RSS

‘Big-Bang’ – ചില അടിസ്ഥാന ശാസ്ത്രീയതകള്‍

12 ജുലാ
‘ബിഗ്‌-ബാംഗും’, ബാക്ക്‌ ഗ്രൗണ്ട്‌ റേഡിയേഷനും (Big-Bang and Microwave Background Radiation) – 2

ന്യൂക്ലിയര്‍ റിയാക്ഷന്‍ നടന്നുകൊണ്ടിരുന്ന ആദ്യകാല പ്രപഞ്ചം, ഇന്നത്തെ പ്രപഞ്ചത്തിലേക്കു് വികസിച്ചതിന്റെ സാങ്കേതികങ്ങള്‍ മനസ്സിലാക്കാന്‍ ആറ്റം, പ്രകാശം (matter, radiation) എന്നിവയെസംബന്ധിച്ചു് ചില അടിസ്ഥാന വസ്തുതകള്‍ അറിഞ്ഞിരിക്കണം. അവ തമ്മിലുള്ള പരസ്പരപ്രവര്‍ത്തനങ്ങള്‍ (interactions) പരിശോധിക്കാന്‍ അതാവശ്യമാണു്. സ്വയം തിരുത്തിയും പുതുക്കിയുമാണു് ശാസ്ത്രവും ഇന്നത്തെ നിലയില്‍ എത്തിയതു്. ആ വളര്‍ച്ച പൂര്‍ത്തിയായിട്ടില്ല, ഒരുപക്ഷേ ഒരിക്കലും പൂര്‍ത്തിയാവുകയുമില്ല. നിത്യമായ അന്വേഷണത്തിനു് ‘വിധിക്കപ്പെട്ടവരാണു്’ മനുഷ്യര്‍ എന്നു് തോന്നുന്നു. അതുപക്ഷേ മറ്റൊരു വിഷയം.

ആദ്യകാല ആറ്റം മോഡല്‍

ഭാരമേറിയ ഒരു ന്യൂക്ലിയസും അതിനെ ചുറ്റി ‘കറങ്ങുന്ന’, ഭാരം താരതമ്യേന വളരെ കുറഞ്ഞ എലക്ട്രോണുകളും അടങ്ങുന്നതായിരുന്നു ബ്രിട്ടീഷ്‌ ഫിസിസിസ്റ്റ്‌ Ernest Rutherford-ന്റെ ആറ്റം മോഡല്‍. സൂര്യനും അതിനെ ചുറ്റുന്ന ഗ്രഹങ്ങളുമായുള്ള analogy മൂലം പൊതുവേ പ്രിയപ്പെട്ടതായിരുന്ന ഈ ആറ്റം മോഡലിനു് പക്ഷേ ചില പ്രശ്നങ്ങളുണ്ടു്. ത്വരിതപ്പെടുത്തപ്പെടുന്ന (accelerate ചെയ്യപ്പെടുന്ന) ഒരു എലക്ട്രിക്‌ ചാര്‍ജ്‌ അതിന്റെ എനര്‍ജിക്കു് അനുസൃതമായ തരംഗദൈര്‍ഘ്യമുള്ള electromagnetic radiation പുറപ്പെടുവിക്കും. ന്യൂക്ലിയസിന്റെ ചാര്‍ജ്‌ പോസിറ്റിവ്‌ ആയതിനാല്‍, നെഗറ്റിവ്‌ ചാര്‍ജുള്ള എലക്ട്രോണ്‍ ന്യൂക്ലിയസിലേക്കു് ‘വീഴാതിരിക്കാന്‍’ (വീഴുമ്പോഴും റേഡിയേഷന്‍ ഉണ്ടാവും!) ഒരു എതിര്‍ശക്തി (centrifugal force) ഉണ്ടായേ പറ്റൂ. അതിനു് പരിഹാരമായാണു് എലക്ട്രോണുകള്‍ ന്യൂക്ലിയസിനെ ചുറ്റി കറങ്ങുകയാണെന്നു് സങ്കല്‍പിക്കപ്പെട്ടതു്. പക്ഷേ, നേര്‍രേഖയില്‍ സ്ഥിരമായ വേഗതയില്‍ സഞ്ചരിക്കുന്ന ഒരു വസ്തുവില്‍ നിന്നു് വ്യത്യസ്തമായി, വൃത്താകൃതിയിലുള്ള ഒരു പഥത്തില്‍ സ്ഥിരമായ വേഗതയില്‍ സഞ്ചരിക്കാന്‍ ഒരു വസ്തുവിനു് acceleration ആവശ്യമാണു്. വൃത്താകൃതിമൂലം ചലനദിശയില്‍ നിരന്തരം സംഭവിക്കുന്ന വ്യത്യാസമാണു് അതിനു് കാരണം. കയറില്‍ കെട്ടിയ ഒരു കല്ല് നല്ലപോലെ കറക്കിയശേഷം കൈവിട്ടാല്‍, അതു് തുടര്‍ന്നു് കറങ്ങുകയല്ല, കൈവിടുന്ന സമയത്തെ കല്ലിന്റെ വൃത്തത്തിലെ സ്ഥാനത്തിനു് ടാന്‍ജെന്‍ഷ്യലായി (നേര്‍രേഖയില്‍) യാത്ര തുടരുകയാവും ചെയ്യുക. ഭൂമിയുടെ ആകര്‍ഷണശക്തിയോ, മറ്റേതെങ്കിലും തരം ശക്തിയോ അതില്‍ പ്രവര്‍ത്തിക്കാതിരിക്കുന്നിടത്തോളം ആ യാത്ര സ്ഥിരമായി നേര്‍രേഖയില്‍ തന്നെ എന്നാളും തുടര്‍ന്നുകൊണ്ടിരിക്കും. (‘നേര്‍രേഖ’ എന്നതും, യാത്ര ‘എവിടെവരെ’ എന്നതുമൊക്കെ പ്രപഞ്ചത്തെ പൊതുവായി വീക്ഷിക്കുമ്പോള്‍ പുതിയതായി നിര്‍വചിക്കപ്പെടണമെങ്കിലും!) ഐസക്‌ ന്യൂട്ടന്റെ മൂന്നു് ചലനനിയമങ്ങളില്‍ ഒന്നാമത്തേതു് പറയുന്നതും അതുതന്നെ: Every body continues to be in a state of rest or of uniform motion unless it is compelled to change its state of rest or of motion by an external force. ചുരുക്കത്തില്‍, ന്യൂക്ലിയസിനെ ചുറ്റുമ്പോള്‍ എലക്ട്രോണ്‍ acceleration അനുഭവിക്കുന്നുണ്ടെന്നതിനാല്‍, അതു് എനര്‍ജി റേഡിയേറ്റ്‌ ചെയ്യും, ചെയ്യണം. അതുവഴി അതിന്റെ എനര്‍ജി കുറയും. തന്മൂലം, ഭ്രമണപഥത്തിന്റെ വ്യാസം ചുരുങ്ങിവരും. അവസാനം എപ്പോഴെങ്കിലും അതു് ന്യൂക്ലിയസിലേക്കു് മൂക്കുകുത്തി വീഴേണ്ടിവരും. പക്ഷേ അങ്ങനെ ഒന്നും സംഭവിക്കുന്നില്ലാത്തതുകൊണ്ടു് Rutherford Atom Model ശാസ്ത്രജ്ഞര്‍ക്കു് തൃപ്തികരമല്ലാതെ വന്നു. എലക്ട്രോണ്‍ ന്യൂക്ലിയസിനെ ചുറ്റണമെന്നില്ല. അനുയോജ്യമായ ഒരു എനര്‍ജി അവസ്ഥയില്‍ സ്ഥിരമായി നിന്നാലും പ്രശ്നമൊന്നുമില്ല. ആ എനര്‍ജി അവസ്ഥയെ പ്രശ്നപരിഹാരത്തിനു് അനുയോജ്യമായ വിധത്തില്‍ വിശദമാക്കാന്‍ കഴിയണമെന്നുമാത്രം. ഈ പ്രശ്നം തൃപ്തികരമായി പരിഹരിക്കാന്‍ ശാസ്ത്രത്തിനു് കഴിഞ്ഞതു് ക്വാണ്ടം ഫിസിക്സിനു് ശേഷമാണു്.

