36. டாப்ளர் விளைவு

கண்டறிந்தவர்: கிறிஸ்டியன் டாப்ளர்

காலம்: 1848

விண்வெளித் துறையில் கண்டறிந்தவற்றுள் மிக முக்கியமான கண்டுபிடிப்பு இந்த டாப்ளர் விளைவு ஆகும். இந்த விளைவின் மூலம் பல மில்லியன் ஒளி ஆண்டுகளுக்கு அப்பால் இருக்கும் விண்மீன்களிலிருந்து வரும் ஒளியைக் கொண்டு அதன் தூரம், வேகம் மற்றும் நகரும் திசை ஆகியவற்றைக் கண்டறிய முடிகின்றது. இதன் மூலம் இருட்துகள்களின் இருப்பு, அண்டத்தின் நகர்வு மற்றும் வயது ஆகியனவற்றையும் கண்டறிந்திருக்கின்றனர். டாப்ளர் விளைவு அறிவியலின் அடிப்படையான கொள்கைகளுள் ஒன்று என்பதால் அனைத்து அறிவியல் பாடங்களிலும் இதைக் காணலாம். 

ஆஸ்திரியாவில் பிறந்த கிறிஸ்டியன் டாப்ளர் ஒரு பிரச்னைக்குரிய கணித ஆசிரியராகத் திகழ்ந்தார். மாணவர்களுக்கும், அவர் தம் பெற்றோர்களுக்கும், உடன் பணி புரியும் ஆசிரியர்களுக்கும், நிர்வாகத்துக்கும் பிரச்னைகள் தருபவராக இருந்தார். அதற்குக் காரணமும் இருந்தது. தான் சொல்லிக் கொடுக்கும் கணிதம் அனைவருக்கும் தெள்ளத் தெளிவாகப் புரிந்திருக்க வேண்டும் என்பதில் கறாராக இருந்தார். இதனால் அவரது 20 முதல் 30 வயது வரை (1820 ‍முதல் 1830) அடிக்கடி ஆசிரியர் பணியை விட்டு விலகுவதும் பின்னர் சேர்வதுமாக இருந்தார். 1838 வாக்கில் வியன்னா பாலிடெக்னிக் கல்லூரியில் கணித ஆசிரியராகப் பணியில் சேர்ந்தார் டாப்ளர்.

1830களில் ரயில்கள் மணிக்கு 30 மைல்களுக்கும் அதிகமான வேகத்தில் தண்டவாளத்தில் பறக்க ஆரம்பித்தது. இதுகாறும் குதிரை வண்டிகளின் வேகத்தையே அதிவேகம் என்று நம்பிக் கொண்டிருந்த காலத்தில் இந்த ரயில்களின் வேகம் எழுப்பிய ஒலி மனித இனம் இது வரை கேட்டறியாத வகையில் மிக வித்தியாசமாக இருந்தது. இவ்வாறாக ரயில்கள் வேகத்தின் காரணமாக ஏற்படும் ஒலி மாற்றத்தை மனிதர்கள் அறிந்து கொள்ள ஏதுவாக இருந்தது எனலாம். டாப்ளர் உன்னிப்பாக ரயில்களின் வேக மாற்றத்தால் ஏற்படும் ஒலி மாற்றத்தை ஆராய்ந்து அதை அறிவியல் பூர்வமாக விளக்க முனைந்தார். 1843ல் ஒலியுடன் ஒளி அலைகளையும் தனது ஆராய்ச்சியில் இணைத்துக் கொண்டார் டாப்ளர். அவரது ஆராய்ச்சியின் விளைவாக ஒரு பொதுவான விதியை நிறுவினார். ஒரு நிலையான இடத்திலிருந்து அளக்கப்படும் வேகமாகச் செல்லும் பொருளிலிருந்து புறப்படும் ஒலி மற்றும் ஒளி அலைகளின் செறிவு மாறுபடுகின்றது என்று கண்டறிந்தார். விண்மீன்கள் சிவப்பு மற்றும் நீல நிறத்தில் கண்சிமிட்டுவதற்கு இவ்விளைவே காரணம் என்றார் டாப்ளர். புவியை நோக்கி நகரும் விண்மீனின் ஒளிய‌லைச்செறிவு புவியை விட்டு விலகும் விண்மீனின் ஒளியலைச் செறிவைக் காட்டிலும் அதிகமாக இருக்கும் என்று கண்டறியப்பட்டது. இதனால் அதன் நிறம் நீலமாகத் தெரியும். விலகும் விண்மீனின் நிறம் சிகப்பு நிறத்தில் தெரியவரும்.

