Monday, February 21, 2005

கருந்துளைகள் (The Black Holes)

இந்த பரந்து விரிந்த பிரபஞ்சத்தில் என்னற்ற பல அதிசயங்களும், ஆச்சரியங்களும், மனிதனால் உணர்ந்துகொள்ள முடியாத பல விசித்திரங்களும் உள்ளன. பிரபஞ்சத்தில் இப்பொழுது கண்டுபிடிக்கப்பட்டிருக்கும் "என்னற்ற" விஷயங்கள் எல்லாமே பிரபஞ்சத்தின் பிரம்மாண்டத்திற்கு ஒப்பிட்டால் ஒன்றுமே இல்லை என சொல்லலாம். அவற்றில் ஒன்று தான் இந்த கருந்துளைகள் (Black Holes).

இங்கு சூரியன் என்பதை, சூரியன் போன்ற ஒரு நட்சத்திரத்தை என்று படித்துக்கொள்ளவும். சூரியன் கருந்துளை ஆவதற்கு அந்த அளவு அதற்கு 'கெப்பாகுட்டி' இல்லை.

வின்வெளியில் இந்த கருந்துளைகள் என்றால் என்ன? இந்த பிரபஞ்சத்தில் உள்ள கோடானு கோடி நட்சத்திரங்களில் ஒன்று நம் சூரியன் (அட! சரத் குமார் படம் இல்லை...). இந்த சூரியனானது தன்னுடைய வாழ்நாளில் பெரும்பகுதி நாட்களில் அதனுடைய மையப் பகுதியிலிருந்து சூட்டை வெளிப்படுத்தும். இந்த சூட்டை தன்னுள் உள்ள ஹைட்ரொஜெனை (H), Nuclear Fusion என்னும் முறையில் ஹீலியமாக (He) மாற்றி சூட்டை வெளிப்படுத்துகிறது.. இந்த பிரபஞ்சத்தில் அதிகமாக கிடைக்கக் கூடிய வாயு ஹைட்ரொஜென் ஆகும். ஒவ்வொறு ஹீலியம் உட்கரு (Nuclues) உருவாக நான்கு ஹைட்ரொஜென் உட்கருக்கள் தேவைப்படுகின்றன.ஒவ்வொறு ஹீலியம் உட்கருவும் ஹைட்ரொஜெனின் 4 உட்கருக்களின் 99.3% எடையை கொண்டுள்ளன. மீதி உள்ள 0.7% ஹைட்ரொஜென் சக்தியாக வெளிப்படுகின்றது. அதனால், சூரியனில் இருந்து வெளிப்படும் சக்தியை E=MC2 என்னும் ஐண்ஸ்டீனின் விதிப்படி கண்டுபிடிக்கலாம். இதன் படி, ஒவ்வொரு நொடிக்கும் 600 மில்லியன் டன் ஹைட்ரொஜெனை 596 மில்லியன் டன் ஹீலியமாக மாற்றுகிறது. மீதியுள்ள 4 மில்லியன் டன் சக்தியாக வெளிப்படுகிறது. (ஒரு மில்லியன் என்பது 10 இலட்சம், ஒரு டன் என்பது 1000 கிலோ கிராம்). இதன் படி, ஒவ்வொரு சதுர அங்குலத்திலிருந்து சூரியன் 40,000 வாட் வெளிச்சத்தை கொடுக்கிறது. இவையாவும் நம்முடைய சூரியனை பற்றியது. நம்முடைய சூரியனைப்போல 10 மடங்கு எடை அதிகம் கொண்ட ஒரு சூரியனை கற்பனை செய்து கொள்ளுங்கள். இவ்வாறு ஒரு நட்சத்திரம் (சூரியன்) சில பில்லியன் ஆண்டுகள் சக்தியை வெளிப்படுத்திக் கொண்டிருக்கும். ஒரு பில்லியன் என்பது 100 மில்லியன், ஒரு மில்லியன் என்பது 10 இலட்சம். சூரியனும் தன் சொந்த புவியீர்ப்பு சக்தியை கொண்டிருக்கும். இப்படி சூரியன் சக்தியை வெளிப்படுத்தும் ஆற்றலால் தான் அது தன் சொந்த புவியீர்ப்பு விசையால் சுருங்காமல் இருக்கிறது. சூரியனின் மேற்பரப்பில், இந்த புவியீர்ப்பு விசை Escape Velocity-யாக கணக்கிடும்பொழுது அது ஒரு நொடிக்கு சுமார் ஆயிரம் கிலோ மீட்டர் (1000) ஆகும் (நம் பூமியில் இது 9.8 Meter/Second 2 என நினைக்கிறேன்). அதாவது, ஒரு பொருளை சூரியனின் மேற்பரப்பில் இருந்து ஒரு விநாடிக்கு 1000 கிலோமீட்டர் வேகத்திற்குள் மேல் நோக்கி எரிந்தால், அது திரும்பவும் சூரியனை நோக்கி இழுக்கப்படும். அதுவே, 1000 கிலோமீட்டர்க்கு மேல் இருந்தால் அது வேகமாக துப்பப்படும். இது சூரியனின் சாதாரன நிலை.



