ഏഴ്‌

പ്രകാശം ഒരു നിശ്ചിതമായ, എന്നാൽ വളരെ ഉയർന്ന വേഗതയിൽ സഞ്ചരിക്കുന്നു എന്ന വസ്‌തുത കണ്ടുപിടിച്ചത്‌ 1676-ൽ ഓൾ ക്രിസ്‌റ്റൻസെൻ റോമർ എന്ന ഡാനിഷ്‌ ജ്യോതിശാസ്‌ത്രജ്‌ഞ്ഞനാണ്‌. വ്യാഴത്തിന്റെ ചന്ദ്രന്മാർ അതിന്റെ പിന്നിൽ മറയുന്ന സമയം എല്ലായ്‌പ്പോഴും ഒരുപോലെ അല്ലെന്ന്‌ അദ്ദേഹം കണ്ടെത്തി. ചന്ദ്രന്മാർ വ്യാഴത്തെ ചുറ്റുന്നത്‌ സ്‌ഥിരമായ വേഗതയിലാവുമ്പോൾ ഈ നിരീക്ഷണം അപ്രതീക്ഷിതമാവുന്നു. ഭൂമിയും വ്യാഴവും സൂര്യമന ചുറ്റുന്നതിനാൽ അവ തമ്മിലുളള ദൂരം മാറിക്കൊണ്ടിരിക്കും. വ്യാഴവും ഭൂമിയും ഏറ്റവും അകലെയായിരിക്കുമ്പോൾ വ്യാഴത്തിന്റെ ചന്ദ്രന്മാരുടെ ഗ്രഹണങ്ങൾ വൈകിയാണ്‌ കാണപ്പെടുന്നതെന്ന്‌ റോമർ കണ്ടു. ഇത്‌ ഭൂമി കൂടുതൽ അകലെയായതു കൊണ്ട്‌ വ്യാഴത്തിന്റെ ചന്ദ്രന്മാരിൽ നിന്നും പ്രകാശം ഭൂമിയിലെത്താൻ കൂടുതൽ സമയമെടുക്കുന്നതുകൊണ്ടാണെന്ന്‌ അദ്ദേഹം വാദിച്ചു. വ്യാഴവും ഭൂമിയും തമ്മിലുളള അകല വ്യത്യാസങ്ങൾ അദ്ദേഹം കണക്കാക്കിയിരുന്നത്‌, പക്ഷേ, അത്ര കൃത്യമായിരുന്നില്ല, അതുകൊണ്ട്‌ അദ്ദേഹം കണക്കാക്കിയ പ്രകാശ വേഗത മണിക്കൂറിൽ 140000 നാഴികയായിരുന്നു. എന്നാൽ ആധുനിക കണക്കുപ്രകാരം 186000 നാഴികയും. എന്നിരുന്നാലും പ്രകാശം ഒരു നിശ്ചിത വേഗതയിൽ സഞ്ചരിക്കുന്നുവെന്നു തെളിയിക്കുന്നതിലും ആ വേഗത കണക്കാക്കുന്നതിലും റോമർ കൈവരിച്ച നേട്ടം സ്‌തുത്യർഹമാണ്‌, പ്രത്യേകിച്ചും, ന്യൂട്ടന്റെ പ്രിൻസിപ്പിയ മാത്തമാറ്റിക്ക പ്രസിദ്ധീകരിച്ചതിന്‌ 11 വർഷം മുമ്പാണിതെന്നോർക്കുമ്പോൾ!

