அணு நிறை அலகு
u, டால்டன் Da · கார்பன்-12 அணுவின் நிறையில் 1/12 · 1.660 539 069·10⁻²⁷ kg
ஓர் அணுவைக் கிராமில் நிறுப்பது இயலாதது; ஆனால் ஓர் அணுவை இன்னோர் அணுவுடன் ஒப்பிடுவது எளிது: இரண்டையும் காந்தப் புலத்தில் வட்டமாகச் செலுத்தி, எது அதிகம் விலகுகிறது என்று பார்த்தால் போதும். பத்தொன்பதாம் நூற்றாண்டு வேதியியலாளர்கள் அப்படித்தான் வேலை செய்தார்கள் — அவர்களின் அட்டவணைகள் அனைத்தும் நிறைகளால் அல்ல, விகிதங்களால் ஆனவை. எதை அலகாகக் கொள்வது என்பதைத் தேர்வு செய்வதுதான் மிச்சம் இருந்தது. டால்டன் ஹைட்ரஜனை எடுத்தார், பெர்செலியஸ் ஆக்ஸிஜனை; ஒன்றரை நூற்றாண்டுக்குப் பிறகுதான் தெரிந்தது — இயற்பியலாளர்களின் ஆக்ஸிஜனும் வேதியியலாளர்களின் ஆக்ஸிஜனும் ஒன்றல்ல: ஒருவர் ஐசோடோப்பை அளந்தார், மற்றவர் இயற்கைக் கலவையை, இரு அளவுகோல்களும் நான்காம் இலக்கத்தில் விலகின. 1961 இல் விவாதம் இரு தரப்பும் மனமில்லாமல் ஒப்புக்கொண்ட சமரசத்தில் முடிந்தது: அலகு ஆனது கார்பன்-12 அணுவின் பன்னிரண்டில் ஒரு பங்கு. அன்றிலிருந்து ஒவ்வொரு சுவரிலும் தொங்கும் ஒவ்வொரு தனிமவரிசை அட்டவணையும், யாரும் கண்ணால் கண்டிராத ஒரு குறிப்பிட்ட அணுவிலிருந்தே நிறைகளை எண்ணுகிறது.
01 · வரையறை
அணு நிறை அலகு என்பது ஓய்வில் இருக்கும், பிணைக்கப்படாத, அடிநிலையில் உள்ள கார்பன்-12 அணுவின் நிறையில் பன்னிரண்டில் ஒரு பங்கு. இந்த அலகின் இரண்டாவது — சமமான தகுதியுள்ள — பெயர் டால்டன்; உயிர்வேதியியலில் அது முதல் பெயரை எப்போதோ ஒதுக்கிவிட்டது: கிலோடால்டனும் மெகாடால்டனும் புரதங்களையும் வைரஸ்களையும் பேசுகின்றன, „u” என்பதோ அணுக்களுடனும் கருக்களுடனும் தங்கிவிட்டது.
வரையறையின் நிபந்தனைகள் நுணுக்கப் பிடிவாதம் அல்ல. அணு தனியாக இருக்க வேண்டும், ஏனெனில் மூலக்கூறுக்குள் நிறையின் ஒரு பகுதி பிணைப்புக்குச் சென்றுவிடும். அது அடிநிலையில் இருக்க வேண்டும், ஏனெனில் தூண்டப்பட்ட அணு கனமானது — ஆற்றலுக்கு நிறை உண்டு. அது ஓய்வில் இருக்க வேண்டும், ஏனெனில் இயங்கும் அணு தன் இயக்க ஆற்றலை ஒளியின் வேகத்தின் வர்க்கத்தால் வகுத்த அளவுக்குச் சரியாகக் கனமானது. மூன்று திருத்தங்களும் பத்தாவது இலக்கத்தில் இருக்கின்றன, மூன்றுமே முக்கியம்: நிறை நிறமாலையியல் இதைவிட நுணுக்கமாக நெடுங்காலமாகவே இயங்குகிறது.
