Tuesday, January 11, 2011

విశ్వస్వరూపం: 6. కంటికి కనిపించే కాంతి కథ

విశ్వస్వరూపం (గత సంచిక తరువాయి)

6. కంటికి కనిపించే కాంతి కథ

వేమూరి వేంకటేశ్వరరావు

విశ్వస్వరూపాన్ని ఆకళింపు చేసుకోటానికి ప్రయత్నం చేసేముందు ఒక విషయాన్ని మనస్సులో పెట్టుకోవాలి. మన ‘ప్రయత్నం’ అనే బండిని లాగటానికి సిద్ధాంతాలు, ప్రయోగాలు జోడు గుర్రాలలాంటివి. ఒక నక్షత్రం గురించి కాని, ఒక క్షీరసాగరం గురించి కాని తెలుసుకోవాలంటే మనం ముందస్తుగా చెయ్యవలసినది, చెయ్యగలిగేది ఆ నభోమూర్తి నుండి వచ్చే వెలుగుని పరీక్షించటం. తరువాత్తరువాత భూమి మీద ప్రయోగశాలలో చెయ్య గలిగే ప్రయత్నాలు జరుగుతూన్నప్పటికీ, ఆకాశంలో మనకి కనిపించే నభోమూర్తులని అధ్యనం చెయ్యటానికి మూలాధారం అక్కడ నుండి వచ్చే “కాంతి” కిరణాలే. ఈ కాంతి కిరణాల తత్వాన్ని అధ్యయనం చేసే శాఖ భౌతిక శాస్త్రంలో ఒక ముఖ్య భాగం.

1. సనాతన, అధునాతన భౌతిక శాస్త్రాలు

భౌతిక శాస్త్రం అనేది పదార్ధం (matter), శక్తి (energy) అనే రెండింటి మధ్య ఉండే సంబంధ బాంధవ్యాలని అధ్యయనం చేసే శాస్త్రం అని ఇప్పుడు చాల మంది నిర్వచిస్తున్నారు.

శక్తి యొక్క నిజ స్వరూపాన్ని అర్ధం చేసుకోవటమే భౌతిక శాస్త్రపు లక్ష్యం అన్నా తప్పు కాదేమో.

ఈ శక్తి అనేక రూపాలలో అభివ్యక్తమవుతూ ఉంటుంది. ఇది చలన (motion) రూపంలోనూ, కాంతి (light) రూపంలోనూ, విద్యుత్తు (electricity) రూపంలోనూ, వికిరణ (radiation) రూపం లోనూ, గురుత్వాకర్షణ (gravitation) రూపంలోనూ, … ఇలా ఒకటేమిటి, అనేకమైన రూపాల్లో మనకి తారసపడుతూ ఉంటుంది.

ఇదే విధంగా పదార్ధం కూడ తన అత్యధిక ప్రమాణ స్థాయిలో క్షీరసాగరాలు (galaxies) గానూ, అత్యల్ప ప్రమాణ స్థాయిలో పరమాణు రేణువులు (subatomic particles) గానూ, మధ్యస్థంగా అనేక ఇతర రూపాలలోనూ మనకి తారసపడుతూ ఉంటుంది.

స్థూలంగా విచారిస్తే భౌతిక శాస్త్రాన్ని రెండు భాగాలుగా విభజించవచ్చు: సనాతన భౌతిక శాస్త్రం (classical physics), అధునాతన భౌతిక శాస్త్రం (modern physics). ఈ సనాతన అధునాతనాల మధ్య ఉన్న సరిహద్దు ఏది అని పీకులాట పెట్టుకుంటే మనం ముందుకి కదలలేము. కాని 17, 18, 19 శతాబ్దాలలో పరిపక్వం చెందిన భౌతిక శాస్త్రం సనాతనమనిన్నీ, సాధారణ శకం (సా. శ.) 1900 తరవాయి మన అవగాహనలోకి వచ్చిన విషయాలన్నీ అధునాతనమనిన్నీ విడదీయటంలో అంత ప్రమాదం లేదు. దీనికి కారణం చదువరులకి త్వరలోనే అర్ధం అవుతుంది.

