പ്രപഞ്ചപഠനത്തിന് പുതിയ ജാലകം

പ്രപഞ്ചപഠനത്തിന് പുതിയ  ജാലകം

ഡോ. എന്‍ ഷാജി @ ദേശാഭിമാനി കിളിവാതില്‍

എന്താണ്  ഗുരുത്വതരംഗം?

1916ലാണ് ഗുരുത്വ തരംഗങ്ങളെ സംബന്ധിച്ച് ഐന്‍സ്റ്റൈന്റെ ഗവേഷണപ്രബന്ധം പുറത്തുവന്നത്. തലേവര്‍ഷം, 1915ല്‍ അദ്ദേഹംതന്നെ പ്രസിദ്ധീകരിച്ച പൊതു ആപേക്ഷികതാ സിദ്ധാന്തത്തിന്റെ തുടര്‍ച്ചയായിരുന്നു അത്. ഗുരുത്വാകര്‍ഷണം സംബന്ധിച്ച് വിപ്ളവകരമായ കാല്‍വയ്പായിരുന്നു അത്. ഒരു പഴം മരത്തില്‍നിന്നു താഴെ വീഴുന്നതുമുതല്‍ ആകാശത്തിലെ ജ്യോതിര്‍ഗോളങ്ങളുടെ ചലനംവരെ കൃത്യമായി വിശദീകരിക്കാന്‍ ന്യൂട്ടന്റെ സിദ്ധാന്തമാണ് നമ്മള്‍ ഉപയോഗിക്കുക. അതേസമയംതന്നെ ഈ സിദ്ധാന്തം ആപേക്ഷികതാ സിദ്ധാന്തവുമായി യോജിച്ചുപോകുന്നില്ല. ഈ പ്രശ്നം പരിഹരിക്കാന്‍ ഒരു ദശാബ്ദം നടത്തിയ പഠനത്തിനൊടുവില്‍ ഐന്‍സ്റ്റൈന്‍ തന്റെ സിദ്ധാന്തമുണ്ടാക്കി. അത് ന്യൂട്ടന്റെ സിദ്ധാന്തത്തെ ഒഴിവാക്കിയായിരുന്നില്ല. മറിച്ച് അതിനെക്കൂടി ഉള്‍ക്കൊണ്ട് വളരെ സമര്‍ഥമായി, ഉണ്ടാക്കിയെടുത്ത സിദ്ധാന്തമായിരുന്നു അത്. ഉദാഹരണത്തിന് ഭൂമി സൂര്യനെ ചുറ്റുന്നത് 99.999999 ശതമാനം കൃത്യതയോടെ വിവരിക്കാന്‍ ന്യൂട്ടന്റെ നിയമങ്ങള്‍ മതി. എന്നാല്‍ അതിനപ്പുറം പോകാന്‍ ഐന്‍സ്റ്റൈന്റെ സിദ്ധാന്തം പരിഗണിക്കണം. അതായത് ന്യൂട്ടന്റെ സിദ്ധാന്തം ഐന്‍സ്റ്റൈന്‍ സമവാക്യങ്ങളുടെ ഒരു നല്ല ഏകദേശനം (Approximation) ആകുന്നു.

എന്നാല്‍ ഐന്‍സ്റ്റൈന്റെ സിദ്ധാന്തത്തിന്റെ അടിത്തറ ന്യൂട്ടന്റേതില്‍നിന്ന് വ്യത്യസ്തമാണ്. ന്യൂട്ടോണിയന്‍ സങ്കല്‍പ്പം അനുസരിച്ച് കണങ്ങളെല്ലാം ചലിക്കുന്നതും കൂടിച്ചേരുന്നതുമെല്ലാം സ്ഥലത്തിന്റെയും കാലത്തിന്റെയും (Space and time) പശ്ചാത്തലത്തിലാണ്. അതേസമയം ഐന്‍സ്റ്റൈന്റെ സിദ്ധാന്തം അനുസരിച്ച് ദ്രവ്യത്തിന്റെയും ഊര്‍ജത്തിന്റെയും സാന്നിധ്യം സ്ഥലകാലത്തിന്റെ ജ്യാമിതിയെത്തന്നെ മാറ്റുന്നു. ഉദാഹരണമായി തീവ്രമായ ഗുരുത്വാകര്‍ഷണമുള്ള ഒരിടത്ത് ക്ളോക്കുകള്‍ കുറച്ചു സാവധാനമാണ് ചലിക്കുക. ക്ളോക്കുകളുടെ കുഴപ്പമല്ല. സമയംതന്നെ അങ്ങിനെയാകുന്നതാണ്. സ്ഥലത്തിന്റെ കാര്യത്തിലും ഇതു മാറ്റം സൃഷ്ടിക്കും. ഗുരുത്വാകര്‍ഷണമെന്നത് യഥാര്‍ഥത്തില്‍ സ്ഥലത്തിന്റെ വക്രത (Curvature) കൊണ്ടുണ്ടാകുന്ന ഒരു അനുഭവമാണെന്നാണ് ഐന്‍സ്റ്റൈന്റെ സിദ്ധാന്തം.