இந்த அலகின் மிக விந்தையான பண்பு: கிட்டத்தட்ட எல்லாவற்றுக்கும் அது முழு எண்ணைத் தருவதில்லை. கார்பன்-12 இன் நிறை வரையறைப்படி சரியாகப் பன்னிரண்டு; வேறு எந்தக் கருவின் நிறையும் அதன் நிறை எண்ணிலிருந்து விலகுகிறது. ஆக்ஸிஜன்-16 இன் எடை 15.9949, ஹீலியம்-4 இன் 4.0026, யுரேனியம்-235 இன் 235.0439. காரணம் அளவீட்டுப் பிழை அல்ல; பிணைக்கப்பட்ட கரு தன் பகுதிகளைவிட இலகுவானது என்பதே: பிணைப்பு ஆற்றல் நிறையிலிருந்து கழிக்கப்பட்டுவிட்டது. இந்தக் குறைபாடுதான் அணுசக்தி முழுவதற்குமான ஊற்று, அதைப் பார்க்க இந்த அலகுகளே மிக வசதியானவை.
தனியான ஒரு சிறப்பு 2019 இல் வந்தது. அதுவரை கிலோகிராமை செவ்ரில் இருந்த ஒரு உருளை வரையறுத்தது, அவகாட்ரோ எண் அளக்கப்பட்டது; சீர்திருத்தத்துக்குப் பிறகு எல்லாம் தலைகீழானது: அவகாட்ரோ எண் துல்லியமாக நிலைநிறுத்தப்பட்டது, கிலோகிராம் பிளாங்க் மாறிலியுடன் பிணைக்கப்பட்டது — முன்பு வரையறையால் துல்லியமாக இருந்த டால்டன் அளக்கப்படும் அளவையாக மாறியது. இன்று அது நூறுகோடியில் மூன்று பத்தில் ஒரு பங்கு சார்பு நிச்சயமின்மையுடன் அறியப்படுகிறது; கார்பன்-12 இன் மோலார் நிறை இனி சரியாகப் பன்னிரண்டு கிராம் ஒரு மோலுக்கு அல்ல, அந்த நிச்சயமின்மையின் எல்லைக்குள் மட்டுமே அவ்வளவு.
நான்கு ஹைட்ரஜன் கருக்களின் எடை 4.0313 u; அவற்றிலிருந்து உருவான ஹீலியத்தின் எடை 4.0026. 0.0287 u வேறுபாடு ஒளியாக விடைபெறுகிறது, அது தொடக்க நிறையின் ஏழு பத்தில் ஒரு விழுக்காடு. கேட்பதற்குக் குறைவாகத் தோன்றும், ஆனால் சூரியன் ஒரு நொடிக்கு அறுநூறு மில்லியன் டன் ஹைட்ரஜனைச் செயலாக்குகிறது, அவற்றில் நாற்பது லட்சம் டன் கதிர்வீச்சாக மாறுகிறது — ஒவ்வொரு நொடியும், ஐநூறு கோடி ஆண்டுகளாக. யுரேனியப் பிளவு தருவது விழுக்காட்டில் ஒன்பது நூறில் ஒரு பங்கு மட்டுமே, எட்டு மடங்கு குறைவு; உலையின், விண்மீனின் இடையிலான வேறுபாடு முழுவதும் அணு நிறை அலகின் நான்காம் இலக்கத்தில் அடங்குகிறது.
02 · மாற்றம்
ஒரு மதிப்பை உள்ளிடுங்கள் — இந்தத் தாள் அதை மற்ற அலகுகளுக்கு மாற்றித் தரும்
மூன்று குடும்பங்கள்: நிறையின் அளவுகோல், அதே எடையுள்ளவை, மற்றும் ஐன்ஸ்டைன் வாய்ப்பாட்டின்படி ஆற்றல்.
