ச்சிக் கட்டுரைகளை வெளியிட்டனர். ஓர்மை நிலைத்தேற்றத்தை மேலும் செழுமைப் படுத்தினர். இது தற்போது “பென்ரோஸ்-ஹாக்கிங் ஓர்மை நிலைத்தேற்றம்” என்றழைக்கப்படுகிறது. ஒரே ஒரு சோகமான செய்தி என்னவென்றால் ஸ்டீபன் ஹாக்கிங் ஒருவேளை தற்போது உயிரோடு இருந்திருந்தால் கண்டிப்பாக இருவரும் நோபல் பரிசை பகிர்ந்திருப்பார்கள்.

இந்தியா – ரோஜர் பென்ரோஸ்:

இந்த இடத்தில் நாம் இன்னொரு தகவலையும் குறிப்பிட்டாக வேண்டும். அது ரோஜர்  பென்ரோசுக்கும் இந்தியாவுக்கும் உள்ள தொடர்பு. 1956 இல் மேற்கு வங்காளத்தில் இருந்து அமல் குமார் ராய்சவுத்ரி (Amal Kumar Raychoudhury) என்ற ஒரு இளம் கல்லூரி இயற்பியல் பேராசிரியர் பொதுச் சார்பியல் கோட்பாட்டைப் பயன்படுத்தி வடிவியல் ரீதியாக (Geometrical) ஓர்மைநிலைப்புள்ளி கருத்தாக்கத்தை உருவாக்கினார். இது ராய்சவுத்ரி சமன்பாடுகள் (Raychaudhuri equations) என்று அழைக்கப்படுகிறது. அவரது படம் கீழே கொடுக்கப்பட்டுள்ளது.

                          

ரோஜர் பென்ரோஸ் அவரது கருந்துளை பற்றிய ஓர்மை நிலைத்தேற்றத்தை உருவாக்குவதற்கு ராய் சவுத்ரியின் சமன்பாடுகளும் ஒரு தூண்டுதலாக இருந்தது என்று குறிப்பிட்டிருக்கிறார். பின்னாளில் ரோஜர் பென்ரோஸ், ஸ்டீபன் ஹாக்கிங் இருவருமே அவர்களது ஆராய்ச்சிக்கட்டுரைகளில் ராய் சவுத்ரியின் சமன்பாடுகளை பல இடங்களில்  மேற்கோள் காட்டியுள்ளனர். ரோஜர் பென்ரோஸ் இந்தியாவிற்கு பலமுறை வந்திருக்கிறார். கல்கத்தாவுக்கும் சென்று அமல் குமார் ராய்சவுத்ரியை சந்தித்துள்ளார்.  அதுமட்டுமில்லாமல் இந்தியாவின் பல அறிவியல் ஆராய்ச்சி நிறுவனங்களில் உரையும் நிகழ்த்தியிருக்கிறார்.

கருந்துளை ஆராய்ச்சித் துறையில் ரோஜர் பென்ரோஸின் பங்கு மிக முக்கியமானது. பொதுச்சார்பியல் கோட்பாட்டை உருவாக்கிய ஐன்ஸ்டீனே கருந்துளை ஓர்மைநிலைக் கருத்தை நம்பாத நிலையில் அதே பொதுச்சார்பியல் கோட்பாடுதான் ஓர்மை நிலையை ஆணித்தரமாகக் கணிக்கிறது என்று தனது ஆழ்ந்த கணித அறிவினால் நிரூபித்து நோபல் பரிசும் வாங்கிவிட்டார். மிகச் சிறந்த ஆராய்ச்சியாளர் என்பது மட்டுமில்லாமள் அவருக்கு இன்னொரு பரிமாணமும் இருக்கிறது. ஆம். ரோஜர் ஒரு மிகச்சிறந்த அறிவியல் எழுத்தாளர். அவரின் பல நூல்கள் வாசிக்க எளிதானவை. மிகக்கடினமான இயற்பியல் கோட்பாடுகளையும் விறுவிறுப்பாக, எளிய நடையில் எழுதக்கூடியவர். இயற்பியலில் ஆர்வம் உள்ள அனைவரும் அவரது புத்தகங்களை வாசிக்க வேண்டும். அதுமட்டுமில்லாமல் அவரது பல இயற்பியல் உரைகள் Youtube  இல் இருக்கின்றன. மாணவர்கள் அதைக்கண்டிப்பாக பார்க்கவேண்டும்.

குவேசார் குழப்பம் தீர்ந்தது: 

ஏற்கெனவே நாம் குவேசார் 3C 273 கண்டுபிடிப்பு பற்றி பார்த்தோம். பென்ரோஸின் முதல் ஆராய்ச்சிக் கட்டுரை வெளியிடப்பட்ட ஓரிரண்டு ஆண்டுகளிலேயே குவேசார்கள் எப்படி இவ்வளவு அதிக ஒளியை வெளியிடுகின்றன, அதன் மூலம் (Source) என்ன போன்ற கேள்விகளுக்கு விடை கிடைத்தது. 1965 இல் சால்பிடர் (Salpeter), செல்டோவிச் (Zeldovich) நோவிகோவ் (Novikov) ஆகிய மூவரும் பல மில்லியன் வருடங்களுக்கு முன்பு உருவான கருந்துளையின் திரள் வட்டிலிருந்து (Accretion disk) வெளிப்பட்ட ஒளிதான் நமக்கு குவேசார்களாக இன்று தெரிகிறது என்று கூறினர். அது என்ன திரள் வட்டு? விண்மீன் கருந்துளையாக மாறும் நேரத்தில் அக்கருந்துளையை சுற்றி ஸ்வார்சைல்ட் ஆரத்திற்கு வெளியே சுற்றி வரும் கோள்களோ, வாயுக்கூட்டங்களோ கருந்துளையை நோக்கி இழுக்கப்படுகிறது. ஆனால் அவை ஏற்கெனவே சுற்றிக்கொண்டிருப்பதால் கொஞ்சம் கொஞ்சமாக உள்நோக்கிய திருகுச்சுருள் பாதையில் (inward spiral) கருந்துளையை நோக்கி வர ஆரம்பிக்கிறது. இந்த உள் நோக்கிச் சுற்றி வரும் நிறைகள் கருந்துளையை சுற்றி ஒரு வட்டு போலத் தோன்றுகின்றது. இதுதான் திரள் வட்டு(Accretion disk). கீழே உள்ள படத்தைப் பாருங்கள். இது கணினி கொண்டு வரையப்பட்ட மாதிரிப்படம்.

