പ്രപഞ്ചത്തിലെ ദ്രവ്യാവസ്ഥയും അവസ്ഥാന്തരങ്ങളും
ലോകത്തിന്റെ ഘടനയെക്കുറിച്ച് അിറയാനുള്ള മനുഷ്യന്റെ അടങ്ങാത്ത ജിജ്ഞാസയില്‍ നിന്നാണ് വാസ്തവത്തില്‍ സംസ്‌കാരം തന്നെ ഉടലെടുത്തത്. നാം നിരന്തരം പെരുമാറുന്ന വസ്തുക്കള്‍ എന്താണെന്നും ഇവയൊക്കെ നിര്‍മ്മിച്ചിരിക്കുന്ന അടിസ്ഥാന വസ്തുക്കള്‍ ഏതൊക്കെയാണെന്നും അതിപുരാതന കാലം മുതല്‍ക്കുതന്നെ മനുഷ്യന്‍ ചിന്തിക്കാന്‍ തുടങ്ങിയിരുന്നു. ഭാരതത്തില്‍ ഉടലെടുത്ത കണാദന്റെ പരമാണു സിദ്ധാന്തവും, ഗ്രീക്ക് ചിന്തകന്മാര്‍ മുന്നോട്ടുവെച്ച ആറ്റം സിദ്ധാന്തവും ഏറെക്കുറെ സമാനമായ ചിന്താ പദ്ധതികളാണ്. എല്ലാ വസ്തുക്കളും നിര്‍മ്മിച്ചിരിക്കുന്നത് പരമാണുക്കള്‍ കൊണ്ടാണെങ്കില്‍ വസ്തുക്കളില്‍ നിന്ന് വസ്തുക്കളിലേക്ക് മാറുമ്പോള്‍ അവയുടെ സ്വഭാവത്തിനും പ്രവര്‍ത്തനത്തിനും പ്രകടമായ മാറ്റങ്ങള്‍ സംഭവിക്കുന്നത് എന്തുകൊണ്ടാണെന്ന് വിശദീകരിക്കാന്‍ ആധുനിക ഭൗതികശാസ്ത്രവും രസതന്ത്രവും കെല്‍പു നേടും വരെ ഉത്തരം കിട്ടാത്ത ചോദ്യങ്ങളായിരുന്നു. ഇന്ന് ഏത് സ്‌കൂള്‍ കുട്ടിക്കും പരമാണുക്കളിലടങ്ങിയ ഘടകങ്ങളെക്കുറിച്ച് അിറയാവുന്നതാണ്. അണുഘടനയേക്കുറിച്ച് ലോകത്തിന് അറിവു ലഭിച്ചിട്ട് കഷ്ടിച്ച് നൂറു വര്‍ഷം ആയതേയുള്ളു. ന്യൂട്രോണ്‍ കണ്ടുപിടിക്കുന്നത് 1932 ലാണ്. ധന ചാര്‍ജ്ജുള്ള പ്രോട്ടോണും ചാര്‍ജ്ജില്ലാത്ത ന്യൂട്രോണും അണു കേന്ദ്രത്തിലും, ഋണ ചാര്‍ജ്ജുള്ള ഇലക്‌ട്രോണ്‍ അനുവദിക്കപ്പെട്ട ബോര്‍ പഥത്തിലൂടെ അനുകേന്ദ്രത്തിനു ചുറ്റിലുമായി സഞ്ചരിച്ചുകൊണ്ടിരിക്കുകയും ചെയ്യുന്ന മാതൃകയാണ് ശാസ്ത്രീയമായി അംഗീകരിക്കപ്പട്ടിരിക്കുന്ന ആറ്റം മാതൃക. സാമാന്യമായ ഭൗതിക ശാസ്ത്ര വിശകലനത്തിനും രസതന്ത്രത്തിലെ ഒട്ടുമിക്ക പ്രവര്‍ത്തനത്തിനും നിലവിനുള്ള അണു മാതൃക തൃപ്തികരമായി പ്രയോഗിക്കാനാകുന്നുണ്ട്. എന്നാല്‍ കുറച്ചുകൂടി സങ്കീര്‍ണവും അസാധാരണവുമായ ചില ഭൗതിക പ്രവര്‍ത്തനങ്ങള്‍ വിശദീകരിക്കുന്നതിനും വിശകലനം ചെയ്യുന്നതിനും നിലവിനുള്ള അണുഘടനാ സിദ്ധാന്തം അപര്യാപ്തമാണെന്ന് കാണുന്നു.
