E=MC² ஏன் மிகவும் பிரபலமானது?

Image :flickr

தற்போதைய உலகின் மிகவும் பிரபலமான சமன்பாடு என்றால், அது E=mc² என்பதே ஆகும். ஏனென்றால், இந்தச் சமன்பாடுதான் முதன்முதலில் ஒரு பொருளினுடைய நிறைக்கும் குறிப்பிட்ட ஆற்றல் உண்டு என நிரூபித்தது. 

ஜெர்மானிய இயற்பியலாரான ஆல்பர்ட் ஐன்ஸ்டீன் அவர்களின் சிறப்பு சார்பியல் கோட்பாட்டில் உள்ள ஒரு சமன்பாடுதான் இந்த E=mc² ஆகும். இந்தச் சமன்பாட்டின் படி ஒரு பொருளின் நிறை, குறிப்பிட்ட ஆற்றலாக மாற்றப்படலாம் (அல்லது) ஆற்றல் நிறையாகவும் மாற்றப்படலாம். 

இதனைப் புரிந்துகொள்ள, முதலில் நாம் நிறையைப் பற்றித் தெரிந்து கொள்ள வேண்டும். 

நிறை - விளக்கம் : 

நிறை என்பது ஒரு பொருளினுடைய மிக முக்கியமான அளவீடு ஆகும். இது, ஒரு பொருளில் எவ்வளவு பருப்பொருள்கள் உள்ளது என்பதனைக் குறிக்கிறது. நிறையும் எடையும் ஒன்றல்ல. ஆனால் அவை இரண்டும் கிலோகிராம் (Kg) என்ற ஒரே அலகினால் தான் குறியிடப்படுகின்றன. 

ஒரு பொருளின் எடையானது ஒவ்வொரு கிரகத்திலும் மாறுபடும். ஏனென்றால் ஒரு பொருளின் எடை என்பது அப்பொருள் இருக்கக்கூடிய கிரகத்தினுடைய ஈர்ப்பு விசையைப் பொறுத்து மாறுபடும். ஆனால் நிறை என்பது மாறாத ஒன்றாகும். 

ஒரு பஞ்சுப்பந்து, ரப்பர்பந்து, இரும்புப்பந்து, மூன்றின் நிறையையும் அளவிடுவதாக எடுத்துக்கொள்ளுங்கள். எதன் நிறை அதிகமாக இருக்கும்?

கண்டிப்பாக இரும்பு பந்து தான். ஏனென்றால், நிறை என்பது,ஒரு பொருள், தன்னுள் எந்த அளவு பருப்பொருள்களைக் கொண்டுள்ளது என்பதன் அளவீடே ஆகும். எனவே நிறையானது ஒரு பொருளின் அடர்த்தியோடும் தொடர்புடையது. 

ஒரு சராசரி மழை மேகத்தின் நிறை, பல கோடி கிலோகிரம்களுக்கு மேல் இருக்கும். ஆனால் அது ஏன் கீழே விழவில்லை? இதற்கான பதில் தான் அடர்த்தி ஆகும். ஒரு இரும்பு குண்டின் அடர்த்தியை விட, மழை மேகத்தின் அடர்த்தி பல மடங்கு குறைவாக இருக்கும். எனவே தான் அது கீழே விழவில்லை. 

எனவே, ஒரு பொருளுக்கு நிறை அதிகமாக இருப்பினும் அதன் அடர்த்தி குறைவாக இருந்தால், நம் பார்வையில் அது ஒரு லேசான பொருளாகவே தெரியும். 

நிறையை அளவிடும் முறை :

ஒரு பொருளினுடைய எடையைக் கணக்கிடுவதற்கு பல்வேறு இயந்திரங்கள் தற்பொழுது கண்டுபிடிக்கப்பட்டு விட்டன. ஆனால் நிறை? 

