ശനിയാഴ്‌ച, ഒക്‌ടോബർ 15, 2011

ശാസ്ത്രം ചരിത്രസന്ധിയില്‍ - മൂന്ന്: ഐന്‍സ്റ്റീന്‍ യുഗം


"Imagination is more important than knowledge. For while knowledge defines all we currently know and understand, imagination points to all we might yet discover and create."
-Albert Einstein

യന്ത്രവേഗത്തില്‍ പയറ്റാന്‍ കഴിവുള്ള
ചന്തു
ണ്ണിയെന്നോരാള്‍ അങ്കം കുറിക്കവേ;
ഫിത്സ്ഗെറാള്‍ഡിന്‍റെ സ
ങ്കോചമുണ്ടാകയാല്‍

പെട്ടെന്ന് ഘഡ്ഗം പരിചപോലായിപോല്‍.
-ജോര്‍ജ്ജ് ഗാമോ (ഒന്ന്, രണ്ട്, മൂന്ന്... അനന്തം)

ശാസ്ത്രചരിത്രത്തില്‍ വലിയൊരു വിപ്ലവമായെക്കാവുന്ന ഒരു പരീക്ഷണത്തിന്റെ പശ്ചാത്തലത്തില്‍ ശാസ്ത്രരിത്രത്തെ നോക്കിക്കാണാനുള്ള ഒരു ശ്രമത്തിന്റെ മൂന്നാമത്തെയും അവസാനത്തെയും ഭാഗമാണിത്. ആദ്യ രണ്ടുഭാഗങ്ങള്‍ ഇവയാണ്.


ജലതരംഗങ്ങള്‍ക്കും, ശബ്ദതരംഗങ്ങള്‍ക്കും സഞ്ചരിക്കാന്‍ ഒരു മാധ്യമം (medium) ആവശ്യമാണ്‌. ആതുകൊണ്ടുതന്നെ പ്രകാശത്തിനു തരംഗരൂപമാണെങ്കില്‍ അതു സഞ്ചരിക്കുന്ന മാധ്യമം ഏതു എന്നൊരു ചോദ്യം പത്തൊന്‍പതാം നൂറ്റാണ്ടിനോടുവില്‍ ഉയര്‍ന്നു. ഈ ചോദ്യത്തിനുത്തരമായി പ്രപഞ്ചമാകെ 'ഈതര്‍' എന്ന മാധ്യമം നിറഞ്ഞിരിക്കുന്നു എന്നൊരു സിദ്ധാന്തം ചില ശാസ്ത്രജ്ഞന്മാര്‍ മുന്നോട്ടു വെച്ചു. 'ഈതര്‍' കേവലമായ മാധ്യമമാത്രേ. ചലനത്തെക്കുറിച്ച് പഠിക്കുന്നതിനു നമുക്ക് ഒരു റെഫെറന്‍സ് ആവശ്യമാണ്‌. ഭൂമിയില്‍ ഉള്ള ചലനങ്ങള്‍ക്ക് നമുക്ക് ഭൂമിയെത്തന്നെ റെഫെറന്‍സ് ആയെടുക്കാം. എന്നാല്‍ ഭൂമി തന്നെയും വലിയ വേഗത്തില്‍ സൂര്യനെ ചുറ്റുന്നതിനാല്‍ ഇതു കേവലമായ റെഫെറന്‍സ് അല്ല, അതായത് നാം ഭൂമിയില്‍ അളക്കുന്ന വേഗം ഭൂമിക്കു ആപെക്ഷികമായത് മാത്രമാണ്. അതു ശരിയായ വേഗം അല്ല.  ഈതറിനെ ഈ കേവലമായ റെഫറന്‍സ് ആയി സങ്കല്‍പ്പിക്കുകയും, എല്ലാ ചലനങ്ങളും ഈ ഈതറിനു ആപേക്ഷികമായി നിരീക്ഷിക്കുകയും ചെയ്‌താല്‍ ലഭിക്കുക ശരിയായ ചലനസ്വഭാവമാണെന്ന് ക്ലാസിക്കല്‍ മെക്കാനിക്സ് നിരീക്ഷിച്ചു. അങ്ങനെയാണെങ്കില്‍ ഭൂമി സഞ്ചരിക്കുന്ന ദിശയ്ക്ക് വിപരീതമായി ഒരു 'ഈതര്‍ കാറ്റ്' ഭൂമിയിലുള്ളവര്‍ക്ക് ലഭിക്കണം.  എന്നാല്‍ മിക്കെല്‍സന്‍-മോര്‍ലി പരീക്ഷണം അങ്ങനെയൊന്നു സംഭവിക്കുന്നില്ല എന്ന് തെളിയിച്ചു. പ്രകാശം ഈതറിലൂടെയാണ് സഞ്ചരിക്കുന്നതെങ്കില്‍ ഭൂമി സഞ്ചരിക്കുന്ന ദിശയില്‍ അയക്കുന്ന പ്രകാശത്തിന്റെ വേഗം കുറയണം. എന്നാല്‍ അങ്ങനെ സംഭവിക്കുന്നില്ല. ഏതു ദിശയില്‍ അളന്നാലും പ്രകാശത്തിന്റെ വേഗം മൂന്നുലക്ഷം കിലോമീറ്റര്‍ തന്നെ ലഭിച്ചു. അതായത് ഈതറിനു ആപേക്ഷികമാണ് പരമമായ സത്യം എങ്കില്‍ ഭൂമിയില്‍ അളന്നാലും ഈതെറിനു ആപേക്ഷികമായ വേഗം കിട്ടണം. എന്നാല്‍ അതു സംഭവിക്കുന്നില്ല. നമുക്ക് കിട്ടുന്നത് ഭൂമിക്കു ആപേക്ഷികമായ വേഗം ആണ്. അതാണ്‌ നമ്മുടെ സത്യം. കേവലമായ (absolute) ഒന്നുമില്ല എന്ന സത്യത്തിലെക്കാണ് ഇതു  വിരല്‍ ചൂണ്ടിയതെങ്കിലും പാരമ്പര്യവാദികള്‍ അതു സമ്മതിച്ചില്ല. തുടര്‍ന്ന് 'ഫിത്സ്ഗെറാള്‍ഡ് സങ്കോചം' പോലുള്ള സിദ്ധാന്തങ്ങള്‍ മുന്നോട്ടു വന്നു. അതായത് ഈതറിനു ആപേക്ഷികമായി വസ്തു സഞ്ചരിച്ചാല്‍ സഞ്ചാരദിശയില്‍ വസ്തുവിന്റെ നീളം കുറയും. ആ നീളക്കുവ് കാരണം ആണ് മിക്കെല്‍സന്‍-മോര്‍ലി പരീക്ഷണത്തിനു അങ്ങനെ ഫലം ലഭിച്ചത് എന്നവര്‍ വാദിച്ചു. എന്നാല്‍ ശാസ്ത്രലോകത്തിനു ഇതു മതിയാവുമായിരുന്നില്ല. ഭൌതികശാസ്ത്രം അക്ഷരാര്‍ത്ഥത്തില്‍ വഴിമുട്ടി.




