RSS

Daily Archives: ജൂലൈ 8, 2008

‘ബിഗ്‌-ബാംഗും’, ബാക്ക്‌ ഗ്രൗണ്ട്‌ റേഡിയേഷനും (Big-Bang and Microwave Background Radiation)

അറുപതുകള്‍ echo satellite-കളുടെ കാലമായിരുന്നു. കടലാസുപോലെ കട്ടികുറഞ്ഞ അലൂമിനിയം പാളികള്‍ കൊണ്ടു് നിര്‍മ്മിക്കപ്പെടുന്ന ഏകദേശം മുപ്പതു് മീറ്റര്‍ വ്യാസം വരുന്ന ഗോളങ്ങളാണു് ഇവ. ഏകദേശം അറുപതു് കിലോഗ്രാം ഭാരം വരുന്ന ഇവയെ മടക്കിയ നിലയില്‍ 1500 കിലോമീറ്റര്‍ ഉയരത്തില്‍ എത്തിക്കും. അവിടെവച്ചു് ഓട്ടോമാറ്റിക്‌ ആയി ഗ്യാസ്‌ നിറഞ്ഞു് ഗോളാകൃതിയിലാവുന്നു. ഉയര്‍ന്ന stratosphere-ലെ അവസ്ഥാന്തരങ്ങള്‍ പഠിക്കുകയായിരുന്നു പ്രധാനമായ ലക്‍ഷ്യം. ഈ സാറ്റലൈറ്റുകളുമായി സിഗ്നല്‍സ്‌ കൈമാറാന്‍ Bell Telephone Laboratory നിര്‍മ്മിച്ച ശക്തിയേറിയ ഒരു ആന്റെന ബലഹീനമായ സിഗ്നലുകളെ പോലും സ്വീകരിക്കാന്‍ പര്യാപ്തമായിരുന്നു എന്നു് മാത്രമല്ല, ശല്യപ്പെടുത്തുന്ന സിഗ്നല്‍സ്‌ ഒരു നല്ല പരിധിവരെ ഒഴിവാക്കാനും അതിനു് ശേഷിയുണ്ടായിരുന്നു. ഒരറ്റത്തു് 6×8 മീറ്റര്‍ വലിപ്പത്തില്‍ ഒരു ‘ചതുരവായും’, ഉപകരണങ്ങള്‍ പിടിപ്പിച്ചിരിക്കുന്ന മറ്റേ അറ്റത്തേക്കു് ചെല്ലുന്തോറും ചുരുങ്ങിവരുന്ന, ഏകദേശം പത്തുമീറ്റര്‍ നീളവുമുള്ള ഒരു ‘ചതുരക്കുഴല്‍’ ആയിരുന്നു അതു്. ഈ ആന്റെന, അതിന്റെ പ്രത്യേക നിര്‍മ്മാണരീതിമൂലം, radio astronomy സംബന്ധമായ പഠനങ്ങള്‍ക്കും അനുയോജ്യമായിരുന്നു. ആന്റെനയുടെ ഈ കഴിവു് ഉപയോഗപ്പെടുത്തി, നമ്മുടെ ഗാലക്സിയില്‍ നിന്നും ഉയര്‍ന്ന മേഖലകളിലേക്കു് emit ചെയ്യപ്പെടുന്ന റേഡിയോതരംഗങ്ങളുടെ intensity അളക്കാനുള്ള ശ്രമത്തിലായിരുന്നു Penzias, Wilson എന്ന രണ്ടു് radio astronomers.

