எதிர்பார்த்ததைவிட விசித்திரமான பனியின் வடிவங்களை இயற்பியலாளர்கள் கண்டுபிடித்து வருகின்றனர்

நீரின் உறைநிலை அதன் தோற்றத்தைவிட மிகக் குறைவாக எளிமையானதாக இருப்பது தெரிய வருகிறது

ஃப்ரீசர் தட்டு அல்லது குளிர்கால ஏரியில் பனி பரிச்சயமானதாகத் தோன்றலாம், ஆனால் இயற்பியலாளர்கள் அதை இயற்கையின் மிகவும் ஆச்சரியமான பொருட்களில் ஒன்றாக increasingly பார்க்கிறார்கள். Quanta Magazine வெளியிட்ட புதிய அறிக்கையின்படி, கடந்த ஒரு ஆண்டிலேயே விஞ்ஞானிகள் பனியின் மூன்று புதிய வகைகளை அடையாளம் கண்டுள்ளனர்; இதில் இதுவரை காணப்பட்ட மிகச் சிக்கலான பனி நிலைகளில் இரண்டு அடங்கும். இந்த கண்டுபிடிப்புகள் ஏற்கனவே அறியப்பட்ட 20-க்கும் அதிகமான கிரிஸ்டலின் பனி நிலைகளுடன் சேர்ந்து, வளர்ந்து வரும் பட்டியலை மேலும் விரிவாக்குகின்றன.

இங்கே கதையென்பது வெறும் பல வகை பனி இருக்கிறது என்பதல்ல. வெவ்வேறு சூழ்நிலைகளில் நீர் தன்னைத் தானே அமைத்து, அசாதாரணமான பரந்த அளவிலான உறைநிலை அமைப்புகளை உருவாக்க முடியும் என்பதே முக்கியம். கணினி சிமுலேஷன்கள் பனியின் சாத்தியமான வடிவங்களில் பத்தாயிரக்கணக்கானவற்றை முன்கணித்துள்ளன என்று ஆராய்ச்சியாளர்கள் இப்போது கூறுகின்றனர். அதனால் அவை அனைத்தும் ஆய்வகத்திலோ இயற்கையிலோ கண்டுபிடிக்கப்படும் என்பதில்லை. ஆனால் பழைய கருதுகோள்கள் அனுமதித்ததைவிட விஞ்ஞானிகள் மிகச் செழுமையான phase space-இல் பணியாற்றி வந்துள்ளனர் என்பதை இது சுட்டிக்காட்டுகிறது.

பனி ஏன் இயற்பியலாளர்களை தொடர்ந்து ஆச்சரியப்படுத்துகிறது

இதற்குக் காரணம் நீரின் வடிவவியல். Quanta விளக்குவதன்படி, ஒவ்வொரு நீர் மூலக்கூறிலும் ஒரு ஆக்சிஜன் அணு இரண்டு ஹைட்ரஜன் அணுக்களுடன் பிணைந்திருக்கிறது; மேலும் இரண்டு ஜோடி சுதந்திர எலக்ட்ரான்கள், மின்னகக் காந்த விசைகளால் பிரிக்கப்பட்ட நான்கு கைப்பிடிகள் போன்ற வடிவமாக அதன் பயனுள்ள அமைப்பை விரிவாக்குகின்றன. அந்த அமைப்பு நீருக்கு மீண்டும் மீண்டும் உருவாகும் கிரிஸ்டலின் ஒழுங்குகளில் அமைந்துகொள்ளும் அபூர்வ நெகிழ்வுத்தன்மையை வழங்குகிறது.

சாதாரண பனியில், அந்த மூலக்கூறுகள் பரந்த அறுபக்க (hexagonal) அமைப்பை உருவாக்குகின்றன. அந்த திறந்த அமைப்பு சாதாரண பனியை திரவ நீரைவிட குறைந்த அடர்த்தியுடையதாக ஆக்குகிறது; அதனால் பனி மிதக்கிறது, ஏரிகள் மேலிருந்து கீழாக உறைகின்றன. ஆனால் அழுத்தத்தின் கீழ் நீர் முற்றிலும் வேறுபட்ட வடிவங்களில் சுருங்கக்கூடும். வெப்பநிலையை மாற்றினால், அழுத்தத்தை மாற்றினால், அல்லது அந்த நிலைகள் செயல்படும் வேகத்தை மாற்றினால், மூலக்கூறுகள் புதிய கிரிஸ்டலின் நிலைகளில் அமையலாம்.