ക്ഷീണ ആണവ ബലങ്ങള്‍ ഉള്‍ക്കൊള്ളുന്ന റേഡിയോ ആക്ടീവ് പഥാര്‍ത്ഥങ്ങളില്‍ നിന്നുള്ള റേഡിയേഷന്‍ വികിരണത്തിന്റെ പരിണിത ഫലങ്ങളെക്കുറിച്ച് ചില വിശദീകരണങ്ങള്‍ നടത്താന്‍ സാധിക്കുന്നുണ്ടെങ്കിലും വികിരണത്തിലടങ്ങിയ രശ്മികളേക്കുറിച്ച് കൂടുതലെന്തെങ്കിലും പറയാന്‍ അണുഘടനാ ശാസ്ത്രം കുറേക്കൂടി വികസിക്കേണ്ടതുണ്ടെന്ന് ശാസ്ത്രലോകത്തിന് ബോദ്ധ്യമായിട്ടുണ്ട്. റേഡിയോ ആക്ടീവ് പഥാര്‍ത്ഥങ്ങളില്‍ നിന്ന് പ്രധാനമായും ആല്‍ഫാ, ബീറ്റാ, ഗാമ എന്നീ കിരണങ്ങള്‍ പുറത്ത് വരുന്നതായി അിറയാവുന്നതാണല്ലോ. ഇതില്‍ ബീറ്റാ രശ്മികള്‍ ഋണ ചാര്‍ജ്ജുള്ളതും ഇലക്‌ട്രോണിന് തുല്യവുമായ ഒരു കണമാണെന്ന് കണ്ടെത്തിയിട്ടുണ്ട്. അണു കേന്ദ്രത്തില്‍ ഋണ ചാര്‍ജ്ജുള്ള കണങ്ങള്‍ ഉള്ളതായി നേരത്തെ അണുഘടനാ സിദ്ധാന്തത്തില്‍ നമ്മള്‍ മനസ്സിലാക്കിയിട്ടില്ലാത്തതാണ്. റേഡിയോ ആക്ടീവ് വസ്തുക്കളില്‍ അണുകേന്ദ്രത്തിലെ ന്യൂട്രോണിനാണ് അവശോഷണം സംഭവിക്കുന്നത്. അവശോഷണം സംഭവിക്കുന്ന ഒരു സ്വതന്ത്ര ന്യൂട്രോണില്‍ നിന്ന് ഒരു ഇലക്‌ട്രോണും കൂടാതെ ഒരു ഇലക്‌ട്രോണ്‍ ആന്റിന്യൂട്രിനോ എന്ന മറ്റൊരു കണവും പുറത്തേക്ക് വരുകയും ചെയ്യുന്നത് മാത്രമല്ല ന്യൂട്രോണ്‍ സ്വയം പ്രോട്ടോണ്‍ ആയി മാറുന്നതും കണ്ടെത്തിയത് വളരെ അത്ഭുതകരമായ കാര്യമായിരുന്നു. അതിശക്തമായ തുളച്ചുകയറല്‍ ശേഷിയുള്ള കണമാണ് ആന്റി ന്യൂട്രിനോ എന്ന് മനസ്സിനാക്കിയിട്ടുണ്ട്. അങ്ങിനെയാണെങ്കില്‍ ഈ കണം പ്രോട്ടോണിനേയും മാറ്റത്തിന് വിധേയമാക്കാന്‍ സാദ്ധ്യതയുണ്ടെന്ന് അനുമാനിക്കപ്പെട്ടതിന്റെയടിസ്ഥാനത്തില്‍ നടത്തിയ നിരീക്ഷണത്തില്‍ പ്രോട്ടോണ്‍ ന്യൂട്രോണായി മാറുന്നതും അതിന്റെ ഫലമായി ഇലക്‌ട്രോണിന്റെ പ്രതികണമായ ധന ചാര്‍ജ്ജുള്ള പോസിട്രോണ്‍ എന്ന കണം പുറംതള്ളപ്പെടുകയും ചെയ്തത് ശാസ്ത്ര ലോകത്തെ അമ്പരിപ്പിക്കുക തന്നെ ചെയ്തു. ഇവ കൂടാതെ മറ്റു ചില കണങ്ങള്‍ കൂടി അണുകേന്ദ്രത്തില്‍ നിന്ന് പുറത്തുവരുന്നതായി കണ്ടെത്തി. അണു കേന്ദ്രത്തിലുള്ള പ്രോട്ടോണില്‍ നിന്നും ന്യൂട്രോണില്‍ നിന്നുമല്ലാതെ ഈ കണങ്ങളത്രയും മറ്റെവിടെനിന്നും വരാന്‍ സാദ്ധ്യതയില്ല. അപ്പോള്‍ അണുകേന്ദ്രത്തിലുള്ള രണ്ടു കണങ്ങളും അടിസ്ഥാന കണങ്ങളാണെന്ന് ഉറപ്പിച്ചു പറയാന്‍ പറ്റാത്ത നില വന്നു ചേരുന്നു. പരമാണുക്കള്‍ അവിഭാജ്യമാണെന്ന് വിശ്വസിച്ചിരുന്ന ആയിരക്കണക്കിന് വര്‍ങ്ങള്‍ക്കു ശേഷം അണുഘടന കണ്ടെത്തുകയും, അണുകേന്ദ്രത്തിലെ ഘടകങ്ങളായ പ്രോട്ടോണും ന്യൂട്രോണും അടിസ്ഥാന കണങ്ങളാണെന്ന ധാരണ ഉണ്ടായിവരികയും ദശകങ്ങള്‍ക്കകം തന്നെ അത് മാറ്റേണ്ടിയും വന്നരിക്കുന്നു. അതായത് പ്രോട്ടോണും ന്യൂട്രോണും അവയേക്കാള്‍ ചെറിയ മറ്റ് കണങ്ങള്‍ ചേര്‍ന്നുണ്ടായവയാണ് എന്ന നിഗമനത്തില്‍ എത്തിച്ചേരേണ്ടിവന്നിരിക്കുന്നു. അണു കേന്ദ്രത്തിലെ പ്രോട്ടോണും ന്യൂട്രോണും ക്വാര്‍ക്കുകള്‍ കൊണ്ട് നിര്‍മ്മിച്ചവയാണെന്ന് പ്രസിദ്ധ കണികാ ഭൗതിക ശാസ്ത്രജ്ഞനായ മുറെ ജെല്‍മാന്‍ കണ്ടെത്തിയിട്ടുണ്ട്.
ക്വാര്‍ക്കുകള്‍ പ്രപഞ്ചത്തിലെ ദ്രവ്യാവസ്ഥയുടെ ഒരു പ്രത്യേക സ്ഥിതിവിശേഷമാണ്. ഇവ പല നിറങ്ങളിലും രുചിഭേദങ്ങളിലും നിലനിര്‍ക്കുന്നതായി അനുമാനിക്കപ്പെടുന്നു. ചുവപ്പ്,പച്ച,നീല എന്നിങ്ങനെയാണ് ഈ നിറഭേദങ്ങളെങ്കിലും പേരുകള്‍ വെറും ലേബല്‍ മാത്രമാണ്. കാരണം ദൃശ്യ പ്രകാശ തരംഗ ദൈര്‍ഘ്യത്തേക്കാള്‍ വളരെ കുറഞ്ഞ വലുപ്പമുള്ള ക്വാര്‍ക്കുകള്‍ക്ക് നമ്മള്‍ സാധാരണ കരുതുന്നതു പോലുള്ള നിറം ഉണ്ടാവാനിടയില്ല. ആറു തരത്തില്‍ അല്ലെങ്കില്‍ ആറു രുചിഭേദങ്ങളിലായാണ് ക്വാര്‍ക്കുകള്‍ നിലനില്‍ക്കുന്നത്. അപ്പ്, ഡൗണ്‍, ചാംഡ്, സ്‌ട്രേഞ്ച്, ടോപ്പ്, ബോട്ടം എന്നിങ്ങനെയാണ് ആ രുചിഭേദങ്ങള്‍. രണ്ട് അപ്പ് ക്വാര്‍ക്കുകളും ഒരു ഡൗണ്‍ ക്വാര്‍ക്കും ചേര്‍ന്നതാണ് ഒരു പ്രോട്ടോണ്‍, അതുപോലെ രണ്ട് ഡൗണ്‍ ക്വാര്‍ക്കുകളും ഒരു അപ്പ് ക്വാര്‍ക്കും