ஒளியின் வேகம்

வெற்றிடம் ஒன்றில் ஒளியின் வேகம் (speed of light) என்பது இயற்பியலில் ஒரு அடிப்படை மாறிலி. இது பொதுவாக "c" என்னும் ஆங்கில எழுத்தால் குறிக்கப்படுகிறது. கட்டற்ற வெளியில் (free space), கண்ணுக்குப் புலப்படும் கதிர்வீச்சு உட்பட எல்லா மின்காந்தக் கதிர்வீச்சுகளினதும் வேகம் இதுவே. ஓய்வுத்திணிவு பூச்சியமாக உள்ள எதனதும் வேகமும் இதுவேயாகும்.

வெற்றிடத்தில் ஒளி வேகம் விநாடிக்கு 299,792,458 மீட்டர்களாகும்.இதனை 2.99*108ms−1 அல்லது 3*108ms−1 (வெற்றிடத்தில் மட்டும்)  என்றும் கூறலாம்.ஒளியின் வேகம் ஒரு மாறிலி (constant) ஆகும்.

ஒளி, ஒரு ஒளி ஊடுசெல்லவிடும் அல்லது ஒளிகசியும் பொருளினூடாகச் செல்லும்போது அதன் வேகம் வெற்றிடத்தில் உள்ள வேகத்திலும் குறைவாக இருக்கும். வெற்றிடத்தில் ஒளி வேகத்துக்கும், நோக்கப்பட்ட நிலைமை வேகத்துக்கும் இடையிலான விகிதம் குறிப்பிட்ட ஊடகத்தின் விலகல் குறியீட்டெண் (refractive index) அல்லது முறிவுக் குணகம் எனப்படும்.

பொதுச் சார்புக் கோட்பாட்டில், "c", வெளிநேரத்தின் ஒரு முக்கியமான மாறிலியாகும். ஈர்ப்பின் காரணமாக வெளிநேரம் வளைந்து இருப்பதனால், தூரம், நேரம் என்பவற்றையும்; அதனால், வேகத்தையும், தெளிவாக வரையறுக்க முடியாதுள்ளது.

வரலாறு
ஒளியின் வேகத்தை முதன் முதலில் கண்டுபிடிக்க முயற்சி எடுத்தவர் கலீலியோ ஆவார். கி. பி. 1630 இல் இதற்கான சோதனைகளில் அவர் ஈடுபட்டார். தன் உதவியாளருடன், கையில் ஒரு லாந்தர் விளக்கை ஏந்திக்கொண்டு ஒரு மலைக் குன்றை அடைந்தார். கூட வந்த தன்னுடைய உதவியாளரிடம்  ஒரு விளக்கைத் தந்து, குன்றின்  எதிர் உச்சியில் போய் நிற்குமாறு பணித்தார்.

இப்போது, அந்த உதவியாளர் விளக்கிலிருந்து வெளிப்படும் ஒளியைத் தூண்டிவிட வேண்டும். அவ்வாறு தூண்டிவிடப்பட்ட  அந்த ஒளியைக் கண்டவுடன் கலீலியோ தன்னிடமிருக்கும்  விளக்கின் ஒளியைத் தூண்டிவிடுவார். இதன்பின், கலீலியோ இந்த இரு செயல்களுக்கான இடைவெளியைக் குறிப்பெடுத்துக் கொண்டார். இதேபோல்  பலதடவை இச்சோதனையினைச் சோதித்துப் பார்த்தார். அதன்பின்பு, இவர் சற்றுத் தொலைவில் காணப்படும் மலையுச்சிக்கு சென்றார். அங்கும் இதே சோதனையை நிகழ்த்திப் பார்த்தார். எனினும், இத்தகைய சோதனைகளின் கால இடைவெளியில் பெரிதான மாற்றம் இல்லாததைக் கண்டுபிடித்தார். மேலும், அந்தக்காலத்தில் ஒளியின் வேகத்தை அளவிடும் துல்லியமான கடிகாரங்களும் இல்லை. எனினும் மனம்தளராமல் கலீலியோ ஒளி, ஒலியைவிட அதிக வேகத்தில் பயணிக்கும் என்கிற முடிவை உலகிற்கு அறிவித்தார்.

