විද්‍යා ප්‍රබන්ධ චිත්‍රපට හෝ පොත්පත් පරිශීලනය කරන ඕනෑම අයෙකුට අතිශය හුරුපුරුදු දර්ශනයක් තිබේ. එනම්, වෙනත් ග්‍රහලෝකයකින් හෝ පිටසක්වළ යානයකින් සොයාගන්නා ලද නොදන්නා ලෝහමය ද්‍රව්‍යයක් රසායනාගාරයකදී පරීක්ෂාවට ලක් කරන විද්‍යාඥයින්, “මේ මූලද්‍රව්‍යය අපගේ ආවර්තිතා වගුවේ කොහෙත්ම නැහැ!” යි පුදුමයෙන් ප්‍රකාශ කිරීමයි. බැලූ බැල්මට මෙය ඉතා කුතුහල දනවන, අනාගත විද්‍යාවට මඟපාදන ප්‍රකාශයක් ලෙස පෙනුනද, සැබෑ විද්‍යාත්මක පදනම මත පිහිටා බලන විට එය කෙතරම් දුරට තර්කානුකූලද?
නවීන රසායන විද්‍යාවේ සහ න්‍යෂ්ටික භෞතික විද්‍යාවේ පදනම වන්නේ මෙන්ඩලීව්ගේ ආවර්තිතා වගුවයි. රුසියානු ජාතික විද්‍යාඥ දිමිත්‍රි මෙන්ඩලීව් (Dmitri Mendeleev) විසින් 1869 දී ඉදිරිපත් කරන ලද මෙම මූලික වර්ගීකරණය, අද වන විට භෞතික විශ්වයේ පදාර්ථය තේරුම් ගැනීමේ ප්‍රධානතම මෙවලම බවට පත්ව ඇත. නමුත් වර්තමාන ක්වොන්ටම් භෞතික විද්‍යාත්මක සොයාගැනීම් හමුවේ අප හමුවේ නැගෙන ප්‍රධාන ගැටලුව වන්නේ, මෙන්ඩලීව්ගේ ආවර්තිතා වගුව මඟින් මුළු විශ්වයේම පවතින සහ පැවතිය හැකි සියලුම මූලද්රව්ය නිරූපණය කරන්නේද, නැතහොත් මීට පරිබාහිරව පැවතිය හැකි අසාමාන්‍ය පදාර්ථ කොට්ඨාසයන් තිබේද යන්නයි.
ආවර්තිතා වගුවේ අභ්‍යන්තර සැකස්ම සහ පරමාණුක අංකයේ පදනම
අප වටා ඇති ඕනෑම පදාර්ථයක් සෑදී ඇත්තේ පරමාණු වලිනි. පරමාණුවක මධ්‍යයේ න්‍යෂ්ටියක් පිහිටන අතර, එහි ධන විදුලි ආරෝපිත ප්‍රෝටෝන සහ විදුලි ආරෝපණයක් නැති නියුට්‍රෝන අඩංගු වේ. න්‍යෂ්ටිය වටා ඍණ විදුලි ආරෝපිත ඉලෙක්ට්‍රෝන ගමන් කරයි. මෙන්ඩලීව්ගේ ආවර්තිතා වගුව සකස් කර ඇත්තේ අහඹු ලෙස නොව, පරමාණුවක න්‍යෂ්ටියේ ඇති ප්‍රෝටෝන සංඛ්‍යාව හෙවත් ‘පරමාණුක අංකය’ (Atomic Number) පාදක කරගනිමිනි.
උදාහරණයක් ලෙස, හයිඩ්‍රජන් (H) පරමාණුවේ න්‍යෂ්ටියේ ඇත්තේ එක් ප්‍රෝටෝනයක් පමණි. එබැවින් එහි පරමාණුක අංකය 1 වේ. හීලියම් (He) සඳහා ප්‍රෝටෝන 2ක් ද, ලිතියම් (Li) සඳහා ප්‍රෝටෝන 3ක් ද පවතී. ඔක්සිජන් වල ප්‍රෝටෝන 8ක් ඇති අතර, ස්වාභාවිකව පෘථිවියේ හමුවන බරින් වැඩිම මූලද්‍රව්‍යය වන යුරේනියම් (U) හි ප්‍රෝටෝන 92ක් පිහිටයි.
