Tuesday, 25 March 2014

A new window into an old world

March 25, 2014

Updated: March 25, 2014 08:47 IST

Vasudevan Mukunth

That cosmic inflation may have happened at a higher-than-anticipated energy means physicists have access to the young universe through astronomical data

On March 17, radio astronomers from the Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics, Massachusetts, announced a remarkable discovery. They found evidence of primordial gravitational waves imprinted on the cosmic microwave background (CMB), a field of energy pervading the universe.

A confirmation that these waves exist is the validation of a theory called cosmic inflation. It describes the universe’s behaviour less than one-billionth of a second after it was born in the Big Bang, about 14 billion years ago, when it witnessed a brief but tremendous growth spurt. The residual energy of the Bang is the CMB, and the effect of gravitational waves on it is like the sonorous clang of a bell (the CMB) that was struck powerfully by an effect of cosmic inflation. Thanks to the announcement, now we know the bell was struck.

Detecting these waves is difficult. In fact, astrophysicists used to think this day was many more years into the future. If it has come now, we must be thankful to human ingenuity. There is more work to be done, of course, because the results hold only for a small patch of the sky surveyed, and there is also data due from studies done until 2012 on the CMB. Should any disagreement with the recent findings arise, scientists will have to rework their theories.

Remarkable in other ways
The astronomers from the Harvard-Smithsonian used a telescope called BICEP2, situated at the South Pole, to make their observations of the CMB. In turn, BICEP2’s readings of the CMB imply that when cosmic inflation occurred about 14 billion years ago, it happened at a tremendous amount of energy of 1016 GeV (GeV is a unit of energy used in particle physics). Astrophysicists didn’t think it would be so high.

Even the Large Hadron Collider (LHC), the world’s most powerful particle accelerator, manages a puny 104 GeV. The words of the physicist Yakov Zel’dovich, “The universe is the poor man’s accelerator”— written in the 1970s — prove timeless.

This energy at which inflation has occurred has drawn the attention of physicists studying various issues because here, finally, is a window that allows humankind to naturally study high-energy physics by observing the cosmos. Such a view holds many possibilities, too, from the trivial to the grand.

For example, consider the four naturally occurring fundamental forces: gravitation, strong and weak-nuclear force, and electromagnetic force. Normally, the strong-nuclear, weak-nuclear and electromagnetic forces act at very different energies and distances.

However, as we traverse higher and higher energies, these forces start to behave differently, as they might have in the early universe. This gives physicists probing the fundamental texture of nature an opportunity to explore the forces’ behaviours by studying astronomical data — such as from BICEP2 — instead of relying solely on particle accelerators like the LHC.

In fact, at energies around 1019 GeV, some physicists think gravity might become unified with the non-gravitational forces. However, this isn’t a well-defined goal of science, and doesn’t command as much consensus as it submits to rich veins of speculation. Theories like quantum gravity operate at this level, finding support from frameworks like string theory and loop quantum gravity.

Another perspective on cosmic inflation opens another window. Even though we now know that gravitational waves were sent rippling through the universe by cosmic inflation, we don’t know what caused them. An answer to this question has to come from high-energy physics — a journey that has taken diverse paths over the years.

Consider this: cosmic inflation is an effect associated with quantum field theory, which accommodates the three non-gravitational forces. Gravitational waves are an effect of the theories of relativity, which explain gravity. Because we may now have proof that the two effects are related, we know that quantum mechanics and relativity are also capable of being combined at a fundamental level. This means a theory unifying all the four forces could exist, although that doesn’t mean we’re on the right track.

At present, the Standard Model of particle physics, a paradigm of quantum field theory, is proving to be a mostly valid theory of particle physics, explaining interactions between various fundamental particles. The questions it does not have answers for could be answered by even more comprehensive theories that can use the Standard Model as a springboard to reach for solutions.

Physicists refer to such springboarders as “new physics”— a set of laws and principles capable of answering questions for which “old physics” has no answers; a set of ideas that can make seamless our understanding of nature at different energies.

Supersymmetry
One leading candidate of new physics is a theory called supersymmetry. It is an extension of the Standard Model, especially at higher energies. Finding symptoms of supersymmetry is one of the goals of the LHC, but in over three years of experimentation it has failed. This isn’t the end of the road, however, because supersymmetry holds much promise to solve certain pressing issues in physics which the Standard Model can’t, such as what dark matter is.

Thus, by finding evidence of cosmic inflation at very high energy, radio-astronomers from the Harvard-Smithsonian Center have twanged at one strand of a complex web connecting multiple theories. The help physicists have received from such astronomers is significant and will only mount as we look deeper into our skies.

vasudevan.m@thehindu.co.in

Copyright© 2014, The Hindu

Albert Einstein's 'spooky' theory may lead to more secure Internet

 

PTI | Melbourne | Updated: Mar 25 2014, 14:50 IST

Physicist Albert Einstein's skepticism about quantum mechanics may lead to ultra-secure Internet, according to a new study. Reuters Physicist Albert Einstein's skepticism about quantum mechanics may lead to ultra-secure Internet, according to a new study. Reuters

Summary:Using the quantum key meant the message was completely secure from interception during transmission.

Physicist Albert Einstein's skepticism about quantum mechanics may lead to ultra-secure Internet, according to a new study.

Researchers from Swinburne University of Technology in Australia and Peking University in China said Einstein's reservations about quantum mechanics were highlighted in a phenomenon known as 'spooky' action at a distance.

In 1935, Einstein and researchers highlighted a 'spooky' theory in quantum mechanics, which is the strange way entangled particles stay connected even when separated by large distances.