பொஹெமியன் அறிவியல் சங்கத்துக்கு 1844ல் அனுப்பிய ஆய்வுக் கட்டுரையில் அவரது விதியை விளக்கி அனுப்பி வைத்தார் டாப்ளர். தொலைதூர விண்மீன்களின் நீல/சிகப்புக் கண்சிமிட்டல்களுக்கு இதுவே காரணம் என்று விளக்கியிருந்தார் டாப்ளர். உண்மையில் அவரது கூற்று தவறானது. அறிவியல்பூர்வமாக அவர் சொல்வது சரியென்றாலும் அந்நாளைய கருவிகளைக் கொண்டு அதனைக் கண்டறிய முடியாத அளவில் மிகக் குறைவானதாக இந்நிறமாற்றங்கள் இருந்தன.

டாப்ளர் தனது ஆய்வில் கண்டறிந்ததை நிரூபிக்குமாறு அவருக்குச் சவால் விடப்பட்டது. அக்காலத்தில் மிக சக்தி வாய்ந்த தொலைநோக்கிகள் கண்டறியப்படாததால் ஒளியைக் கொண்டு அவரால் அவரது விதியை நிரூபணம் செய்ய முடியவில்லை. எனவே ஒலியைக் கொண்டு இதை நிரூபிக்க முயற்சித்தார் டாப்ளர்.

1845ல் புகழ்மிக்க அவரது அறிவியல் சோதனை நிகழ்ந்தது. ஒரு ரயிலுக்குள் இசை விற்பன்னர்களை அமரவைத்து ஒரே விதமான இசையை ட்ரம்பெட்டில் வாசிக்கச் செய்தார் டாப்ளர். ர‌யில் நிலையத்தின் நடைமேடையிலும் சில இசை விற்பன்னர்களை அமரச் செய்து ரயில் வரும் போதும் தங்களை விட்டுச் செல்லும் போதும் தாங்கள் கேட்கும் இசையைக் குறிப்பு எடுக்கச் செய்தார். இசை விற்பன்னர்கள் குறிப்பெடுத்த குறிப்புகளில் ரயில் வரும் போது இசை விற்பன்னர்கள் இசைத்ததை விடவும் பிட்ச் எனப்படும் கூவல் அதிகமாகவும் அதுவே ரயில் விலகிச் செல்லும் போது கூவல் குறைவாகவும் இருந்தது. ரயிலில் இசைத்த விற்பன்னர்கள் ஒரே விதமான இசையையே இசைத்தனர் என்பது குறிப்பிடத் தகுந்தது. 

அடுத்த சோதனையில் ரயில் நிலைய நடைமேடையிலும் சில இசை விற்பன்னர்களை அமரச் செய்தார். ரயிலுக்குள் செல்லும் இசை விற்பன்னர்களும் நடைமேடையில் இருந்த விற்பன்னர்களும் ஒரே இசையை இசைத்தாலும், கேட்பவர்களுக்கு இவ்விரண்டு இசையிலும் இருக்கும் வித்தியாசம் தெளிவாகத் தெரிந்தது. அவரது விதி இவ்வாறு சுவாரசியமான முறையில் நிரூபிக்கப்பட்டது. இதற்கு டாப்ளர் விளைவு என்று பெயரிட்டார் டாப்ளர். ஆனாலும் இக்கண்டுபிடிப்புக்கான புகழை டாப்ளர் அனுபவிக்கக் கொடுத்து வைக்கவில்லை. 1853ல் அவர் உயிர் நீத்த போது தான் அறிவியல் சமுதாயம் அவரது கண்டுபிடிப்பின் உன்னதத்தினை உணர்ந்து அதைப் பயன்படுத்தத் தலைப்பட்டது.

