இயக்கவியல்

இயக்கவியல்#

இயக்கவியல் என்பது பொருட்களின் இயக்கத்தையும் அந்த இயக்கத்தை ஏற்படுத்தும் விசைகளையும் கையாளும் இயற்பியலின் ஒரு கிளை ஆகும். இது இரண்டு முக்கிய துணைத் துறைகளாகப் பிரிக்கப்பட்டுள்ளது: செவ்வியல் இயக்கவியல் மற்றும் குவாண்டம் இயக்கவியல். நியூட்டனின் இயக்க விதிகளை அடிப்படையாகக் கொண்ட செவ்வியல் இயக்கவியல், வெடிகுண்டுகள் முதல் இயந்திரப் பாகங்கள் வரை, மேலும் விண்கலங்கள், கோள்கள், நட்சத்திரங்கள் மற்றும் விண்மீன் திரள்கள் போன்ற வானியல் பொருட்கள் உட்பட, பெரும்பாலான பொருட்களின் இயக்கத்தை விவரிக்கிறது. குவாண்டம் இயக்கவியல், மறுபுறம், அணுக்கள் மற்றும் துகள்கள் போன்ற மிகச் சிறிய அளவில் நிகழும் நிகழ்வுகளைக் கையாள்கிறது. ஒட்டுமொத்தமாக, இயக்கவியல் இயற்பியல் படிப்புக்கு அடிப்படையானது, ஏனெனில் இது இயற்பியல் உலகத்தைப் பற்றிய நமது புரிதலின் பெரும்பகுதிக்கு அடித்தளமாக உள்ளது.

செவ்வியல் இயக்கவியல்#

செவ்வியல் இயக்கவியல், நியூட்டனிய இயக்கவியல் என்றும் அழைக்கப்படுகிறது, இது விசைகளின் செல்வாக்கின் கீழ் பெரும்பாலான பொருட்களின் இயக்கத்தைக் கையாளும் இயற்பியலின் ஒரு கிளை ஆகும். இது 17 ஆம் நூற்றாண்டில் சர் ஐசக் நியூட்டனால் முதலில் வகுக்கப்பட்ட இயக்க விதிகளை அடிப்படையாகக் கொண்டது. செவ்வியல் இயக்கவியல் கோள்கள், கார்கள், வெடிகுண்டுகள் மற்றும் அணுக்கள் மற்றும் மூலக்கூறுகளை விட மிகப் பெரிய பிற பொருட்களின் இயக்கத்தை விவரிக்கப் பயன்படுகிறது.

செவ்வியல் இயக்கவியலை மூன்று முக்கிய பகுதிகளாகப் பிரிக்கலாம்: இயக்கவியல், விசையியல் மற்றும் நிலையியல்.

1. இயக்கவியல்: இது இயக்கத்தை ஏற்படுத்தும் விசைகளைக் கருத்தில் கொள்ளாமல் இயக்கத்தைப் படிக்கும் துறை. எடுத்துக்காட்டாக, ஒரு கார் ஒரு நேர் சாலையில் மணிக்கு 60 மைல் வேகத்தில் நிலையான வேகத்தில் நகர்ந்தால், ஒரு குறிப்பிட்ட நேரத்தில் கார் எவ்வளவு தூரம் பயணிக்கும் என்பதைக் கணக்கிட இயக்கவியல் பயன்படுத்தப்படலாம்.

2. விசையியல்: இது இயக்கத்தையும் அதை ஏற்படுத்தும் விசைகளையும் படிக்கும் துறை. எடுத்துக்காட்டாக, ஒரு கார் ஓய்வு நிலையில் இருந்து முடுக்கம் பெற்றால், காரின் நிறை கொடுக்கப்பட்டால், அந்த முடுக்கத்தை உருவாக்கத் தேவையான விசையைக் கணக்கிட விசையியல் பயன்படுத்தப்படலாம்.