(ആറ്റം എന്നു് പറയുമ്പോള്‍ നമ്മള്‍ ഉദ്ദേശിക്കുന്നതു് നിരനിരയായി ചേര്‍ത്തു് നിര്‍ത്തിയാല്‍ ഒരു സെന്റീമീറ്റര്‍ സ്ഥലപരിധിയില്‍ ഏകദേശം അഞ്ചു് കോടി എണ്ണങ്ങളെ ഒതുക്കാന്‍ മാത്രം ചെറുതായ ഒരു ‘വസ്തു’ ആണെന്ന കാര്യം മറക്കാതിരിക്കുക. കൂടാതെ, ആറ്റത്തെ നമ്മള്‍ നേരിട്ടു് കാണുകയല്ലെന്നും ചില പ്രതിഭാസങ്ങള്‍ വഴി മനസ്സിലാക്കുകയാണെന്നും. ‘ഏഴാം ക്ലാസുകാരനായ ജീവനെ’ ഭാരത-കേരള-‘വിമോചന’സമരചരിത്രങ്ങളുടെ ഒക്കെ കൂട്ടത്തില്‍ അല്‍പം ശാസ്ത്രവും, പ്രായോഗികചിന്തയും, കേരളത്തിലെ ചിന്താശേഷിയുള്ള ജനങ്ങള്‍ ആഗ്രഹിക്കുന്നതുപോലെ, പഠിച്ചു് വളരാന്‍ അനുവദിച്ചാല്‍, ഈ ഭാഗം പഠിക്കുമ്പോള്‍ അവന്‍ ചോദിച്ചേക്കാവുന്ന ഒരു ചോദ്യമാണു്, പോസിറ്റിവ്‌ ചാര്‍ജുള്ള പ്രോട്ടോണുകള്‍ പരസ്പരം വികര്‍ഷിക്കുന്നതിനു് പകരം, എന്തുകൊണ്ടു് ന്യൂക്ലിയസില്‍ ഒരുമിച്ചു് ചേര്‍ന്നിരിക്കുന്നു എന്നു്! അതിനുകാരണം, strong atomic force ആണു്. പക്ഷേ അതിലേക്കു് ഇവിടെ കടക്കുന്നില്ല. മാത്രവുമല്ല, പ്രണയവും, ലൈംഗികതയുമെല്ലാം പ്രകൃതിവിരുദ്ധമാണെന്നു് ചിന്തിക്കുന്ന അധ്യാത്മജ്ഞാനികളും, സംസ്കൃതമനസ്കരുമായ വിശിഷ്ടപുരുഷന്മാര്‍ക്കു് സാമൂഹികതീരുമാനങ്ങളില്‍ ‘വോട്ടവകാശം’ ഉള്ളിടത്തോളം കാലം, ‘ജീവന്‍’ അങ്ങനെ എന്തെങ്കിലും ‘അശ്ലീലകാര്യങ്ങള്‍’ പഠിക്കാനുള്ള സാദ്ധ്യതയും വളരെ വിരളമാണു്. കീയാ.. ഖീയാ.. ഗീയാ.. ഘീയാ.. ങീയാ… … കേറാ.. ഖേറാ ..ഗേറാ.. ഘേറാ.. ങേറാ….! അവസാനം ഓലവര! ശര്‍ക്കരപുരട്ടി! പായസം! ചെവിയില്‍ ചെമ്പരത്തി! ജീവനു് അതുമതി. മലയാളിക്കും അതുമതി. ക്ഷമിക്കണം, ഇടയ്ക്കിടെ മലയാളപത്രങ്ങള്‍‍ വായിക്കുന്നതിനാല്‍ ഇതിവിടെ സൂചിപ്പിക്കാതിരിക്കാന്‍ കഴിഞ്ഞില്ല!)