ഗുരുത്വാകര്‍ഷണബലത്തില്‍ ചലിക്കുന്ന വസ്തുക്കള്‍ അതിനുചുറ്റുമുള്ള സ്ഥലത്തിന്റെ ജ്യാമിതിയില്‍ തുടര്‍ച്ചയായി മാറ്റങ്ങള്‍ വരുത്തും. ആ ചലനങ്ങള്‍ക്ക് ഒരു തരംഗത്തിന്റെ രൂപമെടുത്ത് പ്രകാശത്തിന്റെ വേഗത്തില്‍ ചലിക്കാന്‍കഴിയുമെന്ന് ഐന്‍സ്റ്റൈന്‍ സിദ്ധാന്തിച്ചു. ഇതിനാണ് ഗുരുത്വതരംഗങ്ങള്‍ എന്ന പേരു നല്‍കിയിരിക്കുന്നത്.

ഇത്രയും വൈകാന്‍ കാരണം?

ഐന്‍സ്റ്റൈന്‍ 1916ല്‍ പ്രവചനം നടത്തിയെങ്കിലും ഇതു കണ്ടെത്താന്‍ ഇത്രയും വര്‍ഷമെടുത്തതിന് ചില കാരണങ്ങളുണ്ട്. ഒന്നാമതായി സാധാരണഗതിയില്‍ ഇതിന്റെ തീവ്രത വളരെ കുറവാണ്. ഉദാഹരണത്തിന് ഭൂമി സൂര്യനെ പ്രദക്ഷിണംചെയ്യുക വഴി ഉണ്ടാകുന്ന ഗുരുത്വതരംഗങ്ങളുടെ ശക്തി കേവലം 200 വാട്ട് മാത്രമാണ്. ഇത് വളരെ നിസ്സാരമാണ്. നമുക്ക് നിരീക്ഷിക്കാവുന്ന വിധത്തിലുള്ള തരംഗങ്ങള്‍ ഉണ്ടാകണമെങ്കില്‍ പ്രപഞ്ചത്തെ പിടിച്ചുകുലുക്കുന്ന വലിയ സംഭവങ്ങള്‍ ഉണ്ടാകണം. നക്ഷത്രങ്ങള്‍ പൊട്ടിത്തകരുന്ന സൂപ്പര്‍നോവകള്‍പോലും വേണ്ടത്ര തീവ്രതയുള്ള തരംഗങ്ങളെ സൃഷ്ടിക്കുകയില്ല. ഇക്കാരണങ്ങളാല്‍ ഇതിനെ കണ്ടെത്താനുള്ള ശ്രമങ്ങളൊന്നും ഇതുവരെയും വിജയിച്ചില്ല.

ഇപ്പോള്‍ ഇതു സാധിച്ചത് അസാമാന്യമായ രണ്ടു കാര്യങ്ങള്‍ ഒത്തുവന്നതുകൊണ്ടാണ്. ആദ്യമായി ലോകത്തെ ആയിരത്തിലധികം ഒന്നാംകിട ശാസ്ത്രജ്ഞര്‍ അവരുടെ സഹകരണംവഴി വളരെ കൃത്യതയും സൂക്ഷ്മതയുമുള്ള ഗുരുത്വതരംഗ നിരീക്ഷണനിലയം ഉണ്ടാക്കി. ഗുരുത്വതരംഗങ്ങള്‍ കടന്നുപോകുമ്പോള്‍ അത് വഴിയിലുള്ള വസ്തുക്കളെയെല്ലാം പലവട്ടം ചുരുക്കുകയും വികസിപ്പിക്കുകയും ചെയ്യും. ഇത് ഒരു കോടികോടികോടിയുടെ ഒരംശമാണെങ്കില്‍പ്പോലും കണ്ടെത്താനുള്ള ഉപകരണങ്ങളാണ് അമേരിക്കയില്‍ 3000 കിലോമീറ്റര്‍ അകലെയായി രണ്ടിടങ്ങളില്‍ സ്ഥാപിച്ച ലൈഗോ (Laser Interference Gravitation waves Observatory LIGO) എന്ന കൂറ്റന്‍ ഉപകരണം. നാലു കിലോമീറ്റര്‍ നീളത്തിലുള്ള രണ്ടു ഭാഗങ്ങള്‍ 90 ഡിഗ്രിയില്‍ അതിശൂന്യതയുള്ള രണ്ടു കുഴലുകളില്‍ സ്ഥാപിച്ച് ദര്‍പ്പണങ്ങള്‍ക്കിടയില്‍ ലേസര്‍ പായിച്ച് അവ തമ്മിലുള്ള അകലങ്ങളില്‍ വരുന്ന നേര്‍ത്ത വ്യതിയാനം കണ്ടെത്തുകയാണ് ഇതില്‍ ചെയ്യുന്നത്.