මෙහිදී අප තේරුම් ගත යුතු වැදගත්ම රසායනික සත්‍යයක් ඇත. එනම් පරමාණුක අංකය යනු පූර්ණ සංඛ්‍යාවකි (Whole Number). එනම් 1, 2, 3, 4 වශයෙන් මිස 8.5 ක් හෝ 92.3 ක් වැනි භාග සංඛ්‍යාත්මක ප්‍රෝටෝන පැවතිය නොහැක. ප්‍රෝටෝනයක් යනු තවදුරටත් සාමාන්‍ය පරමාණුක තත්ත්ව යටතේ බෙදිය නොහැකි ඛණ්ඩනය නොවන අංශුවකි. යම් හෙයකින් ඔක්සිජන් (ප්‍රෝටෝන 8) සහ ෆ්ලෝරීන් (ප්‍රෝටෝන 9) අතර මැදින් අලුත් මූලද්‍රව්‍යයක් සොයාගැනීමට කිසිසේත්ම හැකියාවක් නැත. මන්ද ප්‍රෝටෝන 8.5ක් සහිත න්‍යෂ්ටියක් සොබාදහමේ පැවතිය නොහැකි බැවිනි.
එබැවින්, පවතින මූලද්රව්ය දෙකක් අතර මැදට අලුතින් මූලද්‍රව්‍යයක් ඔබ්බවා මෙන්ඩලීව්ගේ ආවර්තිතා වගුව අලුත් කිරීම කිසිසේත්ම කළ නොහැක්කකි. යම් හෙයකින් අලුත් මූලද්‍රව්‍යයක් සොයාගන්නේ නම්, එය පැවතිය හැක්කේ වගුවේ දැනට ඇති අවසාන මූලද්‍රව්‍යයට පසුව පමණි.
කෘත්‍රිම මූලද්රව්ය සහ ආවර්තිතා වගුවේ නව මායිම්
විසිවන සියවස වන තෙක්ම මානව වර්ගයා දැන සිටියේ ස්වාභාවික පරිසරයෙන් හමුවන මූලද්රව්ය පිළිබඳව පමණි. නමුත් න්‍යෂ්ටික භෞතික විද්‍යාවේ දියුණුවත් සමඟ, අංශු ත්වරණ යන්ත්‍ර (Particle Accelerators) සහ න්‍යෂ්ටික ප්‍රතික්‍රියාකාරක භාවිත කරමින් ස්වාභාවිකව නොමැති අතිශය බරින් වැඩි මූලද්රව්ය කෘත්‍රිමව සංස්ලේෂණය කිරීමට විද්‍යාඥයෝ සමත් වූහ.
යුරේනියම් (92) ට ඔබ්බෙන් පිහිටි මෙවැනි මූලද්රව්ය Transuranium Elements ලෙස හඳුන්වනු ලබයි. නෙප්චූනියම් (93), ප්ලූටෝනියම් (94), කැලිෆෝනියම් (98) ආදිය මේ සඳහා උදාහරණ වේ. මෙම කෘත්‍රිම මූලද්රව්ය සෑදීමේ තාක්ෂණය දියුණු වීමත් සමඟ මෙන්ඩලීව්ගේ ආවර්තිතා වගුව පහළට විහිදී ගිය අතර, නවතම කොටස් නිරන්තරයෙන් එකතු විය.
වර්තමානය වන විට ජාත්‍යන්තර සංශුද්ධ හා ව්‍යවහාරික රසායන විද්‍යා සංගමය (IUPAC) විසින් නිල වශයෙන් පිළිගෙන ඇති බරින් වැඩිම සහ අවසාන මූලද්‍රව්‍යය වන්නේ ‘ඔගනෙසොන්’ (Oganesson – Og) ය. මෙහි පරමාණුක අංකය 118 කි. එනම් එහි න්‍යෂ්ටිය තුළ ප්‍රෝටෝන 118ක් අඩංගු වේ.
නමුත් 118 යනු අවසානයද? විද්‍යාඥයින් දැනටමත් 119 (Ununennium) සහ 120 (Unbinilium) යන පරමාණුක අංක සහිත අලුත්ම මූලද්රව්ය කෘත්‍රිමව නිපදවීමට රුසියාව, ජර්මනිය සහ ඇමරිකාව වැනි රටවල පිහිටි ප්‍රමුඛ රසායනාගාරයන්හි අත්හදා බැලීම් සිදුකරමින් සිටිති.
