അടിസ്ഥാനബലങ്ങൾ

അടിസ്ഥാന കണികകൾ തമ്മിൽ പ്രതിപ്രവർത്തിക്കുമ്പോൾ നടക്കുന്ന പ്രവർത്തനങ്ങളെയാണ് ഭൗതികശാസ്ത്രത്തിൽ അടിസ്ഥാന ബലങ്ങൾ അഥവാ അടിസ്ഥാന പ്രവർത്തനങ്ങൾ എന്നു പറയുന്നത്. ഒരു ഭൗതിക ധരണിയായാണ്‌ ഇവയെ വിവരിക്കുന്നത്, ഇവ ഫലത്തിൽ വരുന്നത് ഗേജ് ബോസോണുകളുടെ കൈമാറ്റത്തിലൂടെയാണ്‌. ഒരു പ്രവർത്തനം അടിസ്ഥാനപരമാണെന്ന് പറയുന്നത് അവയെ മറ്റു പ്രവർത്തനങ്ങളുപയോഗിച്ച് വിവരിക്കാൻ കഴിയാതിരിക്കുമ്പോഴാണ്‌.

നിരുക്തം

വിവിധ അടിസ്ഥാന കണികകളും ഉന്നത കണികകളും, അവയുടെ പ്രവർത്തനങ്ങളെ വിശദീകരിക്കുന്ന സിദ്ധാന്തങ്ങളുടെയും വിവരണം.

നിലവിലെ മാതൃകയനുസരിച്ച് ദ്രവ്യം നിർമ്മിക്കപ്പെട്ടിരിക്കുന്നത് ഫെർമിയോണുകളാലാണ്‌, ചാർജ്ജ് എന്നും സ്പിൻ 1/2 (intrinsic angular momentum ±ħ/2, where h/2π is the reduced Planck's constant) എന്നുമുള്ള ഗുണങ്ങൾ അവയ്ക്കുണ്ട്. ബോസോണുകളുടെ കൈമാറ്റത്തിലൂടെ അവ ആകർഷിക്കപ്പെടുകയോ വികർഷിക്കപ്പെടുകയോ ചെയ്യുന്നു.

രണ്ട് ഫെർമിയോണുകൾ തമ്മിലുള്ള പ്രവർത്തനം ഇങ്ങനെ കാണിക്കാം:

രണ്ട് ഫെമിയോണുകൾ പ്രവർത്തനത്തിലേർപ്പെടുന്നു ${\displaystyle \rightarrow }$ ബോസോൺ കൈമാറ്റത്തിലൂടെയുള്ള പ്രവർത്തനം ${\displaystyle \rightarrow }$ ഫലം ചാർജ്ജുള്ള രണ്ട് ഫെർമിയോണുകൾ.

ബോസോണുകളുടെ കൈമാറ്റത്തിൽ ഊർജ്ജവും ആക്കവും ഉൾപ്പെടുന്നു, അതു വഴി അവയുടെ വേഗതയിലും ദിശയിലും മാറ്റം വരുന്നു. ഈ കൈമാറ്റത്തിൽ അവയുടെ ചാർജ്ജും മാറുന്നു (ചാർജ്ജ് മാറുന്നതോടെ ഒരു തരത്തിൽപ്പെട്ട ഫെർമിയോൺ മറ്റൊരു തരമായിത്തീരുന്നു). ബോസോണുകളുടെ കോണീയ ആക്കം ഒന്ന് (1) ആയതിനാൽ, പ്രവർത്തനത്തിലൂടെ ഫെർമിയോണിന്റെ സ്പിൻ +1/2 ൽ നിന്നും −1/2 ലേക്കും −1/2 ൽ നിന്നും +1/2 ലേക്കും മാറുന്നു.

ഫെർമിയോണുകൾ തമ്മിലുള്ള പ്രവർത്തനം അവ തമ്മിൽ ആകർഷിക്കപ്പെടുന്നതിലോ വികർഷിക്കപ്പെടുന്നതിലോ കലാശിക്കുന്നതിനാൽ ഈ ഇത്തരം പ്രവർത്തനങ്ങളെ ആദ്യം മുതലേ ബലങ്ങൾ എന്ന് വിളിക്കപ്പെടുന്നു.

