இயற்பியல் நோபல் பரிசு - 2021

 இயற்பியல் நோபல் பரிசு - 2021

 ஜோசப் பிரபாகர்

அக்டோபர் மாதம் ஆரம்பித்தாலே உலகெங்கும் இருக்கும் அறிவியல் ஆர்வலர்களுக்கு உற்சாகமும் எதிர்பார்க்கும் தொற்றிக்கொள்ளும். இந்த வருடம் எந்தெந்த துறைகளின் கண்டுபிடிப்புகளுக்கு நோபல் பரிசு வழங்குகிறார்கள் என இயற்பியல் அறிஞர்கள் மத்தியில் பலவாறு கணிப்புகள் ஓடிக்கொண்டிருக்கும்.

2021 ஆம் வருடம் கொஞ்சம் வித்தியாசமாக ஒரு புதிய துறைக்கு அதுவும் மிக முக்கியமான துறைக்கு இயற்பியல் நோபல் பரிசு கொடுக்கப்பட்டிருக்கிறது. ஆம் நோபல் பரிசின் ஒரு பாதி பூமியின் பருவநிலை மாற்றம் குறித்த கண்டுபிடிப்புக்கு அமெரிக்காவின் சுகுரா மனாபே மற்றும் ஜெர்மன் நாட்டை சேர்ந்த கிளாஸ் ஹாசல்மேன் என்ற இருவருக்கும், மற்றொரு பாதியானது சில பொருட்களில் உள்ள சீரற்ற அல்லது ஒழுங்கற்ற நிலையில் இயங்கும் அணுக்களின் இயற்பியல் பண்புகளை விளக்கும் கோட்பாட்டை உருவாக்கியதற்காக இத்தாலி நாட்டைச் சேர்ந்த ஜார்ஜியோ பரிசி என்ற இயற்பியல் அறிஞருக்கும் வழங்கப்பட்டிருக்கிறது. சுகுரா மனாபே ஜப்பானில் பிறந்து அமெரிக்காவின் பிரின்ஸ்டன் பல்கலைக்கழகத்தில் பணிபுரிந்தவர். ஹாசல்மான் ஜெர்மன் மாக்ஸ் பிளாங்க் காலநிலை ஆராய்ச்சித்துறையில் பணிபுரிகிறார். பரிசி இத்தாலி நாட்டின் சபியேன்சா பல்கலைக்கழகத்தில் பேராசிரியராக பணிபுரிகிறார்.

காலநிலை மாற்றம் குறித்த ஆராய்ச்சி துறைக்கு கிடைத்த முதல் இயற்பியல் நோபல் பரிசு இதுவே. இன்றைய காலகட்டத்தில் நாம் உலக வெப்பமயமாதல் பற்றி அதிகம் பேசிக் கொண்டிருக்கிறோம் ஆகஸ்ட் மாதம் ஐ.நா வெளியிட்ட IPCC அறிக்கையில் 2100 க்குள் பூமியின் சராசரி வெப்பநிலை 2 டிகிரி கூடி விடும் என எச்சரித்திருந்தது.  இந்த IPCC ஆய்வறிக்கையில்  கூட மனாபே மற்றும் ஹாசல்மேன் இருவரின் கோட்பாடுகள் பயன்படுத்தப்பட்டுள்ளன. இந்தச்சூழ்நிலையில் நோபல் பரிசானது இந்த துறைக்கு வழங்கப்பட்டுள்ளதால் கால நிலை மாற்றம் குறித்த மானிட சமூகம் விழித்தெழ வேண்டிய தீவிரத்தை இது உணர்த்துகிறது.

முதலில் மனாபே மற்றும் ஹாசல்மேன் பங்களிப்பு குறித்து பார்ப்போம். சூரிய குடும்பத்தில் 8 கோள்கள் உள்ளன. ஏன் பூமியில் மட்டுமே உயிரினங்கள் இருக்கிறது? காரணம் பூமியின் காலநிலை மற்றும் வானிலையானது உயிரினங்களின் பரிணாம வளர்ச்சிக்கு ஏற்றதாக இருக்கிறது அல்லது இருந்தது.

200 ஆண்டுகளுக்கு முன்பு வாழ்ந்த இயற்பியல் அறிஞர் ஜோசப் பூரியர் சூரியனிடமிருந்து வரும் சூரிய ஒளிக்கதிர்களை பூமி எப்படி உட்கவர்கிறது, எந்தளவுக்கு பிரதிபலிக்கிறது என்று ஆராய்ந்தார். சூரியனிடமிருந்து வரும் ஒளிக்கதிர்கள் கண்ணுறு ஒளிக்கதிர்கள் (சிவப்பு, நீலம் என ஏழு நிறம்). அப்படி வரும் சூரிய ஒளியை பூமி மீண்டும் அகச்சிவப்புக் கதிர்களாக வெளியிடுகிறது.