മാറ്ററും, റേഡിയേഷനും

ഇരുപതാം നൂറ്റാണ്ടിന്റെ ആരംഭഘട്ടത്തില്‍ ശാസ്ത്രലോകത്തില്‍ പൊതുവേ നിലനിന്നിരുന്ന dualistic ചിന്താഗതി ദ്രവ്യത്തെ കണികകളായും, എല്ലാത്തരം റേഡിയേഷനേയും തരംഗങ്ങളായും മനസ്സിലാക്കുന്നതായിരുന്നു. അതുകൊണ്ടുതന്നെ, പ്രപഞ്ചത്തെ മനസ്സിലാക്കാന്‍ ഇവ രണ്ടും (atom, light) തമ്മിലുള്ള പരസ്പരപ്രവര്‍ത്തനം പഠിക്കുക എന്ന മാര്‍ഗ്ഗം ശാസ്ത്രജ്ഞര്‍ സ്വീകരിച്ചു. മാറ്ററും റേഡിയേഷനും തമ്മിലുള്ള ഇന്റെറാക്ഷന്‍ ഏറ്റവും എളുപ്പം മനസ്സിലാക്കാന്‍ ചുട്ടുപഴുത്ത ഇരുമ്പിനെ ശ്രദ്ധിച്ചാല്‍ മതി. ചൂടു് എത്ര കൂടുതലോ, അത്രയും കൂടുതല്‍ എനര്‍ജി അതു് റേഡിയേറ്റ്‌ ചെയ്യും. കൂടിയ എനര്‍ജി എന്നാല്‍ കുറഞ്ഞ തരംഗദൈര്‍ഘ്യം (wave length) അഥവാ, കൂടിയ ഫ്രീക്വന്‍സി; കുറഞ്ഞ എനര്‍ജി എന്നാല്‍ കൂടിയ തരംഗദൈര്‍ഘ്യം അല്ലെങ്കില്‍, കുറഞ്ഞ ഫ്രീക്വന്‍സി. (ഫ്രീക്വന്‍സി തലതിരിച്ചിടുന്നതാണു്തരംഗദൈര്‍ഘ്യം.) ചൂടു് കൂടുന്തോറും ആദ്യം ചുവന്നും, പിന്നെ വെളുത്തും ‘പഴുക്കുന്ന’ ഇരുമ്പു് നമുക്കു് കാണാന്‍ കഴിയുന്ന ഫ്രീക്വന്‍സിയിലുള്ള റേഡിയേഷന്‍ (പ്രകാശം) പുറപ്പെടുവിക്കുകയാണു് ചെയ്യുന്നതു്. ഇരുമ്പില്‍ പ്രകാശം കാണാനില്ല, പക്ഷേ ചൂടുണ്ടുതാനും എന്നതിനര്‍ത്ഥം, അപ്പോള്‍ പുറപ്പെടുവിക്കുന്ന റേഡിയേഷന്‍ നമുക്കു് കാണാന്‍ കഴിയാത്ത (ചുവപ്പിനു് താഴെയുള്ള) തരംഗദൈര്‍ഘ്യത്തിലുള്ളവയാണു് എന്നുമാത്രമാണു്.