సా. శ. 1871 లో కేంబ్రిడ్జి విశ్వవిద్యాలయంలో ఉపన్యాసం ఇస్తూ, ఆనాటి నుండి నేటి వరకూ అజరామరంగా నిలచిపోయిన జేంస్ క్లర్క్ మేక్స్‌వెల్ (James Clerk Maxwell) ఇలా అంటారు:

“మరికొద్ది సంవత్సరాలలో భౌతిక శాస్త్రపు అవధులని చేరుకుంటాం. సుదూర భవిష్యత్తులోనే భౌతిక స్థిరాంకాల (physical constants) విలువలన్నిటిని లెక్కగట్టెస్తాము. ఇహ భావి తరాలు చెయ్యగలిగిందల్లా ఈ స్థిరాంకాల విలువల ఖచ్చితత్వాన్ని (precision) మరొక దశాంశ స్థానానికి పెంచటమే….”

భౌతిక శాస్త్రంలో పరిశోధన ఒక దరికి చేరుకుని అంతం అయిపోబోతున్నాదనే కదా ఈ గమనిక లోని తాత్పర్యం!

మేక్స్‌వెల్ ఉపన్యాసం ముగించి, వేదిక దిగి కిందకి వచ్చి పట్టుమని పాతిక సంవత్సరాలు అయిందో లేదో, 1900 లో మేక్స్ ప్లేంక్ (Max Plank) గుళిక సిద్ధాంతానికి (Quantum Theory) విత్తులు నాటితే, అయిన్‌స్టయిన్ 1905 లో ప్రత్యేక సాపేక్ష సిద్ధాంతాన్ని (Special Theory of Relativity) ప్రవచించేరు. ఈ రెండు ఊహలూ ఆ నాటి భౌతిక శాస్త్రాన్ని కూకటి వేళ్లతో కుదిపేశాయి. విశ్వ రహశ్యాలన్నీ కరతలామలకంలా అవగాహన అయిపోయాయని అనుకున్న మన అహంకారానికి శృంగభంగం అయింది. అధునాతన భౌతిక శాస్త్రానికి సా. శ. 1900 సంవత్సరం మొదలు అనటానికి ఇదే కారణం.

అయిన్‌స్టయిన్ ప్రత్యేక సాపేక్ష సిద్ధాంతం, సాధారణ సాపేక్ష సిద్ధాంతం (General Theory of Relativity) - రెండూ కూడ - 1900 తరువాతనే ప్రచురణ పొందినప్పటికీ, ఈ రెండూ సనాతన భౌతిక శాస్త్రపు పరిధిలోకే వస్తాయి. ఏది ఏమైనప్పటికీ 1900 లో శ్రీకారం చుట్టబడ్డ గుళికల సిద్ధాంతం అధునాతన భౌతిక సిద్ధాంతానికి ఆది పర్వం.


2. కాంతి కెరటాల లక్షణాలు


ఇప్పుడు సనాతన భౌతిక శాస్త్రంలో వచ్చిన పెను మళుపులకి కారణభూతమైన ప్రయోగాల గురించి కొంచెం విచారిద్దాం. ఈ ప్రయోగాలే మన సిద్ధాంత సౌధాలకి పునాదులు కనుక వీటి గురించి అవగాహన ఉంటే ఉపయోగపడుతుంది.