அகச்சிவப்புக்கதிர் என்பது கண்ணுறு ஒளியை விட நீண்ட அலை நீளம் கொண்டது. பூமியால் வெளியிடப்பட்ட இந்த அகச்சிவப்புக் கதிர்களை  வளிமண்டலம் தடுத்து நிறுத்தி மறுபடியும் பூமிக்கு அனுப்புகிறது என்று பூரியர் கண்டறிந்தார். இப்படி அகச்சிவப்புக் கதிர்கள் மீண்டும் திரும்பி பூமிக்கு வருவதால்தான் பூமியின் சராசரி வெப்பநிலை 15 டிகிரி அளவுக்கு இருக்கிறது. ஒருவேளை வளிமண்டலம் இல்லை என்றால் எதிரொளிக்கப்பட்ட அகச்சிவப்புக்கதிர்கள் விண்வெளிக்கு சென்று விடும். இதனால் பூமியின் சராசரி வெப்பநிலை இரவு நேரத்தில் கிட்டதட்ட மைனஸ் 18 டிகிரிக்கு சென்றுவிடும். எடுத்துக்காட்டாக நிலவில் வளிமண்டலம் இல்லை. அதனால்தான் நிலவின் இரவு நேர வெப்ப நிலை மைனஸ் 50 டிகிரிக்கு கீழே செல்கிறது.  வளிமண்டலம்தான் நமது பூமிக்கு வெப்பப்பாதுகாப்பு உறையாக செயல்படுகிறது. சூரிய ஒளிக்கதிர்களை உள்ளே அனுமதித்து, பூமியிலிருந்து வெளியேறும் அகச்சிவப்புக் கதிர்களை தடுத்து நிறுத்தும் வளிமண்டலத்தின் இந்த செயலை நாம் பசுங்குடில் விளைவு என்று அழைக்கிறோம்.

ஃபூரியருக்கு பிறகு பல விஞ்ஞானிகள் பூமியின் வளிமண்டலம் எந்த அளவுக்கு அகச்சிவப்புக்கதிர்களை பிரதிபலிக்கிறது, மேலும் இது கால நிலையை பாதிக்கிறதா என்று ஆராய்ந்தார்கள். இந்த ஆராய்ச்சியை 1900 ஆண்டுகளில் விஞ்ஞானி அர்ஹீனியஸ் அடுத்தக்கட்டத்திற்கு கொண்டு சென்றார்.

ஃபூரியர் வாழ்ந்த காலத்தில் அணுக்களைப் பற்றிய அறிவு குறைவாக இருந்தது. ஆனால் பத்தொன்பதாம் நூற்றாண்டு முடியும் போது நமக்கு அணுவைப்பற்றிய அறிவும், வேதியியல் அறிவும் மேம்பட்டிருந்ததால் வளிமண்டலத்தில் என்னென்ன வாயுக்கள் இருக்கின்றன, அந்த வாயுக்கள் எந்த அளவிற்கு அகச்சிவப்புக் கதிர்களை தடுத்து நிறுத்துகின்றன என்று அர்ஹீனியஸ் ஆராய ஆரம்பித்தார். வளிமண்டலத்தில் 90% சதவிகிதத்துக்கு மேல் நைட்ரஜன், ஆக்சிஜன் வாயுக்களும், மீதமுள்ள 10% க்குள்தான் நீராவி, கார்பன்-டை-ஆக்சைடு, ஓஸோன், மீத்தேன் என பல வாயுக்கள் உள்ளன. இதில் நைட்ரஜன், ஆக்சிஜன் அகச்சிவப்புக்கதிர்களை தடுப்பதில்லை. நீராவியும், கார்பன்-டை-ஆக்சைடும் தான் அகச்சிவப்புக்கதிர்களை தடுப்பதில் மிக முக்கிய பங்கு வகிக்கின்றது என்று அவர் கண்டறிந்தார்.

ஏன் கார்பன் டை ஆக்சைடும், நீராவியும் அகச்சிவப்புக்கதிர்களை தடுத்து பூமிக்கு திருப்பி அனுப்புகின்றன? ஒவ்வொரு மூலக்கூறுக்கும் ஒரு குறிப்பிட்ட இயற்கையான மின்இருமுனைத்தன்மை (dipole moment) இருக்கும். அந்த மூலக்கூறை வந்து மோதும் மின்காந்த அலையானது அந்த மின் இருமுனைத்தன்மையை மாற்றினால் அம்மூலக்கூறு அந்த மின்காந்த அலையை உட்கவர்ந்து அந்த மின்காந்த அலையின் அதிர்வெண்ணில் அதிர ஆரம்பிக்கும். இந்த அதிர்வினால் மறுபடியும் அதே அதிர்வெண் உள்ள மின்காந்த அலையை மீண்டும் வெளியிடும்.

அகச்சிவப்புக்கதிர் ஒரு மூலக்கூறின் மின்இருமுனைத்தன்மையை மாற்ற வேண்டுமென்றால் அது ஓரணு மூலக்கூறாக இருக்கக்கூடாது. ஆக்சிஜன் மற்றும் நைட்ரஜன் ஆகியவை  ஓரணு மூலக்கூறுகள். அதனால் நைட்ரஜன் மற்றும் ஆக்சிஜன் மூலக்கூறுகளில் அகச்சிவப்புக்கதிர்கள் மின்இருமுனைத் தன்மை மாற்றத்தை ஏற்படுத்துவதில்லை.