ஆனால், ஒவ்வொரு தொடக்கமும் ஒவ்வொரு முடிவைக் கொண்டிருக்கும். அதன் படி, சூரியனில் உள்ள எரிபொருளும் சில பில்லியன் ஆண்டுகளில் தீர்ந்துவிடும். அப்படி தீரும் பொழுது, வெளியில் இருக்கும் அழுத்தம் தீர்ந்து போய்விடுகிறது. அதனால், சூரியன் தன் சொந்த புவியீர்ப்புக்கு பலியாக ஆரம்பிக்கிறது. அந்த புவியீர்ப்பு சூரியனை சுருங்கச் செய்கிறது. அப்படி சுருங்கும் பொழுது சூரியனின் பேற்பரப்பில் உள்ள புவியீர்ப்பு சக்தி அதிகமாகிறது. அதனால், அதன் Escape Velocity பலவாறு உயர்கின்றது. சூரியனின் விட்டம் சுமார் 60 கிலோமீட்டராக சுருங்கும் பொழுது, இந்த Escape Velocity-யானது ஒரு நொடிக்கு 300,000 கிலோமீட்டராக அதிகரிக்கின்றது. இந்த எண் ஒரு முக்கியமான எண். காரணம், இந்த வேகம் தான் இந்த பிரபஞ்சத்திலேயே ஒரு பொருள் அதிகமாக செல்லகூடிய வேகம். அது என்ன? அது தான் ஒளி. அதாவது, ஒரு பொருளை சூரியனின் (இனி அதன் பெயர் சூரியன் இல்லை) மேற்பரப்பில் இருந்து ஒரு விநாடிக்கு 300,000 கிலோமீட்டர் வேகத்திற்குள் மேல் நோக்கி எரிந்தால், அது திரும்பவும் சூரியனை நோக்கி இழுக்கப்பட்டுவிடும். ஆக, வேகமாக செல்லக்கூடிய ஒளியாலேயே சூரியனின் மேற்பரப்பில் இருந்து தப்பிக்க முடியாது. மேலும், அந்த கருந்துளை அருகில் இருக்கும் கிரகங்களும், விண்கற்களையும் (aestroids) தன் புவியீர்ப்பு சக்தியால் கபளீகரம் செய்ய ஆரம்பிக்கும். இங்கே ஒரு கேள்வி எழலாம். நாம் ஒரு பொருளை பார்ப்பதே ஒளியால் தான். ஒளியாலேயே கருந்துளைகளிடம் தப்பிக்கமுடியாது என்றால், பின் எவ்வாறு அந்த கருந்துளைகளை பார்க்கமுடியும்? அதற்கு திரு. மதன் அவர்கள் ஒரு அழகான விளக்கத்தை கொடுக்கிறார். "இப்படிப்பட்ட கருந்துளைகளை எவ்வாறு அறியலாம் என்றால், அரசியல் பொதுக்கூட்டத்திற்கு தலைவர் வந்துவிட்டாரா என்பதை தொண்டர்களிடம் எழும் பரபரப்பிலேயே அறிய முடியும். அதைப்போல, அந்த கருந்துளையின் சுற்றி இருக்கும் சிறு சிறு கிரகங்கள் மற்றும் விண்கற்கள் கருந்துளையை நோக்கி இழுக்கப்படும்".