ചേര്‍ന്നതാണ് ഒരു ന്യൂട്രോണ്‍. ക്വാര്‍ക്കിന്റെ സ്വഭാവം രൂപപ്പെടുന്നത് അതിലടങ്ങിയിരിക്കുന്ന ചേരുവകളുടെ സ്വഭാവങ്ങളുടെ അടിസ്ഥാനത്തിലാണ്. ഒരു ക്വാര്‍ക്കില്‍ 3 കോടി മുതല്‍ 5 കോടി വരെയുള്ള പ്രാഥമിക ഊര്‍ജ്ജ കണങ്ങളുണ്ടെന്ന് വിശ്വസിക്കുന്നു. ഇവയില്‍ ഏറ്റവും പ്രധാനപ്പെട്ടതും ക്വാര്‍ക്കുകളില്‍ ഏറ്റവും കൂടുതലുമുള്ള ഊര്‍ജ്ജ കണം ഫോട്ടോണുകള്‍ അഥവാ പ്രകാശ കണമാണ്. ഫോട്ടോണിനെ കൂടാതെ ഇലക്‌ട്രോണുകള്‍, പോസിട്രോണുകള്‍, ന്യൂട്രിനോകള്‍, ഗ്ലുവോണുകള്‍, ബോസോണുകള്‍, മേസണുകള്‍ എന്നിങ്ങനെ 250 ലധികം പ്രാഥമിക ഊര്‍ജ്ജ കണങ്ങള്‍ ഒരു ക്വാര്‍ക്കിനകത്ത് സ്ഥിതിചെയ്യുന്നു. ഒരു സെക്കന്റിന്റെ പത്ത് ലക്ഷത്തിലൊരംശം പോലും ആയുസ്സില്ലാത്ത കണങ്ങളും അല്‍പായുസ്സായ കണങ്ങളും, സ്ഥിരതയുള്ള കണങ്ങളും ഒക്കെ അക്കൂട്ടത്തിലുണ്ട്. പ്രപഞ്ചത്തിലെ അതിസൂക്ഷ്മമായ ഒരു പ്രദേശത്ത് കോടിക്കണക്കിന് ഊര്‍ജ്ജ കണങ്ങള്‍ക്ക് സഞ്ചരിക്കാനും പെരുമാറാനുമുള്ള സ്ഥലത്തിന്റെ പരിമിതി നമുക്ക് ഊഹിക്കാവുന്നതേയുള്ളു. സഞ്ചാരത്തില്‍ കണങ്ങള്‍ പരസ്പരം കൂട്ടിയടിക്കുകയും വേഗതയിലും ഭ്രമണ സ്വഭാവത്തിലും മാറ്റം സംഭവിക്കുകയും കണങ്ങള്‍ തന്നെ മാറിക്കൊണ്ടിരിക്കുകയും ചെയ്യുന്നു. പ്രപഞ്ചത്തിലെ ഏറ്റവും ചെറിയ പ്രദേശമായ (ഏകദേശം ഒരു സെ.മി.യുടെ 10 ഘാതം -24 അംശം) ക്വാര്‍ക്കിനകത്ത് നടക്കുന്ന പ്രപര്‍ത്തനങ്ങള്‍ നേരിട്ട് നിരീക്ഷിക്കാന്‍ നമുക്ക് ഉപായങ്ങള്‍ ഒന്നും തന്നെയില്ല. ദൃശ്യ പ്രകാശ തരംഗത്തേക്കാള്‍ ചെറിയ ഒരു പ്രദേശത്ത് സാദ്ധ്യമായേക്കാവുന്ന ഏത് നിരീക്ഷണത്തിലും കണങ്ങളുടെ സ്ഥാനമോ, വേഗതയോ, ചലനമോ ഒരുപോലെ കണ്ടെത്താനാവില്ല. വേഗതയില്‍ എത്ര സൂക്ഷ്മമായി അളവുകള്‍ സ്വരൂപിക്കുന്നുവോ അത്രയും അളവില്‍ അതിന്റെ സ്ഥാനം കണക്കാക്കുന്നതില്‍ പിശക് സംഭവിക്കുന്നു. ഭൗതികത്തില്‍ ആകസ്മികത കൊണ്ടുവന്നത് അനിശ്ചിതത്വ സിദ്ധാന്തമാണ്. ക്വാണ്ടം