அதன்பின்பு, நீண்ட காலமாக ஒளியின் வேகத்தை  அறிவியல் அறிஞர்களால் கண்டறிய முடியவில்லை. அதேவேளையில், அறிவியலும் ஆராய்ச்சியும் வானியல் சார்ந்த துறைக்கு முக்கியத்துவம் கொடுக்கத் தொடங்கியிருந்தனர். பால்வெளி மண்டலம்,  அண்டவெளியின் புதிர்கள் போன்றவை குறித்து ஆராய, கலீலியோ கண்டுபிடித்து இருந்த தொலைநோக்கி பேருதவியாக அமைந்தது.  ஹைஜன் என்பார்,  கலீலியோவின் ஊசல் (Pendulum) கொண்டிருக்கும் இயற் பண்புகளின் அடிப்படையில், ஓரளவு துல்லியமான கடிகாரத்தை வடிவமைத்திருந்தார்.

இதுவரை, மலையுச்சியில் நின்றுகொண்டு விளக்கை வைத்து சோதனைகள் மேற்கொண்டிருந்ததில் ஒரு பெரிய இடர்ப்பாடு புலப்பட்டது. எவ்வளவு தொலைவான மலைகளில் நின்றுகொண்டு ஒளியின் வேகத்தை அளவிட்டாலும் இரண்டிற்குமிடையே பெரிய வேறுபாடுகள் இருப்பதாகத் தெரியவில்லை. இரு மலைக் குன்றுகளுக்கிடையேயான தொலைவைக் காட்டிலும், இரு வெவ்வேறு கோள்களுக்கு இடையில் காணப்படும் தூரம் மிகுதி. எனவே, கோள்களுக்கிடையில் நடக்கும் ஒளிப்பயணத்தை கணக்கில் எடுத்துக்கொள்ளும் வழக்கம் உருவானது.

வியாழனின் (Jupiter) கோளுக்குரிய நான்கு துணைக்கோள்கள் தோற்றுவிக்கும் கிரகணத்தைக் கண்டுபிடித்து இருந்த காலகட்டமாகும். கோள்களின் இயக்கம் வட்டப்பாதையில் அல்லாமல், நீள்வட்டப்பாதையில் நடக்கிறது என்பது உலகறிந்த உண்மையாகும். அப்படியிருக்கும்போது, வியாழனில் நிகழும்  கிரகணம் வழக்கம்போல் நிகழ்ந்தாலும், பூமியின் அருகில் நிகழும்போது, அதை உடன்  அறிய முடிகிறது. அது மிக அதிக தொலைவில் இருக்கும்போது, அங்கிருந்து வரும் ஒளியின் கால அளவு அதிகம். இதைக் கொண்டு ரோமர் என்னும் அறிவியலாளர், ஒளியின் வேகத்தை கண்டறிந்தார். அதன்வேகம் நொடிக்கு 50,000 மைல்கள் ஆகும். அதுபோல பூமியின் வட்டப்பாதையின் அளவு அப்போது துல்லியமாகக் கணக்கீடு செய்ய இயலாததால், ஒளியின் வேகத்தைச் சரியாகக் கணித்துக் கூறுவதில் சிக்கல்கள் இரூந்தன.எனினும், ஒளியியல் வரலாற்றில் இது ஒரு மைல்கல்லாக அமைந்தது.

அதனால், அப்போதைய ஆராய்ச்சியாளர்கள் ஒளியின் வேகத்தைக் கணக்கிடுவதில் உள்ள முக்கியத்துவத்தை உணராதிருந்தனர். ஒளியின் இயல்புகள் குறித்துக்  கண்டறிவதன் அவசியத்தை ஒத்திவைத்து, அண்டவெளியிலுள்ள விண்மீன் கூட்டத்திற்கிடையான தொலைவைக் கண்டறிவதில் அதிக ஈடுபாடு கொண்டிருந்தனர்.
பிராட்லி என்பவர் வானியல் கணக்கீட்டு அளவை அடிப்படையாகக் கொண்டு ஒளியின் வேகத்தை முடிந்த அளவு துல்லியமாக நொடிக்கு 1,76,000 மைல்கள் என்று அறிவித்தார்.
அதன்பிறகு, ஃபியாசோ என்பார் சக்கரம் சுழலும் வேகத்தை அடிப்படையாகக் கொண்டு ஒளியின் வேகமானது நொடிக்கு 1,96,000 மைல்கள் பயணிக்கிறது என்றார். உண்மையில் ஒளியின் வேகம் ஃபியாசோவின் ஆய்வு முடிவைவிட 10,000 மைல்கள்/நொடி குறைவாகும். 1973 இல் ஈவன்சன் சாதாரண விளக்கொளிக்குப் பதிலாக, ஒளியின் வேகத்தை அளவிட லேசர் ஒளியைப் பயன்படுத்தி கண்டறிந்த மதிப்பானது  மிகத் துல்லியமாக அமைந்திருந்தது.