మనలో చాలామంది ఆకాశంలో ఇంద్రధనుస్సు (rainbow) చూసే ఉంటారు. వాతావరణంలోని నీటి తుంపరల మీద సూర్యరశ్మి పడ్డప్పుడు, ఆ నీటి తుంపరలు స్పటికం (prism) వలె ప్రవర్తించి సూర్యకిరణాలలోని రంగులని విడగొట్టగా మనకి సప్తవర్ణాలతో ఇంద్రధనుస్సు కనబడుతుంది. ఈ ఇంద్రధనుస్సునే భౌతిక శాస్త్రజ్ఞులు వర్ణమాల (spectrum) అని పిలుస్తారు. ఈ వర్ణమాలలో కంటికి కనిపించే రంగులన్నీ, అవిచ్చిన్నంగా, ఒక రంగునుండి మరొక రంగులోకి మారుతూ కనిపిస్తాయి కనుక దీనిని “అవిచ్చిన్న వర్ణమాల (continuous spectrum) అంటారు. ఇటువంటి అవిచ్చిన్న వర్ణమాల ఎలా ఉంటుందో చూడాలనిపిస్తే ఒకసారి ఆకాశంలో ఇంద్రధనుస్సు కనిపించినప్పుడు చూడండి. లేకపోతే ఈ దిగువ బొమ్మ చూడండి.



బొమ్మ 1. అవిచ్చిన్న వర్ణమాల

వీణ యొక్క తంతులని మీటి సప్తస్వరాలు పుట్టించినప్పుడు ప్రతి స్వరానికి వీణ తీగ కంపించే జోరుకీ సంబంధం ఉంటుందని మనందరికీ తెలుసు. తీగ కంపించినప్పుడు పుట్టే శబ్దానికి రెండు లక్షణాలు ఉంటాయి. ఒకటి, జోరు (frequency); తీగ పొడవు తీగ ప్రకంపించే జోరుని (అంటే, స్వరాన్ని) నిర్ణయిస్తుంది. రెండవది బిగ్గతనం (loudness); తీగని ఎక్కువగా పైకి లాగితే దాని డోలన పరిమితి (amplitude) పెరుగుతుంది; అప్పుడు మనకి శబ్దం బిగ్గరగా వినిపిస్తుంది.

శబ్ద తరంగాలకీ, విద్యుదయస్కాంత తరంగాలకీ మౌలికమైన తేడాలు ఉన్నప్పటికీ, అన్ని తరంగాలకీ డోలన పరిమితి, జోరు (లేదా, తరచుదనం) అనే రెండు లక్షణాలు ఉంటాయి. కెరటం ఎంత ఎత్తుగా లేస్తున్నాదో చెప్పేది డోలనం. కెరటాలు ఒకదాని వెంబడి మరొకటి ఎంత జోరుగా వస్తున్నాయో చెప్పేది జోరు. తరంగాలని వర్ణించేటప్పుడు అవి ఎంత జోరుగా కదులుతున్నాయో చెప్పటానికి ఒక సెకండు కాల వ్యవధిలో ఎన్ని కెరటాలు ఇముడుతాయో చెప్పవచ్చు లేదా ఒక కెరటం శిఖకీ, తరువాత వచ్చే కెరటం శిఖకీ మధ్యలో ఉన్న దూరం చెప్పవచ్చు. ఈ మధ్యదూరం ని పరిభాషలో తరంగదైర్ఘ్యం (wavelength) అంటారు. ఒక అల శిఖ (crest) నుండి పక్కనున్న శిఖకి కాని, గర్త (trough) నుండి పక్కనున్న గర్తకి కాని మధ్య ఉన్న దూరమే తరంగదైర్ఘ్యం. సంస్కృతపు మాట ఇష్టం లేకపోతే wavelength ని “మధ్యదూరం” అని కాని, “పొడుగు” అని కాని తెలుగులో అనుకోవచ్చు.

అదే విధంగా frequency ని పౌనఃపున్యం అనటానికి బదులు “జోరు” అని కాని, “తరచుదనం” అని కాని అనొచ్చు. ఒక అల యొక్క తరచుదనం ఎక్కువగా ఉంటే ఆ అల పొడుగు తక్కువగా ఉందన్నమాట. పరిభాషలో చెప్పాలంటే తరచుదనంకీ, పొడుగుకీ మధ్య విలోమ సంబంధం ఉంటుంది. అంటే మరేమీ లేదు; ఒకే కాల పరిమితిలో ఎక్కువ కెరటాలని ఇరికిస్తే (అంటే, తరచుదనం పెంచితే) అప్పుడు కెరటానికీ, కెరటానికీ మధ్య ఉన్న దూరం తగ్గుతుంది. ఈ రెండూ ఒకదానితో మరొకటి ముడిపడి ఉన్న భావాలే. తరచుదనం, తరంగదైర్ఘ్యం ఒకదానికి మరొకటి విలోమ సంబంధంలో ఉంటాయన్న విషయం గణిత సమీకరణంలా చెప్పాలంటే, wavelength = k/frequency.