1865-ൽ ജയിംസ്‌ ക്ലർക്ക്‌ മാക്‌സ്‌വെൽ, അതുവരെ വൈദ്യുതിയേയും കാന്തശക്തിയേയും വിശദീകരിക്കാൻ ഉപയോഗിച്ചിരുന്ന ഭാഗിക സിദ്ധാന്തങ്ങളെ സംയോജിപ്പിക്കുന്നതിൽ വിജയം കൈവരിക്കുന്നതുവരെ പ്രകാശവ്യാപനത്തെക്കുറിച്ച്‌ ഒരു ശരിയായ സിദ്ധാന്തം പുറത്തുവന്നിരുന്നില്ല. മാക്‌സ്‌വെല്ലിന്റെ സമവാക്യങ്ങൾ സംയുക്ത വൈദ്യുതകാന്ത മണ്ഡത്തിൽ തരംഗങ്ങൾ പോലെയുളള ചലനങ്ങൾ ഉണ്ടായിരിക്കാമെന്നും അവ നിശ്ചിത വേഗതയിൽ, ഒരു കുളത്തിൽ ഓളങ്ങൾ പോലെ സഞ്ചരിക്കുന്നുവെന്നും പ്രവചിച്ചു. ഈ അലകളുടെ തരംഗദൈർഘ്യം (ഒരു ശിഖരത്തിൽ നിന്ന്‌ അടുത്തതിലേക്കുളള ദൂരം) ഒരു മീറ്ററിൽ കൂടുതലുളളവയെ ഇന്ന്‌ നാം റേഡിയോ തരംഗങ്ങൾ എന്നു വിളിക്കുന്നു. അതിൽ കുറഞ്ഞ തരംഗദൈർഘ്യമുളളവയെ മൈക്രോ തരംഗങ്ങൾ (ഏതാനും സെന്റിമീറ്ററുകൾ) അല്ലെങ്കിൽ ഇൻ-ഫ്രാറെഡ്‌ (ഒരു സെന്റിമീറ്ററിന്റെ പതിനായിരത്തിലൊന്ന്‌ വരെ) എന്നും പറയുന്നു. ദൃശ്യമായ പ്രകാശത്തിന്റെ തരംഗദൈർഘ്യം ഒരു സെന്റിമീറ്ററിന്റെ 40 മുതൽ 80 ദശലക്ഷത്തിലൊരംശത്തിന്റെ ഇടയിലാണ്‌. അതിലും കുറഞ്ഞ തരംഗദൈർഘ്യമുളളവയെ അൾട്രാ വൈലറ്റ്‌, എക്‌സ്‌റേ, ഗാമ രശ്‌മി എന്നിങ്ങനെ വിളിക്കുന്നു.

മാക്‌സ്‌വെല്ലിന്റെ സിദ്ധാന്തം റേഡിയോ അഥവാ പ്രകാശതരംഗങ്ങൾ ഒരു നിശ്ചിതവേഗതയിൽ സഞ്ചരിക്കുന്നു എന്ന്‌ പ്രവചിച്ചു. പക്ഷെ ന്യൂട്ടന്റെ സിദ്ധാന്തം കേവലമായ നിശ്ചലാവസ്ഥയെ തളളിക്കളഞ്ഞിരുന്നു. അതുകൊണ്ട്‌ പ്രകാശം നിശ്ചിത വേഗതയിൽ സഞ്ചരിക്കുന്നുവെങ്കിൽ അത്‌ ഏതിനെ ആസ്‌പദമാക്കിയാണ്‌ അളക്കേണ്ടത്‌ എന്ന്‌ പറയേണ്ടിയിരിക്കുന്നു. അതിനായി എല്ലാ സ്ഥലത്തും ‘ശൂന്യത’യിൽപ്പോലും “ഇതർ” എന്ന ഒരു വസ്‌തുവുണ്ടെന്ന്‌ നിർദ്ദേശിക്കപ്പെട്ടു. ശബ്‌ദതരംഗങ്ങൾ വായുവിലൂടെ സഞ്ചരിക്കുന്നതുപോലെ പ്രകാശതരംഗങ്ങൾ ഇതറിലൂടെ സഞ്ചരിക്കുന്നു. അതുകൊണ്ട്‌ അവയുടെ വേഗത ഇതറിനെ ആസ്‌പദമാക്കിയായിരിക്കും. ഇതറിനെ അപേക്ഷിച്ച്‌ സഞ്ചരിക്കുന്ന വ്യത്യസ്‌ത നിരീക്ഷകർ പ്രകാശം അവരുടെ നേരെ വ്യത്യസ്‌ത വേഗതയിൽ വരുന്നതായി കാണും. എന്നാൽ പ്രകാശത്തിന്റെ വേഗത ഇതറിനെ അപേക്ഷിച്ച്‌ സ്ഥിരമായിരിക്കും. പ്രത്യേകിച്ചും