3. நிலையியல்: இது ஓய்வு நிலையில் உள்ள பொருட்களின் மீது செயல்படும் விசைகளைப் படிக்கும் துறை. எடுத்துக்காட்டாக, ஒரு புத்தகம் ஒரு மேசையில் ஓய்வெடுக்கிறது என்றால், புத்தகம் மேசையில் செலுத்தும் விசையை (இது புத்தகத்தின் எடைக்குச் சமம்) மற்றும் மேசை புத்தகத்தின் மீது செலுத்தும் விசையை (இது புத்தகத்தின் எடைக்குச் சமமாகவும் எதிர்மறையாகவும் உள்ளது) கணக்கிட நிலையியல் பயன்படுத்தப்படலாம்.

செவ்வியல் இயக்கவியல் பின்வரும் அடிப்படைக் கொள்கைகளை அடிப்படையாகக் கொண்டது:

1. நியூட்டனின் மூன்று இயக்க விதிகள்: இந்த விதிகள் விசைகள் பொருட்களின் இயக்கத்தை எவ்வாறு பாதிக்கின்றன என்பதை விவரிக்கின்றன. முதல் விதி (நிலைம விதி) ஒரு விசையால் செயல்படாத வரை, ஓய்வில் உள்ள ஒரு பொருள் ஓய்வில் இருக்க முனைகிறது, மேலும் இயக்கத்தில் உள்ள ஒரு பொருள் இயக்கத்தில் இருக்க முனைகிறது என்று கூறுகிறது. இரண்டாவது விதி, ஒரு பொருளின் முடுக்கம் அதன் மீது செயல்படும் நிகர விசைக்கு நேரடியாக விகிதாசாரமாகவும், அதன் நிறைக்கு நேர்மாறான விகிதாசாரமாகவும் இருக்கும் என்று கூறுகிறது. மூன்றாவது விதி, ஒவ்வொரு செயலுக்கும் சமமான மற்றும் எதிர் எதிர்வினை உள்ளது என்று கூறுகிறது.

2. ஆற்றல் அழிவின்மைக் கொள்கை: இந்தக் கொள்கை, ஒரு தனிமைப்படுத்தப்பட்ட அமைப்பின் மொத்த ஆற்றல், அதன் மீது வெளிப்புற விசைகள் செயல்படாவிட்டால் மாறாமல் இருக்கும் என்று கூறுகிறது. எடுத்துக்காட்டாக, ஒரு ஊசல் முன்னும் பின்னும் ஊசலாடினால், காற்று எதிர்ப்பு அல்லது உராய்வு காரணமாக ஆற்றல் இழப்பு ஏற்படவில்லை என்று கருதினால், ஊசலின் மொத்த ஆற்றல் (அதன் இயக்க ஆற்றல் மற்றும் நிலை ஆற்றலின் கூட்டுத்தொகை) மாறாமல் இருக்கும்.

3. உந்த அழிவின்மைக் கொள்கை: இந்தக் கொள்கை, ஒரு தனிமைப்படுத்தப்பட்ட அமைப்பின் மொத்த உந்தம், அதன் மீது வெளிப்புற விசைகள் செயல்படாவிட்டால் மாறாமல் இருக்கும் என்று கூறுகிறது. எடுத்துக்காட்டாக, இரண்டு பனிச்சறுக்கு வீரர்கள் ஒருவரையொருவர் தள்ளி எதிரெதிர் திசைகளில் நழுவிச் சென்றால், இரண்டு வீரர்களின் மொத்த உந்தம் மாறாமல் இருக்கும்.

செவ்வியல் இயக்கவியல் ஒரு நிர்ணயமான கோட்பாடு ஆகும், அதாவது ஒரு அமைப்பின் தற்போதைய நிலை தெரிந்தால், அதன் எதிர்கால நிலையை சரியாகக் கணிக்க முடியும். இருப்பினும், செவ்வியல் இயக்கவியல் மிகச் சிறிய துகள்கள் (எலக்ட்ரான்கள் போன்றவை) மற்றும் மிக அதிக வேகங்களின் (ஒளியின் வேகத்திற்கு அருகில்) நடத்தையைத் துல்லியமாக விவரிக்கத் தவறுகிறது. இந்த சூழ்நிலைகள் முறையே குவாண்டம் இயக்கவியல் மற்றும் சிறப்பு சார்பியல் மூலம் சிறப்பாக விவரிக்கப்படுகின்றன.

