மின்காந்த அலைகள் என்றால் என்ன?

இணையம், திறன்பேசி (smartphone) போன்ற நவீன தொழில்நுட்பங்களுக்கு மின்காந்த அலைகளே அடிப்படை. இந்த அலைகளின் இயக்கத்தை விளக்கும் கணிதச் சமன்பாடுகளை ஜேம்ஸ் கிளார்க் மேக்ஸ்வெல் உருவாக்கினார்.

19ஆம் நூற்றாண்டின் தொடக்கத்தில் மின்சாரம், காந்த ஆற்றல், ஒளி ஆகியவற்றை அறிவியலாளர்கள் தனித்தனி விஷயங்களாகக் கருதினர். ஆனால், இவை மூன்றும் ஒன்றே என்று மேக்ஸ்வெல் நிறுவினார்.

1820இல் ஹான்ஸ் கிறிஸ்டியன் ஆர்ஸ்டெட் (Hans Christian Ørsted) என்ற இயற்பியலாளர், இரும்புக் கம்பியில் மின்சாரம் பாய்ந்தபோது அருகில் இருந்த திசைகாட்டி (compass) அசைவதைக் கண்டார். திசைகாட்டி காந்த ஆற்றலால் இயங்குவதால், மின்சாரம் காந்தப் புலத்தை (magnetic field) உருவாக்குகிறது என்று அவர் கூறினார்.

இதன் தொடர்ச்சியாக, மைக்கேல் ஃபாரடே (Michael Faraday) ஒரு கம்பிச் சுருளில் காந்தத்தை நகர்த்தும்போது மின்சாரம் உருவாவதைக் கண்டறிந்தார். மின்கலங்கள் (batteries) அல்லது வேறு ஆற்றல் இல்லாமல் மின்சாரத்தை உருவாக்க முடியும் என்று ஃபாரடே கூறினார். அவரது இந்த மின்காந்த ஆற்றல் பற்றிய புரிதல், மின்சாரத் தந்தி (telegraph) தொழில்நுட்பம் உருவாக வழிவகுத்தது.

ஃபாரடே மின்சாரத்தையும் காந்த ஆற்றலையும் சுற்றி கண்ணுக்குத் தெரியாத மின்காந்தப் புலம் ஒன்று இருப்பதாகவும், இந்தப் புலம்தான் ஆற்றலை ஓர் இடத்தில் இருந்து இன்னோர் இடத்திற்குக் கொண்டு செல்கிறது என்றும் கூறினார். இரும்புத் துகள்களைக் காந்தத்தைச் சுற்றி வைக்கும்போது அவை ஒரு குறிப்பிட்ட வடிவத்தில் திரள்வது, கண்ணுக்குத் தெரியாத ஒரு புலம் இருப்பதால்தான் என்று அவர் விளக்கினார். ஆனால், இதை அவரால் கணிதரீதியாக நிறுவ முடியவில்லை.

மேக்ஸ்வெல், ஃபாரடேவின் கருத்துக்களை ஏற்றுக்கொண்டு, அவற்றை வகை நுண்கணிதத்தின் (differential calculus) துணைகொண்டு கணித அடிப்படையில் விளக்கினார். பொருள்களுக்கு இடையேயுள்ள வெளியில் என்ன நடக்கிறது என்பதையும் அவர் விளக்கினார்.

மேக்ஸ்வெல் ஒளியைப் பற்றியும் ஆய்வு செய்தார். ஒளி அலை வடிவில் நகர்கிறது என்று அறிவியலாளர்கள் ஏற்கெனவே அறிந்திருந்தனர். மின்காந்த ஆற்றலும் ஒளியைப் போலவே அலை வடிவில் நகர்கிறது என்றும், வெளி முழுவதும் இந்த அலை பரவி இருப்பதாகவும் மேக்ஸ்வெல் கூறினார். இதனால், கம்பிகளில் மட்டுமல்லாமல், காற்றில் மற்றும் ஏதுமற்ற வெளியிலும்கூட மின்காந்த அலை பயணிக்கிறது என்றார்.

மின்காந்த ஆற்றலை விளக்கும் நான்கு கணிதச் சமன்பாடுகளை மேக்ஸ்வெல் உருவாக்கினார். இவை மேக்ஸ்வெல் சமன்பாடுகள் என்று அறியப்படுகின்றன. மின்காந்த அலைகள் பயணிக்கும் அதே வேகத்தில்தான் ஒளியும் பயணிக்கிறது என்பதை உறுதிசெய்து, ஒளியும் ஒரு மின்காந்த அலைதான் என்று மேக்ஸ்வெல் அறிவித்தார். இவ்வாறு மின்சாரம், காந்தம், கண்ணுறு ஒளி (visible light) ஆகிய மூன்றும் மின்காந்த அலைகள்தான் என்று கணிதச் சமன்பாட்டின் கீழ் அவர் ஒருங்கிணைத்தார்.

1865இல் மேக்ஸ்வெல் வெளியிட்ட இந்தக் கோட்பாடு, 1888இல் ஹைன்ரிக் ஹெர்ட்ஸ் (Heinrich Hertz) என்பவரால் சோதனைக்கூடத்தில் மின்காந்த அலையை உருவாக்கி உறுதி செய்யப்பட்டது. ஹெர்ட்ஸ் முதல் செயற்கை வானொலி அலைகளையும் (radio waves) உருவாக்கினார். இவைதான் வானொலி தொழில்நுட்பம் உருவாக அடிப்படையாக அமைந்தன.

இன்றைக்கு நாம் பயன்படுத்தும் வானொலி அலைகள், மைக்ரோ அலைகள் (microwaves), அகச்சிவப்புக் கதிர்கள் (infrared rays), புறஊதாக் கதிர்கள் (ultraviolet rays), எக்ஸ் கதிர்கள் (X-rays), காமா கதிர்கள் (gamma rays) அனைத்தும் மின்காந்த நிறமாலையின் (electromagnetic spectrum) ஒரு பகுதிதான். இவை மின்காந்த அலைகளின் வெவ்வேறு அலைநீளங்கள் (wavelengths) மற்றும் அதிர்வெண்கள்தான் (frequencies) என்று நாம் அறிகிறோம்.

இந்த மின்காந்த அலைகளின் துணைகொண்டு தொலைத்தொடர்பு, மருத்துவம், பிற கோள்களில் உயிர்களைத் தேடும் ஆய்வுகள் எனப் பலவற்றை நாம் செய்கிறோம். கண்ணுக்குத் தெரியாத இந்த மின்காந்த அலைகள்தான் அண்டத்தின் பல ரகசியங்களைத் திறக்கும் சாவியாக இருக்கின்றன.

இறைவன் இந்த அண்டத்தை எவ்வளவு துல்லியமான விதிகளோடு படைத்து, ஒவ்வொன்றையும் ஒன்றோடு ஒன்று இணைத்து வைத்துள்ளான் என்பதை இந்த அறிவியல் உண்மைகள் நமக்குக் காட்டுகின்றன. அவனது ஆற்றலையும் ஞானத்தையும் எண்ணிப் பார்ப்பது நம்மை வியப்பில் ஆழ்த்துகிறது.

ஆதாரம்: இந்து தமிழ் திசை