ஒலியைக் கூட்டுங்கள், நட்சத்திரம் பின்னோக்கிச் சுழலும்

ஒலி பொருள்களைத் தூக்க முடியும். அதிரும் ஒரு கொம்புக்கும் ஒரு பிரதிபலிப்பானுக்கும் இடையே, வலுவான ஒரு மீயொலி நிலை அலை (standing wave), சிறு பொருள்கள் — துளிகள், மெல்லிய படலங்கள், துகள்கள் — எதையும் தொடாமல் காற்றில் மிதக்கும் இடங்களை உருவாக்குகிறது. வேதியியல், மருந்தியல் பகுப்பாய்வுக்கும், சின்னஞ்சிறு கட்டமைப்புகளைப் பொருத்துவதற்கும் இந்த நுட்பம் உருவாக்கப்பட்டு வருகிறது.

இதற்கு ஒரு பிடிவாதமான விசித்திரம் உண்டு: மிதக்கும் பொருள்கள் பெரும்பாலும் தாமாகவே சுழலத் தொடங்குகின்றன. குறிப்பிட்ட நிகழ்வுகளுக்கு விளக்கங்கள் உள்ளன, ஆனால் ஒரு பொருள் எப்போது, எந்தத் திசையில், எவ்வளவு வேகமாகச் சுழலும் என்று எந்தப் பொது விதியும் சொல்லவில்லை.

வளைந்த கைகள் கொண்ட நட்சத்திரங்கள்

ஆஸ்திரிய அறிவியல் தொழில்நுட்ப நிறுவனத்தின் (ISTA) சூ ஷி, ஸ்காட் வைதுகைதிஸ் மற்றும் சக ஆய்வாளர்கள், சுமார் 51 கிலோஹெர்ட்ஸில் இயங்கும் ஒரு மிதவைக் கருவியை உருவாக்கினர்; ஒலிப்புலத்தை மிக நுட்பமாகச் சீரமைக்கும்படி ஒரு துல்லியமான கிம்பல் மீது நீலக்கல் (sapphire) பிரதிபலிப்பானைப் பொருத்தினர். 200 மைக்ரோமீட்டர் தடிமனுள்ள, ஒவ்வொன்றும் 1 மில்லிமீட்டர் வட்டத்துக்குள் அடங்கும் ஒளிர்வுத் (fluorescent) துகள்களை 3D அச்சிட்டு, கீழிருந்து வினாடிக்கு 3,000 சட்டகங்களில் படம்பிடித்தனர்.

முதல் முடிவு சமச்சீர்மை பற்றியது. நன்கு சீரமைக்கப்பட்ட புலத்தில், முக்கோணங்கள், சதுரங்கள், ஐங்கோணங்கள், நேரான கைகள் கொண்ட நட்சத்திரங்கள் — கண்ணாடியில் அதே போலத் தெரியும் வடிவங்கள் — ஒருபோதும் சுழல்வதில்லை. எல்லாக் கைகளும் ஒரே பக்கம் வளைந்த “கைரல் நட்சத்திரங்கள்” (chiral stars), மிதந்தவுடனேயே சுழலத் தொடங்கி, சில நூறு மில்லிவினாடிகளுக்குள் நிலையான வேகத்தை அடைகின்றன. வளைவு திசையைத் தீர்மானிக்கிறது; நட்சத்திரத்தைப் புரட்டினால் அது எதிர்த்திசையில் சுழல்கிறது. பிரதிபலிப்பானை வேண்டுமென்றே சாய்த்தால் ஒரு சதுரம்கூடச் சுழல்கிறது: தன்னிச்சையான சுழற்சிக்கு, பொருளிலோ ஒலிப்புலத்திலோ, உடைந்த சமச்சீர்மை தேவை.

அதிகக் கைகள், விசித்திரமான நடத்தை

அதிகக் கைகள் அதிக ஒலியைப் பிடிக்கும், அதிக ஒலி அதிகமாகத் தள்ளும் என்று உள்ளுணர்வு சொல்கிறது. ஒவ்வொரு நட்சத்திரத்தின் கிட்டத்தட்ட ஒரே மாதிரியான மூன்று நகல்களில் செய்த அளவீடுகள் வேறு சொல்கின்றன.

• 3, 5 கைகள்: மின்மாற்றியின் (transducer) வோல்ட்டேஜ் — அதனுடன் ஒலி அழுத்தமும் — உயர உயர, அவை மேலும் மேலும் வேகமாகச் சுழல்கின்றன.
• 7 கைகள்: சுமார் 12–13 வோல்ட்டில் மிக வேகம், பின்னர் மெதுவாகின்றன.
• 10 கைகள்: சுமார் 7–8 வோல்ட்டில் மிக வேகம், பின்னர் மெதுவாகி, நின்று, எதிர்த்திசையில் சுழல்கின்றன.
• 12 கைகள்: அதே வரிசை, முன்னதாக — உச்சம் 7 வோல்ட்டில், திசைமாற்றம் சுமார் 10 வோல்ட்டில்.

மிக வேகமான நட்சத்திரங்கள் வினாடிக்குச் சுமார் 50 சுற்றுகள் வரை எட்டுகின்றன.

