పాలు ఎందుకు తెల్లగా ఉంటాయి? నీళ్లు ఎందుకు పారదర్శకంగా ఉంటాయి?

తెల్లనివన్నీ పాలు కావు అన్న మాటలో ఎంత నిజం ఉందో నల్లనివన్నీ నీళ్లు కావు అనడమూ అంతే పాక్షిక సత్యం. ఎందుకంటే అసలు నీళ్ళే నల్లగా ఉండవు. నువ్వన్నట్లు నీళ్లు పారదర్శకం (transparent) గా ఉంటాయి. తెల్లనివన్నీ పాలు కాకపోయినా పాలలాగా తెల్లగా కనిపించే పదార్థాల తెలుపునకు మాత్రం కారణం దాదాపు ఒకటే. పదార్థాలతో కాంతికున్న పరిచర్యం (interaction) విశ్వంలో ఉన్న అనేక గొప్ప దృగ్విషయాలలో చాలా మౌలికమైంది. కాంతి (light) కి కణ (corpuscular) స్వభావం, తరంగ (షaఙవ) స్వభావం కలగలిసే ఉంటాయి. కాంతి స్వభావరీత్యా విద్యుదయస్కాంత లాక్షణి (electromagnetic entity). ఈ తరంగాలు ఎన్ని సెకనుకు ఒక బిందువు నుంచి కదుల్తాయో ఆ సంఖ్యను ఆ తరంగాల పౌనః పున్యం (frequency) అంటాము. పౌనఃపున్యం ఎంత ఎక్కువ ఉంటే ఆ తరంగాలకు అంత ఎక్కువ శక్తి ఉన్నట్టు అర్థంచేసుకోవాలి. తరంగం అంటే నీటి ఉపరితలం మీద అలల్లాగా కదిలే రూపమే. మరి నీటి తరంగాలలో కొన్నిచోట్ల ఎత్తులు (crests) గా మరికొన్ని చోట్ల లోతులు (troughs) గా ఉంటుంది కదా! అతి దగ్గరగా ఉన్న రెండు పక్కపక్క లోతుల మధ్య దూరాన్నిగానీ లేదా రెండు పక్కపక్కనే ఉన్న శిఖరాల మధ్య దూరాన్నిగానీ ఆ తరంగపు తరంగదైర్ఘ్యం (wavelength) అంటారు.

ఒక తరంగపు తరంగదైర్ఘ్యాన్ని‘l’ (lamda) అనే గ్రీకు అక్షరంతో చూపుతారు. అలాగే పౌనఃపున్యాన్ని‘n’(nu) అనే అక్షరంతో చూపుతారు. కాంతి తరంగాలు ఎప్పుడూ స్థిరంగా ఉండవు. రైలు తన పెట్టెల్ని (బోగీల్ని) వెంట బెట్టుకొని వెళ్తున్నట్లే కాంతి అనే రైలు తరంగాలు అనే బోగీలను మోసుకెళ్తూ ఉంటుంది. దీన్నే కాంతి ప్రయాణం (transit of light) అంటాము. ఒక సెకను సమయంలో కాంతి ప్రయాణించే దూరాన్ని కాంతివేగం (velocity light) అంటాము. దీనిని ‘ c ’ అనే ఇంగ్లీషు అక్షరంతో చూపుతారు. దీని విలువ శూన్యం (vacuum) లో సుమారు మూడు లక్షల కిలోమీటర్లని గత గురువారం తెలుసుకొని ఉంటారు. ఒక సెకనులో కాంతి జరిగే తరంగాల్ని‘n’ అని, ఒక్కో తరంగం పొడవు‘l’ అని అంటారు కాబట్టి ఒక సెకనులో కాంతి అశ్రీ దూరం ప్రయాణిస్తుందని అర్థం కదా! కాబట్టి c=nl.

కాంతికున్న తరంగదైర్ఘ్యం లేదా పౌనఃపున్యం ఆధారంగా కాంతిని స్థావరాలు (zones) గా వర్గీ కరించారు. 400 నుంచి 800 నానోమీటర్ల మధ్యలో తరంగదైర్ఘ్యం ఉన్న కాంతి తరంగా లను దృశ్యకాంతి (visible light) అంటాము. 100 నుంచి 400 నానోమీటర్ల మధ్య ఉన్న కాంతిని అతినీలలోహిత (ultra violet) కాంతి అనీ, 800 నుంచి 10000 నానోమీటర్ల మధ్య కాంతిని పరారుణ (infra red) కాంతి అని అంటారు.కాంతి తరంగపు తరంగదైర్ఘ్యం కన్నా ఆ కాంతి పదార్థంలో ప్రయాణించే సమయంలో తాను ఎదుర్కొనే పదార్థపు కణాల సైజు తక్కువ అయినట్లయితే కాంతి తరంగాలకు అడ్డు ఏమీ ఉండదు. అపుడు ఆ పదార్థాలు పారదర్శకంగా ఉంటాయి.