ഗുരുത്വതരംഗം രേഖപ്പെടുത്തുന്നതിന്റെ കംപ്യൂട്ടര്‍ മാതൃക 

ഇതിന്റെ കൃത്യത ആരെയും അമ്പരപ്പിക്കുന്നതാണ്. നാലു കിലോമീറ്റര്‍ ദൂരത്തിലുള്ള കണ്ണാടികള്‍ തമ്മിലുള്ള അകലം ഒരു ആറ്റത്തിന്റെ കോടിയിലൊരു അംശത്തില്‍ കുറവ് മാറിയാല്‍പ്പോലും അതു കണ്ടെത്താന്‍ ശാസ്ത്രജ്ഞര്‍ക്ക് കഴിയുന്നു. ഈ നിരീക്ഷണത്തെ വളരെ സഹായിച്ച മറ്റൊരു കാര്യം പ്രപഞ്ചത്തിന്റെ ഏതോ കോണില്‍ 100 കോടി വര്‍ഷംമുമ്പ് ഉണ്ടായ അസാമാന്യമായ ഒരു സംഭവമാണ്. സൂര്യന്റെ ഏകദേശം 29ഉം 36ഉം ഇരട്ടി മാസ് ഉള്ള രണ്ട് തമോദ്വാരങ്ങള്‍ ആകര്‍ഷണത്താല്‍ പരസ്പരം ചുറ്റിത്തിരിഞ്ഞ് ഒന്നായിത്തീര്‍ന്നു. ഈ മരണനൃത്തം ഒരു സെക്കന്‍ഡിന്റെ അഞ്ചിലൊന്നു ഭാഗമാണ് നീണ്ടുനിന്നത്. ഒടുവില്‍ ആ രണ്ട് തമോദ്വാരങ്ങളും ചേര്‍ന്ന് സൂര്യന്റെ 62 മടങ്ങ് മാസ് ഉള്ള ഒരു തമോദ്വാരമായി മാറി. ബാക്കി മാസ് (സൂര്യന്റെ മൂന്നു മടങ്ങ്) ഗുരുത്വതരംഗമായി പ്രവഹിച്ചു. ആ കുറച്ചു നേരത്തേക്ക് ആ ഊര്‍ജപ്രവാഹം ദൃശ്യപ്രപഞ്ചത്തിലെ എല്ലാ നക്ഷത്രങ്ങളും ചേര്‍ന്ന് പുറത്തുവിടുന്ന ഊര്‍ജത്തെക്കാളും അധികമായിരുന്നു. ആ ഊര്‍ജത്തിന്റെ ഒരുഭാഗം ശതകോടിയിലധികം വര്‍ഷം സഞ്ചരിച്ച് കഴിഞ്ഞ സെപ്തംബര്‍ 14ന് ഇന്ത്യന്‍സമയം പകല്‍ 3.20:45 കഴിഞ്ഞപ്പോള്‍ അമേരിക്കയിലെ രണ്ടു ലൈഗോ ഒബ്സര്‍വേറ്ററികളിലും ഏതാണ്ട് ഒരേസമയം എത്തിച്ചേര്‍ന്നു. അതിലുണ്ടായ സിഗ്നലുകള്‍ മാസങ്ങളോളമായി ശാസ്ത്രജ്ഞര്‍ വിശദമായ പഠനത്തിനു വിധേയമാക്കിയപ്പോള്‍ അതിന്റെ ഉല്‍പ്പത്തിയെക്കുറിച്ച് ഏകദേശ ധാരണ കിട്ടി. അങ്ങിനെ ഗുരുത്വതരംഗങ്ങളുടെയും ഉയര്‍ന്ന മാസ് ഉള്ള തമോദ്വാരങ്ങളുടെയും അസ്തിത്വത്തിന് അത് തെളിവായി. ഇത് പ്രപഞ്ചപഠനത്തിന് ഒരു പുതിയ ജാലകം തുറന്നിരിക്കുകയാണ്.

ഇന്ത്യയില്‍ ഇതേ തരത്തിലുള്ള മൂന്നാമത്തെ ഒബ്സര്‍വേറ്ററി സ്ഥാപിക്കാന്‍ ശാസ്ത്രജ്ഞര്‍ തമ്മില്‍ ധാരണ ഉണ്ടാക്കിയിട്ടുണ്ട്. അത് പ്രാവര്‍ത്തികമായാല്‍ മൂന്ന് ഒബ്സര്‍വേറ്ററികളും ഒരുമിച്ചു പ്രവര്‍ത്തിപ്പിച്ച് കൃത്യതയോടെ പഠനങ്ങള്‍ നടത്താന്‍കഴിയും. ഈ സംരംഭങ്ങളിലെല്ലാം മലയാളി ശാസ്ത്രജ്ഞരും ഉണ്ടെന്നത് നമുക്ക് സന്തോഷം നല്‍കുന്ന കാര്യമാണ്.

http://www.deshabhimani.com/special/news-kilivathilspecial-18-02-2016/539692