இந்த திரள் வட்டில் இருக்கும் மொத்த நிறையும் கொஞ்சம் கொஞ்சமாக கருந்துளைக்குள் விழுந்து வடும். இப்படி விழும்போது இந்த நிறைகள் ஒன்றோடொன்று மோதிக்கொள்வதால் ஏற்படும் உராய்வினால் இந்த வட்டின் வெப்ப நிலை பல மில்லியன் டிகிரி அளவுக்கு இருக்கும். இந்த உயர் வெப்ப நிலையில் வெளியிடப்படும் ஒளிக்கதிர்வீச்சுதான் நமக்கு குவேசார்களாக தெரிகிறது. இதிலிருந்து நாம் தெரிந்து கொள்வது குவேசார் என்பது கருந்துளையின் ஒரு ஆரம்பக் கட்ட நிலை. அது தனியாக ஒரு பொருளல்ல. இன்னொரு விஷயமும் இங்கே நாம் தெரிந்து கொள்ள வேண்டும். கருந்துளையைப் பற்றி பல தவறான கருத்துகள் மாணவர்கள் மத்தியில் உலவுகிறது. அதில் ஒரு முக்கியமான கருத்து கருந்துளையை பிரபஞ்சத் துடைப்பம் (Cosmic cleaner) என்று கருதுவது. அதாவது கருந்துளை கொஞ்சம் கொஞ்சமாக அனைத்தையும் (கேலக்சி,விண்மீன்கள், கோள்கள்) தன்னை நோக்கி ஈர்த்து தன்னைச் சுற்றி வெற்றிடம் ஆக்கிவிடும் என்று நினைக்கிறார்கள். அது உண்மை அல்ல. கருந்துளையின் நிகழ்வெல்லைக்கு மிக அருகில் இருக்கும் பொருட்கள் மட்டுமே அதனுள் சென்றுவிடும். வெகு தூரத்தில் இருக்கும் பொருட்கள் எப்போதும் போல் அதைச் சுற்றி வரும். எடுத்துக்காட்டாக ஒருவேளை சூரியன் கருந்துளையாக மாறிவிட்டாலும் பூமி எப்போதும் போல் சூரியனைச் சுற்றிக் கொண்டுதான் இருக்கும். ஒரே மாற்றம் இப்போது சூரியனிடமிருந்து ஒளிக்கதிர்கள் வெளிவராது. அதனால் பூமியில் மனித வாழ்க்கை அழிந்து விடும்.

அதிநிறைக் கருந்துளைகள் (Supermassive blackhole):

நாம் இப்போது நோபல் பரிசின் இரண்டாம் பாதிக்கு வருவோம்.  1969 ஆம் ஆண்டு லிண்டன் மற்றும் பெல் என்ற இருவரும் இந்த பிரபஞ்சத்தில் உள்ள பெரும்பாலான கேலக்சிகளின் மையத்தில் மிக மிக அதிநிறை கொண்ட கருந்துளைகள் (supermassive blackholes) இருக்கிறது என்ற கருத்தை முன்வைத்தனர். அவர்களின் கணக்கீட்டின் படி இந்த அதிநிறைக் கருந்துளைகள் சூரியனின் நிறையைப் போல நான்கு மில்லியன் மடங்குக்கு மேல் அதிகம் நிறை கொண்டவை. இந்த அதிநிறைக் கருந்துளைகள் பல மில்லியன் வருடங்களுக்கு முன்பே குவேசார் நிலையைக் கடந்தவை. அதாவது பல மில்லியன் வருடங்களுக்கு முன்பே திரள்வட்டிலிருந்த நிறைகள் கருந்துளைக்குள் சென்று விட்டன. இப்போது நாம் பார்க்கும் குவேசார் ஒளிப்பிழம்பு என்பது பல மில்லியன் வருடங்களுக்கு முன்பு ஏதோ ஒரு கேலக்சியின் மையத்தில் இருக்கும் கருந்துளையைச் சுற்றி நடந்த நிகழ்வு.

நமது பால்வழி மண்டலத்தின் மையத்திலும் இப்படி ஒரு அதிநிறை கருந்துளை இருக்கிறது. பால் வழி மண்டலத்தில் மையம் சஜிட்டேரியஸ் விண்மீன் கூட்டம் இருக்கும் திசையில் இருப்பதால் பால் வழி மண்டலத்தின் மையத்தில் இருக்கும் அதி நிறைக்கருந்துளையை சஜிட்டேரியஸ் A*  (Sagittarius A*) என்றழைக்கின்றனர். இந்த கருந்துளையும் குவேசார் நிலையைக் கடந்து விட்டது.

இப்போது அடுத்த சவால் இந்த அதிநிறைக் கருந்துளைகளை எப்படி பரிசோதனை ரீதியாக நிரூபிப்பது? இயற்பியலில் எப்படி ஒரு கோட்பாடு உருவாக்குவது கடினமோ அதுபோல அதை பரிசோதனையில் நிரூபிப்பது அதை விடக் கடினம். இந்த அதிநிறைக் கருந்துளைகள் பெரும்பாலும் வெகுதூரத்தில் இருப்பதால் மிக மிக சக்தி வாய்ந்த தொலைநோக்கி தேவை.

கருந்துளையும் பால்வழி மண்டலமும்:

நமது பால்வழி மண்டலத்தின் மையம் நம்மிடமிருந்து 26,000 ஒளி ஆண்டுகள் தொலைவில் இருக்கிறது. அதாவது ஒளியானது ஒரு வினாடிக்கு மூன்று லட்சம் கி.மீ தொலைவைக்கடக்கிறது. அப்படி 26,000 ஆண்டுகள் தொடர்ந்து ஒளி பயணித்தால் கடக்கும் தூரம்தான் 26,000 ஒளி ஆண்டுகள் தொலைவு என்பது. இன்னும் எளிமையாகச் சொன்னால் இன்று ஒளி பால்வழி மண்டலத்தின் மையத்தில் இருந்து புறப்பட்டால் பூமியை 26,000 ஆண்டுகள் கழித்துத்தான் வந்தடையும். பால் வழி மண்டலத்தின் வடிவம் ஒரு கொசுவர்த்திச் சுருள் போலத்தான். அதன் ஒரு ஓரத்தில்தான் நாம் இருக்கிறோம். நாமும் பால் வழி மண்டலத்தின் ஒரு பகுதி என்பதால் பூமியிலிருந்து பார்க்கும்போது கொசுவர்த்திச் சுருள் வடிவம் நமக்குத்தெரியாது. அது ஒளி வட்டு போலத்தான் நமக்குத் தெரியும். கீழே அதன் படம் கொடுக்கப் பட்டுள்ளது.

