திரவத்தில் உள்ள மூலக்கூறுகள் திடப்பொருளை விட இடைவெளி விட்டு அமைந்திருக்கும், ஆனால் காற்றைப்போல சுதந்திரமாக இருக்காது. ஒரு மூடப்பட்ட தொட்டியை எடுத்து அதில் ஒரு மூலையில் இருந்து வாயுக்களை நிரம்பும்போது அந்த வாயு தொட்டியின் மூலை முடுக்கெல்லாம் நிரம்பிக்கொள்ளும். தொட்டி முழுவதும் நிரம்பிய பின்னரும் நாம் தொடர்ந்து நிரப்பினால் அங்கு காற்று அழுத்தப்பட்டு மேலும் குறிப்பிட்ட அளவு வாயுவை உள்ளே நிரப்பமுடியும்.
ஆனால் ஒரு தொட்டியில் திரவத்தை நிரப்பும்போது அதுவும் தொட்டியின் மூலை முடுக்கெல்லாம் நிரம்பினாலும் ஒரு குறிப்பிட்ட அளவிற்கு மேல் அடங்காது. காரணம் அதில் மூலக்கூறுகள் வாயுவைவிட அருகருகில் அமைந்திருப்பதால் அது மொத்த இடைவெளியையும் அடைத்தபின், மேலும் நிரம்பாது.
இதுவே ஒரு திடப்பொருளை தொட்டிக்குள் போடும்போது அது தொட்டி முழுவதையும் நிரப்ப முயற்சி செய்யாது. ஏனென்றால் அதில் உள்ள மூலக்கூறுகளுக்குள் போதிய இடைவெளி இருக்காது என்பதால் அவற்றால் எளிதாக நகர முடியாது. எந்த வடிவத்தில் நாம் தொட்டிக்குள் விட்டோமோ, அதே வடிவத்தில் தொட்டியை அடைத்துகொண்டிருக்கும்.
இங்கு நாம் இன்னொன்றையும் குறிப்பிட வேண்டும். திடப்பொருள்களில் உள்ள மூலக்கூறுகள் நகரவே நகராது என நாம் சொல்லிவிட முடியாது. அவை நகரும். (குறிப்பாக அதீத வெப்பத்திற்கு உள்ளாகும்போது திடப்பொருளின் மூலக்கூறுகள் நன்றாகவே அசையும்) ஆனால் தன் வடிவத்தை மாற்றும் அளவிற்கு சாதாரண வெப்பத்தில் அவற்றால் நகர முடியாது.
சில திரவங்கள் கெட்டித்தன்மை வாய்ந்ததாக இருக்கும். அவற்றைப் பாகுநிலை (Viscous) கொண்ட திரவம் என அழைப்பர். உதாரணத்திற்கு எண்ணெய்களை எடுத்துக்கொள்ளலாம், அம்மனுக்குக் காய்ச்சிய கூழை எடுத்துக்கொள்ளலாம். இவற்றை ஒரு தொட்டியில் அடைத்தால் சாதாரண திரவத்தை விட நகர்வதற்கு அதிக நேரத்தை எடுத்துக்கொள்ளும். ஆனால் திடப்பொருளை போல நிரம்பாமல் இருக்காது. நிரம்பி விடும்.
சில திரவம் மிகவும் கெட்டித்தன்மை வாய்ந்ததாக இருக்கும். இவை படிகங்களைப்போல திடமாக இல்லாவிட்டாலும்கூட, திடப்பொருள் போலவே செயல்படும். இவற்றில் மூலக்கூறுகளின் இடைவெளி திரவ வடிவத்திற்கும், திட வடிவத்திற்கும் இடைபட்ட நிலையில் அமைந்திருக்கும். உதாரணமாக ஜெல்லியைக் கூறலாம். இப்போது திடப்பொருள், திரவம், வாயு ஆகிய மூன்றிலும் மூலக்கூறுகள் எவ்வாறு அமைந்திருக்கும் என்பதைப் பார்த்தோம்.
பருப்பொருள்களின் மூன்று நிலைகள்
இன்னும் சொல்லப்போனால் பூமியின் உள்ள பருப்பொருள்களின் வெவ்வேறு நிலைகள்தான் இந்த திடம், திரவம் மற்றும் வாயு நிலை என்பது. (பிளாஸ்மா என்றொரு நிலை இருக்கிறது. அவற்றை நாம் பார்க்கப்போவதில்லை.) பெரும்பாலான பொருட்கள் வெவ்வேறு வெப்ப நிலைகளில் இந்த மூன்றில் ஏதாவது ஒரு நிலையைப் பெறுகின்றன.