బొమ్మ 2. తరంగాల తరచుదనం, పొడుగు గురించి చెప్పే బొమ్మ

కాంతి కిరణాలని తరంగాలుగా ఊహించుకుంటే ఆ తరంగాలకి ఉన్న జోరు (frequency) కాని, పొడుగు (wavelength) కాని ఆ కాంతి యొక్క రంగుని నిశ్చయిస్తుంది. కనుక ఒక వికిరణం (radiation) లోని కెరటాల పొడుగు చెప్పినా, జోరు చెప్పినా, ఆ వికిరణం రంగు చెప్పినా ఒక్కటే. కనుక ఒక పదార్ధం రంగు నల్లగా ఉందంటే దాని నుండి బయటకి ఏ రకమైన వికిరణమూ ప్రసారం కావటం లేదన్నమాట. పదార్ధం రంగు ఎర్రగా ఉందంటే దాని నుండి వెలువడే కాంతి తరంగాల దైర్ఘ్యం సుమారుగా 700 నేనోమీటర్లు ఉందని అర్ధం. రంగు నీలంగా ఉందంటే దాని నుండి వెలువడే కాంతి తరంగాల దైర్ఘ్యం సుమారుగా 500 నేనోమీటర్లు ఉందని అర్ధం. (నేనోమీటరు అంటే మీటరులో బిలియనవ వంతు.)


వస్తువులని వేడి చేసినప్పుడు అవి వెలుగుతో ప్రకాశిస్తాయి. కర్రలని ఎర్రగా కాల్చినప్పుడు వేడితోపాటు వెలుగుని కూడా ఇస్తాయి కదా. విద్యుత్ దీపంలో ఉన్న తంతువు (filament) దరిదాపు 2,000 డిగ్రీల వరకు వేడెక్కి, పసుపు డౌలు కాంతిని ఇస్తుంది. సినిమా ప్రొజెక్టరులో వాడే “ఆర్క్ లేంపు” తెల్లటి వెలుగుని ఇవ్వటానికి కారణం దాని ఉష్ణోగ్రత ఏ 3,000 – 4,000 డిగ్రీలో ఉండటమే. సూర్యుడి ఉపరితలం ఏ 6,000 డిగ్రీలో ఉంటుంది కనుక సూర్య కిరణాలలో నీలి రంగు పాలు ఎక్కువ. ఈ ఉపాఖ్యానం సారాంశం ఏమిటి? వస్తువులు వేడెక్కే కొద్దీ అవి విరజిమ్మే కాంతి రంగు ఎరుపు నుండి, పసుపు, తదుపరి నీలం లోకి మారుతుంది. ఇదే విషయాన్ని పరిభాషలో చెబుతాను: వస్తువులు వేడెక్కే కొద్దీ అవి విరజిమ్మే కాంతి యొక్క తరంగదైర్ఘ్యం తగ్గుతుంది. (ఎర్ర వికిరణపు తరంగాలు “పొడుగ్గా” ఉంటాయి, నీలం వికిరణపు తరంగాలు “పొట్టిగా” ఉంటాయి అని అందామా?)

