ഒറ്റ-ഇലക്ട്രോൺ പ്രപഞ്ചം


വി. എസ്.നിഹാൽ

പ്രിൻസ്ടൺ സർവകലാശാലയിൽ പഠിക്കുന്ന സമയത്ത് വിദ്യാർത്ഥിയായിരുന്ന റിച്ചാർഡ് ഫെയ്ൻമാന് ഒരു ഫോൺ കോൾ വരികയുണ്ടായി. പ്രൊഫസർ ജോൺ വീലറുടെ വിളിയായിരുന്നു അത്. വിളിച്ചിട്ട് അദ്ദേഹം പറഞ്ഞു :

“ഫെയ്ൻമാൻ, എനിക്കൊരു കാര്യം മനസ്സിലാക്കാൻ കഴിഞ്ഞു. എന്തുകൊണ്ടാണ് ലോകത്തെല്ലാ മൂലയിലും ഉള്ള ഇലക്ട്രോണുകൾക്ക് ഒരേ ചാർജ്ജും ദ്രവ്യമാനവും (മാസ്) ഉള്ളത് എന്ന്.”

ആകാംക്ഷാഭരിതനായ ഫെയ്ൻമാൻ ചോദിച്ചു “എന്തുകൊണ്ടാണത്?”.
വീലറുടെ മറുപടി ഉടൻ വന്നു “കാരണം അവയെല്ലാം ഒരേ ഇലക്ട്രോൺ തന്നെയാണ്”.
1940 ലെ ഈ ഫോൺ സംഭാഷണത്തിൽ നിന്നാണ് ജോൺ വീലർ പ്രസ്താവിച്ച ഒറ്റ ഇലക്ട്രോൺ മാത്രം അടങ്ങുന്ന ഒറ്റ-ഇലക്ട്രോൺ പ്രപഞ്ചം (One-electron universe) എന്ന സിദ്ധാന്തത്തിനു തുടക്കം കുറിക്കുന്നത്.

എന്താണ് ഒറ്റ-ഇലക്ട്രോൺ പ്രപഞ്ച മാതൃകയുടെ അടിസ്ഥാന പ്രമേയം?

ഒറ്റ-ഇലക്ട്രോൺ പ്രപഞ്ച സിദ്ധാന്തത്തെ അതിന്റെ വക്താവായ ജോൺ വീലർ നിർവചിച്ചിരിക്കുന്നത് ഇങ്ങനെയാണ് :

“പ്രപഞ്ചത്തിൽ ആകെ ഒരു കണിക മാത്രമാണുള്ളത്. അതിന്റെ പല അംശങ്ങൾ പലയിടത്തായി നമ്മൾ കാണുമ്പോൾ പല ഇലക്ട്രോണുകൾ ഉണ്ടെന്നു തോന്നുക മാത്രമാണ് ചെയ്യുന്നത്. വാസ്തവത്തിൽ ഇവയെല്ലാം ഒന്ന് തന്നെയാണ്.”

തീർന്നില്ല, ഇലക്ട്രോണിന്റെ പ്രതികണമായ പോസിട്രോണും എന്താണെന്നു വീലർ നിർവചിക്കുകയുണ്ടായി, അതിപ്രകാരമാണ് :

“സമയത്തിൽ മുന്നോട്ട് പോകുന്ന കണികയെ ഇലക്ട്രോൺ എന്ന് വിളിക്കാമെങ്കിൽ, അതെ കണിക സമയത്തിന് പിന്നിലേക്ക് നീങ്ങുന്നത് മാത്രമാണ് പോസിട്രോൺ. അല്ലാതെ അത് വേറൊരു കണികയല്ല”.

ഇലക്ട്രോൺ-പോസിട്രോൺ എന്നിങ്ങനെ കണിക-പ്രതികണിക എന്ന ആശയം ഇല്ല എന്ന് മാത്രമല്ല, അവയെല്ലാം ഒരു കണിക തന്നെയാണെന്നാണ് വീലർ അഭിപ്രായപ്പെട്ടത്.

എന്താണ് വീലർ ഉദ്ദേശിച്ചത്?

ജോൺ വീലർ മുന്നോട്ട് വച്ച ഒറ്റ-ഇലക്ട്രോൺ സിദ്ധാന്തം എളുപ്പത്തിൽ മനസ്സിലാക്കാൻ ഒരു ഉദാഹരണം പറയാം. താഴെ കാണുന്ന ചിത്രം നോക്കുക.

