Category: அளவும் அறிவியலும்

அளவும் அறிவியலும் / முனைவர். ஆர். சுரேஷ்

images (8)

நம் அன்றாட வாழ்வில் அளவற்று புழங்கும் சொல் ‘அளவு’. ஆம், உடுத்தும் உடை, உண்ணும் உணவு, வாழும் இடம், சொல்லும் சொல் எல்லாவற்றிற்கும் அளவு உண்டல்லவா? அவ்வாறே, பயன்படுத்தும் கருவிகளாம், கணினி, தொலைக்காட்சி, அலைபேசி, வாகனம், முதலியன யாவும் பிரத்யேக அளவுடையாதாய் இருக்கின்றன. அறியாமலோ அல்லது அறிந்தும் உணராமலோ அளவினை பயன்படுத்தும் (சொல்லாகவோ அல்லது பொருளாகவோ) இடங்கள் ஏராளம்! வழக்கத்தில் வந்தேரிப்போன அளவு, அறிவியல் மற்றும் தொழிற்நுட்ப (அறிவியலின் பயன்பாடு) துறையின் அடிப்படையாக திகழ்கிறது. நம் வாழ்விலிருந்து நீக்க முடியா (வாழ்நாளும் அளவுடையதாயிற்றே!) அளவின், அறிவியல் பற்றி இங்கு காண்போம்.

அளவு என்பது வெற்றிடத்தில் ஒரு பொருள் (அல்லது ஏதேனும் ஒன்று) கொள்ளும் (occupy) இடம் பற்றிய செய்தியை குறிப்பதாகும். அளவினை அலகுகளால் (units) அளக்கிறோம். பொதுவாக, ஒன்றின் நீளம், அகலம், உயரம், பரப்பளவு, நிறை முதலிய செய்திகளை பற்றி தெரிவிப்பதாக அது அமைகிறது. அதாவது, ஒரு பொருளின் பரிமாணத்தை (dimension) தெரிவிப்பதாக அளவுகள் அமைகின்றன. உதாரணமாக, உயிரற்றவைகளின் அடிப்படையாம் அணுவின் மையத்தில் அமைந்திருக்கும் அணுக்கருவின் (புரோட்டான் மற்றும் நீயுட்ரான்களின் கூட்டு) விட்டம் ஃபெம்டோ (10-15, 10ன் மடங்கு -15) மீட்டர் அளவுடையது. அணுவின் ஆரம் (radius) பிக்கோ (10-12, 10ன் மடங்கு -12) மீட்டர் வரம்பில் அமைந்திருக்கிறது. இவ்வணுக்கள் இணைந்து மூலக்கூறினை உருவாக்குகின்றன. பொதுவாக, ஒரு மூலக்கூறின் அளவு அதனை உண்டாக்கும் அணுக்களை பொருத்து அமைகிறது. உதாரணமாக, இரு பங்கு ஹைட்ரஜனும் ஒரு பங்கு ஆக்ஸிஜனும் சேர்ந்து உண்டாகும் நீர் மூலக்கூறின் விட்டம் ஆம்ஸ்ட்ராங் (10-10, 10ன் மடங்கு -10) அளவுடையதாகும். எண்ணற்ற நீர் மூலக்கூறுகள் ஒன்றினைந்து, நிறமற்ற நீர்மமாக நமக்கு காட்சியளிக்கிறது. நீர், இருக்கும் கலனை பொருத்து, அதன் கொள்ளளவினை அறியலாம்.

