அறிவியல் அறிவோம் 22: உயிரின் தாளத்தைச் சீராக்கும் கணிதம்

பாட்டின் ஸ்ருதி தப்பினால் அபஸ்வரம். இதயத்தின் தாளம் தப்பினால் மரணம். இயற்கையில் பல இயக்கங்கள் குறிப்பிட்ட தாளத்தின் அடிப்படையில் இயங்குகின்றன. அவற்றின் தாளம் தப்பினால் இடர். சில சமயம் பேரிடர்.

தப்பிய தாளத்தை மீட்டுத் தாளம் எடுத்துக்கொடுக்கக் கணிதம் உதவும் எனத் தமிழகத்தைச் சேர்ந்த இளம் இந்திய விஞ்ஞானி தர்மபுரி வி.செந்தில்குமார் அடங்கிய ஒரு சர்வதேச ஆய்வுக்குழு நடைமுறையில் செய்து காட்டி, சர்வதேச அளவில் கவனத்தை ஈர்த்துள்ளது.

பரஸ்பரக் கொலை

இதயத் துடிப்பின் தாளமும் நாடித் துடிப்பின் தாளமும்தானே உயிரின் தாளம்! மூச்சு விடுதல், கண் இமை துடித்தல் முதற்கொண்டு பற்பல இயக்கங்கள் தாளகதியில் இயங்குபவை. இவற்றை ஊசல் இயக்கங்கள் (oscillation) என்பார்கள். இயற்கையின் இந்தத் தாளங்கள் தடுமாறினால் பேரழிவு.

ஐரோப்பியத் தேவாலயங்களில் ஓர்கன் எனப்படும் காற்று இசைக் கருவி இசைக்கப்படும். இசைக் கருவியின் இரண்டு குழல்கள் அருகருகே அமைந்து தற்செயலாக ஒரே அதிர்வெண்ணில் சேர்ந்து இசைத்தால் இரண்டின் அதிர்வுகளும் ஒன்றை ஒன்று ரத்து செய்ததை ஆங்கிலேய விஞ்ஞானி லார்ட் ரேலைத் (Lord Rayleigh) 1877-ல் தற்செயலாகக் கவனித்தார்.

இசையின் அசைவு

அவர் கவனித்தபோது இசைக்கருவியின் இரண்டு குழல்களிலிருந்தும் இசையே வெளிப்படவில்லை. இதைக் கவனித்து வியப்படைந்த விஞ்ஞானி ரேலைத் அதைத் தீவிரமாக ஆராய்ச்சி செய்தார். இரண்டு குழல்களும் வெவ்வேறு தனித்தனி அதிர்வெண்களில் இசைத்தால் சப்தம் வெளிப்பட்டது. அதேபோல இரண்டு குழல்களுக்கும் இடையே அட்டை போன்ற தடுப்பை வைத்தால் ரத்து ஏற்படவில்லை. சற்றேறக்குறைய அருகருகே அமைந்த அதே அதிர்வெண்ணில் இரண்டும் இசைக்கும்போது மட்டுமே அதிர்வுகள் ரத்து ஆகி இசை வெளிவரவில்லை என்பதைக் கண்டார்.

ஊஞ்சலின் விதி

ஒன்றை ஒன்று பாதிக்கும் விதமாக இயங்கும் ஜோடி ஊசல் இயக்கங்களை ‘இணை அலையியற்றி’ (coupled oscillator) என்று கூறுவார்கள். குழந்தைகளுக்கான விளையாட்டுத் திடலில் ஒரே கம்பியில் இரண்டு ஊஞ்சல்கள் இருந்தால், அதில் ஒன்றை மட்டும் ஆட்டினாலும் மற்றது தானாகவே ஆடத் தொடங்கும். அது மட்டுமல்ல, சற்று நேரத்தில் முதலாவது ஊஞ்சல் முன்னே செல்லும்போது மற்றது பின்னே செல்லும்படியாக ஒரு தாளகதியில் அந்த ஜோடி ஊஞ்சல்களின் ஆட்டம் அமைந்துவிடும். இதுவும் ஒரு இணை அலையியற்றிதான்.