ஆனால் கார்பன்-டை-ஆக்சைடு அல்லது நீராவி மூலக்கூறுகள் ஈரணு மூலக்கூறுகள். எனவே கார்பன்-டை-ஆக்சைடு மற்றும் நீராவி மூலக்கூறுகள் இரண்டிலும் அகச்சிவப்புக்கதிர்கள் அம்மூலக்கூறுகளின் மின் இருமுனைத்தன்மையை மாற்றுவதால், இவை இரண்டும் பூமி வெளியிடும் அகச்சிவப்புக்கதிர்களை உட்கவர்ந்து அதே அதிர்வெண்ணில் அதிர ஆரம்பிக்கின்றன. இந்த அதிர்வினால் மறுபடியும் அகச்சிவப்புக்கதிர்களை மீண்டும் பூமியை நோக்கி வெளியிடுகின்றன. அது மறுபடியும் பூமியை நோக்கி வருகின்றது. இதைத்தான் நாம் புரிந்து கொள்வதற்கு எளிதாக கார்பன் டை ஆக்சைடு, நீராவி போன்றவை அகச்சிவப்புக்கதிர்களை தடுத்து நிறுத்தி பூமிக்கு அனுப்புகிறது என்கிறோம். மீத்தேன் கூட இதில் பங்கெடுக்கிறது. ஆனால் அதன் பங்கு மிகக்குறைவு.

அர்ஹீனியஸ் கருத்துப்படி வளிமண்டலத்தில் இப்போது இருக்கும் கார்பன்டை ஆக்சைடு அளவு பாதியாக குறைந்தால் நமது பூமி முழுவதும் பனிக்கட்டி காலத்திற்கு (ice age) சென்று விடும். அதேபோல் கார்பன்-டை ஆக்சைடு அளவு இரட்டிப்பானால் பூமி வெப்ப நிலையானது இப்போதிருக்கும் வெப்ப நிலையை விட 5 டிகிரி முதல் 6 டிகிரி வரை உயர வாய்ப்பு இருப்பதாகக் கணித்தார். ஆச்சரியம் என்னவென்றால் அவர் வாழ்ந்த காலத்தில் கணினி என்பது இல்லை. ஆனாலும் அவரால் இதைக் கணிக்க முடிந்தது என்பது அவரின் புத்திக்கூர்மையை நமக்கு எடுத்துக்காட்டுகிறது. அவரது  இந்தக்கண்டுபிடிப்பானது கால நிலையைப்பற்றிய ஆராய்ச்சிக்கு ஒரு புதிய பாதையைத் திறந்து விட்டது. பின்னாளில் இதே அர்ஹீனியஸ் வேதியியலில் வேறொரு கண்டுபிடிப்பிற்காக நோபல் பரிசு வாங்கினார்.

அர்ஹீனியஸுக்கு பிறகு கால நிலை பற்றிய ஆய்வின் அடுத்த கட்ட பாய்ச்சல் என்பது இந்த வருடம் நோபல் பரிசு வாங்கிய சுகுரோ மனாபெவால் நிகழ்த்தப்பட்டது.  ஜப்பானில் பிறந்த மனாபே 1950 களில் போருக்குப் பிறகு ஆராய்ச்சிக்காக அமெரிக்காவுக்கு குடிபெயர்ந்தார். பிறகு அங்கே பிரின்ஸ்டன் பல்கலைக்கழகத்தில் பேராசிரியராகவும், வானிலை ஆராய்ச்சியாளராகவும் பணிபுரிந்தார்.

அர்ஹீனியஸின் ஆய்வு முடிவை உள்வாங்கிய மனாபே, கூடுதலாக பூமியின் மேற்பரப்பில் வெப்ப நிலை உயர்வால் உயரே செல்லும் காற்றில் உள்ள பல வாயு மூலக்கூறுகள் எவ்வாறு புவி வெப்ப மயமாதலைக் கூட்டுகிறது என்று யோசித்தார். கணக்கிட எளிதாக அவர் புவியின் முப்பரிமாண வளிமண்டலத்தை ஒரு பரிமாண வளிமண்டலமாக (one dimensional atmosphere) கற்பனை செய்து கொண்டார். இந்த ஒரு பரிமாண வளி மண்டலத்தில் இருக்கும் காற்று மற்றும் நீராவி மூலக்கூறுகளை மட்டும் கணக்கில் எடுத்துக்கொண்டார். இந்த ஒரு பரிமாண வளிமண்டலத்தில் கார்பன் டை ஆக்சைடு அளவைக் கூட்டினால் என்ன நடக்கிறது என்று கணினி உதவியோடு கணக்கிட்டு பார்த்த போது அவர் கண்டறிந்தது என்னவென்றால் கார்பன் டை ஆக்சைடு அளவு இரட்டிப்பானால் பூமியின் வெப்ப நிலை 2 டிகிரி முதல்  3 டிகிரி வரை உயரும் என்பதுதான். இது ஒரு துல்லியமான முடிவு. இதைத்தான் தற்போது வெளியான IPCC ஆய்வறிக்கையும் கூறுகிறது. இது நடந்தது 1967 இல். கால நிலை மாற்றம் குறித்த துறையில், 1967 ஆம் ஆண்டின் அவர் வெளியிட்ட ஆய்வுக்கட்டுரை ஒரு மைல்கல்லாக பார்க்கப்படுகிறது. பிறகு 1975 ஆம் வருடம் முப்பரிமாண வளிமண்டலத்துக்கும் தனது கணக்கீட்டை விரிவு படுத்தினார்.

