හිම, සුදු පාට ඇයි?

අප කවුරුත් හිම සම්බන්ධයෙන් සුන්දර හැඟීම් ඇතිකර ගන්නේ එය පතිත වන ඕනෑම තැනක සුදට සුදේ ඇතිරිල්ලක් මෙන් සියල්ල වසාගෙන පැවතීම නිසාවෙනි. එක යායට හිමෙන් වැසී සුදු පාටින් බබළන භූමිභාගයක් කෙතරම් සුන්දර දර්ශනයක් ද? හිම බහුලව දැකිය හැකි දෙසැම්බරයේ ‘ධවල නත්තල’ යන තේරුම සහිත “White Christmas” නම් ගීතය  ඉංග්‍රීසි භාෂා මාධ්‍ය ආයතන මගින් නිරතුරුව වාදනය කෙරේ. ඒ රටවල කාලගුණ විද්‍යා වාර්තාවේ පවා ඇතැම්විට හිම ගැන සඳහන් කෙරෙන්නේ ‘සුදු දේවල්’ යනුවෙනි. වෙනත් රටවල වුවද අන්ත සුදු හැඳින්වීමට හිම සුදු යනුවෙන් සඳහන් වේ. ඇත්තටම සුදු නොවේ නම් එය හිම විය නොහැකිය. එසේ වුවද මේ ගැන වැඩිදුර සිතීමේදී අපට පුදුම වීමටද කාරණාවක් ඇත. හිම කියන්නේ අයිස් ස්ඵටික රැසක් එකට එක්වී තිබීම නිසා හිම එතරම් සුදු වන්නේ කෙසේ ද යන විමතිය අපට ඇති වේ. මන්ද අයිස් වල එම සුද දැකගත නොහැකි නිසාය. එසේනම් හිම වලට මෙකී කැපී පෙනෙන සුදක් ලැබෙන්නේ කෙසේද?

මේ සුද එන්නේ මොනවයින්ද කියා දැනගැනීමට නම් අප මුලින්ම සොයා බැලිය යුත්තේ එක එක දේවල් වලට එක එක පාට ලැබෙන්නේ කෙලෙසද යන්න සොයා බැලීමයි. අපට පෙනෙන ආලෝකය, ඒ කියන්නේ දෘශ්‍යමාන ආලෝකය විවිධ සංඛ්‍යාත බොහොමයක ආලෝකයකින් සමන්විතය. අපේ ඇස් විවිධ සංඛ්‍යාත හඳුනාගනු ලබන්නේ විවිධ වර්ණ හැටියටය. විවිධ වස්තූන්ට විවිධ වර්ණ ඇත. ඊට හේතුව එම වස්තුව සෑදී ඇති සුවිශේෂී අංශු (අණු සහ පරමාණු) සතුව විවිධ කම්පන සංඛ්‍යාත (vibration frequencies) තිබෙන හෙයිනි. මූලිකව ගතහොත් අංශුවේ ඉලෙක්ට්‍රෝන ශක්තියට ප්‍රතිචාර වශයෙන් එක්තරා ප්‍රමාණයක් කම්පනය වේ. ඒ, ශක්තියෙහි සංඛ්‍යාත මත පදනම්වය. ආලෝක ශක්තිය ගතහොත්, ආලෝකයේ සංඛ්‍යාත මත රැඳෙමින් අණු සහ පරමාණු ආලෝක ශක්තිය යම් ප්‍රමාණයක් අවශෝෂණය කරයි. මෙයින් අදහස් වන්නේ  වස්තූන් ඇතැම් ආලෝක සංඛ්‍යාත අනෙක් ඒවාට වඩා වැඩියෙන් අවශෝෂණය කරන බවයි.

