ஈர்ப்பலைகளின் கதை! (Gravitational Waves)

1915-ல், ஐன்ஸ்டைன் பொது சார்பியல் கோட்பாட்டை (General theory of relativity) முன்வைத்தார். இக்கோட்பாட்டின் பார்வையில், பொருண்மை (matter) என்பது கால-வெளி (space-time) என்கிற நான்கு பரிமாணங்களால் (காலம்+முப்பரிமாண வெளி) நெய்யப்பட்ட தொடர்ச்சியான பரப்பு ஒன்றில் ஏற்படுத்தும் வளைவுகளே ஈர்ப்பு புலம். எந்த அளவுக்குப் பொருண்மைக்கு நிறை (mass) இருக்கிறதோ, அந்த அளவுக்குக் கால-வெளி என்கிற நான்கு பரிமாண தொடர்ச்சியில் அது வளைவை ஏற்படுத்துகிறது. இந்த வளைவு, அதாவது ஈர்ப்பு புலம் (field) ஒளியையும் வளைக்கும் தன்மையுடையது.

ஐன்ஸ்டைன்

எடிங்க்டன்

கால-வெளியில் பொருண்மை ஏற்படுத்தும் வளைவைத் தாண்டி மற்றொரு விஷயத்தை ஐன்ஸ்டைன் சொன்னார். 1916-ல் தமது பொது சார்பியல் கோட்பாட்டை வெளியிட்ட சில மாதங்களில், அவர் ஈர்ப்பு அலைகள் இருக்கும் சாத்தியத்தைக் கூறினார். ஐன்ஸ்டைனின் பொது சார்பியல் கோட்பாடு உண்மை என விண்மீன் ஒளியின் வளைவினை அவதானித்து அறிவித்தவர் சர். ஆர்தர் எடிங்க்டன். ஆனால் அவரே, இந்த ஈர்ப்பு புலம் அலையெனப் பரவும் என்பதை ஏற்கவில்லை. ’அப்படியெல்லாம் கிடையாது’ என்றார். ’ஒருவேளை இந்த அலைகள் ஐன்ஸ்டைனின் எண்ணங்களின் வேகத்தில் பிரயாணிக்கும்போல’ எனக் கிண்டலடித்தார்.

1916-ல் அவர் உருவாக்கிய ஈர்ப்பலை கோட்பாட்டில், ஒளியின் வேகத்தில் அந்த அலைகள் செல்லும் என ஐன்ஸ்டைன் கூறியிருந்தார். ஆனால், அவை எவ்வித ஆற்றலையும் கடத்தாது என்றார். அது உண்மையில் தவறு. 1918-ல் அவர் மீண்டும் ஈர்ப்பலைகள் குறித்து விரிவாக எழுதினார். முந்தைய தவறை சரி செய்தார். ஈர்ப்பலைகள் மூலம் பெரும் நிறை கொண்ட ஒரு அமைவிலிருந்து (system, அதாவது ஒரு கனமான விண்மீன்போல ஏதாவது) ஆற்றல் செல்கிறது. அந்த அமைவு ஆற்றலை இழக்கிறது. எவ்வளவு ஆற்றலை இழக்கிறது? அதைக் கணிக்கும் சமன்பாட்டை ஐன்ஸ்டைன் உருவாக்கினார். அவரது முக்கியமான சமன்பாடு அது.

ஐன்ஸ்டைனின் இரு ஆய்வுத்தாள்கள் (1916, 1918)

மின்காந்த அலைகளை நாம் அறிவோம். கோட்பாட்டு ரீதியில், மின்காந்த அலைகள் என்று ஒரு விஷயம் இருக்கும் என முன்னறிவித்தவர் ஜேம்ஸ் க்ளார்க் மேக்ஸ்வெல். 1864-ல், மின்காந்த அலைகள் இருக்கும் என மேக்ஸ்வெல் கணித்தார். 1892-ல், ஹெர்ட்ஸ் அந்த அலைகளை தம் பரிசோதனைச் சாலையில் கண்டடைந்தார். பின்னர் அவற்றின் பெரும் பயன்பாடுகளின் உலகத்தை ஜகதீஷ் சந்திர போஸ் வெளிப்படுத்தினார்.

மின்காந்த அலைகள்போலத்தான் ஈர்ப்பு-அலைகளுமா?