අධිකාර මූලද්රව්ය සහ ස්ථායීතා දූපත (Island of Stability)
න්‍යෂ්ටික භෞතික විද්‍යාවේදී මුහුණදීමට සිදුවන විශාලතම අභියෝගයක් වන්නේ, පරමාණුවක න්‍යෂ්ටියට ප්‍රෝටෝන එකතු කිරීමේදී ඇතිවන විද්‍යුත් චුම්බක විකර්ෂණයයි. සමාන ධන ආරෝපිත ප්‍රෝටෝන එකිනෙක තදින් විකර්ෂණය කරයි. මෙම විකර්ෂණය පරාජය කරමින් න්‍යෂ්ටිය එක්කර තබාගන්නේ ‘ප්‍රබල න්‍යෂ්ටික බලය’ (Strong Nuclear Force) මගිනි.
නමුත් පරමාණුක අංකය 100 සීමාව පසුකරන විට, න්‍යෂ්ටිය කොතරම් විශාල වෙනවාද යත්, ප්‍රබල න්‍යෂ්ටික බලයට මුළු න්‍යෂ්ටියම එකට තබාගැනීමට නොහැකි වේ. එහි ප්‍රතිඵලයක් ලෙස අධිකාර මූලද්රව්ය (Superheavy Elements) අතිශයින්ම අස්ථාවර වන අතර, ඒවා නිර්මාණය වී තත්පරයකින් කෝටියක පංගුවක් (Microseconds) ඇතුළත විකිරණශීලී ක්ෂය වීම් වලට ලක්වී විනාශ වී යයි.
කෙසේ වෙතත්, න්‍යෂ්ටික භෞතික විද්‍යාඥයින් විසින් ඉදිරිපත් කරන ලද විශේෂ න්‍යායාත්මක ආකෘතියකට අනුව, මෙන්ඩලීව්ගේ ආවර්තිතා වගුව තුළ යම් කිසි විශේෂිත කලාපයක මෙවැනි අධිකාර මූලද්රව්ය පැවතිය හැකිය. මෙය ස්ථායීතා දූපත (Island of Stability) ලෙස හඳුන්වනු ලබයි.
අස්ථාවර සීමාව (113-117) ──> [ ස්ථායීතා දූපත (ප්‍රෝටෝන ~120-126 / නියුටෝන ~184) ] ──> නොදන්නා භෞතික සීමාව
න්‍යෂ්ටියක ප්‍රෝටෝන සහ නියුට්‍රෝන ‘මැජික් අංක’ (Magic Numbers) ලෙස හඳුන්වන විශේෂිත සංඛ්‍යාවන්ගෙන් (උදාහරණයක් ලෙස නියුට්‍රෝන 184ක් සහ ප්‍රෝටෝන 120ක් හෝ 126ක්) පිරී පවතින විට, එම න්‍යෂ්ටි සාපේක්ෂව වැඩි කාලයක් (තත්පර, මිනිත්තු හෝ වසර ගණනාවක්) ක්ෂය නොවී පවතින බව කියැවේ. යම් හෙයකින් ස්ථායීතා දූපතට අයත් මූලද්‍රව්‍යයක් නිපදවීමට හෝ ස්වාභාවිකව සොයාගැනීමට ලැබුණහොත්, එය මෙන්ඩලීව්ගේ ආවර්තිතා වගුව තවදුරටත් පුළුල් කරනු ඇත.
භෞතික විද්‍යාවේ සීමාව: ආවර්තිතා වගුව අවසන් වන තැන
අපට පරමාණුක අංක 150, 200, හෝ 300 දක්වා අසීමිත ලෙස මූලද්රව්ය සාදමින් ඉදිරියට යා හැකිද? නැත, භෞතික විද්‍යා නීති මගින් ඊට පැහැදිලි සීමාවක් පනවා ඇත.
ජර්මානු භෞතික විද්‍යාඥ රිචඩ් ෆයින්මන් (Richard Feynman) පෙන්වා දුන්නේ, පරමාණුක අංකය 137 (Feynmanium) පසු වන විට, පරමාණුවේ ඇතුළතම කක්ෂයේ ගමන් කරන ඉලෙක්ට්‍රෝනයට ආලෝකයේ වේගයට වඩා වැඩි වේගයකින් ගමන් කිරීමට සිදුවන බවයි. ඇයින්ස්ටයින්ගේ සාපේක්ෂතාවාදයට අනුව කිසිදු වස්තුවකට ආලෝකයේ වේගය ඉක්මවා යා නොහැක.