"Until now the real application of this has been for messages being shared between two people securely without interception, regardless of the spatial separation between them," said Associate Professor Margaret Reid from Swinburne's Centre for Quantum and Optical Science.

"In this paper, we give theoretical proof that such messages can be shared between more than two people and may provide unprecedented security for a future quantum Internet," Reid said.

In the 1990s, scientists realised you can securely transmit a message through encrypting and using a shared key generated by Einstein's strange entanglement to decode the message from the sender and receiver.

Using the quantum key meant the message was completely secure from interception during transmission.

Sending Einstein's entanglement to a larger number of people means the key can be distributed among all the receiving parties, so they must collaborate to decipher the message, which Reid said makes the message even more secure.

"We found that a secure message can be shared by up to three to four people, opening the possibility to the theory being applicable to secure messages being sent from many to many," Reid said.

"The message will also remain secure if the devices receiving the message have been tampered with, like if an iPhone were hacked, because of the nature of Einstein's spooky entanglement.

"Discovering that it can be applied to a situation with more parties has the potential to create a more secure Internet - with less messages being intercepted from external parties," Reid said.

Friday, 21 March 2014

நியூட்டன், ஆப்பிள், அணுகுண்டு…

Updated: March 20, 2014 09:39 IST

ஆலன் லைட்மேன்

அறிவின் சில பகுதிகள் மனிதர்களுக்கு எட்டாதவை என்றும் கடவுள் எதை வெளிப்படுத்துகிறாரோ அதை மட்டுமே நாம் அறிந்துகொள்ள முடியும் என்றும் பல நூற்றாண்டுகளாக மேற்கத்தியக் கலாச்சாரம் நம்பிவந்தது.

16-ம், 17-ம் நூற்றாண்டுகளில் ஒரு புதிய நம்பிக்கையைத் தோற்றுவிக்கும் வகையில் நிறைய நிகழ்வுகள் நடந்தன. இந்தப் பிரபஞ்சம் முழுவதையும், குறைந்தபட்சம் அதன் பௌதிக பாகங்கள் முழுவதையும் மனிதர்கள் அறிந்துகொள்ள முடியும் என்ற நம்பிக்கைதான் அது. தடை ஏதுமின்றி அறிவைப் பெறுவதற்கான உரிமையின் மீது கொண்ட அந்த நம்பிக்கைதான் கடந்த 1000 ஆண்டுகளில் நடந்த அறிவு வளர்ச்சியில் மிக முக்கியமான நிகழ்வு.

முன்னுதாரணமற்ற புத்தகம்

அந்தப் புதிய நம்பிக்கையின் மகுடம் என்று ஐசக் நியூட்டனின் ‘பிரின்சிபியா’ (1687) புத்தகத்தைக் கூறலாம். இந்தப் பிரம்மாண்டமான அறிவியல் நூல்தான் நிலைமம் (ஒரு பொருள் ஓய்வு நிலையில் அல்லது சீரான இயக்கத்தில் இருக்கும் பண்புதான் நிலைமம்), விசை போன்ற அடிப்படையான கருத்துகளை நிறுவியது, இயக்கத்துக்கான பொது விதிகளைச் சொன்னது, ஈர்ப்புவிசைக்காகச் சிறப்பு விதியை முன்வைத்தது. நியூட்டனின் இந்தப் புத்தகம் அறிவியல் வரலாற்றில் முன்னுதாரணமற்றது.

அதேபோல் நவீன அறிவியலின் பிறப்பிலும் அது முக்கியப் பங்கு வகித்தது. ஈர்ப்புவிசை குறித்து அவர் உருவாக்கிய விதி மகத்தானதுதான். ஆனால், அதைவிட முக்கியமானது என்னவென்றால், எல்லையற்றும் பிரபஞ்ச அளவிலும் அந்த விதியைப் பொருத்திப்பார்க்கக் கூடிய தன்மைதான். மரத்திலிருந்து ஆப்பிளை விழவைத்த அதே ஈர்ப்புவிசைதான் பூமியை நிலவு சுற்றிவருவதற்கும் காரணமாகிறது.

இப்படியாக, பூமிக்கும் பிரபஞ்சத்துக்கும் இடையே கோடு கிழித்து, அரிஸ்டாட்டிலால் பிரித்து வைக்கப்பட்டிருந்த உலகத்துக்கு நியூட்டனின் ‘பிரின்சிபியா' புத்தத்தால் சம்மட்டி அடி விழுந்தது.

பிரபஞ்சம் முழுமைக்கும் பொருந்தும் ஈர்ப்புவிசை என்பது நியூட்டனின் தத்துவம். அந்தத் தத்துவத்தின் ஆழத்தில் மறைந்திருப்பது இதுதான்: ‘இந்தப் பௌதிகப் பிரபஞ்சத்தை மனிதனால் அறிந்துகொள்ள முடியும்.' மனிதப் பிரக்ஞையின் பரிணாமத்தில் இது மிகவும் புதுமையான சிந்தனை. மேலும், புதிய விடுதலை என்றும், மனிதர்களுக்கு அளிக்கப்பட்ட புதிய அதிகாரம் என்றும் இந்தச் சிந்தனையைச் சொல்லலாம்.

இந்தச் சிந்தனை இல்லையென்றால், நமக்கு நியூட்டன் கிடைத்திருக்க மாட்டார். நியூட்டனைத் தொடர்ந்து நிகழ்ந்த அறிவுலக, அறிவியல் சாதனைகளும் சாத்தியமாகியிருக்காது.