ശാസ്ത്രലോകത്തെ മുഴുവന്‍ ഞെട്ടിച്ചു കൊണ്ട് 1905 -ല്‍ ആല്‍ബര്‍ട്ട് ഐന്‍സ്റ്റീന്‍ എന്ന പേറ്റന്റ് ഓഫീസിലെ ഗുമസ്തന്‍ 'വിശിഷ്ട ആപേക്ഷികതാ സിദ്ധാന്തം' അവതരിപ്പിച്ചു കൊണ്ട് രംഗത്തേയ്ക്ക് വന്നു. ഈതര്‍ പോലെ കേവലമായ ഒരു റെഫെറന്‍സ് സാധ്യമല്ല എന്നതായിരുന്നു ഐന്‍സ്ടീന്റെ പ്രധാന വാദം. അതായത് കേവലമായത് ഒന്നുമില്ല. എല്ലാം ആപേക്ഷികമത്രേ. ഭൂമിയില്‍ നിന്ന് നാം കാണുന്ന പ്രപഞ്ചമാണ്‌ നമ്മുടെ സത്യം. സൂര്യനില്‍ നിന്ന് കണ്ടാല്‍ അതു സൂര്യനെ അപേക്ഷിച്ചുള്ള സത്യം. കേവലമായ സത്യം എന്നൊന്നില്ല.  ഭൌതികശാസ്ത്രത്തില്‍ മാത്രമല്ല, തത്വശാസ്ത്രത്തില്‍ പോലും നൂതന ചിന്തകള്‍ക്ക് ആപേക്ഷികതാ സിദ്ധാന്തം വഴി വെച്ചു.
നമ്മള്‍ ബസ്സിലിരിക്കുമ്പോള്‍ ബസ് സ്റ്റോപ്പില്‍  നില്‍ക്കുന്ന ആള്‍ പിന്നിലേക്ക്‌ പോകുന്നതായി നമുക്ക് തോന്നും. എന്നാല്‍ ബസ് സ്റ്റോപ്പില്‍ നില്‍ക്കുന്ന ആള്‍ക്ക് നാം മുന്നോട്ടു പോകുകയാണ്. ഇതില്‍ ബസ്സിലിരിക്കുന്ന നമ്മുടെ നിഗമനമാണോ, ബസ്സ്‌ സ്റ്റോപ്പില്‍ നില്‍ക്കുന്ന ആളുടെയാണോ നിഗമനമാണോ കൂടുതല്‍ ശരി? നാം പറയുക ബസ് സ്റ്റോപ്പില്‍ നില്‍ക്കുന്ന ആളുടെതാണ് ശരി എന്നതാകും. കാരണം ഭൂമി എന്ന കേവലമെന്നു നാം കരുതുന്ന റെഫെറന്സിനെ അടിസ്ഥാനമാക്കിയുള്ള നിരീക്ഷണം ആണ് നമുക്ക് ശരിയായ സത്യം. ഭൂമിക്കു ആപേക്ഷികമായി സഞ്ചരിക്കുന്ന ബസ്സിലിരിക്കുന്ന ആളുടെത് അത്രയ്ക്ക് ശരിയല്ല എന്നും നാം കരുതുന്നു. എന്നാല്‍ പ്രപഞ്ചത്തിന്റെ കാര്യം പറയുമ്പോള്‍ ഭൂമിയെ റെഫെറന്‍സ് ആയി എടുക്കാന്‍ കഴിയില്ല. കാരണം ഭൂമി വലിയ വേഗത്തില്‍ സഞ്ചരിച്ചു കൊണ്ടിരിക്കുകയാണ്. അതു കൊണ്ടാണ് ക്ലാസിക്കല്‍ മെക്കാനിക്ക്സ് 'ഈതര്‍' എന്ന ഇല്ലാത്ത മാധ്യമത്തില്‍ അഭയം പ്രാപിച്ചത്. എന്നാല്‍ ഐന്‍സ്റ്റീന്‍ ഇതിനെ ചോദ്യം ചെയ്തു. ഐന്‍സ്ടീന്റെ അഭിപ്രായത്തില്‍ ബസ്സ്‌ സ്റ്റോപ്പില്‍ നില്‍ക്കുന്നയാള്‍ പുറകോട്ടു നീങ്ങുന്നു എന്നതാണ് ബസ്സിലിരിക്കുന്നയാളുടെ സത്യം. ബസ്സിനോപ്പം  ബസ്സിലിരിക്കുന്നയാള്‍ മുന്നോട്ടു നീങ്ങുന്നു എന്നുള്ളതാണ് ബസ്സ്‌ സ്റ്റോപ്പില്‍ നില്‍ക്കുന്നയാളുടെ  സത്യം. ഇതില്‍ ഏതു സത്യമാണ് കൂടുതല്‍ ശരി എന്നൊന്നില്ല. രണ്ട് നിരീക്ഷണങ്ങളും ഒരുപോലെ ശരിയാണ്. ഇതേ ആശയം തന്നെ നമുക്ക് പ്രപഞ്ചത്തിന്റെ കാര്യത്തിലും പ്രയോഗിക്കാം. എന്നാല്‍ ഭൂമിയില്‍ ജീവിക്കുന്ന, ഭൂമിയെ റെഫെറന്‍സ് ആയി കണ്ട് ജീവിച്ച ചെറിയ മനസുള്ള മനുഷ്യര്‍ക്ക്‌ ഉള്‍ക്കൊള്ളാന്‍ കഴിയുന്ന ഒന്നായിരുന്നില്ല ഐന്‍സ്റ്റീന്‍ എന്ന മഹാപ്രതിഭയുടെ ഈ വിശാലമായ ആശയം. ഐന്‍സ്ടീന്റെ മരണശേഷവും ആപേക്ഷികതാ സിദ്ധാന്തം ബോധ്യം വരാത്ത ഭൌതികശാസ്ത്രജ്ഞന്മാരുടെ എണ്ണം വലുതാണ്‌. എന്നാല്‍ ഓരോ നിരീക്ഷണങ്ങളും ഐന്‍സ്ട്ടീനെ കൂടുതല്‍ ശരിവെച്ചുകൊണ്ടിരുന്നു. പലരും കരുതുന്ന പോലെ ആപേക്ഷികതാ സിദ്ധാന്തത്തിനല്ല ഐന്‍സ്ടീനു നോബല്‍ സമ്മാനം കിട്ടിയത്. മറിച്ചു ഫോട്ടോ ഇലക്ട്രിക്ക് പ്രഭാവത്തിന് വിശദീകരണം നല്‍കിയതിനാണ്. ഇതിന്റെ മറവില്‍ ഒരു വലിയ അനീതിയെ നാം കാണാതെ പോകരുത്. ഗാന്ധിജിക്ക് സമാധാനത്തിനുള്ള നോബല്‍ സമ്മാനം കിട്ടിയില്ല എന്നതിന് തുല്യമത്രേ ആപേക്ഷികതാ സിദ്ധാന്തത്തിനുള്ള ഈ സമ്മാനനിഷേധവും. ഐന്‍സ്ട്ടീന്റെ മരണം വരെ അദ്ദേഹത്തിന്റെ ആപേക്ഷികത സിദ്ധാന്തം എന്തെന്ന് മനസിലാക്കാന്‍ നോബല്‍ സമ്മാനം കൊടുക്കുന്നവര്‍ക്ക് കഴിഞ്ഞില്ല എന്നും വേണമെങ്കില്‍ പറയാം. 