ചിത്രം കടപ്പാട് pixabay

സ്വിറ്റ്സ്സർലാൻഡിന്റെയും ഇറ്റലിയുടെയും അതിർത്തിയിലൂടെയുള്ള സ്പ്ലൂഗൻ മലനിരകളുടെ ഭാഗമായുള്ള ഒരു റോഡിൻറെ, ഫോട്ടോഗ്രാഫർ റാഫേൽ ബിസ്‌കാൽഡി പകർത്തിയ ഒരു മനോഹര ചിത്രം. ഇത് പലറോഡുകൾ അല്ല, മറിച്ച് ഒരൊറ്റ റോഡാണെന്നു നമുക്ക് മനസിലാക്കാൻ എളുപ്പമാണ്. എന്നാൽ, ഇതേ റോഡിൻറെ തന്നെ, ഇതേ ചിത്രത്തിന്റെ തന്നെ ഒരു ഭാഗം എടുത്തതാണ് ചുവടെ കൊടുത്തിരിക്കുന്നത്.

ചിത്രം കടപ്പാട് pixabay

രണ്ടാമത്തെ ചിത്രം കാണുമ്പോൾ ഇത് ഒരൊറ്റ റോഡാണെന്നു കരുതാൻ എളുപ്പമാണോ? അല്ല. കാണുന്ന മാത്രയിൽ ഇവ പല റോഡുകൾ ആണെന്നാണ് നമ്മൾ കരുതുക. പക്ഷെ ഇതൊരൊറ്റ റോഡാണെന്നത് പോലെ, പ്രപഞ്ചത്തിൽ നമ്മൾ കാണുന്ന എല്ലാ ഇലക്ട്രോണുകളും ഒരൊറ്റ ഇലക്ട്രോണിന്റെ തന്നെ പല ഭാഗങ്ങളാണ് എന്നാണ് ജോൺ വീലർ വാദിച്ചത്.

ഇത്തരം ഒരു അവകാശം ഉന്നയിക്കാൻ എന്തായിരിക്കും അദ്ദേഹത്തെ പ്രേരിപ്പിച്ചു കാണുക?

പ്രപഞ്ചത്തെ ഇന്ന് ചതുർമാന (four dimensional) തലത്തിൽ നിന്നുകൊണ്ടാണ് നാം നോക്കികാണുന്നത് എന്നറിയാമല്ലോ. മൂന്നു മാനങ്ങളിൽ (dimensions) നിന്ന് സ്ഥലത്തെയും (space), നാലാമത്തെ മാനമായി സമയത്തെയും കണക്കിലെടുത്തു ചേർത്ത് വിളിക്കുന്ന പേരാണ് സ്ഥലകാലം (spacetime). [ശ്രദ്ധിക്കുക, സ്ഥലവും കാലവും രണ്ടല്ല, മറിച്ച് ഇഴുകി ചേർന്ന, വേർതിരിക്കാൻ കഴിയാത്ത ഒന്നായിട്ടാണ് സ്ഥലകാലത്തിൽ സങ്കൽപ്പിക്കുന്നത്].
ഇത്തരത്തിലുള്ള സ്ഥലകാലത്തിൽ ഒരു വസ്തുവിന് നാലുമാനങ്ങളിലൂടെയും സംഭവിക്കുന്ന ചലനത്തെ രേഖാത്മകമായി സൂചിപ്പിക്കാൻ വരയ്ക്കുന്ന ചിത്രങ്ങളെയാണ് വേൾഡ് ലൈൻസ് (world lines) എന്ന് പറയുക.

പ്രപഞ്ചത്തിലെ എല്ലാ ഇലക്ട്രോണുകളുടെയും വേൾഡ് ലൈനുകൾ വരച്ചാൽ തുടങ്ങുന്നിടത്ത് തന്നെ അവസാനിക്കുന്ന ഒരു വലിയ ചുരുൾ പോലെയുള്ള ഒന്നായിരിക്കും ലഭിക്കുക എന്നാണ് വീലർ പറഞ്ഞത്. താഴെയുള്ള ചിത്രം നോക്കുക.