அவர் கண்டுபிடித்த விதிகளைவிடவும் மிகமிக முக்கியமான வேறொன்றை நியூட்டன் சாதித்திருப்பதை அவருடைய சமகாலத்தவர்களும் உணர்ந்தார்கள். ‘பிரின்சிபியா' நூலின் இரண்டாம் பதிப்பில் தனது நூலறிமுகத்தில் ரோஜர் கோட்ஸ் என்பவர் இப்படி எழுதுகிறார்: “மனித மனதுக்கு எட்டாதவை என்று முன்பு கருதப்பட்டவற்றையும் எட்டிப்பிடித்த சாதனையை நியூட்டன் நிகழ்த்தியிருக்கிறார்… இப்போது கதவுகள் திறக்கப்பட்டுவிட்டன.”

நவீன அறிவியலின் வரலாறு

நியூட்டனின் ‘பிரின்சிபியா'வில் காணப்படும் புதிய உளவியலை உருவாக்கியது எது? மதச் சிந்தனையில் ஏற்பட்ட மாற்றங்கள் நிச்சயமாக இதில் பங்கு வகித்தன. 1517-ம் ஆண்டு மார்ட்டின் லூதர் கிங்கின் பிரகடனங்கள் புராட்டெஸ்டண்டு பிரிவைத் தோற்றுவித்ததுடன், திருச்சபையின் அதிகாரங்களைக் குறைத்தன. பைபிளை ஒவ்வொரு தனிமனிதரும் படித்துப் புரிந்துகொள்ள முடியும்.

அதற்காக அவர்கள் பாதிரியார்களாக ஆக வேண்டும் என்பதில்லை என்று அவர் சொன்னது புதுவிதமான ஓர் அக விடுதலையை ஊக்குவித்தது. மதரீதியான இந்தச் சுதந்திரம் கலை, இலக்கியம், அறிவியல் போன்ற துறைகளுக்கும் பரவியது.

இதைத் தொடர்ந்து நிறைய அறிவியல் கண்டுபிடிப்புகள் நிகழ்ந்தன. 1572 நவம்பர் 11-ம் தேதியன்று, சூரிய அஸ்தமனத்துக்குப் பிறகு, டிக்கோ ப்ராயே என்ற டேனிஷ் வானியலாளர் காஸ்ஸியபியா நட்சத்திரக் கூட்டத்தில் மிகமிகப் பிரகாசமாக ஒளிரும் ஒரு பொருளைக் கண்டார். அதற்கு முன்னால் அந்தப் பொருளை அங்கே பார்த்ததில்லை என்பதையும் அவர் உணர்ந்தார்.

ப்ராயே கண்டுபிடித்தது வேறொன்றுமில்லை, பெருநட்சத்திர வெடிப்புதான் அது. நட்சத்திரங்களெல்லாம் அழிவற்றவை, மாறாதவை என்ற பழம் நம்பிக்கைகளை ப்ராயேயின் கண்டுபிடிப்பு வெடிக்கச் செய்தது.

பிறகு, விண்ணுலகங்களின் தெய்விகப் பூரணத் தன்மை இத்தாலிய இயற்பியலாளர் கலிலியோவாலும் கேள்விக்குள்ளாக்கப்பட்டது. அவர் தனது புதிய தொலை நோக்கியை 1610-ல் நிலவை நோக்கித் திருப்பினார். “விண்வெளியில் இருக்கும் நிலவு முதலானவை சீராகவும், சமமாகவும், பரிபூரணக் கோளமாகவும் இருக்கும் என்று காலம்காலமாகத் தத்துவஞானிகள் சொல்லிவந்தார்கள்.

ஆனால், அதற்கெல்லாம் நேரெதிராக நிலவு மேடும் பள்ளமுமாக, கரடுமுரடாக, சீரற்ற பரப்பைக் கொண்டிருந்தது” என்கிறார் கலிலியோ.

நியூட்டன் பிறப்பதற்கு முந்தைய சில தசாப்தங்களில் வாழ்ந்த ரெனே தெகார்தேவின் தத்துவங்களும் அப்போது பெரும் செல்வாக்கு செலுத்தின. தன் இருப்பு உள்பட எல்லாவற்றின் இருப்பையும் சந்தேகிக்கக்கூடிய ஒரு தத்துவப் போக்கை முதன்முறையாக தெகார்தே தொடங்கிவைக்கிறார். “நான் சிந்திக்கிறேன். எனவே, நான் இருக்கிறேன்” என்றார் அவர்.

நியூட்டனின் பிரபஞ்சம் தழுவிய இயற்பியல் விதிக்கு முன்வடிவம் போன்ற ஒரு கருதுகோளை தெகார்தே முன்வைத்தார். அதற்கு ‘சுழல்கள்' என்று பெயர். ஆனால், இதை நிரூபிக்க முடியாமல் போனாலும் பூமியிலும் பிரபஞ்ச அளவிலும் நிகழும் எண்ணற்ற நிகழ்வுகளை விளக்கவும் ஒருங் கிணைக்கவும் கூடிய ஒரு துணிவை அவருடைய சித்தாந்தம் தந்தது.

பௌதிகப் பிரபஞ்சத்துக்கும் ஆன்மிகப் பிரபஞ்சத்துக்கும் இடையில் ஒரு வரையறை இருந்தது. மேற்கண்ட முன்னேற்றங்களெல்லாம் அந்த வரையறையை மாற்றியமைத்ததையும் தெளிவுபடுத்தியதையும் நம்மால் உணர முடியும். கொஞ்சம்கொஞ்சமாக, அரிஸ்டாட்டிலின் ‘புனிதப் புவியிய'லின் இடத்தை மேலும் நுட்பமான, அருவமான உலக வரைபடம் ஆக்கிரமித்துக்கொண்டது.