വർത്തമാനകാലത്തെ അറിവനുസരിച്ച് അടിസ്ഥാന പ്രവർത്തനങ്ങൾ അഥവാ അടിസ്ഥാന ബലങ്ങൾ നാലാണ്‌: ഗുരുത്വം, വൈദ്യുതകാന്തീകം, ദുർബല പ്രവർത്തനം (ദുർബല ബലം), ശക്ത പ്രവർത്തനം (ശക്ത ബലം അല്ലെങ്കിൽ അധി ബലം). അവയുടെ അളവും പെരുമാറ്റവും വളരെ വ്യത്യാസമുള്ളതാണ്‌, അവ താഴെയുള്ള പട്ടികയിൽ കാണിച്ചിരിക്കുന്നു. ആധുനിക ഭൗതികശാസ്ത്രം പ്രപഞ്ചത്തിലെ എല്ലാ പ്രവർത്തനങ്ങളേയും ഈ അടിസ്ഥാന പ്രവർത്തനങ്ങളുപയോഗിച്ച് വിശദീകരിക്കുവാൻ ശ്രമിക്കുന്നു. കൂടാതെ ചില പ്രവർത്തനങ്ങളെ ഒരുമിച്ച് ചേർത്ത് ഒരു പ്രവർത്തനമായും പരിഗണിക്കുന്നു. അങ്ങനെയുള്ള രണ്ടെണ്ണം ഇവയാണ്‌.

• വൈദ്യുതിയും കാന്തീകതയും ചേർന്ന് വൈദ്യുതകാന്തീകത;
• വൈദ്യുതകാന്തിക പ്രവർത്തനവും ദുർബല പ്രവർത്തനവും ചേർത്ത് വൈദ്യുതക്ഷീണ പ്രവർത്തനം.

അവയുടെ അളവും (താരതമ്യേനെയുള്ള ശക്തി) പരിധിയും താഴെയുള്ള പട്ടികയിൽ നൽകിയിട്ടുണ്ട്, സങ്കീർണ്ണമായ സിദ്ധാന്തങ്ങൾ പ്രകാരമേ ചിലപ്പോൾ ഇവയെ മനസ്സിലാക്കാൻ സാധിക്കുകയുള്ളൂ. പട്ടികയിൽ നൽകിയിരിക്കുന്നുവെങ്കിലും അവയെ പറ്റി നിലവിൽ കൂടുതൽ ഗവേഷണങ്ങൾ നടന്നുകൊണ്ടിരിക്കുന്നുണ്ട്.

പ്രവർത്തനം	നിലവിലെ സിദ്ധാന്തം	വാഹകർ	താരതമ്യേനെയുള്ള ശക്തി[1]	വിദൂരതയിലുള്ള പെരുമാറ്റം	പരിധി(മീ)
ശക്തം	Quantum chromodynamics (QCD)	ഗ്ലുവോണുകൾ	1038	${\displaystyle {1}}$ (see discussion below)	10-15
വൈദ്യുതകാന്തികബലം	Quantum electrodynamics (QED)	ഫോട്ടോണുകൾ	1036	${\displaystyle {\frac {1}{r^{2}}}}$	∞(അനന്തം)
ദുർബലം	Electroweak Theory	W and Z bosons	1025	${\displaystyle {\frac {e^{-m_{W,Z}r}}{r}}}$	10-18
ഗുരുത്വം	General Relativity (GR)	gravitons (not yet discovered)	1	${\displaystyle {\frac {1}{r^{2}}}}$	∞(അനന്തം)

ക്വാണ്ടം മെക്കാനിക്സിന്റെ വീക്ഷണത്തിൽ ദ്രവ്യത്തിന്റെ കണികകൾ (ഫെർമിയോണുകൾ) നേരിട്ട് പ്രവർത്തനങ്ങളിലേർപ്പെടുന്നില്ല മറിച്ച് അവ ചാർജ്ജ് വഹിക്കുകയാണ്‌ ചെയ്യുന്നത്, പ്രവർത്തനത്തിലേർപ്പെടുമ്പോൾ വിർച്ച്വൽ കണികകൾ (ഗേജ് ബോസോണുകൾ) എന്ന പ്രവർത്തനങ്ങളുടെ വാഹകരെ കൈമാറുന്നു. ഉദാഹരണത്തിന്, ഇലക്ട്രിക്ക് ചാർജ്ജുകളുടെ പ്രവർത്തനങ്ങളിൽ വാഹകരായി ഫോട്ടോണുകൾ വർത്തിക്കുന്നു, അതുപോലെ കളർ ചാർജ്ജുകളുടെ വാഹകരായി ഗ്ലുഓണുകൾ വർത്തിക്കുന്നു.