 
പ്രകാശത്തിന്റെ വേഗത്തിന് ശാസ്ത്രചരിത്രത്തില്‍ ഉള്ള പ്രാധാന്യത്തെപ്പറ്റി മുന്‍പ് സൂചിപ്പിച്ചിരുന്നു. പ്രകാശവേഗമാണ് പ്രപഞ്ചത്തില്‍ സാധ്യമായ ഏറ്റവും വലിയ വേഗം എന്ന നിഗമനമാണ് ഐന്‍സ്ടീന്റെ ആപേക്ഷികതാ സിദ്ധാന്തത്തിന്റെ അടിസ്ഥാനം. ഈ ഒരു ആശയം ഉപയോഗിച്ചാണ് അദ്ദേഹം തന്റെ സിദ്ധാന്തം വികസിപ്പിച്ചത്. ആപേക്ഷിക പ്രവേഗത്തെക്കുറിച്ചു (Relative Velocity) അറിയുമല്ലോ. മണിക്കൂറില്‍ ഇരുപതു കിലോമീറ്ററില്‍ സഞ്ചരിക്കുന്ന ഒരാളെ അപേക്ഷിച്ച്, അതേ ദിശയില്‍ മുപ്പതു കിലോമീറ്റര്‍ വേഗത്തില്‍ സഞ്ചരിക്കുന്നയാളുടെ ആപേക്ഷിക പ്രവേഗം പത്ത് കിലോമീറ്റര്‍ ആയിരുക്കും. എന്ന രണ്ടാമത്തെയാള്‍ എതിര്‍ദിശയിലാണ് സഞ്ചരിക്കുന്നതെങ്കില്‍ അയാള്‍ അമ്പതു കിലോമീറ്റര്‍ വേഗത്തില്‍ ആകും സഞ്ചരിക്കുക. ഭൂമിക്കടുത്തു കൂടി സെക്കണ്ടില്‍ രണ്ട് ലക്ഷം കിലോമീറ്റര്‍ സഞ്ചരിക്കുന്ന ഒരു ബഹിരാകാശ നൌകയെ സങ്കല്‍പ്പിക്കുക. അതിന്റെ സഞ്ചാരത്തിന്റെ അതേ ദിശയില്‍ അതിനകത്ത് സഞ്ചരിക്കുന്ന പ്രകാശത്തിനു ഭൂമിയിലുള്ള ആള്‍ അളക്കുന്ന വേഗം, ക്ലാസിക്കല്‍ മെക്കാനിക്ക്സ് അനുസരിച്ച്  സെക്കണ്ടില്‍ അഞ്ചുലക്ഷം കിലോമീറ്റര്‍ ആകും (3 lakh km/s + 2 lakh km/s). എന്നാല്‍ നൌകയുടെ സഞ്ചാരത്തിന്റെ എതിര്‍ദിശയില്‍ ആണ് പ്രകാശത്തിന്റെ സഞ്ചാരം എങ്കില്‍ ഭൂമിയിലുള്ള ആള്‍ അളക്കുമ്പോള്‍ അതു സെക്കണ്ടില്‍ ഒരു ലക്ഷം കിലോമീറ്റര്‍ ആവണം (3 lakh km/s - 2 lakh km/s). എന്നാല്‍ ഐന്‍സ്ടീന്റെ സിദ്ധാന്തപ്രകാരം ഏതു നിരീക്ഷകന്‍ ഏതു വീക്ഷണ കോണില്‍ നിന്ന് അളന്നാലും പ്രകാശത്തിന്റെ വേഗം ഒന്ന് തന്നെയായിരിക്കും. സെക്കണ്ടില്‍ മൂന്ന് ലക്ഷം കിലോമീറ്റര്‍. അതു മാറില്ല. അതായത് മുകളില്‍ പറഞ്ഞ രണ്ട് അവസരത്തിലും ഭൂമിയില്‍ നിന്ന് നാം അളക്കുന്ന പ്രകാശവേഗം ഒന്ന് തന്നെയായിരിക്കും. ഇതാണ് ആപേക്ഷികതാ സിദ്ധാന്തവും ക്ലാസിക്കല്‍ മെക്കാനിക്സും തമ്മിലുള്ള അടിസ്ഥാന വ്യത്യാസം. ക്ലാസിക്കല്‍ മെക്കാനിക്സിന്റെ വക്താക്കള്‍ക്കു ഈ സിദ്ധാന്തം ദാഹിക്കാത്തത്തിന്റെ കാരണം മനസിലായിക്കാണുമല്ലോ. നമ്മുടെ സാമാന്യ യുക്തിക്ക് നിരക്കുന്നതല്ല ഐന്‍സ്ടീന്റെ ഈ നിരീക്ഷണം. മനുഷ്യര്‍ ജീവിതകാലം കൊണ്ട് സ്വരൂപിക്കുന്ന മുന്‍വിധികളാണ് സാമാന്യയുക്തി എന്ന് ഐന്‍സ്റീന്‍ പറഞ്ഞത് ഈ അവസരത്തിലാണ് പ്രസക്തമാകുന്നത്.