ഭൂമി ഇതറിലൂടെ അതിന്റെ ഭ്രമണപഥത്തിൽ സൂര്യനെ ചുറ്റുമ്പോൾ ഭൂമിയുടെ ഭ്രമണത്തിന്റെ ദിശയിൽ (നാം പ്രകാശത്തിന്റെ ഉത്ഭവസ്ഥാന ദിശയിൽ സഞ്ചരിക്കുമ്പോൾ) പ്രകാശ വേഗത അളക്കുകയാണെങ്കിൽ അത്‌ ആ ദിശയുടെ ലംബമായ ദിശയിൽ (നാം പ്രകാശത്തിന്റെ ഉത്ഭവസ്ഥാന ദിശയിൽ നീങ്ങാതിരിക്കുമ്പോൾ) അളക്കുമ്പോഴത്തേതിനെക്കാൾ കൂടുതലായിരിക്കും. 1887-ൽ ആൽബർട്ട്‌ മൈക്കിൾസണും (അദ്ദേഹം പിന്നീട്‌ ഭൗതിക ശാസ്‌ത്രത്തിൽ നോബൽ സമ്മാനം കിട്ടിയ ആദ്യത്തെ അമേരിക്കക്കാരനായി) എഡ്വാർഡ്‌ മോർലിയും കൂടി ക്ലീവ്‌ലാന്റിലെ കേസ്‌ സ്‌ക്കൂൾ ഓഫ്‌ അപ്ലൈഡ്‌ സയൻസിൽ വളരെ സൂക്ഷ്‌മമായി ഒരു പരീക്ഷണം നടത്തി. അവർ ഭൂമിയുടെ ഭ്രമണ ദിശയിലും അതിന്‌ ലംബമായ ദിശയിലും പ്രകാശവേഗത താരതമ്യം ചെയ്‌തു. അവരെ അത്യധികം അത്ഭുതപ്പെടുത്തിക്കൊണ്ട്‌, രണ്ടും ഒരൊറ്റ സംഖ്യ തന്നെയാണെന്നവർ കണ്ടെത്തി.

1887 നും 1905 നുമിടക്ക്‌ മൈക്കിൽസൺ- മോർലി പരീക്ഷണഫലം വിശദീകരിക്കാൻ, ഇതറിലൂടെ നീങ്ങുമ്പോൾ വസ്‌തുക്കൾ ചുരുങ്ങാം, അല്ലെങ്കിൽ ക്ലോക്കുകൾ പതുക്കെയാവാം എന്നീ സാദ്ധ്യതകളെ അടിസ്ഥാനപ്പെടുത്തിക്കൊണ്ട്‌ പല ശ്രമങ്ങളും നടന്നു. അതിൽ ഏറ്റവും ശ്രദ്ധേയമായത്‌ ഡച്ച്‌ ശാസ്‌ത്രജ്ഞനായ ഹെന്റിക്‌ ലൊറെൻസ്‌ന്റേതായിരുന്നു. എന്നാൽ 1905-ൽ അതുവരെ അറിയപ്പെടാതിരുന്ന സ്വിസ്‌ പേറ്റന്റ്‌ ഓഫീസിലെ ഒരു ക്ലർക്ക്‌, ആൽബർട്ട്‌ ഐൻസ്‌റ്റീൻ, തന്റെ ഗവേഷണ പ്രബന്ധത്തിൽ കേവലമായ സമയം എന്ന ആശയം ഉപേക്ഷിക്കാൻ തയ്യാറാവുകയാണെങ്കിൽ ഇതർ എന്ന സങ്കല്പം തീർത്തും അനാവശ്യമാണെന്ന്‌ ചൂണ്ടിക്കാട്ടി. ഏതാനും ആഴ്‌ചകൾക്ക്‌ ശേഷം ഏതാണ്ട്‌ സമാനമായ ഒരു വാദം ഹെന്റി പോയിൻകേർ എന്ന ഫ്രഞ്ച്‌ ഗണിതശാസ്‌ത്രജ്‌ഞ്ഞനും മുന്നോട്ടു വച്ചു. ഹെന്റി പോയിൻകേർ ഇതൊരു ഗണിത പ്രശ്‌നമായി കണക്കാക്കിയപ്പോൾ ഐൻസ്‌റ്റീന്റെ വാദം ഭൗതിക ശാസ്‌ത്രവുമായി കൂടുതൽ അടുത്തുനിന്നു. ഈ പുതിയ സിദ്ധാന്തത്തിനുളള അംഗീകാരം സാധാരണ ഐൻസ്‌റ്റീനാണ്‌ കൊടുക്കാറുളളതെങ്കിലും പോയിൻകേറുടെ പേരും ഇതിന്റെ ഒരു പ്രധാന ഭാഗവുമായി ബന്ധപ്പെടുത്തിക്കൊണ്ട്‌ ഓർമ്മിക്കാറുണ്ട്‌.