இந்த வரைபடத்தில் பௌதிக உலகம் இருக்கிறது. எலெக்ட்ரான்கள், அணுக்கள், ஒளி, வெப்பம், மூளைகள், நட்சத்திரங்கள், நட்சத்திர மண்டலங்கள் ஆகிய பருப்பொருட்கள்-ஆற்றல்கள் எல்லாம் இந்த வரைபடத்தில் அடக்கம். பரந்துவிரிந்த இந்தப் பிரபஞ்சம் அறிவியல் ஆய்வுகளுக்கும் கணித விதிகளுக்கும் உட்படுத்தக் கூடியதாக இருந்தது.

இந்த பௌதிகப் பிரபஞ்சத்துடன் இணையாக இருப்பது ஆன்மிகரீதியிலான பிரபஞ்சம். இந்தப் பிரபஞ்சம் அளவிட முடியாதது, இடம் சாராதது, அணுக்களாலோ மூலக்கூறுகளாலோ உருவாகாதது.ஆனால், அதில் நம்பிக்கை கொண்டவர்களைப் பொறுத்தவரை எங்கும் நிறைந்திருப்பது அது. இந்த இரண்டு பிரபஞ்சங்களும் எண்ணற்ற, முக்கியமான கேள்விகளை எழுப்புகின்றன.

ஆனாலும், அறிவியலின் களம் என்பது பௌதிகப் பிரபஞ்சம்தானே தவிர, ஆன்மிகப் பிரபஞ்சம் அல்ல. இந்தப் பிரபஞ்சம்குறித்து அறிவியலால் எண்ணற்ற விஷயங்களைச் சொல்ல முடியும். ஆனால், ஆன்மிகப் பிரபஞ்சம்குறித்து அதனால் எதையும் சொல்ல முடியாது. பிரபஞ்சம் தோன்றுவதற்குக் காரணமாக இருந்த ‘பெருவெடிப்பு' (பிக் பேங்) நிகழ்ந்த ஒரு நுண்விநாடிக்கும் (நானோசெகண்ட்) குறைவான கால அளவு வரை எட்டிப்பார்க்க அறிவியலால் முடியும்.

ஆனால், பிரபஞ்சம் ஏன் உருவானது, அதற்கு ஏதாவது நோக்கம் இருக்கிறதா என்ற கேள்விகளுக்கெல்லாம் அறிவியலால் பதில் சொல்ல முடியாது.

அறிவின் சில பகுதிகள் மனிதர்களால் அறிந்து கொள்ள முடியாது என்ற எண்ணம் எல்லா உணர்வுகளை யும்போல நம் ஆழ்மனதில் உறைந்துகிடக்கிறது. அதை நமது பிரக்ஞையிலிருந்து அவ்வளவு எளிதாக வெட்டியெறிந்துவிட முடியாது. மேரி ஷெல்லியின் புகழ்பெற்ற ‘ஃப்ராங்கென்ஸ்டைன்' நாவலில் (1818) இப்படி வரும்: “அறிவைப் பெறுதல் என்பது எவ்வளவு ஆபத்தானது. தனது இயல்பு அனுமதிக்கும் அளவையும் கடந்து மிகப் பெரிய உயரத்தை அடைய நினைப்பவனைவிட, தான் இருக்கும் ஊர்தான் உலகம் என்ற நினைப்பில் வாழும் மனிதன் எவ்வளவு மகிழ்ச்சியானவன்!”

அழிவுக்கான ஆக்கமா?

நியூ மெக்ஸிகோவில் முதல் அணுகுண்டுச் சோதனையை அமெரிக்கா நடத்தியபோது வெளிப்பட்ட பயங்கரம் என்பது, நம் இயல்பைவிட அதீதமான சக்திகளை நாம் கட்டவிழ்த்துவிட்டோம் என்பதற்கான அடையாளமே. இரண்டாம் உலகப் போர் முடிவுக்கு வந்ததும் அணுகுண்டுத் தயாரிப்புத் திட்டத்தின் (மன்ஹாட்டன் புராஜெக்ட்) தலைவரான ராபர்ட் ஓப்பன்ஹீமர், “அப்போது நாங்கள் புரொமிதியஸ் கதையைப் பற்றியும் மனிதனின் புதிய சக்திகள்குறித்த ஆழமான குற்றவுணர்வைப் பற்றியும் நினைத்துக்கொண்டோம்” என்றார்.

படியாக்கத்தின் (குளோனிங்) மூலம் டாலி என்ற ஆட்டை உருவாக்கியபோது, “நவீன வாழ்க்கையின் மதிமயக்கக்கூடிய கதவுகள் திறந்துபார்க்கக் கூடாதவை என்று மூடப்பட்டிருந்தன. அந்தக் கதவுகளைத் திடீரென்று திறந்து, ரகசியங்களை எட்டிப்பார்த்ததுபோல இருக்கிறது” என்று ‘நியூயார்க் டைம்ஸ்' பத்திரிகை எழுதியது.

திறக்கப்படும் ஒவ்வொரு கதவும் தொடர்ந்து நமக்கு உறுத்தலையும் குற்றவுணர்வையும் ஏற்படுத்தக்கூடும். நாம் மிகவும் முன்னேற்றம் அடைந்தவர்களாகவும் ஆதிவாசிகளாகவும் ஒரே நேரத்தில் இருக்கிறோம். நியூட்டனின் சிந்தனைப் பாய்ச்சலும் நாமே, கல்லோடு சேர்த்துக் கட்டப்பட்ட புரொமிதியஸும் நாமே. டி.என்.ஏ-வின் ரகசியங்களைக் கட்டவிழ்த்துவிட்ட வாட்சன்–கிரிக்கும் நாமே, ஆதாம்-ஏவாளும் நாமே.