ഭൗതികത്തില്‍ ശ്രദ്ധേയമായ ഐസന്‍ബര്‍ഗ്ഗിന്റെ അനിശ്ചിതത്വ സിദ്ധാന്തം, സൂക്ഷ്മ പ്രപഞ്ചത്തിലെ പ്രവര്‍ത്തനം വിശദീകരിക്കുന്നതിന് നേരിടുന്ന നാനാതരം പരിമിതികളെ ബോദ്ധ്യപ്പെടുത്തുന്നു. ഇത്തരം സൂക്ഷ്മ പ്രദേശത്തിലെ പ്രവര്‍ത്തനങ്ങള്‍ വിശദീകരിക്കുന്നതിന് അനിശ്ചിതത്വ സിദ്ധാന്തം കൂടാതെ സംഭവ്യതാ നിയമം,ഒഴിവാക്കല്‍ നിയമം, ചരിത്ര സാരാംശം എന്നിങ്ങനെ പല സിദ്ധാന്തങ്ങളേയും ആശ്രയുക്കുന്നുണ്ടെങ്കിലും ഈകസ്മികതകളെ തൃപ്തികരമായി വിശദീകരിക്കാന്‍ സാധിക്കാത്തതിന് പ്രധാന കാരണം, സൂക്ഷ്മ പ്രദേശത്ത് 20 ലധികം മാനങ്ങള്‍ ഉള്ളതുകൊണ്ടാണെന്ന് അനുമാനിക്കപ്പെടുന്നു. വികസ്വര പ്രപഞ്ചം തുറന്നു തന്നിരിക്കുന്ന നാല് മാനങ്ങള്‍ മാത്രമേ നമുക്ക് ഇന്ന് അനുഭവപ്പെടുന്നുള്ളു.
അണു കേന്ദ്രത്തിലെ പ്രോട്ടോണും ന്യൂട്രോണും രൂപപ്പെടുന്നത് മൂന്ന് വീതം ക്വാര്‍ക്കുകള്‍ കെണ്ടാണെന്ന് നേരത്തെ സൂചിപ്പിച്ചുവല്ലോ. മൂന്നു വീതം ക്വാര്‍ക്കുകള്‍, ഗ്ലുവോണ്‍ എന്ന കണത്തിന്റെ ഗാഢമായ സംരക്ഷണത്തില്‍ പ്രപഞ്ചത്തിലെ ഏറ്റവും ബലവത്തായ ഒരു ബന്ധമായിത്തീരുന്നു. പ്രബല ആണവ ബലം എന്നറിയപ്പെടുന്ന ഈ ബന്ധം, അടിസ്ഥാന ബലങ്ങളില്‍ ഏറ്റവും ശക്തമായതാണ്. ഭൂമിയിലുണ്ടാക്കാന്‍ സാധിക്കുന്ന ഒരു ഊര്‍ജ്ജത്തിനും പ്രബല ആണവ ബലം അതായത് ഒരു പ്രോട്ടോണിനെ തകര്‍ക്കാനുള്ള ശക്തിയുണ്ടാവില്ലെന്ന് കരുതുന്നു. എന്നാല്‍ സ്വിറ്റ്‌സര്‍ലണ്ടില്‍ നടക്കുന്ന ലോകത്തിലെ അതിബൃഹത്തായ പരീക്ഷണശാലയായ സേണില്‍ ഹാഡ്രോണ്‍ കൊളൈഡര്‍ എന്ന കണികാ പരീക്ഷണ ഉപകരണത്തില്‍ സ്വതന്ത്ര പ്രോട്ടോണുകളെ പിളര്‍ത്തി ക്വാര്‍ക്കുകളെ പുറത്തു ചാടിക്കാനുള്ള ശ്രമമാണ് നടക്കാന്‍ പോവുന്നത്. ഈ പരീക്ഷണ വിജയത്തോടുകൂടി പ്രപഞ്ചോല്‍പത്തി സംബന്ധച്ച് ശാസ്ത്രലോകം തത്വത്തില്‍ അംഗീകരിച്ചിട്ടുള്ള ബിഗ്ബാംഗ് തിയറി അഥവാ മഹാവിസ്‌ഫോടന സിദ്ധാന്തം സ്ഥിരീകരിക്കപ്പെടുമെന്ന് കരുതുന്നു.