டால்டன் ஒரு மோலுக்கான கிராமுடன் ஒத்துப்போவது சமானம் அல்ல; அவகாட்ரோ எண்ணை எப்படித் தேர்ந்தெடுத்தார்கள் என்பதன் விளைவே அது. 2019 க்கு முன் அது அமைப்பாலேயே துல்லியமாக இருந்தது; இப்போது கார்பன்-12 இன் மோலார் நிறை ஒரு மோலுக்கு 12.000 000 013 கிராம், கடைசி இலக்கத்தில் நிச்சயமின்மையுடன் — எந்த ஆய்வக வேலைக்கும் அது இன்னும் பன்னிரண்டுதான். வேறுபாட்டை இரு இடங்களில் நினைவில் கொள்ள வேண்டும்: ஐசோடோப்புக் கலவையின் துல்லிய அளவீடுகளில், மேலும் பழைய கையேடுகளைப் படிக்கும்போது — அங்கே „amu” என்பது ஆக்ஸிஜன்-16 அளவுகோலைக் குறிக்கக்கூடும், அது இன்றையதிலிருந்து விழுக்காட்டில் மூன்று நூறில் ஒரு பங்கு வேறுபடுகிறது.
| எழுத்து | பொருள் என்ன | மதிப்பு | எங்கே காணப்படுகிறது |
|---|---|---|---|
| u (Da) | அணு நிறை அலகு | 1.0000 | கருக்களும் மூலக்கூறுகளும் |
| kDa | கிலோடால்டன் | 0.0010 | புரதங்கள் |
| MDa | மெகாடால்டன் | 0.00000 | வைரஸ்கள், ரைபோசோம்கள் |
| kg | SI அலகுகளில் | 1.661·10⁻²⁷ kg | 1.6605·10⁻²⁷ வழியாக மாற்றம் |
| г | கிராமில் | 1.661·10⁻²⁴ g | அதுவே, மிகவும் பழக்கமான வடிவில் |
| g/mol | மோலார் நிறை | 1.0000 | எண் அளவில் u க்குச் சமம் |
| MeV/c² | ஓய்வு ஆற்றல் | 931.494 | கரு இயற்பியல் |
| mₑ | எலக்ட்ரான் நிறைகளில் | 1822.89 | 1 u = 1822.89 mₑ |
நிறைக் குறைபாடு = கருத்துகள்களின் நிறைகளின் கூட்டுத்தொகை − கருவின் நிறை
03 · அளவின் வரிசைகள்
நிறையின் பதின்ம மடக்கை, டால்டனில்கருத்துகள்களும் இலகு அணுக்களும்
04 · அளவிடும் கருவிகள்
அணுவை எதைக்கொண்டு நிறுக்கிறார்கள்
அயனிகளின் ஒரு கற்றை மின் புலத்தையும் காந்தப் புலத்தையும் கடக்கிறது; அவை வெவ்வேறு நிறையுள்ள துகள்களை ஒளிப்படத் தகட்டின் வெவ்வேறு இடங்களுக்கு அனுப்புகின்றன. பிரான்சிஸ் ஆஸ்டன் 1919 இல் அத்தகைய கருவியைக் கட்டி, சில ஆண்டுகளில் இருநூற்றுப் பன்னிரண்டு ஐசோடோப்புகளைக் கண்டறிந்தார்; அட்டவணையின் அணு நிறைகள் ஏன் முழு எண் அல்ல என்பதை ஒரே அடியில் விளக்கினார்: தனிமம் என்பது ஒரு கலவை. துல்லியம் விழுக்காட்டின் ஆயிரத்தில் ஒரு பங்கு வரை சென்றது, அவ்வளவே நிறைக் குறைபாட்டைக் காட்டிவிட்டது.
ஒரே ஓர் அயனியைக் காந்தப் புலமும் மின் புலமும் பிடித்து வைக்க, அதன் சுற்று அதிர்வெண் கேட்கப்படுகிறது: அது நிறைக்கு எதிர்விகிதத்தில் இருக்கிறது. பிறகு இரு அதிர்வெண்கள் ஒப்பிடப்படுகின்றன — ஆய்வுக்குரிய அயனியினதும், கார்பன் அயனியினதும் — பதினொரு குறிப்பிடத்தக்க இலக்கங்களுடன் நிறை விகிதம் கிடைக்கிறது. இது இயற்பியலிலேயே மிகத் துல்லியமான அளவீட்டு முறை; கருவினைகளின் நிறைக் குறைபாடு வெளிப்பட்ட ஆற்றலுடன் ஒத்துப்போகிறதா என்பதை, அதாவது ஐன்ஸ்டைனின் வாய்ப்பாட்டையே, இதனால்தான் சரிபார்க்கிறார்கள்.
