2011-க்கான வேதியியல் நோபல் பரிசு இஸ்ரேல் நாட்டுப் பேராசிரியர் டேனியல் ஷெக்ட்மான் (Daniel Shechtman) என்பவருக்கு, குவாஸி-க்ரிஸ்டல்ஸ் அல்லது குவாஸி-பீரியாடிக் க்ரிஸ்டல்ஸ் (பகுதி வெளிச்சீர் படிகம்) என்ற விந்தைப் பொருளைக் கண்டுபிடித்ததற்காக்க் கொடுக்கப்பட்டுள்ளது.
இப்பொருளையும் அதன் கண்டுபிடிப்பின் தாக்கத்தையும் புரிந்துகொள்ள சாதாப் படிகங்களை அறிமுகப்படுத்திக்கொள்வோம்.
எல்லாப் பொருளும், கண்ணுக்குத் தெரியாத துகள்களால் ஆனதே. நாம் காணும் பொருள்கள் அனைத்துமே, அணுக்களின் கூட்டு. நுன்நோக்குதலில் உன்னதம் அடைந்துள்ள மைக்ரோஸ்கோப்புகள் வழியாகப் பொருள்களைப் பார்த்து, அணுக்களின் கூட்டைப் படம் பிடித்து, இந்தக் கூற்று சரிதான் என்று மெய்ப்பிக்கப்பட்டுள்ளது.
மூலக்கூறு அட்டவணைப்படி இன்றளவில் நமக்குத் தெரிந்து கிட்டத்தட்ட நூறு வகை அணுக்கள் உள்ளன. இவை ஒன்றுடன் ஒன்று சேர்ந்து, ஒரு திடப்பொருள் உருவாகும்போது, எத்தகைய ஒழுங்குமுறை ஏற்படுகிறது என்ற கேள்வி சில நூறு வருடங்களாகவே கேட்கப்பட்டு வரும் ஒன்று.
எக்ஸ்ரே க்ரிஸ்டலோகிராஃபி என்ற முறைமூலம், பொருள்களின் வழியே எக்ஸ் கதிர்களைப் பாய்ச்சிக் கிடைக்கும் படங்களை வைத்து ஆராய்ந்தால், அந்தப் பொருளின் உள்ளே அணுக் கூட்டுச்சேர்க்கை எவ்வகையான ஒழுங்கில் இருக்கிறது என்பதைக் கண்டுபிடிக்கலாம்.
கியூபிக், ராம்பிக், டெட்ராஹெட்ரல் என்று ஒருசில எளிமையான வடிவங்களில் அணுக்கள் கூட்டுச்சேர்ந்து, அவ்வகை எளிமையான வடிவங்கள் தொடர்ந்து ஒன்றை அடுத்து ஒன்று வருவதன் காரணமாகவே, இன்று நாம் கண்ணால் காணும் திடப்பொருள்கள் பலவும் உருவாகியுள்ளன. இப்படிப்பட்ட திடப்பொருள்களைப் படிகம் (க்ரிஸ்டல்) என்கிறோம். சமையலில் உபயோகிக்கும் கல் உப்பிலிருந்து, காபியில் போடும் சக்கரையிலிருந்து, பல்வேறு பொருள்களில் இவ்வகைப் படிக நிலையைக் காணமுடியும். இவற்றைப் பொடியாக்கினால் அவற்றின் படிக நிலை நொறுங்கிப்போய்விடும்.
இந்தப் படிகங்களில் சில பொதுக்குணங்கள் உண்டு. இவற்றில் அணுக்கள் ஒருவித சீரான இடைவெளியில் இருக்கும். அதாவது இவை வெளிச்சீர் படிகங்கள் (ஸ்பேஷியலி பீரியாடிக் க்ரிஸ்டல்) எனப்படும்.