පසුකාලීනව ක්වොන්ටම් විද්‍යාඥයින් විසින් වැඩිදියුණු කරන ලද ගණනය කිරීම් වලට අනුව, පරමාණුක අංකය 172-173 සීමාවට පැමිණෙන විට, න්‍යෂ්ටියේ විද්‍යුත් ක්ෂේත්‍රය කොතරම් ප්‍රබල වෙනවාද යත්, එය හිස් අවකාශයෙන් (Vacuum) ඉලෙක්ට්‍රෝන-පොසිට්‍රෝන යුගල ඉබේම නිර්මාණය කිරීමට පටන් ගනී. මෙම සංසිද්ධිය නිසා පරමාණුවක පැවැත්ම අහෝසි වී යයි.
එබැවින්, මෙන්ඩලීව්ගේ ආවර්තිතා වගුව යනු අසීමිත ලෙස දිගු කළ හැක්කක් නොවන අතර, පරමාණුක අංක 170-175 සීමාවෙන් ඔබ්බට සාමාන්‍ය පරමාණු පැවැත්ම භෞතික විද්‍යාත්මකව අසම්පූර්ණ හෝ නොහැකි දෙයක් බවට පත්වේ.
මෙන්ඩලීව්ගේ ආවර්තිතා වගුවෙන් පිටත පැවතිය හැකි අසාමාන්‍ය පදාර්ථ
දැන් අප නැවතත් මූලික ගැටලුවට යොමු වෙමු. මෙන්ඩලීව්ගේ වර්ගීකරණයට හසුනොවන, එහෙත් විශ්වයේ පැවතිය හැකි වෙනත් පදාර්ථ තිබිය හැකිද? පිළිතුර ‘ඔව්’ යන්නයි. නමුත් ඒවා සාමාන්‍ය ප්‍රෝටෝන, නියුට්‍රෝන සහ ඉලෙක්ට්‍රෝන වලින් සෑදුණු සාම්ප්‍රදායික රසායනික මූලද්රව්ය නොවේ.
1. නියුට්‍රෝන තාරකා සහ න්‍යෂ්ටික පැස්ටා (Nuclear Pasta)
අධික ස්කන්ධයක් සහිත තාරකා ආයු කාලය අවසානයේ සුපර්නෝවා ලෙස පිපිරී යාමෙන් පසු නිර්මාණය වන නියුට්‍රෝන තාරකා (Neutron Stars) තුළ පවතින්නේ අතිශය අසාමාන්‍ය පදාර්ථයකි. මෙහි පරමාණුක ව්‍යුහයක් නොමැත. අධික ගුරුත්වාකර්ෂණය නිසා ඉලෙක්ට්‍රෝන සහ ප්‍රෝටෝන එකිනෙක තෙරපී සම්පූර්ණයෙන්ම නියුට්‍රෝන බවට පත්වී ඇත.
මෙහි අභ්‍යන්තරයේ පවතින පදාර්ථය ‘න්‍යෂ්ටික පැස්ටා’ ලෙස විද්‍යාඥයින් හඳුන්වන අතර, එය මුළු විශ්වයේම පවතින තදබලම සහ දැඩිම ද්‍රව්‍යය වේ. මෙය පරමාණුක අංකයක් නොමැති, මෙන්ඩලීව්ගේ ආවර්තිතා වගුව තුළ කිසිසේත්ම ලකුණු කළ නොහැකි පදාර්ථ ස්වරූපයකි.
2. අසාමාන්‍ය පදාර්ථ (Strange Matter) සහ ක්වාක් පදාර්ථ
සාමාන්‍ය ප්‍රෝටෝන සහ නියුට්‍රෝන සෑදී ඇත්තේ ‘අප්’ (Up) සහ ‘ඩවුන්’ (Down) ලෙස හඳුන්වන ක්වාක් (Quarks) අංශු වලිනි. නමුත් අතිශය අධික පීඩනයක් සහ උෂ්ණත්වයක් යටතේ, ‘ස්ට්‍රේන්ජ්’ (Strange) ක්වාක් අඩංගු අසාමාන්‍ය පදාර්ථ නිර්මාණය විය හැකිය.
මෙවැනි පදාර්ථ ක්වාක් මට්ටමේ පවතින අතර, ඒවා සාමාන්‍ය පරමාණුක න්‍යෂ්ටි සදන්නේ නැත. එබැවින් මෙන්ඩලීව්ගේ වගුවට මේවා ඇතුළත් කළ නොහැක.