ക്വാണ്ടം തിയറിയുടെ ജന്മം

ചൂടു് കൂടുന്നതിനനുസരിച്ചു് റേഡിയേറ്റ്‌ ചെയ്യപ്പെടുന്ന തരംഗങ്ങളുടെ തരംഗദൈര്‍ഘ്യം കുറയുകയും, എനര്‍ജി കൂടുകയും ചെയ്തുകൊണ്ടിരിക്കുമെന്നു് നമ്മള്‍ കണ്ടു. ഇത്തരം പഠനങ്ങള്‍ക്കു് theoretical physicists ഒരു idealised ‘blackbody’ സങ്കല്‍പ്പിക്കാറുണ്ടു്. ആ പേരിനു് വലിയ പ്രാധാന്യം നല്‍കേണ്ട കാര്യമില്ല. അകവശം കറുപ്പുതേച്ച ഒരു പെട്ടിയുടെയോ, രണ്ടുവശവും അടച്ച ഒരു കുഴലിന്റെയോ, പാര്‍ശ്വഭാഗത്തു് ഒരു ചെറിയ തുളയിട്ടാല്‍ ഒരു ‘blackbody’ ആയി. തന്നില്‍ പതിക്കുന്ന റേഡിയേഷന്‍സ്‌ പൂര്‍ണ്ണമായി ആഗിരണം ചെയ്യാന്‍ കഴിവുള്ള ഒരു പ്രതലം ആണു് അതുകൊണ്ടു് ഉദ്ദേശിക്കുന്നതു്. ആ ദ്വാരം വഴി ഒരു റേഡിയേഷന്‍ (പ്രകാശം) അകത്തെത്തിയാല്‍, അതു് പൂര്‍ണ്ണമായി ആഗിരണം ചെയ്യപ്പെടുന്നതുവരെ അകഭിത്തിയില്‍ തട്ടി പ്രതിഫലിച്ചുകൊണ്ടിരിക്കും. അതുപോലെതന്നെ, ബ്ലാക്ക് ബോഡി ചൂടാക്കുമ്പോള്‍ ദ്വാരത്തിലൂടെ പുറത്തുവരുന്ന റേഡിയേഷന്റെ ഇന്റെന്‍സിറ്റി പഠനവിധേയമാക്കാം. ആ ഇന്റെന്‍സിറ്റി എന്നതു് ബ്ലാക്ക് ബോഡിയുടെ ടെമ്പറേച്ചറില്‍ മാത്രം അധിഷ്ഠിതമാണു്. ഇവിടെ പഠനവിധേയമാവുന്നതു് ധാരാളം തരംഗദൈര്‍ഘ്യങ്ങള്‍ ആണെന്നതിനാല്‍, ദ്രവ്യങ്ങളുടെ ‘ലോകത്തിലെ’ സ്റ്റാറ്റിസ്റ്റിക്കല്‍ മെക്കാനിക്സ്‌, തരംഗങ്ങളുടെ ലോകമായ എലക്ട്രോമാഗ്നെറ്റിസവുമായി ബന്ധപ്പെടുത്തേണ്ടിവരുന്നു. ഫിസിക്സിലെ രണ്ടു് ക്ലാസിക്കല്‍ തിയറികളാണിവ! ഈ തത്വങ്ങളുടെ വെളിച്ചത്തില്‍, ചൂടാക്കപ്പെടുന്ന ബ്ലാക്ക് ബോഡി അള്‍ട്രാവയലറ്റും അതിനപ്പുറവും എത്തുന്ന ഉന്നതഫ്രീക്വന്‍സികളുള്ള ‘അനന്തമായ’ എനര്‍ജി റേഡിയേറ്റ്‌ ചെയ്യണം. മറ്റുവിധത്തില്‍ പറഞ്ഞാല്‍, blackbody radiation-ന്റെ ‘ആകെമൊത്തം എനര്‍ജി’ അനന്തമായിരിക്കണം! ഈ അവസ്ഥയെ ശാസ്ത്രജ്ഞര്‍ ‘Ultraviolet Catastrophe’ എന്നു് വിളിക്കുന്നു. പക്ഷേ ചൂടാവുന്ന പദാര്‍ത്ഥങ്ങള്‍ യഥാര്‍ത്ഥത്തില്‍ പുറപ്പെടുവിക്കുന്ന റേഡിയേഷന്‍ ‘Ultraviolet Catastrophe’ എന്നൊരു സ്വഭാവം പ്രദര്‍ശിപ്പിക്കുന്നില്ല. വളരെ കുറഞ്ഞ തരംഗദൈര്‍ഘ്യങ്ങളിലും, വളരെ കൂടിയ തരംഗദൈര്‍ഘ്യങ്ങളിലും എത്തുമ്പോള്‍ വളരെ കുറച്ചു് റേഡിയേഷന്‍ മാത്രമേ ഉണ്ടാവുന്നുള്ളു. അഥവാ, അവിടെവച്ചു് റേഡിയേഷന്‍ ‘മുറിഞ്ഞുപോകുന്നു’. ചെറിയ ഫ്രീക്വന്‍സികളിലെ റേഡിയേഷന്‍ സാമാന്യം തൃപ്തികരമായി വിശദീകരിക്കാന്‍ പറ്റിയ തത്വങ്ങള്‍ കണ്ടുപിടിക്കപ്പെട്ടിരുന്നു. ‘Ultraviolet Catastrophe’ എന്നിട്ടും ഒരു തലവേദനയായി തുടര്‍ന്നു. ചൂടുള്ള ബ്ലാക്ക് ബോഡിയില്‍നിന്നും മിക്കവാറും മുഴുവന്‍ എനര്‍ജിയും റേഡിയേറ്റ്‌ ചെയ്യപ്പെടുന്നതു് ‘ഇടത്തരം’ തരംഗദൈര്‍ഘ്യങ്ങളില്‍ അഥവാ, ഫ്രീക്വന്‍സികളില്‍ ആണു്. തത്വവും, അളവുകളും തമ്മിലുണ്ടായ ഈ വൈരുദ്ധ്യം യുക്തിസഹമായി പരിഹരിക്കപ്പെടാനൂള്ള പരിശ്രമങ്ങളുടെ ഫലമാണു് ക്വാണ്ടം തിയറി.