අවශෝෂණය නොකෙරන ආලෝක සංඛ්‍යාතවලට සිදුවිය හැකි වෙනස් වෙනස් කාරණා කිහිපයක් ඇත. සමහර ද්‍රව්‍යවලදී අංශුවක්, පෝටෝන(photon) යළි විමෝචනය කරන විට ඒවා දිගටම නොකඩවා අනිත් අංශුව හරහා ගමන් කල හැක. මේ අවස්ථාවේදී ආලෝකය මුලුමනින්ම ද්‍රව්‍ය හරහා ගමන් කරන හෙයින්  ද්‍රව්‍යය පැහැදිලිව දිස්වේ.  ඝන ද්‍රව්‍ය බොහොමයකදී අංශු, අවශෝෂණය නොකළ පෝටෝන බහුතරය ද්‍රව්‍යයෙන් පිටතට යළි-විමෝචනය කරන්නේ ආලෝකය කොහොමටවත් විනිවිද යා නොදී හෝ ඉතා සුළු වශයෙන් පමණක් විනිවිද යාමට ඉඩ සලසමිනි. එවිට වස්තුව පාරාන්ධයි(opaque). පාරාන්ධ වස්තුවක වර්ණය යනු  වස්තුවේ අංශු මගින් අවශෝෂණය කරනු නොලැබුණු ආලෝක ශක්තියෙහි හුදු එකතුවක් පමණි.

ඉතින්,  හිම කියන්නේ මිදුණු ජලය නම්, මිදුණු ජලය පැහැදිලි බවෙන් යුක්ත නම් හිම වලට කැපී පෙනෙන වර්ණයක් තිබෙන්නේ කෙසේද? මෙය තේරුම් ගැනීමට කලින්  කීවා සේ එක් තනි අයිස් කැබැල්ලක් වෙත නෙත් යොමා අප ආපසු හැරී මුලට ගොස් සොයා බැලිය යුතුය. අයිස් ඇත්තටම පාර දෘශ්‍ය  නොව  පාරභාසකයි(translucent). මෙහි තේරුම වන්නේ,  ආලෝකය සෘජු මාර්ගයක් ඔස්සේ ද්‍රව්‍යය (මෙහිදී නම් අයිස් ) හරහා  ගමන් කරන්නේ නැත යන්නයි. ද්‍රව්‍යයේ අංශු ආලෝකයේ දිශාව වෙනස් කරයි. මෙය සිදුවන්නේ අයිස් වල අණුක ව්‍යුහය ඇති සමහර පරමාණු අතර දුර ආලෝක සංඛ්‍යාත වල උසට සමීප ව පැවතීම නිසාවෙනි. ඉන් කියවෙන්නේ, ආලෝක පෝටෝන, ව්‍යුහයන් සමග අන්තර් ක්‍රියා කරන බවයි. මෙහි ප්‍රතිඵලය වන්නේ, ආලෝක පෝටෝන වල ගමන් මග වෙනස් වීම සහ එය අයිස් වලට ඇතුළුවූ අවස්ථවට වඩා වෙනස් දිශාවකින් පිටතට යන  බවත්ය.

හිම කියන්නේ තනි තනි අයිස් ස්ඵටික බුරුත්තක්ම එකට එක් කර තැබූ පිළියෙල කිරීමක්. ආලෝක පෝටෝනයක් හිම ස්ථරයකට ඇතුල් වූ විට උඩම ඇති අයිස් ස්ඵටිකයක් හරහා යන විට එය එහි දිශාව මද වශයෙන් වෙනස් කර එය නව අයිස් ස්ඵටිකයක් වෙතට යවයි. එම ස්ඵටිකය ද එයම කරයි. මූලිකවම ගතහොත් සියලුම ස්ඵටික ආලෝකය හතරවටේට පොළා පන්වනු ලබන්නේ යලි හිම ගොඩ වෙතින් ආපසු එන පරිදිය. එය මේ දේම අනෙකුත් සියලුම විවිධ ආලෝක සංඛ්‍යාත වලට සිදුකරන හෙයින් ආලෝකයේ සියලුම වර්ණ  ආපසු  පිටතට පොලා පනියි. ඇසට පෙනෙන වර්ණවලිය(visible spectrum) සතු  සංඛ්‍යාත සියල්ලෙහි වර්ණ එක සමාන ආකාරයකට එකතුකළ විට ලැබෙන්නේ සුදු හෙවත් සුදු වර්ණයයිය. ඉතින්, හිම සාදන තනි තනි අයිස් ස්ඵටික වල වර්ණය සුදු නොවුණාට  හිම වල අප දකින්නේ මෙම වර්ණයයි.

How Stuff  Works හී පළවූ  Why is snow white? ලිපිය ඇසුරෙනි