நிறையைக் கணக்கிடுவதற்குப் பல்வேறு முறைகள் உள்ளன. அவற்றில் ஒரு எளிமையான முறையை இங்கே நாம் பார்க்கலாம். நியூட்டனின் இரண்டாம் விதியை நாம் முன்னே கேள்விப்பட்டிருப்போம். அதாவது, ஒரு பொருளின் மீது செயல்படும் விசையானது,  அப்பொருளின் நிறை மற்றும் அதன் முடுக்கம் ஆகியவற்றின் பெருக்கல் பலனுக்குச் சமமாகவே இருக்கும். இதனைக் கீழுள்ளவாறு எழுதலாம். 

F=ma

இங்கு F என்பது ஒரு பொருளின் மீது செயல்படும் விசையையும், m என்பது அப்பொருளின் நிறையையும், a என்பது, பொருளின் முடுக்கத்தையும் குறிக்கிறது. இந்தச் சமன்பாட்டிலிருந்து, நிறையைக் கீழே உள்ளவாறு எழுதலாம். 

m=F/a

பொதுவாக நமது எடை என்பது, பூமி நம் மீது செயல்படுத்தக்கூடிய விசையைத் தான் குறிக்கிறது. பூமியின் ஈர்ப்பு முடுக்கம், 9.8×10⁸m/s ஆகும். எனவே, மேலுள்ள சமன்பாட்டில், F என்பதற்குப் பதிலாக, உங்களின் எடையையும், a என்பதற்கு பதிலாக, பூமியின் ஈர்ப்பு முடுக்கத்திற்கான மதிப்பையும் பயன்படுத்தினால், உங்களின் நிறையைக் கண்டுபிடித்து விடலாம். 

இப்போது உங்களின் எடை 100 கிலோகிராம் என்று எடுத்துக் கொண்டால், மேலுள்ள சமன்பாட்டின் படி உங்களின் நிறையானது 10.2 கிலோகிராம் என்ற அளவில் தான் இருக்கும். இந்த மதிப்பு எல்லா இடங்களிலும் மாறாத ஒன்றாகும். ஆனால், உங்களின் எடை நீங்கள் இருக்கும் கிரகத்தின் ஈர்ப்பு முடுக்கத்தைப் பொறுத்து மாறலாம். 

E=mc² விளக்கம்: 

ஏன் ஒரு நிறையினுடைய ஆற்றல் வடிவத்தினைப் பெறுவதற்கு அதனை ஒளியின் வேகத்தின் இருமடியுடன் (c²) பெருக்க வேண்டும்?

ஒரு குறிப்பிட்ட நிறையுடைய பொருளை ஆற்றலாக நீங்கள் மாற்றினால், அவ்வாறு மாற்றப்பட்ட ஆற்றலானது ஒளியின் வேகத்தில் தான் செல்லும். ஒரு மின்காந்தக் கதிர் வடிவத்தில். எனவேதான் ஒளியின் வேகம் இந்தச் சமன்பாட்டில் பயன்படுத்தப்பட்டுள்ளது. ஆனால், அது ஏன் இருமடியாக (square) உள்ளது?

பொதுவாக, ஒரு பொருள் மற்றொரு பொருளைவிட 4 மடங்கு அதிகமான வேகத்தில் செல்கிறது என்றால், இதன் ஆற்றலானது அந்தப்பொருளை விட 16 மடங்கு அதிகமாக இருக்கும். இங்கே, அந்தப் பொருளின் ஆற்றலானது அதன் வேகத்தின் இருமடிக்கு சமமாக இருப்பதைக் கவனிக்க வேண்டும். எனவேதான் இந்தச் சமன்பட்டில் ஒளியின் வேகம் இருமடியாக உள்ளது. 

மேலும், இந்த E=mc² என்னும் சமன்பாட்டின் படி, குறைவான நிறையும் அதிகப்படியான ஆற்றலாக மாற்றப்படும். உதாரணமாக, 1 கிராம் நிறையுடைய பொருளை ஆற்றலாக மாற்றினால், அது, சுமார் 2000 கோடி TNT வெடிகுண்டுகளிலிருந்து வெளியேற்றப்படும் ஆற்றலுக்குச் சமமாக இருக்கும். 

