Thursday, March 29, 2012

യുട്യൂബ് സൂപ്പര്‍താരമാക്കിയ ഒരു അധ്യാപകന്‍




വിഖ്യാത ഭൗതികശാസ്ത്രജ്ഞന്‍ റിച്ചാര്‍ഡ് ഫെയ്ന്‍മാന്‍ 1988 ലാണ് അന്തരിച്ചത്. ശാസ്ത്രസങ്കല്‍പ്പങ്ങള്‍ അങ്ങെയറ്റം ലളിതമായും മനോഹരമായും വിശദീകരിച്ചുകൊടുക്കാനുള്ള പ്രാവിണ്യം ഫെയ്ന്‍മാനെ വിദ്യാര്‍ഥികളുടെയും ശാസ്ത്രകുതുകികളുടെയും മുന്നിലൊരു സൂപ്പര്‍താരമാക്കി മാറ്റി. കാലിഫോര്‍ണിയ ഇന്‍സ്റ്റിട്ട്യൂട്ട് ഓഫ് ടെക്‌നോളജിയില്‍ (കാല്‍ടെക്) അദ്ദേഹം നടത്തിയ ക്ലാസുകള്‍ 'ഫെയ്ന്‍മാന്‍ ലക്‌ച്ചേഴ്‌സ് ഇന്‍ ഫിസിക്‌സ്' എന്നപേരില്‍ പുസ്തകരൂപത്തിലാക്കിയത് ഇന്നും ചൂടപ്പം പോലെ ലോകമെമ്പാടും വിറ്റുപോകുന്നു.

യൂട്യൂബ് യുഗത്തിലാണ് ഫെയ്ന്‍മെന്‍ ജീവിച്ചിരുന്നെങ്കില്‍ എന്താകുമായിരുന്നു സ്ഥിതി. ലോകംമുഴുവന്‍ അദ്ദേഹത്തിന്റെ ആരാധകരുടെ സംഖ്യ എത്രയോ മടങ്ങ് വര്‍ധിക്കുമായിരുന്നു.

ഇന്ന് ഫെയ്ന്‍മാന്‍ ജീവിച്ചിരുന്നെങ്കില്‍ എങ്ങനെയാകുമായിരുന്നു എന്നറിയാന്‍ ഒരു പരോക്ഷ മാര്‍ഗമുണ്ട്. അമേരിക്കയില്‍ മസാച്യൂസെറ്റ്‌സ് ഇന്‍സ്റ്റിട്ട്യൂട്ട് ഓഫ് ടെക്‌നോളജി (എംഐടി) യിലെ ഭൗതികശാസ്ത്ര പ്രൊഫസര്‍ വാള്‍ട്ടര്‍ ലെവിന്‍ ലോകമെങ്ങുമുള്ള വിജ്ഞാനദാഹികള്‍ക്ക് മുന്നില്‍ യുട്യൂബിലൂടെ എങ്ങനെയൊരു സൂപ്പര്‍താരമായി മാറി എന്ന് പരിശോധിച്ചാല്‍ മതി.

ഭൗതികശാസ്ത്ര നിയമങ്ങള്‍ വിദ്യാര്‍ഥികള്‍ക്ക് മനസിലാക്കിക്കൊടുക്കാന്‍ പ്രൊഫ.ലെവിന്‍ എടുക്കുന്ന ക്ലാസുകള്‍ സാധാരണ അധ്യാപകരെ അസൂയപ്പെടുത്തും. അത്ര അനായാസമാംവിധം ലളിതമായാണ് അദ്ദേഹം കാര്യങ്ങള്‍ അവതരിപ്പിക്കുന്നത്. ഊര്‍ജസ്വൊലതയാണ് അദ്ദേഹത്തിന്റെ മുഖമുദ്ര. ഭൗതികശാസ്ത്രതത്ത്വങ്ങള്‍ വിശദമാക്കിക്കൊടുക്കാനായി ക്ലാസില്‍ പെന്‍ഡുലത്തില്‍ തലകീഴായി തൂങ്ങിയാടാനോ, കൈയ്യില്‍ കൊള്ളുന്നത്ര സിഗരറ്റെടുത്ത് ഒരുമിച്ച് വലിച്ചുകാട്ടാനോ, ആപ്പിള്‍ജ്യൂസും കൈയില്‍ പിടിച്ചുകൊണ്ട് മേശപ്പുറത്തുനിന്ന് തറയിലേക്ക് ചാടാനോ 76-കാരനായ അദ്ദേഹത്തിന് മടിയില്ല.