അതു് അത്ര എളുപ്പമായ കാര്യമായിരുന്നില്ല. കാരണം, ഒരു ‘മൂളല്‍’ പോലെ സ്വീകരിക്കപ്പെടുന്ന ഇത്തരം സിഗ്നലുകളെ ആന്റെനയിലെയും, ആംപ്ലിഫയര്‍ സര്‍ക്യൂട്ടുകളിലേയും എലക്ട്രോണുകളുടെ തെര്‍മല്‍ ചലനങ്ങളുടെ ശബ്ദവും, ‘ഭൂമിയുടെ’ അന്തരീക്ഷത്തില്‍നിന്നും വരുന്ന റേഡിയോ നോയിസും ഒക്കെ തമ്മില്‍ വേര്‍തിരിച്ചറിയുക എന്നതു് സങ്കീര്‍ണ്ണമായ കാര്യമാണു്. ആന്റെന വഴി ലഭിക്കുന്ന സിഗ്നല്‍സില്‍ നിന്നും ശല്യം ചെയ്യുന്ന അത്തരം പാര്‍ശ്വശബ്ദങ്ങള്‍ അരിച്ചുമാറ്റപ്പെടണം. absolute zero temperature-നോടടുത്തുവരെ തണുപ്പിച്ച ദ്രാവകഹീലിയത്തിന്റെ സഹായത്തോടെ, കൃത്രിമസിഗ്നലുകള്‍ സൃഷ്ടിച്ചു് നടത്തുന്ന താരതമ്യംചെയ്യല്‍ അടക്കമുള്ള പലതരം സാങ്കേതികത്വങ്ങള്‍ അതിനായി ഉപയോഗപ്പെടുത്തുന്നു. യഥാര്‍ത്ഥ അളവുകള്‍ തുടങ്ങുന്നതിനു് മുന്‍പു്, ആന്റെനയുടെ സ്വന്തം ഘടകങ്ങളില്‍ നിന്നുള്ള ശക്തികുറഞ്ഞ disturbance പരിശോധിക്കാന്‍, പെന്‍സിയസും വില്‍സണും താരതമ്യേന ചെറിയ തരംഗദൈര്‍ഘ്യമായ 7,35 സെന്റീമീറ്ററില്‍ ആദ്യ അളവുകള്‍ നടത്താന്‍ തീരുമാനിച്ചു. ഈ വേവ്‌ ലെംഗ്‌തില്‍ നമ്മുടെ ഗാലക്സിയില്‍ നിന്നും സാധാരണഗതിയില്‍ റേഡിയോ നോയിസ്‌ പ്രതീക്ഷിക്കാനില്ല. അതേസമയം, ഭൂമിയുടെ അന്തരീക്ഷത്തില്‍ നിന്നും നേരിയ ഒരു ‘മൂളല്‍’ പ്രതീക്ഷിക്കുകയും വേണം. പക്ഷേ അതിന്റെ മൂല്യം ദിശാധിഷ്ഠിതമായതിനാല്‍, അതിനെ തിരിച്ചറിയാന്‍ കഴിയും. (നേരെ മുകളിലേക്കു് കുറഞ്ഞും, ചക്രവാളദിശയില്‍ കൂടിയും!) അങ്ങനെ, ആന്റെനയുടെ സ്വന്തം ‘ശല്യശബ്ദം’ കണക്കിലെടുക്കേണ്ട കാര്യമില്ലാത്തത്ര ലഘുവാണെന്നു് ഉറപ്പിക്കുകയായിരുന്നു അവരുടെ ലക്‍ഷ്യം. പക്ഷേ അതിനുപകരം, അവരുടെ ആന്റെന സ്വീകരിച്ചതു്, എല്ലാ ദിശകളില്‍ നിന്നും, സമയ-ദിവസ-കാലവ്യത്യാസമില്ലാതെ സാമാന്യം ഉയര്‍ന്ന ശക്തിയുള്ള ഒരു radio noise ആയിരുന്നു! അതു് നമ്മുടെ ഗാലക്സിയില്‍ നിന്നും വരുന്നതാവാന്‍ കഴിയുമായിരുന്നില്ല. അങ്ങനെ ആയിരുന്നെങ്കില്‍, അത്തരമൊരു സിഗ്നല്‍ ഇതേ അളവില്‍, നമ്മുടേതുമായി മിക്കവാറും എല്ലാ വിധത്തിലും തുല്യമായ Andromeda Nebula-യില്‍ നിന്നും സ്വീകരിക്കാന്‍ കഴിയേണ്ടതായിരുന്നു. ഈ കണ്ടെത്തലിലെ ഏറ്റവും പ്രധാനപ്പെട്ട സംഗതി, ഈ റേഡിയേഷന്‍ ദിശാധിഷ്ഠിതമല്ല എന്നതായിരുന്നു! അതിനാല്‍, അതു് ഗാലക്സികളില്‍ നിന്നെന്നതിനേക്കാള്‍, പ്രപഞ്ചത്തിന്റെ ആഴങ്ങളില്‍നിന്നും വരുന്നതാവാനേ കഴിയൂ എന്നതു് വ്യക്തമായിരുന്നു. communication engineers ആയിരുന്ന പെന്‍സിയസിനേയും വില്‍സണേയും സംബന്ധിച്ചു്, അവരുടെ ആന്റെന പല പരിശോധനകള്‍ക്കും ‘തിരിമറികള്‍ക്കും ശുചീകരണങ്ങള്‍ക്കും’ വിധേയമാക്കിയിട്ടും വ്യത്യാസമൊമൊന്നുമില്ലാതെ സ്വീകരിച്ചുകൊണ്ടിരുന്ന ഈ microwave radiation ഒരു വലിയ രഹസ്യവും തലവേദനയുമായി മാറി.