காலச்சீர் என்றால், ஒழுங்கான கால இடைவெளியில் நடக்கும் ஒரு விஷயம். தினமும் அதிகாலை உதிக்கும் சூரியன், மாத இடைவெளிகளில் மீண்டும் ஏற்படும் பருவநிலைகள், சூரியனை ஒரு வருடம் சுற்றி அதே இடத்துக்கு மீண்டும் வரும் பூமி, நிலவின் அமாவாசை-பௌர்ணமி போன்றவை இப்படி காலச்சீரில் நடக்கும் நிகழ்வுகள். காலம் = டைம்.
அதேபோல் ஸ்பேஸ் = வெளி. வெளிச்சீர் என்றால், ஒரு வடிவம் ஒழுங்கான இடை“வெளி”யில் மீண்டும் மீண்டும் வருவது. முப்பது செண்டிமீட்டர் (ஒரு அடி) ஸ்கேலில் சம இடைவெளியில் உள்ள மில்லிமீட்டர் கோடுகள், பாதசாரிகள் சாலையைக் கடக்க இடப்பட்டுள்ள சம இடைவெளியிலான கருப்பு-வெள்ளை வரிக்குதிரை கிராஸிங், வீட்டுத் தரையில் ஏதோ ஒரு வடிவத்தைச் சம இடைவெளியில் மறுபதிப்பு செய்யும் அலங்கார டைல்ஸ் – இவை, வெளிச்சீருக்கு உதாரணங்கள்.
திடப்பொருளான படிகங்களில் இவ்வகை வெளிச்சீர் ஒழுங்கு இருப்பது பல வருடங்களாகவே எக்ஸ்ரே க்ரிஸ்டலோகிராஃபி முறையில் அறியப்பட்டிருந்த்து. அதனால், படிகம் என்றாலே, அவை வெளிச்சீர் உடைய அணுக்கூடுகளின் சேர்க்கை என்று சொல்லிவிட்டனர்.
வெளிச்சீர் ஒழுங்கு உள்ள படிகங்களுக்குச என்று சில சமச்சீர் (சிம்மெட்ரி) குணங்கள் உண்டு. முக்கியமாக, சுழல் சமச்சீர் குணம் (ரொட்டேஷனல் சிம்மெட்ரி) அவற்றுக்கு உண்டு.
அநேகமாக அனைத்துப் படிகங்களிலும், அணுக்கூட்டின் எளிமையான வடிவத்துக்கு ஏற்றபடி, இருமடி, மும்மடி, நால்மடி அல்லது அறுமடி சுழல்-சமச்சீர் குணம் (2, 3, 4, 6 ஃபோல்ட் சிமெட்ரி) இருக்கும்.
ஐ-மடி சுழல்-சமச்சீர் அல்லது ஆறுக்குமேல் எண்கள் கொண்ட சுழல்-சமச்சீர் குணங்கள் இயற்கையில் இருப்பதாகத் தெரியவில்லை. அப்படியே இருந்தாலும், அது வெளிச்சீர் ஒழுங்கை வெளிப்படுத்தவல்ல அணுக்களின் கூட்டாக அமையாது என்று கருதப்பட்டது. அதாவது இவற்றை வரிசையாக அடுத்தடுத்து சேர்த்துவைத்தால் ஒரு திடப்பொருள் உருவாக முடியாது என்று கருதப்பட்ட்து. இந்த தர்க்கம், படிகம் பற்றிய புரிதலில் ஒரு பேசா-விதி ஆனது.
டேனியல் ஷெக்ட்மான் இப்புரிதலைப் புரட்டிப்போட்டார். மிரட்டிப்போட்டார் என்று சொல்லவேண்டும். 1982 ஏப்ரல் 8 அன்று மைக்ராஸ்கோப்பில் இவர் கண்டது, வெளிச்சீர் பிறழ்ந்த ஒரு படிகத்தை.