Black Holes - A region of space-time from which it is not possible to escape to infinity. கருந்துளையின் மேற்பரப்பு "Event Horizon" என்று குறிப்பிடப்படுகிறது. இந்த பிரபஞ்சத்தில் இருக்கும் எண்ணற்ற கருந்துளைகள் இப்படி நட்சத்திரங்கள் சுருங்குவதால் மட்டுமே ஏற்பட்டதில்லை. மாறாக, Big Bang எனப்படுகின்ற இந்த பிரபஞ்சத்தின் பிறப்பு காலத்தில் இருந்த சூடான அண்ட வெளிகள் சுருங்கியதாலும் ஏற்பட்டிருக்கலாம். சுமார் ஒரு பில்லியன் டன் எடையுள்ள ஒரு கருந்துளையின் விட்டம் (Radius) என்னவாக இருக்கும். அசர வேண்டாம் 10 -13 சென்டிமீட்டர் தான். அதாவது பூஜ்யம் புள்ளிக்கு பிறகு 13 பூஜ்யம் பிறகு ஒரு ஒன்று சென்டிமீட்டர் (0.00000000000001 சென்டிமீட்டர்). இப்படிப் பட்ட ஒரு கருந்துளையை நம் பூமியின் மேற்பரப்பில் வைத்தால், அது பூமியின் மையப்பகுதியை நோக்கி மிக வேகமாக விழுவதை யாராலும் தடுக்க முடியாது. ஆக இந்த கருந்துளையை வைத்து அதன் சக்தியை உபயோகிக்க ஒரே வழி, அதை பூமியின் சுற்றுப்பாதைக்கு அருகாமையில் ஒரு சுற்றுப்பாதையில் வைத்திருப்பது தான். அதை அங்கு கொண்டு வருவதற்கு ஒரே வழி, நியூட்டனின் விதிப்படி, அந்த கருந்துளைக்கு முன் அதை விட ஒரு பெரிய எடை கொண்ட ஒரு பொருளை அதற்கு முன்னே tow செய்ய வேண்டும்!!! (இந்த விசயத்தை தயவு செய்து எந்த அரசியல்வாதிகளிடமும் சொல்ல வேண்டாம்... காரணம் இதற்கும் tender விட்டுவிடுவார்கள்...)



இந்த பிரபஞ்சத்தில் பல கருந்துளைகள் இருப்பதற்கான ஆதாரங்கள் இருக்கின்றன. நம் பால்வெளித் தோற்றத்தில் Cygnus X-1 என்னும் கருந்துளையும், நமக்கு அருகாமையில் உள்ள காலக்ஸியில் Magellanic Clouds என்னும் கருந்துளையும் இருக்கின்றது. இப்படிப்பட்ட கருந்துளைகளின் மொத்த எண்ணிக்கை நிச்சயம் அதிகமாக இருக்கும். காரணம், இந்த பிரபஞ்சத்தின் வரலாற்றில் பல எண்ணற்ற நட்சத்திரங்கள் எரிபொருள் தீர்ந்து கருந்துளைகளாக ஆவியாகி போயிருக்கும். அவைகளின் எண்ணிக்கை நிச்சயம் இப்பொழுது இருக்கும் நட்சத்திரங்களின் எண்ணிக்கையை விட அதிகமாக இருக்கும். நம் பால்வெளித் தோற்றத்தில் மட்டும் சுமார் ஒரு இலட்சம் மில்லியன் கருந்துளைகள் இருக்கும். இந்த கணிப்பைப் பாருங்கள்...ஒளி (light) ஒரு வினாடியில் 1,86,000 மைல்கள் பயனிக்கும். அதாவது 2,99,793 கிலோ மீட்டர். இந்த ஒளி ஒரு வருடத்தில் எவ்வளவு தூரம் பயனிக்கிறதோ அதுவே ஒரு ஒளி ஆண்டு (Light Year) எனப்படும். அது, 9500000000000 கிலோ மீட்டர்கள். இப்பொழுது ஒரு ஒளி ஆண்டு நீளம், ஒரு ஒளி ஆண்டு அகலம், ஒரு ஒளி ஆண்டு உயரம் கொண்ட ஒரு பெட்டியை எடுத்துக் கொள்ளவும் (அதாவது கற்பனையில்). அந்த பெட்டியில் 300-க்கும் குறைவான கருந்துளைகளே இருக்கும்.