வெப்ப ஆற்றல், இயக்க ஆற்றல் போன்ற ஆற்றலின் பல்வேறு வடிவங்களைப் பற்றி நாம் கேள்விப்பட்டிருப்போம். ஆனால் நிறைக்கும் ஒரு ஆற்றல் இருப்பதை இந்தச் சமன்பாடு தான் முதன்முதலில் தெளிவுபடுத்தியது. இந்த சமன்பாட்டில், E என்பது ஒரு பொருளின் நிறை-ஆற்றலைக் குறிக்கிறது. 

நெகிழ்வுத்தன்மையற்ற (inelastic) ஒரே நிறையுடைய இரண்டு பொருள்கள் , ஒரே வேகத்தில் ஒன்றுடன் ஒன்று மோதுவதாக எடுத்துக் கொள்வோம். உதாரணமாக, இரண்டு ஒரே நிறையுடைய  மகிழ்ந்துகள் ஒரே வேகத்தில் எதிரெதிர் திசைகளிலிருந்து மோதுவதாக நினைத்துக் கொள்ளுங்கள். மேலும் இந்த இரண்டு மகிழ்ந்துகளும் மோதலுக்குப் பிறகு ஒட்டியவாறு, மோதிய இடத்திலேயே இருப்பதாக எடுத்துக் கொள்ளுங்கள்.

இங்கே, மோதலுக்கு முன்பிருந்த அவற்றின் இயக்க ஆற்றலானது மோதலுக்குப் பின் அவற்றின் நிறையாக மாற்றப்பட்டு விடுகிறது. எனவே அவற்றினுடைய நிறையானது ஒரு குறிப்பிட்ட அளவு அதிகரித்திருக்கும். ஆனால் இந்த மாற்றம் மிகவும் சிறியதாகவே இருக்கும். ஒருவேளை, இந்த இரண்டு மகிழுந்துகளும் ஒளியின் வேகத்திற்கு நிகரான வேகத்தில் சென்றிருந்தால், அவற்றின் நிறை, பெரிய அளவில் அதிகரித்திருக்கும். ஆனால் அதற்கு நடைமுறையில் வாய்ப்பில்லை. 

இங்கே, ஆற்றலானது நிறையாக மாற்றப்பட்டிருப்பதைக் காண முடிகிறது. இந்நிகழ்வைக் கணிதவியலாக நிரூபிப்பதிலும் E=mc² எனும் சமன்பாடு ஒரு முக்கியப் பங்கு வகிக்கிறது.

இங்கே, ஆற்றலானது நிறையாக மாற்றப்பட்டிருப்பது போல ஒரு பொருளின் நிறையும் ஆற்றலாக மாற்றப்படலாம் என்றே  இந்தச் சமன்பாடு கூறுகிறது. ஒரு பொருளிலிருந்து அதிகப்படியான ஆற்றல் வெளியேற்றப்படும் பொழுது அதன் நிறை குறைவதையும் தற்போது விஞ்ஞானிகள் கண்டுபிடித்துள்ளனர். எனவே நிறையும் ஆற்றலும் வெவ்வேறல்ல என்பது இங்குத் தெளிவாகிறது.

நிறையை ஆற்றலாக மாற்றுவதற்கென்று, இதுவரை எந்த ஒரு முறையும் வரையறுக்கப்படவில்லை. ஏனென்றால், ஒரு பொருளின் நிறையை ஆற்றலாக மாற்றுவதற்கு தேவைப்படும் வெப்பமும், அழுத்தமும், சூரியனின் கருவில் இருக்கும் வெப்பம் மற்றும் அழுத்தத்தை விட அதிகமாக இருக்கும். 

Please Select Embedded Mode To Show The Comment System.*

Previous Post Next Post