குவாண்டம் இயக்கவியல்#

குவாண்டம் இயக்கவியல் என்பது இயற்பியலில் ஒரு அடிப்படைக் கோட்பாடாகும், இது அணுக்கள் மற்றும் அணுத்துகள்களின் அளவில் இயற்கையின் இயற்பியல் பண்புகளின் விளக்கத்தை வழங்குகிறது. இது குவாண்டம் வேதியியல், குவாண்டம் புலக் கோட்பாடு, குவாண்டம் தொழில்நுட்பம் மற்றும் குவாண்டம் தகவல் அறிவியல் உட்பட அனைத்து குவாண்டம் இயற்பியலுக்கும் அடித்தளமாகும்.

“குவாண்டம்” என்ற சொல் எந்தவொரு இயற்பியல் பண்பின் மிகச் சிறிய தனித்த அலகைக் குறிக்கிறது, பொதுவாக ஆற்றல் அல்லது பொருளைக் குறிக்கிறது. குவாண்டம் இயக்கவியல் பொருள் மற்றும் ஒளி இரண்டும் துகள் மற்றும் அலைகளின் பண்புகளைக் கொண்டுள்ளன என்ற கொள்கையை அடிப்படையாகக் கொண்டது, இந்தக் கொள்கை அலை-துகள் இரட்டைத்தன்மை என்று அழைக்கப்படுகிறது.

குவாண்டம் இயக்கவியலின் முக்கியக் கொள்கைகளில் ஒன்று சூப்பர்போசிஷன் கொள்கை ஆகும், இது ஒரு இயற்பியல் அமைப்பு—ஒரு அணுவில் உள்ள எலக்ட்ரான் போன்றது—அதன் குறிப்பிட்ட, கோட்பாட்டளவில் சாத்தியமான அனைத்து நிலைகளிலும் ஒரே நேரத்தில் பகுதியாக உள்ளது என்று கூறுகிறது; ஆனால் அளவிடப்படும்போது அல்லது கவனிக்கப்படும்போது, அது சாத்தியமான உள்ளமைவுகளில் ஒன்றுக்கு ஒத்த முடிவைத் தருகிறது.

எடுத்துக்காட்டாக, ஒரு அணுவில் உள்ள எலக்ட்ரான் போன்ற ஒரு குவாண்டம் துகள் ஒரு நிலையில் அல்லது மற்றொரு நிலையில் இல்லை, ஆனால் அதன் சாத்தியமான அனைத்து நிலைகளிலும் ஒரே நேரத்தில் உள்ளது. எலக்ட்ரானின் நிலையை அளவிட முயற்சிக்கும்போதுதான், எலக்ட்ரானுக்கு ஒரு திட்டவட்டமான நிலையைக் கொண்டிருக்க நாம் கட்டாயப்படுத்துகிறோம்.

குவாண்டம் இயக்கவியலில் மற்றொரு அடிப்படைக் கொள்கை, வெர்னர் ஹைசன்பெர்க் உருவாக்கிய நிச்சயமற்றக் கொள்கை ஆகும், இது ஒரு பொருளின் நிலை மற்றும் வேகம் இரண்டையும் ஒரே நேரத்தில் சரியாக அளவிட முடியாது என்று கூறுகிறது. இவற்றில் ஒன்று மிகவும் துல்லியமாகத் தெரிந்தால், மற்றொன்று குறைவான துல்லியத்துடன் மட்டுமே தெரியும். இது ஒரு அமைப்பின் குறிப்பிட்ட அளவுகளை அளவிடுவதில் ஒரு ஆராய்ச்சியாளரின் திறனின் வரம்புகள் பற்றிய அறிக்கை அல்ல, மாறாக அமைப்பின் இயல்பைப் பற்றியது.