சரி, ஒரு பொருளின் பரிமாணத்திற்கும் (நீளம், அகலம் முதலியன) அதன் பண்பிற்கும் தொடர்பு இருக்கிறதா? இருக்கிறது என்று தான் சொல்ல வேண்டும். உதாரணத்திற்கு, இரும்பு ஆணியை கருதுவோம். இயல்பாகவே, இரும்பு துரு பிடிக்கும் என்பதன் அடிப்படையில், இரும்பு ஆணியும் துரு பிடிக்கத்தானே செய்யும். இங்கு, ஆணியின் எப்பகுதி விரைவில் துரு பிடிக்கும் என்ற கேள்வி எழுகின்றது. இதற்கு பதில், ஆணியின் தலை மற்றும் நுனி பகுதி என்பதே! ஆம், ஆணியின் தலை பகுதியை தட்டையாக்கவும், நுனிபகுதியை கூர்மையாக்கவும், அதிக அளவு அழுத்தம் கொடுக்கப்படுகிறது. எனவே, அப்பகுதிகள், ஆணியின் தண்டு (ஒப்பீட்டளவில் அதிக அகலம்) பகுதியை கட்டிலும் அளவில் மிகவும் மெல்லியதாக மாறுகிறது. கொடுக்கப்பட்ட அழுத்தத்தினாலும் (அழுத்தத்தால் இரும்பும் உருமாறுகிறதே!), மெல்லிய தடிமனாலும் ஆணியில் தட்டை மற்றும் கூர்மை பகுதிகள் (ஒப்பீட்டளவில் மிக குறைந்த அகலம்) எளிதில் துருவாகின்றன. அதாவது, அகலமான பகுதியை காட்டிலும், மிக குறைந்த அகலம் கொண்ட ஆணியின் பகுதிகள் எளிதில் துரு பிடிக்கும் பண்பினை பெற்றிருக்கிறது. இதிலிருந்து, பரிமாணத்திற்கும், பண்பிற்கும் தொடர்பு உண்டு என்பதனை அறிய முடிகிறது அல்லவா?

மற்றுமொறு உதாரணமாக, வானவில் நிறங்களை கருதுவோம். வானவில் நிறங்கள் ஏழு என்பதை நாம் அறிவோம். அவற்றில் நீலம், பச்சை, மங்சள், சிவப்பு முதலிய நிறங்களை நம்மால் எளிதாக காண (வானவில் தோன்றும் பொழுது) முடியும். இதற்கும், அளவிற்கும் என்ன தொடர்பு? என்ற வினா எழலாம்! நிச்சயமாக தொடர்பு உண்டு! ஆம், வானவில்லின் ஏழு நிறங்களும், சூரிய கதிரான வெள்ளொளியிலிருந்து பிரிகை அடைவதன் மூலம் உண்டாகின்றன. பொதுவாக, ஒளிக்கதிருக்கு அலைநீளம் என்ற பண்பு உண்டு. அதன் அடிப்படையில் ஒவ்வொறு நிற கதிருக்கும் ஒவ்வொறு அலைநீளம் இருக்கின்றது. உதாரணமாக, நீல நிற ஒளிக்கதிரின் அலைநீளம் 450 முதல் 495 நானோ மீட்டர் ஆகும். மங்சள் நிற ஒளிக்கதிரின் அலைநீளம் 570 முதல் 590 நானோ மீட்டர். சிவப்பு நிற ஒளிக்கதிரின் அலைநீளம் 620 முதல் 750 நானோ மீட்டராக இருக்கிறது. அதாவது, ஒளிக்கதிரின் அலைநீளத்தை சொன்னால், அக்கதிரின் நிறத்தை சொல்ல முடியும். இதிலிருந்து நாம் அறிவது என்னவெனில், அளவினை சொன்னால், அதன் (நிறம் ஒரு பண்பாகும்) பண்பினையும் சொல்ல முடியும் என்பது தானே?

வாழ்விலும், ஒருவரது பேச்சின் அளவினை வைத்து அவரது பண்பினை கண்டறிவது சாத்தியம் தானே?