వేడి పెరుగుతూన్నకొద్దీ వేడెక్కే పదార్ధం రంగు కూడ మారుతుంది అని తెలుసుకున్నాం కదా. ఈ వెలుగు యొక్క లక్షణాలని ఇంకా లోతుగా అధ్యయనం చెయ్యటానికి వర్ణమాలాదర్శిని (spectroscope) అనే పరికరం వాడతారు. అన్ని వర్ణమాలలూ ఒకేలా ఉండవు. వేడిగా ఉన్న ఘనాలనుండి, ద్రవాల నుండీ వచ్చే వెలుగు యొక్క వర్ణమాల వేడిగా ఉన్న వాయువుల వర్ణమాలతో పోలిస్తే వాటిల్లో మౌలికమైన తేడాలు కనిపిస్తాయి. ఉదాహరణకి, రసాయన ప్రయోగశాలలో బన్సెన్ బర్నర్ (Bunsen burner) ని చూసే ఉంటారు. దాని నిర్మాణం వేడిని ఇవ్వటానికే కాని వెలుతురుని ఇవ్వటానికి కాదు. కనుక దానిని వెలిగించినప్పుడు లేత నీలిరంగుతో మండే మంట కంటికి అస్సలు కనిపించనే కనిపించదు. ఇప్పుడు ఈ మంటలోకి ఒక్క పిసరు సోడియం (Sodium) ని ప్రవేశపెడితే (శ్రావణంతో సోడియం ముక్కని ప్రవేశపెట్టడం కష్టం కనుక ఉప్పు బెడ్డని – నిజానికి సోడియం క్లోరైడ్ ని - ఆ మంటలో కాల్చవచ్చు). సోడియం క్లోరైడ్ (NaCl) లో ఉన్న సోడియం ఆ వేడికి వాయువై వెలుగుతుంది. ఈ వెలుగు యొక్క వర్ణమాలని చూస్తే దాంట్లో పసుపుపచ్చటి (yellow) గీత కనిపిస్తుంది. మరొక విధంగా చెప్పాలంటే సోడియం ఉనికిని నిర్ధారించే “పాదముద్ర” కావాలంటే వర్ణమాలలో ఈ పసుపుపచ్చ గీత కనపడాలి. (నిజానికి ఇక్కడ రెండు గీతలు దగ్గర దగ్గరగా ఉంటాయి.) సోడియం కి బదులు పొటాసియం (Potassium) ని ఇదే విధంగా మండిస్తే ఎర్ర (red) గీత కనిపిస్తుంది. అంటే, ఎర్ర గీత పొటాసియం యొక్క పాదముద్ర. అలాగే ఇతర పదార్ధాలు ఇతర రంగులని ఇస్తాయి; కొన్ని పదార్ధాలు వేడి చేసినప్పుడు వాటి వర్ణమాలలో ఒకే గీత ఉండొచ్చు, మరొకొన్నిటిలో ఎన్నో గీతలు ఉండొచ్చు.

ఇలా వస్తువులని వేడి చేసినప్పుడు అవి ఉద్గారించే వెలుగు ఇచ్చే వర్ణమాలని ఉద్గారిత వర్ణమాల (emission spectrum) అంటారు. మనుష్యులని గుర్తుపట్టటానికి వేలిముద్రలు ఎలాంటివో, రసాయన మూలకాలని గుర్తుపట్టటానికి ఈ ఉద్గారిత వర్ణమాలలు అలాంటివి. పోలీసుల దగ్గర అనుమానితుల వేలిముద్రల చిట్టాలు ఉన్నట్లే ప్రతి మూలకం యొక్క పాదముద్ర శాస్త్రజ్ఞుల దగ్గర ఉన్నాయి. ఒక నక్షత్రాన్ని చూసినప్పుడు మనకి కనపడే వర్ణమాలతో మన చిట్టాలో ఉన్న పాదముద్రలని సరిపోల్చి చూస్తే ఆ నక్షత్రంలో ఏయే మూలకాలు ఉన్నాయో తెలుస్తుంది.