ஒரு கருந்துளையின் எடை குறைய குறைய (கவனிக்க, இது கருந்துளை ஆனபிறகு) அதன் தட்டவெட்ப நிலை கண்டபடி உயரும். வெப்பம் உயர உயர, அது மேலும் எடை இழக்கிறது. அது எடையற்று போகும் நிலையில், கடைசியாக அது வெடித்து கானாமல் போய்விடுகிறது. அந்த கடைசி நேர வெடியின் சக்தி மில்லியன் கணக்கான ஹைட்ரஜன் குண்டுகளை ஒரே இடத்தில் வைத்து வெடிக்கும் சக்திக்கு ஈடானது. சூரியனை விட சற்றே (!) பெரிய கருந்துளையின் வெப்பம், அதிகமில்லை gentlemen, ஒரு டிகிரியில் பத்து மில்லியன் பங்குதான் (மீண்டும் கவனிக்க, இது கருந்துளை ஆனபிறகு). இந்த வெப்பத்திலும் அது முழுவதும் கானாமல் போவதற்கு ஒரு மில்லியன் மில்லியன் மில்லியன் மில்லியன் மில்லியன் மில்லியன் மில்லியன் மில்லியன் மில்லியன் மில்லியன் மில்லியன் ஆண்டுகள் ஆகும்.

என்ன நாமெல்லாம் எம்மாத்திரம் எனப் புரிகிறதா?

18 comments:

  1. Wonderful Blog..!! Tamil words-ai screen-ley paarkum pozhuthu oru vidhamaana santhosham (Unfortunately I am unable to use the font here, so forgive this bastardized version of Tamil)

    I like your style as well...

    ReplyDelete
  2. சூரியனும் தன் சொந்த புவியீர்ப்பு சக்தியை கொண்டிருக்கும். இப்படி சூரியன் சக்தியை வெளிப்படுத்தும் ஆற்றலால் தான் அது தன் சொந்த புவியீர்ப்பு விசையால் சுருங்காமல் இருக்கிறது. சூரியனின் மேற்பரப்பில், இந்த புவியீர்ப்பு விசை Escape Velocity-யாக கணக்கிடும்பொழுது அது ஒரு நொடிக்கு சுமார் ஆயிரம் கிலோ மீட்டர் (1000) ஆகும்
    /./

    சூரியனில்புவியீர்ப்பு சக்தியா??? புரியலையே

    ReplyDelete
  3. நன்றி Meena, மின்னுது மின்னல்.

    //சூரியனில்புவியீர்ப்பு சக்தியா??? புரியலையே //

    ம்...சூரியனும் ஒரு celestial object தானே? அதனால் அதுவும் தன் சொந்த புவியீர்ப்பு விசையை கொண்டிருக்கும். நமக்கு அருகாமையில் இருக்கும் நட்சத்திரங்களிலேயே அதிகமான புவியீர்ப்பு விசையை கொண்டிருப்பது சூரியனே. அதனால் தான் மற்ற ஒன்பது கோள்களும் சூரியனை சுற்றி வந்துக் கொண்டிருக்கிறது. சூரியனின் புவியீர்ப்பு விசையை சமம் (balance) செய்வதற்காக மற்ற கிரகங்கள், பூமி உட்பட, ஒரு குறிப்பிட்ட வேகத்தில் சூரியனை சுற்றுகிறது.