இனிப்பு

அன்று.

காலை விரைவாய்க் கதிரவனை முந்தி
மாலை கருக்கலில் அவனைப் பிந்தி

ஏற்றிக் கட்டியும் வேட்டியில் படிந்த

சேற்றில் கவலை கிஞ்சித்து மின்றி
கூரான ஏர்கொண்டு ஆழவுழுதுச் சீராய்
ஏற்றங் கொண்டு ஏற்றம் இறைத்து
மண்ணிடு பொடிவிதை உயரெரு உரத்திலும்
தாயன்பில்  மூவேளை ஊட்டுமாப் போலே
திங்கள் மும்மாரி பொழிந்த சிறப்பிலும்
பருவத்தே மேனி மிளிரும் பெண்போலே
அறத்தார் புகழ்திரு வளருமாப் போலே
கதிர் சிறந்து பொன்னான மணிகொண்டு
சான்றோர் அடக்கம் போல் வளைந்து
எதனாலும் அளக்க முடியா அறுவடையில்
வாரிக் கொட்டிய நல்நெல் மூட்டையெலாம்
வாரிக் கட்டிய செல்வ மூட்டையாகி
மணம் நிறைந்து மனம் நிறைந்து
தெற்கிருந்து வடக்கேகும் வண்ணச் சூரியனைத்
தையன்று நன்றி கொண்டு படையலிட‌
பொங்கலும் கரும்பும் இனிப்பாய் இனிக்க
ஆனந்தக் கண்ணீரும் தித்திப்பாய் இனிக்க‌
உள்ளமும் பொங்கி உலகமே இனித்தது.

இன்று.
காலை விடியல் தெரியா உறக்கம்
மாலை மயக்கமும் அறியா முயக்கம்
வியர்வை கண்டறி யாதுடல் முடக்கம்
விதையைக் காட்டிலும் உரமே அதிகம்
மடையைக் காட்டிலும் மருந்தே அதிகம்
மழைத்தாய் பொய்த்து கதிரவன் வறுத்து
சோளப் பொம்மை மணமகனாப் போலே
கண்டதைத் திணித்து களத்தினில் விளைத்து
பதவிசாய்ப் படங்காட்டிச் சந்தையில் விற்றுக்
காசாக்கி யெண்ணி வீட்டுக்கும் வாராது
முதலுக்கு மோசமாகி வட்டிக்கே வழியாக்கி
அடுத்தென செயவென்றே பிறழ்ந்து நிற்கையில்
வேண்டாத செல‌வாய்த் தைமகள் வந்துநிற்க‌
எரிவாயு அடுப்பில் எவர்சில்வர் பானையில்
ஓரமாய்ப் பொங்கிய கையளவுப் பொங்கல்
ஏதோ கொஞ்சம் நாக்கில் இனித்தது.

35. சக்திப் பொதிவு (Conservation of Energy)

கண்டறிந்தவர்: ஹெர்மன் வான் ஹெல்மொல்ட்ஸ் (Hermann von Helmholtz)