ஒரு லேசர் துடிப்பு மூலக்கூறுகளை அடித்தளத்திலிருந்து பிரித்தெடுக்கிறது, மின் புலம் அனைத்துக்கும் ஒரே ஆற்றலைத் தருகிறது; பிறகு குழாயை யார் முதலில் கடக்கிறார்கள் என்பதை அளந்தால் போதும்: கனமானவை பின்தங்குகின்றன. இந்த முறை நூற்றுக்கணக்கான கிலோடால்டன் புரதங்களுக்கும் பொருந்தும் — வேறு எந்த வழியிலும் அவற்றை முழுமையாக நிறுக்க முடியாது. „டால்டன்” என்ற சொல் வாழ்வது இங்கேதான்: உயிர்வேதியியலில் நிறையை எப்போதும் அப்படித்தான் அழைக்கிறார்கள், „u” என்றால் விந்தையாக ஒலிக்கும்.
அணுக்களை அல்ல, கிலோகிராமை நிறுக்கும் கருவி: மாதிரியின்மேல் செயல்படும் ஈர்ப்பு விசையை, காந்தப் புலத்தில் உள்ள சுருளின்மேல் செயல்படும் விசை சமன்செய்கிறது; முடிவு பிளாங்க் மாறிலி வழியாக வெளிப்படுத்தப்படுகிறது. அணு நிறை அலகை அது அளப்பதில்லை, ஆனால் அணுவுக்கும் நிறுத்துக்குமான பாலத்தின் மறுமுனையை அதுவே நிர்ணயிக்கிறது. 2019 க்குப் பிறகு டால்டன் துல்லியத்தை இழந்ததற்குக் காரணம் இதுவே: கிலோகிராமுடன் அதன் தொடர்பு இப்போது வரையறை வழியாக அல்ல, அளக்கப்படும் அளவைகள் வழியாகச் செல்கிறது.
05 · எழுதும் விதிகள்
ஒரே அலகு, இரண்டு பெயர்கள், முன்னொட்டுகள் ஒன்றுக்கு மட்டுமே
டால்டன் தனக்கெனப் பெயருள்ள அலகு; முன்னொட்டுகள் அதனுடன்தான் இணைக்கப்படுகின்றன, „u” உடன் இணைக்கப்படுவதில்லை.
„amu” என்ற சுருக்கம் காலாவதியானது, மேலும் இருபொருள் தருவது: 1961 க்கு முந்தைய நூல்களில் அது கார்பன் அளவுகோலை அல்ல, ஆக்ஸிஜன் அளவுகோலைக் குறித்தது. பெரிய மூலக்கூறுகளுக்குச் சரியான வடிவம் கிலோடால்டன்; அறுபத்து நான்காயிரம் டால்டன் என்று எழுத வேண்டியதில்லை. டால்டனின் குறியீட்டில் முதல் எழுத்து மட்டுமே பெரியது, ஏனெனில் அலகு ஒரு மனிதரின் பெயரால் அமைந்தது; „u” சிறியதாக இருப்பதற்குக் காரணம் „unit” என்பது பெயர் அல்ல. இறுதியாக ஒன்று: யுரேனியம்-235 இன் நிறை 235 அல்ல, 235.0439 u — இங்கே முழு எண் என்பது நிறை எண் மட்டுமே, அதாவது கருத்துகள்களின் எண்ணிக்கை; அதை நிறையுடன் குழப்புவது என்பது, எதற்காக எல்லாக் கணக்கும் செய்யப்பட்டதோ அந்த அளவையையே இழப்பது.
06 · அண்டை அலகுகள்
டால்டன் கிலோகிராம், மோல், எலக்ட்ரான்வோல்ட் ஆகியவற்றுக்கு இடையில் நிற்கிறது.
பிளாங்க் மாறிலி வழியாக ஒரு பாலம்
அதே எண், ஆனால் கிராமில்
ஆற்றலாக வெளிப்படுத்தப்பட்ட நிறை
Simetrium இல் அதன் அருகில் உள்ளவை கிலோகிராம், மோல், எலக்ட்ரான்வோல்ட் மற்றும் பார்ன்.