கிட்டத்தட்ட 1990 கள் வரை நம்மிடம் பால் வழி மண்டலத்தின் மையத்தை ஆராயும் அளவுக்கு துல்லியமான தொலைநோக்கி வசதிகள் இல்லை. பூமியிலிருந்து  பார்க்கும்போது சூரியனின் கோண ஆரமே (angular size) அரை டிகிரிதான். அப்படியென்றால் இவ்வளவு தொலைவில் இருக்கும் பால் வழி மண்டலத்தின் மையத்தின் கோண ஆரம் எவ்வளவு குறைவாக இருக்கும்? ஒரு டிகிரியை 60 ஆக பிரித்து அதில் ஒரு பகுதியை மறுபடியும் 60  பாகமாக பிரித்து, அதில் வரும் ஒரு பகுதியை மறுபடியும் 60 பாகமாக பிரித்தால் வரும் கோண அளவை விடக் குறைவுதான். இவ்வளவு குறைவான கோண ஆர அளவில் இருக்கும் பொருட்களை காண்பதற்கான தொலைநோக்கியை உருவாக்குவது மிகப்பெரிய சவால்.

1990 ஆம் ஆண்டு ஹப்புள் தொலைநோக்கியை (Hubble telescope) விண்வெளியில் நிறுவியது வானியல் ஆராய்ச்சிக்கு மிகப்பெரிய உத்வேகம் கிடைத்தது போல் இருந்தது. ஹப்புள் தொலைநோக்கி மூலம் நிறைய துல்லியமான படங்கள் கிடைத்தன. இந்த படங்களை வைத்து நமது பால்வழி மண்டலத்தின் மையத்தில் நட்சத்திரக்கொத்துக்களோ(stellar clusters), நியூட்ரான் விண்மீன்களோ, வெள்ளைக்குள்ளரோ அல்லது சாதாரண கருந்துளையோ இருக்க முடியாது என்ற முடிவுக்கு வந்தனர். குறைந்த பட்சம் இந்த அதி நிறை கருந்துளையின் நிறை சூரியனின் நிறையைப் போல 4 மில்லியன் மடங்காவது இருக்க வேண்டும் என்று கணக்கிட்டனர். எப்படி இதை உறுதிப்படுத்துவது?

இந்த அதிநிறை கருந்துளையைச் சுற்றி அதாவது ஸ்வார்சைல்ட் ஆரத்திற்கு வெளியே நிறைய விண்மீன்கள் இந்த கருந்துளையைச் சுற்றி வருகின்றன. இப்படி சுற்றி வரும் விண்மீன்களின் திசைவேகத்தையும் அதன் சுற்றுக்காலத்தையும் நாம் தொடர்ச்சியாக ஆராய்வதன் மூலம் இந்த கருந்துளையின் நிறையை நாம் கணக்கிடலாம். இது கெப்ளர் காலத்து வழிமுறைதான். நமது பூமி சூரியனை சுற்றும் காலமும், பூமிக்கும் சூரியனுக்கும் உள்ள தொலைவும் தெரிந்தால் நாம் சூரியனின் நிறையை கண்டறியலாம். கெப்ளரின் மூன்றாம் விதி இதை சாத்தியப்படுத்துகிறது. ஒரு வேளை நமக்கு சூரியனின் நிறை தெரியும் என்று வைத்துக்கொள்வோம். ஆனால் எப்படி உறுதிப்படுத்துவது? கோள்களின் சுற்றுக்காலமும், தூரமும் தெரிந்தால் கெப்ளரின் மூன்றாம் விதியைப் பயன்படுத்தி நாம் இதை சரிபார்க்கலாம்.  இதைத்தான் இந்த இரண்டு நோபல் அறிஞர்களும் செய்தனர். அதாவது கருந்துளையைச் சுற்றி இருக்கும் விண்மீன்களின் இயக்கத்தை தொடர்ச்சியாக பல ஆண்டுகள் ஆராய்ந்தனர். ஒன்றிரண்டு ஆண்டுகளல்ல. கிட்டதட்ட முப்பது ஆண்டுகள். இதை அவர்கள் சரிபார்த்த விதம்தான் அற்புதமானது.

ரெயின்ஹார்ட் கென்சல் ஜெர்மனியிலுள்ள மாக்ஸ் பிளாங்க் வானியல் ஆராய்ச்சிக்கூடத்தில் பணிபுரிபவர். ஆண்டிரியா கெஸ்  அமெரிக்காவின் லாஸ் ஏஞ்சல்ஸ் நகரிலுள்ள கலிபோர்னியா பல்கலைக்கழகத்தில் பணிபுரிபவர். கென்சல் தலைமையிலான ஆராய்ச்சிக்குழு சிலி நாட்டில் இருக்கும் European southern observatory என்ற தொலைநோக்கி ஆய்வுக்கூடத்தை தங்கள் ஆய்வுக்கு பயன்படுத்தினர். ஆண்ட்ரியா கெஸ் தலைமையிலான ஆராய்ச்சிக்குழு அமெரிக்காவின் ஹவாய் நகரத்தில் இருக்கும் கெக் தொலைநோக்கி ஆய்வுக்கூடத்தை (keck observatory) தமது ஆய்வுக்கு பயன்படுத்தினர்.

சவாலான ஆராய்ச்சி:

இந்த ஆராய்ச்சி என்பது மிகவும் சவால் நிறைந்தது. முதலாவது சவால் 26,000 ஒளி ஆண்டுகள் தொலைவிலுள்ள சஜிட்டேரியஸ் A* யை சுற்றி வரும் விண்மீன்களின் ஒளி இடையில் இருக்கும் பல கோடிக்கணக்கான விண்மீன்களையும், விண்மீன் தூசிக்களையும் (interstellar dust), வாயுக்கூட்டங்களையும் (Gas clouds)  தாண்டித்தான் வர வேண்டும். இப்படி வரும் ஒளி மிகவும் வலிமை குறைந்து காணப்படும். அல்லது பெரும்பாலானவை சிதறலடைந்து விடும். எந்தளவுக்கு என்றால் அங்கிருந்து நூறு கோடி கண்ணுறு ஒளி போட்டான்கள் (Visible light photons)  புறப்பட்டால் கடைசியில் நம்மிடம் ஒரு போட்டான்தான் வரும். ஆனால் இதே நூறு கோடி அகச்சிவப்புக்கதிர் போட்டான்கள் (infrared photons) புறப்பட்டால் பத்து போட்டான்கள் நம்மை வந்து சேரும். ஏனென்றால் சிதறல் தன்மை அலைநீளம் அதிகமான ஒளிக்கதிர்களுக்கு குறைவு. எனவே இரண்டு ஆராய்ச்சிக்குழுக்களும் அங்கிருந்து வரும் அகச்சிவப்புக்கதிர்களை தங்களது ஆராய்ச்சிக்கு பயன்படுத்த முடிவெடுத்தார்கள்.