കഴിഞ്ഞ 43 വര്‍ഷമായി എംഐടിയിലെ ഭൗതികശാസ്ത്ര അധ്യാപകനാണ് ലെവിന്‍. അദ്ദേഹത്തിന്റെ മൂന്ന് ആമുഖ കോഴ്‌സുകളിലെ 94 ലക്ച്ചറുകള്‍ 1999 മുതല്‍ എംഐടി വീഡിയോയില്‍ റിക്കോര്‍ഡ് ചെയ്യാന്‍ തുടങ്ങി. 2004 ല്‍ എംഐടി അതിന്റെ 'ഓപ്പണ്‍ കോഴ്‌സ് വേര്‍' (OpenCourseWare) ആരംഭിച്ചു. അതിന്റെ ഭാഗമായി ഓണ്‍ലൈനില്‍ ലെവിന്റെ ക്ലാസുകള്‍ പോസ്റ്റുചെയ്യാനും ആരംഭിച്ചു. അതോടെ ഇന്റര്‍നെറ്റ് കണക്ഷനുള്ള ആര്‍ക്കും ലെവിന്റെ പ്രസിദ്ധമായ ആ ക്ലാസുകള്‍ ലഭ്യമാണെന്ന് വന്നു. എംഐടി ഇന്റര്‍നെറ്റില്‍ പോസ്റ്റു ചെയ്യുന്ന ആദ്യക്ലാസുകളിലൊന്നായിരുന്നു ലെവിന്റേത്.

ആ വീഡിയോകള്‍ പിന്നീട് യുട്യൂബ്, ഐട്യൂണ്‍സ് യു (iTunes U), അക്കാദമിക് എര്‍ത്ത് (Academic Earth) എന്നിവയിലും പ്രത്യക്ഷപ്പെട്ടു. ഇന്ന് പ്രതിവര്‍ഷം 20 ലക്ഷം പേരാണ് ലെവിന്റെ ക്ലാസുകള്‍ ഓണ്‍ലൈനില്‍ ശ്രദ്ധിക്കുന്നത്. എംഐടിയില്‍ ഒരു സെമസ്റ്ററിന് 600 വിദ്യാര്‍ഥികള്‍ക്ക് മാത്രമാണ് അദ്ദേഹം ക്ലാസെടുക്കുന്നതെന്ന് ഓര്‍ക്കണം.

ലെവിന്‍ ഓണ്‍ലൈനില്‍ നേടുന്ന വിജയം മനസിലാക്കി അഞ്ചുവര്‍ഷം മുമ്പ് 'ന്യൂയോര്‍ക്ക് ടൈംസ് അദ്ദേഹത്തെ ഒന്നാംപേജ് ഫീച്ചറാക്കി അവതരിപ്പിച്ചു. അന്താരാഷ്ട്ര 'വെബ്ബ് സ്റ്റാര്‍' എന്നാണ് അദ്ദേഹം വിശേഷിപ്പിക്കപ്പെട്ടത്. പിന്നീട് ഒട്ടേറെ മുന്‍നിര മാധ്യമങ്ങള്‍ അധ്യാപനത്തെ മാന്ത്രികാനുഭവമാക്കുന്ന ആ അധ്യാപകനെ വായനക്കാര്‍ക്ക് മുന്നില്‍ അവതരിപ്പിച്ചു.