ശാസ്ത്രത്തിനു രണ്ട് രീതികളാണ് ഉള്ളത്. 

ഒന്ന്) പരീക്ഷണഫലത്തിന്റെ  അടിസ്ഥാനത്തില്‍ സിദ്ധാന്തങ്ങള്‍ രൂപീകരിക്കുക.


രണ്ട്) ഒരു സങ്കല്‍പ്പത്തിന്റെ (hypothesis) അടിസ്ഥാനത്തില്‍ സിദ്ധാന്തം രൂപീകരിക്കുക. അതു നല്‍കുന്ന ഫലങ്ങള്‍ പരീക്ഷണം നടത്തി സാധൂകരിക്കുക.

ഇതില്‍ രണ്ടാമത്തെ രീതിയാണ് ഐന്‍സ്റീന്‍ ഉപയോഗിച്ചത്. 'പ്രകാശവേഗമാണ് പ്രപഞ്ചത്തില്‍ എത്തിച്ചേരാന്‍ കഴിയുന്ന ഏറ്റവും വലിയ വേഗം' എന്ന ഐന്‍സ്ടീന്റെ സങ്കല്‍പം അദ്ദേഹത്തിനു തെളിച്ചു കൊടുത്ത വഴികള്‍  മുന്‍പൊരു ശാസ്ത്രകാരനും സങ്കല്‍പ്പിക്കാന്‍ പോലും കഴിയാതിരുന്നവയാണ്. ഈ സങ്കല്പം ഉപയോഗിച്ച് അദ്ദേഹം നിഷ്പ്രയാസം
'ഫിത്സ്ഗെറാള്‍ഡ് സങ്കോചം' വിശദീകരിച്ചു. അദ്ദേഹത്തിന്റെ ഏറ്റവും വലിയ സംഭാവന ഇതൊന്നുമല്ല. അതുവരെ പ്രപഞ്ചത്തിനു മൂന്ന് മാനങ്ങള്‍ (dimensions) ഉണ്ട് എന്നാണ് കരുതിയിരുന്നത്. നീളം (x), വീതി(y), പൊക്കം(z) എന്നിങ്ങനെ സ്ഥലത്തിന്റെതായിരുന്നു(space) ഈ മൂന്ന് മാനങ്ങളും. എന്നാല്‍ നാം ജീവിക്കുന്നത് പ്രപഞ്ചത്തില്‍ മാനങ്ങള്‍ മൂന്നല്ല, നാലാണ് എന്ന് ഐസ്ന്ടീന്‍ പറഞ്ഞു. കാലം (time, t) ആണ് ആ നാലാമത്തെ മാനം. അതുവരെ കാലം കേവലമായ ഒരു സംഗതിയായാണ് മനുഷ്യര്‍ കരുതിയിരുന്നത്. കാലം ഒന്നിനും പിടികൊടുക്കാതെ ശാന്തമായും സ്ഥിരമായും ഒഴുകിക്കൊണ്ടിരിക്കുന്നു എന്ന് നാം കരുതി. എന്നാല്‍ അങ്ങനെയല്ല എന്നും, സ്ഥലത്തെപ്പോലെ കാലവും ആപേക്ഷികമാണ് എന്നദ്ദേഹം സിദ്ധാന്തിച്ചു. ഐന്‍സ്ടീന്റെ അഭിപ്രായത്തില്‍ കേവലമായ ഒരു സംഗതിയെ ഉള്ളൂ, അതു പ്രകാശത്തിന്റെ വേഗമാണ്. ബാക്കിയെല്ലാം ആപേക്ഷികമാണ്.
നാം നേരത്തെ കണ്ട ആകാശ നൌകയിലെയ്ക്ക് തിരിച്ചു പോകാം. അതു പ്രകാശത്തോടടുത്ത വേഗതയില്‍ ഭൂമിയുടെ അടുത്തുകൂടി സഞ്ചരിക്കുകയാണ് എന്ന് കരുതുക. അപ്പോള്‍ ആപേക്ഷികതാ സിദ്ധാന്തപ്രകാരം അതിനകത്തുള്ള ഒരു വസ്തുവിനെ നിരീക്ഷിക്കുന്ന ഭൂമിയിലുള്ള ശാസ്ത്രഞ്ജന്‍ കാണുന്ന കാര്യങ്ങള്‍ ഇവയാകും.

ഒന്ന്‍) നൌകയുടെ വേഗം കൂടുന്തോറും വസ്തുവിന്റെ പിണ്ഡം(mass) വര്‍ധിക്കുന്നു. വേഗം പ്രകാശവേഗതിലെത്തുമ്പോള്‍ പിണ്ഡം അനന്തമാകും.

രണ്ട്) നൌകയുടെ സഞ്ചാര
ദിശയില്‍ വസ്തുവിന്റെ നീളം കുറയും. പ്രകാശവേഗത്തില്‍ ഈ നീളം പൂജ്യമാകും.

മൂന്ന്) നൌകയ്ക്കുള്ളില്‍ ക്ലോക്ക് പതുക്കെ ചലിക്കുന്നതായി അനുഭവപ്പെടും. അതായത് ഭൂമിയിലിരിക്കുന്ന ക്ലോക്കിനെ അപേക്ഷിച്ച് സെക്കണ്ടിന്റെ ദൈര്‍ഘ്യം വര്‍ദ്ധിക്കും. പ്രകാശവേഗത്തില്‍ ക്ലോക്ക് നിശ്ചലമാകും.