ഒരു മില്ലീമീറ്റര്‍ മുതല്‍ ഒരു മീറ്റര്‍ വരെ തരംഗദൈര്‍ഘ്യമുള്ള electromagnetic radiation, microwave എന്ന പേരില്‍ അറിയപ്പെടുന്നു. എലക്ട്രോമാഗ്നെറ്റിക്‌ റേഡിയേഷന്‍ എന്നതു് ഒരു പൊതുവായ പദമാണു്. റേഡിയോതരംഗങ്ങള്‍, microwave radiation, ഇന്‍ഫ്രാറെഡ്‌ പ്രകാശം, സാധാരണ പ്രകാശം, അള്‍ട്രാവയലറ്റ്‌ പ്രകാശം, എക്സ്‌റേ, gamma radiation എന്ന പേരില്‍ അറിയപ്പെടുന്ന വളരെ ചെറിയ തരംഗദൈര്‍ഘ്യമുള്ള റേഡിയേഷന്‍സ്‌ ഇവയെല്ലാം electromagnetic radiation എന്ന ‘പൊതുവില്‍’ പെടുന്നവയാണു്. തരംഗദൈര്‍ഘ്യം മാറുന്നതിനനുസരിച്ചു് ഒന്നു് മറ്റൊന്നായി രൂപാന്തരം പ്രാപിക്കുന്നു. അതിനനുസരിച്ചു് അവയുടെ എനര്‍ജിയില്‍ വ്യത്യാസം വരുന്നു, അത്രമാത്രം.

Radio engineering-ല്‍ radio noise intensity-യെ അതിന്റെ equivalent temperature ആയി പ്രകടിപ്പിക്കുന്ന ഒരു രീതിയുണ്ട്‌. അതിന്‍പ്രകാരം, 7,35 cm തരംഗദൈര്‍ഘ്യത്തില്‍ പെന്‍സിയസും വില്‍സണും കണ്ടെത്തിയ exess radio noise-ന്റെ equivalent temperature 3,5 Degree Kelvin ആയിരുന്നു. absolute temperature scale-ലെ zero point -273,15 degree Celsius ആണു്. ഒരു പദാര്‍ത്ഥത്തിന്റെ പരമാണുക്കള്‍ ഏറ്റവും കുറഞ്ഞ എനര്‍ജി ലെവലില്‍ ആയിരിക്കുന്ന അവസ്ഥയാണതു്. Celsius scale-ല്‍ അളക്കുന്ന ഊഷ്മാവു് ഐസ്‌ ഉരുകുന്ന ഊഷ്മാവിന്റെ (zero degree Celsius) അടിസ്ഥാനത്തില്‍ പറയാതെ, അബ്സൊല്യൂട്ട്‌ സീറോയുടെ അടിസ്ഥാനത്തില്‍ പറയുന്നതാണു് Kelvin temperature scale. ഏതു് പദാര്‍ത്ഥവും absolute zero-യുടെ മുകളിലുള്ള ഊഷ്മാവില്‍, അതിന്റെ ഉള്ളിലെ എലക്ട്രോണുകളുടെ thermal motion-ന്റെ ഫലമായി എപ്പോഴും റേഡിയോ നോയിസ്‌, അഥവാ റേഡിയേഷന്‍ emit ചെയ്യുന്നുണ്ടു്. ടൈറ്റ്‌ ആയി അടച്ചതും, അതാര്യവുമായ ഒരു പാത്രത്തിനകത്തെ, ഒരു പ്രത്യേക തരംഗദൈര്‍ഘ്യത്തിലെ റേഡിയോ നോയിസിന്റെ ഇന്റെന്‍സിറ്റി അതിന്റെ ഭിത്തികളുടെ ഊഷ്മാവില്‍ മാത്രം അധിഷ്ഠിതമാണു്. ടെമ്പറേച്ചര്‍ എത്ര കൂടുതലോ, അത്രയും കൂടുതലാവും noise intensity. അതായതു്, radio noise intensity-യുടെ equivalent temperature എന്നതു്, ഒരു പാത്രത്തില്‍, ഒരു റേഡിയോ നോയിസിനു് അതേ ഇന്റെന്‍സിറ്റി ഉണ്ടാവാന്‍ ആ പാത്രത്തിന്റെ ഭിത്തികള്‍ക്കു് ഉണ്ടായിരിക്കേണ്ട ഊഷ്മാവാണു്.

