RSS

Tag Archives: ബിഗ് ബാംഗ്

‘Big-Bang’ – സ്ഫോടനം സംഭവിച്ച കോസ്മിക്‌ സൂപ്പ്‌

‘ബിഗ്-ബാംഗും’, ബാക്ക് ഗ്രൌണ്ട് റേഡിയേഷനും (Big-Bang and Microwave Background Radiation) – 3

ഒരു കേന്ദ്രത്തില്‍ സംഭവിച്ചു്, അന്തരീക്ഷവായുവില്‍ മര്‍ദ്ദതരംഗങ്ങള്‍ പടര്‍ത്തി പ്രചരിക്കുന്ന, നമുക്കു് പരിചിതമായ ഒരു പൊട്ടിത്തെറിയുമായി താരതമ്യം ചെയ്യാവുന്നതല്ല ‘ബിഗ്‌-ബാംഗ്‌’ എന്ന (നിര്‍ഭാഗ്യകരമായ!) പേരു് നല്‍കപ്പെട്ട പ്രപഞ്ചാരംഭം. ‘ഒരേസമയം എല്ലായിടത്തും’ സംഭവിക്കുകയും, കണികകള്‍ പരസ്പരം അകന്നു് പോവുകയും ചെയ്ത ഒരു പ്രക്രിയ ആണതു്. ‘ബിഗ്‌-ബാംഗ്‌ ഇന്നും സംഭവിച്ചുകൊണ്ടിരിക്കുന്നു’ എന്നു് ചില ശാസ്ത്രജ്ഞര്‍ പറയുന്നതിന്റെ അര്‍ത്ഥവും മറ്റൊന്നല്ല. പ്രപഞ്ചോത്ഭവത്തെ സംബന്ധിച്ചു് മറ്റു് തിയറികളും നിലവിലുണ്ടായിരുന്നു. അതില്‍ പ്രധാനപ്പെട്ടതാണു് ‘steady state model’. “പ്രപഞ്ചം എന്നും ഇങ്ങനെ ആയിരുന്നു, എന്നും ഇങ്ങനെ തന്നെ ആയിരിക്കുകയും ചെയ്യും” എന്നതായിരുന്നു അതു്. അതുകൊണ്ടു് ഒരു പ്രപഞ്ചാരംഭം എന്ന ചോദ്യം അതില്‍ അപ്രസക്തമാവുന്നു. പിന്നെ എങ്ങനെ ബിഗ്‌-ബാംഗ്‌ തിയറി ‘standard model’ ആയി അംഗീകരിക്കപ്പെട്ടു? വീക്ഷിക്കപ്പെട്ടതും, തെളിയിക്കപ്പെട്ടതുമായ വസ്തുതകള്‍ ശാസ്ത്രത്തെ അങ്ങനെ ഒരു നിഗമനത്തില്‍ എത്തിക്കുകയായിരുന്നു. അത്തരം യാഥാര്‍ത്ഥ്യങ്ങളെ നിഷേധിക്കാത്തതും, അവയ്ക്കു് യുക്തിസഹമായ വിശദീകരണങ്ങള്‍ നല്‍കാന്‍ കഴിയുന്നതുമായ മറ്റൊരു പുതിയ തിയറി ഭാവിയില്‍ ഒരിക്കലും ഉണ്ടാവാനേ പാടില്ല എന്നൊന്നും അതിനു് അര്‍ത്ഥവുമില്ല. ശാസ്ത്രത്തിന്റെ സ്വഭാവം തന്നെ യുക്തിസഹമായ മാറ്റങ്ങളെ സ്വാഗതം ചെയ്യുക എന്നതാണല്ലോ.