பல நூற்றாண்டுகளின் விடுதலை உணர்வும் சிறைவாசமும் படைப்புத்திறனும் பயங்கரமும் ஒன்றாக ஒரே வீட்டில் வசிக்கின்றன. திறக்கும் ஒவ்வொரு கதவும் நம்மைத் தொந்தரவுக்குள்ளாக்கும். இருப்பினும், தொடர்ந்து நாம் கதவுகளைத் திறந்துகொண்டிருப்போம்; ஏனெனில், நம்மை யாராலும் எதனாலும் தடுக்கவே முடியாது.

© ‘நியூயார்க் டைம்ஸ்', தமிழில்: ஆசை
(மார்ச் - 20, நியூட்டன் நினைவு நாள்)

ஆப்பிள் ஏன் விழுந்தது? - நியூட்டன் ‘பரபரப்பு’ பேட்டி!

Updated: March 20, 2014 09:44 IST

 

நியூட்டனின் விதிகளை எளிமையாக விளக்கும் வகையில் ஒரு கற்பனை உரையாடல்!

நிருபர்: நியூட்டன் சார், ஆப்பிள் உங்கள் தலையில் விழுந்த கதை உண்மையா?

நியூட்டன்: கெப்ளர் கண்டுபிடித்த கோள்களின் இயக்க விதிகளை மூன்று நாட்களாக விடாமல் படித்துக்கொண்டிருந்தேன். கோள்களெல்லாம் சூரியனை நீள்வட்டமாகச் சுற்றிவருவதுபற்றி அவற்றின் மூலம் அறிந்தேன். அப்போது எனக்குப் பசி தாங்க முடியவில்லை. அந்த வாசிப்பைத் தொடர முடியாததால், ஆப்பிளைப் பறித்துச் சாப்பிட்டுவிட்டு வந்துவிடலாம் என்று தோட்டத்துக்குச் சென்றேன்.

நிருபர்: அப்போதுதான் அந்த ஆப்பிள் உங்கள் தலையில் விழுந்ததா?

நியூட்டன்: இல்லை, அது என் கையில் விழுந்தது.

நிருபர்: உங்களுக்குப் பசி எடுக்கிறது என்று ஆப்பிளுக்கு எப்படித் தெரியும்? அல்லது கடவுள் செயலா?

நியூட்டன்: கடவுள் செயலல்ல, கெப்ளர் செயல்.

நிருபர்: எப்படி?

நியூட்டன்: கோள்களைப் பற்றிய அவரது கண்டுபிடிப்புதான், ஆப்பிள் எப்படி நேராக என் கையில் வந்து விழுந்தது என்பதை எனக்குப் புரிய வைத்தது. கோள்களின் சுற்றுப்பாதை சூரியனை மையம் கொண்டு எப்படி ஒரு நீள்வட்டமாக அமைகிறது என்பதை அவர்தான் புரியவைத்தார்.

நிருபர்: கிரகங்களின் சுழற்சி எல்லோருக்கும் தெரிந்த விஷயம்தானே?

நியூட்டன்: மேலும் அவர் சொன்னது, “சூரியனிலிருந்து ஒரு விசை வெளிவந்து கோளங்களைப் பற்றிக்கொள்கிறது.” அதிலிருந்து நான் சொல்வது, “பூமி தன் புலப்படாத கைகளால் ஆப்பிளைப் பற்றிக்கொள்கிறது.”

நிருபர்: ஆப்பிளைப் பற்றியது உங்கள் கைதானே?

நியூட்டன்: சூரியனிலிருந்து வெளிவரும் விசைபோல் பூமியிலிருந்து ஒரு விசை வெளி வந்து அதைச் சுற்றியுள்ள அனைத்தையும் பற்றிக்கொள்கிறது என்பதைத்தான் நான் அப்படிச் சொன்னேன். கோள்கள், விண்மீன் திரள், ஆப்பிள், நீங்கள், நான் அனைத்தும் அசைவது ஒரு விதியின் கீழ்தான். அதுதான் ‘நியூட்டனின் ஈர்ப்பு விதி’.

நிருபர்: சூரியனைச் சுற்றும் சனி அல்லது புதனைப் போல் ஆப்பிள் ஒன்றும் பூமியைச் சுற்றவில்லையே?

நியூட்டன்: ஆப்பிளால் சுற்ற முடியும்.

நிருபர்: எப்படி?

நியூட்டன்: கொஞ்சம் கற்பனைசெய்து பாருங்கள். மிகமிகப் பலத்துடன், அதாவது பூமியின் ஈர்ப்பு விசையை அது சமாளிக்கக் கூடிய அளவு பலத்துடன் வீசியெறிந்தால் அது பூமியைச் சுற்ற ஆரம்பித்து, தொடர்ந்து சுற்றிக்கொண்டிருக்கும்.

நிருபர்: ஆ… புரிகிறது, பூமியைச் சுற்றும் செயற்கைக்கோள்களைப் போல…

நியூட்டன்: என் கணக்குப்படி ஆப்பிளை ஒரு நொடிக்கு 11 கிலோ மீட்டர் வேகத்தில் வீசினால், பூமியின் ஈர்ப்பு விசையிலிருந்து ஆப்பிள் விடுபட்டுவிடும். அதையே நொடிக்கு 42 கிலோ மீட்டர் வேகத்தில் வீசினால், சூரியனின் ஈர்ப்பு விசையிலிருந்து விடுபட்டு அண்டவெளியில் சுதந்திரமாகப் பயணிக்கத் தொடங்கிவிடும், இன்னொரு கோளின் அல்லது இன்னொரு நட்சத்திரத்தின் ஈர்ப்பு வலையில் விழும்வரை.