வளிமண்டலச் சிக்கல்:

அடுத்த சவால் நமது வளிமண்டலம் (atmosphere). ஏனென்றால் வளிமண்டல வாயுக்கள் மிகவும் சீரற்ற தன்மையில், கொந்தளிப்பான (turbulence) நிலையில் இயங்கிக்கொண்டிருக்கும். இதனால் வெவ்வேறு அடுக்குகளில் இருக்கும் வாயு மூலக்கூறுகளின்  அடர்த்தியும், வெப்ப நிலையும் அடிக்கடி மாறிக்கொண்டே இருக்கிறது. இதனால் வாயு அடுக்குகளின் ஒளிவிலகல் எண்ணும் (Refractive index) மாறிக்கொண்டே இருக்கும். இந்த ஒளிவிலகல் எண் மாற்றத்தால் உள்நுழையும் ஒளி யின் வேகமும் இடத்திற்கு இடம் மாறுபடுகிறது. இதனால் விண்மீனிலிருந்து சமதள அலைமுகப்பு (plane wave front) வடிவில் வரும் ஒளி இந்த வளிமண்டல சிக்கலால் தொலைநோக்கிக்கு வரும்போது ஒழுங்கற்ற அலைமுகப்பாக மாறிவிடுகிறது. கீழே உள்ள படம் இதை விளக்குகிறது.

இதனால் தொலைநோக்கி மூலம் எடுக்கப்படும் விண்மீனின் பிம்பம் மிகவும் பாதிக்கப்படுகிறது. கீழே உள்ள படம் ஒரு விண்மீனின் படம். உண்மையிலேயே ஒரு புள்ளியாகத் தெரிய வேண்டிய படம் எவ்வளவு சிதறலடைந்து தெரிகிறது பாருங்கள்.

விண்மீன்கள் நமக்கு மின்னுவதைப்போல தோற்றமளிப்பதே இந்த வளிமண்டலத்தில் இருக்கும் வாயுக்களால்தான். அருகிலிருக்கும் விண்மீன்களின் ஒளிக்கே இந்த சிக்கல் என்றால் 26,000 ஒளி ஆண்டுகள் தொலைவிலிருந்து வரும் ஒளியை இந்த வளிமண்டலம் எவ்வளவு பாதிக்கும்? இதை எப்படி எதிர்கொள்வது? ஒரு வழி என்னவென்றால் பூமிக்கு வெளியே தொலைநோக்கி அனுப்பி அதன் மூலம் படம் எடுப்பது. ஆனால் இவ்வளவு தொலைவில் இருக்கும் விண்மீன்களை படம் எடுக்க வேண்டுமென்றால் தொலைநோக்கியில் இருக்கும் கண்ணாடியின் விட்டமும் பெரிதாக இருக்க வேண்டும் (ஆண்ரியா கெஸ் குழு பயன்படுத்திய தொலைநோக்கிக் கண்ணாடியின் விட்டம் 10 மீட்டர். ரெயின்ஹார்ட் கென்சல் குழு பயன்படுத்திய தொலைநோக்கிக் கண்ணாடியின் விட்டம் 8.4 மீட்டர்). ஆனால் விண்ணில் இருக்கும் ஹப்புள் தொலைநோக்கியில் இருக்கும் கண்ணாடியின் விட்டம் இரண்டரை மீட்டர்தான்.

நாம் விண்தொலைநோக்கிகளின் இருக்கும் கண்ணாடியின் விட்டத்தை அதிகரிக்க அதிகரிக்க அதை பராமரிக்கும் செலவும் மிக அதிகம். அதுமட்டுமில்லாமல் தொடர்ச்சியாக பல பத்தாண்டுகள் விண் தொலைநோக்கி மூலமாக படம் எடுக்க வேண்டும். எனவே இது நடைமுறையில் சாத்தியமில்லாத ஒன்று. எனவே பால் வழி மண்டலத்தின் மையத்திலிருந்து வரும் ஒளியை நாம் பூமியிலிருந்துதான் ஆராய்ந்தாக வேண்டிய சூழ்நிலை. ஒரு வேளை வளிமண்டலம் இல்லாதிருந்தால் இந்த சிக்கல் வந்திருக்காது. ஒரு மனிதன் உயிர் வாழ வளிமண்டலம் மிக முக்கியம். ஆனால் ஒரு வானியல் ஆராய்ச்சியாளனுக்கு அதே வளிமண்டலம் பெரிய தொல்லை.

தகவமைப்பு ஒளியியல்(Adaptive optics):

இதற்கு என்ன செய்யலாம்? வடிவேலு நகைச்சுவையில் “இருக்கு ஆனா இல்லை” என்று வருவது மாதிரி வளிமண்டலமும் இருக்க வேண்டும். ஆனால் இல்லாமலும் இருக்க வேண்டும். அப்படி ஒரு வழியைக் கண்டுபிடித்தார்கள். அந்த தொழில்நுட்பத்தின் பெயர்தான் “தகவமைப்பு ஒளியியல் (Adaptive optics)”. ஒரு வரியில் சொல்வதென்றால் இயற்கை நமக்கு வழங்கிய தடையை அதே இயற்கையை வைத்தே வெற்றி கொள்வது.

அதென்ன தகவமைப்பு ஒளியியல்?. வளிமண்டலத்தின் இருக்கும் காற்றுமூலக்கூறுகள் ஒவ்வொரு வினாடியும் ஒவ்வொரு விதமாக அங்கும் இங்கும் ஓடுகிறது. இதற்கான ஒரு பொதுவான சமன்பாட்டை நாம் வரையறை செய்யமுடியாது. ஒவ்வொரு வினாடியும் ஒவ்வொரு சமன்பாட்டை நாம் கண்டுபிடிக்க வேண்டும். அது சாத்தியமில்லாதது.