మన కంటికి పారదర్శకంగా ఉన్నంత మాత్రాన అన్నిరకాల కాంతులకు పదార్థాలు పారదర్శకం కానక్కర్లేదు. నీటి అణువుల సైజు సుమారు 5A (Angstrom)) ఉంటుంది. పది A విలువ ఒక నానోమీటరుగా గుర్తించండి. కానీ దృశ్యకాంతి తరంగదైర్ఘ్యాలు 4000 నుంచి 8000 A వరకూ ఉంటాయి. కాబట్టి ఆ కాంతి తరంగదైర్ఘ్యాల కన్నా నీటి అణువుల సైజే చిన్నది. కాబట్టి ఆ తరంగాలు అన్నీ నీటి నుంచి దూసుకుపోతాయి. అంటే నీటిగ్లాసుకు ఆవలవైపున్న వస్తువు దృశ్యం మొత్తం ఈవలకి వస్తుంది. కాబట్టి నీరు పారదర్శకంగా కనిపిస్తుంది. కానీ కాంతి తరంగదైర్ఘ్యం కన్నా పదార్థపుకణాలు పెద్దగా ఉన్నట్లయితే ఆ కణాలు ఆ తరంగాలకు అడ్డుపడ్డం వల్ల ఆవలి కాంతి ఈవలికి రాదు. అలాంటి పదార్థాలు కాంతి నిరోధకాలు (opaque) గా పనిచేస్తాయి.

నల్ల కాగితం, రేకులు, కిటికీ చెక్కలు, పాదరసం, తలుపులు, గొడుగు ఇలాంటి పదార్థాలలో అన్ని కణాలు బహ్వణువులు (polymeric),లేదా బహుపరమాణుక (polyatomic) ఘన (solid) లేదా ద్రవ (liquid) సంఘటిత (condensed) పదార్థాలు. కాబట్టి అవి కాంతి నిరోధకాలుగా పనిచేస్తాయి. ఇపుడు మూడో తరహా పరిస్థితి ఒకటుంది. కాంతి తరంగాల తరంగ దైర్ఘ్యానికీ, పదార్థ కణాల సైజు చేరువలోగానీ, దాదాపు సమానంగాగానీ ఉన్నట్లయితే ఆ పదార్థ కణాలు ఆ కాంతి తరంగాల్ని పూర్తిగా ఆపవు. అలాగని పూర్తిగా దూసుకుపోనివ్వవు. మరేం చేస్తాయి? కాంతి తరంగాల్ని అటూ ఇటూ చెల్లాచెదురుగా వెళ్లేలా చేస్తాయి. ఈ ప్రక్రియను విక్షేపణం (scattering) అంటారు.

ఒకవేళ మనం చూడగలిగిన దృశ్యకాంతి తరంగదైర్ఘ్యాల రేంజ్‌ అయిన 4000-8000 Aశీమధ్యలోనే పదార్థంలోని కణాల సైజు ఉన్నట్లయితే ఆ కణాలు ఈ దృశ్యకాంతిని అన్నివైపులా చెల్లాచెదరుగా వెదజల్లుతాయి. అన్ని దృశ్యకాంతి తరంగాల్ని కలిపి చూస్తే మన మెదడు 'తెలుపు' అని అర్థంగా తీసుకుంటుంది. చాక్‌పీస్‌, సిగరెట్‌ పొగ, కట్టెలపొయ్యి పొగ, ఫినాయిల్‌ కలిపిన నీళ్లు, పాలు, జిల్లేడు పాలు, ముగ్గుపిండి, సున్నం వంటి పదార్థాలలోని కణాల సైజు 8000 నుంచి 4000 A మధ్య ఉండడం వల్ల అవి దృశ్యకాంతిని అన్నివైపులకు విక్షేపణం చెందిస్తాయి. అలా విక్షేపణం చెందిన కాంతిలో దృశ్యకాంతిలోని ఏడురంగులూ కలగలిసి ఉండడం వల్ల మనకవి తెల్లగా కనిపిస్తాయి.