07 · வரலாற்றுப் பகுதி
எதை அலகாகக் கொள்வது என்பதில் ஒன்றரை நூற்றாண்டு விவாதம்
ஜான் டால்டன் ஹைட்ரஜனை அலகாக எடுத்தது கொள்கையால் அல்ல, அதைவிட இலகுவான எதுவும் அப்போது அறியப்படாததால். தனி நிறைகளை அவர் அளக்கவில்லை, அளக்கவும் முடியாது; அவரது அட்டவணை முழுவதும் வினைகளின் எடை விகிதங்களிலிருந்து பெறப்பட்ட விகிதங்களால் ஆனது. அதில் பிழைகள் பல: நீரை HO என நினைத்தார், அதனால் ஆக்ஸிஜன் உண்மையானதைவிட இரு மடங்கு இலகுவாக வந்தது. ஆனால் ஒவ்வொரு தனிமத்துக்கும் அதற்கேயுரிய தனித்துவ எண் உண்டு என்ற எண்ணம் நிரந்தரமானது; அவர் பெயர் இறுதியில் இந்த அலகுக்கே வந்து சேர்ந்தது.
யொன்ஸ் யாகோப் பெர்செலியஸ் தாங்குமுனையை ஆக்ஸிஜனுக்கு மாற்றினார்: அது கிட்டத்தட்ட எல்லாவற்றுடனும் சேர்கிறது, அதன் வழியாக நிறைகளைத் தீர்மானிப்பது நிலையற்ற ஹைட்ரஜனை விட துல்லியமானது. முதலில் ஆக்ஸிஜனை நூறு எனக் கொண்டார்கள், பிறகு பதினாறு — ஹைட்ரஜன் ஒன்றுக்கு அருகில் இருக்கும்படி. அப்படிப் பெறப்பட்ட அளவுகோல் நூற்றாண்டுக்கும் மேலாக நிலைத்தது, எல்லாக் கையேடுகளிலும் இடம்பெற்றது; ஆக்ஸிஜனும் வெவ்வேறு வகையாக இருக்கக்கூடும் என்பதை அப்போது யாரும் ஐயுறவில்லை.
ஆக்ஸிஜனின் ஐசோடோப்புகளின் கண்டுபிடிப்பு ஓர் அசௌகரியமான கேள்வியை எழுப்பியது: நிறை நிறமாலைமானியுடன் பணியாற்றிய இயற்பியலாளர்கள் தூய ஆக்ஸிஜன்-16 ஐப் பதினாறு எனக் கொண்டார்கள், வேதியியலாளர்களோ கனமான இயற்கைக் கலவையையே தொடர்ந்து எடுத்தார்கள். முப்பது ஆண்டுகள் இரு அளவுகோல்களும் இணையாக வாழ்ந்தன, பத்தாயிரத்தில் இரண்டரை பங்கு வேறுபாட்டுடன்; ஒவ்வோர் அட்டவணையிலும் அது யாருடையது எனக் குறிக்க வேண்டியிருந்தது. சமரசம் கார்பன்-12 இல் கிடைத்தது: அது வேதி நிறைகளை ஆயிரத்தில் நான்கு நூறில் ஒரு பங்கு மட்டுமே நகர்த்தியது, நிறை நிறமாலையின் குறிப்புக் கோடாக இரு தரப்புக்கும் வசதியாக இருந்தது.
சீர்திருத்தத்துக்கு முன் டால்டன் வரையறையால் துல்லியமாக இருந்தது, அவகாட்ரோ எண் அளக்கப்பட்டது. 2019 மே முதல் நேர்மாறு: அவகாட்ரோ எண் நிலைநிறுத்தப்பட்டது, கிலோகிராம் பிளாங்க் மாறிலி வழியாக வெளிப்படுத்தப்படுகிறது, டால்டன் பத்தாவது இலக்கத்தில் நிச்சயமின்மையுள்ள அளக்கப்படும் அளவையானது. அத்துடன், கார்பனின் மோலார் நிறை ஒரு மோலுக்குப் பன்னிரண்டு கிராம் என்ற பழக்கமான சமன்பாடும் சமானமாக இருப்பது நின்றுவிட்டது. வேதியியலின் எந்தக் கணக்குக்கும் இதனால் நடைமுறை விளைவு இல்லை; ஆனால் அளவையியலின் அழகிய முடிவு ஒன்று மிச்சம்: நிர்ணயிக்கப்பட்டது மட்டுமே துல்லியமாக இருக்க முடியும்.