அலுமினியம்-மாங்கனீஸ் கலப்பு உலோகப் படிகத்தை எலக்ட்ரான்-நுன்நோக்கியில் ஆராய்கையில் அவர் கண்டது ஐ-மடி சுழல்-சமச்சீர் குணம் (5-ஃபோல்ட் ரொட்டேஷனல் சிம்மெட்ரி) கொண்ட ஒரு படிகத்தை. படத்தை ஐ-மடியாகவோ அல்லது பன்-மடியாகவோ (10 ஃபோல்ட்) சுழற்றினால், அதாவது, 360/5 = 72 டிகிரி கோணங்களாய் அல்லது 360/10 = 36 டிகிரி கோணங்களாய் சுழற்றினால், படம் முன்போலவே, சுழற்றியதே தெரியாமல் இருக்கும்.
மேலே படத்தில் இடதுபக்கத்தில் இருப்பது ஐ-மடி சுழல் சமச்சீர் குணம் கொண்ட ஓர் அணுக்கூடு. இதனை 72 டிகிரி சுழற்றினால், முன்புபோலவே இருக்கும். என்றாலும், இவ்வடிவத்தை மறுபிரதி எடுத்து, ஒன்றுடன் ஒன்று இடைவெளி இன்றி ஒட்டவைக்க முடியாது. அதனால், இவ்வகை அணுக்கூட்டைத் தொடர்சங்கிலியாக அணிவரிசைகளில் அமைத்து ஒரு திடப்பொருளைத் தோற்றுவிக்கமுடியாது என்று நம்பப்பட்டது. படத்தின் வலதுபக்கத்தில் இப்படி ஒரு திடப்பொருளைச் செய்யமுடியும் என்பதற்கான நிரூபணத்தைத்தான் ஷெக்ட்மான் கண்டறிந்தார். (புரிவதற்காக, சற்று எளிமையாக்கி இரு பரிமாணத்தில் விளக்க முற்பட்டுள்ளேன். ஷெக்ட்மான் கண்டது முப்பரிமாணத்தில் இவ்வகை அமைப்பைக்கொண்ட ஒரு பொருளை.)
***
1982-லிருந்து 2011 வரை ஷெக்ட்மானின் நோபல் பரிசு மார்க்கம், சோகங்களும், திடுக் திருப்பங்களும், சுவாரஸ்யங்களும் நிறைந்தவை. முடிவில் சுபம்.
முதலில் தான் கண்டதை ஷெக்ட்மான் நம்பவே இல்லை. ஆச்சரியத்தில் யாரிடமாவது உடனேயே பகிர்ந்துகொள்ளவேண்டும் என்று அறைக்கு வெளியே வந்து பார்த்தால், நீண்ட காரிடாரில் ஒரு ஆளைக் காணோம். ஆராய்ச்சியைத் தொடர்ந்து, கலப்பு உலோகப் படிகத்தை பல்வேறு கோணங்களில் படம் பிடித்தார். ஒருவேளை இரண்டு வகைப் படிகங்கள் ஒன்றுடன் ஒன்று ஒட்டிக்கொண்டுள்ள கோளாறான ஓர் அணுக்கூட்டை ஆராய்கிறோமோ என்று சரிபார்த்தார். அப்படி இருக்கவில்லை. அத்தினத்தின் இறுதியில் இருபது பக்கங்கள் கொண்ட ஒரு வடிவம் எவ்வாறு சமச்சீர் குணத்தை வெளிப்படுத்துமோ அவ்வகையில் அந்தக் கலப்பு உலோகப் படிகம் செயல்படுவதை அவர் கண்டுபிடித்தார்.
முப்பரிமாணத்தில், ஆறு அச்சில் ஐ-படிச் சுழல்-சமச்சீர் குணத்தையும், பத்து அச்சுககளில் முப்படிச் சுழல் சமச்சீர் குணத்தையும், பதினைந்து அச்சுக்களில் இருபடிச் சுழல் சமச்சீர் குணத்தையும் வெளிப்படுத்தவல்ல படிக உருவம் கொண்ட கலப்பு உலோகம் அது.