அவரின் கண்டுபிடிப்பின்படி கார்பன் டை ஆக்சைடு அதிகரிப்பால் பூமியின் வெப்பநிலை அதிகரிக்கிறது. இவ்வெப்பநிலை அதிகரிப்பால் பூமி மேற்பரப்பின் உள்ள காற்றில் நீராவி மூலக்கூறுகள் எண்ணிக்கை அதிகரிக்கிறது. கார்பன் டை ஆக்சைடைப் போலவே நீராவி மூலக்கூறுகளும் ஒரு பசுங்குடில் வாயு. இன்னும் சொல்லப்போனால் கார்பன் டை ஆக்சைடை விட நீராவி மூலக்கூறுகள்தான் மிக அதிகப்படியாக அகச்சிவப்புக் கதிர்களை தடுத்து பூமிக்கு திருப்பி அனுப்புகிறது. இப்படி இந்த இரண்டு வாயுக்களும் ஒன்று சேர்ந்து புவியின் வெப்ப நிலையை கூட்டுகிறது. அதுவும் இந்த வெப்ப நிலை உயர்வு என்பது பூமியின் மேற்பரப்பிற்குத்தான். ஆனால் வளிமண்டலத்தின் மேலடுக்குகள் குளிர்ந்து விடுகின்றன என்று கண்டறிந்தார். ஒரு வேளை சூரிய வெப்பத்தால் இவ்வெப்ப நிலை அதிகரித்திருந்தால் முழு வளிமண்டலம், பூமியின் மேற்பரப்பு அனைத்தும் ஒரே மாதிரியாக அதிகரித்திருக்க வேண்டும். ஆனால் அவ்வாறு நடப்பதில்லை. பூமியின் மேற்பரப்பில் மட்டுமே இவ்வெப்ப நிலை உயர்வு இருக்கிறது.

வளிமண்டலத்தில் உள்ள நீராவி மூலக்கூறுகள் எண்ணிக்கையை பெரிதாக நம்மால் கட்டுபடுத்த முடியாது. ஏனென்றால் அது தினந்தோறும் மாறக்கூடிய வானிலையையும், மழை அளவையும், கடல் நீரோட்டைத்தையும் பொறுத்தது. நீண்ட கால அளவில் காற்றில் இருக்கும் நீராவியின் அளவு பெரிதாக மாறுவதில்லை. அதன் தற்காலிக மாற்றங்கள் இயற்கையில் நடப்பது. ஆனால் கார்பன் டை ஆக்சைடு இயற்கை அளவை விட மனித செயல்பாடுகளான காற்று மாசுபாட்டினால் உயர்ந்து வருகின்றன. எனவே புவியின் சராசரி வெப்ப நிலையை சீராக பராமரிக்க நமக்கு இருக்கும் ஒரே வழி வளிமண்டலத்தில் உள்ள கார்பன் டை ஆக்சைடு அளவை கட்டுப்படுத்துவதுதான். இதுதான் மனாபெயின் முக்கிய பங்களிப்பு.

அவர் காலத்தில் இருந்த கணினியின் வேகம் என்பது மிகக்குறைவு. ஒவ்வொரு கணக்கீடும் செய்து முடிக்க பல நாள் கணினியை நாம் இயக்க வேண்டும். இன்றைக்கு சில வினாடிகளில் முடியக்கூடிய கணக்கீடுகள் அன்றைக்கு நாள் கணக்கோ அல்லது மாதக்கணக்கோ ஆகியிருக்கும். இருந்தாலும் மனம் தளராமல் முயற்சி மேற்கொண்டதன் விளைவாக அவரால் இவ்வளவு துல்லியமாக கணக்கிட முடிந்தது. மனாபேவுக்கு பங்களிப்பிற்கு பிறகு உலகெங்கும் உள்ள வெப்பமானிகளின் தரவுகளையும், செயற்கைக்கோள் படங்களையும் ஆராய்ந்த பிறகு அறிவியல் உலகம் கால நிலை மாற்றம் குறித்த கோட்பாட்டு மாதிரிகள் உண்மையிலேயே அறிவியல்பூர்வமானதுதான் என நம்ப ஆரம்பித்தது.    

நோபல் பரிசு வாங்கியவுடன் மனாபெ கொடுத்த நேர்காணல் “பிரின்ஸ்டன்” பல்கலைக்கழகத்தின் யூடியுப் தளத்தில் இருக்கிறது. அறிவியலை நேசிக்கும் ஒவ்வொருவரும் அதைப்பார்க்க வேண்டும். மேலும் அவர் “Beyond Global Warming- How numerical models revealed the secrets of climate change” என்ற புத்தகமும் எழுதியிருக்கிறார். “ புவி வெப்பமயமாதலைக் குறைக்க முடியுமா? இது ஒரு சிக்கலான பிரச்சினைதானே?” என ஒரு பத்திரிக்கையாளர் கேட்ட கேள்விக்கு “ஆம். இது ஒரு சிக்கலான பிரச்சினைதான். ஆனால் புவி வெப்பமயமாதல் குறித்து உலகின் சில நாடுகள் செய்யும் அரசியலை விட இது மிக எளிதானதுதான்” என்று பதிலளித்துள்ளார்.

மனாபேவுக்குப்பிறகு கால நிலை மாற்றம் குறித்த ஆராய்ச்சி கணினி உதவியோடு நன்றாக வளர ஆரம்பித்தது. 1980 களில் கிளாஸ் ஹாசல்மான் இத்துறையில் நுழைகிறார். எப்படி அர்ஹீனியஸின் ஆராய்ச்சியை மனாபே அடுத்தக்கட்டத்திற்கு எடுத்துச் சென்றாரோ அதே போல் ஹாசல்மானும் மனாபேயின் ஆராய்ச்சியை அடுத்த கட்டத்திற்கு கொண்டு சென்றார்.