ఇదే విధంగా శోషణ వర్ణమాల (absorption spectrum) అని మరో రకం వర్ణమాల ఉంది. ఇందులో గీతలు రంగులతో కాకుండా నల్లగా ఉంటాయి. నల్లటి గీత ఉందంటే అక్కడ ఉండవలసిన రంగుగీత లేకుండా పోయిందని అర్ధం. సోడియం జ్వాల యొక్క ఉద్గారిత వర్ణమాలలో ఒక చోట, దగ్గర దగ్గరగా రెండు ఎర్ర గీతలు కనిపిస్తాయి. కనుక ఒక జ్వాలలో ఆ గీతలు కనిపిస్తే ఆ మంటలో సోడియం ఉందన్న మాట. టంగ్‌స్టన్ దీపం విరజిమ్మే కాంతి ఇచ్చే వర్ణమాల సిద్ధాంతం ప్రకారం అవిచ్చిన్నంగా ఉంటుంది. అలా కాకుండా ఆ వర్ణమాలలో ఇందాకా పసుపుపచ్చ గీతలు కనిపించిన చోట ఇప్పుడు రెండు నల్ల గీతలు కనిపించేయనుకుందాం. దీని అర్ధం ఏమిటన్న మాట? టంగ్‌స్టన్ దీపం దగ్గర బయలుదేరిన కాంతి ప్రయాణం చేసే దారిలో ఎక్కడో సోడియం కావిరి (Sodium vapor) ఉందని తాత్పర్యం. ఇలా వర్ణమాలని శల్య పరీక్ష చేసి ఎన్నెన్నో విషయాలు కనుక్కోవచ్చు. అవన్నీ చెబుతూ కూర్చుంటే ఇదొక ఉద్గ్రంధం అవుతుంది.




బొమ్మ 3. అవిచ్ఛిన్న ఉద్గారిత, శోషణ వర్ణమాలలకి ఉదాహరణలు

నక్షత్రాల నుండి ఒక్క వెలుగు కిరణం వస్తే చాలు, దానిని పట్టుకుని, వర్ణమాలాదర్శనిలో పెట్టి ఆ నక్షత్రానికి సంబంధించిన రహశ్యాలన్నిటిని బట్టబయలు చెయ్యవచ్చు. ఉదాహరణకి ఆ నక్షత్రంలో ఉన్న మూలకాలు ఏవేమిటి? ఆ నక్షత్రం నిర్మాణక్రమం ఏమిటి? దాని తాపోగ్రత ఎంత? అది చిన్నదా, పెద్దదా? ఆ నక్షత్రం యొక్క ఆత్మభ్రమణ వేగం ఎంత? దాని అయస్కాంత తత్వం ఏమిటి? ఆ నక్షత్రం చుట్టూ గ్రహాలు తిరుగుతున్నాయా? ఇలా ఎన్నో విషయాలు ఆ వర్ణమాలని శోధించి లాగవచ్చు. వర్ణమాలలో కనిపించే రంగులు, గీతలు, ఆ గీతలు ఉన్న స్థానాలు, ఆ గీతల తత్వం (ఖణిగానూ స్పుటంగానూ ఉన్నాయా, స్పుటత్వం లేకుండా చెరిపేసినట్లు ఉన్నాయా? ఇలా ఎన్నెనో లక్షణాలు) అధ్యయనం చెసి ఎన్నో విషయాలు సంగ్రహించవచ్చు.

3. వర్ణమాలలో గీతలు ఎరుపు వైపు జరగటం
మన సూర్యుడి నుండి వచ్చే కాంతిని ఒక పట్టకం గుండా పోనిచ్చి, తద్వారా కనిపించే వర్ణమాలని చూస్తే ఈ కింది బొమ్మలో, దిగువున చూపినట్లు ఉంటుంది.. ఇక్కడ గమనించవలసినది ఏమిటంటే సప్తవర్ణాల వర్ణమాలలో చాల చోట్ల ఉన్న గీతలు. ఈ గీతలు నిర్దిష్టమయిన తరచుదనాల దగ్గర ఉంటాయి.




బొమ్మ 4. ఎరుపు మొగ్గుని విశదీకరించే బొమ్మ. దిగువున సూర్య కాంతి ఇచ్చే వర్ణమాల, ఎగువున క్షీరసాగరపు వర్ణమాల.