ലെവിന്റെ ക്ലാസുകള്‍ ഓണ്‍ലൈനില്‍ ശ്രദ്ധിച്ച ആയിരങ്ങള്‍ അദ്ദേഹത്തിന് ലോകമെമ്പാടും നിന്ന് ഈമെയിലിലും അല്ലാതെയും കത്തെഴുതുന്നു. 'ഞാനൊരു കുട്ടിയായിരുന്നുപ്പോള്‍ ഒട്ടേറെ ഗംഭീര അധ്യാപകര്‍ എനിക്കുണ്ടായിരുന്നു. എന്നാല്‍ ലെവിനെപ്പോലുള്ളവര്‍ ഉണ്ടായിരുന്നെങ്കില്‍ എന്ന് ഞാന്‍ ആഗ്രഹിക്കുന്നു'-ലെവിന്‍ രചിച്ച 'ഫോര്‍ ദി ലവ് ഓഫ് ഫിസിക്‌സ് : ഫ്രം ദി എന്‍ഡ് ഓഫ് ദി റെയിന്‍ബോ ടു ദി എഡ്ജ് ഓഫ് ടൈം - എ ജേര്‍ണി ത്രൂ ദി വന്‍ഡേഴ്‌സ് ഓഫ് ഫിസിക്‌സ്' എന്ന പുസ്തകത്തെക്കുറിച്ചുള്ള ആസ്വാദനക്കുറിപ്പില്‍ ബില്‍ ഗേറ്റ്‌സ് എഴുതി.

ദിവസവും ലെവിന്റെ ഈമെയില്‍ ഇന്‍ബോക്‌സിലേക്ക് മൂന്നു ഡസനോളം കത്തുകളാണ് എത്തുന്നത്. ഭൗതികശാസ്ത്രത്തെക്കുറിച്ചും അതുവഴി ലോകത്തെക്കുറിച്ചുമുള്ള തങ്ങളുടെ കാഴ്ച്ചപ്പാട് മാറ്റിയതില്‍ നന്ദി അറിയിച്ചുകൊണ്ടുള്ളതാണ് അതില്‍ പലതും. സംശയങ്ങള്‍ക്ക് നിവാരണം വരുത്താനുള്ളതാകും ചില മെയിലുകള്‍. അവയ്‌ക്കെല്ലാം അദ്ദേഹം മറുപടി എഴുതും. കേഴ്‌വിക്കുറവുള്ള ഒരു സാധു വിദ്യാര്‍ഥി ഒരിക്കല്‍ ലെവിന് എഴുതി, 'ഫിസിക്‌സിനെ സ്‌നേഹിക്കാന്‍ അങ്ങാണ് എന്നെ പഠിപ്പിച്ചത്. ഇപ്പോള്‍ ജീവിതത്തില്‍ എനിക്കും ഒരവസരമുള്ളതായി എനിക്ക് തോന്നുന്നു'. ആ വിദ്യാര്‍ഥിക്ക് 18 ഭൗതികശാസ്ത്ര ഗ്രന്ഥങ്ങള്‍ ആ പ്രൊഫസര്‍ അയച്ചുകൊടുത്തു.

ക്ലാസില്‍ അദ്ദേഹം വിദ്യാര്‍ഥികളോട് ഇങ്ങനെ പറയാറുണ്ട്, 'കെപ്ലെറുടെ മൂന്നാം നിയമം നിങ്ങള്‍ മറന്നുപോയേക്കാം (പരീക്ഷ വരെയെങ്കിലും മറക്കില്ല എന്ന് ഞാന്‍ ആശിക്കുന്നു). എന്നാല്‍, ഭൗതികശാസ്ത്രമെന്നത് എത്ര മനോഹരവും ആവേശജനകവുമാണെന്ന കാര്യം പക്ഷേ, നിങ്ങള്‍ ഓര്‍ക്കും'.

ബാല്യം, വിദ്യാഭ്യാസം

നെതര്‍ലന്‍ഡ്‌സിലെ ഒരു ജൂതകുടുംബത്തില്‍ 1936 ജനവരി 29 നാണ് വാള്‍ട്ടര്‍ ലെവിന്‍ ജനിച്ചത്. രണ്ടാംലോകമഹായുദ്ധത്തിലേക്ക് ലോകം ചുവടുവെയ്ക്കുന്ന സമയമായിരുന്നു അത്. നാസി ജര്‍മനി നെതര്‍ലന്‍ഡ്‌സില്‍ ആധിപത്യം സ്ഥാപിച്ചു. ഒട്ടേറെപ്പേരെ കോണ്‍സന്‍ട്രേഷന്‍ ക്യാമ്പുകളിലേക്കയച്ചു. ലെവിന്റെ ബന്ധുക്കളില്‍ പലരും അത്തരം ക്യാമ്പുകളിലെത്തുകയും ഗ്യാസ് ചേംബറുകള്‍ക്ക് ഇരയാവുകയും ചെയ്തു.