ഇതു ഭൂമിയിലെ നിരീക്ഷകനെ അപേക്ഷിച്ച് ശരിയാണ്. എന്നാല്‍ നൌകയിരിക്കുന്ന ഒരാളെ സംബന്ധിച്ച് ഇങ്ങനെയൊന്നും സംഭവിക്കില്ല. അതു അയാളുടെ ശരി. ഇതിലേതാണ് കൂടുതല്‍ ശരി എന്ന് പറയാന്‍ കഴിയില്ല.  അസാധ്യമെന്നു തോന്നുന്ന ഈ നിഗമനങ്ങളിലാണ് ഐന്‍സ്റീന്‍ എത്തിച്ചേര്‍ന്നത്‌. എന്നാല്‍ പിന്നീടു നടന്ന പരീക്ഷണങ്ങളെല്ലാം ഐന്‍സ്ടീന്റെ നിഗമനങ്ങളെ ശരി
വെക്കുന്നവയായിരുന്നു. പ്രകാശവേഗവുമായി താരതമ്യം ചെയ്യാന്‍ കഴിയുന്ന വേഗങ്ങളില്‍ മാത്രമേ ഈ ഫലങ്ങള്‍ അനുഭവപ്പെടൂ. നമ്മുടെ സാധാരണ വേഗങ്ങളില്‍ ഈ ഫലങ്ങള്‍ അളക്കാന്‍ കഴിയാത്ത വിധം ചെറുതായിരിക്കും. ചെറിയ വേഗങ്ങളില്‍ ആപേക്ഷികത സിദ്ധാന്തം ക്ലാസിക്കല്‍ മെക്കാനിക്സ് ആയി രൂപപ്പെടുന്നു അഥവാ നമ്മുടെ നിത്യ ജീവിതത്തെ വിശദീകരിക്കാന്‍ ക്ലാസിക്കല്‍ മെക്കാനിക്സ് പര്യാപ്തമാണ്. 

മുകളില്‍ പറഞ്ഞ വിശിഷ്ട ആപേക്ഷികതാ സിദ്ധാന്തത്തില്‍  നിശ്ചലമായതോ ഒരേ പ്രവേഗത്തില്‍ സഞ്ചരിക്കുന്നവയോ ആയ റെഫെറന്‍സുകളാണ് ഉള്‍പ്പെട്ടത്. ഐന്‍സ്ടീന്റെ സാമാന്യ ആപേക്ഷികതാ സിദ്ധാന്തം ത്വരണം(acceleration) ചെയ്യപ്പെട്ടുകൊണ്ടിരിക്കുന്ന റെഫെറന്സുകളെയും ഗുരുത്വാകര്‍ഷനത്തെയും ഉള്‍ക്കൊള്ളുന്നു. ഭാരമുള്ള വസ്തുക്കള്‍ സ്പെയ്സില്‍ ഉണ്ടാക്കുന്ന കര്‍വുകളാണ് ഗുരുത്വാകര്‍ഷമായി അനുഭപ്പെടുന്നതെന്ന് ഐന്‍സ്റീന്‍ പറയഞ്ഞു. പിണ്ടത്തേയും ഊര്‍ജ്ജത്തെയും പരസ്പരം മാറ്റാമെന്ന് അദ്ദേഹം കണ്ടെത്തി. അതിനെ സൂചിപ്പിക്കുന്നതാണ് E = mc^2 എന്ന അദ്ദേഹത്തിന്റെ പ്രശസ്തമായ സമവാക്യം. ഇതില്‍ 'E' ഊര്‍ജ്ജത്തെയും,  'm'  പിണ്ടത്തെയും സൂചിപ്പിക്കുന്നു. 'c' പ്രകാശവേഗമാണ്.

ഫോട്ടോ ഇലക്ട്രിക്‌ എഫക്റ്റ് വിശദീകരിക്കാനാവാതെ തരംഗസിദ്ധാന്തം കുഴങ്ങിനിന്നപ്പോള്‍ അവിടെയും രക്ഷകനായത് ഐന്‍സ്ടീനാണ്. തരംഗങ്ങളുടെയും കണികയുടേയും സ്വഭാവമുള്ള പാക്കറ്റുളായാണ് (ദ്വൈതസ്വഭാവം, Dual Nature)  ഊര്‍ജ്ജം നിലകൊള്ളുന്നത് എന്ന് അദ്ദേഹം വിശദീകരിച്ചു. അദ്ദേഹത്തിന്റെ ഈ വിശദീകരണമാണ് ക്വാണ്ടം സിദ്ധാന്തത്തിനു അടിസ്ഥാനമായത്. ഈ പാക്കറ്റുകള്‍ പിന്നീട് 'ക്വാണ്ടം' (Quantum) എന്ന പേരില്‍ അറിയപ്പെട്ടു. കൂടുതല്‍ മൌലിക കണങ്ങള്‍ കണ്ടു പിടിക്കപ്പെട്ടു. വെര്‍ണര്‍ ഹൈസന്‍ബെര്‍ഗ് 'Uncerainity Principle' മുന്നോട്ടു വെച്ചു. അതനുസരിച്ച് പദാര്‍ത്ഥത്തിനും കണികകളുടെയും തരംഗങ്ങളുടെയും സ്വഭാവമാണെന്ന് വന്നു. എന്നാല്‍ ഐന്‍സ്റീന്‍ ഇതിനോട് യോജിച്ചില്ല. 'ദൈവം പകിട കളിക്കാറില്ല' എന്ന പ്രശസ്തമായ വാചകം അദ്ദേഹം ഈ അവസരത്തിലാണ് പറഞ്ഞത്. 'ദൈവം പകിട വെച്ച് എന്ത് ചെയ്യണം എന്ന് ആരും പഠിപ്പിക്കണ്ട' എന്നാണ് നീല്‍സ് ബോര്‍ തിരിച്ചടിച്ചത്. വര്‍ഷങ്ങള്‍ക്കു ശേഷം ഐന്‍സ്റീന്‍ തന്റെ തെറ്റ് തിരുത്തുകയും ക്വാണ്ടം സിദ്ധാന്തത്തെ അംഗീകരിക്കുകയും ചെയ്തു. സൂക്ഷ്മ പ്രപഞ്ചത്തെ ക്വാണ്ടം സിദ്ധാന്തം വിശദീകരിച്ചപ്പോള്‍ സ്ഥൂല പ്രപഞ്ചത്തെ ആപേക്ഷികതാ സിദ്ധാന്തം വിശദീകരിച്ചു. ഊര്‍ജ്ജവും പിണ്ഡവും ദ്വൈതസ്വഭാവമുള്ളതാണ് എന്നും അവ പരസ്പരം രൂപമാറ്റം നടത്താന്‍ കഴിയും എന്നും നാം മനസിലാക്കി.
ക്വാണ്ടം സിദ്ധാന്തത്തെയും ആപേക്ഷികതാ സിദ്ധാന്തത്തെയും ഒരുമിപ്പിച്ചു പ്രപഞ്ചത്തെ വിശദീകരിക്കുന്ന ഒറ്റ സിദ്ധാന്തത്തിന്റെ (Theory of Everything, TOE) രൂപീകരണത്തിനുള്ള വന്‍ശ്രമങ്ങള്‍ക്ക് ഇരുപതാം നൂറ്റാണ്ടിന്റെ രണ്ടാം പകുതി സാക്ഷ്യം വഹിച്ചു. ഐന്‍സ്റീന്‍ തന്റെ ജീവിതത്തിലെ അവസാനത്തെ ഇരുപത്തഞ്ചു വര്‍ഷങ്ങള്‍ ശ്രമിച്ചിട്ട് നേടാന്‍ കഴിയാത്ത ലക്ഷ്യമാണ്‌ ഈ സിദ്ധാന്തം എന്ന് മനസിലാക്കുമ്പോഴേ ഈ ശ്രമത്തിന്റെ കാഠിന്യം മനസിലാവുകയുള്ളൂ. സ്റ്റീഫന്‍ ഹോക്കിങ്ങിനെപ്പോലെ പലരും തങ്ങളുടെ ജീവിതം തന്നെ ഈ സിദ്ധാന്തത്തിനു വേണ്ടി സമര്‍പ്പിച്ചവരാണ് എന്നറിയുക. ബലം അടിസ്ഥാനപരമായി നാല് തരത്തിലാണ്.