கண்டறிந்த ஆண்டு: 1847

சக்தி என்பது அழியாதது. அழிக்கவும் முடியாதது. ஒரு வடிவிலிருந்து இன்னொரு வடிவமெடுக்க முடியுமே தவிர மொத்த சக்தியின் அளவானது எப்போதும் மாறுவதில்லை. இந்த விதியைக் கொண்டு எளிதான வகையில் அறிவியலாளர்களும் பொறியியல் வல்லுநர்களும் பலப்பல இயந்திரங்களைச் செயல்பட வைக்க முடிந்தது. மின்சாரத்திலிருந்து விளக்கும், எண்ணெயிலிருந்து வாகனங்கள் ஓடவும் செய்ய முடிந்தது. இதைச் சக்திப் பொதிவு என்றழைக்கலாம். விஞ்ஞானத்தின் மிக முக்கியக் கண்டுபிடிப்புகளில் இதுவும் ஒன்று. இது இயற்கையின் அடிப்படை அமைப்பு என்று அழைக்கப்படுகின்றது. வெப்ப இயங்குவிதியின் முதல் விதியாக இது உள்ளது. சக்தியைப் பற்றித் தெளிவாக விளங்கிக் கொள்ளவும், சக்தியின் உருமாற்றத்துக்கான சாவியாக இது இருக்கின்றது. ஹெர்மன் அங்கங்கு சக்தி குறித்து சிதறிக் கிடந்த தகவல்களை ஒன்றிணைத்த போது அறிவியலில் ஒரு மாபெரும் புரட்சியைச் செய்தார் என்றால் அது மிகையாகாது.

இவ்விதியை எவ்வாறு கண்டறிந்தார்?

ஜெர்மனியில் போர்ட்ஸ்டாம் என்ற இடத்தில் 1821ல் ஹெர்மன் தங்க விற்பன்னர்களின் குடும்பத்தில் பிறந்து வளர்ந்தார். தனது 16 வயதில் அரசின் பொருளாதரவில் மருத்துவம் படிக்க முற்பட்டார். அதற்காக அவர் 10 ஆண்டுகள் ராணுவத்தில் பணிபுரிய ஒத்துக் கொண்டார். பெர்லின் மருத்துவக் கல்லூரியில் மருத்துவம் பயின்றாலும் அவ்வப்போது இயற்பியல் மற்றும் வேதியியல் வகுப்புகளிலும் தலைகாட்டத் தவறவில்லை. ராணுவத்தில் பணி புரியும் போது ஒரு குறிப்பிட்ட ஆராய்ச்சியை மேற்கொண்டார். மனிதர்களின் தசை அசைவால் பெறப்படும் சக்தியானது வேதியியல் மற்றும் இயற்பியல் கொள்கைகளால் ஏற்படுகின்றது என்றும் ஏதோ குறிப்பிடமுடியாத உயிர்நிலை விசையால் அல்ல என்று நிரூபித்தார். அப்போதைய ஆராய்ச்சியாளர்கள் தங்களால் எதையாவது விளக்க இயலாத போது இது போன்ற ஒரு உயிர்நிலை விசை இருக்கின்றது என்றும், அதிலிருந்து சக்தியானது உருவாகிக் கொண்டே இருக்கின்றது என்றும் கூறினார்கள். ஆனால் இதை ஒட்டுமொத்தமாகத் தவறென்று நிரூபிக்கும் முயற்சியில் ஹெர்மன் இறங்கினார்.

தசையால் உருவாக்கப்படும் சக்தியை தசைகளில் ஏற்படும் இயற்பியல் மற்றும் வேதியியல் மாற்றங்களால் சமன் செய்ய முடியும் என்ற அடிப்படையில் சோதனை செய்தார். இச்சோதனையின் போது அவர் சக்திப் பொதிவு பற்றிய ஆழ்ந்த நம்பிக்கை கொள்ள வேண்டியிருந்தது. அதாவது எந்த ஒரு வேலையையும் சும்மா செய்ய வைக்க முடியாது. எந்த ஒரு வேலையையும் சும்மா தொலைத்து விட முடியாது என்பதே அவர் நம்பிக்கை. இதை அறிவியல் பூர்வமாகக் கணக்கிட கணக்கும் பயின்றார். வேதியியல் சக்தி எவ்வளவு இயங்குசக்தியாக மாறுகின்றது என்று குறிப்பிடவும் அனைத்து இயற்பியல் மற்றும் இயற்கைச் செயல்பாடுகளுக்கும் கணக்கிடவும் அது அவருக்கு உதவியது. ஹெர்மன் சூனியத்திலிருந்து சக்தியை உருவாக்க முடியாது என்று நிரூபித்தார். இதன் மூலம் இயங்கு சக்தியின் பொதிவுக் கொள்கையைக் கண்டறிய முடிந்தது. இந்த விதியை அவர் பல வேறுபட்ட சூழல்களில் செயல்படுத்திப் பார்க்க முனைந்தார். இதற்காக அவர் பல விஞ்ஞானிகளின் கண்டுபிடிப்புகள் குறித்துக் கற்றுத் தேர்ந்தார். அவர்களில் முக்கியமானவர்கள் ஜேம்ஸ் ஜூல், ஜூலியஸ் மேயர், பியர் லேப்லேஸ், ஆண்டனி லவாய்ஸியர் ஆவர். இவர்கள் சக்தியின் உருமாற்றம் குறித்தும் குறிப்பிட்ட சக்திப் பொதிவு (எ.கா. முடுக்கம்) குறித்தும் கண்டறிந்திருந்தனர். 