പറയുന്നത്ര കൊമ്പുകള്‍ ഉണ്ടെന്നു് ശരിക്കും എണ്ണിക്കാണിച്ചാല്‍, മൂന്നല്ല, മുപ്പതു് കൊമ്പുള്ള മുയലുകള്‍ക്കും ശാസ്ത്രത്തില്‍ ഓടിക്കളിക്കാം. മനുഷ്യബുദ്ധി വളരുന്നതിനനുസരിച്ചു്, നവീന ഉപകരണങ്ങള്‍ രൂപമെടുക്കുന്നതിനനുസരിച്ചു് പുതിയ പുതിയ ‘പ്രപഞ്ചസത്യങ്ങള്‍’ പുറത്തുവരും. തെളിയിക്കപ്പെട്ട ‘പഴയ സത്യങ്ങള്‍’ അംഗീകരിച്ചുകൊണ്ടുള്ളതായിരിക്കും അവ. റിലേറ്റിവിറ്റി തിയറി ന്യൂട്ടന്റെ തിയറികളെ നിഷേധിക്കുകയായിരുന്നില്ല, വിപുലീകരിക്കുകയായിരുന്നു എന്നപോലെ. ഒരേയൊരു ‘സത്യം’ എന്നൊന്നില്ല, പലപല സത്യങ്ങളെയുള്ളു. ‘ആത്യന്തികസത്യം’ എന്നതു് ചോദ്യങ്ങളില്‍ നിന്നും വഴുതിമാറാന്‍, എല്ലാ മറുപടികളും ആരോപിക്കാന്‍ മനുഷ്യന്‍ കണ്ടെത്തിയ ഒരു കുറുക്കുവഴി മാത്രം! “ഈ വഴിയെ പോകൂ” എന്നു് ‘മുകളില്‍ നിന്നു്’ ആരെങ്കിലും പറയുന്നതു് കേള്‍ക്കാനും ആ വഴിയെ മാത്രം പോകാനും ആഗ്രഹിക്കുന്നവര്‍ക്കു് ‘പല സത്യങ്ങള്‍’ എന്ന ആശയം തൃപ്തികരമാവില്ല എന്നറിഞ്ഞുകൊണ്ടുതന്നെയാണു് ഇതു് പറയുന്നതു്. സമൂഹങ്ങളില്‍, മതങ്ങളില്‍, രാഷ്ട്രീയത്തില്‍ എല്ലാമെല്ലാം മനുഷ്യന്‍ എക്കാലവും വിവിധ സത്യങ്ങള്‍ അംഗീകരിച്ചുകൊണ്ടാണു് ജീവിച്ചിരുന്നതു് എന്നറിയാനുള്ള മനസ്സില്ലായ്മയാണു് ‘ഏകസത്യഭ്രാന്തിന്റെ’ അടിസ്ഥാനം. അതുമായി ബന്ധപ്പെട്ടവരെ അവരുടെ ‘ഏകസത്യം’ ജീവിതലഘൂകരണത്തിനു് സഹായിക്കുന്നുണ്ടു്, തീര്‍ച്ച! യുക്തി ബലി കഴിക്കേണ്ടി വരാതിരുന്നാല്‍ ‘ലളിതവും ലഘുവുമായ വ്യക്തത’ ആഗ്രഹിക്കത്തക്കതുമാണു്. പക്ഷേ, ‘ഏകസത്യത്തിന്റെ’ സ്വാഭാവികമായ പാര്‍ശ്വഫലവും, ദോഷവശവുമാണു് ‘അന്യസത്യങ്ങളോടുള്ള’ അതിന്റെ അന്ധമായ അസഹിഷ്ണുത. ജനങ്ങളെ ഉപകരണങ്ങളാക്കി നേതൃത്വവും നേട്ടങ്ങളും കയ്യടക്കാന്‍ ആഗ്രഹിക്കുന്നവര്‍ക്കു് ‘ശത്രുചിത്രങ്ങള്‍’ സൃഷ്ടിക്കാന്‍ ഇതുപോലുള്ള ‘ഏകസത്യങ്ങള്‍’ സഹായകമാവുകയും ചെയ്യുന്നു. പ്രത്യയശാസ്ത്രങ്ങളില്‍ കടിച്ചുതൂങ്ങുകയല്ല, മനുഷ്യരുടെ പ്രശ്നങ്ങള്‍ക്കു് പരിഹാരങ്ങളും, പച്ചയായ ജീവിതത്തിലെ ചോദ്യങ്ങള്‍ക്കു് മറുപടികളും തേടുകയാണാവശ്യം. കുറുക്കുവഴികളും മയക്കുമരുന്നുകളും ഒളിച്ചോട്ടത്തിനുള്ള എളുപ്പവഴികളായിരുന്നു എന്നും. ഒളിച്ചോടുന്നവരല്ല, ഓടാന്‍ ആഹ്വാനം ചെയ്യുന്നവരാണു്, അവര്‍ക്കു് ‘സഹായവാഗ്ദാനങ്ങള്‍’ വാരിക്കോരി ചൊരിയുന്നവരാണു്, ഓടുന്നവര്‍ക്കു് എന്തു് സംഭവിച്ചാലും, എപ്പോഴും നേട്ടം കൊയ്യുന്നവര്‍. സഹസ്രാബ്ദങ്ങളിലൂടെ വളര്‍ത്തിയെടുത്ത വിധേയത്വം മൂലം ‘കൂട്ടത്തിലോട്ടക്കാര്‍’ ഈ ‘സത്യം’ മനസ്സിലാക്കുകയുമില്ല. ഈ വളര്‍ത്തിയെടുക്കലിനുവേണ്ടി വിവിധ ‘ദൈവനാമങ്ങള്‍’ കുറച്ചൊന്നുമല്ല ദുരുപയോഗം ചെയ്യപ്പെട്ടതും, ഇന്നും ചെയ്യപ്പെടുന്നതും. ശാസ്ത്രത്തെ സംബന്ധിച്ചു് പറഞ്ഞാല്‍, ‘ആത്യന്തികസത്യം’ എന്നതു് ശാസ്ത്രത്തിന്റെ തന്നെ മരണമാണു്. പൂര്‍ണ്ണത വളര്‍ച്ചയുടെ അന്ത്യമല്ലാതെ മറ്റെന്താണു്?