ఈ విశ్వంలో ఎన్నో క్షీరసాగరాలు ఉన్నాయని అనుకున్నాం కదా. వీటిల్లో కొన్ని మన వైపు వస్తూ ఉండొచ్చు, మరికొన్ని మన నుండి దూరంగా పోతూ ఉండొచ్చు. మన నుండి జోరుగా పరిగెత్తుకు పోతూన్న క్షీరసాగరం నుండి వచ్చే కాంతి యొక్క వర్ణమాలని చూస్తే అది పైన చూపిన బొమ్మలో ఎగువున చూపినట్లు ఉంటుంది. రంగులన్నీ ఒక్కటే; ఆ రంగుల మధ్య గీతలు కూడ సూర్యుడి వర్ణమాలలోలాగే ఉంటాయి. కాని, క్షీరసాగరం నుండి వచ్చే కాంతి యొక్క వర్ణమాలలోని గీతలు అవి నిర్దేశించబడిన రంగు ప్రదేశాలలో (అంటే, ఉండవలసిన చోట) ఉండకుండా ఎరుపు రంగు వైపు జరిగి కనిపిస్తాయి. ఉదాహరణకి, సూర్యుడి వర్ణమాలలో పసుపు దట్టి (yellow band) లో ఉన్న గీత పసుపు మండలానికి మధ్య భాగంలో ఉంది. కాని క్షీరసాగరం నుండి వచ్చిన కాంతి యొక్క వర్ణమాలలో అదే గీత దరిదాపు ఎరుపు దట్టిని తాకేంత వరకూ ఎగువకి జరిగింది. అంటే, వర్ణమాలలో ఉన్న గీతలన్నీ తాము ఉండవలసిన చోటు నుండి ఎరుపు రంగు వైపు జరిగేయి. ఇలా గీతలన్నీ ఎరుపు వైపు మొగ్గటాన్నే ఎరుపు మొగ్గు (red shift) అంటారు.

ఒక నభోమూర్తి నుండి వచ్చే కాంతిలో ఇటువంటి ఎరుపు మొగ్గు కనిపించిందంటే ఆ నభోమూర్తి మననుండి దూరంగా జరుగుతున్నాదని మనం భాష్యం చెప్పుకోవాలి. ఈ గమనికని సమర్ధించటానికి మనందరికీ అనుభవంలో ఉన్న ఒక ప్రక్రియ ఉపమానంగా చెబుతాను. ఈ ఉపమానంలో కాంతి తరంగాలకి బదులు శబ్ద తరంగాలు వాడతాను. మీరు ఒక చిన్న రైలు స్టేషన్‌లో రైలు చపటా (platform) మీద నిలబడి ఉన్నారనుకుందాం. అక్కడ ఆగకుండా మన కుడి నుండి ఎడమకి ఒక రైలు బండి జోరుగా, ఈల వేసుకుంటూ, వెళ్లిందనుకుందాం. ఆ ఈల ధ్వని బండి మన వైపు వచ్చేటప్పుడు ఏఏఏఏఏఏఏఊఊఊఊఊఊఊఊ లా వినిపిస్తే, బండి మన నుండి దూరం అయేటప్పుడు ఊఊఊఊఊఊఈఇఈఈఈఈఈఈఈ అని వినిపిస్తుంది. బండి దూరంగా ఉన్నప్పుడు ఈల ధ్వనిలో ఉన్న స్థాయి, లేదా కీచుదనం (pitch) క్రమేపీ పెరిగి, బండి మన ఎదుటకి వచ్చేసరికి ఒక తార స్థాయి చేరుకుని, బండి దూరం వేళుతూన్న కొద్దీ ఆ కీచుదనం తగ్గి మంద్ర స్థాయిలో బొంగురుగా వినబడుతుంది. నిజానికి బండి కూసే కూత కీచుతనంలో మార్పు ఏమీ ఉండదు, కాని మన చెవులకి మాత్రం మార్పు వినిపిస్తుంది. ఇది భ్రాంతి కాదు, నిజమైన అనుభూతే. ఈ రకం అనుభూతినే డాప్లర్ అనుభూతి (Doppler effect) లేదా డాప్లర్ మొగ్గు (Doppler shift) అంటారు. ఈ విషయాన్ని ఈ దిగువ చూపిన బొమ్మ విశదీకరిస్తుంది.