மின்சாரம் ஆடும் ஊஞ்சல்

உடலியக்கத்திலும் ஊஞ்சலிலும் மட்டுமல்ல. நமது வீடுகளுக்கு வரும் மின்சாரத்திலும் தாளம் உள்ளது. மாறுதிசை மின்னோட்டத்தின் (Alternating current (AC)) மின்னழுத்தம் (வோல்டேஜ்) சீரானது அல்ல.

இந்தியாவில் இது 50 ஹெர்ட்ஸ் (Hz). அதாவது மின்சாரம் வரும் ஒரு மின்கம்பிக்கும் நியுட்ரல் மின்கம்பிக்கும் இடையே உள்ள மின்னழுத்தம் பூஜ்யத்திலிருந்து உயர்ந்து அதிகபட்சமாக 240 வரை செல்லும். மறுபடி குறைந்து குறைந்து பூஜ்யத்தை எட்டும். அதனினும் குறைந்து மைனஸ் 240-க்குப் போய் மறுபடி பூஜ்யத்துக்குத் திரும்பும். இது ஒரு சுற்று.

இவ்வாறு ஒரு நொடியில் 50 முறை மின்னழுத்தச் சுற்று ஏற்படுவதுதான் 50 ஹெர்ட்ஸ். இந்தத் தாளம் தப்பினால் மின்தடை ஏற்படும். மின் கருவிகள் பாதிப்பு அடையும். எனவே, சீரான மின் விநியோகத்துக்கு எவ்வளவு முடியுமோ அவ்வளவுக்கு மாறுதிசை மின்சாரத்தின் மின் அழுத்தத்தை (ஏ.சி.வோல்டேஜ்) நிலைப்படுத்துதல் அவசியம்.

மாற்று மின்சாரத்தின் பிரச்சினை

நிலக்கரி போன்ற படிம எரிபொருள்கள் அல்லது அணு மின்சாரம் போன்றவை சீரான தாளகதியில் மின்சாரத்தைத் தரவல்லவை. காற்றாலை தரும் மின்சாரம் காற்றின் வேகத்துக்கு ஏற்ப மாறிக்கொண்டே இருக்கும். அதேபோல்தான் சூரிய மின்சாரமும். சூரிய ஒளியின் பிரகாசத்தின் வீச்சு மாறுபடும்போது வேறுபடும். விநியோகத்துக்காக உள்ள கிரிட் இணைப்பில் காற்று மின்சாரமும் சூரிய மின்சாரமும் சீர் இல்லாமல் பாய்ந்தால் அந்தக் கிரிட் இணைப்பே பாதிக்கப்படும்; மின்தடை ஏற்படும். மின் கருவிகள் பாதிப்பு அடையும்.

கிரிட் பவர் இணைப்பில் மாற்று முறைகளின் மூலம் தயாராகும் மின்சாரத்தைப் பரவலாகப் பயன்படுத்துவதில் சிக்கல்கள் இருக்கின்றன.

உந்தித் தள்ளும் விஞ்ஞானம்

இந்தச் சிக்கல்கள் பற்றிய ஆய்வு ஜெர்மனியில் நடந்துள்ளது. போஸ்டம் நகரில் உள்ள காலநிலை மாற்றத்தின் தாக்கத்தை ஆய்வு செய்யும் நிறுவனத்தில் (Institute for Climate Impact Research -PIK) வேய் ஸோ (Wei Zou) எனும் சீன அறிவியலாளர் தலைமையில் சாஸ்த்ரா பல்கலைக்கழகத்திலிருந்து விருந்தினர் ஆய்வாளராகச் சென்றுள்ள விஞ்ஞானி செந்தில்குமார் உட்பட ரஷ்யா, அமெரிக்க, இங்கிலாந்து, மசடோனியா மற்றும் ஜெர்மனி ஆகிய நாடுகளைச் சேர்ந்த விஞ்ஞானிகள் இந்த ஆய்வைச் செய்துள்ளனர்.