1823-ല്‍ ‘Olber’s paradox’ എന്നറിയപ്പെടുന്ന ഒരു ആശയം Dr. Wilhelm Olbers (German astronomer and physician) മുന്നോട്ടു് വച്ചിരുന്നു. പ്രപഞ്ചം അനന്തവും, അതില്‍ നക്ഷത്രങ്ങള്‍ ഏകതാനമായി വിതരണം ചെയ്യപ്പെട്ടിരിക്കുകയുമാണെങ്കില്‍, രാത്രിയില്‍ ആകാശം ഇരുളുന്നതെങ്ങനെ എന്നതായിരുന്നു തികച്ചും യുക്തിപൂര്‍വ്വമായ അദ്ദേഹത്തിന്റെ ചോദ്യം. നക്ഷത്രങ്ങള്‍ പെട്ടെന്നു് ‘ചാവുന്നതുകൊണ്ടു്’ പ്രകാശത്തിനു് ഭൂമിയില്‍ എത്താന്‍ കഴിയാതെ പോകുന്നു, ശൂന്യാകാശത്തിലെ പൊടിപടലങ്ങള്‍ പ്രകാശത്തെ തടയുന്നു മുതലായ പല മറുപടികള്‍ പലരും നിര്‍ദ്ദേശിക്കുകയുമുണ്ടായി. (പ്രപഞ്ചത്തില്‍ ഒന്നും നഷ്ടപ്പെടുന്നില്ല എന്നതിനാല്‍, ‘അനാദികാലം’ മുതല്‍ പൊടിപടലങ്ങള്‍ പ്രകാശത്തെ തടഞ്ഞു് നിര്‍ത്തുകയായിരുന്നെങ്കില്‍, പണ്ടേതന്നെ ആ പൊടികള്‍ ചൂടുപിടിച്ചു് ജ്വലിക്കാന്‍ തുടങ്ങിയേനെ!) നമ്മുടെ പ്രപഞ്ചം സ്ഥലകാലങ്ങളില്‍ അനന്തമോ, അനാദിയോ ആവാന്‍ കഴിയില്ലെന്നതാണു് ‘Olber’s paradox’-നു് നല്‍കാന്‍ കഴിയുന്ന കുറച്ചുകൂടി യുക്തമായ മറുപടി.