முதல் இரண்டு வருடங்களுக்கு, அவர் வேலை பார்த்த இட்த்தில் இருந்த பிற விஞ்ஞானிகள் ஷெக்ட்மான் கூறியதை நம்பவில்லை. அவருடைய ஆராய்ச்சிக் குழுத் தலைவர் இவரிடம், கிரிஸ்டலோகிராஃபி கல்லூரிப் பாடப் புத்தகத்தைக் கொடுத்து, “இதைப் படித்து அடிப்படைகளைப் புரிந்துகொள்! நீ கூறும் குவாஸி-க்ரிஸ்டல்ஸ் என்பது அடிப்படை விதிகளை மீறுவது. எனவே அப்படி ஒன்று இருக்க வாய்ப்பே இல்லை” என்று இவரை அவமானப்படுத்தியுள்ளார். ஷெக்ட்மான் தொடர்ந்து தன் கட்சியையே முன்வைக்க, அவர் அந்த ஆராய்ச்சிக் குழுவிலிருந்து வெளியேற்றப்பட்டார். 1982 இறுதியில் இஸ்ரேலுக்குத் திரும்பிவந்த ஷெக்ட்மான், தன் பேராசிரியர் பணியைத் தொடர்ந்தார்.
1983-ல், இஸ்ரேலில் அவர் வேலை செய்த பல்கலைக்கழகத்தில் ஒரு சக பேராசிரியர் இலன் பிலேக் இவர் கூறியதை நம்பியதால், இருவரும் சேர்ந்து ஆராய்ச்சியைத் தொடர முயன்றனர். 1984-ல் அலுமினியம்-மேங்கனீஸ் கலப்பு உலோகத்தின் படிக நிலையை விவரித்து ஒரு ஆராய்ச்சிக் கட்டுரையை எழுதி, ஜர்னல் ஆஃப் அப்ளைடு பிஸிக்ஸ் என்ற ஆடாய்ச்சி இதழுக்கு அனுப்பினர். போஸ்ட் செய்து வீடு திரும்பும்முன் கட்டுரை நிராகரிக்கப்பட்டு ரிட்டர்ன் போஸ்டில் வந்துவிட்டது.
தன் முயற்சியில் சற்றும் மனம்தளராத விக்ரமாதித்தனாக, ஷெக்ட்மான், 1982-ல் அமெரிக்காவில் தான் பணியாற்றிய NIST இன்ஸ்டிட்யூட்டின் ஜான் காஹ்ன் என்பவரைத் தொடர்புகொண்டு நிலமையை எடுத்துரைத்தார். காஹ்ன் அந்தத் தரவுகளை ஃபிரான்ஸ் நாட்டின் க்ரிஸ்டலோகிராஃபி விஞ்ஞானி டென்னிஸ் கிராட்டியாஸ் என்பவருக்கு அனுப்பிச் சரி பார்க்கச்சொன்னார். அவரும் ஷெக்ட்மானின் பரிசோதனை சரியே என்று அங்கீகரித்தார். இதனால், அந்த நால்வரும் சேர்ந்து மற்றுமொரு ஆராய்ச்சிக் கட்டுரையை எழுதி பிஸிக்கல் ரெவ்யூ லெட்டர்ஸ் என்ற ஆராய்ச்சி இதழுக்கு அனுப்ப, இம்முறை கட்டுரை சக ஆராய்ச்சியாளர்களால் அங்கீகரிக்கப்பட்டுப் பிரசுரமாகியது. வெளிவந்ததுமே, அடிப்படை விதிகளையே மாற்றியமைக்கவல்ல ஒரு பெரும் வெடிகுண்டாக, அந்த்த் துறையையே தாக்கியது.