൧) വൈദ്യുത കാന്തിക ബലം
൨) സ്ട്രോങ്ങ്‌ ഫോഴ്സ്
൩) വീക്ക് ഫോഴ്സ്
൪) ഗുരുത്വാകര്‍ഷണ ബലം

ഇതില്‍ ആദ്യത്തെ മൂന്ന് ബലങ്ങളെയും ഒന്നിപ്പിക്കാന്‍ ഭൌതികശാസ്ത്രത്തിന് കഴിഞ്ഞു. എന്നാല്‍ ഗുരുത്വാകര്‍ഷണ ബലം പിടിതരാതെ മാറി നില്‍ക്കുന്നു. പ്രപഞ്ച ചലനത്തില്‍ വലിയ പങ്ക് വഹിക്കുന്നെങ്കില്‍ക്കൂടി തീരെ ചെറിയ മേഖലകളില്‍ ഈ ബലം വളരെ ദുര്‍ബലമാണ്. ഉദാഹരണത്തിന് ഒരു ചെറിയ കാന്തത്തിന് ആണിയെ ഉയര്‍ത്താന്‍ കഴിയും. ഇവിടെ ഭൂമി മുഴുവന്‍ പ്രയോഗിക്കുന്ന ആകര്‍ഷണത്തെ തോല്‍പ്പിക്കുകയാണ് ആ ചെറിയ കാന്തത്തിന്റെ കാന്തികബലം. അതുകൊണ്ടുതന്നെ സൂക്ഷ്മപ്രപഞ്ചത്തെ ഭരിക്കുന്ന ക്വാണ്ടം സിദ്ധാന്തത്തില്‍ ഗുരുത്വാകര്‍ഷണത്തെ ഉള്‍പ്പെടുത്താന്‍ കഴിഞ്ഞിട്ടില്ല. 'സ്ട്രിംഗ് തിയറി' പോലെ ധാരാളം സിദ്ധാന്തങ്ങള്‍ ഇതിനുള്ള ശ്രമത്തിലാണ്.

ഈ അവസരത്തിലാണ് മൌലികകണങ്ങളെയും സൂക്ഷ്മപ്രപഞ്ചത്തെയും അതുവഴി പ്രപഞ്ചത്തിന്റെ ആരംഭത്തെയും പറ്റി പഠിക്കാന്‍ 'ലാര്‍ജ് ഹാട്രോണ്‍ കോള്ളയ്ഡര്‍' എന്ന ഉപകരണം നിര്‍മ്മിക്കപ്പെടുന്നത്. അതില്‍ വളരെ അപ്രതീക്ഷിതമായി ന്യൂട്രിനോ കണം പ്രകാശത്തെക്കാള്‍ വേഗത്തില്‍ സഞ്ചരിച്ചു എന്നൊരു നിരീക്ഷണം ശാസ്ത്രജ്ഞന്മാര്‍ നടത്തുന്നു. എന്നാല്‍  ഇതവര്‍ക്ക് വിശ്വസിക്കാന്‍ കഴിഞ്ഞില്ല. കുറച്ചു വര്‍ഷങ്ങള്‍ക്കു മുന്‍പ് ജപ്പാനില്‍ ഇങ്ങനൊരു നിരീക്ഷണം നടക്കുകയും എന്നാല്‍ അതു നിരീക്ഷത്തിലെ പിഴവാണ്  എന്ന് തെളിയുകയും ചെയ്ത കാര്യം അവരുടെ മനസ്സില്‍ ഉണ്ടായിരുന്നു. അതുകൊണ്ടു ഈ പരീക്ഷണം പതിനയ്യായിരത്തോളം പ്രാവശ്യം ആവര്‍ത്തിക്കപ്പെട്ടു. എന്നാല്‍ അപ്പോഴും അവര്‍ക്ക് ഇതേ ഫലം തന്നെ ലഭിച്ചു. ഇതിനെത്തുടര്‍ന്ന് ലോകത്തിന്റെ വിവിധ ഭാഗത്തുള്ള ശാസ്ത്രകാരന്മാര്‍ക്ക് പഠിക്കുന്നതിനായി ഈ പരീക്ഷവിദാംശങ്ങള്‍  അവര്‍ പ്രസിദ്ധീകരിക്കുയാണ്. അപ്പോള്‍ സ്വാഭാവികമായും ഉയരുന്ന ചോദ്യം ഇതാണ്. പ്രകാശത്തെക്കാള്‍ വേഗത്തില്‍ ന്യൂട്രിനോ സഞ്ചരിച്ചാല്‍ എന്താണ് കുഴപ്പം? അതിനുള്ള ഉത്തരം നേരത്തെ പറഞ്ഞ മൂന്ന് കാര്യങ്ങളില്‍ ഉണ്ട്.