சரி, அளவு பண்பினை அறிய உதவுகிறதெனில், பண்புகள் அளவினை பொருத்து மாறுவதும் நிச்சயம் தானே? மேலோட்டமான உதாரணம் ஒன்றினை பார்போம். முதலில், பூஞ்சை, பாக்டீரியா மற்றும் வைரஸ் ஆகியனவற்றை கருதலாம். இவற்றில் எதை குறித்து நாம் அஞ்சுவோம்? நிச்சயமாக வைரஸ் தானே? காரணம், அதன் தீங்கிழைக்கும் (நோயினை உண்டாக்க கூடிய) பண்பு! மேலும் பூஞ்சையும், பாக்டீரியாவும் உயிரினத்தில் சேர்ந்தவை. வைரஸோ, உயிருள்ளவையாகவும், உயிரற்றவையாகவும் செயல்பட கூடியது. இங்கும் அளவிற்கும் பண்பிற்குமான நெருங்கிய தொடர்பு உண்டு என்று கருதுகிறேன. அதாவது, பூஞ்சையின் (காலான்) உடல அளவு நம் கண்களுக்கு புலப்பட கூடியதே! பாக்டீரியாவின் அளவோ (செல்லின் விட்டம்) மைக்ரோ மீட்டர் வரம்புடையது. எனவே, வெற்றுக்கண்ணால், இவைகளை காண இயலாது. நுண்ணோக்கியின் வழியாக மட்டுமே இவைகளை காண முடியும். வைரஸ்களோ, நானோ மீட்டர் அளவில் இருக்கின்றன. பாக்டீரியாவை காட்டிலும் மீச்சிறியது வைரஸ். எனவே, நுண்ணோக்கியால் கூட வைரஸினை காண முடியாது! ஆக, பூஞ்சை, பாக்டீரியா மற்றும் வைரஸின் பண்புகள் மாறுவதை அறிகிற அதேவேலையில், அவற்றின் அளவும் சீறாக குறைந்து கொண்டே செல்வதை இங்கு சுட்டிகாட்ட விழைகிறேன். ஒருவேளை, வைரஸின் விந்தையான பண்புகளுக்கு அதன் மீச்சிறு அளவே கூட காரணமாக அமைந்திருக்கலாம்!

சரி, மேற்கண்ட உதாரணங்களின் மூலம் சொல்ல வந்த கருத்து எதுவென்றால், ‘அளவினை பொருத்து பண்புகள் மாறும்’ என்பது தான். இதன் அடிப்படையிலேயே, தற்போது விஸ்வரூபம் எடுத்திருக்கும் நானோ தொழிற்நுட்பம் செயல்படுகிறது. வாருங்கள், நானோ தொழிற்நுட்பம் பற்றிய சில அடிப்படை தகவல்களை இனி பார்போம்.

‘நன்னாஸ்’ (nanos) என்ற கிரேக்க சொல்லிலிருந்து ’நானோ’ என்ற சொல் பெறப்பட்டுள்ளது. ’நன்னாஸ்’ என்பதற்கு ’சிறிய’ அல்லது ‘குல்லமான’ (dwarf) என்று அர்த்தமாம். ஆக, நானோ என்பதற்கும் சிறிய அல்லது குல்ல என்பதே பொருள். சிறிய என்று சொன்னால், எந்த அளவிற்கு சிறியது என்ற கேள்வி எழுகிறது அல்லவா? இதற்கான விடையாகவே, 10-9 (10ன் மடங்கு -9) என்ற எல்லையை விஞ்ஞானிகள் தந்தனர். எனவே, நானோ மீட்டர் என்பதற்கு 10-9 மீட்டர் என்பதே வரையறை ஆகும். அதாவது, ஒரு பொருள், ஏதேனும் ஒரு பரிமாணத்தில் ஒன்றிலிருந்து நூறு நானோமீட்டர் அளவுடையதாக இருந்தால் அதற்கு நானோ பொருள் (அளவில் மீச்சிறியதாக இருப்பதால் ‘பொருளை’ ‘துகள்’ எனக்கொள்க) என்று பெயர். நானோ பொருட்களை அடிப்படையாக கொண்டு செயல்படும் தொழிற் நுட்பத்திற்கு நானோ தொழிற்நுட்பம் என்று பெயர். எவ்வொறு தொழிற்நுட்பத்திற்கும் அறிவியலே அடிப்படையாக இருக்கிறது. எனவே, நானோ பொருளின் அறிவியலை நானோ அறிவியல் எனலாம்.