உதாரணத்திற்கு மீத்தேனை எடுத்துக்கொள்வோம். மீத்தேன் என்றவுடனேயே அது ஒரு வாயு என்ற கற்பனைதான் உங்கள் மனதில் ஓடும். பூமியில்தான் இது ஒரு வாயு. (மீத்தேனைச் சதுப்பு வாயு என கூறுவர். காரணம் சதுப்பு நிலங்களில் குமிழிகளாக இந்த வாயுக்கள் எழுந்த வண்ணம் இருக்கும். இதே காரணத்தால்தான் அந்த நிலத்தில் சில சமயங்களில் தீப்பிடிக்கவும் செய்கின்றன). இதே மீத்தேன், சனி கிரகத்தில் இருக்கும் நிலவுகளில் ஒன்றான, மிகவும் குளிர்ச்சியடைந்த டைடன் என்ற நிலவில் திரவ வடிவத்தில் இருக்கிறது. அதுவும் மீத்தேன் ஏரிகளே அந்த நிலவில் இருக்கின்றன. ஒருவேளை சனி கிரகத்தில் கவிஞர்கள் இருந்தால் நதியே நதியே மீத்தேன் நதியே என்றுதான் பாடியிருக்கக்கூடும். இதே நிலவு மேலும் குளிர்ந்திருந்தால் மீத்தேன் உறைந்துபோய் திட வடிவத்தை பெற்றிருக்கும்.
இதேபோல பாதரசத்தை நாம் பார்த்திருப்போம். பூமியின் சராசரி வெப்ப நிலையில்தான் பாதரசம் திரவ வடிவில் இருக்கிறது. நாம் ஆர்க்டிக் பிரதேசத்தில், குளிர்கால இரவில் இதே பாதரசத்தை எடுத்துச் சென்றால் திடமான உலோகமாக பாதரசம் மாறி இருக்கும். நாம் பெரும்பான்மையாக அனைத்து வகை கருவிகளிலும் பயன்படுத்தும் இரும்பு அதீத வெப்ப நிலைக்கு உட்படும்போது திரவமாகிறது. நம் பூமிக்கு அடியில், மையத்தில் திரவ நிக்கலுடன் கலந்து இரும்பு கடலாகவே ஓடுவதாக விஞ்ஞானிகள் கூறுகின்றனர். அதில் உயிரினங்கள் வாழ்வதற்கும் சாத்தியம் இருக்கிறது என்று அவர்கள் கூறுவதுதான் கூடுதல் ஆச்சரியம்.
ஒருவேளை சூரியனைத் தவிர வேறு ஏதாவது ஒரு நட்சத்திரத்தின் அருகே வெப்பமான கோள் ஒன்று இருந்தால் அதில் நிச்சயம் திரவ வடிவ இரும்பின் கடல் ஓடிக்கொண்டிருக்கும். நம் பூமியின் அளவுகோளின்படி இரும்பின் உறைநிலையே 1,538 செல்சியஸ். அப்படியென்றால், பூமிக்கு மையத்தில் எவ்வளவு அதிகமான வெப்பம் இருந்தால் இரும்பு என்ற உலோகம் திரவ வடிவத்தில் கடலாக ஓடிக்கொண்டிருக்கும் எனக் கற்பனை செய்துகொள்ளுங்கள்.
அணுவின் உள்ளே ஆச்சரியம்
ஒரு பொருளை எடுத்து அவற்றைத் துண்டு துண்டாக வெட்டினால் அந்தப் பொருளின் கடைசி சிறிய அளவை அணு என்று பார்த்தோம். ஒரு தங்கத்தின் அணுவை எடுத்துத் துண்டாக்கும்போது இறுதியாகக் கிடைக்கும் சிறிய அளவு ஒரு தங்க அணு. அந்தக் கடைசி அளவு தங்கத்தின் தன்மையைக் கொண்டிருக்கும். அதையும் நாம் தங்கம் என்று அழைக்கலாம். ஆனால் அதற்கும் மேல் அந்த அணுவை நம்மால் வெட்ட முடியுமா? தங்கத்தின் அணுவை நாம் எடுத்துப் பார்த்தால் ஒரு தூசி போல தோன்றுமா? இல்லை.