நிருபர்: ஆகையால் உங்கள் புகழ்பெற்ற ஈர்ப்பு விதி ஆப்பிளிலிருந்துதான் வந்தது.

நியூட்டன்: ஆமாம். நிறையுள்ள பொருள்கள் எல்லாமே ஒன்றையொன்று ஈர்க்கும் தன்மையுடையன. ஆகையால் மனிதர்கள் நாம் அனைவரும் ஒன்றாக இணையப் படைக்கப்பட்டவர்கள்.

நிருபர்: ஆப்பிளைச் சாப்பிடாமல் ஏன் அதைப் பார்த்தபடியே நிற்கிறீர்கள்?

நியூட்டன்: ஆப்பிளின் சிவப்பு நிறத்தைக் கவனித்தீர்களா?

நிருபர்: அதில் என்ன இருக்கிறது?

நியூட்டன்: சூரியனின் ஒளி ஆப்பிளின் தோல்மீது எதிரொலிப்பதால் ஆப்பிள் நம் கண்களுக்குத் தெரிகிறது.

நிருபர்: இதில் என்ன விஷயம்?

நியூட்டன்: சூரியனின் ஒளி வெண்மையாக இருக்க, அது எப்படி சிவப்பாகப் பிரதிபலிக்கிறது?

நிருபர்: ஆப்பிளின் தோல், ஒளியின் நிறத்தை மாற்றிவிடுகிறது.

நியூட்டன்: இல்லை இல்லை. சில நாள்களுக்கு முன்பு நான் ஒரு ஆராய்ச்சியில் ஈடுபட்டேன். சூரிய ஒளியை ஒரு முப்பட்டகம் (ப்ரிஸம்) வழியே செலுத்தினேன். அது வானவில்லாக வெளிவந்தது.

நிருபர்: ஊதா, கருநீலம், நீலம், பச்சை, மஞ்சள், ஆரஞ்சு, சிவப்பு.

நியூட்டன்: வெண்மை என்பது ஒரு நிறமல்ல, அது அனைத்து நிறங்களின் கூட்டல்.

நிருபர்: ஓ, எல்லா நிறங்களின் தொகுப்பு என்று சொல்லவருகிறீர்களா?

நியூட்டன்: அந்தத் தொகுப்பை முப்பட்டகம் முழுமையாகப் பிரித்துவிடுகிறது. ஆப்பிளோ அனைத்து நிறங்களையும் உள்வாங்கிக்கொண்டு சிவப்பை மட்டும் பிரதிபலிக்கிறது.

நிருபர்: இதைச் சரி என்று எப்படி நிரூபிப்பது?

நியூட்டன்: நீல நிற வெளிச்சத்தில் இந்த ஆப்பிள் உங்கள் கண்களுக்குத் தெரியாது.அது எதையும் பிரதிபலிக்காமல் கருநிறத்தில் தெரியும்.

நிருபர்: அந்த ஆப்பிளைக் கொடுங்கள், நான் பரிசோதித்துப் பார்க்கிறேன்.

நியூட்டன்: ஐயோ, எனது ஆப்பிள்…?

நிருபர்: இயக்கம் குறித்த விதிகளை எனக்குப் புரியும்படி விளக்குங்கள். உங்கள் ஆப்பிளைத் தந்துவிடுகிறேன்.

நியூட்டன்: சரி, சொல்கிறேன். ஒரு பொருளின் அசைவுக்குப் பின்னால் இருக்கும் ரகசியங்களை வெளிப்படுத்துவதுதான் எனது மூன்று இயக்க விதிகள். நீங்கள் ஒரு காரில் 100 கிலோ மீட்டர் வேகத்தில் நேராகச் சென்றுகொண்டிருக்கிறீர்கள் என்று வைத்துக் கொள்வோம். உங்கள் கார் எந்தவொரு மாற்றமுமின்றி நேராகச் செல்லும். அப்படிச் செல்லும் காரின் இயக்கத்தில் மாற்றம் ஏற்பட்டால் என்ன அர்த்தம்?

நிருபர்: காரை ஓட்டும் நான் வேகத்தைக் குறைத்துவிட்டேன் அல்லது கூட்டிவிட்டேன்.

நியூட்டன்: அல்லது…

நிருபர்: ஸ்டீயரிங்கை வலது அல்லது இடது பக்கம் திருப்பிவிட்டேன்.

நியூட்டன்: இதுதான் என் இயக்க விதிகளின் மூலக்கரு. எந்தவொரு பொருளின் இயக்கத்தில் மாற்றம் ஏற்பட்டாலும், அந்தப் பொருளின் மீது ஏதோவொரு விசை செயல்படுகிறது என்று அர்த்தம்.

நிருபர்: ஓ! திடீரென்று ஸ்டீயரிங்கைத் திருப்பியதுபோல்…

நியூட்டன்: ஆம்! இந்தத் திடீர் மாற்றத்தின் விளைவு உங்கள் காரின் வேகத்தில் அல்லது செல்லும் திசையில் தெரியும்.

நிருபர்: வேக மாற்றமும் விசையும் ஒன்றோடு ஒன்று தொடர்புடையது என்பதே நீங்கள் கண்டறிந்த உண்மை. இதை அனைவரும் மிகப் பெரிய சாதனை என்று சொல்கிறார்கள்.