blackbody radiation സംബന്ധിച്ച പഠനങ്ങള്‍ ഏറ്റെടുത്തവരുടെ മുന്‍പന്തിയിലാണു് German physicist Max Planck. മറ്റൊരു German physicist wilhelm Wien മുന്നോട്ടു് വച്ച ചില തത്വങ്ങളുടെ അടിത്തറയില്‍, പ്ലാങ്ക്‌ നടത്തിയ ആദ്യകാല പഠനങ്ങള്‍ പ്രശ്നപരിഹാരത്തിനു് ഉതകുന്നതായിരുന്നില്ല. കഠിനാധ്വാനി ആയിരുന്നെങ്കിലും, ഒരു തികഞ്ഞ യാഥാസ്ഥിതികനായിരുന്ന പ്ലാങ്കിനു് സ്റ്റാറ്റിസ്റ്റിക്കല്‍ മെക്കാനിക്സിന്റെ പ്രധാന സൂത്രധാരന്‍ ആയിരുന്ന Austrian physicist Ludwig Boltzmann-ന്റെ ‘വിപ്ലവകരമായ’ ആശയങ്ങളോടു് പുച്ഛമായിരുന്നു. ആ ഗണിതം അത്ര പിടിയുമില്ലായിരുന്നു. Boltzmann thermodyanamics-ല്‍ അവതരിപ്പിച്ച ‘entropy’-യുടെ statistical interpretation-നുമായി പൊരുത്തപ്പെടാന്‍ പ്ലാങ്കിനു് മടിയായിരുന്നു. Entropy-ക്കു് ഫിസിക്സില്‍ വളരെ പ്രധാനപ്പെട്ട ഒരു സ്ഥാനമുണ്ടു്. thermodynamics-ലെ നാലു് അടിസ്ഥാനനിയമങ്ങളില്‍ രണ്ടാമത്തേതു് അനുസരിച്ചു് പ്രകൃതിയിലെ പ്രക്രിയകള്‍ കൂടിവരുന്ന ക്രമഭംഗത്തിന്റെ ദിശയിലാണു് സംഭവിക്കുന്നതു്. മറ്റു് വാക്കുകളില്‍: പ്രകൃതിയില്‍ ‘എന്‍‌ട്രോപ്പി’ സ്ഥിരമായി കൂടിക്കൊണ്ടിരിക്കുന്നു. പ്ലാങ്കിനു് ഇതു് ദൈവവാക്യമായിരുന്നു. ബോള്‍ട്സ്‌മാന്റെ അഭിപ്രായത്തില്‍ നിന്നും വിരുദ്ധമായി, പ്ലാങ്കിനെ സംബന്ധിച്ചു്, എന്‍‌ട്രോപ്പിയുമായി സ്റ്റാറ്റിസ്റ്റിക്സിനു് ബന്ധമൊന്നുമില്ല; എന്‍‌ട്രോപ്പി എന്നും, എപ്പോഴും കൂടിക്കൊണ്ടിരിക്കുന്നു, അത്രതന്നെ. എന്തായാലും അവസാനം, 1900-ല്‍ റേഡിയേഷന്‍ സംബന്ധമായി നിലവിലുണ്ടായിരുന്ന രണ്ട്‌ സമവാക്യങ്ങളെ ചില ഗണിതശാസ്ത്രസൂത്രങ്ങള്‍ ഉപയോഗിച്ചു് ‘തട്ടിക്കൂട്ടി’ തന്റെ ക്വാണ്ടം ഇക്വേഷന്‍ രൂപപ്പെടുത്താന്‍ പ്ലാങ്കിനു് സ്റ്റാറ്റിസ്റ്റിക്കല്‍ തെര്‍മോഡൈനാമിക്സിലെ ബോള്‍ട്സ്‌മാന്റെ നിലപാടുകളെത്തന്നെ ആശ്രയിക്കേണ്ടിയും വന്നു. ഒരുവിധത്തില്‍ ‘E = hν’ എന്ന പ്രസിദ്ധമായ Quantum Equation-ല്‍ പ്ലാങ്ക്‌ എത്തിച്ചേര്‍ന്നെങ്കിലും അതിന്റെ ശരിയായ അര്‍ത്ഥവ്യാപ്തി ശാസ്ത്രലോകത്തിനു് മനസ്സിലായതു് ആല്‍ബെര്‍ട്ട്‌ ഐന്‍സ്റ്റൈനു് ശേഷമാണു്.