ആപേക്ഷിക സിദ്ധാന്തം എന്ന പേരിലറിയപ്പെടുന്ന ഇതിന്റെ മൗലിക തത്വം എല്ലാ സ്വതന്ത്രമായി സഞ്ചരിക്കുന്ന നിരീക്ഷകർക്കും അവരുടെ വേഗത എന്തുതന്നെയായാലും ശാസ്‌ത്ര നിയമങ്ങൾ ഒന്നുതന്നെയായിരിക്കും എന്നതാണ്‌. ന്യൂട്ടന്റെ ചലന നിയമങ്ങളുടെ കാര്യത്തിൽ ഇതു ശരിയായിരുന്നു, എന്നാൽ ഇപ്പോൾ ഈ ആശയം മാക്‌സ്‌വെല്ലിന്റെ സിദ്ധാന്തവും പ്രകാശവേഗതയും കൂടി ഉൾപ്പെടുത്തിക്കൊണ്ട്‌ വിപുലമാക്കപ്പെട്ടു. അതായത്‌, എല്ലാ നിരീക്ഷകരും, അവർ എത്ര വേഗത്തിൽ സഞ്ചരിച്ചാലും, കണക്കാക്കുന്ന പ്രകാശവേഗത ഒന്നുതന്നെയായിരിക്കും. ഈ ലളിതമായ ആശയത്തിന്റെ അനന്തരഫലങ്ങൾ അത്ഭുതകരമായിരുന്നു. ഒരുപക്ഷെ അതിലേറ്റവും അറിയപ്പെട്ടത്‌ ഐൻസ്‌റ്റീന്റെ പ്രസിദ്ധമായ E=Mc2 (E=ഊർജ്ജം, M=പിണ്ഡം, C=പ്രകാശവേഗത) എന്ന സമവാക്യത്തിൽ സമാഹരിക്കപ്പെട്ട പിണ്ഡത്തിന്റെയും ഊർജ്ജത്തിന്റെയും തുല്യാവസ്ഥയും പ്രകാശത്തേക്കാൾ വേഗത്തിൽ ഒന്നും സഞ്ചരിക്കുന്നില്ല എന്ന നിയമവുമാണ്‌. പിണ്ഡത്തിന്റെയും ഊർജ്ജത്തിന്റെയും ഈ തുല്യാവസ്ഥ കാരണം വേഗതകൊണ്ട്‌ ഒരു വസ്‌തു ആർജ്ജിക്കുന്ന ഊർജ്ജം അതിന്റെ പിണ്ഡം വർദ്ധിപ്പിക്കുന്നു. മറ്റൊരുവിധത്തിൽ പറഞ്ഞാൽ ഇത്‌ വസ്‌തുവിന്റെ വേഗത കൂട്ടുന്നത്‌ ദുഷ്‌ക്കരമാക്കുന്നു. ഈ ഫലം പ്രത്യക്ഷമാവുന്നത്‌ പ്രകാശവേഗതയോടടുത്ത വേഗതയിൽ സഞ്ചരിക്കുന്ന വസ്‌തുക്കൾക്ക്‌ മാത്രമാണ്‌. ഉദാഹരണത്തിന്‌, പ്രകാശവേഗതയുടെ 10% വേഗതയിൽ സഞ്ചരിക്കുന്ന ഒരു വസ്‌തുവിന്റെ പിണ്ഡം സാധാരണയിൽ നിന്ന്‌ 0.5% കൂടുമ്പോൾ പ്രകാശവേഗതയുടെ 90 ശതമാനം വേഗതയിൽ പിണ്ഡം ഇരട്ടിയാവുന്നു. വസ്‌തുവിന്റെ വേഗത പ്രകാശവേഗതയോടടുക്കും തോറും പിണ്ഡം വളരെ വേഗത്തിൽ കൂടിക്കൊണ്ടിരിക്കും അതിനാൽ അതിന്റെ വേഗതകൂട്ടുവാൻ കൂടുതൽ കൂടുതൽ ഊർജ്ജം ആവശ്യമായി വരുകയും ചെയ്യും. വാസ്‌തവത്തിൽ അതിന്‌ ഒരിക്കലും പ്രകാശ വേഗതയിലെത്താൻ കഴിയില്ല. കാരണം അപ്പോഴേക്കും അതിന്റെ പിണ്ഡം അനന്തമായി ഉയരുകയും, പിണ്ഡഊർജ്ജതുല്യാവസ്ഥ പ്രകാരം വസ്‌തുവിന്‌ ആ വേഗതയിലെത്താൻ അനന്തമായ അളവിൽ ഊർജ്ജം ആവശ്യമായി വരുകയും ഇക്കാരണത്താൽ എല്ലാ സാധാരണ വസ്‌തുക്കളുടെയും വേഗത ആപേക്ഷികതത്വപ്രകാരം പ്രകാശ വേഗതയുടെ താഴെയായി പരിമിതപ്പെട്ടിരിക്കുന്നു. ആന്തരികമായ പിണ്ഡമല്ലാത്ത പ്രകാശം പോലെയുളള തരംഗങ്ങൾക്കു മാത്രമേ പ്രകാശ വേഗതയിൽ സഞ്ചരിക്കാൻ കഴിയുകയുളളൂ.