പ്രവർത്തനങ്ങൾ

ഗുരുത്വം

പ്രധാന ലേഖനം: ഗുരുത്വം

നാല് പ്രവർത്തനങ്ങളിൽ ഏറ്റവും ദുർബലം ഗുരുത്വമാണ്‌. പക്ഷേ ഉന്നതതല വസ്തുക്കളുടെ കാര്യത്തിലും വലിയ ദൂരപരിധിയിലും ഇത് വളരെ പ്രാധാന്യമുള്ളതാണ്‌. കാരണം:

• വൈദ്യുതകാന്തിക ബലത്തെ പോലെ ഇതിന്റെ പരിധി അനന്തമാണ്‌ അതേ സമയം ശക്ത ദുർബല ബലങ്ങൾക്ക് സ്വാധീനത്തിന് പരിധിയുണ്ട്;
• പ്രപഞ്ചത്തിലൊട്ടാകെയുള്ള ദ്രവ്യങ്ങളിൽ സ്വാധീനം ചെലുത്തുന്നത് ഈ പ്രവർത്തനം മാത്രമാണ്‌.
• ഇത് സ്ഥിരമാണ്‌, ഇതിനെ പരികർഷണം ചെയ്യാനോ പരിവർത്തനം ചെയ്യാനോ സാധ്യമല്ല.
• ഇതിന് ആകർഷണം മാത്രമേയുള്ളു വികർഷണമില്ല.

സ്ഥിരവൈദ്യുത ചാർജ്ജില്ലാത്ത കണികകളുണ്ട്, ന്യൂട്രിനോകൾ, ന്യൂട്രോണുകൾ എന്നിവ അവയിലെപ്പെടുന്നവയാണ്‌. അതുപോലെ ഗ്രഹങ്ങൾ, നക്ഷത്രങ്ങൾ, താരാപഥങ്ങൾ തുടങ്ങിയ വലിയ ഖഗോള വസ്തുക്കളുടെ കാര്യത്തിൽ സ്തിരവൈദ്യുത മൂലമുള്ള ആകർഷണം കണക്കിലെടുക്കാവുന്നതല്ല, ഒരു കാരണം അവ ഒരേ അളവിൽ ഇലക്ട്രോണുകളെയും പ്രോട്ടോണുകളേയും ഉൾക്കൊള്ളുന്നു എന്നാണ്‌ അതുവഴി മൊത്തം ചാർജ്ജ് പൂജ്യമായി തീരുന്നു. വൈദ്യുതബല വളരെ ശക്തിയേറിയതാണെങ്കിലും അവയെ എളുപ്പത്തിൽ നിഷേധിക്കാവുന്നതാണ്‌. അതേ സമയം ഗുരുത്വബലത്തെ ഒരിക്കലും നിഷേധിക്കുവാൻ സാധ്യമല്ല, കാരണം അത് ആകർഷണം മാത്രമാണ്‌, വൈദ്യുത ബലങ്ങൾക്ക് ആകർഷണവും വികർഷണവുമുണ്ട്. അതിനാൽ തന്നെ എല്ലാ വസ്തുക്കളും ഗുരുത്വത്തിനു വിധേയമാണ്‌ അതും ആകർഷണം എന്ന ഒരു ദിശയിൽ മാത്രം.

വലിയ ദൂരപരിധിയായതിനാൽ തന്നെ പ്രപഞ്ചത്തിൽ കാണപ്പെടുന്ന വലിയ പ്രതിഭാസങ്ങൾ ഗുരുത്വത്തിന്റെ ഫലമായുണ്ടാകുന്നവയാണ്‌, താരാപഥങ്ങളുടെ ഘടന, തമോദ്വാരങ്ങൾ, പ്രപഞ്ചത്തിന്റെ വികാസം തുടങ്ങിയവയും. ഗ്രഹങ്ങളുടെ ഭ്രമണ പഥത്തിലൂടെയുള്ള സഞ്ചാരം, ഭാരം കൂടിയ വസ്തുക്കൾ ഭൂമിയോട് ഒട്ടിച്ചേർന്ന് കിടക്കുന്നത്, നമുക്ക് ചാടാൻ കഴിയുന്ന ഉയരത്തിന്റെ പരിധി നിർണ്ണയിക്കുന്നത് തുടങ്ങിയവയെയും ഗുരുത്വത്തിന്റെ സ്വാധീനം തന്നെ.