 அர்ஹீனியஸின்  கணக்கீட்டில் மனாபே காற்று மூலக்கூறுகளின் பங்கை எவ்வாறு சேர்த்தாரோ அதே போல் ஹாசல்மான் தினந்தோறும் நடக்கும் வானிலை மாற்றங்களையும் மனாபெயின் கோட்பாட்டு மாதிரியோடு சேர்த்து பார்க்க வேண்டும் என்று யோசித்தார். இதற்கு அவர் உருவாக்கிய கோட்பாடு “ஸ்டோகாஸ்டிக்ஸ் காலநிலை மாதிரி (stochastic climate model)” ஆகும். அதாவது தினந்தோறும் நடக்கும் வானிலை மாற்றங்கள் எவ்வாறு நீண்ட காலத்தில் காலநிலை மாற்றத்திற்கு காரணமாக இருக்கிறது என்று கண்டறிந்தார்.

ஆல்பர்ட் ஐன்ஸ்டீனின் பிரௌனியன் இயக்கம் பற்றிய கோட்பாட்டை உள்வாங்கி அவர் தனது மாதிரியை உருவாக்கியிருந்தார். இங்கே ஒரு விஷயம் கவனிக்க வேண்டும். அதாவது வானிலை என்பது இடத்திற்கு இடம், நேரத்திற்கு நேரம் மாறுபடும். நேற்று இருந்த வானிலை, இன்று இருக்காது. இன்று இருந்தது நாளைக்கு இருக்காது. அதே போல் இந்த வானிலை மாற்றத்தை முன்கூட்டியே கணிப்பது மிகக்கடினம்.

ஹாசல்மான் தனது கோட்பாட்டு மாதிரியில் தினந்தோறும் நடக்கும்  வானிலை மாற்றங்களை இரைச்சலாக (noise) கருதி கணக்கீடுகளில் இணைத்து இந்த இரைச்சல் நீண்ட காலத்தில் காலநிலை மாற்றத்தை பாதிக்கிறது, கடலின்  சராசரி வெப்பநிலையை எவ்வாறு பாதிக்கிறது என்று எடுத்துரைத்தார். எளிதாக விளங்கிக்கொள்ள நமது வீட்டருகே ஓரளவு பொறுத்து போகக்கூடிய அளவுக்கு ஒரு இரைச்சல் கேட்டுக் கொண்டிருக்கிறது என்று வைத்துக்கொள்வோம். ஓரிரண்டு நாட்கள் என்றால் பரவாயில்லை. ஆனால் இதே இரைச்சல் மாதக்கணக்கில், வருடக்கணக்கில் கேட்டுக்கொண்டே இருந்தால் கண்டிப்பாக அது நமது செவியை பாதிக்கும் அல்லவா. அதே போல்தான் இந்த வானிலை மாற்றங்களும் நீண்ட கால நோக்கில் கால நிலை மாற்றத்திற்கு வழிவகுக்கிறது.

ஹாசல்மானின் இன்னொரு மிக முக்கியமான பங்களிப்பு என்பது புவி வெப்பமயமாதலில் மனிதனின் பங்கு என்ன என்பதைக் கண்டறிந்ததுதான். பூமியின் வெப்பமயமாதல் என்பது இயற்கையாகவும் நடக்கலாம். அல்லது மனிதனின் நடவடிக்கைகளாலும் நடக்கலாம். இங்கே இயற்கையாக நடப்பது என்றால் எரிமலை வெடிப்பின் மூலம் கார்பன் டை ஆக்சைடு மூலக்கூறுகளின் எண்ணிக்கை அதிகரிப்பு, அல்லது சூரிய வெப்பம் அதிகரிப்பு. செயற்கையாக என்றால் மனிதனின் நடவடிக்கைகளில் மூலமாக (தொழிற்சாலை வெளியிடும் வாயுக்கள், வாகனங்கள் வெளியிடும் வாயுக்கள்) என கார்பன் டை ஆக்சைடு எண்ணிக்கை அதிகரிக்கலாம். ஹாசல்மான்  தனது ஸ்டோகாஸ்டிக்ஸ் கோட்பாட்டு மாதிரி மூலம் பூமியின் வெப்பநிலை அதிகரிப்பு மனிதனின் நடவடிக்கைகளால் எவ்வளவு அதிகரித்தது, இயற்கையான சீற்றங்களால் எவ்வளவு அதிகரித்தது என்று பிரித்து எடுத்து சொன்னார். இது மிகப்பெரிய சாதனை.

19ஆம் நூற்றாண்டில் இருந்து இன்று வரை கார்பன்-டை-ஆக்சைடின் அளவு பல ஆயிரம் ஆண்டுகளாக இருந்ததை விட 40% சதவிகிதம் அதிகரித்தது என்றும் இது முழுக்க முழுக்க மனித நடவடிக்கைகளால் ஏற்பட்டது என்றும் அவர் கண்டறிந்தார்.

கீழே உள்ள படத்தில் உள்ள கருப்புக்கோடு 1901 முதல் 1950 வரை உள்ள புவியின் வெப்ப நிலை மாறுபாட்டை காட்டுகிறது. சிவப்புக் கோடு என்பது ஹாசல்மானின் ஸ்டோகாஸ்டிக்ஸ் மாதிரி மூலம் கணிக்கப்பட்ட பூமியின் வெப்ப நிலை மாற்றம்.  நீலக்கோடு என்பது இயற்கை சீற்றம், எரிமலை வெடிப்பு போன்றவைகளால் ஏற்பட்ட வெப்ப நிலை மாற்றம்.