బొమ్మ 5. శబ్ద తరంగాలతో డాప్లర్ అనుభూతి

ఈ బొమ్మలో బాణం గుర్తు ఉన్న చోట ఒక మనిషి నిలబడి ఉన్నాడనుకుందాం. గుండ్రటి చుక్క రైలు బండి అనుకుందాం. నీలం గీత శబ్ద తరంగాలు అనుకుందాం. బండి ఈల వేస్తూ జోరుగా మనిషి వైపు వస్తూ ఉంటే పుంఖానుపుంఖంగా వచ్చే శబ్ద తరంగాలు, జోరుగా ప్రయాణం చెయ్యలేక ఒకదానిమీద మరొకటి పడి నొక్కుకు పోతాయి. (టికెట్టు కిటికీ దగ్గర వరసలో నిలబడ్డ వ్యక్తులు కిటికీ తెరవగానే ఒక్క సారి ఎగబడి ఒకరిమీద మరొకరు పడ్డట్లు అనుకొండి.) దీన్నే పరిభాషలో చెప్పాలంటే “శబ్ద తరంగాల కంపన వేగం లేదా తరచుదనం (frequency) పెరిగింది” అంటాం. అప్పుడు మనకి ఆ శబ్దం కీచుగా (high pitched) వినిపిస్తుంది. ఇదే విధంగా బండి మనని దాటుకుని దూరంగా వెళిపోతున్నప్పుడు శబ్ద తరంగాల కీచుదనం తగ్గి బొంగురుగా (low pitched) వినిపిస్తుంది. సూక్ష్మంగా ఇదీ డాప్లర్ అనుభూతి అంటే.

శబ్ద తరంగాలతో జరిగినట్లే, ఇదే రకం అనుభూతి కాంతి తరంగాలతో కూడ జరుగుతుంది. కాంతి తరంగాల “కీచుదనం” (కెరటాల తరచుదనం) పెరిగితే దానిని మనం “నీలి మొగ్గు” అనిన్నీ, “కీచుదనం” తరిగితే దానిని “ఎరుపు మొగ్గు” అనిన్నీ అంటాం. ఎందువల్లో తెలుసుకోవాలనుకునే వారికి ఈ దిగువ చూపిన రంగు బొమ్మలో ఈ ప్రక్రియని చిత్రించటానికి ప్రయత్నం చేసేను. రంగు బొమ్మ కాకుండా తెలుపు-నలుపు బొమ్మనే చూసేవారికి చిన్న వివరణ. పైన ఉన్న బొమ్మలో సూర్యుడు పరిశీలకుడి (observer) నుండి దూరంగా వెళుతున్నాడు కనుక ఆ కాంతిలో ఎరుపు డౌలు పెరుగుతుంది. కింది బొమ్మలో సూర్యుడు పరిశీలకుడి (observer) వైపు జరుగుతున్నాడు కనుక ఆ కాంతిలో నీలి డౌలు పెరుగుతుంది. ఈ పెరుగుదలని కొలిచి దూరంగా ఉన్న ఆ నభోమూర్తి ఎంత జోరుగా ప్రయాణం చేస్తున్నాడో లెక్క కట్టవచ్చు.




బొమ్మ 6. కాంతి తరంగాలలో ఎరుపు మొగ్గు, నీలి మొగ్గు

ఈ డాప్లర్ అనుభూతిలో ఎన్నో రకాలు ఉన్నాయి. వాటిలో తెలుసుకోవలసిన మెళుకువలు చాల ఉన్నాయి. ఇక్కడ టూకీగా కథ చెప్పటం జరిగింది.

No comments:

Post a Comment