குவாண்டம் இயக்கவியல் கணித்த மற்றொரு விசித்திரமான மற்றும் கவர்ச்சிகரமான நிகழ்வு குவாண்டம் பின்னல் ஆகும். பல துகள்கள் ஒன்றோடொன்று இணைக்கப்பட்டுள்ள ஒரு சூழ்நிலையை இது குறிக்கிறது, அதாவது ஒரு துகளின் நிலை மற்ற துகளின் நிலையுடன் உடனடியாக இணைக்கப்பட்டுள்ளது, அவை எவ்வளவு தொலைவில் இருந்தாலும்.

எடுத்துக்காட்டாக, இரண்டு பின்னப்பட்ட துகள்கள் உருவாக்கப்பட்டு, ஒன்று பிரபஞ்சத்தின் மறுபக்கத்திற்கு அனுப்பப்பட்டால், ஒரு துகளின் நிலையில் ஏற்படும் மாற்றம் உடனடியாக மற்ற துகளின் நிலையைப் பாதிக்கும். இந்த “தொலைவில் உள்ள பயமுறுத்தும் செயல்” என்பது குவாண்டம் பின்னலை விவரிக்க ஐன்ஸ்டீன் பயன்படுத்திய சொற்றொடர் ஆகும், மேலும் இது அறிவியல் சமூகத்தில் நிறைய விவாதங்கள் மற்றும் சோதனைகளுக்கு உட்பட்டுள்ளது.

குவாண்டம் இயக்கவியல் அணுக்கள் மற்றும் அணுத்துகள்கள் போன்ற மிகச் சிறிய அமைப்புகளின் நடத்தையை விளக்குவதில் மிகவும் வெற்றிகரமாக உள்ளது. இருப்பினும், இது பல விசித்திரமான மற்றும் உள்ளுணர்வுக்கு மாறான கணிப்புகளைக் கொண்டுள்ளது, மேலும் இது இயற்பியலின் மற்ற பகுதிகளுடன் எவ்வாறு பொருந்துகிறது என்பது பற்றி இன்னும் பல திறந்த கேள்விகள் உள்ளன. இந்த கேள்விகள் இருந்தபோதிலும், குவாண்டம் இயக்கவியல் லேசர்கள், குறைக்கடத்திகள், காந்த அதிர்வு படமெடுப்பு மற்றும் மருந்துகளுக்கான மருந்துகளை வடிவமைப்பதில் உட்பட பரந்த அளவிலான பயன்பாடுகளைக் கொண்டுள்ளது.

புள்ளியியல் இயக்கவியல்#

புள்ளியியல் இயக்கவியல் என்பது கோட்பாட்டு இயற்பியலின் ஒரு கிளையாகும், இது பெரிய எண்ணிக்கையிலான துகள்களை உள்ளடக்கிய இயற்பியல் சிக்கல்களைத் தீர்க்க நிகழ்தகவுக் கோட்பாடு மற்றும் புள்ளியியலைப் பயன்படுத்துகிறது. இது தனிப்பட்ட அணுக்கள் மற்றும் மூலக்கூறுகளின் நுண்ணிய பண்புகளை அன்றாட வாழ்க்கையில் காணக்கூடிய பொருட்களின் பெரும்பாலான அல்லது மொத்த பண்புகளுடன் தொடர்புபடுத்துவதற்கான ஒரு கட்டமைப்பை வழங்குகிறது, எனவே வெப்ப இயக்கவியலை அமைப்புகளின் செவ்வியல் மற்றும் குவாண்டம் இயந்திர நடத்தைகளின் விளைவாக விளக்குகிறது.