Galaxy- കളില്‍ നിന്നും വരുന്ന പ്രകാശത്തില്‍ കാണപ്പെട്ട ‘red shift’, ‘Doppler effect’-ന്റെ വെളിച്ചത്തില്‍, പ്രപഞ്ചം വികസിച്ചുകൊണ്ടിരിക്കുകയാണെന്നതിന്റെ തെളിവായി മനസ്സിലാക്കപ്പെട്ടു. വികസിക്കുന്നു എന്നാല്‍ അതിനര്‍ത്ഥം, ഈ വികാസം എന്നെങ്കിലും ആരംഭിച്ചിരിക്കണം എന്നാണല്ലൊ. Microwave Background Radiation-ന്റെ കണ്ടുപിടുത്തവും, അതിനോടകം തന്നെ മനുഷ്യന്‍ കൈവരിച്ചിരുന്ന nucleosynthesis അതിനു് നല്‍കിയ പിന്‍ബലവും ബിഗ്‌-ബാംഗ്‌ അടിസ്ഥാനമാക്കിയുള്ള standard model-ന്റെ ‘വിജയത്തില്‍’ കലാശിക്കുകയായിരുന്നു. 1965-നു് ശേഷം, 0,33 സെന്റീമീറ്ററിനും, 73,5 സെന്റീമീറ്ററിനും ഇടയിലെ പല തരംഗദൈര്‍ഘ്യത്തിലും അളക്കപ്പെട്ട മൈക്രോവേവ്‌ ബാക്ക്‌ ഗ്രൗണ്ട്‌ റേഡിയേഷന്റെ എനര്‍ജി 2,7° കെല്‍വിനും, 3° കെല്‍വിനും ഇടയിലായിരുന്നു. അതായതു്, ആ അളവുകള്‍ മാക്സ്‌ പ്ലാങ്കിന്റെ blackbody radiation – energy distribution graph-ലെ തരംഗദൈര്‍ഘ്യത്തിനും, എനര്‍ജിക്കും അനുസൃതമായിരുന്നു.

നമ്മുടെ അന്തരീക്ഷം 0,3 സെന്റീമീറ്ററില്‍ താഴെയുള്ള തരംഗദൈര്‍ഘ്യങ്ങളെ കടത്തിവിടുന്നില്ല എന്നതിനാല്‍ ഭൂമിയില്‍ നിന്നുകൊണ്ടു് ഇത്തരം അളവുകള്‍ താഴ്‌ന്ന തരംഗദൈര്‍ഘ്യത്തില്‍ സാദ്ധ്യമല്ല. പക്ഷേ, spectral analysis വഴി 1941-ല്‍ തന്നെ, ഭൂമിക്കും, ζ Oph (ζ = greek letter zeta) നക്ഷത്രത്തിനും ഇടയിലെ ‘പൊടിപടലത്തിന്റെ’ (interstellar dust) absorption lines-ല്‍, ഈ ദിശയില്‍ വിവക്ഷിക്കാമായിരുന്ന ചില പ്രത്യേകതകള്‍ വീക്ഷിക്കപ്പെട്ടിരുന്നു. അന്നു് അതു അത്ര കാര്യമായി ശ്രദ്ധിക്കപ്പെട്ടില്ലെങ്കിലും, 1965-ല്‍ Penzias, Wilson എന്നിവര്‍ ‘exess radio noise’ കണ്ടെത്തിയതിനുശേഷം ഈ വിഷയത്തില്‍ നടത്തിയ പഠനങ്ങളുടെ ഫലം ബാക്ക്‌ ഗ്രൗണ്ട്‌ റേഡിയേഷനെയും, അതുവഴി ബിഗ്‌-ബാംഗ്‌ തിയറിയെയും ശരിവയ്ക്കുന്ന രീതിയിലുള്ളവയായിരുന്നു. 1989-ല്‍ ലോഞ്ച്‌ ചെയ്യപ്പെട്ട Cosmic Background Explorer (COBE) ഈ blackbody characteristic 2,735° K ആയി അളന്നു് തിട്ടപ്പെടുത്തി. ഈ പ്രപഞ്ചത്തിനുള്ളില്‍ തന്നെയുള്ളവയും, ചലിച്ചുകൊണ്ടിരിക്കുന്നവയുമായ ഗാലക്സിയുടെയും, സൂര്യന്റെയും, ഭൂമിയുടെയും, സാറ്റലൈറ്റിന്റെയുമെല്ലാം വേഗതകള്‍ ഈ അളവില്‍ നേരിയ മാറ്റങ്ങള്‍ക്കു് കാരണമാവും എന്നതും, isotropy, homogeneity, light horizon മുതലായവയൊക്കെ അളവിനെ ബാധിക്കാം എന്നതും ഇവിടെ സൂചിപ്പിക്കുന്നതു്, ഈ വിഷയത്തിന്റെ സങ്കീര്‍ണ്ണത മറക്കാതിരിക്കാന്‍ മാത്രം. ചുരുക്കത്തില്‍, മുകളില്‍ സൂചിപ്പിച്ച അറിവുകളെല്ലാം ‘ബിഗ്‌-ബാംഗ്‌’ തിയറിയ്ക്കു് അനുകൂലമായി തീരുകയായിരുന്നു.