വൈദ്യുതദുർബല പ്രവർത്തനം

വൈദ്യുതകാന്തികതയും ദുർബല പ്രവർത്തനവും താഴ്ന്ന് ഊർജ്ജ നിലകളിൽ വളരെ വ്യത്യാസമുള്ളവയായി കാണപ്പെടുന്നു, രണ്ട് വ്യത്യസ്ത സിദ്ധാന്തങ്ങളുടെ പശ്ചാത്തലത്തിൽ അവയെ വിശദീകരിക്കുകയും ചെയ്യാവുന്നതാണ്‌. ഒരു കൂടിച്ചേരൽ ഊർജ്ജ നിലയ്ക്ക് (unification energy) മുകളിൽ അതായത് 100 GeV, അവ കൂടിച്ചേർന്ന് വൈദ്യുതദുർബല ബലം എന്ന ഒരു ബലമായിത്തീരുന്നു.

ആധുനിക പ്രപഞ്ചശാസ്ത്രത്തിന്റെ പശ്ചാത്തലത്തിൽ വളരെ പ്രാധാന്യമർഹിക്കുന്നതാണ്‌ വൈദ്യുതദുർബല സിദ്ധാന്തം, പ്രത്യേകിച്ച് പ്രപഞ്ചത്തിന്റെ രൂപവത്കരണത്തെ സംബന്ധിച്ച പഠനത്തിൽ. കാരണം മഹാവിസ്ഫോടനത്തിനു തൊട്ടുശേഷം താപനില 10¹⁵ ന് മുകളിലായിരുന്നു ആ അവസരത്തിൽ വൈദ്യുതകാന്തികബലവും ദുർബല ബലവും കൂടിച്ചേർന്ന് വൈദ്യുതദുർബല ബലമായി തീർന്നു.

അടിസ്ഥാന കണികകൾക്കിടയിലെ ദുർബല, വൈദ്യുതകാന്തിക പ്രവർത്തനങ്ങളെ സമന്വയിപ്പിച്ചവതരിച്ചതിനാൽ അബ്ദുസലാം, ഷെൽഡൺ ഗ്ലാസ്‌ഹൊ, സ്റ്റീവൻ വെയ്ൻബെർഗ് എന്നിവർക്ക് 1979 ൽ നോബൽ സമ്മാനം ലഭിക്കുകയുണ്ടായി.^[2][3]

വൈദ്യുതകാന്തികം

പ്രധാന ലേഖനം: വിദ്യുത്കാന്തികത

വൈദ്യുത ചാർജ്ജ് ഉള്ള കണികകൾക്കിടയിൽ ചെലുത്തപ്പടുന്ന ബലമാണ്‌ വൈദ്യുതകാന്തികം. നിശ്ചലാവസ്ഥയിൽ ഇരിക്കുന്ന കണികകൾക്കിടയിലുള്ള സ്ഥിരവൈദ്യുത ബലവും (electrostatic force) താരതമ്യേന ചലിക്കുന്ന കണികകൾക്കിടയിൽ പ്രവർത്തിക്കുന്ന വൈദ്യുത, കാന്തികത ബലങ്ങളും കൂടിച്ചേർന്നതാണ്‌ ഇത്.

വൈദ്യുതകാന്തിക ഗുരുത്വത്തെപ്പോലെ അനതപരിധിയോടുകൂടിയതാണ്, കൂടാതെ വളരെയധികം ശക്തിയേറിയതും. നിത്യജീവിതത്തിൽ നടക്കുന്ന മിക്കവാറും പ്രവർത്തനങ്ങൾ ഇതിന്റെ ഫലമായാണ്‌, ഖരവസ്തുക്കൾ ഉറച്ചതായിരിക്കുന്നത്, ഘർഷണം, മഴവില്ലുകൾ, മിന്നൽ, മനുഷ്യനിർമ്മിതമായ ഉപകരണങ്ങളായ ടെലിവിഷൻ, കമ്പ്യൂട്ടറുകൾ തുടങ്ങിയവ ഉപയോഗപ്പെടുത്തുന്ന വൈദ്യുതപ്രവാഹം ഇവയെല്ലാം ഈ അടിസ്ഥാന പ്രവർത്തനത്തിന്റെ ഫലമായുള്ളതാണ്‌. അണുതലത്തിൽ നടക്കുന്ന പ്രവർത്തനങ്ങളും അവയുടെ ഗുണങ്ങളും, ഉദാഹരണത്തിന് രാസവസ്തുക്കളുടെ സ്വഭാവം, രാസബന്ധനങ്ങൾ തുടങ്ങിയവയും ഈ പ്രവർത്തനത്തിന്റെ ഫലം തന്നെ.