    (சுலபமாக, அல்லது தவறாகவும், புரிந்துக் கொள்ள, பெரு வெடிப்புக்கு (Big-Bang) பிறகு, இப்பொழுது தான் பால்வெளியில் உள்ள கிரகங்கள் settle ஆகுகிறது என்று நினைத்துக் கொள்ளுங்கள்).

    ReplyDelete
  4. சீனு,

    அருமையான பதிவு. புவியீர்ப்பு என்று பயன்படுத்தாமல் ஈர்ப்பு என்று சொன்னால் போதுமோ? புவி என்பது பூமியைக் குறிக்கிறது அல்லவா?

    இதைத் தொடர்ந்து இன்னும் எழுதப் போகிறீர்களா? பிக் பேங்குக்கு முன்னால் என்ன இருந்தது என்று ஸ்டீபன் ஹாகின்ஸ் எழுதியதைப் படிதிருப்பீர்கள். அதையும் உங்கள் பாணியில் எழுதுங்களேன்.

    அன்புடன்,

    மா சிவகுமார்

    ReplyDelete
  5. நல்லா எழுதி இருக்கீங்க. அறிவியல் விளக்கங்கள் நன்றாக இருக்கிறது.

    ReplyDelete
  6. thalaivaa kalakkal pathivu! naanum vaanveLikkaathal enRu ezuthi varukireen. mika nalla muyaRci. thodaravum! vaazththukkaL.

    ReplyDelete
  7. // சூரியனின் மேற்பரப்பில், இந்த புவியீர்ப்பு விசை Escape Velocity-யாக கணக்கிடும்பொழுது அது ஒரு நொடிக்கு சுமார் ஆயிரம் கிலோ மீட்டர் (1000) ஆகும் (நம் பூமியில் இது 9.8 Meter/Second 2 என நினைக்கிறேன்). அதாவது, ஒரு பொருளை சூரியனின் மேற்பரப்பில் இருந்து ஒரு விநாடிக்கு 1000 கிலோமீட்டர் வேகத்திற்குள் மேல் நோக்கி எரிந்தால், அது திரும்பவும் சூரியனை நோக்கி இழுக்கப்படும். அதுவே, 1000 கிலோமீட்டர்க்கு மேல் இருந்தால் அது வேகமாக துப்பப்படும். இது சூரியனின் சாதாரன நிலை. //

    நீங்கள் Escape Velocity பற்றிப் பேசும்போது பூமியின் Acceleration due to Gravityஐக் கொடுத்து விட்டீர்கள் (இதுதான் பூமியில் 9.81 m/s2 சூரியனில் 274.13 m/s2).
    பூமியில் Escape Velocity 11.2 km/s. சூரியனில் 617.5 km/s.

    கருந்துளைகள் பற்றிய நல்ல விளக்கம். நமது சூரியன் கருந்துளையாக மாறமுடியாது அல்லவா?

    வைசா

    ReplyDelete
  8. //
    நீங்கள் Escape Velocity பற்றிப் பேசும்போது பூமியின் Acceleration due to Gravityஐக் கொடுத்து விட்டீர்கள் (இதுதான் பூமியில் 9.81 m/s2 சூரியனில் 274.13 m/s2).
    பூமியில் Escape Velocity 11.2 km/s. சூரியனில் 617.5 km/s.
    //
    மிகச் சரி வைசா...நன்றி.

    //நமது சூரியன் கருந்துளையாக மாறமுடியாது அல்லவா?//
    மாறமுடியாது...இப்பொழுது.