Princeton University-യിലെ theoretical physicist P. J. E. Peebles, ആരംഭകാലപ്രപഞ്ചത്തില്‍ നിന്നും വരുന്ന ഒരു back ground radiation ഇന്നു് പ്രപഞ്ചത്തില്‍ ഉണ്ടായിരിക്കണം എന്നും, അതിന്റെ equivalent temperature ഏകദേശം 10 degree Kelvin ആയിരിക്കണമെന്നും അഭിപ്രായപ്പെട്ടിരുന്നു. പ്രപഞ്ചാരംഭത്തില്‍, അതിശക്തമായ ഒരു റേഡിയേഷന്‍ ബാക്ക്‌ ഗ്രൗണ്ട്‌ ഇല്ലായിരുന്നെങ്കില്‍, അന്നുണ്ടായിരുന്ന ഹൈഡ്രജന്റെ ബഹുഭൂരിഭാഗവും nuclear reaction വഴി ഭാരമേറിയ element-കള്‍ ആയി രൂപാന്തരം പ്രാപിക്കണമായിരുന്നു. ഇന്നത്തെ പ്രപഞ്ചത്തിന്റെ നാലില്‍ മൂന്നുഭാഗവും ഹൈഡ്രജന്‍ ആണു് എന്നതിനാല്‍, അങ്ങനെ ഒരു നിഗമനം ഒരു വൈരുദ്ധ്യമായിരിക്കും. ഭാരമേറിയ elements രൂപമെടുക്കാതിരിക്കണമെങ്കില്‍, nuclei രൂപമെടുക്കുന്ന അതേ വേഗതയില്‍ തന്നെ അവ ‘ചിതറപ്പെടുകയും’ ചെയ്യണം. വളരെ ഉയര്‍ന്ന equivalent temperature-ഉം വളരെ ചെറിയ wavelength-ഉം ഉള്ള ഒരു റേഡിയേഷനു് മാത്രമേ അതു് സാധിക്കുകയുള്ളു. അതിനാല്‍, ആദിപ്രപഞ്ചം അതുപോലൊരു ബാക്ക്‌ ഗ്രൗണ്ട്‌ റേഡിയേഷന്‍ കൊണ്ടു് നിറഞ്ഞിരുന്നതാവാനേ കഴിയൂ. അതിനുശേഷം പ്രപഞ്ചവികാസത്തിനനുസൃതമായി ഈ റേഡിയേഷന്‍, അഥവാ, അതിന്റെ equivalent temperature കുറഞ്ഞുകൊണ്ടിരുന്നിരിക്കണം. ഈ ആലോചന ശരിയെങ്കില്‍, ഇന്നത്തെ പ്രപഞ്ചത്തില്‍, ബലഹീനമായിത്തീര്‍ന്ന ആ റേഡിയേഷന്റെ ‘ബാക്കി’ നിറഞ്ഞു് നില്‍ക്കുന്നുണ്ടാവണം. അതായിരുന്നു പീബിള്‍സിന്റെ കണക്കുകൂട്ടല്‍. 10° K എന്ന അല്‍പം കൂടിയ equivalent temperature പിന്നീടു്പീബിള്‍സും മറ്റു് ശാസ്ത്രജ്ഞരും കൃത്യവും, സങ്കീര്‍ണ്ണവുമായ കണക്കുകള്‍ വഴി തിരുത്തുകയുണ്ടായി. ഇതിനു് ഏകദേശം തുല്യമായ ആലോചനകള്‍ നാല്‍പതുകളുടെ അവസാനഘട്ടം മുതല്‍ ചില ശാസ്ത്രജ്ഞര്‍ മുന്നോട്ടു് വച്ചിരുന്നു.