വൈദ്യുത ബലം എത്രത്തോളം ശക്തമാണെന്നു ഒരു ഉദാഹരണം വഴി മനസ്സിലാക്കാവുന്നതാണ്‌. ഒരു ഗാലൺ ജഗ്ഗിൽ ഏകദേശം 4 ലിറ്റർ ജലം ഉണ്ടാകും. അതിലെ ഇലക്ട്രോണുകൾക്കെല്ലാം കൂടി ${\displaystyle 4000\ {\mbox{g}}\,H_{2}O\cdot {\frac {1\ {\mbox{mol}}\,H_{2}O}{18\ {\mbox{g}}\,H_{2}O}}\cdot {\frac {10\ {\mbox{mol}}\,e^{-}}{1\ {\mbox{mol}}\,H_{2}O}}\cdot {\frac {96,000\ {\mbox{C}}\,.}{1\ {\mbox{mol}}\,e^{-}}}=2.1*10^{8}C\ \,.\ }$ ഇത്രക്കും വൈദ്യുതചാർജ്ജ് ഉണ്ടായിരിക്കും. ഇത്തരത്തിലുള്ള രണ്ട് ജഗ്ഗുകൾ ഒരു മീറ്റർ ദൂരത്തിൽ വെക്കുകയാണെങ്കിൽ രണ്ട് ജഗ്ഗുകളിലേയും ഇലക്ട്രോണുകൾ പരസ്പരം വികർഷിക്കുന്നതിന്റെ ബലം

${\displaystyle {1 \over 4\pi \varepsilon _{0}}{\frac {(2.1*10^{8}C)^{2}}{(1m)^{2}}}=4.1*10^{26}N}$

ഇത് രണ്ട് ഭൂമികളുടെ ഭാരത്തിനു തുല്യമായ ബലത്തിനു സമമാണ്. അതു പോലെ അവയിലെ അണുക്കളുടെ ന്യൂക്ലിയസുകളും ഇതു പോലെ വികർഷിക്കുന്നുണ്ട്. ഇങ്ങനെയാണെങ്കിലും ജഗ്ഗ് എ യിലെ ഇലക്ട്രോണുകൾ ജഗ്ഗ് ബി യിലെ ന്യൂക്ലിയസുകളെ ആകർഷിക്കുന്നുണ്ട്, അതേപോലെ തിരിച്ചും ഇതുവഴി ആകർഷണവും വികർഷണവും പരസ്പരം നിഷേധിക്കപ്പെടുന്നു, ഫലം ബലമില്ലാത്ത അവസ്ഥ. വൈദ്യുതകാന്തിക ബലങ്ങൾ ഗുരുത്വബലത്തേക്കാൾ വളരെ ശക്തിയേറിയതാണെങ്കിലും വലിയ വസ്തുക്കളിൽ പരസ്പരം നിഷേധിക്കപ്പെടുകയും ഗുരുത്വം മേൽക്കോയ്മ നേടുകയും ചെയ്യുന്നു.

പുരാതനകാലം മുതലേ മനുഷ്യൻ വൈദ്യുതിയുടെയും കാന്തികതയുടെയും പ്രതിഭാസങ്ങൾ പ്രകൃതിയിൽ നിരീക്ഷിച്ചിരുന്നു, പക്ഷേ പത്തൊൻപതാം നൂറ്റാണ്ടിൽ മാത്രമാണ്‌ ഇവരണ്ടും ഒരേ അടിസ്ഥാനപ്രവർത്തനത്തിന്റെ രണ്ട് മുഖങ്ങളാണെന്ന് മനസ്സിലായത്.

ദുർബല പ്രവർത്തനം

ബീറ്റാ ഡീക്കെയ് പോലെയുള്ള പ്രവർത്തനങ്ങൾക്ക് കാരണമാകുന്ന ഒരു പ്രവർത്തനമാണ്‌ ദുർബല ബലം അഥവാ ന്യൂക്ലിയർ ദുർബല ബലം. വൈദ്യുതകാന്തികതയും ദുർബല ബലവും വൈദ്യുതദുർബല പ്രവർത്തനത്തിന്റെ രണ്ട് ഭാഗങ്ങളാന്ന് മനസ്സിലാക്കുകയുണ്ടായി, ഈ കണ്ടുപിടിത്തം ഏകീകരിക്കപ്പെട്ട സിദ്ധാന്തമായ സ്റ്റാൻഡേർഡ് മോഡലിന്റെ രൂപപ്പെടലിനു കാരണമായ ആദ്യപടിയായിത്തീർന്നു. വൈദ്യുതദുർബല പ്രവർത്തനത്തെ വിശദീകരിക്കുന്ന സിദ്ധാന്തമനുസരിച്ച് ഈ ബലത്തിന്റെ വാഹകർ W, Z എന്ന പിണ്ഡം കൂടുതലുള്ള ബോസോണുകളാണ്‌. പാരിറ്റി (parity) നില നിലനിർത്താത്ത ഒരേയൊരു അടിസ്ഥാന പ്രവർത്തനമാണ് ദുർബല പ്രവർത്തനം; ഇത് ഇടത്-വലത് അസമമിതിയാണ്.