പിതാവിന് നാസികളുടെ പക്കല്‍നിന്നുണ്ടായ തിക്താനുഭവങ്ങളെ ലെവിന്‍ തന്റെ ഗ്രന്ഥത്തില്‍ വിവരിക്കുന്നുണ്ട്. പൊതുഗതാഗത സംവിധാനം ഉപയോഗിക്കുന്നതിനും പൊതുപാര്‍ക്കുകളില്‍ പോകുന്നതിനും ലെവിന്റെ പിതാവിന് വിലക്കുണ്ടായി. തനിക്കിഷ്ടപ്പെട്ട റെസ്റ്റോറന്റുകളില്‍ പോലും അദ്ദേഹത്തിന് പ്രവേശനമില്ലാതായി. പ്രവേശനം അനുവദിക്കപ്പെട്ട അപൂര്‍വം ചില സ്ഥലങ്ങളിലൊന്ന് സെമിത്തേരിയായിരുന്നു! കുടുംബത്തിന് നാസികളുടെ പക്കല്‍നിന്ന് കൂടുതല്‍ അപകടം വരുന്നത് ഒഴിവാക്കാന്‍ ഒരുദിവസം പിതാവ് 'അപ്രത്യക്ഷനായി'യെന്ന് ലെവിന്‍ ഓര്‍ക്കുന്നു. പിന്നീട് അദ്ദേഹം മടങ്ങിയെത്തിയത് 1944 ലാണ്.

അധ്യാപനത്തിലേക്ക് തന്നെ ആദ്യം ആകര്‍ഷിച്ചത് ശാസ്ത്രമല്ലെന്ന് ലെവിന്‍ പറയുന്നു. കലയിലായിരുന്നു താത്പര്യം. ലെവിന്റെ മാതാപിതാക്കള്‍ക്ക് പെയിന്റിങുകളുടെ വിപുലമായ ശേഖരമുണ്ടായിരുന്നു. അതില്‍നിന്നാണ് ലെവിന്റെ താത്പര്യം ഉടലെടുത്തത്. ലെവിന്റെ ആദ്യത്തെ ക്ലാസ് അവതരണം 15 -ാമത്തെ വയസിലായിരുന്നു. വിന്‍സെന്റ് വാന്‍ ഗോഗിനെക്കുറിച്ചുള്ള അവതരണമായിരുന്നു അത് ; ക്ലാസ് അസൈന്‍മെന്റിന്റെ ഭാഗമായി.


ഡെല്‍ഫ്റ്റ് യൂണിവേഴ്‌സിറ്റി ഓഫ് ടെക്‌നോളജിയില്‍ നിന്ന് 1965 ല്‍ ന്യൂക്ലിയര്‍ ഫിസിക്‌സില്‍ ലെവിന്‍ പിഎച്ച്ഡി നേടി. എംഐടിയിലേക്ക് അദ്ദേഹത്തെ ക്ഷണിച്ചത് എക്‌സ്-റേ അസ്‌ട്രോണമിയില്‍ വിദഗ്ധനായിരുന്ന ബ്രൂണോ റോസിയാണ്. എംഐടിയിലെത്തി ആറുമാസം കഴിഞ്ഞപ്പോള്‍ അദ്ദേഹത്തിന് ഫാക്കല്‍ട്ടിയായി നിയമനം കിട്ടി. പിന്നീട് എംഐടി വിട്ടില്ല.

എക്‌സ്‌റേ-അസ്‌ട്രോണമിയില്‍ വളരെ ഉത്സാഹത്തോടെ ലെവിന്‍ ഗവേഷണത്തിലേര്‍പ്പെട്ടു. 1972 ല്‍ ലെവിന്റെ നേതൃത്വത്തിലാണ് കാലാവസ്ഥാ പഠനത്തിനുള്ള ഏറ്റവും വലിയ ബലൂണ്‍ അയച്ചത്. അതിന്റെ ഭാഗമായി ബാഹ്യപ്രപഞ്ചത്തില്‍ നിന്നുള്ള ഉന്നതോര്‍ജ എക്‌സ്‌കിരണങ്ങളെക്കുറിച്ച് പഠിക്കാന്‍ ഒരു എക്‌സ്-റേ ടെലിസ്‌കോപ്പ് 45,000 മീറ്റര്‍ ഉയരെ എത്തിക്കാന്‍ ലെവിന് കഴിഞ്ഞു.