இந்த மாற்றுமுறை மின்சார உற்பத்தியில் தாறுமாறாக ஆற்றல் உற்பத்தியானாலும், இணை அலையியற்றி கணித அடிப்படையில், சீர்செய்து மேலும் விரிவாகப் பயன்படுத்த முடியும் என்ற நம்பிக்கையை இந்த ஆய்வு அளிக்கிறது.

தாளம் தப்பும் ஊசல் இயக்கங்களுடன் இணை அலையியற்றி வழியாகச் சரியான உந்துதல் கொடுத்தால் தப்பிய தாளம் சரியாகும் என இந்த ஆய்வு ஒரு கணிதக் கோட்பாட்டை நிறுவியது. இந்தக் கோட்பாடு எளிமையாக இருந்தாலும் இதன் பின்னணியில் உள்ள கணிதம் சிக்கலானது.

முதன்முறையாக ஊசல் செய்யும் ஒரு வேதி வினையில், தாளத்தைத் தப்ப வைத்து, தப்பிய தாளத்தைக் கணிதக் கோட்பாடு கொண்டு செயல்முறையில் மறுபடி சீர் செய்துள்ளனர் இந்த ஆய்வாளர்கள்.

தாளம் தப்பும் நிகழ்ச்சியின் மீது பற்பல கூறுகளின் சிக்கல் மிகுந்த தாக்கங்கள் இருக்கத்தான் செய்தன. இருப்பினும் தூய கணிதத்தின் அடிப்படையில் எப்படித் தீர்வு எட்டப்பட்டதோ, அதே மாதிரியே தப்புத் தாளம் போட்ட அந்த வேதிவினையைத் தூண்டியபோதும் தீர்வு கிடைத்துத் தப்புத் தாளம் சீர்பட்டது என்பது பலரையும் வியப்பில் ஆழ்த்தியுள்ளது.

உடலின் ஊஞ்சல்

மின்சாரத்தின் விநியோக மையங்களில் உள்ள பவர்கிரிட்டுக்கும் இந்த ஆய்வு உதவிசெய்யும். மருத்துவத் துறை முதலாக வேறு பல துறைகளுக்கும் உதவிசெய்யும்.

புள்ளிவிவரங்களின்படி பார்த்தால் பொதுவாக மாரடைப்பு மாலை நேரத்தைவிட காலையில் ஏற்படுவதற்குச் சாத்தியக்கூறு அதிகமிருக்கிறது. அதேபோல, ஒரு நாளில் மத்தியான நேரத்துக்கு முந்தின நேரத்தில்தான் ரத்த அழுத்தம் அதிகபட்ச அளவுக்குக் கூடுதலாக அமைகிறது.

சமீபத்தில் நடத்தப்பட்ட ஆய்வின்படி செல் சுவரில் உள்ள முக்கியமான பதினோரு கொழுப்பு அமிலங்களின் (fatty acids) செறிவு ஒரு நாளில் தாளகதியில் கூடிக் குறைகிறது. பல கொழுப்பு அமிலங்கள் இரவிலும், சில அமிலங்கள் காலையிலும் செறிவு கூடுதலாகக் காணப்பட்டன. கொழுப்பு அமிலச் செறிவுக்கும் பல்வேறு நோய்களுக்கும் தொடர்பு இருக்கலாம் எனவும் இதன் சீர் இயக்கம் தப்பும்போது நோய்கள் ஏற்படுகின்றன எனவும் ஆய்வாளர்கள் கருதுகின்றனர்.

ஊஞ்சலாடும் இயற்கையின் விதிகளை அறிந்து முன்னேறுகிறது விஞ்ஞானம்.

தொடர்புக்கு: tvv123@gmail.com