***
1970-களில், இடைவெளி இன்றி சீராக வெளியை நிரப்பவேண்டும் என்றால், சமச்சீர் வடிவங்களை அருகருகே வைப்பதால் மட்டுமே முடியும் என்று நம்பப்பட்டது. அருகருகே வைக்கப்பட்டுள்ள முக்கோணங்கள், சதுரங்கள் அல்லது அறுகோணங்கள் என்று யோசியுங்கள். 1974-ல் இந்த கூற்றைத் தகர்த்தெறிந்தவர் பிரிட்டனின் கணித நிபுணர் ரோஜர் பென்ரோஸ். இவர், ஒல்லி ராம்பஸ், குண்டு ராம்பஸ் என்ற இரண்டே வடிவங்களை வைத்து இருபரிமாண வெளியை இடைவெளி இன்றி நிரப்பினார். இந்த ராம்பஸ்களின் கூட்டு வடிவம், வெளிச்சீர் அற்றது.
இவ்வகை வெளிச்சீர் அற்ற, ஆனால் வெளியை முழுவதும் நிரப்பும் தொடர்வடிவங்கள் இஸ்லாமியக் கட்டட, ஓவியக் கலைகளில் மிகவும் பிரசித்தம். ஸ்பெயின் நாட்டில் பதினான்காம் நூற்றாண்டில் கட்டப்பட்ட அல்ஹாம்ப்ரா கோட்டை மாளிகையின் உட்சுவர்ச் சித்திரங்கள், தரை டைல்கள் ஆகியவை பென்ரோஸ் வகையைச் சேர்ந்தவை. இரானில் டார்ப்-இ-இமாம் புனிதத் தலத்திலும் இவ்வகை வடிவங்களைக் காணலாம். இந்தியாவில், அக்பர் கட்டிய ஃபத்தேபூர் சிக்ரியின் கட்டடங்களில் இவ்வகை வடிவங்களைக் காணலாம். பல இந்துக் கோவில்களில் இவ்வகை வெளிச்சீர் அற்ற வடிவங்கள் அலங்கார இழைகளாகத் தூண்களிலும் உட்கூரைகளிலும் இருப்பதைக் காணலாம்.
இப்போது இந்தப் புரிதலை குவாஸி-க்ரிஸ்டல்களுடன் சேர்த்து ஒட்டுவோம்.
ஆலன் மெக்கே என்ற இயற்பியலாளர் 1982-ல் பென்ரோஸின் வெளி-நிரப்பும் தொடர்வடிவத்தை வைத்து விளையாடிக்கொண்டிருக்கையில், அதில் ஒவ்வொரு வட்டத்துக்குள்ளும் பத்து அணுக்களை வைத்தால், அந்த வடிவமே, பன்-மடிச் சுழல் சமச்சீர் கொண்ட ஒரு படிகநிலையைக் குறிப்பதைக் கவனித்தார். ஒரே சிக்கல், அவரிடம் அவ்வகைப் படிக நிலையை உடைய நிஜப்பொருள் இருப்பதற்கான நிரூபணம் ஏதும் இல்லை.
1984-ல் ஷெக்ட்மானின் ஆராய்ச்சிக் கட்டுரையை மேற்பார்வையிட்ட பால் ஸ்டெயின்ஹார்ட்டும் டௌ லொவைனும், ஷெக்ட்மேனின் தரவுகளையும் பென்ரோஸ் டைலிங்கை வைத்து வடிவமைத்த ஆலன் மெக்கேயின் மாதிரியையும் தொடர்புபடுத்தி, ‘அட, இங்கு பாருங்கள்! ஆலன் மெக்கே விளையாட்டாகப் போட்ட படிக வடிவமும் ஷெக்ட்மானின் ஆராய்ச்சியில் காணப்படும் நிஜப்பொருளும் ஒன்றாக இருக்கின்றன!’ என்று சொல்லி, சுடச்சுட ஒரு ஆராய்ச்சிக் கட்டுரையைப் பிரசுரித்தார். இக்கட்டுரையில்தான் முதன்முதலாக இவ்வகைப் பொருளுக்கு குவாஸி-க்ரிஸ்டல் (முழுப்பெயர்: குவாஸி-பீரியாடிக்-க்ரிஸ்டல்) என்று நாமகரணம் சூட்டினார்.