இறுதியாக, 1983 இல் ஒளியின் வேகம் நொடிக்கு 2,99,792.458 மீட்டர் என்பது பலதரப்பட்ட ஆய்வுகளின் முடிவில் நிரூபணமானது.

 குறியீட்டு முறை,மதிப்பு மற்றும் அலகு 
வெற்றிடத்தின் ஒளியின் வேகமானது பரிமாணத்தின் இயற்பியல் காரணி என்பதால் அதன் மதிப்பு அலகு அமைப்பில் உள்ளது. பன்னாட்டு அலகு முறையில் மீட்டர் எனபது வெற்றிடத்தில் ஒளி ஒரு விநாடியில் கடக்கும் தொலைவு 1⁄299,792,458 /s ஆகும். இதன் அடிப்படையில் ஒளியின் வேகம் சரியாக 299,792,458 மீட்டர்/விநாடி.

பொதுவாக வெற்றிடத்தில் ஒளியின் வேகம் c என்று குறிப்பிடப்படுகிறது , c எனில் லத்தீனில் celeritas (பொருள்: வேகம்) ஆகும்

 பரவுதல் 
செவ்வியல் இயற்பியலில் ஒளி ஒரு மின்காந்த அலையாக புரிந்துகொள்ளப்பட்டது. செவ்விய நடத்தையானது மாக்சுவெல் சமன்பாட்டின் (Maxwell equation) படி,

c = 1/√ε0μ0,

இங்கு C என்பது வெற்றிடத்தில் பாயும் ஒளியின் வேகம், ε0 மின் மாறிலி மற்றம் μ0 காந்தமாறிலி ஆகும்.

தற்கால, குவாண்டம் இயற்பியலில் மின்காந்த புலமானது குவாண்டம் மின்னியக்கவியலாக வரையறுக்கப்படுகிறது. இக்கோட்பாட்டின் படி ஒளி என்பது அடிப்படையில் கிளர்வுற்ற (குவாண்டா) மின்காந்தபுலமான போட்டான்கள் அல்லது ஒளியன்கள் (photons) ஆகும். மின்னியக்கவியலில் ஒளியன்கள் நிறையற்ற துகளாகயால், சிறப்புச்சார்ச்சின் படி ஒளியன்கள் வெற்றடத்தில் ஒளியின் வேகத்தில் பரவுகின்றன.

 ஒளி-பிரபஞ்சத்தின் வேக எல்லை 
ஐன்ஸ்டைனின் சார்பியல் கோட்பாட்டின் படி ஒளியின் திசைவேகம் தான் இப்பிரபஞ்சத்தின் வேக எல்லையாகும்.ஒளி என்பது போட்டான் (photons) எனும் நிறை இல்லாத ஒரு துகள் ஆகும்.இத்துகள்கள் புவியீர்ப்பு விசைக்கு கட்டபடாததால் ஒளியின் திசைவேகம் தான் இப்பிரபஞ்சத்தின் வேக எல்லை என ஐன்ஸ்டின் கூறியுள்ளார்.  ஒளியின் திசைவேகத்தை விட அதிக திசைவேகத்திற்கு எந்த ஒரு பொருளையும் முடுக்குவிக்க இயலாது.

ஒளியின் வேகத்தை ஐன்ஸ்டின் தனது சார்பியல் கோட்பாட்டின் மூலமே விளக்கினார்.
E=mc2                                                                                                                                                                                                                                
இதில் c என்பதே வெற்றிடத்தில் செல்லும் ஒளியின் வேகம் என ஐன்ஸ்டின் கூறினார்.

