താണു പത്മനാഭൻ: കാലത്തിനു മുമ്പേ നടന്ന ദാർശനികൻ 


ഡോ. ടൈറ്റസ് മാത്യു
ഭൗതിക ശാസ്ത്ര വിഭാഗം മേധാവി, കുസാറ്റ്.

താണു പത്മനാഭന്റെ ഗ്രാവിറ്റിയെ സംബന്ധിച്ച പുതിയ സിദ്ധാന്തത്തെ സംബന്ധിച്ച് ഡോ. ടൈറ്റസ് മാത്യു എഴുതുന്നു

പ്രൊഫ. താണു പത്മനാഭൻ, അടുപ്പമുള്ള വർക്ക് പാഡി (Paddy), ലോകപ്രശസ്തനായ ഭൗതികശാസ്ത്രജ്ഞൻ, നമ്മോട് വിടപറഞ്ഞിരിക്കുന്നു. 2021 സെപ്റ്റംബർ 17 ന്  പൂനെയിൽ വച്ചാണ്, മഹാനായ ഈ ദാർശനികൻ ഭൗതിക ജീവിതത്തിൽ നിന്നും വിരമിച്ചത്. അതീവ ദുഃഖത്തോടു കൂടിയാണ് ഇതു നാം ഉൾക്കൊള്ളുന്നത്.

ഭൗതികശാസ്ത്രത്തിൽ,  പ്രത്യേകിച്ചും ഗ്രാവിറ്റിയിൽ (ഗുരുത്വാകർഷണ ബലവുമായി ബന്ധപ്പെട്ട പഠനം), അദ്ദേഹം നടത്തിയ കണ്ടെത്തലുകൾ ആൽബർട്ട് ഐൻസ്റ്റൈനു ശേഷം ഗ്രാവിറ്റിയെ സംബന്ധിച്ച ഒരു മൂന്നാം വിപ്ലവം തന്നെയാണ്. ഏതാണ്ട് 1665ൽ ഐസക് ന്യൂട്ടനാണ് ഗ്രാവിറ്റിയെക്കുറിച്ച് ആദ്യ സിദ്ധാന്തം അവതരിപ്പിച്ചത്. വസ്തുക്കൾക്ക് അവയും മാസ്സ് മൂലമുള്ള പരസ്പരാകർഷണമാണ് ഗ്രാവിറ്റി എന്നതായിരുന്നു ഈ സിദ്ധാന്തത്തിന്റെ രത്നച്ചുരുക്കം. എന്നാൽ 1905ൽ ഐൻസ്റ്റൈൻ അവതരിപ്പിച്ച വിശിഷ്ട ആപേക്ഷിക സിദ്ധാന്തവുമായി ന്യൂട്ടന്റെ സിദ്ധാന്തം പൊരുത്തപ്പെടുന്നില്ല. വിശിഷ്ട ആപേക്ഷിക സിദ്ധാന്തത്തിൽ (special theory of relativity) ഈ പ്രപഞ്ചത്തിലെ ഏതൊന്നിന്റെയും ചലന വേഗത്തിന് ഒരു പരിധി പ്രവചിക്കുന്നുണ്ട്. അത് ശൂന്യതയിലെ പ്രകാശ വേഗമാണ്. എന്നാൽ ന്യൂട്ടന്റെ ഗ്രാവിറ്റി സിദ്ധാന്തത്തിൽ ആകട്ടെ ഗുരുത്വാകർഷണ പ്രക്ഷേപണം അനന്ത വേഗത്തിലാണ് സംഭവിക്കുന്നത് എന്നാണ്. ഇത് പരിഹരിച്ചുകൊണ്ട് ഗ്രാവിറ്റിയെക്കുറിച്ചുള്ള രണ്ടാം സിദ്ധാന്തം ഐൻസ്റ്റൈൻ അവതരിപ്പിച്ചത് 1915 ൽ ആയിരുന്നു. ഈ രണ്ടാം വിപ്ലവത്തിൽ ഗ്രാവിറ്റി എന്നത് ഒരു ബലമേ അല്ല, മറിച്ച് സ്ഥലകാലത്തിലെ വക്രതയാണെന്നുള്ള (space-time curvature) തികച്ചും വ്യത്യസ്തമായ ആശയമാണ് മുന്നോട്ടുവെച്ചത്. ഈ വക്രത സ്ഥല-കാലത്തിൽ ഉണ്ടാക്കുന്നത് പദാർത്ഥമോ ഉർജ്ജമോ ആകാം. ഈ സിദ്ധാന്തത്തിലെ ആണിക്കല്ല് എന്ന് പറയുന്നത് ‘ഇക്യുവാലൻസ്’ പ്രിൻസിപ്പിളാ’ണ്. ഒരു ഏകതാനമായ (uniform) ഗ്രാവിറ്റിയിൽ എല്ലാ വസ്തുക്കൾക്കും ഒരേ ത്വരണമാണ് , അത് വസ്തുക്കളുടെ മാസ്സിനെ ആശ്രയിക്കുന്നില്ല, എന്നതാണ് ഇക്യുവാലൻസ് പ്രിൻസിപ്പിൾ. ഈ തത്വത്തെ വിശിഷ്ട ആപേക്ഷികതാ സിദ്ധാന്തവുമായി യോജിപ്പിച്ചാണ് ഗ്രാവിറ്റിയെ കുറിച്ചുള്ള പുതിയ സിദ്ധാന്തം ഐൻസ്റ്റൈൻ അവതരിപ്പിച്ചത്. പിൽക്കാലത്ത് പ്രപഞ്ച വികാസത്തെ കുറിച്ചുള്ള പഠനങ്ങൾക്ക് ഐൻസ്റ്റൈന്റെ സിദ്ധാന്തമാണ് പ്രയോജനപ്പെട്ടത്. എന്നാൽ പ്രപഞ്ചം എന്തുകൊണ്ട് വികസിക്കുന്നു എന്നുള്ളതിന്റെ ഉത്തരം ഐൻസ്റ്റൈൻ സിദ്ധാന്തത്തിലും ഇല്ല. ഈ അടുത്ത കാലത്ത് കണ്ടുപിടിച്ച പ്രപഞ്ച ത്വരിതവികാസത്തിനും മതിയായ വിശദീകരണം നൽകാൻ ഐൻസ്റ്റൈൻ്റെ സിദ്ധാന്തം വലിയൊരളവുവരെ പരാജയപ്പെട്ടു. പത്മനാഭന്റെ കണ്ടെത്തലുകൾ ഇത്തരം ഇരുട്ടറകളിലേക്ക് വെളിച്ചം വീഴ്ത്തുന്നതാണ്.