அப்படித்தான். ஆனால், இந்த ஈர்ப்பு அலைகள் மிக மிக பலவீனமானவை. ஏன்? ஒரு சாதாரண காந்தத்தை எடுத்துக்கொள்ளுங்கள். அதில் குண்டூசி நிற்கிறது. உண்மையில் காந்தம், குண்டூசியின் மீது ஒட்டுமொத்த பூமியின் நிறை கொடுக்கும் ஈர்ப்பு புலத்தை மீறி அதனைப் பிடித்து வைத்திருக்கிறது. அதாவது, உங்கள் வீட்டுக் குளிர்சாதனப் பெட்டியில் நீங்கள் ஒட்டும் சின்ன காந்த ஸ்டிக்கர் இருக்கிறதே அதன் காந்த சக்தி, பூமியின் ஒட்டுமொத்த ஈர்ப்பையும் தாண்டி ஒரு குண்டூசியைக் கீழே விழவிடாமல் செய்கிறது.

இவ்வளவு பலவீனமான ஈர்ப்பின் அலையை அறிவதுதான் எப்படி?

ஈர்ப்பு புலம், காலத்தையும் வெளியையும் நீட்டும் குறுக்கும். அந்தப் புலம், அலை அலையாகச் செல்லும்போது என்ன நிகழும்?

அது போகும் இடமெங்கும், காலமும் வெளியும் அலையெனச் சுருங்கி நீளும். இவற்றை கண்டடையும் தொழில்நுட்பம் நம்மிடம் உண்டா?

இல்லையெனில், அவற்றின் இருப்பு குறித்து சொல்லப்படுவதன் பலன் என்ன?

1937-ல், ஈர்ப்பலைகளே இல்லை என நிரூபிக்கக்கூட ஐன்ஸ்டைன் முனைந்தார் என்பது மற்றொரு சுவாரசியம்.

நிறை கொண்ட எதுவும் ஈர்ப்பலைகளை வெளியிடும். அவை கால-வெளிப் பரப்பில், சலனங்களை அலைபோல ஏற்படுத்தும் எனக் கண்டோம். ஆனால், இவை மிக மிகச் சன்னமானவை; மெல்லியவை. இவற்றைக் கண்டடைதல் என்பது இயலாது எனச் சொல்லத்தக்க அளவு கடினம். 1960 வரை, இந்த ஐயப்பாடுகள் தொடர்ந்தன. 1968-ல், முதன்முதலாக ’பல்சார்கள்’ (pulsars) என்கிற விஷயம் கண்டுபிடிக்கப்பட்டது.

நம் சூரியனை எடுத்துக்கொள்ளுங்கள். அதன் மொத்த நிறைக்கு கொஞ்சம் அதிகமான நிறையை (1.4 சூரிய நிறை - Solar Mass) ஒரு பத்து மைல் அளவில் சுருக்கிக்கொள்ளுங்கள். அப்படிப்பட்ட அடர்த்திகொண்டது, நியூட்ரான் விண்மீன். அப்படிப்பட்ட விண்மீன்கள் சுழலும்போது, அதில் இருந்து மின்காந்த அலைகள் வெளிச் செல்கின்றன. இவை வெகு சீராக மின்காந்தக் கதிர்களை அனுப்புபவை. இவற்றின் கதிரலைகள் அனுப்பும் துல்லியத்தன்மையால், ஒரு கட்டத்தில் இவை வேறு ஏதோ கிரகவாசிகளால் செயற்கையாக அனுப்பப்படுபவையோ என்றுகூட ஐயங்கள் எழுந்தன.

1974-ல், ’இரட்டை பல்சார்கள்’ (Binary Pulsars) அறியப்பட்டன. இப்போது படுபயங்கர அடர்த்தியுடனான விண்மீன்கள் – அதுவும் ஒன்றையொன்று சுழலும் விண்மீன்கள் கிடைத்துவிட்டன. இப்போது ஐன்ஸ்டைன் சொன்னதுபோல ஈர்ப்பலைகள் உண்டா என்பதை தெரிந்துகொள்வதற்கு, விண்ணில் எப்படிப்பட்ட விஷயங்களை தேட வேண்டும் என்பதும் தெரிந்துவிட்டது. PSR1913+16 என்று அழைக்கப்பட்ட இந்த இரட்டை பல்சார் சுழல் அமைப்பிலிருந்து இழக்கப்படும் ஆற்றலை வானியலாளர்கள் கண்டறிந்தனர். அந்தத் தரவுகளை ஐன்ஸ்டைனின் கணிப்புகளில் சரி பார்த்தனர். இரண்டுமே மிக மிக அருகாமையில் ஒன்றாக இருந்தது. ஈர்ப்பலைகள் உண்மை என்பதற்கான நிச்சயமான முதல் அத்தாட்சி இது என்றாலும், இது நேரடியான ஆதாரமல்ல.