ரோஜர் பென்ரோஸ் கணிதத்தையும் கலையையும் இணைத்தார் என்றால், ஷெக்ட்மானும் ஆலன் மெக்கேயும் அதனுடன் நிஜத்தில் காணும் வேதியியலைப் பொருத்தினர்.
***
ஆனாலும் டேனியல் ஷெக்ட்மானுக்குத் தனிமனித அளவில் எதிர்ப்பு குறைந்தபாடில்லை. இரண்டு முறை நோபல் பரிசு வென்ற (ஒரு முறை வேதியியல், மறுமுறை அமைதி) லினஸ் பாலிங், ஷெக்ட்மானின் கண்டுபிடிப்பைக் கடுமையாக விமரிசித்து, இவ்வகைப் பொருள் வேதியியலில் சாத்தியமே இல்லை என்று சொன்னதுதான் இதற்குக் காரணம். ஷெக்ட்மான் சென்ற இடமெல்லாம் கேலிக்கும் பரிகாசத்துக்கும் ஆளானார்.
ஆனால், காலப்போக்கில் நிலைமை மாறியது. 1990-களில் உலகெங்கும் பல ஆராய்ச்சிக் குழுக்கள் இந்த வகை பகுதி வெளிச்சீர் படிக வடிவைக் கொண்ட கலப்பு உலோகங்களைப் பரிசோதனைகளில் தோற்றுவித்தனர். ஐ-மடி, என்-மடி, பன்-மடி சுழல் சமச்சீர் குணங்களுடன் குவாஸி-க்ரிஸ்டல்கள் இதுவரை உருவாக்கப்பட்டுள்ளன.
இந்தியர்களும் இதில் ஆக்கபூர்வ ஆராய்ச்சிகளைச் செய்துள்ளனர். இந்தியன் இன்ஸ்டிட்யூட் ஆஃப் சயின்ஸ், பனாரஸ் ஹிந்து பல்கலைக்கழகம் ஆகிய இடங்களின் வேதியியல் மற்றும் மெட்டீரியல் சயின்ஸ் குழுவினர், இரு பரிமாண, ஒரு பரிமாண கலப்பு உலோக குவாஸி க்ரிஸ்டல்களைப் பரிசோதனையில் உருவாக்கியுள்ளனர். 2005 வாக்கில் ரஷ்யாவில், இயற்கையிலேயே தோன்றும் பகுதி வெளிச்சீர் படிகம் ஒன்றும் கண்டுபிடிக்கப்பட்டுள்ளது.
ஷெக்ட்மானின் கண்டுபிடிப்பின் காரணமாக, 1991-ல் இண்டர்நேஷனல் யூனியன் ஆஃப் கிரிஸ்டலோகிராஃபி என்னும் அமைப்பு, படிகம் என்பதற்கான தங்களது வரையறையையே மாற்றி அமைத்தது. படிகம் என்றால் வெளிச்சீருடன் எளிமையான வடிவங்களில் சங்கிலித்தொடராக அமைந்த அணுக்களின் கூட்டால் ஆன திடப்பொருள் என்ற விளக்கத்திலிருந்து, படிகம் என்றால் டிஃப்ராக்ஷன் கிரேட்டிங்கில் தனித்தன்மையுடனான படத்தைத் தரவல்ல அணுக்கூடு கொண்ட ஒரு திடப்பொருள் என்று மாற்றப்பட்டுள்ளது.
யார் எல்லாம் எதிர்த்தார்களோ, லினஸ் பாலிங்கைக் காரணம் காட்டி டேனியல் ஷெக்ட்மானை ஏளனம் செய்தார்களோ, அவர்களே பாராட்டும்வகையில், உலக வேதியியல் வருடமான 2011-ல் டேனியல் ஷெக்ட்மானுக்கு குவாஸி கிரிஸ்டல்ஸ் எனப்படும் பகுதி வெளிச்சீர் படிகத்தைக் கண்டுபிடித்ததற்காக வேதியியல் நோபல் பரிசு அளிக்கப்பட்டுள்ளது.
No comments :
Post a Comment