‘ബിഗ്‌-ബാംഗിനു്’ ഏകദേശം 0,01 സെക്കന്റിനുശേഷം നിലനിന്നിരുന്ന ഊഷ്മാവു് പതിനായിരം കോടി ഡിഗ്രി സെല്‍സ്യസ്‌ ആയിരുന്നു. നക്ഷത്രകേന്ദ്രങ്ങളില്‍ പോലും ഇല്ലാത്തത്ര ഈ ഉയര്‍ന്ന ഊഷ്മാവില്‍ പ്രപഞ്ചത്തിലെ ദ്രവ്യം elementary particles എന്ന രൂപത്തില്‍ മാത്രമായിരുന്നു. (അത്തരം കണികകളെയാണു് ഇന്നു് CERN പോലെയുള്ള പരീക്ഷണകേന്ദ്രങ്ങളില്‍ ശാസ്ത്രജ്ഞര്‍ പഠനവിധേയമാക്കിക്കൊണ്ടിരിക്കുന്നതു്.) നമുക്കു് പരിചിതമായ വൈദ്യുതി ആയി പ്രവഹിക്കുന്ന, നെഗറ്റിവ്‌ ചാര്‍ജുള്ള എലക്ട്രോണ്‍ അതിലൊന്നായിരുന്നു. മറ്റൊന്നു് എലക്ട്രോണിന്റെ antiparticle ആയ, പോസിറ്റിവ്‌ ചാര്‍ജുള്ള positron. പിണ്ഡം രണ്ടിനും സമം. ചില പ്രത്യേക പ്രതിഭാസങ്ങളിലും, പരീക്ഷണശാലകളിലുമൊഴിച്ചാല്‍, പോസിട്രോണ്‍ ഇന്നു് അസാധാരണമാണു്. പിന്നെ ഉണ്ടായിരുന്നതു് പിണ്ഡമോ, ചാര്‍ജോ ഇല്ലാത്ത ‘ഭൂതപാര്‍ട്ടിക്കിള്‍’ ആയ neutrinos. ഇവയെക്കൂടാതെ ‘പ്രപഞ്ചത്തില്‍’ നിറഞ്ഞുനിന്നിരുന്നതു് പ്രകാശത്തിന്റെ quantum ആയ photons ആയിരുന്നു. particles എനര്‍ജിയില്‍ നിന്നും രൂപമെടുക്കുകയും വീണ്ടും നശിപ്പിക്കപ്പെടുകയും ചെയ്തുകൊണ്ടിരുന്നു. ഇത്തരം ഒരു സമതുലിതാവസ്ഥയില്‍ ഊഷ്മാവു് നാനൂറു് കോടിയില്‍ എത്തിയിരുന്ന ‘പ്രപഞ്ചസൂപ്പിന്റെ’ സാന്ദ്രത ഏകദേശം വെള്ളത്തിന്റേതിനു് തുല്യമായിരുന്നു. ആ അവസ്ഥയില്‍ രൂപമെടുത്ത proton, neutron എന്നിവയാണു് ഇന്നത്തെ ലോകത്തിലെ അണുകേന്ദ്രങ്ങള്‍. proton, neutron എന്നിവയും, electron, positron, neutrino, photon എന്നിവയും തമ്മിലുള്ള അനുപാതം ഒന്നിനു് നൂറുകോടി എന്നതായിരുന്നു. പരീക്ഷണങ്ങളും നിരീക്ഷണങ്ങളും വഴി മനസ്സിലാക്കിയ ഈ അനുപാതം Big-Bang എന്ന Standard model-ല്‍ എത്തിച്ചേരാന്‍ നിര്‍ണ്ണായകമായ പങ്കു് വഹിച്ച ഒരു വസ്തുതയാണു്.