அவரின் கணக்கீட்டிலிருந்து ஒன்று தெளிவாக புரிந்தது. இப்புவி வெப்பமயமாதலுக்கு முக்கிய காரணம் இயற்கை அல்ல மனிதன்தான் என்பது. ஹாசல்மானின் இந்தக்கண்டுபிடிப்புக்கு முன்பு வரை புவிவெப்ப மயமாதலுக்கு , மனிதன் காரணமல்ல என்ற ஒரு பிரிவு, மனிதன்தான் காரணம் என்று இன்னொரு பிரிவு என அறிவியல் அறிஞர்கள் இரு வகையாக பிரிந்திருந்தார்கள். ஆனால் ஹாசல்மானின் இந்த ஆராய்ச்சி முடிவு புவி வெப்பமயமாதலுக்கு மனிதனின் நடவடிக்கைகளே மிக முக்கியமான காரணம் என்று அறிவியல் பூர்வமாக நிறுவியது. கடந்த நாற்பது ஆண்டுகளாக ஐக்கிய நாடுகள் புவி வெப்பமயமாதலுக்கு எதிராக நிறைய நடவடிக்கைகளை எடுத்து வருகிறது. அதற்கு அறிவியல் பூர்வமான நம்பிக்கையை கொடுத்தது ஹாசல்மானின் ஆய்வுதான்.

மனாபே மற்றும் ஹாசல்மான் இருவரும் ஆராய்ச்சி முடிவுகள் கால நிலை மாற்றம் என்ற ஒரு புதிய அறிவியல் ஆராய்ச்சித்துறை உருவாக வழிவகுத்தது என்றால் மிகையாகாது.

நோபல் பரிசின் இரண்டாம் பாதி “ஸ்பின் கண்ணாடிகள்(spin glasses)” குறித்த ஆராய்ச்சிக்கு வழங்கப்பட்டது. அது என்ன “ஸ்பின் கண்ணாடிகள்”?  இதைபுரிந்து கொள்வதற்கு முன்னால் நாம் தனித்தனியாக “ஸ்பின்” என்றால் என்ன? கண்ணாடி என்றால் என்ன? என்று புரிந்து கொள்வது அவசியம்.

ஒரு இரும்புத்துண்டை எடுத்துக்கொள்ளுங்கள். அதில் இருக்கும் இரும்பு அணுக்கள் சீரான முறையில் ஒரு குறிப்பிட்ட ஒழுங்கில் அமைந்திருக்கும். இரும்பு மட்டுமல்ல நாம் காணும் பெரும்பாலான பொருட்களில் உள்ள அணுக்கள் ஒரு குறிப்பிட்ட ஒழுங்கோடு படிக அமைப்பில் அமைந்திருக்கும். ஆனால் கண்ணாடிகளில் இருக்கும் அணுக்கள் அப்படி எந்த ஒரு ஒழுங்கமைவோடும் இருக்காது. கன்னா பின்னாவென்று ஒழுங்கற்ற நிலையில் அமைந்திருக்கும். 

 

“spin” ஆங்கில வார்த்தைக்கு “தற்சுழற்சி” என்று தமிழில் மொழி பெயர்க்கலாம். ஆனால் பெயருக்கு ஏற்றவாறு எந்த தற்சுழற்சியும் இங்கே நடப்பதில்லை. எனவே நாம் “ஸ்பின்” என்றே அழைப்போம். எலக்ட்ரானுக்கு நிறை என்பது ஒரு அடிப்படை பண்பு. அதே போல் “மின்னூட்டம்” என்பதும் ஒரு அடிப்படைப்பண்பு. அதே போல் “ஸ்பின்”  என்பதும் எலக்ட்ரான், புரோட்டான், நியூட்ரான், குவார்க் போன்ற துகள்களுக்கு இருக்கும் ஒரு அடிப்படைப் பண்பு.

ஒரு எலக்ட்ரானை ஈர்ப்பு புலத்தில் வைக்கும் போது அது ஈர்ப்பு விசையை உணரும். இதற்கு காரணம் எலட்ரானின் நிறை. அதே எலக்ட்ரானை மின்புலத்தில் வைக்கும்போது மின்விசையை உணரும். இதற்கு காரணம் எலட்ரானின் மின்னூட்டம். அதே போல் எலக்ட்ரானை ஒரு காந்தப்புலத்தில் வைத்தால் காந்த விசையை உணரும். இதற்கு காரணம் எலக்ட்ரானின் “ஸ்பின்” பண்பு. நிறை, மின்னூட்டம், வெறும் எண் மதிப்புகள். ஆனால் ஸ்பின் எண்மதிப்பு மற்றும் திசை என இரண்டும் உடையது. வெளியிலிருந்து கொடுக்கப்படும் காந்தப்புலத்திற்கு ஏற்றவாறு எலக்ட்ரான் தனது ஸ்பின் திசையை மாற்றிக்கொள்ளும்.   

கடையில் போய் நாம் காந்தம் வாங்குகிறோம். இந்தக் காந்தப்பண்பிற்கு காரணம் அதில் இருக்கும் எலக்ட்ரானின்  “ஸ்பின்” பண்புதான். இக்காந்தத்தில் இருக்கும் எலக்ட்ரான்களின் “ஸ்பின்” அனைத்தும் ஒரே திசையில் இருக்கும். இதனால்தான் இந்த காந்தத்தன்மை உருவாகிறது. இதற்கு “பெர்ரோ காந்தத்தன்மை” என்று பெயர்.

சில உலோகக் கலவைகள் குறிப்பாக தாமிர அணுக்களின் படிக அமைப்பில் கொஞ்சம் இரும்பு அணுக்களை வைத்தால் இந்த இரும்பு அணுக்களில் இருக்கும் ஸ்பின் ஒரே திசையில் இருக்காது. ஒவ்வொன்றும் வெவ்வேறு திசையை நோக்கி இருக்கும். இம்மாதிரியான உலோகக்கலவைகளில் எவ்வளவுதான் வெப்ப நிலையை குறைத்தாலும் ஒவ்வொரு இரும்பு அணுவின் ஸ்பின்னும் வெவ்வேறு திசையை நோக்கியே இருக்கும். இப்படி ஒழுங்கற்ற நிலையில் கன்னா பின்னாவென்று வெவ்வேறு திசையை நோக்கி இருப்பதால்தான் இந்த உலோகக்கலவைகள் “ஸ்பின் கண்ணாடிகள்” என்று அழைக்கப்படுகின்றன.  

இந்த ஸ்பின் கண்ணாடிகளில் இருக்கும் ஸ்பின் திசைகளை கணித ரீதியாக  எப்படி கணிப்பது என்பது மிகப்பெரிய சவாலாக இருந்து வந்தது. 1950 களில் நோபல் பரிசு வாங்கிய பல அறிஞர்கள் இதைக் கணக்கிட முயன்றனர். ஆனால் யாருக்கும் வெற்றி கிட்ட வில்லை.

இந்த சிக்கலில் கடினத்தன்மையை புரிந்து கொள்ள மிக எளிதான உதாரணத்தை எடுத்துக்கொள்வோம். மூன்று அணுக்களை மட்டும் முக்கோணத்தின் ஒவ்வொரு முனைப்புள்ளியிலும் வைக்க வேண்டும்.

இடது புறம் உள்ள அணுவின் ஸ்பின் மேல் நோக்கி இருந்தால், உச்சியில் இருக்கும் இரண்டாம் அணுவின் ஸ்பின் அதற்கு எதிர் திசையில் இருக்கும். இதுதான் இயற்கையான நடை முறை. அதாவது குறைந்த ஆற்றல் கொண்ட நிலை. இப்போது மூன்றாவது அணுவை (படத்தில் நீல வண்ணம்) முக்கோணத்தின்  வலது முனைப்புள்ளியில் வைத்தால் அந்த அணுவின் ஸ்பின் எந்த திசையை பார்த்திருக்கும்?. மேல் நோக்கி அமைந்தால் முதல் அணுவோடு முரண்பட வேண்டும், கீழ் நோக்கி அமைந்தால் இரண்டாம் அணுவின் ஸ்பின் திசையோடு முரண்பட வேண்டும். மூன்றாவது அணுவின் ஸ்பின்னுக்கு இது ஒரு இக்கட்டான நிலை. இதை விரக்தி நிலை (frustrated state) என்று அழைக்கிறார்கள். இது எப்படி என்றால் ஒருவருக்கொருவர் பகைவராக இருக்கும் இரண்டு பேரிடம் நட்பு கொள்வது எந்த அளவுக்கு கடினமோ அது போலத்தான்.

மூன்றாவது அணுவின் ஸ்பின் எந்த திசையை நோக்கும் என்று கணிப்பது உண்மையிலேயே மிகப்பெரிய சவால். மூன்று அணுக்களுக்கே இந்த நிலை என்றால் நூறு அணுக்கள் உள்ள அமைப்பில் ஸ்பின் திசைகள் எவ்வாறு அமைந்திருக்கும் என்று கணிப்பது எவ்வளவு சவாலான விஷயம் என்று நினைத்துப்பாருங்கள். ஏனென்றால் ஒவ்வொரு ஸ்பின்னின் திசையும் அதைச் சுற்றியுள்ள ஸ்பின்னின் திசைக்கு ஏற்ப இருக்கும்.

சென்னையில் போக்குவரத்து நெரிசலில் பைக் ஓட்டுபவர்களின் நிலைதான் இந்த ஸ்பின்னின் நிலையும். ஸ்பின்னின் திசையை நாம் ஓட்டும் பைக்கின் ஹாண்டில் பார் திசையாக நினைத்துக்கொள்ளுங்கள். நமது பைக்கின் ஹாண்டில் பாரின் திசையை நமக்கு அருகில் இருக்கும் பைக் ஓட்டுபவர் எந்த திசையில் வருகிறாரோ அதற்கு ஏற்றார்போல் நாம் மாற்றுவோம். அது போல் ஒவ்வொருவரும் அவரைச் சுற்றி இருக்கும் பைக்கின் திசையை பொறுத்து தனது ஹாண்டில் பார் திசையை மாற்றுவார்கள். போக்குவரத்து நெரிசலில் ஒவ்வொரு பைக்கும் எந்த திசையில் செல்லும் என கணிப்பது எவ்வளவு கடினம். அதே போல்தான் இந்த ஸ்பின் கண்ணாடி பொருட்களில் இருக்கும் அணுக்களின் ஸ்பின் திசையை கண்டறிவது மிகக்கடினம். பல ஆண்டுகள் சவாலாக விளங்கிய இப்பிரச்சினைக்கு பரிசி ஒரு புதிய கணித உத்தியை பயன்படுத்தி தீர்வு கண்டார். அதன் பெயர் “பிரதி சீர் உடைவு(Replica Symmetry breaking)”. இதை எளிமையாக சொல்ல வேண்டுமானால் எல்லாவிதமான சாத்தியமுள்ள ஸ்பின்னின் திசைகளைக்கொண்ட பல்வேறு பிரதி அமைப்பு மாதிரிகளை செய்து ஒவ்வொரு பிரதியும் அருகிலுள்ள பிரதியோடு எந்தளவுக்கு ஒத்துப்போகிறது என்று வகைப்படுத்தி  அதன் மூலம் இந்த ஸ்பின் கண்ணாடிகளின் பண்புகளை புரிந்து கொள்வது.