அதற்கு பதிலாக விண்மீனிலிருந்து வரும் ஒளியானது வளிமண்டலத்தில் உள்ள வாயு மூலக்கூறுகளால் ஒவ்வொரு நொடியும் எவ்வாறு பாதிப்படைகிறது என்று தெரிந்தால் கணினி உதவியுடன் அதே நொடியே அந்த பாதிப்படைந்த பிம்பத்தை சரி செய்து வளிமண்டலம் இல்லாமல் இருந்தால் எப்படி பிம்பம் கிடைக்குமோ அது போல நாம் செய்து விடலாம். இதை எப்படி சாத்தியமாக்குவது? நாம் ஆராய்ச்சி செய்யும் தொலைநோக்கிக் கூடத்திலிருந்து ஒரு வலிமை வாய்ந்த 589.6 நானோ மீட்டர் அலைநீளமுள்ள (அதாவது மஞ்சள் நிறமுள்ள) லேசர் ஒளிக்கற்றையை நாம் ஆராய விரும்பும் விண்மீன் இருக்கும் திசையை நோக்கி செலுத்துவார்கள். இந்த லேசர் ஒளி வளிமண்டலத்தினுள் மேல்நோக்கிச் சென்று கிட்டத்தட்ட 90 கி.மீ உயரத்தில் இருக்கும் சோடியம் அணுக்களின் படலத்தில் பட்டு அந்த சோடியம் அணுக்களை உயர் ஆற்றல் (excitation state) நிலைக்கு கொண்டு செல்கிறது. சோடியம் அணுக்களை உயர் ஆற்றல் நிலைக்கு கொண்டு செல்லவேண்டுமென்றால் 589.6 நானோ மீட்டர் அலைநீளம் அவசியம்.  உயர்ஆற்றல் நிலைக்கு சென்ற இந்த சோடியம் அணுக்கள் மீண்டும் தாழ் ஆற்றல் நிலைக்கு வரும்போது நாம் அனுப்பிய லேசர் ஒளிக்கற்றையின் அதே அலைநீளத்தில் ஆனால் வலிமை வாய்ந்த லேசர் ஒளியை மீண்டும் தொலைநோக்கிக் கூடத்திற்கு திருப்பி அனுப்புகிறது. ஆனால் பூமியிலிருந்து பார்க்கும்போது நாம் ஆராயவேண்டிய விண்மீனுக்கு அருகில் இன்னொரு விண்மீன் இருப்பது போல் தோன்றும். இது லேசர் வழிகாட்டி விண்மீன் (Laser Guide star) என்றழைக்கிறார்கள். கீழே கெக் ஆய்வகத்தின் வழிகாட்டி விண்மீன் படம் கொடுக்கப் பட்டுள்ளது.

இந்த வழிகாட்டி விண்மீனின் ஒளி திரும்பவும் வளிமண்டலத்தின் வழியாக பயணித்துத்தான் நம்மை வந்தடைகிறது. அப்படியென்றால் ஒரு உண்மையான விண்மீனின் ஒளி என்னென்னவிதமான பாதிப்பெல்லாம் அடையுமோ அதே பாதிப்பைத்தான் இந்த வழிகாட்டி விண்மீனின் ஒளியும் அடைகிறது. இப்போது இந்த வழிகாட்டி விண்மீனின் ஒளி கணினிக்கு கொண்டு செல்லப்படுகிறது. அக்கணினியானது மிக வேகமாக (நொடிக்கு ஆயிரம் தடவை) அந்தத் தகவல்களை ஆராய்ந்து பார்த்து அந்த பிம்பம் ஒவ்வொரு நொடியும் என்னென்ன பாதிப்புகளை அடைகிறது என்று குறித்துக்கொள்கிறது. இந்தத் தகவலானது தொலைநோக்கியில் இணைக்கப்பட்டிருக்கும் ஒரு பிரத்தியேகமான கண்ணாடிக்கு அதே வேகத்தில் அனுப்பப்படுகிறது. இந்தக் கண்ணாடி சாதாரணமான பட்டைக் கண்ணாடி அல்ல. இது தன் வடிவத்தை கணினி அனுப்பும் தகவல்களுக்கேற்ப வளைந்து நெளிந்து மாற்றிக்கொள்ளும் தன்மை வாய்ந்தக் கண்ணாடி. இதை “deformable mirror” என்று அழைக்கிறார்கள். இப்போது இந்த வளைந்து நெளிந்த கண்ணாடியில் படும் ஒளி எதிரொளிக்கப்பட்டு கணினிக்கு செல்லும்போது துல்லியமான பிம்பமாக செல்கிறது. இதுதான் அந்த தொழில்நுட்பம். அதாவது வளைந்த கண்ணாடியில் படும் ஒழுங்கற்ற அலைமுகப்பு எதிரொளிக்கப்படும்போது கிட்டத்தட்ட மீண்டும் சமதள அலைமுகப்பாக மாறிவிடுகிறது.

தகவமைப்பு ஒளியியலின் இருக்கும் கருவிகளின் மாதிரி வரைபடம் இங்கே கொடுக்கப்பட்டுள்ளது.

  

 

இது கிட்டத்தட்ட முள்ளை முள்ளால் எடுக்கும் வழிமுறைதான். கீழே உள்ள படத்தில் ஒரு எளிமையான உதாரணம் கொடுக்கப்பட்டுள்ளது. ஒரு குறிப்பிட்ட நொடியில் வரும் ஒழுங்கற்ற வடிவமுள்ள ஒரு அலைமுகப்பிற்கு ஏற்ப கண்ணாடி எப்படி தனது வடிவத்தை மாற்றிக் கொள்கிறது என்று பாருங்கள்.

நன்றாக கவனித்தீர்களென்றால் கண்ணாடி தனது வடிவத்தை அந்த அலைமுகப்பின் வடிவத்திற்கு ஏற்ப மாற்றிக்கொண்டுள்ளது. அப்படி மாற்றினால்தான் அதன் மீது படும் ஒழுங்கற்ற அலைமுகப்பு சமதள அலைமுகப்பாக எதிரொளிக்கப் படும். அப்படி இல்லாமல் கண்ணாடி பட்டையாக வீட்டில் இருப்பது போல் இருந்தால் அதில் பட்டு எதிரொளிக்கப்படும் ஒளியும் ஒழுங்கற்ற அலைமுகப்பாகவே இருக்கும்.  இது கீழே உள்ள படத்தில் காட்டப்பட்டுள்ளது.

ஒவ்வொரு நொடியும் இந்தக் கண்ணாடி தனது வடிவத்தை மாற்றிக்கொண்டே இருக்க வேண்டும். ஏனென்றால் வளிமண்டல வாயுமூலக்கூறுகளின் இயக்கம் ஒவ்வொரு நொடியும் மாறிக்கொண்டே இருப்பதால் தொலைநோக்கிக்கு வரும் ஒளி அலைமுகப்பின் வடிவமும் மாறிக் கொண்டே இருக்கிறது. அதாவது கண்ணாடி ஒவ்வொரு நொடியும் தன்னை நோக்கி வரும் அலைமுகப்பின் வடிவத்திற்கேற்ப தன்னை தகவமைத்துக்கொள்கிறது. இதனால்தான் இந்த தொழில்நுட்பத்தை “தகவமைப்பு ஒளியியல்(Adaptive optics)” என்று அழைக்கிறார்கள். இத்தொழில்நுட்பத்தை பயன்படுத்தி ஒரு விண்மீனை படம் எடுத்தால் அது மின்னாமல் புள்ளிபோல் துல்லியமாகத் தெரியும். சுருக்கமாக சொல்லப்போனால் தகவமைப்பு ஒளியியல் தொழில்நுட்பம் வளிமண்டலம் இல்லாதது போல ஒரு மாயையை ஏற்படுத்துகிறது. விண்ணில் இருக்கும் ஹப்புள் தொலைநோக்கி எடுக்கும் படத்தை விட இத்தொழில்நுட்பம் பயன்படுத்தி எடுக்கப்படும் படங்கள் அதிகத் துல்லியமானது.