3. ප්‍රති-පදාර්ථ (Antimatter)
ආවර්තිතා වගුවේ ඇති හයිඩ්‍රජන් පරමාණුවක ඇත්තේ ධන ප්‍රෝටෝනයක් සහ ඍණ ඉලෙක්ට්‍රෝනයකි. නමුත් විශ්වයේ ‘ප්‍රති-හයිඩ්‍රජන්’ (Antihydrogen) පැවතිය හැකිය. එහි ඇත්තේ ඍණ ප්‍රෝටෝනයක් (Antiproton) සහ ධන ඉලෙක්ට්‍රෝනයකි (Positron). ප්‍රති-මූලද්රව්ය මගින් පවතින ආවර්තිතා වගුවට සමාන්තර ‘ප්‍රති-ආවර්තිතා වගුවක්’ නිර්මාණය කළ හැකි නමුත්, ඒවා සාමාන්‍ය පදාර්ථ වගුවෙන් පිටත පවතී.
විද්‍යා ප්‍රබන්ධ සහ සැබෑ විද්‍යාව අතර වෙනස
විද්‍යා ප්‍රබන්ධ කතාවල එන ‘Unobtainium’ හෝ ‘Vibranium’ වැනි අලුත් මූලද්රව්ය, පවතින ආවර්තිතා වගුවෙන් පිටත තිබෙන බව පැවසීම විද්‍යාත්මකව අසත්‍යයකි. යම් හෙයකින් වෙනත් ග්‍රහලෝකයකින් අලුත් ලෝහයක් සොයාගතහොත්, එය නිසැකවම දැනටමත් අප හඳුනන මූලද්රව්ය එකක හෝ කිහිපයක එකතුවෙන් සෑදුණු සංයෝගයක් (Compound) හෝ මිශ්‍ර ලෝහයක් (Alloy) විය යුතුය.
නැතහොත්, එය මෙන්ඩලීව්ගේ ආවර්තිතා වගුව තුළ ඇති 119 හෝ ඊට ඉහළ පරමාණුක අංකයක් සහිත, ස්ථායීතා දූපතට අයත් අධිකාර මූලද්‍රව්‍යයක් විය යුතුය.
වානේ වලට වඩා ශක්තිමත් සහ සැහැල්ලු නැනෝ වීදුරු: ද්‍රව්‍ය විද්‍යාවේ විප්ලවීය පෙරළිය
නිගමනය
අපගේ විශ්වය ගොඩනැගී ඇති ආකාරය අනුව, පරමාණුක ව්‍යුහය සහිත සාමාන්‍ය පදාර්ථ සඳහා මෙන්ඩලීව්ගේ ආවර්තිතා වගුව යනු පූර්ණ සහ නිරපේක්ෂ සීමාවකි. පරමාණුක අංක 1 සිට 118 දක්වා කිසිදු හිස් තැනක් නොමැති අතර, අලුත් මූලද්‍රව්‍යයක් සොයාගන්නේ නම් එය පැවතිය හැක්කේ වගුවේ කෙළවරට පසුව පමණි.
නමුත් ක්වොන්ටම් භෞතිකය සහ අංශු භෞතිකය දෙස බලන විට, නියුට්‍රෝන තාරකා අභ්‍යන්තරයේ ඇති පදාර්ථ, ප්ලාස්මා සහ අසාමාන්‍ය පදාර්ථ වැනි ස්වරූපයන් සාම්ප්‍රදායික පරමාණුක නීතිවලින් බැහැරව පවතී. එම නිසා, සාමාන්‍ය රසායන විද්‍යාවට අනුව ආවර්තිතා වගුව පූර්ණ වන අතරම, භෞතික විද්‍යාත්මක විශ්වය තුළ ඊට එහා ගිය අසාමාන්‍ය පදාර්ථයන් පැවැතීමේ ඉඩකඩ නිරන්තරයෙන් විවෘතව පවතී.
මූලාශ්‍ර
- Nature Chemistry: The boundaries of the Periodic Table and the search for superheavy elements – https://www.nature.com/nchem/
- ScienceDaily: Search for element 119 and the Island of Stability – https://www.sciencedaily.com/news/matter_energy/physics/
- NASA Astrophysics Data System: Exotic Matter and Superdense Stars – https://adsabs.harvard.edu/
- LiveScience: Atomic Structure and limits of Transuranic Elements – https://www.livescience.com/