എംഐടിയില്‍ ചേര്‍ന്നയുടന്‍ അദ്ദേഹം ക്ലാസുകളെടുക്കാന്‍ തുടങ്ങി. ശാസ്ത്രസങ്കല്‍പ്പങ്ങള്‍ ശരിയായ അര്‍ഥത്തില്‍ വിദ്യാര്‍ഥികള്‍ക്ക് മനസിലാക്കിക്കൊടുക്കാന്‍ എത്ര തയ്യാറെടുപ്പുകള്‍ക്കും അദ്ദേഹം തയ്യാറായിരുന്നു. ക്ലാസുകളെടുക്കാന്‍ എന്തു കഷ്ടപ്പാടിനും അദ്ദേഹത്തിന് മടിയില്ല. അതാണ് ലെവിനെ ലോകോത്തര അധ്യാപകനാക്കി മാറ്റിയത്.

ഓരോ ലക്ച്ചറിനും വേണ്ടി 40-50 മണിക്കൂറുകളാണ് ലെവിന്‍ തയ്യാറെടുപ്പ് നടത്തുന്നത്. 50 മിനിറ്റ് ക്ലാസ് രണ്ടോ മൂന്നോ തവണ റിഹേഴ്‌സലെടുത്ത് ഹൃദിസ്ഥമാക്കും. അതിന് ശേഷമാണ് വിദ്യാര്‍ഥികള്‍ക്ക് മുന്നില്‍ പ്രത്യക്ഷപ്പെടുക. നാടകീയമാം വിധം, ആകാംക്ഷയോടെ ശ്വാസമടക്കിപ്പിടിച്ച് ശ്രദ്ധിച്ചിരിക്കാന്‍ പാകത്തില്‍, ഓരോ ക്ലാസും കൈകാര്യം ചെയ്യാന്‍ അദ്ദേഹത്തിന് കഴിയുന്നത് അങ്ങനെയാണ്.

ലെവിന്റെ ശൈലി മറ്റ് അധ്യാപകരെയും സ്വാധീനിച്ചിട്ടുമുണ്ട്. എംഐടിയിലെ മെറ്റീരിയല്‍സ് കെമിസ്ട്രിയിലെ പ്രസിദ്ധ അധ്യാപകനായ ഡോണാള്‍ഡ് സഡോവേ, തന്റെ ക്ലാസുകള്‍ വിദ്യാര്‍ഥികള്‍ക്ക് പ്രിയപ്പെട്ടതാകാന്‍ കാരണം, ലെവിന്റെ ശൈലി തന്നെ സ്വാധീനിച്ചതിനാലാണെന്ന് സമ്മതിക്കുന്നു.

2009 ല്‍ ലെവിന്‍ ഔദ്യോഗികമായി വിരമിച്ചു. ഇപ്പോള്‍ എമിറൈറ്റ്‌സ് പ്രൊഫസറായ അദ്ദേഹം ആഴ്ചയില്‍ രണ്ടു ദിവസം മുടങ്ങാതെ ക്യാമ്പസിലെത്തുന്നു. ദക്ഷിണകൊറിയ, നെതര്‍ലന്‍ഡ്‌സ് തുടങ്ങി പല രാജ്യങ്ങളിലും നിന്ന് ക്ലാസെടുക്കാന്‍ അദ്ദേഹത്തിന് ക്ഷണം ലഭിക്കാറുണ്ട്. തന്റെ ക്ലാസുകളെ ആധാരമാക്കിയാണ് 2011 ല്‍ 'ഫോര്‍ ദി ലവ് ഓഫ് ഫിസിക്‌സ്' ലെവിന്‍ പ്രസിദ്ധീകരിച്ചത്. വാറെന്‍ കോള്‍ഡ്‌സ്റ്റീനുമായി ചേര്‍ന്നാണ് ആ ഗ്രന്ഥം അദ്ദേഹം തയ്യാറാക്കിയത്.

Sunday, March 25, 2012

What happens when PN junction is shorted?