மிகவும் பலவீனமான ஈர்ப்பலைகளை அறிந்துகொள்ள, அதற்கேற்ற மிகத் துல்லியமான தொழில்நுட்பத்தை அறிவியலாளர்கள் உருவாக்க ஆரம்பித்தனர். லேசர் தொழில்நுட்பத்தைப் பயன்படுத்தி ஈர்ப்பலைகளை அறியும் முயற்சிகளில் ஈடுபட்டனர். விரைவில், உலக அளவில் அறிவியலாளர்களின் கூட்டமைப்பாக ஈர்ப்பலைகளைத் தேடும் கூட்டு முயற்சிகள் உருவாக்கப்பட்டன. லிகோ (LIGO - Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory), இன்று அமெரிக்கா மட்டுமல்லாமல், இத்தாலி, ஜப்பான், இந்தியா ஆகிய நாடுகளில் தேடல் மையங்களை அமைத்துச் செயல்படும் பெரிய அறிவியல் இயக்கமாகவே மாறியுள்ளது. தேச எல்லைகளைக் கடந்த அறிவியல் தேடலின் தொடக்கம்.

1.3 பில்லியன் ஆண்டுகளுக்கு முன்னர் பூமியில் ஒரு சுவாரசியமான சமாசாரம் தொடங்கியிருந்தது. மியாஸிஸ் (Meiosis) என்று சொல்லப்படும் செல் பிளவு, இன்னும் சில மில்லியன் ஆண்டுகளில் உருவாகிவிடும். அதற்கான பரிணாமச் சலனங்கள் நடந்துகொண்டிருந்தன. அப்போது, பிரபஞ்சத்தில் வேறெங்கோ இரு பெரும் கருந்துளைகள் (Black Holes) ஒன்றையொன்று வேகமாகச் சுழன்று இணைந்தன. அதில் ஒன்று, நம் சூரியனைவிட 29 அளவும், மற்றொன்று 36 மடங்கு அதிக நிறையும் கொண்டது. இரண்டும் இணைந்த கருந்துளை, நம் சூரியனைக் காட்டிலும் 62 மடங்கு அதிக நிறை கொண்டது. இந்த இணைவு, வானியலாளர்களால் GW150914 என நாமகரணம் செய்யப்பட்டது.

மிகப்பெரிய அதிர்வுகளை உருவாக்கிய இந்த வானியல் நிகழ்வு,  பெரும் ஈர்ப்பலைகளை உருவாக்கியது. பிரபஞ்சத்தில் எதுவும் ஒளியைவிட வேகமாகப் பயணிக்கமுடியாது. ஈர்ப்பலைகள்கூட ஒளியின் வேகத்தில்தான் பயணிக்க வேண்டும். அப்படி அவை பயணித்து பூமியை வந்து சேர 1.3 பில்லியன் ஆண்டுகள் ஆயின.

அந்த 1.3 பில்லியன் ஆண்டுகளில், ஒற்றைச் செல் உயிரினங்களிலிருந்து பல செல் உயிரினங்கள், நில நீர் வாழ் உயிரினங்கள், டைனோசர்கள், பாலூட்டிகள் என மானுடம் வரையான பரிணாம மரம், விழுது கிளைகளுடன் நன்றாக வேரூன்றிவிட்டது.

அதில் மானுடம், நெருப்பில் ஆரம்பித்து சார்பியல் கோட்பாடு வரை அறிவு பரிணாமம் அடைந்துவிட்டது. பொது சார்பியல் கோட்பாடு முன்வைத்த ஈர்ப்பு புலம் எப்படி ஒளியை வளைக்கிறது என்பதையும் கால-வெளி தொடர் பரப்பில் ஏற்படும் ஜியோமித வடிவ வளைவு புலமே ஈர்ப்பு என்பதையும் மானுடம் அறிந்தது.