ശക്ത പ്രവർത്തനം

വിവരണം

ഇലക്ട്രോൺ ഋണ ചാർജ്ജുകളും പ്രോട്ടോൺ ധന ചാർജ്ജുകളും വഹിക്കുന്നു. ആറ്റത്തിൽ പ്രോട്ടോണുകൾക്കു തുല്യമായ ഇലക്ട്രോണുകളുണ്ടായിരിക്കുന്നതിനാൽ നെഗെറ്റീവു ചാർജ്ജുകളും പോസിറ്റീവു ചാർജ്ജുകളും തുല്യമായിരിക്കും. ഫലത്തിൽ ഒന്നു മറ്റൊന്നിനെ നിഷേധിച്ചു മൊത്തം ഊർജ്ജം പൂജ്യമാക്കി മാറ്റുന്നു. പ്രപഞ്ചത്തിലെ അടിസ്ഥാന ഊർജ്ജങ്ങളിൽ പ്രധാനം ഗുരുത്വാകർഷണ ശക്തിയാണ്‌. കാരണം അതു മറ്റെല്ലാ ശക്തികളേയും ക്രമേണ അതിജയിക്കുന്നു. അത്‌ ഋണോർജ്ജവുമാണ്‌. എല്ലാ വസ്തുക്കളും ധനോർജ്ജമാണ്‌. വസ്തുക്കൾക്ക്‌ തുല്യമായ ഗുരുത്വാകർഷണം അതിൽ അടങ്ങിയിരിക്കുന്നു. ഇവിടെയും ഒന്നു മറ്റൊന്നിനെ നിഷേധിക്കുന്നത്‌ കൊണ്ട്‌ മൊത്തം ഊർജ്ജം പൂജ്യമായിമാറുന്നു. അതായത്‌ പ്രപഞ്ചത്തിന്റെ മൊത്തം ഊർജ്ജം പൂജ്യമാണെന്നു ചുരുക്കം. ഇനി പൂജ്യം എന്നു പറയുന്നത്‌ മൊത്തം പോസിറ്റീവു സംഖ്യകളുടേയും നെഗെറ്റീവു സംഖ്യകളുടേയും ആകെ തുകയാണല്ലൊ.

രണ്ട്‌ ഒരേ ചാർജ്ജുകൾ വികർഷണ സ്വഭാവവും വ്യത്യസ്ത ചാർജ്ജുകൾ ആകർഷണ സ്വഭാവവും കാണിക്കുന്നു. അതായത്‌ ഓരോ പ്രോട്ടോണും ഇലക്ട്രോണും പരസ്പരം ആകർഷിക്കുന്നു. ഇലക്ട്രോണുകൾ ആറ്റത്തിന്റെ ന്യൂക്ലിയസിനു പുറത്തു ഒരു ഓർബിറ്റിൽ കറങ്ങിക്കൊണ്ടിരിക്കുന്നു. ഇതേതാണ്ട്‌, ആറ്റത്തെ ഒരു ഫുട്ബോൾ കോർടിന്റെ വലിപ്പത്തിലേയ്ക്കു വികസിപ്പിച്ചാൽ ന്യുക്ലിയസിന്‌ ഒരു മുന്തിരിയുടെ വലിപ്പമേ കാണൂ.. ഇലക്ട്രോണുകൾ എന്നത്‌ വളരെ ചെറിയ കണികാതരംഗ ക്വാൺഡകളാണ്‌. ആകർഷണ സ്വഭാവം കാണിക്കുന്ന രണ്ടു വിരുദ്ധശക്തികൾ വഹിക്കുന്ന ഇലക്ട്രോണുകൾ പ്രോട്ടോണുകളിൽ കൂടിച്ചേരാത്തത്‌ എന്തുകൊണ്ടാണെന്നത്‌ നമ്മെപ്പോലെ ശാസ്ത്രത്തിനും ഒരു പാടു കാലം ഒരു പ്രഹേളികയായിരുന്നു. ഇലക്ട്രോണുകൾ തരംഗസ്വഭാവം കാണിക്കുന്നതിനാലാണ്‌ ഇങ്ങനെ സംഭവിക്കാത്തതെന്നു തിരിച്ചറിഞ്ഞിട്ടുണ്ട്‌.