പീബിള്‍സിന്റെ ഈ നിഗമനങ്ങള്‍ Princeton University-യിലെ experimental physicist Robert H. Dicke-യുടെ ചില ആശയങ്ങളുടെ വെളിച്ചത്തിലായിരുന്നു. അത്യുഷ്ണമുള്ളതും, സാന്ദ്രമായതുമായ ഒരു ആദ്യകാലപ്രപഞ്ചത്തില്‍ നിന്നും വരുന്ന ഒരു റേഡിയേഷന്‍ കണ്ടെത്താന്‍ കഴിയുമോ എന്നതിനെപ്പറ്റി Dicke ചിന്തിച്ചിരുന്നു. അതിന്റെ അന്വേഷണത്തിനായി അദ്ദേഹം Roll, Wilkinson എന്നിവരെ ചുമതലപ്പെടുത്തുകയും, അവര്‍ അതിനായി ഒരു ചെറിയ ആന്റെന നിര്‍മ്മിക്കുകയും ചെയ്തിരുന്നു. അവരുടെ പരീക്ഷണങ്ങള്‍ പൂര്‍ത്തിയാവുന്നതിനു് മുന്‍പുതന്നെ ഇതിനെപ്പറ്റിയൊക്കെ കേട്ടറിഞ്ഞ പെന്‍സിയസും വില്‍സണും അവരുമായി ബന്ധപ്പെടുകയും, തങ്ങളുടെ കണ്ടെത്തല്‍ അറിയിക്കുകയും ചെയ്തു. ഇവരുടെ സ്ഥാപനങ്ങള്‍ തമ്മില്‍ വലിയ ദൂരവുമില്ല. അങ്ങനെ, കാര്യങ്ങള്‍ നേരില്‍ കണ്ടു് മനസ്സിലാക്കിയ Dicke-യെ സംബന്ധിച്ചു് ഇതൊരു cosmological phenomenon ആണെന്ന കാര്യത്തില്‍ യാതൊരു സംശയവും ഉണ്ടായിരുന്നില്ല. അദ്ദേഹവും സഹപ്രവര്‍ത്തകരും വര്‍ഷങ്ങളായി ഇത്തരം ഒരു കോസ്മിക്‌ റേഡിയേഷന്‍ തെളിയിക്കാന്‍ വിഫലമായി പരിശ്രമിക്കുകയുമായിരുന്നല്ലോ.

ചുരുക്കത്തില്‍, 7,35 സെന്റീമീറ്റര്‍ തരംഗദൈര്‍ഘ്യത്തില്‍, penzias-ന്റെയും Wilson-ന്റെയും antenna എല്ലാ ദിശകളില്‍ നിന്നും ഒരേ intensity-യില്‍ സ്വീകരിച്ച 3,5° Kelvin exess radio noise പ്രപഞ്ചാരംഭത്തിന്റെ ഇന്നും മുഴങ്ങുന്ന ‘പ്രതിധ്വനി’ ആണു്. എന്താണു് തങ്ങള്‍ കേള്‍ക്കുന്നതു് എന്നു് ഒരു വിവരവുമില്ലാതെ ആ രണ്ട്‌ എഞ്ചിനിയേഴ്സ്‌ സ്വീകരിച്ച ‘റേഡിയോ ശല്യശബ്ദം’ പ്രപഞ്ചത്തിനു് ഒരു ആരംഭം ഉണ്ടായിരിക്കണമെന്നും, നമ്മുടെ പ്രപഞ്ചം കാലത്തിലും സമയത്തിലും (in space and time) അവസാനമില്ലാത്തതു് അല്ലെന്നും ശാസ്ത്രീയമായി പറയാന്‍ കഴിയുന്നതിനുള്ള, red shift-ന്റെ കണ്ടുപിടുത്തത്തിനു് ശേഷമുള്ള, ഏറ്റവും പ്രധാനപ്പെട്ട മറ്റൊരു തെളിവാണു്.

Arno A. Penzias, Robert W. wilson എന്നിവര്‍ യാദൃച്ഛികമായി കണ്ടെത്തിയ ഈ Microwave Backgrund Radiation യഥാര്‍ത്ഥത്തില്‍ പ്രപഞ്ചത്തിന്റെ ആരംഭത്തില്‍നിന്നുള്ള ‘ബാക്കി’ ആണു് എന്നു് കരുതുന്നതിന്റെ പിന്നിലെ ചില താത്വികവശങ്ങള്‍ – അടുത്തതില്‍.

അവലംബം: First Three Minutes – Steven Weinberg

(തുടരും)

Advertisements
 

മുദ്രകള്‍: , ,