இப்போது, கால-வெளி பரப்பில் ஏற்படும் அந்த வளைவுச் சலனங்கள் ஒளி வேக அலைகளாக வரும் பட்சத்தில், அவற்றை அறிந்திட தொழில்நுட்பத் திறனையும், பூமி எனும் அக்கிரகத்தில் மானுடம் அடைந்து காத்திருந்தது. ஈர்ப்பலைகள் புவி கடந்து செல்லும்போது, இங்கு கால-வெளி பரப்பு மாற்றமடையும். என்ன மாற்றம்? காலமும் வெளியும் இழுபடும்; நீளும். ஒரு திசையில் இதுவெனில், மற்றொரு திசையில் அது குறையும்.

இதைக் கண்டறிய எப்படிப்பட்ட அமைப்பை அறிவியலாளர்கள் உருவாக்கியிருந்தார்கள்?

(நன்றி - www.nature.com)

ஒரு லேசர் ஒளிக்கற்றை செலுத்தப்படுகிறது. அதை இரண்டு அலைகளாகப் பிரிக்கிறது ஒரு கருவி. இரு ஒளி அலைகளும், மிகச் சரியாக நான்கு கிலோ மீட்டர்கள் கொண்ட இரு தனித் தனி சுரங்கப்பாதைகளில் பயணிக்கும். இந்த இரண்டு சுரங்கப்பாதைகளும், ஒன்றுக்கொன்று 90 டிகிரி செங்குத்தில் இருக்கும். இந்த ஒளிக்கற்றைகள் மீள் பிரதிபலிக்கப்பட்டு, மீண்டும் மீண்டும் வந்து ஒன்றையொன்று சமனப்படுத்தும். ஒரு ஒளிக்கதிரின் அலையின் மேல் வளைவும் மறு ஒளிக்கதிரின் கீழ் வளைவும் என, இரண்டும் மிகக் கச்சிதமாக ஒன்றையொன்று சமனப்படுத்தும். ஏனெனில், அந்த இரண்டு சுரங்கப்பாதைகளும் சரியாக நான்கு கிலோ மீட்டர் நீளம் கொண்டவை. பிரிக்கப்படும் ஒளிக்கதிர்களின் அலை வளைவுகளும், கச்சிதமாக ஒன்றோடொன்று இணைந்து சமனப்படுத்தும் தன்மையுடன் பிரிக்கப்பட்டவை. ஆகவே, பொதுவாக மீண்டு வரும் ஒளியைக் கண்டறியும் கருவில் எவ்வித ஒளியையும் காண இயலாது.

இது எப்போது என்றால், எவ்வித ஈர்ப்பலையும் இல்லாத பட்சத்தில். அதாவது, கால-வெளி (நீளம் அகலம் உயரம் - ஆகிய பரிமாணங்கள்) நீட்சியோ சுருக்கமோ அடையாது. ஆனால், ஒரு ஈர்ப்பலை பூமியைக் கடந்து செல்லும்போது, பூமியின் ஆரம் ஒரு அணுவின் விட்டத்தின் அளவில் மாற்றமடைந்து, மீண்டும் சரியாகும். இதனால், இந்தச் சுரங்கப்பாதைகளில் ஒன்று நீட்சி அடையும்; மற்றொன்று சுருங்கும். நீண்டு சுருங்கும் எனச் சொல்வது – காலமும் வெளியும் கலந்த ஒன்றை. அதாவது, பூமியின் ஓரிடத்தில் காலம் மெதுவாகவும், மற்றோர் இடத்தில் கொஞ்சம் அதிகமாகவும் செல்லும் - மிக மிக நுண்ணிய அளவில். இதைத்தான் அளவிட வேண்டும். ஒளி அலைகளின் கச்சிதமான அலைவரிசை லயம் தப்பும். ஒரு ஒளிக் கதிர் அலையின் மேல் வளைவை மற்றொரு ஒளிக் கதிரின் கீழ் வளைவு சமனப்படுத்த இயலாது. விளைவாக, ஒளி வந்தடையும் கருவியில் ஒளி தென்படும்.