லாரன்ஸ் லிவர்மோர் தேசிய ஆய்வகத்தின் மாரியஸ் மில்லோ Quanta-க்கு, நீரைச் சுருக்கும் முறையில் மிகச் சிறிய மாற்றங்கள்கூட முழுமையாக எதிர்பாராத நடத்தை வெளிப்படுத்த முடியும் என்று கூறினார். அந்தக் கருத்து இந்த துறை ஏன் வேகமாக முன்னேறியது என்பதை விளக்குகிறது. ஆராய்ச்சியாளர்கள் பரிசோதனை முறைகளை மேம்படுத்தி, பழைய கருதுகோள்களை விட்டு விலகும் போது, முன்பு உருவாக்கவோ கண்டறியவோ கடினமாக இருந்த அமைப்புகளை அவர்கள் வெளிக்கொணர்ந்து வருகின்றனர்.

ஒரு ஆண்டில் மூன்று புதிய வடிவங்கள்

அறிக்கைப்படி, கடந்த ஆண்டில் பனியின் மூன்று புதிய வகைகள் கண்டுபிடிக்கப்பட்டுள்ளன. அவற்றில் இரண்டும் இதுவரை காணப்பட்ட மிகச் சிக்கலான நிலைகளில் شمارிக்கப்படுகின்றன. கேம்பிரிட்ஜ் பல்கலைக்கழகத்தின் கிறிஸ் பிக்கார்டு தற்போதைய காலகட்டத்தை குறிப்பிடத்தக்கதாக விவரித்து, ஆராய்ச்சியாளர்கள் இவ்வமைப்புகளில் பலவற்றை மேலும் கண்டுபிடித்து வருவதாகக் கூறினார்.

இந்த வேகம் முக்கியமானது, ஏனெனில் ஒவ்வொரு புதிய நிலையும் கோட்பாட்டு கணிப்புகளை சோதித்து, மேலும் நயப்படுத்துகிறது. எளிய பொருட்களுடன் ஒப்பிடும்போது நீர் விசித்திரமாக நடந்துகொள்வதற்காக நீண்ட காலமாகப் பெயர்பெற்றது. சரிபார்க்கப்பட்ட பனி வடிவங்களின் பட்டியல் விரிவடையும் போது, கடுமையான சூழ்நிலைகளில் மூலக்கூறு அமைப்பின் உண்மையான சாத்தியங்களை தங்கள் சிமுலேஷன்கள் பிடிக்கிறதா என்பதை இயற்பியலாளர்கள் சிறப்பாக சோதிக்க முடிகிறது.

இந்த விரிவாகும் பட்டியல் துறையின் தோற்றத்தையும் மாற்றுகிறது. அபூர்வமான பனி நிலைகளை அரிதான விநோதங்களாகக் கருதுவதற்குப் பதிலாக, விஞ்ஞானிகள் அவற்றை இன்னும் பகுதி மட்டுமே வரைபடமாக்கப்பட்ட ஒரு பரந்த நிலப்பரப்பின் பகுதியாகப் பார்க்கத் தொடங்கியுள்ளனர். சாத்தியமான வடிவங்களில் பெரிய எண்ணிக்கையைக் காட்டும் சிமுலேஷன்கள் திசை ரீதியாக கூட சரியாக இருந்தால், தற்போதைய கண்டுபிடிப்புகள் முடிவு அல்ல, தொடக்க நிலையையே பிரதிநிதித்துவப்படுத்தலாம்.

பூமிக்கு அப்பால், அசாதாரண பனி பொதுவாக இருக்கலாம்

இந்தக் கண்டுபிடிப்புகள் முக்கியமானதற்கான ஒரு காரணம், பூமியில் அரிதான பனி வேறெங்கும் அரிதாக இருக்காமல் இருக்கலாம் என்பதே. Quanta-வின் குறிப்புப்படி, குளிரான, அமோர்பஸ் காமெட் வால்களிலிருந்து தொடங்கி, பனிமயமான கோள்களின் சூடான, அழுத்தமிக்க உட்பகுதிகள் வரை உள்ள சூழல்களில் அசாதாரண பனி இருக்கக்கூடும். வேறு வார்த்தைகளில் சொன்னால், நீரின் கடுமையான நிலைகளை ஆய்வகத்தில் ஆய்வு செய்வது, கோள்களின் உட்பகுதிகளையும் வெளி உலகச் சூழல்களையும் சிந்திப்பதற்கான ஒரு வழியும் ஆகும்.

அது மற்றபடி ஒரு குறுகிய பொருட்கள்-அறிவியல் கதையாகத் தோன்றியிருக்கும் விஷயத்தின் முக்கியத்துவத்தை விரிவாக்குகிறது. நீர் என்பது அன்றாட வாழ்க்கையில் மிகப் பரிச்சயமான பொருட்களில் ஒன்று; ஆனால் அந்நிய சூழ்நிலைகளில் அதன் நடத்தை, உடல்சார்ந்த அணுகலுக்கு அப்பாற்பட்ட இடங்களை ஆராய்ச்சியாளர்கள் புரிந்துகொள்ள உதவ முடியும். சாத்தியமான பனி நிலைகளின் வரைபடம் மேலும் முழுமையாகும்போது, அழுத்தமும் வெப்பநிலையும் விசித்திரமான முறையில் இணையும் தொலைதூர உலகங்களில் என்ன நடக்கிறது என்பதை விஞ்ஞானிகள் இன்னும் சிறப்பாக விளக்க முடியும்.