 முரண்பாடுகள் 
சுடப்பட்ட ஒரு துப்பாக்கிக் குண்டு மரக்கட்டையைத் துளைத்து வெளியேறும் போது தனது ஆற்றலை இழப்பதால் ஆரம்ப திசைவேகத்தை விட சற்று குறைவான வேகத்தில் செல்லும். அதே போல வெற்றிடத்தில் தனக்குரிய திசைவேகத்தில் செல்லும் ஒளி வேறொரு ஊடகத்திற்கு செல்லும் போது தனது திசைவேகத்தை இழக்கும். ஆனால் மறுபடியும் அந்த ஊடகத்திலிருந்து வெற்றிடத்திற்குச் செல்லும் போது தனது பழைய திசைவேகத்தை அடைகிறது. எந்த வித முடுக்கு விசையும் இல்லாமல் தனது பழைய திசைவேகத்தை திரும்பவும் அடைவது அறிவியலாளர்களை ஆச்சரியத்தில் ஒரு விந்தையான முரணாகும். அதே போல மற்றொரு முரண் என்னவெனில் ஓடும் தொடருந்து ஒன்றில் இருந்து சுடப்பட்ட குண்டின் வேகம் தொடருந்தின் வேகம் மற்றும் குண்டின் வேகத்தின் கூடுதலுக்குச் சமமாகும், ஆனால் ஓடும் தொடருந்திலிருந்து உமிழப்பட்ட ஒளியானது எப்போதுமே மாறிலிதான். அதாவது உமிழப்பட்ட மூலத்தின் இயக்கத்தைச் சார்ந்து அமையாது.ஒளியின் வேகம் பற்றிய ஐன்ஸ்டினின் கூற்று தவறு என அறிவியலாளர்கள் ஒரு சிலர் கூறுகின்ரனர்.அவர்கள் ஒளியின் வேகத்தை விட நியூட்ரினோ எனும் அணுத்துகள் வேகமாக செல்வதாக கூறுகின்றனர்name=neutrinoBBC1>.இதனை நிரூபிக்கும் பணிகளும் நடைபெறுகின்றன.

 பயன்கள் 
ஒளியின் திசைவேகத்தை அறிவதால் நமக்குப் பல பயன்பாடுகள் உள்ளன. அவற்றுள் சில:
 ஐன்ஸ்டைனின் நிறையாற்றல் சமன்பாட்டைப் பயன்படுத்த ஒளியின் திசைவேகம் ஒரு முக்கியமான மாறிலியாகும்.
 அலைகளின் அதிர்வெண் கண்டறிய உதவும் சமன்பாட்டில் ஒளியின் திசைவேகம் இன்றியமையாததாகும்.	
 தூரத்தில் உள்ள கோள்களின் தொலைவு மிக மிக அதிகம். ஆவற்றை நாம் நடைமுறையில் பயன்படுத்தும் (கி.மீ) அலகுகளால் குறிப்பிட இயலாது. எனவே வானியல் அலகு பயன்படுத்தப்படுகிறது. ஒரு வானியல் அலகு என்பது ஒளியானது வெற்றிடத்தில் ஒரு ஆண்டு பயணிக்கும் தொலைவாகும். அதாவது 149600000000 மீ ஆகும்.

 மேற்கோள்கள் 
 "Test Light Speed in Mile Long Vacuum Tube." Popular Science Monthly, September 1930, p. 17–18.
 Speed of light in vacuum (National Institute of Standards and Technology, NIST)
 Definition of the metre (International Bureau of Weights and Measures, BIPM)
 Data Gallery: Michelson Speed of Light (Univariate Location Estimation) (download data gathered by A.A. Michelson)
 Subluminal (Java applet demonstrating group velocity information limits)
 De Mora Luminis at MathPages
 Light discussion on adding velocities
 Speed of Light  (University of Colorado Department of Physics)
 c: Speed of Light (Sixty Symbols, University of Nottingham Department of Physics [video])
 Usenet Physics FAQ

பகுப்பு:ஒளியியல்
பகுப்பு:பரிசு பெற்ற கட்டுரைகள் (2010 கட்டுரைப் போட்டி)
பகுப்பு:இயற்பியல் மாறிலிகள்
பகுப்பு:இயற்பியல் கோட்பாடுகள்
பகுப்பு:சிறப்புச் சார்பியல்