லிகோ அமைப்பின் பிதாமகர்கள் - ரெய்னர் வெயிஸ் (இடது) கிப் த்ரான் (வலது)

1.3 பில்லியன் ஆண்டுகளுக்கு முன், இரு கருந்துளைகளின் இணைப்பில் தொடங்கிய ஈர்ப்பலையின் பயணம், இறுதியாக புவி எனும் கிரகத்தைக் கடந்தபோது, அந்த நாள் மானுடர்களால் செப்டம்பர் 14, 2015 எனக் குறிக்கப்பட்டது. அன்று அதன் பயணம் ஆவணப்படுத்தப்பட்டது. ஈர்ப்பலைகள் உண்மை என, பிப்ரவரி 11, 2016 அன்று டார்வின் தினத்துக்கு முந்தைய தினத்தில் மானுடம் அறிவித்தது.

இப்பெரும் சர்வதேச மானுடப் பிரயத்தனத்தில், பாரதத்தின் பங்கும் சிறப்பானது. 1004 அறிவியலாளர்கள் உலகம் முழுவதும் இணைந்து இதைச் செய்திருக்கிறார்கள். அவர்களில் 30 பேர் இந்தியர்கள். 133 அறிவியல் நிறுவனங்கள் இதில் பங்குகொண்டன. அதில் 9 நிறுவனங்கள் இந்திய நிறுவனங்கள்.

இந்தியா முழுவதிலும் இருந்து 60 அறிவியலாளர்கள் இதில் ஈடுபட்டனர். இதில் 30 பெயர்கள் ஆய்வுத்தாளில் வந்துள்ளது. படத்தில் - ஆனந்த சென்குப்தா, அர்ச்சனா பாய், பரமேஸ்வரன் அஜித், சஞ்சீவ் துரந்தர். நன்றி – ஹிந்துஸ்தான் டைம்ஸ்

ஈர்ப்பலை கண்டுபிடிப்பு மகத்தானது என்பதில் ஐயமில்லை. எப்படி, ரேடியோ அலைகளைப் பெற்றறிந்து பிரபஞ்சத்தை நோக்கும்போது, நிறமாலையை மட்டுமே நோக்கும் கண்கள் காணறியாதவற்றைக் ‘கண்டோமோ’, அதேபோல ஈர்ப்பலைகளைப் பயன்படுத்தி பிரபஞ்சத்தை நோக்கும்போது புதியதோர் பிரபஞ்சமொன்றை நோக்குவோம்.

கேள்விகளும் எழும். மின்காந்த அலைகளின் துகளுருவாக ஃபோட்டான் இருக்கிறது. அதுபோல ஈர்ப்பலைகளின் துகளுருவாக கிராவிட்டான்களும் இருக்கக்கூடும். கிராவிட்டான்கள், பரிசோதனைகளில் எப்படிச் செயல்படும்? எப்படி அவற்றைப் பயன்படுத்தலாம்? காலத்தை வளைக்க முடியுமா? புகழ்பெற்ற இருதுளை பரிசோதனையில் (double slit experiment) ஃபோட்டான்களுக்குப் பதிலாக கிராவிட்டான்களைப் பயன்படுத்தலாமா? கேள்விகள், மேலும் கேள்விகள். அறிவியல் புதினங்களுக்கு நல்ல கச்சாப் பொருளையும் நமக்குக் கொண்டு வந்திருக்கின்றன ஈர்ப்பலைகள்.

இறுதியில் ஒன்று

ஐன்ஸ்டைன் எதில் அதிகமாகச் சந்தோஷமடைந்திருப்பார் எனச் சொல்லத் தெரியவில்லை. நூறாண்டுகளுக்கு முன் தான் கணித்தறிந்த ஈர்ப்பலைகள் இன்று கண்டறியப்பட்டதையா? அல்லது பல்வேறு நாடுகள் - பண்பாடுகள் - மொழிகள் - சமயங்கள் என அனைத்து மானுட வேற்றுமைகளையும் கடந்து, 1004 விஞ்ஞானிகளும் 133 அறிவியல் அமைப்புகளும் இணைந்து ஒரு மானுட சாதனையாக ஈர்ப்பலைகளை அறிந்ததையா?

ஐன்ஸ்டைன், அறிவியலாளர் மட்டுமல்ல; மானுடம் தழுவிய அமைதியின் காதலரும்கூட.