கீழே இத்தொழில்நுட்பத்தைப் பயன்படுத்தி எடுக்கப்பட்ட படங்களும் (AO-ON), அத்தொழில்நுட்பம் பயன்படுத்தாமல் எடுக்கப்பட்ட படங்களும் (AO-OFF) கொடுக்கப்பட்டுள்ளன.

இந்த தொழில்நுட்பம் 1953 இல் பாப்காக் (Babcock) என்பவரால் கண்டுபிடிக்கப்பட்டு ஆரம்பத்தில் அமெரிக்க ராணுவத்துறையில் பயன்பட்டு வந்தது. இத்தொழில்நுட்பத்தை ஆண்ட்ரியா கெஸ் தான் முதன்முதலில் (2000 வாக்கில்) தனது ஆராய்ச்சிக்கு பயன்படுத்த ஆரம்பித்தார். பிறகு ரெயின்ஹார்ட் குழுவும் இதை பயன்படுத்த ஆரம்பித்தது.

விண்மீன்களின் நீள்வட்ட இயக்கம்:

ரெயின்ஹார்ட் குழுவும், கெஸ் குழுவும் சஜிட்டேரியஸ் A* சுற்றிவரும் முப்பதுக்கும் மேற்பட்ட விண்மீன்களின் இயக்கத்தை ஆராய்ந்தனர். இந்த விண்மீன்கள் அனைத்தும் நீள்வட்டப்பாதையை மேற்கொள்கின்றன (கீழே உள்ள படம்).

பெரும்பாலான விண்மீன்களின் சுற்றுக்காலம் பல பத்தாண்டுகள். அதிர்ஷ்டவசமாக S2  எனப்பெயரிடப்பட்ட ஒரு குறிப்பிட்ட விண்மீனின் சுற்றுக்காலம் 16 ஆண்டுகள் என்பதைக் கண்டுபிடித்தனர். கீழே உள்ள படத்தில் இந்த S2 வின் நீள்வட்டப் பாதையின் படம் கொடுக்கப்பட்டுள்ளது.

கிட்டத்தட்ட 1992 ஆம் ஆண்டிலிருந்து இந்த S2 வின் இயக்கம் ஆராயப்பட்டுள்ளது. படத்தில் காட்டியுள்ளபடி 2002 ஆம் ஆண்டு இந்த S2 விண்மீன் சஜிட்டேரியஸ் A* மிக அருகில் அதாவது 17 ஒளி நாட்கள் (ஒளியானது 17 நாட்கள் செல்லும் தொலைவு) தொலைவில் வந்துள்ளது. திரும்பவும் 2018 ஆம் ஆண்டு அதே 17 ஒளி நாட்கள் தொலைவில் வந்துள்ளது. சரியாக 16 ஆண்டுகள். இந்தக் கணக்கீடு இரண்டு ஆய்வுக்குழுவிற்கும் சரியாக பொருந்தியது. அதுமட்டுமில்லாமல் இந்த S2 வின் ஆரத்திசைவேகமும் 2002 இலிருந்து ஆராயப்பட்டது. அதன் வரைபடமும் கீழே கொடுக்கப்பட்டுள்ளது.

அப்படத்தை நாம் உற்று நோக்கினால் ஒரு விஷயம் தெளிவாகப் புரியும். அதாவது 2002 ஆம் ஆண்டு அந்த S2வின் ஆரத்திசைவேகம் அதிகமாக இருக்கிறது. மறுபடியும் 2018 ஆம் ஆண்டு அதன் ஆரத்திசைவேகம் அதே அதிக மதிப்பை அடைந்துள்ளது. ஏனென்றால் அந்த இரு ஆண்டுகளில்தான் S2 விண்மீன் சஜிட்டேரியஸ் A* அருகில் சென்றிருக்கிறது. நமது பூமி கூட சூரியனை நீள் வட்டப் பாதையில்தான் சுற்றுகிறது. பூமி எப்போது சூரியனுக்கு அருகில் செல்கிறதோ (ஜனவரி மாதம் !!!!!) அப்போதுதான் பூமியின் திசைவேகம் மிக அதிகமாக இருக்கும். மிக தூரத்தில் இருக்கும்போது குறைவான வேகத்தில்தான் செல்லும். இது கெப்ளரின் இரண்டாம் விதி. 400 ஆண்டுகளுக்கு முன்பே கெப்ளர் கண்டுபிடித்தது. இந்த கெப்ளர் விதியைத்தான் இந்த S2 விண்மீனும் பின்பற்றுகிறது.

இந்த S2 விண்மீனின் இயக்கத்தை இரண்டு குழுவும் பூமியின் வெவ்வேறு இடங்களில் (சிலி மற்றும் ஹவாய்) ஆராய்ந்தது. எந்த அளவுக்கு இந்த இரு குழுவின் கணக்கீடு ஒத்துப்போகிறது என்பது கீழே காட்டப்பட்டுள்ளது.

மேலே உள்ள படத்தில் S2 வின் நீள்வட்டப்பாதையும், ஆரத்திசைவேகமும் கொடுக்கப்பட்டுள்ளது. இரண்டு படத்திலும் நீல நிறத்தில் இருக்கும் புள்ளிகள் ரெயின்ஹார்ட் குழுவினரால் எடுக்கப்பட்டவை. சிவப்பு நிறத்தில் இருக்கும் புள்ளிகள் கெஸ் குழுவினரால் எடுக்கப்பட்டவை. இரண்டும் எந்த அளவுக்கு ஒன்றோடொன்று பொருந்திப் போகிறது என்று பாருங்கள். இதுதான் இந்தப் பரிசோதனையின் சிறப்பு.