പ്ലാങ്കിന്റെ തത്വത്തിന്റെ അടിസ്ഥാനത്തില്‍, ആറ്റത്തിലെ electric oscillators-നു് എലക്ട്രോമാഗ്നെറ്റിക്‌ എനര്‍ജി ചെറിയ ചെറിയ ‘കഷണങ്ങളായി’ (quantum) മാത്രമേ പുറത്തുവിടാനോ സ്വീകരിക്കാനോ കഴിയുകയുള്ളു. മറ്റു് വാക്കുകളില്‍: എനര്‍ജി അനന്തമായി വിഭജിക്കാവുന്ന ഒന്നല്ല, അതിനെ അന്തമായ, അഥവാ നിശ്ചിത മൂല്യമുള്ള കഷണങ്ങളായി മാത്രമേ വിഭജിക്കാനാവൂ. അതിനിടയിലുള്ള ഒരു മൂല്യം സാദ്ധ്യമല്ല. ഈ തത്വത്തിന്റെ അടിസ്ഥാനത്തില്‍, ‘Ultraviolet Catastrophe’-ക്കു് തൃപ്തികരമായ വിശദീകരണം നല്‍കാന്‍ കഴിഞ്ഞു. വളരെ ഉയര്‍ന്ന എനര്‍ജി ഉണ്ടെങ്കിലേ ഉയര്‍ന്ന ഫ്രീക്വന്‍സിയില്‍ റേഡിയേഷന്‍ സംഭവിക്കൂ. ഒരു നിശ്ചിത ഊഷ്മാവില്‍, ചുരുക്കം oscillators-നു് മാത്രമേ അതിനുള്ള എനര്‍ജി ഉണ്ടാവൂ എന്നതിനാല്‍ അത്തരം ഫ്രീക്വന്‍സിയില്‍ റേഡിയേഷന്റെ അളവു് കുറയുന്നു. കുറഞ്ഞ ഫ്രീക്വന്‍സിയില്‍ ഓസിലേറ്റേഴ്സിന്റെ എനര്‍ജി കുറവായിരിക്കുമെന്നതിനാലും റേഡിയേഷന്‍ കുറയുന്നു. ഈ പ്രശ്നങ്ങള്‍ക്കു് മുഴുവന്‍ ‘കാരണക്കാരനായ’ ബ്ലാക്ക് ബോഡി റേഡിയേഷന്റെ എനര്‍ജി ഡിസ്ട്രിബ്യൂഷന്‍ ഗ്രാഫിലെ മാക്സിമത്തെ പ്രതിനിധീകരിക്കുന്ന ഇടത്തരം ഫ്രീക്വന്‍സി മേഖലയില്‍ ആവശ്യത്തിനു് എനര്‍ജി ഉള്ള ധാരാളം ഓസിലേറ്റേഴ്സ്‌ ഉണ്ടെന്നതിനാല്‍, അവയുടെ എനര്‍ജിയുടെ ആകെത്തുകയും സ്വാഭാവികമായും കൂടുതലായിരിക്കും. അങ്ങനെ, ‘Ultraviolet Catastrophe’ എന്ന പ്രശ്നം പരിഹരിക്കപ്പെട്ടു.

തരംഗവും കണികകള്‍ തന്നെ

Max Planck ‘പഴയ പള്ളിക്കൂടത്തിന്റെ’ പ്രതിനിധി ആയിരുന്നു. തന്റെ ‘വിപ്ലവകരമായ’ കണ്ടെത്തലിനെപ്പോലും പഴയ തൊഴുത്തില്‍ എങ്ങനെ ഒതുക്കിക്കെട്ടാം എന്നതിലായിരുന്നു അദ്ദേഹത്തിനു് കൂടുതല്‍ താത്പര്യം. പ്ലാങ്ക്‌ കണ്ടെത്തിയ ‘ക്വാണ്ടം തിയറി’ മാറ്ററിനെ, അഥവാ ആറ്റത്തിനെ മാത്രം സംബന്ധിക്കുന്നതായിരുന്നു. entropy വര്‍ദ്ധനവു് ഒരു സനാതനസത്യമായി മനസ്സിലാക്കപ്പെടരുതെന്ന, പ്ലാങ്കിന്റെ ‘ശത്രു’ ആയിരുന്ന Boltzmann-ന്റെ നിലപാടിനെ അന്തിമമായി ശരിവയ്ക്കുന്നതായിരുന്നു അതു്. ക്ലാസിക്കല്‍ ഫിസിക്സില്‍ ഇളകാതെ വേരുറപ്പിച്ചിരുന്ന പ്ലാങ്ക്‌ തന്റെ പുതിയ തിയറി വഴി രൂപമെടുത്ത ‘പുതിയ’ ലോകത്തിലെ പല പ്രതിഭാസങ്ങളും ന്യൂട്ടോണിയന്‍ മെക്കാനിക്സില്‍ അധിഷ്ഠിതമായ തത്വങ്ങള്‍ കൊണ്ടു് പരിഹരിക്കാവുന്നതല്ല എന്നു് തിരിച്ചറിയാന്‍ ശ്രമിച്ചില്ല എന്നതാണു് സത്യം. അതു് ഐന്‍സ്റ്റൈന്‍ അടക്കമുള്ള ചില യുവ ശാസ്ത്രജ്ഞരുടെ ജോലിയായി അവശേഷിച്ചു. 1900-ത്തില്‍ ഐന്‍സ്റ്റൈനു് 21 വയസ്സായിരുന്നു പ്രായം. (നമ്മളൊക്കെ സിനിമാനടീനടന്മാരുടെ ‘fan club’-കള്‍ രൂപീകരിക്കാനോ, വിദ്യാര്‍ത്ഥിയൂണിയന്‍ നേതാക്കളുടെ ആഹ്വാനം അനുസരിച്ചു് ഹര്‍ത്താല്‍ ആചരിക്കാനോ ഒക്കെ ഓടിനടക്കുന്ന പ്രായം!)