ആപേക്ഷികത്വത്തിന്റെ, ഇത്രയും തന്നെ വിസ്‌മയകരമായ മറ്റൊരു പരിണത ഫലം അത്‌ സമയവും സ്‌ഥലരാശിയെയും കുറിച്ചുളള നമ്മുടെ ആശയങ്ങൾ അപ്പാടെ മാറ്റിമറിച്ചു എന്നുളളതാണ്‌. ന്യൂട്ടന്റെ സിദ്ധാന്തപ്രകാരം ഒരു പ്രകാശസ്‌പന്ദനം ഒരിടത്ത്‌ നിന്ന്‌ മറ്റൊരിടത്തേയ്‌ക്കയച്ചാൽ അത്‌ സഞ്ചരിച്ച സമയം വ്യത്യസ്‌ത നിരീക്ഷകർ കണക്കാക്കുന്നത്‌ ഒന്നുതന്നെയായിരിക്കും (സമയം കേവലമായതുകൊണ്ട്‌) എന്നാൽ അത്‌ യാത്രചെയ്‌ത ദൂരത്തിന്റെ കാര്യത്തിൽ എല്ലാവരും യോജിക്കില്ല (സ്‌ഥലരാശി കേവലമല്ലാത്തതുകൊണ്ട്‌). പ്രകാശവേഗത എന്നു പറയുന്നത്‌ അത്‌ സഞ്ചരിച്ച ദൂരത്തെ അതിന്‌ വേണ്ടി വന്ന സമയം കൊണ്ട്‌ ഹരിക്കുമ്പോൾ കിട്ടുന്ന ഹരണഫലമാകയാൽ വ്യത്യസ്‌ത നിരീക്ഷകർ കണക്കാക്കുന്ന പ്രകാശവേഗത വ്യത്യസ്‌തമായിരിക്കും. അതേ സമയം, ആപേക്ഷികത്വത്തിൽ പ്രകാശവേഗതയുടെ മൂല്യം എല്ലാ നിരീക്ഷകർക്കും ഒരുപോലെയായിരുന്നേ പറ്റൂ. എങ്കിലും അവർ പ്രകാശം സഞ്ചരിച്ച ദൂരത്തിന്റെ കാര്യത്തിൽ യോജിക്കുകയില്ല, അതിനാൽ പ്രകാശം സഞ്ചരിച്ച സമയത്തിലും അവർ യോജിക്കുകയില്ല. (സഞ്ചരിച്ച സമയം എന്നത്‌ ദൂരത്തിനെ-ഇതിൽ നിരീക്ഷകർ യോജിക്കുന്നില്ല-പ്രകാശ വേഗത-ഇതിൽ അവർ യോജിക്കുന്നു-കൊണ്ട്‌ ഹരിച്ചാൽ കിട്ടുന്നതാണല്ലോ.) ചുരുക്കിപ്പറഞ്ഞാൽ, ആപേക്ഷികസിദ്ധാന്തം കേവല സമയം എന്ന ആശയത്തിന്‌ അന്ത്യം കുറിച്ചു. ഓരോ നിരീക്ഷകരും സ്വന്തം ക്ലോക്കുകൾ കൊണ്ട്‌ അവരുടേതായ സമയം കണക്കാക്കണം. രണ്ടു നിരീക്ഷകർ ഉപയോഗിക്കുന്ന യാതൊരു വ്യത്യാസവുമില്ലാത്ത ക്ലോക്കുകൾ ഒരേസമയം കാണിച്ചു കൊളളണമെന്നില്ല എന്ന അവസ്‌ഥാവിശേഷമാണ്‌ ഇതുളവാക്കിയത്‌.