புள்ளியியல் இயக்கவியல் அடிப்படை அனுமானத்தை அடிப்படையாகக் கொண்டது, எர்கோடிக் கருதுகோள் என்று அழைக்கப்படுகிறது, அதாவது அனைத்து அணுகக்கூடிய நுண்நிலைகளும் நீண்ட காலத்திற்கு சமமாக சாத்தியமாகும். ஒரு நுண்நிலை என்பது ஒரு அமைப்பின் ஒரு குறிப்பிட்ட நுண்ணிய உள்ளமைவாகும், அதன் வெப்ப ஏற்ற இறக்கங்களின் போது குறிப்பிட்ட நிகழ்தகவுடன் அமைப்பு ஆக்கிரமிக்கலாம்.

எடுத்துக்காட்டாக, வாயு துகள்களின் ஒரு பெட்டியைக் கவனியுங்கள். அமைப்பின் பெருநிலை அழுத்தம், வெப்பநிலை மற்றும் கன அளவு போன்ற ஒட்டுமொத்த பண்புகளால் வரையறுக்கப்படலாம். இருப்பினும், நுண்நிலை ஒவ்வொரு தனிப்பட்ட துகளின் நிலை மற்றும் வேகத்தை விவரிக்கும். ஒவ்வொரு துகளையும் நாம் கண்காணிக்க முடியாவிட்டாலும், அமைப்பு ஒரு குறிப்பிட்ட நுண்நிலையில் இருப்பதற்கான நிகழ்தகவை நாம் கணக்கிடலாம்.

புள்ளியியல் இயக்கவியலில் இரண்டு முக்கிய வகைகள் உள்ளன: கிளாசிக்கல் புள்ளியியல் இயக்கவியல், இது குவாண்டம் இயந்திர விளைவுகளை கணக்கில் எடுத்துக்கொள்ளாது, மற்றும் குவாண்டம் புள்ளியியல் இயக்கவியல், இது கணக்கில் எடுத்துக்கொள்கிறது.

கிளாசிக்கல் புள்ளியியல் இயக்கவியல் சிறந்த வாயு விதியைப் பெற பயன்படுத்தப்படலாம். எடுத்துக்காட்டாக, பெரிய எண்ணிக்கையிலான வாயு துகள்கள், அவற்றின் சராசரி இயக்க ஆற்றல் மற்றும் அவை ஆக்கிரமிக்கும் அளவைக் கருத்தில் கொண்டு, PV=nRT என்ற உறவைப் பெறலாம், இங்கு P என்பது அழுத்தம், V என்பது கன அளவு, n என்பது மோல்களின் எண்ணிக்கை, R என்பது வாயு மாறிலி, மற்றும் T என்பது வெப்பநிலை.

மறுபுறம், குவாண்டம் புள்ளியியல் இயக்கவியல் மிகக் குறைந்த வெப்பநிலைகள் அல்லது மிக அதிக அடர்த்தி கொண்ட அமைப்புகளைக் கையாளுவதற்குத் தேவைப்படுகிறது, அங்கு குவாண்டம் விளைவுகள் குறிப்பிடத்தக்கதாகிறது. எடுத்துக்காட்டாக, இது மீக்கடத்துத்திறன் மற்றும் மீப்பாய்மை போன்ற நிகழ்வுகளை விளக்க முடியும், அங்கு பொருட்கள் முறையே எதிர்ப்பு இல்லாமல் மின்சாரத்தைக் கடத்துகின்றன அல்லது உராய்வு இல்லாமல் பாய்கின்றன.

முடிவாக, புள்ளியியல் இயக்கவியல் இயற்பியலில் ஒரு சக்திவாய்ந்த கருவியாகும், இது தனிப்பட்ட துகள்களின் நுண்ணிய உலகத்திற்கும் பெரும்பாலான பொருட்களின் பெரும்பாலான உலகத்திற்கும் இடையேயான இடைவெளியைக் கடக்க அனுமதிக்கிறது. வாயுக்களின் நடத்தையை விளக்குவதிலிருந்து திடப்பொருட்கள் மற்றும் திரவங்களின் பண்புகளைக் கணிப்பது வரை இது பரந்த அளவிலான பயன்பாடுகளைக் கொண்டுள்ளது.