സ്ഫോടനഗതിയില്‍, 0,1 സെക്കന്റ്‌ കഴിഞ്ഞപ്പോള്‍ ടെമ്പറേച്ചര്‍ മൂവായിരം കോടി ഡിഗ്രി സെല്‍സ്യസ്‌ ആയി. ഒരു സെക്കന്റ്‌ കഴിഞ്ഞപ്പോള്‍ അതു് ആയിരം കോടിയും, പതിനാലു് സെക്കന്റുകള്‍ക്കു് ശേഷം മുന്നൂറു് കോടിയും ആയിത്തീര്‍ന്നു. ഈ ഊഷ്മാവില്‍, ഫോട്ടോണും ന്യൂട്രിനോയും ചേര്‍ന്നു് എലക്ട്രോണ്‍, പോസിട്രോണ്‍ എന്നിവ നിര്‍മ്മിച്ചുകൊണ്ടിരുന്നതിലും വേഗതയില്‍ അവ നശിപ്പിക്കപ്പെട്ടുകൊണ്ടിരുന്നതിനാല്‍, നശീകരണം വഴി ഉണ്ടാവുന്ന ചൂടു് മൂലം ‘തണുക്കല്‍’ അല്‍പം സാവകാശമായി. എങ്കിലും മൂന്നു് മിനുട്ടുകള്‍ക്കു് ശേഷം ഊഷ്മാവു് വീണ്ടും താണു് നൂറുകോടിയിലെത്തി. അതോടെ, പ്രോട്ടോണും ന്യൂട്രോണും ചേര്‍ന്നു് അണുകേന്ദ്രങ്ങള്‍ രൂപമെടുക്കാന്‍ കഴിയുന്ന താപനിലയിലെത്തി. ആദ്യം ഒരു പ്രോട്ടോണും ഒരു ന്യൂട്രോണും ചേര്‍ന്നു് Deuterium (heavy hydrogen) ന്യൂക്ലിയസുകളും, പിന്നീടു്, പ്രോട്ടോണും ന്യൂട്രോണും ഈരണ്ടുവീതം ചേര്‍ന്നു് stable ആയ Helium ന്യൂക്ലിയസുകളും രൂപമെടുത്തു.

മൂന്നു് മിനുട്ടുകള്‍ക്കു് ശേഷം, പ്രപഞ്ചം ഭൂരിഭാഗവും പ്രകാശം, ന്യൂട്രിനോ‌, ആന്റിന്യൂട്രിനോ‌ എന്നിവയും, ഒരു ചെറിയ അംശം അണുകേന്ദ്രങ്ങളും, നിറഞ്ഞതായിരുന്നു. അണുകേന്ദ്രങ്ങളില്‍ 73 ശതമാനം ഹൈഡ്രജനും, 27 ശതമാനം ഹീലിയവും ആയിരുന്നു. കൂടാതെ എലക്ട്രോണ്‍-പോസിട്രോണ്‍ നശീകരണത്തില്‍ നിന്നും രക്ഷപെട്ട അല്‍പം എലക്ട്രോണുകളും അവയോടൊപ്പം ഉണ്ടായിരുന്നു. പക്ഷേ, ഈ എലക്ട്രോണുകളും അണുകേന്ദ്രങ്ങളും തമ്മില്‍ യോജിച്ചു് ഹൈഡ്രജന്‍, ഹീലിയം എന്നിവയുടെ ആറ്റങ്ങള്‍ രൂപമെടുക്കാന്‍ തുടങ്ങിയതു് എത്രയോ ലക്ഷം വര്‍ഷങ്ങള്‍ക്കു് ശേഷമാണു്. കാലക്രമേണ, ഗ്രാവിറ്റേഷന്റെ ഫലമായി, ഈ വാതകങ്ങള്‍ തടിച്ചുകൂടുകയും, സാന്ദ്രീകരിക്കുകയും തത്ഫലമായി ഇന്നത്തെ പ്രപഞ്ചവും അതിലെ ഗാലക്സികളുമെല്ലാം രൂപമെടുക്കുകയും ചെയ്തു. ഗാലക്സികളുടെ രൂപമെടുക്കലിനെപ്പറ്റി മറ്റുചില നിഗമനങ്ങളും ഉണ്ടു് എന്നു് ഇവിടെ സൂചിപ്പിക്കുന്നു.