இரண்டு உறுப்புகள் கொண்ட செய்முறை

இதை விளக்க, குழு ஓர் இயக்கும் முறுக்கு விசையை (torque) — ஒலி தரும் சுழற்று உந்துதலை — காற்று உராய்வுக்கு எதிராகச் சமன்செய்தது. இரண்டுமே ஒலி வீச்சின் எளிய அடுக்குகளாக எழுதப்படுகின்றன: முறுக்குக்கு ஒரு முதன்மை உறுப்பும் அதைவிட வேகமாக வளரும் ஒரு திருத்தமும் உண்டு; உராய்வு வீச்சுடன் உயர்கிறது. உராய்வு ஊகிக்கப்படுவதில்லை: வோல்ட்டேஜில் திடீர்த் தாவலுக்குப் பின் ஒவ்வொரு நட்சத்திரமும் எவ்வளவு வேகமாக நிலைபெறுகிறது என்பதைக் கவனித்து அது அளக்கப்படுகிறது: ஒலிப் புலம் சுமார் பத்து மில்லிவினாடிகளில் தன் புதிய மதிப்பை எட்டிவிடுகிறது, ஆனால் நட்சத்திரம் தன் வேகத்தை மீண்டும் பெற சுமார் 183 மில்லிவினாடிகள் எடுக்கிறது (7-இலிருந்து 8 வோல்ட்டுக்குச் செல்லும் 12-கை நட்சத்திரம்) — இந்தத் தாமதம் காற்றின் இழுவையால் மட்டுமே வருகிறது — மேலும் பூஜ்ஜிய வீச்சில் நட்சத்திரத்தின் வடிவத்திலிருந்து கணக்கிடப்படுகிறது. இது ஒவ்வொரு வடிவத்துக்கும் இரண்டு கட்டற்ற எண்களை மட்டுமே விட்டுவைக்கிறது; விளைவாக வரும் வளைவு, சீரான வேகமேற்றம் முதல் முழுத் திசைமாற்றம் வரை, ஒவ்வொரு நட்சத்திரத்துக்கும் பொருந்துகிறது.

பொருத்தங்கள் சீரான ஒரு கதையைச் சொல்கின்றன. குறைந்த ஒலியில் அதிகக் கைகள் வலுவான உந்துதலைத் தருகின்றன; எனவே அடர்த்தியான கைகள் கொண்ட நட்சத்திரங்கள் வேகமாகத் தொடங்குகின்றன. ஆனால் அவை உயர் ஒலியில் வெல்லும் வளரும் எதிர்ப் பங்களிப்பையும் கொண்டுவருகின்றன — அது வெல்லும்போது, நட்சத்திரம் திசை மாறுகிறது. திசைமாற்ற வோல்ட்டேஜ் ஓர் எளிய சூத்திரத்தைப் பின்பற்றுகிறது, V* = 1/√(−α); இங்கு திருத்தம் உந்துதலுக்கு எதிராகச் செயல்படத் தொடங்கியதுமே α எதிர்மமாகிவிடுகிறது; அதன் தனிப்பெரும் மதிப்பு பெரிதாகும்போது திசைமாற்றம் அவ்வளவு சீக்கிரம் வருகிறது.

திசை மாற வடிவமைக்கப்பட்ட நட்சத்திரம்

உண்மையான சோதனை ஒரு கணிப்பு. குழு ஒரு கலப்பு நட்சத்திரத்தை வடிவமைத்தது: ஒரு பாதி கடிகாரத் திசையில் வளையும் 4-கை நட்சத்திரத்திலிருந்து, மறுபாதி எதிர்த்திசையில் வளையும் 10-கை நட்சத்திரத்திலிருந்து. இரண்டு பாதிகளின் கணிக்கப்பட்ட வளைவுகளைக் கூட்டியபோது ஒரு முன்னறிவிப்பு கிடைத்தது: 10-கைப் பாதி ஆதிக்கம் செலுத்தும் குறைந்த ஒலியில் எதிர்க்கடிகாரத் திசை; உயர் ஒலியில் கடிகாரத் திசை. அச்சிடப்பட்ட கலப்பு நட்சத்திரம் சரியாக அதையே செய்தது — 7 வோல்ட்டில் எதிர்க்கடிகாரத் திசை, 9 வோல்ட்டில் அசைவற்று, 11 வோல்ட்டில் கடிகாரத் திசை — கணிக்கப்பட்ட வோல்ட்டேஜில் திசை மாறியது.

யாரும் கேட்காத ஒரு விசை

மாதிரி எதிர் உந்துதலை விவரிக்கிறது, ஆனால் அது எங்கிருந்து வருகிறது என்று சொல்வதில்லை. ஒவ்வொரு விளைவும் ஒலி அழுத்தத்தின் வர்க்கத்துடன் வளரும் ஒலி விசைகளின் வழக்கமான கோட்பாட்டிலிருந்து அது வர முடியாது என்று ஆசிரியர்கள் காட்டுகின்றனர்: அப்படியானால் ஒலி அதிகரிக்கும்போது அந்தப் பங்களிப்புகள் அனைத்தும் அதே விகிதங்களைத் தக்கவைக்கும், சுழற்சியின் திசை ஒருபோதும் தலைகீழாக மாற முடியாது. உயர் வரிசையிலான ஏதோ ஒன்று செயல்படுகிறது; அண்டைக் கைகள் நெருங்க நெருங்க அது வலுப்பெறுகிறது — ஒருவேளை ஒலி, காற்று வழியாக அடுத்தடுத்த கைகளுக்கு இடையிலான ஒரு பிணைப்பு. சுழலும் நட்சத்திரத்தைச் சுற்றியுள்ள ஓட்டத்தை அளப்பது அல்லது உருவகப்படுத்துவது அடுத்த படி. இதற்கிடையில், ஒரு துகளின் வடிவம் அது எப்படிச் சுழலும் என்பதை நிரலாக்கும் வழியாகிவிட்டது.