Quanta அறிக்கையில் உள்ள “space oddity” என்ற சொற்றொடர் இந்த சந்திப்பை நன்றாகப் பிடிக்கிறது. பனி வெறும் வீட்டுப்பயன்பாட்டு பொருள் அல்ல, அல்லது வெறும் புவியியல் பொருளும் அல்ல. அது தொடர்ந்து ஒரு கோளியல் பொருளாக மாறி வருகிறது; அதன் விசித்திரமான வடிவங்கள் சூரியக் குடும்பத்தின் கட்டமைப்பின் ஒரு பகுதியாக இருக்கலாம்.

மேம்பட்ட முறைகளால் திறக்கப்பட்ட ஒரு துறை

இந்தக் கதை கண்டுபிடிப்பு எவ்வளவு முறையமைப்பைச் சார்ந்தது என்பதையும் காட்டுகிறது. சமீபத்திய முன்னேற்றத்திற்கு மேம்பட்ட பரிசோதனை நுட்பங்களும், காலாவதியான கருதுகோள்களைத் தாண்டிச் செல்லும் மனப்பாங்கும் காரணம் என அறிக்கை கூறுகிறது. நீரின் மூலக்கூறு அமைப்பு எப்போதும் அதேதான். மாறியது, விஞ்ஞானிகள் அதை புதிய நிலைகளுக்கு தள்ளிச் சென்று அங்கே உருவானதை அடையாளம் காணும் திறன் தான்.

முதிர்ந்த அறிவியல் துறைகள் பெரும்பாலும் இப்படித்தான் முன்னேறும். அனைவருக்கும் தெரிந்ததாகத் தோன்றும் ஒரு பொருள், கருவிகள் மேம்படும் போது மீண்டும் பரிச்சயமற்றதாக மாறுகிறது. இங்கே, அழுத்தத்தின் கீழ் நீர் வெறும் அளவில் மட்டுமல்ல, தன்மையிலும் வேறுபட்ட வகையில் அமைந்துகொள்ளக்கூடும் என்பதை ஆராய்ச்சியாளர்கள் கண்டறிகின்றனர்.

அதனால் இந்தக் கண்டுபிடிப்புகள் பட்டியலில் சேர்த்தல் மட்டுமல்ல. பனியின் இயற்பியல் இப்போது எவ்வளவு திறந்துவைக்கப்பட்டதாகத் தோன்றுகிறது என்பதில் ஏற்பட்ட மாற்றத்தைக் குறிக்கின்றன. பனி ஒரு தனி அல்லது பெரும்பாலும் நிலைபெற்ற பொருள் என்ற படம், பரந்த கிரிஸ்டலின் சாத்தியங்களைக் கொண்ட குடும்பமாக மாறி வருகிறது.

ஒரு எளிய பொருளின் பெரிய அர்த்தம்

பூமியில் மிகவும் அறியப்பட்ட மூலக்கூறுகளில் ஒன்றே இன்னும் அடிப்படை ஆச்சரியங்களை வழங்கிக் கொண்டிருக்கிறது என்ற எண்ணத்தில் அறிவியல் பயனும் தத்துவ ரீதியான கவனிக்கத்தக்க அம்சமும் உள்ளன. நீர் வேதியியல், காலநிலை, உயிரியல், மற்றும் கோளியல் அறிவியலின் மையமாகவே உள்ளது. இருப்பினும் அதன் உறைநிலை வடிவங்கள் நிபுணர்களையே வியக்க வைக்கும் வேகத்தில் இன்னும் வெளிச்சத்திற்கு வருகின்றன.

அதனால்தான் இந்த சமீபத்திய கண்டுபிடிப்புகள் அவற்றின் உடனடி தொழில்நுட்ப விவரங்களைத் தாண்டியும் முக்கியத்துவம் பெற்றுள்ளன. பரிச்சயமான பொருட்களில்கூட, சரியான சூழ்நிலைகளும் கருவிகளும் அதை வெளிக்கொணரும் வரை அமைப்பு கண்முன்னே மறைந்திருக்க முடியும் என்பதை அவை காட்டுகின்றன. கடந்த ஆண்டு மூன்று புதிய பனி வகைகள் அறிவிக்கப்பட்டதும், மேலும் பல இருக்கக்கூடும் என சிமுலேஷன்கள் சுட்டிக்காட்டுவதும், இயற்பியலாளர்கள் பனியின் அறிவியலை வெறும் மேம்படுத்தவில்லை. அதை மீண்டும் திறந்து பார்க்கிறார்கள்.

இந்த கட்டுரை Quanta Magazine இன் செய்தியை அடிப்படையாகக் கொண்டது. மூலக் கட்டுரையைப் படிக்கவும்.