പ്രോട്ടോൺ കൊണ്ടാണ്‌ ന്യൂക്ലിയസു്‌ നിർമിച്ചിരിക്കുന്നത്‌. ഒരേ തരം ചാർജ്ജുകൾ വികർഷണ സ്വഭാവം കാണിക്കുമെന്നു മുകളിൽ സൂചിപ്പിച്ചല്ലോ. അങ്ങനെയെങ്കിൽ ഒന്നിൽ കൂടുതൽ പ്രോട്ടോണുകളുള്ള ആറ്റങ്ങളിൽ അവയെ പരസ്പരം ബന്ധിപ്പിക്കുന്ന ശക്തിയെന്താവും? ഉദാഹരണത്തിന്‌ ബിസ്മത്ത്‌ എന്ന മൂലകത്തിന്‌ 83 പ്രോട്ടോണുകളുണ്ട്‌. അവയെ നിയന്ത്രിക്കുന്നതിന്‌ 123 ന്യൂട്രോണുകളും. ന്യൂട്രോണുകളാണ്‌ ഇവിടെ മധ്യസ്ഥം വഹിക്കുന്നത്‌. അപ്പോൾ ന്യൂക്ലിയസിൽ ന്യൂട്രോണുകളും അംഗമാവുന്നു. അവയ്ക്കാവട്ടെ ചാർജ്ജുമില്ല.

ന്യൂക്ലിയസ്‌ വീണ്ടും വിഭജിച്ചാൽ അവ ക്വാർക്കുകളായി മാറുന്നു. ക്വാർക്കുകൾ ആറുതരമുണ്ട്‌. അവ അപ്‌, ഡൌൺ (പ്രപഞ്ചത്തിലെ മൊത്തം പദാർത്ഥങ്ങൾ രൂപപ്പെട്ടിരിക്കുന്നത്‌) ചാം, സ്ട്രേഞ്ച്‌ (കോസ്മിക്ക്‌ രശ്മികൾ), ടോപ്‌, ബോട്ടം (പരീക്ഷണ ശാലകളിൽ മനുഷ്യൻ കൃത്രിമമായി നിർമ്മിക്കുന്നത്‌) എന്നിവയാണ്‌. ഇതിൽ അപ്പും (up) ഡൌണുമാണ്‌ (down) പ്രപഞ്ചത്തിലെ മുഴുവൻ വസ്തുക്കളും നിർമ്മിക്കാനുപയോഗിച്ചിട്ടുള്ളത്‌. അതായത്‌ പ്രപഞ്ചത്തിന്റെ അടിസ്ഥാനകണികകൾ.

പ്രോട്ടോണുകളെ പരസ്പരം ബന്ധിപ്പിച്ചു ന്യൂക്ലിയസിനെ നിലനിർത്തുന്നത്‌ ന്യൂക്ലിയർ അധിബലവും അസ്ഥിരമൂലകങ്ങളെ ക്രമേണ മറ്റൊന്നായി രൂപം മാറ്റി നിലനിർത്തുന്നത്‌ ന്യൂക്ലിയർ ക്ഷീണബലവുമാണ്‌. ന്യൂക്ലിയർ അധിബലം ഒരു പരിധികഴിഞ്ഞാൽ വികർഷണ സ്വഭാവം കാണിക്കും

മൊത്തം വസ്തുക്കളെ വിഭജിച്ചു വിഭജിച്ച്‌ ഇല്ലാതാക്കിയാൽ ഊർജ്ജം ബാക്കിയാവുന്നു. ആൽബർട്ട്‌ ഐൻസ്റ്റൈന്റെ തിയറി ഓഫ്‌ റിലാറ്റിവിറ്റി അനുസരിച്ച്‌ വസ്തുക്കളിൽ നിന്ന്‌ ഊർജ്ജവും ഊർജ്ജത്തിൽ നിന്ന്‌ വസ്തുക്കളെയും നിർമ്മിക്കാം. (e=mc²) ഇവിടെ e ഊർജ്ജത്തെയും m പിണ്ഡത്തെയും c പ്രകാശവേഗതയേയും കാണിക്കുന്നു. ഇത്‌ അടുത്ത കാലത്ത്‌ തെളിയിക്കപ്പെട്ടു. ഊർജ്ജത്തിൽ നിന്ന്‌ വസ്തുക്കളെ നിർമിച്ചു. ആറ്റം ബോംബിന്റെ നിർമ്മാണത്തോടെ വസ്തുക്കളിൽ നിന്ന്‌ ഊർജ്ജമുൽപാദിപ്പിക്കാമെന്നും മനസ്സിലായി.