நாம் ஏற்கெனவே கூறியதுபோல விண்மீனின் சுற்றுக்காலமும், தொலைவும் தெரிந்தால் அதன் மையத்தில் இருக்கும் பொருளின் நிறையை நம்மால் கணக்கிடமுடியும். இதற்கு ஐன்ஸ்டீனின் பொதுச் சார்பியல் கோட்பாடு தேவையில்லை. கெப்ளர் விதிகளே போதும். இதன்படி சஜிட்டேரியஸ் A*  கிட்டத்தட்ட சூரியனின் நிறையைப் போல நான்கு மில்லியன் மடங்கு (நாற்பது லட்சம்) நிறையைக் கொண்டதாக இருக்க வேண்டும். இங்கு ஒரு கேள்வி எழலாம். ஏன் இந்த நிறை கருந்துளையாக இருக்க வேண்டும்? விண்மீன் கொத்தாக (stellar cluster) இருக்கலாமல்லவா? கரும்பொருளாக (dark matter) இருக்கலாம் அல்லவா? அல்லது விண்மீன் எச்சங்களாக (stellar remnants) இருக்கலாமல்லவா?

எப்படி அது கருந்துளையாகத்தான் இருக்க வேண்டும் என்று கணிக்கிறார்கள்? அதற்கான காரணமும் இருக்கிறது. அதாவது இந்த நான்கு மில்லியன் மடங்கு சூரியன் நிறையும் வெறும் 125 வானியல் தொலைவுக்குள் (125 Astronomical Unit- பூமிக்கும் சூரியனுக்கும் உள்ள தூரம்) குவிக்கப்பட்டிருக்கிறது.  இது கிட்டத்தட்ட நமது இந்தியாவில் இருக்கும் மொத்த மக்கள் தொகையையும் நமது வீட்டிற்குள் அடைப்பது போல. அப்படியென்றால் சஜிட்டேரியஸ் A*  இன் நிறை அடர்த்தி மிக மிக அதிகம். மேலே நாம் சொன்ன விண்மீன் கொத்தோ, விண்மீன் எச்சங்களோ, கரும்பொருளோ இவ்வளவு அடர்த்தியாக இருக்க வாய்ப்பில்லை. இன்னும் சொல்லப்போனால் சஜிட்டேரியஸ் A*  இந்த மாதிரி ஏதேனும் ஒரு பொருளாக இருந்தால் S2  விண்மீனின் சுற்றுக்காலமும், ஆரத்திசைவேகமும் முழுவதும் வேறுமாதிரி இருந்திருக்கும்.  இதுவரை நாம் கண்டுபிடித்த வான்பொருட்கள் எதுவும் இந்தளவு அடர்த்தியாக இல்லை. அப்படியென்றால் இந்த சஜிட்டேரியஸ் A*  ஒரு அதிநிறை கருந்துளையாகத்தான் (Supermassive blackhole) இருந்தாக வேண்டும் என்ற முடிவுக்கு வந்தார்கள்.

சமீப காலத்தில் சஜிட்டேரியஸ் A*  இன்னும் மிக அருகில் உள்ள பொருட்களை துல்லியமாக ஆராயும் அளவுக்கு தொழில்நுட்பம் வளர்ந்து விட்டது. அப்படி பார்த்தபோது சஜிட்டேரியஸ் A* மிக அருகில் ( 3 முதல் 5 மடங்கு ஸ்வார்சைல்ட் ஆரத் தொலைவில்) ஒரு மணி நேரத்துக்கு ஒரு தடவை அகச்சிவப்புக்கதிர் கிளரொளி (Infra-red flares) வெளிவருவதைக் கண்டுபிடித்தனர். இதன் மூலத்தை ஆராய்ந்தபோது இந்த அகச்சிவப்புக்கதிர் கிளரொளியானது 30%  ஒளியின் வேகத்தில் (கிட்டத்தட்ட ஒரு லட்சம் கி.மீ வினாடிக்கு) சுற்றி வரும் பொருட்கள் வெளியிட்டவை என்று கண்டுபிடிக்கப்பட்டது.  சஜிட்டேரியஸ் A* கருந்துளையாக இருக்கும் பட்சத்தில்தான் அதற்கு மிக அருகில் இருக்கும் பொருட்கள் இந்தளவுக்கு வேகத்தில் அதைச் சுற்றி வரமுடியும் என்பது பொதுச் சார்பியல் கோட்பாட்டின் கணிப்பு. எனவேதான் பால்வழி மண்டலத்தின் மையத்தில் இருக்கும் சஜிட்டேரியஸ்  A* என்ற பொருள் ஒரு அதிநிறைக் கருந்துளையாகத்தான் என்று அனைவரும் முடிவுக்கு வந்தனர்.

ஆனாலும் நோபல் பரிசு அமைப்பு இவர்கள் இருவருக்கும் வழங்கப்பட்ட நோபல் பரிசு பால் வழி மண்டலத்தின் மையத்தில் ஒரு அதிநிறை கொண்ட இறுக்கமான பொருளொன்றைக் (supermassive compact object) கண்டறிந்ததற்காக வழங்கப்பட்டுள்ளதாக அறிவித்திருக்கிறார்கள். கருந்துளை என்று அவர்கள் சொல்லவில்லை. அனைவரும் ஏற்றுக்கொண்டார்கள் என்பதற்காக அறிவியல் ஏற்றுக்கொள்ளாது. ஒரு நூலிழை அளவுக்கு சந்தேகம் இருந்தாலும் அறிவியல் சந்தேகக்கண் கொண்டுதான் பார்க்கும்,  காரணம் இதுவரை சஜிட்டேரியஸ் A* நிகழ்வெல்லையிலிருந்து மூன்று முதல் ஐந்து மடங்கு ஸ்வார்சைல்ட் தொலைவில் இருக்கும் பொருட்கள் வரைதான் நாம் ஆராய்ந்திருக்கிறோம். ஒருவேளை எதிர்காலத்தில் சஜிட்டேரியஸ் A* க்கு இன்னும் அருகில் அதாவது அதன் நிகழ்வெல்லைக்கு மிக அருகில் துல்லியமாக ஆராயமுடிந்தால் இன்னும் மிக உறுதியாக அது ஒரு கருந்துளைதான் என்று சொல்வதற்கான ஆதாரங்கள் கிடைக்கும். எதிர்காலம்தான் இதற்கான பதிலைக் கொடுக்க முடியும். நம்பிக்கையோடு காத்திருப்போம்.