പ്രപഞ്ചത്തെ, മാക്സ്‌ പ്ലാങ്കിന്റെ ബ്ലാക്ക്‌ ബോഡി റേഡിയേഷന്റെ അടിസ്ഥാനത്തില്‍, ഒരു ‘ബ്ലാക്ക്‌ ബോഡി’ ആയി കണക്കാക്കി പരിശോധിക്കുമ്പോള്‍, മാറ്ററും റേഡിയേഷനും തമ്മില്‍ thermodynamic equilibrium-ല്‍ ആയിരുന്ന അവസ്ഥയിലെ radiation-ന്റെ ‘ബാക്കി’ ആണു് പലവിധ അളവുകള്‍ വഴി നിശ്ചയിക്കപ്പെട്ടതും, ഇന്നു് ഏകദേശം 3°K equivalent temperature ഉള്ളതുമായ Microwave Background Radiation. ദ്രവ്യം അണുകേന്ദ്രകണികകളും എലക്ട്രോണുകളുമായി വേര്‍പെട്ടിരുന്നതും, അവ റേഡിയേഷന്റെ കണികകളായ ഫോട്ടോണുകളെ ‘കടത്തിവിടാതിരുന്നതുമായ’ അവസ്ഥയില്‍ പ്രപഞ്ചത്തിന്റെ ‘equivalent temperature’ ഏകദേശം 3000°K ആയിരുന്നിരിക്കണം. അതിന്റെ വെളിച്ചത്തില്‍ പ്രപഞ്ചം ഇന്നു് അന്നത്തേതില്‍ നിന്നും ആയിരം മടങ്ങു് വികസിച്ചിട്ടുണ്ടാവണം. ആയിരം മടങ്ങു് വികസിച്ചു എന്നാല്‍, രണ്ടു് മാതൃകാഗാലക്സികള്‍ തമ്മിലുള്ള ദൂരം ആയിരം മടങ്ങു് വര്‍ദ്ധിച്ചു എന്നു് മാത്രമാണര്‍ത്ഥം. ടെമ്പറേച്ചര്‍ കുറഞ്ഞതോടെ, അതുവരെ റേഡിയേഷനു് അതാര്യമായിരുന്ന പ്രപഞ്ചം റേഡിയേഷനു് (ഫോട്ടോണുകള്‍ക്കു്) സുതാര്യമായി മാറി.