ഇനി ഈ ഊർജ്ജങ്ങളെ വഹിക്കുന്നതും ചില കണികകളാണ്‌. ഇവിടെ കണികകളെന്നു പറയുന്നത്‌ അവയെ മനസ്സിലാക്കാൻ വേണ്ടി മാത്രമാണ്‌. അവയിൽ പലതും അത്തരം പൊതു സ്വഭാവം കാണിക്കുന്നവയോ അതിനു മാത്രം സമയം നിലനിൽക്കുന്നവയോ അല്ല.

അതിശക്തമായ ഊർജ്ജപ്രവാഹം പ്രകാശവേഗതയെ അതിജയിക്കുമ്പോൾ അതിന്‌ പലതരത്തിലുള്ള മാറ്റമുണ്ടാവുന്നു. അടിസ്ഥാനകണികകൾ (ക്വാർക്കുകൾ) ഇങ്ങനെ രൂപപ്പെടുന്നു. ഇത്‌ പരീക്ഷണശാലയിൽ സൃഷ്ടിച്ചിട്ടുണ്ട്‌. ഈ കണികകളിൽ പിണ്ഡമടങ്ങിയിരിക്കുന്നതിനാൽ ഗുരുത്വാകർഷണം തുടങ്ങിയ ഊർജ്ജം അടങ്ങിയിരിക്കുന്നു. ഈ കണികകൾ പരസ്പരം ആകർഷിച്ച്‌ കൂടിയോജിച്ച്‌ ചില അസമതലങ്ങൾ സൃഷ്ടിക്കപ്പെടുന്നു. ഈ അസമതലങ്ങളുടെ ഗുരുത്വാകർഷണം അതിലെ പിണ്ഡത്തിനു സമാനമായിരിക്കും. പിണ്ഡത്തിനു പക്ഷേ പ്രകാശവേഗമാർജ്ജിക്കാനാവില്ല. കാരണം, ബീറ്റാകണ ${\displaystyle \beta \ ={\sqrt {\frac {1-v^{2}}{c^{2}}}}}$ പ്രതിപ്രവർത്തനം മൂലം വേഗം കൂടുന്നതിനനുസരിച്ചു പിണ്ഡം വർദ്ധിക്കുകയും ഈ പിണ്ഡത്തിനു തുല്യമായി ഗുരുത്വാകർഷണം വർദ്ധിക്കുകയും അങ്ങനെ വേഗം ക്രമേണ കുറയുകയും ചെയ്യുന്നു. അസമമായ തലം തൊട്ടടുത്തുള്ള കണികകളെ ആകർഷിച്ചു വികസിക്കുന്നു. ഇങ്ങനെ കൂടിച്ചേരുന്ന പിണ്ഡം അവയുടെ ഗുരുത്വാകർഷണ ഫലമായി ഞെരുക്കപ്പെടുന്നു ഈ ഞെരുക്കം ഉള്ളിലെ ചൂടു വർദ്ധിപ്പിക്കുന്നു. ഇതിന്റെ ഫലമായി അടിസ്ഥാനകണികകൾ ജ്വലിക്കാൻ തുടങ്ങും ഇത്‌ ലളിത ആറ്റമായ ഹൈഡ്രജനായിതീരുന്നു. കത്തിത്തീർന്ന ക്വാർക്കുകളാണ്‌ ഹൈഡ്രജൻ ആറ്റങ്ങൾ. ഈ ഹൈഡ്രജൻ വീണ്ടും ജ്വലിക്കാൻ തുടങ്ങും. ഹൈഡ്രജൻ കത്തിയെരിഞ്ഞാണ്‌ ഹീലിയമുണ്ടാകുന്നത്‌. വിറക്‌ കത്തി കരിയും പുകയുമൊക്കെയുണ്ടാവുമ്പോലെ. ഒരു നക്ഷത്രം അങ്ങനെ ജനിക്കുന്നു.

അവലംബം

1. Approximate. The exact strengths depend on the particles and energies involved.
2. Sander Bais (2005), The Equations. Icons of knowledge ISBN 0-674-01967-9 p 84
3. "The Nobel Prize in Physics 1979". The Nobel Foundation. Retrieved 2008-12-16.