கருந்துளையின் பயன்:

இக்கட்டுரையை வாசிக்கும் சில பேருக்கு “இந்தக்கருந்துளை ஆராய்ச்சியால் நடை முறையில் என்ன பயன்?” என்ற கேள்வி எழலாம். கட்டுரையில் தொடக்கத்தில் கூறியது போல இயற்கையைப் பற்றிய நமது புரிதலுக்கும், ஒரு சமூகத்தின் நாகரீக வளர்ச்சிக்கும் நெருங்கிய தொடர்பு உண்டு. நாம் இன்னும் மேம்பட்ட சமூகமாக மாறவேண்டுமென்றால் இயற்கையைப்பற்றிய தீராத தேடல் இருந்து கொண்டே இருத்தல் வேண்டும். ஒரு காலத்தில் கிரகணங்கள் குறித்து நிறைய மூடநம்பிக்கைகள் இருந்தன. அந்த நேரத்தில் கர்ப்பிணிப் பெண்கள் வெளியில் வரக்கூடாது. சாப்பிடக்கூடாது என்பது மாதிரியான பல மூடநம்பிக்கைகள் எல்லா சமூகத்திலும் இருந்தன. அக்கிரகண நேரத்தில் ஒரு கர்ப்பிணி பெண்ணுக்கு பிரசவ வலி வந்தால் மருத்துவமனைக்கு செல்லமாட்டார்கள். இதனால் எத்தனை பேர் மரணமடைந்திருப்பார்கள். ஆனால் சூரிய, சந்திர கிரகணங்களைப் பற்றிய அறிவியல் அறிவுதான் சமூகத்தில் இருக்கும் இந்த மாதிரியான மூடநம்பிக்கைகளை பெருமளவு ஒழிக்க உதவியது. பொதுச்சார்பியல் கோட்பாடு விண்மீன்கள், கேலக்சிகள், கருந்துளைகளைப் பற்றிய கோட்பாடுதானே, நடைமுறையில் அதற்கு என்ன பயன் இருக்கப்போகிறது என ஆரம்பத்தில் நினைத்தார்கள். ஆனால் இன்று பொதுச் சார்பியல் கோட்பாடு எல்லார் கைகளிலும் இருக்கும் செல்போனில் கூட பயன்படுத்தப்படுகிறது. இன்று ஜி.பி.எஸ் (GPS) வசதியை மொபைல் வைத்திருக்கும் அனைவரும் பயன்படுத்துகிறோம். இதன் மூலம் பூமியை சுற்றிக்கொண்டிருக்கும் செயற்கை கோள்களின் துணை கொண்டு நாம் எங்கிருக்கிறோம் என்று துல்லியமாக அறியமுடிகிறது. பெண்கள் இரவு நேரங்களில் பணி முடித்து திரும்பும்போது முகம் தெரியாத கால்டாக்சியில் ஏற முடிகிறதென்றால் ஜி.பி.எஸ் மேல் இருக்கும் நம்பிக்கை. இந்த ஜி.பி.எஸ் தொழில் நுட்பம் மிகச் சரியாக துல்லியமாக இயங்கவேண்டுமென்றால் பொதுச்சார்பியல் கோட்பாட்டின் படி செயற்கைக்கோள்களில் பயன்படுத்தப்படும் கடிகாரத்தில் பிழைத்திருத்தம்  செய்யப்பட வேண்டும். இல்லையென்றால் ஓரிரண்டு நிமிடங்களுக்குள் 100 % பிழை ஏற்படும்.

150 ஆண்டுகளுக்கு முன் மைக்கேல் பாரடே மின்காந்தத் தூண்டலைக் கண்டறிந்தபோது இதை வைத்து என்ன பயன் என்ற கேள்வி எழுந்தது. அதற்கு அவர் “புதிதாக பிறந்த குழந்தையினால் என்ன பயன்?” என்று திருப்பிக்கேட்டார். ஆம். அக்குழந்தை வளர்ந்தால்தான் அதனால் உலகத்துக்கு என்ன பயன் என்று தெரியவரும்.   அன்று குழந்தைபோல் இருந்த மின்காந்தத் தூண்டல் கண்டுபிடிப்புதான் இன்று உலகில் 90 % சதவிகிதம் மின்கருவிகள் இயங்கக் காரணமாக இருக்கிறது. அதைப்போலத்தான் இந்த கருந்துளை ஆராய்ச்சியும். பின்னாளில் நாமே எதிர்பார்க்காத துறையில் இதனால் ஏதேனும் பயன்பாடு இருக்கலாம். எடுத்துக்காட்டாக ரோஜர் பென்ரோஸ் தன்னைத்தானே சுழலும் கருந்துளைகளிலிருந்து (Kerr black hole) சுழற்சி ஆற்றலை எப்படி வெளியில் எடுப்பது என்பது குறித்து ஆராய்ச்சிக்கட்டுரை வெளியிட்டுள்ளார். யாருக்குத் தெரியும் இன்னும் 500 வருடங்கள் கழித்து கருந்துளையின் சுழற்சி ஆற்றலை நாம் பயன்படுத்தி மின்னாற்றல் தயாரிக்கும் தொழில்நுட்பம் வந்தாலும் வரலாம். இன்று சாத்தியமில்லை என்று தோன்றுபவை எதிர்காலத்தில் நடைமுறையில் சாத்தியப்படலாம்.

எல்லா அறிவியல் ஆராய்ச்சியும் அடுத்த நாளே நடைமுறை பயன்பாட்டுக்கு வரவேண்டும் என்ற அவசியம் இல்லை. மனித இனத்துக்கு நடைமுறைப் பயன்பாட்டைத்தாண்டி இயற்கையைப் பற்றிய, பிரபஞ்சத்தை பற்றிய சரியான அறிவுத்தொகுப்பு மிக அவசியம். அந்த அறிவுத்தொகுப்பை அறிவியல் மட்டுமே கொடுக்க முடியும். அறியாமை என்னும் இருள் விலகவேண்டுமென்றால் அறிவியல்தான் மனித சமூகத்திற்கு இருக்கும் ஒரே விளக்கு.

இக்கட்டுரை எழுத துணைபுரிந்த மேற்கோள் நூல்கள், கட்டுரைகள்:

1. Advanced – Physics Prize 2020 – Report released by Nobel Prize committee

2. Popular -Physics Prize 2020 – Report released by Nobel Prize committee

3. Gravity – Introduction to Einstein’s general relativity

4. Gravitational collapse and space time singularities – Roger Penrose , 1964

5. Road to reality – Roger Penrose

6. The Emperor’s of New Mind – Roger Penrose

7. An introduction to Raychaudhury equations – Resonance article by Sayan kar, IIT Khargpur

8. Gravity defied- From potato asteroids to magnetized neutron stars -Sushan konar, NCRA-TIFR

9. Blackhole on the horizon – The wire article published 14/10/2020

10. Subrahmanyan Chandrasekhar – Current science,1995, Rajaram Nityananda

11. Explained: 2020 Nobel Prize in physics – The hindu,10/10/2020

 

ஜோசப் பிரபாகர், 

உதவிப்பேராசிரியர், 

இயற்பியல் துறை, லயோலா கல்லூரி,சென்னை

மின்னஞ்சல்: josephprabagar@gmail.com