2002ലാണ് ഗ്രാവിറ്റിയെ കുറിച്ചുള്ള വിപ്ലവകരമായ ആശയവുമായി പത്മനാഭൻ വരുന്നത്. ഗ്രാവിറ്റിയെക്കുറിച്ചുള്ള ഐസ്റ്റൈൻ സമീകരണത്തെ ഒരു താപഗതിക (thermodynamics) നിയമമായി എഴുതാൻ പറ്റും എന്നതായിരുന്നു അത്. അതായത് ഗ്രാവിറ്റി, സ്ഥലകാലത്തിന്റെ തെർമോഡൈനാമിക്സ് ആണ് എന്ന മഹത്തായ കണ്ടെത്തലാണ് പത്മനാഭൻ നടത്തിയത്.

തെർമോഡൈനാമിക്സ് എന്ന ശാഖ ഉടലെടുത്ത കാലത്ത് മികച്ച ശാസ്ത്രജ്ഞനായിരുന്ന ബോൾട്സ്മാന്റെ ഒരു കണ്ടെത്തലുണ്ട്. താപം വഹിക്കണമെങ്കിൽ പദാർത്ഥങ്ങൾ അടിസ്ഥാനപരമായി കണികകൾ കൊണ്ടായിരിക്കണം നിർമ്മിക്കപ്പെട്ടിരിക്കുന്നത് എന്നതായിരുന്നു അത്. ആറ്റം, തന്മാത്ര എന്നീ ആശയങ്ങൾ സ്വീകാര്യമാവുന്നതിനു മുമ്പേ ആണ് ഈ കണ്ടെത്തലെന്ന് തിരിച്ചറിയണം. ബോൾട്സ്‌മാന്റെ ഈ സിദ്ധാന്തത്തിന്റെ ചുവടുപിടിച്ച് ഗ്രാവിറ്റി എന്നത് സ്ഥലകാലത്തിന്റെ തെർമോഡൈനാമിക്സ് ആണെങ്കിൽ സ്ഥലകാലത്തിന് അടിസ്ഥാനപരമായി കണികാ സ്വഭാവം ഉണ്ടെന്നും അദ്ദേഹം അനുമാനിച്ചു. 2002 ൽ അദ്ദേഹം മുന്നോട്ടുവെച്ച ഈ ആശയം അനുസരിച്ച് ഗ്രാവിറ്റി എന്നത് ഐൻസ്റ്റൈന്റെ കണ്ടെത്തലുകൾക്കും അപ്പുറമാണ്.