Zero Biased Junction Diode

When a diode is connected in a Zero Bias condition, no external potential energy is applied to the PN junction. However if the diodes terminals are shorted together, a few holes (majority carriers) in the P-type material with enough energy to overcome the potential barrier will move across the junction against this barrier potential. This is known as the "Forward Current" and is referenced as IF
Likewise, holes generated in the N-type material (minority carriers), find this situation favourable and move across the junction in the opposite direction. This is known as the "Reverse Current" and is referenced as IR. This transfer of electrons and holes back and forth across the PN junction is known as diffusion, as shown below.

Zero Biased Junction Diode

PN-junction Zero Biased Condition

The potential barrier that now exists discourages the diffusion of any more majority carriers across the junction. However, the potential barrier helps minority carriers (few free electrons in the P-region and few holes in the N-region) to drift across the junction. Then an "Equilibrium" or balance will be established when the majority carriers are equal and both moving in opposite directions, so that the net result is zero current flowing in the circuit. When this occurs the junction is said to be in a state of "Dynamic Equilibrium".
The minority carriers are constantly generated due to thermal energy so this state of equilibrium can be broken by raising the temperature of the PN junction causing an increase in the generation of minority carriers, thereby resulting in an increase in leakage current but an electric current cannot flow since no circuit has been connected to the PN junction.

-K A Solaman

Tuesday, March 06, 2012

Magnetic levitation



Magnetic levitation, maglev, or magnetic suspension is a method by which an object is suspended with no support other than magnetic fields. Magnetic pressure is used to counteract the effects of the gravitational and any other accelerations.

Earnshaw's theorem proves that using only static ferromagnetism it is impossible to stably levitate against gravity, but servomechanisms, the use of diamagnetic materials, superconduction, or systems involving eddy currents permit this to occur.

In some cases the lifting force is provided by magnetic levitation, but there is a mechanical support bearing little load that provides stability. This is termed pseudo-levitation.

Magnetic levitation is used for maglev trains, magnetic bearings and for product display purposes.
Contents


Magnetic materials and systems are able to attract or press each other apart or together with a force dependent on the magnetic field and the area of the magnets, and a magnetic pressure can then be defined.


Static stability means that any small displacement away from a stable equilibrium causes a net force to push it back to the equilibrium point.

Earnshaw's theorem proved conclusively that it is not possible to levitate stably using only static, macroscopic, paramagnetic fields. The forces acting on any paramagnetic object in any combinations of gravitational, electrostatic, and magnetostatic fields will make the object's position, at best, unstable along at least one axis, and it can be unstable equilibrium along all axes. However, several possibilities exist to make levitation viable, for example, the use of electronic stabilization or diamagnetic materials (since relative magnetic permeability is less than one[2]); it can be shown that diamagnetic materials are stable along at least one axis, and can be stable along all axes. Conductors can have a relative permeability to alternating magnetic fields of below one, so some configurations using simple AC driven electromagnets are self stable.

Dynamic stability occurs when the levitation system is able to damp out any vibration-like motion that may occur.
[Magnetic levitation

Magnetic levitation, maglev, or magnetic suspension is a method by which an object is suspended with no support other than magnetic fields. Magnetic pressure is used to counteract the effects of the gravitational and any other accelerations.

Earnshaw's theorem proves that using only static ferromagnetism it is impossible to stably levitate against gravity, but servomechanisms, the use of diamagnetic materials, superconduction, or systems involving eddy currents permit this to occur.

Saturday, March 03, 2012

Degenerate Matter



Degenerate matter is a bizarre form of exotic matter created in the cores of massive stars, where atoms or even subatomic particles are packed so closely that the primary source of pressure is no longer thermal but quantum - dictated by limitations set by the Pauli exclusion principle, which asserts that no two particles can occupy the same quantum state. It is also useful in some circumstances to treat conduction electrons in metals as degenerate matter, because of their high density. Degenerate matter, specifically metallic hydrogen, has been created in a laboratory before, using pressures over a million atmospheres (>100 GPa)
.
Degenerate matter is unique in that its pressure is only partially dictated by temperature, and pressure would in fact remain even if the temperature of the matter were decreased to absolute zero. This is quite different than the ideal gases we learn about in physics class, where temperature and pressure/volume are closely related.

-K A Solaman