பொதுவாக, நானோ பொருட்களை பற்றி படிக்கும் பிரிவிற்கு ‘நானோவியல்’ (நானோ+இயல்) என்ற சொல்லை பயன்படுத்தலாம் என்று கருதுகிறேன். ஆம், வேதிபொருட்களை பற்றி படிக்கும் பிரிவிற்கு வேதியியல் (வேதி+இயல்) என்றும், பொருளின் இயல்பினை பற்றி படிக்கும் பிரிவிற்கு இயற்பியல் (இயல்பு+இயல்) என்றும் அழைக்கப்படுகிறதே!

முன்னதாக அளவை பொருத்து பண்புகள் மாறும் என்பதை பார்த்தோம் அல்லவா? குறிப்பாக, நானோ மீட்டர் அளவுடைய பொருளின் பண்புகள், அதன் மைக்ரோ அல்லது அதற்கும் அதிகமான (மீட்டர் அளவில்) அளவினை காட்டிலும் பெருமளவு வேறுபடுகிறது. உதாரணத்திற்கு தங்கத்தை (gold) கருதலாம். பொதுவாக தங்கத்தின் நிறம் என்ன? என்று கேட்டால் மிளிரும் மஞ்சள் (சேர்க்கப்படும் சிறிதளவு உலோகத்தை பொருத்து மிதமான நிற வேறுபாடு இருக்கலாம்) என்று தானே சொல்வோம். ஆனால், தங்கம் சிவப்பு, பச்சை மற்றும் நீல நிறத்திலும் இருக்கிறது! ஆம், தங்கத்துகளை நானோ மீட்டர் அளவிற்கு குறைத்தால், இந்நிறங்களை பெறலாம். உதாரணமாக, தொண்ணூறு, என்பது, அறுபது, மற்றும் இருபது நானோமீட்டர் விட்டமுடைய தங்க துகளின் நிறம் முறையே, சிவப்பு, மஞ்சள், பச்சை, மற்றும் ஊதா நிறமாகும்.

மேலும், பெருத்த பருமனான (bulk state) நிலையிலிருந்து ஒரு பொருள் நானோ மீட்டர் அளவிற்கு கொண்டு செல்ல, அதன் மின்னாற் (electrical) பண்பு, காந்த (magnetic) பண்பு, வினையூக்க (ஒரு வினையின் வேகத்தை அதிகரிக்க கூடிய) பண்பு முதலிய பல வகையான பண்புகள் பெருமளவு மாறுபடுகின்றன. இத்தகைய விரும்பத்தகு பண்புகளை கொண்ட நானோ துகள்கள் பல துறைகளிலும் பயன்படுத்தப்படுகிறது. உதாரணமாக, பெருத்த பரும நிலையை காட்டிலும், நானோ மீட்டர் அளவுடைய வெள்ளிதுகள்கள் மிகச்சிறந்த கிருமி நாசினி பண்பினை பெற்றிருக்கின்றன. குறிப்பிட்ட வகை வைரஸை கொல்லும் கிராஃபின் ஆக்ஸைடு (கார்பனின் ஒரு வடிவம்) நானோதாள் தயாரிக்கப்பட்டுள்ளது. எளிதில் அழுக்கு படியாத மற்றும் தீ பிடிக்காத ஆடைகள், சுயசுத்தம் செய்து கொள்ளும் வீட்டு வண்ண பூச்சுக்கள் (self-cleaning paint), புற்று நோய் சிகிச்சையில் பயன்படும் நானோ மருந்துகள் உள்ளிட்ட எண்ணற்ற பயன்களை நானோ மீட்டர் அளவுடைய பொருட்களால் பெறமுடிகிறது.

