ஒளிச்சேர்க்கை ஒரு குவாண்டம் நிகழ்வா?

இயற்பியலின் குவாண்டம் கோட்பாடு (quantum theory) அணுக்கள், மூலக்கூறுகள், எலக்ட்ரான்கள், புரோட்டான்கள் போன்றவற்றை விளக்க ஆரம்பத்தில் பயன்படுத்தப்பட்டது. ஆனால், இப்போது இந்தக் கோட்பாடுகள் உயிரியல் துறையிலும் நுழைந்து, பல கேள்விகளுக்குப் புதிய பதில்களைத் தருகின்றன. குவாண்டம் உயிரியல் (Quantum Biology) இப்போது ஒரு முக்கியமான ஆராய்ச்சித் துறையாக வளர்ந்துள்ளது. இதில், ஒளிச்சேர்க்கை (photosynthesis) பற்றிய ஆராய்ச்சி முக்கியமானது.

தாவரங்கள் சூரிய ஒளியை வேதி ஆற்றலாக மாற்றும் செயல்பாடுதான் ஒளிச்சேர்க்கை. தாவர இலைகளில் குளோரோபிளாஸ்ட் (chloroplast) என்ற செல் நுண்ணுறுப்பு உள்ளது. இந்தக் குளோரோபிளாஸ்ட்டின் உள்ளே தைலகாய்டு (thylakoid) என்ற வட்டத் தட்டுகள் அடுக்கி வைக்கப்பட்டுள்ளன. இந்தத் தட்டுகள் குளோரோபில் (chlorophyll) என்ற பச்சை நிறமி மூலக்கூறுகளால் ஆனவை. இந்த குளோரோபில் மூலக்கூறுகள்தான் சூரிய ஒளி ஆற்றலை குளுக்கோஸ் போன்ற வேதி ஆற்றலாக மாற்றுகின்றன.

குளோரோபில் மூலக்கூறின் கடைசி ஆற்றல் மட்டத்தில் ஒரு எலக்ட்ரான் மட்டுமே இருக்கும். சூரிய ஒளி போட்டான்கள் (photons) என்ற ஆற்றல் துகள்களால் ஆனது. இந்த போட்டான்கள் குளோரோபில் மூலக்கூறை அடைந்து, அதன் கடைசி ஆற்றல் மட்டத்தில் உள்ள எலக்ட்ரானை வெளியே தள்ளுகின்றன.

எலக்ட்ரான் வெளியேறியதும், குளோரோபில் மூலக்கூறில் ஒரு நேர்மின் துளை (positive hole) உருவாகிறது. வெளியேறிய எலக்ட்ரானும் இந்த நேர்மின் துளையும் சேர்ந்து எக்சைட்டான் (exciton) என்ற ஒன்றிணைந்த துகளாக மாறுகிறது. இந்த எக்சைட்டான் துகள், தைலகாய்டில் உள்ள வினைமையம் (reaction centre) என்ற பகுதிக்குச் சென்றால் மட்டுமே குளுக்கோஸ் உருவாகும்.

எக்சைட்டான் துகள் உருவான இடத்திலிருந்து வினைமையத்திற்கு எப்படிச் செல்கிறது என்பது ஒரு பெரிய கேள்வி. முன்பு இது ஒரு சீரற்ற பயணம் (random walk) என்று கருதப்பட்டது. ஆனால், சீரற்ற பயணத்தில் எக்சைட்டான் தனது ஆற்றலை வெப்பமாக இழக்க வாய்ப்பு அதிகம். ஆனால், உண்மையில் எக்சைட்டான் கிட்டத்தட்ட நூறு சதவீதம் துல்லியமாக வினைமையத்தை அடைந்து, வேதி ஆற்றல் உருவாகிறது.

ஒளிச்சேர்க்கை நிகழ்வு நூறு சதவீதம் திறன்மிக்கது. அதாவது, ஒரு போட்டான் குளோரோபில் மூலக்கூறில் பட்டால், அந்த ஆற்றல் வீணாகாமல் வேதி ஆற்றலாக மாறுகிறது. எக்சைட்டானின் பயணம் சீரற்றதாக இருந்தால் இது சாத்தியமில்லை.

2007ஆம் ஆண்டில் கலிபோர்னியா பல்கலைக்கழக ஆராய்ச்சியாளர்கள் குவாண்டம் கோட்பாட்டின் மூலம் இதற்குப் புதிய விளக்கம் அளித்தனர். மாசசூசெட்ஸ் இன்ஸ்டிடியூட் ஆப் டெக்னாலஜி (MIT) ஆராய்ச்சியாளர்கள் இதற்கான ஆய்வகப் பரிசோதனைகளைச் செய்துள்ளனர். அவர்களின் விளக்கப்படி, எக்சைட்டான் துகள் தனது இடத்திலிருந்து வினைமையத்திற்குச் செல்லும் பல சாத்தியமான பாதைகளை ஒரே நேரத்தில் குவாண்டம் ஒருங்கிணைவு (quantum coherence) மூலம் உணர்ந்து, சரியான பாதையை குவாண்டம் ஆக்கக்குறுக்கீடு (quantum constructive interference) மூலம் தேர்வுசெய்து துல்லியமாக வினைமையத்தை அடைகிறது.

ஒளிச்சேர்க்கை நூறு சதவீதம் திறன்மிக்கதாக இருப்பதற்கு குவாண்டம் ஒருங்கிணைவுப் பண்பே காரணம் என்ற புதிய பார்வை கிடைத்துள்ளது. ஒளிச்சேர்க்கையை குவாண்டம் கோட்பாட்டைப் பயன்படுத்தி ஆராய்வதன் மூலம், சூரியப் பலகைகளில் (solar panel) சூரிய ஒளியை இன்னும் திறமையாக மின்னாற்றலாக மாற்றுவதற்கான தொழில்நுட்ப முன்னேற்றங்களை அடைய முடியும். வாசனை உணரும் நிகழ்வில்கூட குவாண்டம் ஊடுருவல் (quantum tunnelling) விதிகளைப் பயன்படுத்தி ஆராய்ச்சிகள் நடக்கின்றன. குவாண்டம் உயிரியல் ஆராய்ச்சி எதிர்காலத்தில் மேலும் பல புதிய கண்டுபிடிப்புகளை உருவாக்கும் என்பதில் சந்தேகமில்லை.

இத்தகைய சிக்கலான மற்றும் துல்லியமான இயற்கை நிகழ்வுகளைப் பார்க்கும்போது, அனைத்தையும் படைத்து, சீராக இயங்கச் செய்யும் இறைவனின் அளவற்ற ஆற்றலையும் ஞானத்தையும் நாம் வியக்கிறோம். இந்தச் சிறிய துகள்களின் இயக்கம்கூட ஒரு பெரிய நோக்கத்திற்காக எவ்வாறு வடிவமைக்கப்பட்டுள்ளது என்பதை எண்ணிப் பார்ப்பது நம்மைப் பணிவு கொள்ளச் செய்கிறது.

ஆதாரம்: இந்து தமிழ் திசை