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.