൧) വസ്തുവിന്റെ വേഗം പ്രകാശവേഗത്തോടടുക്കുമ്പോള്‍ ആപേക്ഷികതാ സിദ്ധാന്തപ്രകാരം അതിന്റെ പിണ്ഡം അനന്തതയിലേയ്ക്ക് വര്‍ദ്ധിക്കാന്‍ തുടങ്ങും. അങ്ങനെയുള്ള വസ്തുവിന് കൂടുതല്‍ ത്വരണം (acceleration) നല്‍കി വേഗം പ്രകാശവേഗത്തില്‍ എത്തിക്കാനുള്ള ബലം നല്‍കുക സാധ്യമല്ല. അതുകൊണ്ടുതന്നെ, പ്രകാവേഗത്തിലെന്നല്ല ആ വേഗത്തിനടുത്തെത്താന്‍ പോലും വസ്തുക്കള്‍ക്ക് കഴിയില്ല. പ്രകാശത്തെക്കാള്‍ വേഗത്തിലുള്ള ചലനത്തെക്കുറിച്ച് പിന്നെ പറയണ്ടല്ലോ.

൨) പ്രകാശവേഗത്തോടടുക്കുമ്പോള്‍ സഞ്ചാരദിശയില്‍ വസ്തുവിന്റെ നീളം കുറയാന്‍ തുടങ്ങാം. പ്രകാശവേഗത്തില്‍ നീളം പൂജ്യമായി മാറും. പ്രകാശത്തെക്കാള്‍ വേഗത്തില്‍ സഞ്ചരിച്ചാല്‍ നീളം 'imaginary' സംഖ്യ ആയി മാറും. എന്നാല്‍ ഇതു അനുവദനീയമല്ല.

൩) എന്നാല്‍ ഏറ്റവും വിചിത്രമായ കാര്യം ഇനി പറയുന്നതാണ്. പ്രകാശവേഗത്തില്‍ സമയം നിശ്ചലമാകും. പ്രകാശത്തെക്കാള്‍ വേഗത്തില്‍ സഞ്ചരിച്ചാല്‍ സമയം പുറകോട്ടു സഞ്ചരിക്കാന്‍ തുടങ്ങും. കാര്യവും കാരണവും തമ്മിലുള്ള ബന്ധം പോലും തലകീഴാവും. ഇതു  സമയസഞ്ചാരം പോലുള്ള
ധാരാളം ഭാവനകള്‍ക്ക് ചിറകുമുളപ്പിച്ചിട്ടുണ്ടെങ്കിലും ആപേക്ഷികതാ സിദ്ധാന്തത്തിനു ഇതു അംഗീകരിക്കാന്‍ കഴിയുന്നതല്ല. (മലയാളിയായ പ്രശസ്ത ശാസ്ത്രജ്ഞന്‍ ഈ.സി.ജി. സുദര്‍ശനന്‍ പ്രകാശത്തെക്കാള്‍ വേഗത്തില്‍ സഞ്ചരിക്കുന്ന 'ടാക്കിയോണ്‍' എന്ന കണത്തെപ്പറ്റി പ്രവചിച്ചിട്ടുണ്ടെങ്കിലും ഇതു ഇതുവരെ കണ്ടുപിടിക്കപ്പെട്ടിട്ടില്ല.)



ശോഭയെന്നൊരു കന്യ പ്രകാശത്തെക്കാളൊ-
ട്ടേറെ വേഗത്തില്‍ യാത്ര ചെയ്യുമായിരുന്നത്രേ
രു നാളവള്‍ ഐന്‍സ്റ്റീന്‍ രീതിയില്‍ പുറപ്പെട്ടാള്‍
തിരിച്ചു വീടെത്തിനാളത്ഭുതം , തലേ രാവില്‍ ..

 -ജോര്‍ജ്ജ് ഗാമോ (ഒന്ന്, രണ്ട്, മൂന്ന്... അനന്തം)

മേല്‍പ്പറഞ്ഞ കാരണങ്ങള്‍ കൊണ്ടുതന്നെ പ്രകാശത്തെക്കാള്‍ കൂടുതല്‍ വേഗത്തിലുള്ള സഞ്ചാരം ആപേക്ഷികതാ സിദ്ധാന്തത്തിനു അംഗീകരിക്കാന്‍ കഴിയില്ല. അങ്ങനെ ന്യൂട്രീണോ സഞ്ചരിച്ചു എന്ന് തെളിഞ്ഞാല്‍ അതു ശാസ്ത്ര ചരിത്രത്തിലെ വലിയൊരു വിപ്ലവമാകുന്നത് അതുകൊണ്ടാണ്. അതു വിശദീകരിക്കാന്‍ ആപേക്ഷികതാ സിദ്ധാന്തം മതിയാകില്ല. അതു ആപേക്ഷികതാ സിദ്ധാന്തത്തെക്കാള്‍ മെച്ചപ്പെട്ട ഒരു സിദ്ധാന്തത്തിന്റെ ആവശ്യകതയിലേക്ക് വഴിചൂണ്ടും. അല്ലെങ്കില്‍ ആപേക്ഷികതാ സിദ്ധാന്തത്തെ പരിഷ്കരിക്കേണ്ടി വരും. രണ്ടായാലും ഐന്‍സ്ടീനെക്കാള്‍ വലിയൊരു പ്രതിഭയ്ക്കേ അതിനു കഴിയൂ. കാരണം മനുഷ്യന്‍ ഇതുവരെ രൂപീകരിച്ചതില്‍ വെച്ച് ഏറ്റവും ഭാവനാസമ്പന്നവും മഹാത്തായതുമായ സിദ്ധാന്തമാത്രേ ആപേക്ഷികതാ സിദ്ധാന്തം. എന്നാല്‍ തെറ്റാണെന്ന് തെളിയുന്നത് വരെയേ ഏതൊരു മഹത്തായ സിദ്ധാന്തത്തിനും ആയുസ്സുള്ളൂ. അതാണ് ശാസ്ത്രത്തിന്റെ രീതിയും അതിന്റെ വിജയവും. അങ്ങനെ ഒരു സിദ്ധാന്തം രൂപീകരിക്കപ്പെട്ടാല്‍ അതു പ്രപഞ്ചത്തിലെ എല്ലാ പ്രതിഭാസങ്ങളേയും വിശദീകരിക്കാന്‍ പ്രാപ്തമായ "Theory of Everything"-ന്‍റെ രൂപീകരണത്തിന് വഴിവേക്കാം. എന്തായാലും ആത്യന്തികമായി ശാസ്ത്രം വിജയിക്കുക തന്നെ ചെയ്യും, മനുഷ്യനും...
  