മഹാവിസ്‌ഫോടനത്തിന് മുമ്പ് എന്തായിരുന്നുവെന്ന് അിറയാന്‍ കഴിയില്ലെങ്കിലും വിസ്‌ഫോടനം ആരംഭിച്ചതു മുതലുള്ള കാര്യങ്ങള്‍ ശാസത്രലോകം അന്വേഷിച്ചുവരികയാണ്. പ്രപഞ്ചത്തില്‍ നമുക്ക് ഇന്ന് കാണാന്‍ കഴിയുന്നതും അല്ലാത്തതുമായ മുഴുവന്‍ ദ്രവ്യവും, സ്ഥലവും, കാലവും എല്ലാം തന്നെ ഉല്‍ഭവിച്ചത് മഹാവിസ്‌ഫോടനത്തോടുകൂടിയാണെന്ന് അനുമാനിക്കുന്നു. സ്ഥലകാല ദ്രവ്യങ്ങള്‍ സമ്മേളിച്ചിരുന്ന ആദിമ തമോഗര്‍ത്തത്തില്‍ ദ്രവ്യം മുഴുവന്‍ നിലനിന്നിരുന്നത് റേഡിയേഷന്‍ രൂപത്തിലായിരിക്കും. വിസ്‌ഫോടനത്തോടുകൂടി സ്ഥല-കാലത്തോടൊപ്പം റേഡിയേഷന്‍ രൂപത്തിലുള്ള ദ്രവ്യവും വികസിച്ചുവന്നു. പ്രപഞ്ച വികാസത്തോടൊപ്പം താപനില കുറഞ്ഞുവരുന്ന ഒരു ഘട്ടത്തില്‍ റേഡിയേഷന്‍ തരംഗങ്ങള്‍ കൂടിച്ചേര്‍ന്ന് അടിസ്ഥാന ഊര്‍ജ്ജ കണങ്ങളായി ഉരുത്തിരിഞ്ഞ് വന്നു. താപനില വീണ്ടും കുറഞ്ഞുവരുന്ന മുറയ്ക്ക് ഊര്‍ജ്ജ കണങ്ങള്‍ സങ്കോചിച്ച് ക്വാര്‍ക്കുകളായി ഒന്നിച്ച് നില്‍ക്കുകയും ഗ്ലുവോണ്‍ കണത്തിന്റെ സംരക്ഷണ വലയത്തില്‍ പ്രോട്ടോണുകളും ന്യൂട്രോണുകളും ഉണ്ടായിത്തീരുകയും ചെയ്യുന്നുവെന്ന നിഗമനമാണ് ബിഗ്ബാംഗ് തിയറി മുന്നോട്ടുവെക്കുന്ന പ്രപഞ്ച വികാസ മാതൃക. അതേ സമയം ആദിമ തമോഗര്‍ത്തത്തിലുണ്ടായിരുന്ന മുഴുവന്‍ റേഡിയേഷന്‍ തരംഗങ്ങളും കണികാരൂപത്തിലേക്ക് രൂപാന്തരം പ്രാപിച്ചിട്ടില്ല. നമ്മള്‍ കാണുന്ന തരത്തിലുള്ള ആറ്റം രൂപത്തിലുള്ള ദ്രവ്യം, പ്രപഞ്ചദ്രവ്യത്തിന്റെ വെറും നാല് ശതമാനം മാത്രമാണ്. ബാക്കി മുഴുവന്‍ ദ്രവ്യവും ബ്ലാക്ക് എനര്‍ജിയായും ബ്ലാക്ക് മാറ്ററായും പ്രപഞ്ചത്തില്‍ നിലനില്‍ക്കുന്നു. പ്രപഞ്ചത്തിലെ കോടാനുകോടി നക്ഷത്രങ്ങളിലും ഗാലക്‌സികളിലും, നെബുലകളിലും ദ്രവ്യത്തിന്റെ അവസ്ഥകള്‍ വിഭിന്നങ്ങളായിരിക്കും.
കെ.പി.രവീന്ദ്രന്‍.