    ReplyDelete
  9. நண்பரே, உங்கள் கருத்துக்கள் சில தவறானவை. சூரியன் என்றும் கருந்துளையாக மாறாது! பெருந்திணிவு நட்சத்திரங்கள் எனப்படும் Massive Stars மட்டுமே கருந்துளையாகவோ, நியூட்ரான் நட்சத்திரமாகவோ மாறும். நமது சூரியன் ஒரு Mid-Sequence நட்சத்திரமே. சூரியன் சாகும்போது அது ஒரு கார்பன் கோளாக மாறிவிடும். ஆதாரம்: சந்திரசேகர் எல்லை. (Chandrasekar Limit)

    ReplyDelete
  10. மாற்றிவிட்டேன் Abarajithan. நன்றி :)

    ReplyDelete
  11. நண்பரே உங்களுக்கு இமெயிலில் E=Mc2 பதிவு மற்றும் சார்புக்கோட்பாடு தொடர்பான சில சந்தேகங்களை அனுப்பியுள்ளேன். தெரிந்தால் தயவுசெய்து விடையளிக்கவும்.

    ReplyDelete
  12. வணக்கம்
    நண்பர்களே

    உங்கள் திறமைகளை உலகுக்கு அறியச் செய்யும் ஒரு அரிய தளமாக எம் தலைவன் தளம் உங்களுக்கு அமையும்.

    உங்கள் தளத்தில் நீங்கள் பிரசுரிக்கும் சிறந்த ஆக்கங்களை எமது தளத்தில் இடுகை செய்வதன் மூலம் உங்கள் ஆக்கங்களை அதிகமான பார்வையாளர்கள் பார்ப்பதற்கு வாய்ப்பளிப்பதுடன் உங்கள் தளத்திற்கு அதிக வருகையாளர்களையும் பெற்றுத் தரும்.
    நன்றி
    தலைவன் குழுமம்

    www.thalaivan.com

    ReplyDelete
  13. // சூரியனில் இருந்து வெளிப்படும் சக்தியை E=MC2 என்னும் ஐண்ஸ்டீனின் விதிப்படி கண்டுபிடிக்கலாம் //

    இது இரண்டும் தவறு நண்பரே.. எரியும்போது வெளிப்படும் என்ர்ஜியை அளவிட ரிலேட்டிவிடி தியரி பயன்படுத்தமுடியாது..

    // நம் பூமியில் இது 9.8 Meter/Second 2 என நினைக்கிறேன் //

    9.8 m/s2 என்பது ஈர்ப்பு விசை.. கீழே விழும் பொருள் முந்தைய விநாடியை விட இந்த விநாடி எவ்வளவு அதிக தூரம் ஈர்க்கப்படும் என்பது..
    Escape Velocity என்பது எவ்வளவு வேகத்தில் ஒரு பொருளை மேலே தூக்கி எறிந்தால் அது பூமியை விட்டு தாண்டிவிடும் என்பது.. அது 11.2km/s.
    கருந்துளைகளை விளக்க மிக முக்கியமான கருத்து escape velocity..

    ReplyDelete
  14. ஜெய்,

    சூரியனில் எதுவும் எரிவதில்லை.. சூரியனின் உட்கருவில் அதீத ஈர்ப்புசக்தியின் காரணமாக ஹைட்ரஜன் அணுக்கள் மோதி ஹீலியமாக மாறுகின்றன. இந்த விளைவிலேயே ஆற்றல் வெளிப்படுகின்றது. அந்த ஆற்றலே வெப்ப ஆற்றலாக வெளிப்படுகின்றது. சூரியனில் எதுவும் எரிவதற்குத் தேவையான ஆக்சிஜன் இல்லை.

    ReplyDelete
  15. நீங்கள் சொல்வது சரியே Abarajithan.. Heat of fusion என்பதற்கு தமிழில் என்னவென்று தெரியவில்லை.. அதையே எரியும் சக்தி என குறிப்பிட்டுள்ளேன்.. Momentum பூஜ்ஜியமாக இருக்கும்போது மட்டுமே E=mC2 ஃபார்முலா பயன்படுத்தப்படலாம் இல்லையா?

    ReplyDelete
  16. இவ்வளவு சீரியசான மேட்டரை நகைச்சுவை கேட்டகிரில சேத்திட்டீங்களே..சூப்பர்...

    ReplyDelete
  17. //இவ்வளவு சீரியசான மேட்டரை நகைச்சுவை கேட்டகிரில சேத்திட்டீங்களே..சூப்பர்...//

    !!!???

    ReplyDelete