சரி, நானோ தொழிற்நுபத்தின் தொடக்கம் எது? என்று கேட்டால், பொதுவாக, பத்தொன்பதாம் நூற்றாண்டின் மத்தியில் என்றே கூறலாம். காரணம், 1959 ஆம் ஆண்டு, புகழ் பெற்ற அமெரிக்க நாட்டு இயற்பியல் விஞ்ஞானியான இரிச்சர்ட் ஃபெயின்மன் (Richard Feynman) அவர்களின் ‘There’s Plenty of Room at the Bottom’ என்ற தலைப்பிலான உரையில், நானோ அறிவியலுக்கான விதையை தூவினார். பின்னர், 1974 ஆம் ஆண்டு, டோக்கியோ அறிவியல் பல்கலைக்கழக பேராசிரியான நோரியோ டானிகுச்சி (Norio Taniguchi) அவர்களால் தான் நானோ தொழிற்நுட்பம் (nanotechnology) என்ற சொல் முதன்முதலாக பயன்படுத்தப்பட்டது. பின்னர் படிப்படியாக வளர தொடங்கிய இத்தொழிற்நுட்பமானது, 1980 களில் தனிப்பொரும் துறையாக எழுர்ச்சி பெற தொடங்கியது. இதற்கு காரணம், இரண்டு முக்கிய கண்டுபிடிப்புகளே! ஒன்று ’ஸ்கேனிங் டனலிங் மைக்ரோஸ்கோப் (Scanning Tunneling Microscope) எனப்படும் மீநுண்ணோக்கியாகும். இக்கருவியின் மூலம், அணுக்களையும் பார்க்கலாம்! இரண்டாவது ‘அட்டாமிக் ஃபோர்ஸ் மைக்ரோஸ்கோப்’ (Atomic Force Microscope) எனப்படும் மற்றுமொறு கருவியாகும். இக்கருவிகளே, புதிய நானோ உலகை படைக்க அடிகோலின. ஆம், ஆடை, உணவு பாதுகாப்பு, அழகுசாதன பொருட்கள், கண்ணாடி, மருந்து, உள்ளிட்ட பல பொருட்களிலும் நானோ தொழிற்நுட்பம் பயன்படுத்தப்படுகிறது. இன்றளவில் ஏறக்குறைய எல்லா துறைகளிலும் நானோ தொழிற்நுட்பம் தனது முத்திரையை பதிக்க தொடங்கியுள்ளது.

மேற்கண்டவாறு, இன்றைய நவீன நானோ தொழிற்நுட்பத்தின் தொடக்கம் பத்தொன்பதாம் நூற்றாண்டு என்ற பொழுதிலும், இத்தொழிற்நுட்பம், பழங்காலம் முதலே பயன்படுத்தப்பட்டு வந்திருக்கிறது. ஆம், கி.மு. பதின்மூன்று மற்றும் பதிநான்காம் நூற்றாண்டுகளிலேயே, உலோக நானோதுகள்கள் பயன்படுத்தப்பட்டு வந்திருக்கிறது. மேலும், ஜன்னல் கண்ணாடி கதவுகளில் சிவப்பு நிற தாமிர ஆக்ஸைடு நானோதுகளும் பயன்படுத்தபட்டு வந்திருப்பது கண்டுபிடுக்கப்பட்டுள்ளது.

பழங்கால நானோதொழிற்நுட்பத்திற்கு அடையாலமாக லைகர்கஸ் கண்ணாடி கோப்பையை (Lycurgus Cup) சொல்லலாம். நான்காம் நூற்றாண்டை சார்ந்த ரோம நாட்டு கலைபடைப்பான இக்கோப்பை இரு வண்ணங்களில் (dichroism) காட்சியளிக்க கூடியது. அதாவது கோப்பையின் உள்ளிருந்து வெளியே ஒளியை பாய்ச்சும் பொழுது, அக்கோப்பை சிவப்பு (அல்லது ரூபி நிறம்) நிறத்தில் தெரியும். அதுவே, வெளியிலிருந்து ஒளியை கோப்பையின் மீது உமிழ, கோப்பை பச்சை-மஞ்சள் நிறத்தில் தெரியும். இதற்கு காரணம், இக்கோப்பையில் மிகச்சிறிதளவு தங்கம் மற்றும் வெள்ளி நானோதுகள்கள் சேர்க்கப்பட்டிருப்பது தான் என தெரியவந்துள்ளது. பழங்கால நானோதொழிற்நுட்பதிற்கான இன்னும் பல சான்றுகள் கண்டுபிடிக்கப்பட்டுள்ளன. ஆயினும், நவீன நானோ தொழிற்நுட்பம் பிரம்மாண்டமான வளர்ச்சியை அடைந்து கொண்டிருக்கிறது என்றால் அது மிகையல்ல.

••••