പ്രകാശം ലോഹത്തില്‍ പതിക്കുമ്പോള്‍ cathode rays, അഥവാ എലക്ട്രോണ്‍സ്‌ റേഡിയേറ്റ്‌ ചെയ്യപ്പെടുമെന്നു് Philipp Lenard എന്ന ശാസ്ത്രജ്ഞന്‍ 1899-ല്‍ തന്നെ കണ്ടുപിടിച്ചിരുന്നു. ലോഹത്തില്‍ പതിക്കുന്ന പ്രകാശത്തിന്റെ ഇന്റെന്‍സിറ്റി അങ്ങനെ രൂപമെടുക്കുന്ന കണികകളുടെ എണ്ണത്തെ ബാധിക്കുമെങ്കിലും, അതിന്റെ തരംഗദൈര്‍ഘ്യമാണു് അവയുടെ വേഗതയ്ക്കു് (എനര്‍ജിക്കു്) നിദാനം എന്നും അദ്ദേഹം തെളിയിച്ചിരുന്നു. ഐന്‍സ്റ്റൈന്‍ സാധാരണ അറിയപ്പെടുന്നതു് റിലേറ്റിവിറ്റി തിയറിയുടെ പേരില്‍ ആണെങ്കിലും, അദ്ദേഹത്തിനു് നോബല്‍ പ്രൈസ്‌ ലഭിച്ചതു് photoelectric effect-നെ പറ്റിയുള്ള പഠനങ്ങള്‍ക്കായിരുന്നു. പ്ലാങ്കിന്റെ ഇക്വേഷനും, ലെനാര്‍ഡിന്റെ കണ്ടുപിടുത്തവുമായിരുന്നു ഐന്‍സ്റ്റൈന്റെ പഠനങ്ങളുടെ ആധാരം. ക്വാണ്ടം തിയറി, പ്ലാങ്കിനെപ്പോലെ, റേഡിയേറ്റ്‌ ചെയ്യപ്പെടുന്ന പാര്‍ട്ടിക്കിളില്‍ ഒതുക്കാതെ, അതുവരെ തരംഗങ്ങള്‍ എന്നു് ധരിച്ചിരുന്ന റേഡിയേഷന്‍ തന്നെ ‘ക്വാണ്ടങ്ങള്‍’ ആയി വിഭജിക്കപ്പെടാന്‍ കഴിയുന്നവയാണെന്ന വിപ്ലവകരമായ ആശയമാണു് ഐന്‍സ്റ്റൈന്‍ മുന്നോട്ടു് വച്ചതു്.

Planck – blackbody radiation:
E = hν (E = Energy of emitted particle, h = Planck’s constant, ν = frequency of the particle, ν എന്നതു് Greek letter nu, (h-യ്ക്കു് പകരം h/2π = ℏ (h-bar or Dirac h)-യും ഉപയോഗത്തിലുണ്ടു്.)

Einstein – corpuscular theory of light (‘photon’ as particle of light):
E = hf (E = Energy of a photon, h = Planck’s constant, f = frequency of light.

പക്ഷേ, f = c/λ ആയതിനാല്‍, E = hc/λ (c = velocity of light, λ (Greek letter lambda) = wavelength of light . Which means, the energy of a photon is inversely proprtional to its wavelength. റേഡിയേഷന്റെ ‘ക്വാണ്ടം’ ആയ ഫോട്ടോണിന്റെ എനര്‍ജി കണക്കുകൂട്ടാന്‍ ഈ ഇക്വേഷന്‍ ആവശ്യമാണു്.

ഐന്‍സ്റ്റെന്റെ special theory of relativity-യില്‍ മാറ്ററിനെയും റേഡിയേഷനേയും തമ്മില്‍ ബന്ധിപ്പിക്കുന്ന ഒരു സമവാക്യമുണ്ടു്. അതിന്റെ ലാളിത്യം മൂലം ആര്‍ക്കും പാടിനടക്കാവുന്ന ഒന്നാണതു്. E = mc². ഇതു് കേള്‍ക്കാത്ത സാമാന്യവിദ്യാഭ്യാസമുള്ളവര്‍ ഉണ്ടെന്നു് തോന്നുന്നില്ല. ഈ mass-energy relation-ല്‍ E = energy, m = mass, c = velocity of light. ആദ്യകാലപ്രപഞ്ചത്തിലെ matter-radiation interaction പരിശോധിക്കുമ്പോള്‍, atomic particles-ന്റെ എനര്‍ജി തിട്ടപ്പെടുത്താന്‍ ഈ സമവാക്യം ആവശ്യമാണു്.

thermodyanamic equilibrium അവസ്ഥയില്‍ ആയിരിക്കുന്ന ഒരു വ്യവസ്ഥയുടെ (system) പഠനത്തിനു് ശാസ്ത്രം ഉപയോഗിക്കുന്ന പ്രധാന ഗണിതശാസ്ത്രപണിയായുധം സ്റ്റാറ്റിസ്റ്റിക്കല്‍ മെക്കാനിക്ക്സ്‌ ആണു്. Penzias, Wilson എന്നിവര്‍ സ്വീകരിച്ച മൈക്രോവേവ്‌ ബാക്ക്‌ ഗ്രൗണ്ട്‌ റേഡിയേഷന്‍, പ്രപഞ്ചത്തിലെ മാറ്ററും റേഡിയേഷനും താത്വികമായെങ്കിലും തെര്‍മോഡൈനാമിക്‌ ഇക്വിലിബ്രിയത്തിലായിരിക്കാന്‍ മാത്രം ഉയര്‍ന്ന ടെമ്പറേച്ചറായ 3000° Kelvin നിലനിന്നിരുന്ന ആരംഭനിമിഷങ്ങളില്‍ രൂപമെടുത്തതായിരിക്കണമെന്നു് ശാസ്ത്രജ്ഞര്‍ വിശ്വസിക്കുന്നു. അതായതു്, അവര്‍ ‘exess radio noise’ ആയി കണക്കാക്കിയ ആ സിഗ്നല്‍ നമുക്കു് ഇതുവരെ കണ്ടെത്താന്‍ കഴിഞ്ഞതില്‍ ഏറ്റവും അകലെയുള്ള ഗാലക്സിയില്‍ നിന്നും പ്രകാശം പുറപ്പെടുന്നതിനും എത്രയോ കോടി വര്‍ഷങ്ങള്‍ക്കു് മുന്‍പു് പ്രപഞ്ചത്തിന്റെ അഗാധതകളില്‍ നിന്നും ‘മനുഷ്യനെ തേടി’ യാത്രയാരംഭിച്ച ഒരു electromagnetic radiation ആയിരുന്നു അതു്.