உண்மையில் அது பார்ப்பதற்கு தங்கத்தின் தூசுபோல தோன்றாது. அது எதுபோலவும் தோன்றாது. காரணம் தங்கம் மட்டும் அல்ல வேறு எந்த தனிமத்தின் அணுவையும் நம்மால் பார்க்கவே முடியாது. அதிசக்திபடைத்த நுண்ணோக்கியால்கூட அந்த அணுவைப் பார்க்க முடியாது. பிறகு அணு இப்படிதான் இருக்கிறது என்ற முடிவுக்கு விஞ்ஞானிகள் எப்படி வந்தனர்? நம்மால் பார்க்க முடியாத விஷயங்களை விஞ்ஞானிகள் எப்படிப் பார்க்கின்றனர்? புரிந்துகொள்கின்றனர்? இதுகுறித்து விரிவாக வரும் அத்தியாயங்களில் பார்க்கலாம். இப்போதைக்கு நாம் அணுவை மேலும் பிளக்க முடியுமா எனப் பார்ப்போம்.
நம்மால் பார்க்கவே முடியாத ஓர் அணுவை எடுத்து மேலும் பிளக்க முடியுமா? முடியும். அணுவை நாம் மேலும் துண்டாக்க முடியும். ஆனால் அந்த அணுவை துண்டாக்கியவுடன் அது அந்தத் தனிமத்தின் குணத்தை இழந்துவிடுகிறது. மேலும் அந்த அணுவில் இருந்து நம்மால் நினைத்தே பார்க்க முடியாத அளவுக்கு ஆற்றல் வெளிப்படுகிறது. அணுவை முதலில் பிளந்தவர் நியூசிலாந்தை சேர்ந்த எர்னஸ்ட் ரதர்ஃபோர்ட் என்கிற விஞ்ஞானி. இதை அவர் செய்தது 1919ஆம் ஆண்டில்.
முதன்முதலில் அணுவின் அமைப்பு இப்படிதான் இருக்கும் என்ற ஒரு மாதிரியை ஆங்கில இயற்பியளாலர் ஜே.ஜே தாம்சன்தான் முன்வைக்கிறார். அதற்கு Currant Bun மாதிரி எனப் பெயர். இதைப் பற்றி நாம் இப்போது பார்க்கப்போவதில்லை. காரணம் அது சரியானது இல்லை என ரதர்ஃபோர்டின் மாதிரி நிரூபித்துவிட்டது.
சொல்லப்போனால், ரதர்ஃபோர்ட்டே தாம்சனின் சிஷ்யப் பிள்ளைதான். ரதர்ஃபோர்டின் கண்டுபிடிப்பு அணு குறித்த மிகப்பெரிய புரிதலை முன்வைத்தது. அதைத் தொடர்ந்து அவருடைய மாணவரான டச்சு விஞ்ஞானி நீல்ஸ் போர், ரதர்ஃபோர்ட் மாதிரியை மேலும் மெருகேற்றி, சிறிய அளவு சூரியக் குடும்பத்தை போன்ற ஒரு தோற்றத்தை அணுவின் அமைப்பிற்கு கொடுத்தார். ரதர்ஃபோர்ட் மற்றும் போரின் கண்டுபிடிப்புகள் அணுவிற்கு நடுவே அணுக்கரு (Nucleus) என்ற ஒரு பொருள் இருப்பதாகக் கூறின. அந்த அணுக்கருவை எலக்ட்ரான் (Electron) என்னும் துகள் சுற்றிக்கொண்டிருப்பதாக விளக்கின.
இப்போது அணுவின் வடிவத்தைக் கொஞ்சம் கற்பனை செய்து பார்ப்போம். அணு என்பது மிகச்சிறிய அளவு அல்லவா? ஒரு பொருள் பல கோடிக்கணக்கான அணுக்களால் உருவாகி இருக்கும். அப்படியென்றால் ஓர் அணுவும், இன்னொரு அணுவும் இறுகி, பிணைந்து, இடைவெளியே இல்லாத அளவிற்கு ஒட்டிகொண்டுதானே இருக்க வேண்டும்? கிடையாது. இங்குதான் நாம் ஆச்சரியமான உலகத்திற்குள் செல்லப்போகிறோம். இரண்டு அணுக்களை எடுத்துக்கொண்டால் ஓர் அணுவில் உள்ள அணுக்கருவிற்கும், மற்றொரு அணுவில் உள்ள அணுக்கருவிற்கும் இடையேயான இடைவெளி ஒப்பீட்டளவில் பிரமாண்டமானதாக இருக்கும்.