நியூட்டன்: நான் மற்றவர்களுக்கு எப்படித் தோன்றுகிறேன் என்று எனக்குத் தெரியாது. ஆனால், என்னை நான் பார்க்கும்போது கடலோரம் விளையாடும் ஒரு குழந்தையைப் போல் தெரிகிறேன். அந்தக் குழந்தை அதிர்ஷ்டவசமாக ஒரு அழகான கிளிஞ்சலைக் கண்டெடுத்தது. ஆனால், அந்தக் குழந்தையின் முன் பரந்த பெருங்கடலாக அறியப்படாத உண்மைகள் விரிந்துகிடக்கின்றன என்பதுதான் உண்மை.

குறிப்பு:

நியூட்டன் பிறந்தபோது வழக்கத்தில் இருந்தது ஜூலியன் நாட்காட்டி முறை.

இதன்படி நியூட்டனின் பிறப்பு: 25-12-1642, இறப்பு: 20-03-1727.

புதிய நாட்காட்டி முறைப்படி (கிரிகோரியன் நாட்காட்டி) பிறப்பு: 04-01-1643, இறப்பு: 31-03-1727

- குமரன் வளவன், நாடகக் கலைஞர், இயற்பியலாளர்,
பிரெஞ்சு-தமிழ் மொழிபெயர்ப்பாளர்
தொடர்புக்கு: valavane@yahoo.fr

Deep carbon could trigger mass extinction

 

Thursday, 24 July 2003 Richard Ingham
ABC

Earth visualisation

Carbon stored beneath the Earth's crust could be released by volcanic eruptions (NASA)

A vast reservoir of carbon is stashed beneath the Earth's crust and could be released by a major volcanic eruption, unleashing a mass extinction of the kind that last occurred 200 million years ago, German geologists report.

Researchers know that carbon is stored in the mantle, a layer of plastic-like rock beneath Earth's fragile crust, said Professor Hans Keppler of the Institute of Sciences at Germany's University of Tuebingen, whose report appears in today's issue of Nature.

Exactly how much is down there is unknown. Most estimates, drawn from analyses of gases emerging from the mantle, suggest the store is many times more than all the carbon in the Earth's atmosphere, soil and sea combined.

The concern is that if just a part of this gigantic reservoir is quickly released as carbon dioxide, or CO2, that could create a runaway greenhouse effect. The CO2-soaked atmosphere would store up heat from the Sun, shrivelling plant life and destroying species along the food chain.

"The [mantle] reservoir is just gigantic compared with anything that we have on the Earth's surface," said Keppler. So he and his colleagues conducted an ambitious experiment aimed at finding whether mantle rock is a stable storage for CO2.

Most of the rock in the Earth's upper mantle is a crystalline silicate called olivine. In a lab chamber, Keppler's team replicated the fiery heat and intense pressures, of 1,200°C and 3.5 gigapascals, which are likely to exist in the deeper parts of the upper mantle.

They used these conditions to create olivine crystals from raw ingredients of magnesium oxide and silicon dioxide, and exposed them to carbon and water.

The carbon turned out to be almost completely insoluble in olivine: just a tiny amount, between 0.1 and 1.0 parts per million by weight, was absorbed into the rock. So if the carbon is not in the olivine, that leaves only one major source, Keppler said: "If you cannot store the carbon in the olivine, then the only plausible place for storing it are carbonates."

Carbonate rocks have a much lower melting point than olivine, which is able to absorb the punishing furnace-like heat radiating from the Earth's core and still not melt.

Heated to a molten state, carbonates are capable of squeezing through cracks in the olivine, rising up towards the surface and absorbing the free carbon as they go. They can pick up so much that as much as 10 or 20% of their mass is carbon.

The risk, said Keppler, is that this carbonate reservoir could suddenly be breached in the event of a major volcanic eruption.

"Once the carbonate comes up to the surface, as soon as it is below [a pressure of] 20 or 30 kilobars, which corresponds to a depth of 40 or 60 km in the mantle," he said. "As soon as it comes up beyond this depth, it will decompose and release carbon dioxide."

The nightmare scenario? Gigantic geysers of carbon dioxide, imperilling life on the surface. "There has been some evidence that something like this has happened in the past. There is a very good correlation with [CO2] flooding that coincides with several mass extinction events - some massive, sudden change of carbon dioxide in the atmosphere," Keppler said.

One of these events occurred around 245 million years ago, at the end of the Permian era, which saw the largest extinction event in Earth's history: fossil evidence shows as many as 96% of all marine species were lost and more than three quarters of vertebrate, or backboned, species on land.

The other - possibly a cluster of smaller events - was at the end of the Triassic period around 208 million years ago, when around half of the world's species suddenly died out.

That event essentially handed rule of the planet to the dinosaurs, which began a long decline thereafter. They were ultimately consigned to history 65 million years ago by the cataclysmic impact of a 10 km asteroid, which struck what is now the Gulf of Mexico.

Methane eruption blamed for mass extinction

 

Thursday, 4 September 2003

Rossella Lorenzi
Discovery News

methane bubble

Did a massive methane bubble from deep beneath the ocean trigger a mass extinction?

A massive explosion of colourless, odourless natural gas erupting from the ocean depths may have caused the worst mass extinction in the Earth's history some 251 million years ago, according to U.S. geologists.

In the September issue of Geology, Associate Professor Gregory Ryskin of Northwestern University in Illinois contends that an extremely fast, explosive release of dissolved methane gas could have killed 95% of Earth's marine species, and some 70% of land animal and plants at the end of the Permian era - long before dinosaurs lived and died.