ചിത്രം കടപ്പാട് pixabay

മുകളിലെ ചിത്രത്തിലെ റോഡ് ചുറ്റിപ്പിണഞ്ഞു കിടക്കുന്ന രൂപം പോലെ തോന്നുമെങ്കിലും, അവയെല്ലാം വാസ്തവത്തിൽ പരസ്പരം ബന്ധപെട്ടു കിടക്കുന്ന ഒരൊറ്റ പാത തന്നെയാണല്ലോ – ഭൂമിയിൽ നിന്ന് തുടങ്ങി ഭൂമിയിൽ തന്നെ അവസാനിക്കുന്നവ. അത് പോലെ തന്നെയായിരിക്കും ഇലക്ട്രോണിന്റെ വേൾഡ് ലൈനുകളും എന്നാണ് വീലർ പറഞ്ഞത്. ഇതിൽ പകുതി ലൈനുകൾ ദിശയിലൂടെ മുന്നോട്ട് പോകുമ്പോൾ, മറുപകുതി അവിടെ നിന്ന് തുടങ്ങിയ ഇടത്തേക്ക് തന്നെ എത്തും. മുന്നോട്ട് പോകുന്നവ സമയത്തിന്റെ അതെ ദിശയിൽ സഞ്ചരിക്കുന്നവയാണെന്നും, അവയാണ് ഇലക്ട്രോണുകൾ എന്നുമാണ് വീലർ പറഞ്ഞത്. മറുദിശയിൽ സഞ്ചരിക്കുന്നവ, ഇതേ കണികളുടെ തന്നെ സമയത്തിന് പിറകോട്ട് പോകുന്ന പോസിട്രോൺ എന്ന കണികാസ്വഭാവവും കാണിക്കും.

വീലറുടെ ഈ ആശയം ഫെയ്ൻമാൻ അംഗീകരിച്ചില്ല. പക്ഷെ, ഇതിൽ വീലർ പറഞ്ഞ ഒരുകാര്യം ഫെയ്മാൻ വളരെയധികം സൂക്ഷമതയോടെ പഠിക്കുകയുണ്ടായി. ഇലക്ട്രോണുകളുടെ പ്രതികണികയായ പോസിട്രോണുകളെ രേഖപ്പെടുത്താൻ, സമയത്തിൽ പിന്നോട്ട് പോകുന്ന വേൾഡ് ലൈനുകൾ ഉപയോഗിക്കാം എന്നതിന്റെ കണക്ക് കൂട്ടലുകൾ വളരെയധികം ശരിയായി കാണിക്കുന്നവയായിരുന്നു. ഇതിനെ അടിസ്ഥാനമാക്കിയാണ് ഒൻപത് വർഷങ്ങൾക്ക് ശേഷം, ഫെയ്ൻമാൻ തന്റെ പോസിട്രോണുകളുടെ സിദ്ധാന്തം എന്ന ശാസ്ത്ര ലേഖനം പ്രസിദ്ധീകരിച്ചത്. ലേഖനം കാണുക

പിന്നീട് ഈ ആശയത്തെ അടിസ്ഥാനപ്പെടുത്തി  2008 ലെ ഫിസിക്സ് നൊബേൽ ജേതാവ് യോഷിറോ നമ്പു( Yoichiro Nambu) തന്റെ പഠനത്തിൽ ഒരു കാര്യം ഉന്നയിക്കുകയുണ്ടായി. കണികകളുടെ നിർമിതിയും, ഉന്മൂലനവും (Creation, Annihilation) വാസ്തവത്തിൽ കണികകളെ നിർമിക്കുകയും നശിപ്പിക്കുകയും ചെയ്യുകയല്ല, മറിച്ച് അവയുടെ ഭാവി-ഭൂത കാല സഞ്ചാരങ്ങളുടെ ദിശാമാറ്റം മാത്രമാണ് എന്നായിരുന്നു അത്. ലേഖനം വായിക്കുക

യോഷിറോ നമ്പു കടപ്പാട് Lloyd DeGrane, University of Chicago

ജോൺ വീലറുടെ സിദ്ധാന്തം വലിയ തോതിൽ മികവ് പുലർത്തിയില്ലെങ്കിലും, അതിൽ നിന്ന് ഫെയ്ൻമാൻ അടർത്തിയെടുത്ത ഭാഗം ഇന്നും കാരണം എന്തെന്ന് അറിയാതെ അജ്ഞാതമായി തന്നെ തുടരുകയാണ്. കണികകളുടെ വേൾഡ് ലൈനുകളുടെ, ഭൂതകാല രേഖകൾ എടുത്താൽ, അവ ഇതേ കണികകളുടെ പ്രതികണികകളെ കൃത്യമായി തന്നെ കണക്കുകളിൽ പ്രവചിച്ചു കാണിക്കുന്നുണ്ട്. എന്തുകൊണ്ടാണ് ഈ കണക്കുകൾ ഇത്ര ശരിയാവുന്നത് എന്നത് ഇന്നും ആരും കണ്ടെത്തിയിട്ടില്ല. സമയത്തിന്റെ രഹസ്യം കണ്ടെത്തുന്ന സമയത്ത് ഒരുപക്ഷെ ഇതിന്റെയും ചുരുളഴിഞ്ഞേക്കും.


വീഡിയോകാണാം


ലേഖകന്റെ സയൻസ് ബ്ലോഗ് :vsnihal.blogspot.com

 

Leave a Reply