പ്രപഞ്ചത്തെക്കുറിച്ചുള്ള തന്റെ കാഴ്ചപ്പാടില്‍ ഉറച്ചു നിന്നതിന്റെ പേരില്‍ രക്തസാക്ഷിയാകേണ്ടി വന്ന ബ്രുണോ എന്ന മഹാശാസ്ത്രകാരന്റെ ഓര്‍മ്മയ്ക്ക്‌ മുന്നില്‍ ഈ എളിയ ശ്രമം സമര്‍പ്പിക്കുന്നു.

You can cut all the flowers. But you cannot keep spring from coming.
-Pablo Neruda

ശുഭം! 
മംഗളം! 
അനൂപ്‌ കിളിമാനൂര്‍

കടപ്പാട്:
ആല്‍ബര്‍ട്ട് ഐന്‍സ്റ്റീന്‍
പ്രപഞ്ച രേഖ - എം.പി. പരമേശ്വരന്‍
ഒന്ന്, രണ്ട്, മൂന്ന്... അനന്തം - ജോര്‍ജ്ജ് ഗാമോ
സമയത്തിന്റെ സംക്ഷിപ്തചരിത്രം - സ്റ്റീഫന്‍ ഹോക്കിംഗ് 
വിക്കിപ്പീഡിയ   
കേരള ശാസ്ത്രസാഹിത്യ പരിഷത്ത്
യുറീക്ക, ശാസ്ത്രകേരളം, ശാസ്ത്രഗതി
ഗൂഗിള്‍
ഹരിസാര്‍, ബിലഹരിസാര്‍ 
എന്‍റെ എല്ലാ അദ്ധ്യാപകര്‍ക്കും

പിന്നെ താങ്കള്‍ക്കും...
 
 പ്രകാശത്തെക്കാള്‍ വേഗത്തില്‍ ന്യൂടീനോ: ശാസ്ത്രം ചരിത്രസന്ധിയില്‍ - ഒന്ന് 

9 അഭിപ്രായങ്ങൾ:

  1. ശാസ്ത്രചരിത്രത്തില്‍ വലിയൊരു വിപ്ലവമായെക്കാവുന്ന ഒരു പരീക്ഷണത്തിന്റെ പശ്ചാത്തലത്തില്‍ ശാസ്ത്രചരിത്രത്തെ നോക്കിക്കാണാനുള്ള ഒരു ശ്രമത്തിന്റെ മൂന്നാമത്തെയും അവസാനത്തെയും ഭാഗമാണിത്. ആദ്യ രണ്ടുഭാഗങ്ങള്‍ ഇവയാണ്.

    മറുപടിഇല്ലാതാക്കൂ
  2. വളരെ നല്ല ഒരു പോസ്റ്റ്. LHC ക്കാർ പറഞ്ഞത് ശരിയാവുകയാണെങ്കിൽ നമുക്ക് കാത്തിരിക്കാം ഐൻസ്റ്റീനേക്കാൾ വലിയ ഒരു പ്രതിഭക്കു വേണ്ടി..........

    മറുപടിഇല്ലാതാക്കൂ
  3. വളരെ വളരെ നന്ദി സുഹൃത്തേ.. വളരെ നന്നായി എഴുതിയിരിക്കുന്നു.

    മറുപടിഇല്ലാതാക്കൂ
  4. "While it would be surprising if neutrinos actually traveled faster than light, it would not necessarily be the end of the theory of relativity. Rather, it could entail some kind of modification of the theory specific to neutrinos."

    http://physics.aps.org/synopsis-for/10.1103/PhysRevLett.107.181803

    മറുപടിഇല്ലാതാക്കൂ
  5. Sorry for the late comment. Saw this blog now only.

    "എന്നാല്‍ ഐന്‍സ്റീന്‍ ഇതിനോട് യോജിച്ചില്ല. 'ദൈവം പകിട കളിക്കാറില്ല' എന്ന പ്രശസ്തമായ വാചകം അദ്ദേഹം ഈ അവസരത്തിലാണ് പറഞ്ഞത്. 'ദൈവം പകിട വെച്ച് എന്ത് ചെയ്യണം എന്ന് ആരും പഠിപ്പിക്കണ്ട' എന്നാണ് നീല്‍സ് ബോര്‍ തിരിച്ചടിച്ചത്. വര്‍ഷങ്ങള്‍ക്കു ശേഷം ഐന്‍സ്റീന്‍ തന്റെ തെറ്റ് തിരുത്തുകയും ക്വാണ്ടം സിദ്ധാന്തത്തെ അംഗീകരിക്കുകയും ചെയ്തു."

    IIRC, Einstein didn't accept Quantum mechanics. He finally agreed (after his debates with Bohr) that it is consistent, but not a complete theory for microscopic phenomena. He was of the opinion that a local hidden variable theory may be underlying quantum mechanics. Years later, John Bell proposed a way to test this and experiments showed Einstein's concept of local realism is wrong.

    മറുപടിഇല്ലാതാക്കൂ

മടിച്ചു നില്‍ക്കാതെ കടന്നു വരൂ; ഘോരഘോരമായ വിമര്‍ശന പീരങ്കികള്‍ എടുത്തു പ്രയോഗിക്കൂ....