இது போன்று அங்கங்கு இருந்த கண்டுபிடிப்புகளைப் புதிர் சேர்ப்பது போல் ஒன்றாக இணைத்தார் ஹெர்மன். இதில் தெரியவந்த மாபெரும் படம் என்னவென்றால், சக்தி என்பது எப்போதும் அழிவது இல்லை. சக்தியை வெப்பமாகவோ, ஒலியாகவோ, ஒளியாகவோ மாறுவதைக் கண்டறியலாம். கணக்கிடவும் செய்யலாம். 1847ல் ஹெர்மன் இது சக்தியின் பொதுவிதியாக நிரூபிக்க முடியும் என்பதை உணர்ந்தார். இந்தப் பிரபஞ்சத்தின் (அல்லது வரையறுக்கப்பட்ட எந்த ஒரு அமைப்பிலும்) சக்தியின் மொத்த அளவானது மாறிலி. சக்தியின் பல வடிவங்களான மின்சாரம், காந்தம், வேதி சக்தி, இயங்கு சக்தி, ஒளி, வெப்பம், ஒலி, முடுக்கம், அழுத்தம் போன்ற அவதாரங்களை எடுக்குமே அன்றி புதிதாக சக்தியை உருவாக்கவோ அல்லது உருத்தெரியாமல் அழிக்கவோ முடியாது என்பது கண்டறியப்பட்டது.

அந்நாளில் அவரது கண்டுபிடிப்புக்கு மிகப்பெரிய சவால் ஒன்று விண்ணியல் விஞ்ஞானிகளால் முன்வைக்கப்பட்டது. சூரியனால் சக்தியை உருவாக்க முடியாதென்றால் அதிலிருந்து வெப்பமும் ஒளியும் எண்ணிலடங்காத‌ அளவு உருவாகின்றதே அது எப்படி? என்பதே அக்கேள்வி. சாதாரணமாக நாம் காணும் தீச்சுவாலையைப் போன்று தன்னைத் தானே எரித்துக் கொண்டு சூரியனால் இவ்வளவு சக்தியை உருவாக்க முடியுமா? சூரியன் தனது மொத்த நிறையையும் எரித்தால் வெறும் 20 மில்லியன் ஆண்டுகளிலேயே எரிந்து சாம்பலாகி விடும் என்று கண்டறிந்திருந்தார்கள். இக்கேள்விக்கு விடையளிக்க ஐந்தாண்டுகள் செலவளித்தார் ஹெர்மன். அவர் கண்டறிந்த விடை ஈர்ப்பு விசை. கொஞ்சம் கொஞ்சமாக சூரியன் ஈர்ப்பு விசையால் உள்ளே விழுகின்றது. அப்போது ஏற்படும் சக்தியை வெப்பம் மற்றும் ஒளியாக மாற்றுகின்றது என்று விடையளித்தார் ஹெர்மன். அவரது விடை அடுத்த 80 ஆண்டுகளுக்குச் சரியாக (அணுசக்தியைக் கண்டறியும் வரை) இருந்தது! அதே சமயத்தில் மிக முக்கியமான சக்திப் பொதிவு விதியை அனைவரும் ஏற்றுக் கொண்டனர்.