நாம் ஏற்கெனவே பார்த்த வைரக்கற்களை எடுத்துக்கொள்வோம். அதில் கார்பன் அணுக்கள் படை வீரர்களைப் போல வரிசைக்கட்டி முப்பரிமாணத்தில் அமைந்திருக்கும் எனப் பார்த்தோம் இல்லையா? இப்போது இந்த வைரக்கற்களில் அணுக்களின் அளவு மற்றும் அணுக்களுக்கு இடையேயான வெளி எவ்வளவு இருக்கும் எனச் சில ஒப்பீடுகள்மூலம் பார்க்கலாம்.
வைரக்கற்களில் உள்ள கார்பன் அணுக்களின் உள் இருக்கும் அணுக்கருவை ஒரு கால்பந்து எனக் கற்பனை செய்துகொள்ளுங்கள். இந்தக் கால்பந்து ஒவ்வொன்றையும் எலக்ட்ரான்கள் சுற்றி வருகின்றன. இதன்படி பார்க்கும்போது வைரத்தில் உள்ள ஒரு கால் பந்திற்கும், மற்றொரு கால் பந்திற்கும் இடையில் உள்ள இடைவெளியின் தூரம் எவ்வளவு தெரியுமா? ஒப்பீட்டளவில் 15 கிலோமீட்டர்கள்!
இந்த இரண்டு கால்பந்திற்கும் இடையேயுள்ள 15 கிலோ மீட்டர்கள் தூரத்தைத்தான் எலக்ட்ரான்கள் சுற்றிக்கொண்டிருக்கின்றன. இப்போது இந்தக் கால்பந்துடன் ஒப்பிடும்போது ஒவ்வொரு எலக்ட்ரானின் அளவு எவ்வளவு தெரியுமா? ஒரு கொசுவைவிட சிறிய அளவு!
இந்தக் கொசு அளவு உள்ள எலக்ட்ரான்களுக்கும், கால்பந்து அளவுள்ள அணுக்கருக்களுக்கும் இடையேயான இடைவெளியும் ஒப்பீட்டளவில் சில கிலோ மீட்டர்கள் இருக்கின்றன. கொஞ்சம் கற்பனை செய்து பாருங்கள். வைரம் என்பது எத்தனை திடமான பொருள். அதற்குள் அமைந்திருக்கும் அணுக்கள், அந்த அணுவிற்குள் இருக்கும் அணுக்கரு, அதைச் சுற்றி இருக்கும் எலக்ட்ரான்கள் ஆகியவற்றுக்கு இடையில் எத்தனை பெரிய வெற்றிடம் இருக்கிறது! இன்னும் சொல்லப்போனால் அந்தத் துகள்கள் அமைந்திருப்பதைவிட வெற்றிடம்தான் அதிகம் இருக்கிறது. வைரம் மட்டுமல்ல, பாறைகளை எடுத்துகொண்டாலும் சரி. கற்களை எடுத்துகொண்டாலும் சரி. எந்த வகையான கற்களாக இருந்தாலும் சரி, அவை எவ்வளவு கடினமானதாக, திடமானதாக இருந்தாலும், சரி, உள்ளுக்குள் வெற்றிடத்தால்தான் நிரம்பி இருக்கின்றன. இரும்பு, ஈயம் போன்ற உலோகங்களுக்கும் இப்படியான இடைவெளிகள் இருக்கின்றன. ஏன் நீங்களும், நானும் கூட இப்படியான வெற்றிடத்தால்தான் நிரப்பப்பட்டு இருக்கிறோம்.
(தொடரும்)
ரசிக்கும்படியாக அறிவியலை வாசிக்கத் தருகிறீர்கள். பள்ளிகாலத்தில் தவறவிட்ட பகுதிகளை உங்களின் தொடரின் மூலம் ஈடேற்றிக் கொள்ளவிரும்புகிறேன்.