തെർമോഡൈനാമിക്സ് എന്ന ശാഖയുടെ ഉദ്ദേശ്യം പദാർത്ഥത്തിന് മൊത്തത്തിലുള്ള സ്വഭാവം വിശദീകരിക്കുക എന്നതാണ്. പദാർത്ഥത്തിന്റെ മൊത്തത്തിലുള്ള സവിശേഷതകളായ ചൂട് (Temperature), മർദ്ദം (Pressure) തുടങ്ങിയവ തമ്മിലുള്ള ബന്ധത്തെ കുറിച്ചാണ് പ്രസ്തുത ശാഖ വിശദീകരിക്കുന്നത്. ചൂട് എന്നത് വാസ്തവത്തിൽ പദാർത്ഥത്തിലെ കണികകളുടെ ശരാശരി ഗതികോർജ്ജത്തിന്റെ അളവാണ്. മർദ്ദം എന്നത് കണികകൾ പ്രയോഗിക്കുന്ന സംവേഗ (momentum) ത്തിലുള്ള വൃതിയാനം മൂലം ഉണ്ടാകുന്നതാണ്. ചൂട്, മർദ്ദം തുടങ്ങിയ പദാർത്ഥത്തിന്റെ മൊത്ത സവിശേഷതകൾ കണികകളുടെ തലത്തിൽ നിലനിൽക്കുന്നവയല്ല, അവിടെ ഗതികോർജ്ജവും മൊമന്റവും അവയുടെ വ്യതിയാനവും മാത്രമേ ഉള്ളൂ. ഇതേ ആശയം ഗ്രാവിറ്റിയിലേക്ക് പരിവർത്തിപ്പിച്ചാൽ ഐസ്റ്റൈൻ സിദ്ധാന്തം പറയുന്നതുപോലെ സ്ഥല കാലയളവ് എന്നതിന് സൂക്ഷ്മതലത്തിൽ യാതൊരു അർത്ഥവുമില്ല.

തെർമോഡൈനാമിക്സ് എന്നത് പദാർത്ഥ കണികകളുടെ ചലനത്തിന്റെ ആകെത്തുകയാണ്. മറിച്ച് സൂക്ഷ്മഘടനയിൽ പദാർത്ഥം എന്നത് കണികകളാണ്. അവിടെ തെർമോഡൈനാമിക്സ് എന്നതിന് നിലനിൽപ്പോ അർത്ഥമോ ഉള്ളതല്ല. ഇത്തരത്തിൽ ചിന്തിച്ചാൽ ഗ്രാവിറ്റി എന്നതിന് സൂക്ഷ്മ തലത്തിൽ ഒരു സാംഗത്യവുമില്ല. അതെ ,  സൂക്ഷ്മതലത്തിൽ ഗ്രാവിറ്റി ഇല്ല. അവിടെ സ്ഥലകാല കണികകളാണ്. അവയുടെ മൊത്തം സവിശേഷതയുടെ ആകെത്തുകയാണ് ഗ്രാവിറ്റി. അതായത് ഗ്രാവിറ്റി എന്നത് സൂക്ഷ്മ തലത്തിൽ ഇല്ലാത്തതും തെർമോഡൈനാമിക്സ് പോലെ കണികകൾ കൂടിച്ചേരുമ്പോൾ ഉരുത്തിരിഞ്ഞുവരുന്നതുമായ ഒരു പ്രതിഭാസമാണ്. ഇത്തരം പ്രതിഭാസങ്ങളെ  “എമർജന്റ് പ്രതിഭാസങ്ങൾ” എന്നാണ് വിളിക്കുക. അപ്പോൾ ഗ്രാവിറ്റി എന്നത് ഒരു എമർജന്റ്  പ്രതിഭാസമാണ്. അതിനാൽ നാമിന്നു കരുതുന്നതുപോലെ അതൊരു അടിസ്ഥാന ബലമല്ല. പത്മനാഭന്റെ ഈ കണ്ടെത്തലിന് ആദ്യം വിമർശനങ്ങൾ ഏറെ ആയിരുന്നെങ്കിലും ക്രമേണ ശാസ്ത്രലോകം അത് അംഗീകരിച്ചു വരുന്നു. കീറാമുട്ടികളായി നിൽക്കുന്ന പല ചോദ്യങ്ങൾക്കും ഉത്തരം നൽകാൻ കെല്പുള്ളതാണ് ഗ്രാവിറ്റിയെക്കുറിച്ചുള്ള ഈ സിദ്ധാന്തം. ഐസക് ന്യൂട്ടനും ഐൻസ്റ്റൈനും ശേഷം ഗ്രാവിറ്റിയെക്കുറിച്ചുള്ള ഈ സിദ്ധാന്തം ഒരു മൂന്നാം വിപ്ലവം തന്നെയാണ്. ഐസക്ക് ന്യൂട്ടന്റെ സിദ്ധാന്തം 1665 ലും ഐൻസ്റ്റൈന്റേത് 1915 ലും(ഏകദേശം 250 വർഷങ്ങൾ ശേഷം) മൂന്നാമത്തെ സിദ്ധാന്തം 2000 ങ്ങളിലുമാണ് രൂപപ്പെടുന്നത്.