ഒരു നിശ്ചിത വ്യാപ്തത്തിലെ ഫോട്ടോണുകളുടെ എണ്ണം ഊഷ്മാവിന്റെ ക്യുബിക്കിനും, അവയുടെ എനര്‍ജിസാന്ദ്രത (energy per litre) ഊഷ്മാവിന്റെ ക്വാര്‍ട്ടിക്കിനും (fourth power) അനുപാതത്തില്‍ വര്‍ദ്ധിക്കുമെന്നതിനാല്‍, ടെമ്പറേച്ചര്‍ ആയിരം മടങ്ങു് കൂടുതലായിരുന്നപ്പോള്‍ ഫോട്ടോണുകളുടെ എനര്‍ജി ഒരുലക്ഷംകോടി മടങ്ങു് കൂടുതലായിരുന്നിരിക്കണം. 3°K equivalent temperature-ല്‍ ഒരു ലിറ്ററില്‍ ഫോട്ടോണുകളുടെ അളവു് ഏകദേശം 550000 ആണു്. അപ്പോഴത്തെ ഫോട്ടോണിന്റെ ശരാശരി എനര്‍ജി 0,0007 electron volt മാത്രവും. ഇന്നത്തെ പ്രപഞ്ചത്തിലെ അണുകേന്ദ്രകണികകളുടെ (protons, neutrons) സാന്ദ്രതയുടെ അടിസ്ഥാനത്തില്‍, ഒരു അണുകേന്ദ്രകണികയ്ക്കു് പത്തു് കോടിക്കും രണ്ടായിരം കോടിക്കും ഇടയില്‍ എണ്ണം എന്ന അനുപാതത്തില്‍ ഫോട്ടോണുകള്‍ ഉണ്ടു്. ഈ അനുപാതം ശരാശരി നൂറുകോടി എന്നു് കരുതിയാല്‍ തന്നെയും, അണുകേന്ദ്രകണികകളുടെ പിണ്ഡത്തില്‍ അടങ്ങിയിരിക്കുന്ന എനര്‍ജി അന്നും ഇന്നും ഒന്നാവണമെന്നതിനാല്‍, ഉയര്‍ന്ന ടെമ്പറേച്ചര്‍ നിലനിന്നിരുന്ന സമയത്തു് ഫോട്ടോണുകളുടെ ആകെ എനര്‍ജി ദ്രവ്യകണികകളുടേതിനേക്കാള്‍ കൂടുതല്‍ ആയിരുന്നിരിക്കണം. E = mc² എന്ന ഐന്‍സ്റ്റൈന്റെ സമവാക്യപ്രകാരം, ഒരു അണുകേന്ദ്രകണികയുടെ എനര്‍ജി ഏകദേശം 939 MeV (million electron volts) ആണു്. അതായതു്, ഒരു ഫോട്ടോണിന്റെ എനര്‍ജി, അണുകേന്ദ്രകണികയുടെ എനര്‍ജിയുടെ നൂറുകോടിയില്‍ ഒന്നു്, അഥവാ ഏകദേശം ഒരു എലക്ട്രോണ്‍ വോള്‍ട്ട്‌, മാത്രമായിരുന്നാലും റേഡിയേഷന്‍ എനര്‍ജി ‘ദ്രവ്യഎനര്‍ജിയെ’ dominate ചെയ്യാന്‍ വേണ്ടത്ര അളവില്‍ ഉണ്ടായിരുന്നിരിക്കണം. പ്രപഞ്ചം വികസിക്കുകയും, ടെമ്പറേച്ചര്‍ താഴുകയും ചെയ്തപ്പോള്‍ ഈ അവസ്ഥ നേരെ തിരിച്ചാവുകയും ചെയ്തു. ഈ രണ്ടു് അവസ്ഥകളെ ശാസ്ത്രജ്ഞര്‍ energy dominated era, matter dominated era എന്നു് തരം തിരിക്കുന്നു. ഈ അവസ്ഥാമാറ്റവും, ആദ്യം സൂചിപ്പിച്ച സുതാര്യതയും ഏകദേശം ഒരേ സമയത്തു് സംഭവിച്ചിരിക്കാം എന്നു് വിശ്വസിക്കപ്പെടുന്നു.

ചുരുക്കത്തില്‍, റേഡിയേഷനു് സുതാര്യമാവുന്നതിനു് മുന്‍പു് പ്രപഞ്ചം, നിസ്സാരമായ ദ്രവ്യാംശം ഒഴിവാക്കിയാല്‍, മുഴുവന്‍ തന്നെ റേഡിയേഷനാല്‍ നിറഞ്ഞിരുന്നു. അന്നു് നിലനിന്നിരുന്ന അതിഭീമമായ എനര്‍ജിസാന്ദ്രത പ്രപഞ്ചവികാസം വഴി സംഭവിച്ച ഫോട്ടോണ്‍-തരംഗദൈര്‍ഘ്യത്തിലെ red shift വഴി നഷ്ടപ്പെട്ടു. പില്‍ക്കാലത്തു്, പ്രപഞ്ചത്തില്‍ അവശേഷിച്ച ദ്രവ്യാംശങ്ങളായ അണുകേന്ദ്രകണികകളും എലക്ട്രോണുകളും യോജിച്ചു് ദ്രവ്യമായി, നക്ഷത്രങ്ങളായി, കരയായി, കടലായി, ഏകകോശജീവികളായി, മനുഷ്യരായി…

അവലംബം:
1. First Three Minutes – Steven Weinberg
2. In search of Schroedinger’s Cat – John Gribbin
3. Im Anfang war der Wasserstoff – Hoimar von Ditfurth
4. Das Naturbild der Heutigen Physik – Werner Heisenberg

Advertisements
 
 

മുദ്രകള്‍: , , ,

‘Big-Bang’ – ചില അടിസ്ഥാന ശാസ്ത്രീയതകള്‍

‘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)

 
 

മുദ്രകള്‍: , ,

‘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)

 

മുദ്രകള്‍: , ,