பரிசியின் இந்த புதிய கணித உத்தியானது பின்னாளில் மருத்துவத்துறை, நரம்பியல் துறை, செயற்கை நுண்ணறிவு என ஏகப்பட்ட துறைகளில் இருக்கும் சிக்கலான அமைப்புகளின் பண்புகளை விளக்க பயன்பட ஆரம்பித்தது. ஏற்கனவே குறிப்பிட்ட போக்குவரத்து நெரிசலில் கூட இக்கணித உத்தியை பயன்படுத்தலாம்.

ஆழ்கடலில் மீன்கள் கூட்டமாகச் செல்வதைப் டிஸ்கவரி சேனலில் பார்த்திருப்போம். ஒட்டு மொத்தமாக ஒரு ஒழுங்கில் சென்றாலும் அக்கூட்டத்தில் இருக்கும் ஒவ்வொரு மீனின் திசையும் அருகில் இருக்கும் மீன் செல்லும் திசையைவிட மாறுபட்டு இருக்கும். இதில் கூட பரிசியின் கணித உத்தியை பயன்படுத்தி ஒட்டு மொத்தமாக மீன்களின் செல்லும் திசையை கணிக்கலாம். இயற்கையில் இருக்கும் சிக்கலான அமைப்புகளின் சீரற்ற அல்லது ஒழுங்கற்ற நிலையில் இருக்கும் பண்புகளைப் பற்றிய ஆராய்ச்சிக்கு பரிசியின் பங்களிப்பு மிக முக்கியமானது.  

இந்த வருடம் நோபல் பரிசு வாங்கிய மூவருமே மனித குலத்தின் மிகச்சிக்கலான பிரச்சினைகளை ஆராய்ந்து அறிவியல்பூர்வமாக விளக்கியுள்ளார்கள். இதன் மூலம் இயற்கையை பற்றிய புரிதல் மனித குலத்திற்கு மேம்பட்டுள்ளது. அதுமட்டுமல்லாமல் அந்த சிக்கலைத் தீர்க்ககூடிய வழிமுறைகளையும் அறிவியல் பூர்வமாக கூறியிருக்கிறார்கள். இது வருங்காலத்தில் ஆராய்ச்சியில் ஈடுபடப் போகும் இளைய சமுதாயத்துக்கு ஒரு கிரியா ஊக்கியாக இருக்கும் என்பதில் எவ்வித சந்தேகமுமில்லை. அதே சமயம், புவி வெப்பமயமாதலைத் தடுக்க நாடுகள் தக்க நடவடிக்கையை எடுக்க மக்கள் வலியுறுத்தவும், இந்த ஆராய்ச்சிகள் நேரடி சமூகப்பயன்பாடாக இருக்கின்றது என்பதும் நாம் ஏற்றுக்கொள்ள வேண்டிய முக்கியமான விஷயம். 

-    நோபல் பரிசு இணைய தளத்தில் வெளியான இரு கட்டுரைகளைத் தழுவி எழுதப்பட்டுள்ளது.

-    ஜோசப் பிரபாகர், இயற்பியல் உதவி பேராசிரியர், லயோலா கல்லூரி, சென்னை.

இது போன்ற தகவல் பெற

https://t.me/joinchat/Ex0_TNk_10WnjXOc

இந்த Telegram  குழுவில் இணையவும்.

https://chat.whatsapp.com/FaFcmdwPG6yK8uSDjgUvXQ

இந்த WhatsApp  குழுவில் இணையவும்.

நன்றி.
இரமேஷ், இயற்பியல் உதவி பேராசிரியர், நேரு நினைவு கல்லூரி, புத்தனாம்பட்டி, திருச்சி.

இப்பதிவு குறித்த தங்கள் கருத்துக்களை அவசியம் கீழே உள்ள Comment Boxல் பதிவிட வேண்டுகிறோம்.

மாணவர்கள் கல்விக் களஞ்சியம் இணையதளத்திற்கு தங்களது கட்டுரைகள் (அறிவியல், பொருளாதாரம், இலக்கியம்), கவிதைகள், சிறுகதை என அனைத்து  படைப்புகளையும், p.ramesh704@gmail.com  மெயில், அல்லது 9489666102 வாட்ஸாப்ப்  அனுப்பிட வேண்டுகிறோம். 

                                                       மேலும் படிக்க 

🛑🤔  POLYTECHNIC TRB EXAM Materials and Model Questions- English.

🛑✍️ TNPSC-ஆன்லைனில் தமிழக அரசு இலவச பயிற்சி.

🛑✍️ தேசிய அளவில் 35,000 ரூபாய் வரை கல்வி உதவித்தொகை பெற ஓர் வாய்ப்பு -National Scholarship Exam (NSE – 2021).

 SSC- 3261 மத்திய அரசுப் பணிக்கு அக்.25 வரை ஆன்லைனில் விண்ணப்பிக்கலாம்.

🛑✍️நீங்கள் நினைத்தவை எல்லாம் நடக்கிற வாழ்க்கை ரகசியம்- காணொளி.

மிகவும் பயனுள்ள வீடியோ அனைவருக்கும் பகிர்க.