விகிதங்களால் வாழும் அலகு
அணு நிறை அலகு கிட்டத்தட்ட ஒருபோதும் நேரடியாக அளக்கப்படுவதில்லை — அளக்கப்படுவது நிறைகளின் விகிதங்கள்; இதுவே அதன் அளவையியல் சிறப்பு. பென்னிங் பொறி இரு அயனிகளின் சுற்று அதிர்வெண்களை ஒப்பிட்டு, பதினொரு இலக்கங்களுடன் விகிதத்தைத் தருகிறது; அந்த விகிதத்தைக் கிலோகிராமாக மாற்றினால், ஒப்பீட்டைவிடப் பல மடங்கு பெரிய நிச்சயமின்மை சேர்ந்துவிடும். எனவே டால்டனில் தரப்பட்ட கருக்களின் நிறை அட்டவணை, அவற்றில் எந்த நிறையையும் கிலோகிராமில் தந்ததைவிடத் துல்லியமானது: தன் அளவுகோலுக்குள் அது பத்தாவது–பதினொன்றாவது இலக்கத்தைத் தாங்கிப் பிடிக்கிறது, ஆனால் அளவுகோலுக்கும் கிலோகிராமுக்குமான தொடர்பு பத்தாவது இலக்கம் வரையே அறியப்படுகிறது. இதிலிருந்து எளிய நடைமுறை விதி: நிறை வேறுபாடுகளை — எடுத்துக்காட்டாக ஒரு கருவினையின் குறைபாட்டை — டால்டனில் அல்லது நேரடியாக எலக்ட்ரான்வோல்டில் கணக்கிட வேண்டும், இடைநிலைப் படியாகக் கிலோகிராமுக்கு மாற்றவே கூடாது; இல்லையேல் பத்தாவது இலக்கத்தில் இருக்கும் வேறுபாட்டுடன் மாற்றத்தின் நிச்சயமின்மையும் சேர்ந்துவிடும். இதிலிருந்தே 2019 சீர்திருத்தத்தின் நேர்த்தியான முடிவும் பிறக்கிறது: அவகாட்ரோ எண்ணைத் துல்லியமென அறிவித்த அளவையியலாளர்கள் டால்டனை அளக்கப்படும் பக்கத்திலேயே விட்டுவைத்தார்கள் — அதாவது, அணுக்களின் உலகுக்கும் நிறுத்துகளின் உலகுக்கும் இடையிலான தொடர்பு உடன்படிக்கையின் அல்ல, சோதனையின் பொருளாகவே நீடிக்கிறது என ஏற்றுக்கொண்டார்கள்.
பட்டியல் · அளவீட்டு அலகுகள்
ஒவ்வோர் அளவைக்கும் ஒரு தாள்
SI இன் ஏழு அடிப்படை அலகுகள், தமக்கெனப் பெயருள்ள இருபத்திரண்டு வழிப்பெறு அலகுகள், மேலும் தொழில்நுட்பமும் அன்றாட வாழ்வும் இல்லாமல் இயங்காத SI அல்லாத அலகுகள். ஒவ்வொன்றுக்கும் தனித் தாள்: வரையறை, மாற்றம், கருவிகள், எழுதும் விதிகள். 36 மொழிகளில்.
அணுவும் கருவும்: இந்த அளவின் அலகுகள்
நிறை, ஆற்றல், குறுக்குவெட்டுபழக்கமான பொருள்களின் எடை
டால்டனில்SI இன் அடிப்படை அலகுகள்
கிலோகிராமும் மோலும்இந்தத் தாளின் மொழி
36 மொழிகள். u மற்றும் Da குறியீடுகள் அனைத்துலகப் பொதுவானவை; மொழிபெயர்ப்பது கருவிகளின் பெயர்கள், கருக்கள், அளவுகோல் விளக்கங்கள்.