According to Ryskin, methane from bacterial decay or from frozen methane hydrates, continuously produced beneath the ocean floor, accumulated to high concentrations in the stagnant and deep prehistoric waters.

Just one disturbance - a small meteorite impact, an earthquake or a seafloor volcano - could have triggered gas-saturated water closer to the surface, where the gas would have bubbled out. The result would have been a catastrophic eruption.

"The erupting region would have 'boiled over', ejecting a large amount of methane and other gases into the atmosphere, and flooding large areas of land," Ryskin said.

He added that the explosive mechanism is the same as Cameroon's Lake Nyos disaster of 1986. That lake erupted, creating a gas-water fountain almost 120 m high and releasing a lethal cloud of carbon dioxide. A water surge washed up the shore to a height of more than 24 m.

More energy than nuclear weapons

The situation would have been much worse in the Permian era, he said. Ryskin calculated that prehistoric oceans could easily have contained enough methane to liberate an energy about 10,000 times greater than the world's entire nuclear weapons stockpile going off at once.

Scientists have long wondered what caused the massive extinction, proposing various possibilities such as an asteroid colliding with Earth, volcanic eruptions in Siberia or an ancient greenhouse effect.

Ryskin's hypothesis lists seven very different pieces of observational evidence, including: the extreme rapidity of marine and terrestrial extinctions, a sharp peak in the atmospheric concentration of carbon dioxide, a drastic negative sulphur and carbon isotope excursion, and the presence in some locations of metallic and glassy superheated debris particles called microspherules.

"There is no final proof for what I am suggesting, but this is the only hypothesis that explains all those pieces of evidence at once," Ryskin said.

Similar, smaller-scale eruptions of methane over time could account for other events and climatic changes, including the Biblical flood, Ryskin added. But most of all, other sluggish seas might still be accumulating methane at their depths, representing a future risk.

"I do think that such eruptions will occur in the future, though perhaps not in the immediate [future], and not on the same scale. I cannot predict the exact time or location. It is very important to start research in oceanography to identify methane deposits," Ryskin said.

Methane has already been identified as a cause for catastrophic disasters in prehistoric times, according to Professor Gerald Dickens of Rice University in Houston.

"But Ryskin's model is different because he invokes methane stored in deep water, rather than from terrestrial systems such as peat deposits or gas hydrates in sediment," Dickens said. "I have not made the mass balance calculations to evaluate his model, but my gut feeling is that there are some problems in the amount of methane that can be stored in deep water."

Giant bubbles could sink ships, say maths experts

News in Science

Friday, 24 October 2003

Anna Salleh
ABC

experiment

An experiment showing a rising bubble about to sink a ship

Methane bubbles from the sea floor could be responsible for the mysterious sinking of ships in areas like the Bermuda Triangle and the North Sea, new Australian research confirms.

Computational mathematics honours student David May and supervisor, Professor Joseph Monaghan of Monash University in Melbourne report their research in the American Journal of Physics.

Their modelling suggests that giant bubbles are much more likely to sink ships than previously thought, adding new weight to warnings about ships travelling in areas where bubbles are likely to be.

Huge bubbles can erupt from undersea deposits of solid methane, known as gas hydrates. The methane - found as an odourless gas in swamps and mines - becomes solid under the enormous pressures at the deep sea floor. Under the sea, however, the ice-like methane deposits can break off and become gaseous as they rise, creating bubbles at the surface.

"Sonar surveys of the ocean floor in the North Sea (between Britain and continental Europe) have revealed large quantities of methane hydrates and eruption sites," say May and Monaghan.

These bubbles aren't any old round sphere, according to May. In fact, they are lens-shaped, with a flat bottom and a domed upper surface.

While previous experimental research - using, for example, bubbles in large glass beakers filled with water - have supported the theory that plumes of bubbles can sink ships, May and Monaghan took these ideas further by simulating the event with a computer model.

But first, they trapped water between vertical glass plates and launched gas bubbles from the bottom to see what would happen to a toy ship floating on the surface. They found that a single giant bubble, the same width as the length of a ship, could swamp a ship under certain circumstances.

The researchers also developed a numerical computer model that was able to predict whether the toy ship would sink under different conditions. The computer model, based on the principles of fluid dynamics, related velocity, pressure, and density measurements of both water and gas, in two dimensions. A display showed the movement of the water resulting from a giant bubble and its impact on a computerised "ship".

May and Monaghan checked the accuracy of the computer model by feeding different sized real bubbles into the glass tank and seeing whether the ship sank as it was placed in different positions in relation to the bubble.

Whether or not the ship will sink depends on its position relative to the bubble. If it is far enough from the bubble, it is safe, they say. If it is exactly above the bubble, it also is safe - the danger position is between the bubble's middle point and the edge of the mound where the trough formed.

"When we started playing around with the model, we saw lots of interesting features at the surface that hadn't been discussed in the literature," May told ABC Science Online.

"I thought the bubble would rise up, burst and create a cavity that the ship would fall into and it wouldn't sink. But instead, you got an elevation of water - a sphere of water that the boat would slide off. But when the bubble burst, you got this high velocity jet of fluid spurting down into the water, pushing the boat under with it."

The researchers say a recent survey has revealed the presence of a sunken vessel within the centre of one particularly large eruption site, now known as the Witches Hole, suspected to be the victim of a bubble.

No one has seen such an eruption in real life, and no one knows how large the bubbles coming off a methane deposit would be or what configuration they would be in. However as soon as bubbles are characterised, measurements can be collected and plugged into the computer model to assess the potential risk to ships passing by, May says.

http://www.abc.net.au/science/articles/2003/10/24/973492.htm