Big-Bang – വിസ്ഫോടനം സംഭവിച്ച ചൂടന്‍ കോസ്മിക്‌ സൂപ്പ്‌ – അതിനോടുള്ള സാവകാശസമീപനം അടുത്തതില്‍

(തുടരും)

Advertisements
 
 

മുദ്രകള്‍: , ,

8 responses to “‘Big-Bang’ – ചില അടിസ്ഥാന ശാസ്ത്രീയതകള്‍

  1. ഗുപ്തന്‍

    ജൂലൈ 12, 2008 at 22:46

    Great! Thank You

     
  2. സി. കെ. ബാബു

    ജൂലൈ 13, 2008 at 08:09

    നന്ദി, ഗുപ്തന്‍.

     
  3. കാവലാന്‍

    ജൂലൈ 13, 2008 at 12:16

    ക്ലാസ്റൂമുകളില്‍ ഉറക്കത്തിന്റെ മൊത്തക്കച്ചവടം സ്വന്തമാക്കിയ മേഖലകളെക്കുറിച്ച് സീകെ എഴുതുമ്പോള്‍ ആകാംഷയോടെ വായിക്കാന്‍ കഴിയുന്നു.
    തുടരുക…..ഭാവുകങ്ങള്‍.

     
  4. സി. കെ. ബാബു

    ജൂലൈ 13, 2008 at 13:57

    പഠിക്കാന്‍ വേണ്ടി പഠിക്കുമ്പോള്‍ ഉറങ്ങിയിരിക്കും.

    അറിയാന്‍ വേണ്ടി പഠിക്കുമ്പോള്‍ ഉണര്‍ന്നിരിക്കും!

    പ്രാസം തിരിഞ്ഞിരിക്കാതെ, തികഞ്ഞിരിക്കാന്‍:

    പഠിക്കാന്‍ വേണ്ടി ഉണരുമ്പോള്‍ അറിഞ്ഞിരിക്കും!

    (ക്ലാസ്‌റൂമുകളില്‍ ഉറങ്ങാം! ടീച്ചര്‍ പിടിച്ചാല്‍,‍ പഠിപ്പിച്ച കാര്യങ്ങളെപ്പറ്റി കണ്ണടച്ചിരുന്നു് അഗാധമായി ചിന്തിക്കുകയായിരുന്നു എന്നു് പറഞ്ഞാല്‍ മതി. പക്ഷേ അസംബ്ലിയില്‍ മുദ്രാവാക്യങ്ങളുടെ ബഹളം കാരണം ഉറങ്ങാന്‍ പോലും പറ്റുന്നില്ലെന്നാണു് ഇരുന്നിരുന്നു് ഇരിക്കുന്നിടത്തു് തഴമ്പും, തഴമ്പില്‍ വ്രണവുമായ ചില വന്ദ്യവയോധികസാമാജികരുടെ നിത്യരോദനം! അതാരുകേള്‍ക്കാന്‍?) 🙂

     
  5. ശ്രീവല്ലഭന്‍.

    ജൂലൈ 13, 2008 at 16:42

    തലയില്‍ കയറാത്തതൊന്നും വായിക്കില്ല എന്ന് ശപഥം ചെയ്തിരിക്കുവാ. എന്നാലും വായിച്ചു.

     
  6. സി. കെ. ബാബു

    ജൂലൈ 13, 2008 at 18:33

    ശ്രീവല്ലഭന്‍,

    എന്നിട്ടു് തലയില്‍ കയറിയില്ല എന്നൊന്നും വെറുതെ പറഞ്ഞേക്കല്ലേ! ശുദ്ധഗണിതത്തിന്റെ ഗുരുനാഥനായ Leonhard Euler ജനിച്ച നാട്ടില്‍, മൂന്നു് ഭാഷകള്‍ സംസാരിച്ചിട്ടും വാച്ചുകള്‍ കൃത്യസമയം കാണിക്കാന്‍ മടിക്കാത്ത സ്വിറ്റ്സര്‍ലണ്ടില്‍ (‘Swiss precision watch’!) ജീവിക്കുന്നവര്‍ക്കു് മനസ്സിലാവാത്തതൊന്നും ഞാന്‍ എഴുതിയിട്ടില്ല. 🙂

     
  7. ബ്രിനോജ്‌

    ജൂലൈ 15, 2008 at 13:06

    thank you…please continue.

     
  8. സി. കെ. ബാബു

    ജൂലൈ 16, 2008 at 08:38

    ബ്രിനോജ്,
    വായിച്ചതിനു് എന്റെയും നന്ദി.

     

ഒരു മറുപടി കൊടുക്കുക

Fill in your details below or click an icon to log in:

WordPress.com Logo

You are commenting using your WordPress.com account. Log Out / മാറ്റുക )

Twitter picture

You are commenting using your Twitter account. Log Out / മാറ്റുക )

Facebook photo

You are commenting using your Facebook account. Log Out / മാറ്റുക )

Google+ photo

You are commenting using your Google+ account. Log Out / മാറ്റുക )

 
%d bloggers like this: