2011 இயற்பியல் நோபல் பரிசு

Standard

பந்தை தூக்கிப்போட்டு காட்ச் பிடிக்க காத்திருக்கையில் பந்து கீழே விழாமல் மேல்நோக்கியே சென்றுகொண்டிருந்தால் பேஜாராகிவிடமாட்டீர்கள்? இப்படி ஒரு நிகழ்வையே 1998இல் நம் அண்டத்திற்கே ஒட்டுமொத்தமாய் நிகழ்வதாய், 2011 இயற்பியலுக்காக நேற்று நோபல் பரிசு வென்றுள்ள விஞ்ஞானிகள் 1998இல் கண்டுபிடித்தார்கள்.

வென்றவர் மூவர். சௌல் பெர்ல்முட்டர், அமெரிக்க லாரன்ஸ்-பெர்க்லி நேஷனல் லபாரட்டரியின் சூப்பர்நோவா காஸ்மாலஜி பிராஜெக்ட்டின் தலைவர் மற்றும் கலிஃபோர்னியா பல்கலைகழகத்தின் அஸ்ட்ரோபிஸிக்ஸ் பேராசிரியர். பிரையன் ஷ்மிட், ஹை-ஸீ சூப்பர்நோவா ஸெர்ச் டீமின் தலைவர்; ஆஸ்திரேலியன் நேஷனல் பல்கலைகழகத்தின் பேராசிரியர். ஆடம் ரெய்ஸ் ஜான் ஹாப்கின்ஸ் பல்கலைகழகத்தின் மற்றும் ஸ்பேஸ் டெலஸ்கோப் சயின்ஸ் இன்ஸ்டிட்யூட்டின் இயற்பியல் பேராசிரியர். ஹை-சீ சூப்பர்நோவா ஸெர்ச் டீமில் முக்கிய பங்கு வகித்தவர்.

எதற்காக பரிசு என்பதை கட்டுரையாக்குவோம்.

ஒற்றைவரியில், விரியும் அண்டத்தின் முடுக்கம் (ஆக்ஸிலரேஷன்) அதிகரிப்பதை தொலைதூர சூப்பர்நோவாக்களின் ஒளிவீரியம் மங்கலாவதை வைத்து நிர்ணயித்ததால், அதன் மூலம் அண்டத்தின் வாழ்கைபயணம் எதிர்காலத்தில் எவ்வாறிருக்கும் என்ற காஸ்மாலஜியின் அனுமானங்களையே புரட்டிப்போட்டதால், நோபல்.

இனி விரிவாக.

நாம் இன்றைய நிலையில் காணும் அண்டம் ஆதியில் 14 பில்லியன் வருடங்களுக்கு முன்னால் பெரு வெடிப்பு என்ற நிகழ்விற்கு பின்னால் தோன்றியதே. இதற்கு, ஹப்பிள் விதி, ஒன்றுடன் ஒன்று விலகியோடும் காலக்ஸிகளின் ரெட் ஷிஃப்ட், என்று 1920களிலிருந்து ஏகத்திற்கு நிரூபணங்கள் இருக்கிறது. அண்டத்தின் இந்த இயல்பை ஒத்துக்கொண்டால், அதில் இருக்கும் ஒவ்வொரு புள்ளியும், உறையும் மேட்டரும், ஒன்றுடன் ஒன்று விலகியபடி அண்டம் மொத்தமும் விரிவடைந்துகொண்டேயிருக்கிறது. தாத்தாகடை பலூனின் மேற்பரப்பில் மசியினால் இடம்விட்டு பல புள்ளிகளிட்டு, அப்பலூனை ஊதினால், புள்ளிகளெல்லாம் ஒன்றுடனொன்று விலகியபடியே விரியுமே, அதைப்போல நம் அண்டம் விரிவடைகிறது எனலாம் (பலூனை ரொம்ப ஊதப்படாது).

இந்த விரிவாக்கம் ஏதோ ஒரு வேகத்தில் இருக்கவேண்டுமே. ஆமாம், அப்படித்தான் இருப்பதாய் கண்டார்கள். ஆனாலும், அண்டத்தில் இருக்கும் மேட்டர் (பொருண்மை) புவிஈர்ப்பு எனும் இயல்பை வெளிப்படுத்துமே, இதனால், விரவியுள்ள பொருட்களெல்லாம் ஒன்றுடன் ஒன்று ஈர்க்கப்படுமே. ஆமாம், இதுவும் சரியே. அப்படியென்றால், புவிஈர்ப்புவிசையின் தொடர்ந்து செயல்படும் வீரியத்தினால், அண்டம் விரிவாவது மட்டுபட்டு, நின்று, எதிர்புறம் சுருங்கத்தொடங்கி, அண்டத்திலுள்ள மேட்டரெல்லாம் எதிர்காலத்தில் ஒரிடத்தில் குவிந்து, அண்டமே தனக்குள் சுருங்கிவிடுமே? பெருவெடிப்பு (பிக் பாங்) போல, சுருங்கி, தன்னைத்தானே உணவாக்கிக்கொள்ளும் அண்டத்தின் இந்நிலையை பெருகடிப்பு (பிக் க்ரன்ச்) எனலாம். ஆமாம், இதுவும் சாத்தியமே.

ஆல்பர்ட் ஐன்ஸ்டீன் 1915இல் தன் பொதுப்படை சார்பியல் தத்துவத்தின் சமன்பாடுகளின் தீர்வாய் இவ்வகையான ஒன்று விரிவடைந்துகொண்டேயிருக்கும் அல்லது சுருங்கிகொண்டேயிருக்கும் அண்டத்தையே விவரித்தார். ஆனால், இவ்வகை நிலையில்லா அண்டத்தினை விரும்பாமல், அவரே காஸ்மலாஜிக்கல் கான்ஸ்டண்ட் என்ற ஒரு கெழுவை (கோயெஃபிஷியண்ட்) சமன்பாட்டினுள் நுழைத்து, தில்லாலங்கடி செய்து விரிந்துகொண்டேயிராத, ஆனால் மொத்தமாகவும் சுருங்காத ஒரு லோலாய் அண்டத்தை சார்பியல் சமன்பாட்டின் காஸ்மலாஜிக்கல் தீர்வாய் விவரித்தார். இதற்கு சில ஆண்டுகளுக்கு பிறகே 1920வாக்கில் எட்வின் ஹப்பிள் காலக்ஸிக்கள் ஒன்றுடன் ஒன்று விட்டு விலகியோடுவதை தொலைநோக்கியில் கண்டு நிர்ணயித்தார். ஹப்பிள் விதியயும் நிறுவினார். ஐன்ஸ்ட்டீனின் காஸ்மலாஜிக்கல் கான்ஸ்டண்ட் தேவையில்லை என்றானது.

அப்டினா இப்ப அண்டம் இன்னா மாரி இர்க்கு?

பெருவெடிப்பின் பின் விரிவடையும் வேகத்திற்கும், அண்டத்திலுள்ள பருப்பொருட்களின் புவிஈர்ப்பிற்கும் போட்டி நடந்துகொண்டிருக்கிறது.

கண்ணுக்கு தட்டுப்படும் பொருட்களைவைத்து மட்டும் கணக்கிட்டால், இப்போட்டியில் புவிஈர்ப்பிற்கு நோ சான்ஸ். அண்டம் விரிவடைந்துகொண்டேதான் போகும். விரைவில், வெற்றிடமாகிவிடலாமோ? இல்லை. இங்குதான் அண்டத்தின் பலே கில்லாடித்தனம் கிஞ்சித்தாக புரியத்தொடங்கி கலக்குகிறது.

***

இந்த விரியும் அண்டத்தின் முடுக்கத்தை மேலும் புரிந்துகொள்ள, மூன்று விஷயங்களை அறிமுகநிலையில் தெரிந்துகொள்ளவேண்டும். ஒன்று புவிஈர்ப்பு. தூணிலும் இருப்பார் துரும்பிலும் இருப்பார் என காணும் பொருட்களிளெல்லாம் அதன் பொருண்மை (மாஸ்) வெளிப்படுத்தும் இயல்பு. புவிஈர்ப்பின் இயக்கம் அண்டத்தை எவ்வகையில் விரிவடைதலில் கட்டுப்படுத்துகிறது என்று கட்டுரையின் முன்பகுதியில் விளக்கினோம்.

ஆனால், பெருவெடிப்பிற்கு பிறகு அண்டத்தின் தற்போதைய வேகத்தை, முடுக்கமின்றி கணக்கிட்டாலும், தற்போது காணும் பொருட்களில் இருக்கும் புவிஈர்ப்புவிசையின் வீரியம் மட்டுமே அண்டத்தின் விரிவடையும் வேகத்தை மட்டுப்படுத்த போதுமானதாய் இல்லை. மேலும் ஈர்ப்புவிசை தேவை.

இங்குதான் அடுத்து தெரிந்துகொள்ளவேண்டிய பொருள் எண்ட்ரி. இருள் பொருள்.

டார்க் மேட்டர் என்கிற விஷயத்தை விஞ்ஞானிகள் அனுமானித்தார்கள். அதாவது, நம் கண்களுக்கு (இயற்பியல் கருவிகளுக்கு) புலப்படாத பொருள் நிறைய அண்டத்தில் இருக்கவேண்டும். ஆனால் இவையால் ஈர்ப்புவிசையை மட்டும் அமலாக்கமுடியும். இவைகளிலிருந்து தோன்றும் ஈர்ப்புவிசை, காணும் பொருட்களின் புவிஈர்ப்புவிசையுடன் கூடி, விரிவடையும் அண்டத்தினை மட்டுப்படுத்துகிறது என்று விஞ்ஞானிகள் கருதுகிறார்கள். இருள் பொருளை இன்னமும் எவரும் பார்க்கவில்லை, கண்டுகொள்ளவில்லை.

விரிவடையும் அண்டத்தை இப்போதைய வேகத்திலேயே மட்டுப்படுத்த, எவ்வளவு புவிஈர்ப்பு விசை வேண்டும் என்று கணக்கிட்டதின் வழியாக, இந்த டார்க் மேட்டர், இருள் பொருள் அண்டத்தில் தோராயமாக இருபத்தியைந்து சதவிகிதம் இருக்கவேண்டும் என்று தெரியவந்தது. அண்டத்தில் நாம் காணும் பொருட்கள் வெறும் ஐந்து சதவிகிதம்தானாம்.

அப்ப, அண்டம் விரிவது முன்கூறியதுபோல நின்றுவிடுமா? இல்லை, இருள் பொருளின் ஈர்ப்புவிசையை காணும் பொருட்களின் ஈர்ப்புவிசையுடன் சேர்த்து கணக்கிட்டாலும், அவை பெருவெடிப்பினால் ஏற்பட்டுள்ள அண்டத்தின் விரியும் வேகத்தை மட்டுப்படுத்தவல்லதல்ல என்று புலனாகியுள்ளது.

அதுமட்டுமில்லை, இன்னொரு தலைசுத்தல் விவகாரமும் நடந்துள்ளதாய் அறிகிறோம்.

***

ஒரு புள்ளியிலிருந்து வெடித்த ஒரு பந்து போல, அண்டம் பெருவெடிப்பிலிருந்து அனைத்து திசைகளிலும் ஒரு வேகத்தில் மட்டும் விரிவடையவில்லை. பெருவெடிப்பு 14 பில்லியன் வருடங்களுக்கு முன் நிகழ்ந்ததெனில், அதற்கு பிறகு சில பில்லியன் வருடங்கள் ஒரு வேகத்தில் விரிவடைந்துள்ளது. அப்போது இருள் பொருளின் ஆட்சி, ஆக்கிரமிப்பு அதிகம். பிறகு, நம் காஸ்மாலஜி சுத்தமாய் அனுமானிக்காத தினுசில், வேகம் அதிகரித்துள்ளது.

அதாவது, அண்டம் விரிவது முடுக்கம், ஆக்ஸிலரேஷன், அடைந்துள்ளதாம். முன் கூறிய விரியும்-பலூன்-பரப்பில்-புள்ளிகள் எனும் உதாரணத்தில், ஒரே சீராக ஊதிக்கொண்டிருக்கையில், விரிவடைந்துகொண்டிருந்த புள்ளிகள், திடீரென்று, அதிக காற்றை உட்கொண்டதால், பலூன் வெடித்து, மேற்பரப்பும் புள்ளிகளும் பலதிசைகளில் அதிகவேகத்துடன் சிதறுவதாய் யோசித்துப்பாருங்கள். கிட்டத்தட்ட இதைப்போல ஒரு நிகழ்வையே அண்டம் தனக்குள் பெருவெடிப்பிற்கு சில பில்லியன் வருடங்கள் கழித்து செய்துவிட்டிருக்கிறது.

இந்த விரிவடையும் அண்டத்தின் முடுக்கம், டார்க் எனர்ஜி, இருள் ஆற்றல் என்ற ஒரு மாயசக்தியினால் தோன்றுவதாய் சித்தாந்திக்கப்படுகிறது. அண்டம் அநேகமாக காலியாக இருப்பதால், ஒன்றுமில்லா வெற்றிடத்திலிருந்தும் தோன்றக்கூடிய சக்தி இருள் ஆற்றல் எனக் கருதப்படுகிறது. முன்னர் விளக்கிய புவிஈர்ப்பின் சக்தியை எதிர்த்து, அண்டத்தை விரிவடையவைப்பதில் அதன் முடுக்கத்தையே அதிகரிக்கவைக்கிறது இந்த சக்தி. ஆனால், புவிஈர்ப்பைப்போலில்லாமல் பலமில்லியன் ஒளிஆண்டுகள் தூரங்களுக்கிடையேதான் அண்டத்தில் இந்த புவிஎதிர்ப்பின் செயல்பாடு உள்ளது. இருள் ஆற்றலின் பாதிப்பின்றி, லோக்கல் ஆப்பிள் புவிஈர்ப்பினால் இப்பவும் நியூட்டனின் தலைமேல்தான் விழும்.

பெருவெடிப்பின் பின், சுமார் ஐந்து பில்லியன் ஒளிவருடங்களுக்கு முன், அதுவரை அண்டத்தில் ஒருமுகத்திலிருந்த இருள் பொருள் விரிவடைந்து, அதன் ஈர்ப்பு வீரியம் குறைந்து, வியாபித்திருந்த இருள் ஆற்றலின் கை ஓங்கியுள்ளது. இதனால், பின்னாளில், அதாவது, நமது தற்காலத்திற்கு சமீபத்திய நிகழ்காலத்தில் அண்டம் விரிவது முடுக்கம் பெற்றுள்ளது.

இப்படி அண்டம் விரிவடையும் முடுக்கத்தை பல மில்லியன் ஒளிஆண்டுகள் துரங்களுக்கிடையே தூண்டுவதற்கு எவ்வளவு இருள் ஆற்றல் தேவை? கணக்கிட்டதில் கிட்டத்தட்ட அண்டத்தில் எழுபது சதவிகிதம் இருளாற்றால் வியாபிக்கவேண்டுமாம். பார்க்குமிடமெங்கிலும் நீக்கமற நிறைந்திருக்கும் பரிபூரனானந்தமே… இருள் ஆற்றல்.

***

[படத்தை க்ளிக்கினால் பெரிதான விளக்கப்படம் வரும்]

1998இல் இரண்டு விஞ்ஞானி குழுக்கள் தனித்தனியே இந்த அண்டத்தின் முடுக்கம் குறைகிறதா அதிகரிக்கிறதா என்று நிர்ணயிப்பதில் முடிவு கூறினர். சௌல் பெர்ல்முட்டர் தன்  சூப்பர்நோவா காஸ்மலாஜிகல் பிராஜெக்ட் குழுவை 1988இல் இருந்து இந்த பணீயில் முடுக்கிவந்தார். பிரையன் ஷ்மிட் 1994வாக்கில் போட்டிக்கு ஹை-ஸீ சூப்பர்நோவா பிராஜெக்ட் என்ற குழுவை துவங்கி இதே அண்டத்தின் முடுக்கத்தை கணக்கிடுவதில் இறங்கினார். இக்குழுவில் ஆடம் ரெய்ஸ் முக்கிய பங்கிவகித்தார். இருகுழுக்களும் அண்டத்தை அதன் பொருட்களுடன் மேப் போட்டன. எத்திசையில் எது மிகக்கிழட்டு சூப்பர்நோவா என்பதை முதலில் கண்டுகொண்டனர்.

நம் சூரியனிலிருந்து புறப்படும் ஒளிக்கற்றை நம்மை அடைய சுமார் எட்டுநிமிடங்களாகிறது. அதாவது, நாம் இப்போ பார்க்கும் சூரியன், எட்டுநிமிடம் முன்னால் இருந்த நிலை. ராகு கேது என்று யாராவது இப்போது சூரியனை வாய்க்குள்போட்டுக்கொண்டால், எட்டு நிமிடம் கழித்துதான் நமக்கு தெரியும் (அதாவது, தெரியாது). இந்த லாஜிக்கையே நீட்டி, நாம் இப்போ கண்ணால் பார்க்கும் பக்கத்து நட்சத்திரத்தின் ஒளி அதிலிருந்து சில ஒளிஆண்டுகள் முன்னால் புறப்பட்டிருப்பது எனலாம். அண்டத்தில் தொலைதூரத்திலுள்ள பொருட்களை (தொலைநோக்கிகளில்) பார்க்க முற்படுகையில், அவை காலத்தாலும் பின்னோக்கி, பழைய பொருட்களாகவே நமக்கு இன்று காட்சியளிக்கின்றன என்பதையும் புரிந்துகொள்ளவேண்டும்.

ஸோ, சே, ஆகையால், அண்டத்தை அதன் பழைய நிலையில் பார்க்க வேண்டுமெனில், நாம் செய்யவேண்டியது, அப்பால இருக்கும் பொருட்களை தொலைநோக்கியால் நோக்க வேண்டியது. காலத்தால் எவ்வளவு பின்னோக்கி செல்லவேண்டுமோ அதற்கேற்றபடியான தொலைதூர பொருட்களை பார்வையிடவேண்டும். அவ்வளவே. இந்த லாஜிக்படியே, அண்டம் முன்னால் எப்படி விரிவடைந்துகொண்டிருந்தது என்பதை புரிந்துகொள்ளவே தொலைதூரத்திலுள்ள சூப்பர்நோவாவை தேர்ந்தெடுத்து இந்த இரண்டு விஞ்ஞானிகள் குழுக்களும் பார்வையிட்டார்கள்.

நட்சத்திரங்கள் பலவகை. ரஜினி கமல் என்று. வெண்குள்ளன் வகை நட்சத்திரம் சூரியன் அளவு ஆற்றலுடன், பூமி அளவே பெரிதாக இருக்கும் அடர்த்திமிகுந்தவை. நியூக்ளியர் ஃபியூஷன் வகை ஆற்றல் தீர்ந்தவுடன், முடிவில் இவைகள் வெடித்துச்சிதறிவிடும். சூப்பர்நோவா என்பது இவ்வகை வெண்குள்ளன் வகை நட்சத்திரம் வெடித்துசிதறும் நிலை.

விஞ்ஞானிகள் குழு தேடியது டைப்-1 எனும் வகை சூப்பர்நோவா. நிகழ்கையில், ஒரு காலக்ஸி வெளிப்படுத்தும் ஒளியைவிட, அதிகமாய் இச்சூப்பர்நோவாக்கள் ஒளிஉமிழுமாம். இவ்வகை சூப்பர்நோவா அண்டத்தில் எங்கிருக்கிறது என்பதை ஹப்பிள் தொலைநோக்கியில், சிசிடி வகை காமிராக்களில் பார்த்து (இந்த சிசிடி வகை காமிரா கண்டதற்காக 2009 இயற்பியல் நோபல் வாங்கினார்கள்!), அது நம்மிடமிருந்து எவ்வளவு தூரத்திலிருக்கிறது, நம்மைவிட்டு எவ்வளவு வேகத்தில் விலகிக்கொண்டிருக்கிறது (அண்டமே விரிவடைந்துகொண்டிருக்கிறதல்லவா) என்பதையெல்லாம் கணக்கிட்டனர்.

பிறகு அருகில் இருக்கும் இரண்டு காலக்ஸிகளிடையே விரிவடையும் வேகத்தை நிர்ணயித்தால், அது, தற்போதைய காலகட்டத்தில் அண்டம் விரிவடைவதின் வேகத்தை கொடுக்குமல்லவா.

இரண்டு கணக்கையும் வைத்து அண்டம் முன்னாளிலிருந்து இந்நாள் வரை விரிவடைவதின் முடுக்கத்தை கணக்கிடமுடியலாமே.

இரண்டு விஞ்ஞானி குழுக்களும் பத்து வருடங்களாக (1988இல் இருந்து 1998வரை) அண்டத்தில் தொலைதூரத்திலிருந்த சுமார் ஐம்பது டைப்-1 வகை சூப்பர்நோவாக்களை அவற்றிலிருந்து உமிழப்பட்ட ஒளி வீரியத்தை அலசியிருக்கிறார்கள்.

ஏற்கனவே விளக்கியுள்ளபடி அதுவரை (1998வரை) பெருவெடிப்பினால் விரியும் வேகமும், புவிஈர்ப்பினால் அது மட்டுபடுவதும் நித்யமாயிருப்பதால், இரண்டு குழுக்களும், கடைசியில், எதிர்காலத்தில் புவிஈர்ப்பு கெலித்து, அண்டம் விரிவாவது மட்டுப்படுகிறது என்பதையே கண்டுபிடிப்போம் என்று நினைத்திருந்தனர். பல ஒளி ஆண்டுகள் பிந்தைய நிகழ்வான சூப்பர்நோவா வெடிப்பினை நோக்குவதன்மூலம் இதற்கான நிரூபணத்தை தருவிக்க நினைத்தார்கள். ஆனால், இவர்கள் கண்டுபிடித்ததோ…

சூப்பர்நோவாக்களிலிருந்து வந்த ஒளி வீரியம் எதிர்பார்ததைவிட விரைவில் குறைந்துவிட்டது. அதாவது, அளப்பதற்கு முன்னரே சூப்பர்நோவா அங்கிருந்து மிகவிரைவில் எதிர்திசையில் ஓடிக்கொண்டிருக்கிறது புலனாகிறது. இதனால், யாரும் எதிர்பார்க்காத அதிசியமாய், இரண்டு குழுக்களும், அண்டம் விரிவடைவதின் முடுக்கம் அதிகரித்துக்கொண்டிருப்பதை கண்டுபிடித்தார்கள்.

அதாவது, முன்னாளில் அண்டம் விரிவடையும் வேகத்தை விட இப்போது இன்னமும் வேகமாக விரிவடைகிறது.

இந்த இயற்கை ரகசியத்தை அனுமானித்ததற்குதான் வென்றார்கள் 2011 இயற்பியல் நோபல்.

இதன்மூலம் ஐன்ஸ்டீன் தோற்றுவித்த காஸ்மலாஜிக்கல் கான்ஸ்டண்ட் புனர்ஜென்மம் எடுத்துள்ளது. ஒரேபாக்காய் விரிவடையாத, அதேபோல் ஈர்ப்புவிசைகளினால் சுருங்காதது இந்த அண்டம். அதுவும், இன்றளவில் விரிவது முடுக்கிவிடப்பட்டுள்ளதாய் புரிகிறது. எந்த மதிப்பெடுத்தாலும், காஸ்மலாஜிக்கல் கான்ஸ்டண்ட் என்ற கெழு அண்டத்தின் வாழ்கைபயணத்தை நிர்ணயிக்கும் சமன்பாட்டின் தீர்விற்கு தேவை.

***

மேலும் படிக்க