ഗ്രാവിറ്റി സ്ഥല കാലത്തിന്റെ തെർമോഡൈനാമിക്സ് ആണെങ്കിൽ, പിന്നെ ഐൻസ്റ്റൈൻ ഗ്രാവിറ്റി ക്രമീകരണത്തെ ക്വാണ്ടം സിദ്ധാന്തവുമായി യോജിപ്പിച്ച് ക്വാണ്ടം ഗ്രാവിറ്റി എന്നതിലേക്ക് എത്താം എന്നത് യുക്തിസഹമല്ലാതാവുന്നു. ഗ്രാവിറ്റി എന്നത് എമർജന്റ് സവിശേഷതയാണല്ലോ. ഉദാഹരണത്തിന് പദാർത്ഥത്തിന്റെ ഇലാസ്റ്റിസിറ്റി എന്നത് ഒരു എമർജന്റ് സവിശേഷതയാണ്. കണികകളെ വളക്കാൻ ഒന്നും കഴിയുകയില്ലാത്തതിനാൽ അവയ്ക്ക് ഇലാസ്റ്റിസിറ്റി ഇല്ല. ഇലാസ്റ്റിസിറ്റി സമീകരണത്തെ ക്വാണ്ടികരിച്ചാൽ ഒരിക്കലും കണികകളിലേക്ക് എത്തിച്ചേരില്ല. അതായത് ഒരു എമർജന്റ് സവിശേഷതയെ ക്വാണ്ടീകരിച്ചാൽ ഒരിക്കലും പദാർത്ഥത്തിന്റെ സൂക്ഷമതകളിലേക്ക് എത്തിച്ചേരില്ല. അതുപോലെതന്നെ ഗ്രാവിറ്റി എന്നത് സ്ഥല കാലത്തിന്റെ എമർജന്റ് സവിശേഷതയാണ്. അതിനാൽ ഐൻസ്റ്റൈൻ സമീകരണത്തെ ക്വാണ്ടീകരിച്ചാൽ സ്ഥലകാലത്തിന്റെ സൂക്ഷ്മ തലത്തിലേക്ക് എത്തിച്ചേരില്ല. ആയതിനാൽ ഐൻ സ്റ്റൈൻ സമീകരണത്തെ ക്വാണ്ടീകരിച്ച്, ക്വാണ്ടം ഗ്രാവിറ്റി ഉണ്ടാക്കാം എന്നത് ഒരു അർത്ഥമില്ലാത്ത കാര്യമാണ്.


താണു പത്മനാഭൻ: ഭൗതികത്തിലെ മൂന്നാം വിപ്ലവം | Emergent Gravity | ഡോ. ടൈറ്റസ്സ് കെ.മാത്യു സംസാരിക്കുന്നു

ഭൗതിക




Leave a Reply