പ്രപഞ്ചവും മനുഷ്യനും/പദാർത്ഥം മൗലികഘടന

[ 36 ]

2
പദാർത്ഥം - മൗലികഘടന

നമ്മുടെ ദൈനംദിന ജീവിതത്തിൽ, വിവിധ ഇന്ദ്രിയങ്ങൾ വഴി നേരിട്ടനുഭവപ്പെടുന്ന നമുക്കു ചുറ്റുമുള്ള വസ്തുസഞ്ചയത്തെയാണ് നാം പ്രപഞ്ചം എന്നു വിളിക്കുന്നത്. കല്ലും മണ്ണും തുടങ്ങി ചന്ദ്ര, സൂര്യ, നക്ഷത്രാദികൾ വരെയുള്ള 'അചേതന' ലോകം നമുക്കു കാണാം. അതുപോലെ അണുജീവി മുതൽ മനുഷ്യൻ വരെയുള്ള ജന്തുലോകവും ബാക്റ്റീരിയം മുതൽ വടവൃക്ഷംവരെയുള്ള സസ്യലോകവും നിലനിൽക്കുന്നതായി നാം മനസ്സിലാക്കുന്നു. ബാഹ്യരൂപത്തിൽ അനന്തമായ വൈവിധ്യം പ്രദർശിപ്പിക്കുന്ന ഈ വസ്തുസഞ്ചയത്തെ പൊതുവിൽ പദാർത്ഥം എന്നു വിളിക്കുന്നു. ഈ പ്രാപഞ്ചിക പദാർത്ഥത്തിന് പൊതുവായ ഒരു മൗലികഘടനയുണ്ടോ? രണ്ടായിരത്തഞ്ഞൂറുകൊല്ലം മുമ്പു മുതൽ ചോദിക്കാൻ തുടങ്ങിയ ഈ ചോദ്യം ഇന്നും നാമാവർത്തിക്കുകയാണ്. അന്ന്, പരമാണുക്കൾ എന്നു വിളിക്കപ്പെടുന്ന അവിഭാജ്യമായ അതിസൂക്ഷ്മഘടകങ്ങളാലാണ് എല്ലാ പ്രാപഞ്ചികവസ്തുക്കളും നിർമ്മിക്കപ്പെട്ടിട്ടുള്ളതെന്ന് ഡിമോക്രിറ്റസും പിൽക്കാലത്ത് കണാദനും സിദ്ധാന്തിക്കുകയുണ്ടായി. പക്ഷേ ഈ വാദഗതികൾ തത്ത്വചിന്താമണ്ഡലത്തിലെ വെറും പരികല്പനകൾ മാത്രമായാണ് നിലനിന്നുപോന്നത്.

രണ്ടായിരത്തഞ്ഞൂറു വർഷങ്ങൾക്കുശേഷം, ഇരുപതാം നൂറ്റാണ്ടിൽ മാത്രമാണ് ഈ പ്രശ്നങ്ങൾക്കു വസ്തുനിഷ്ഠവും ശാസ്ത്രീയവുമായ ഉത്തരം കണ്ടെത്താൻ കഴിഞ്ഞത്. അനേകം അന്വേഷണ കുതുകികളുടെ നിരന്തരവും അക്ഷീണവുമായ സംഘടിതശ്രമങ്ങളാണ് ഇതിനു പിന്നിലുള്ളത്. പത്തൊമ്പതാം നൂറ്റാണ്ടിന്റെ ആരംഭത്തിൽ പ്രധാനമായും ജോൺ ഡാൽട്ടന്റെ പ്രവർത്തനഫലമായാണ് വിസ്മരിക്കപ്പെട്ടുകിടന്നിരുന്ന പരമാണുവാദം പുനരുജ്ജീവിപ്പിക്കപ്പെട്ടത്. അടിസ്ഥാനപരമായി വ്യത്യസ്ത സ്വഭാവങ്ങളോടുകൂടിയ മൂലകങ്ങൾ - ഓക്സിജൻ, ഹൈഡ്രജൻ, കാർബൺ, സൾഫർ, സോഡിയം, ചെമ്പ്, ഇരുമ്പ് തുടങ്ങിയവ - ചേർന്നിട്ടാണ് വ്യത്യസ്ത വസ്തുക്കൾ രൂപീകൃതമായിരിക്കുന്നതെന്ന് അന്നേ അറിയാമായിരുന്നു. എന്നാൽ ഈ അടിസ്ഥാനമൂലകങ്ങളുടെ ഘടനയോ, അവ തമ്മിലുള്ള മൗലികവ്യത്യാസങ്ങൾക്ക് നിദാനമോ എന്താണെന്ന് അറിയപ്പെട്ടിരുന്നില്ല. പദാർത്ഥത്തിന്റെ, നശിപ്പിക്കാൻ കഴിയാത്തതും അവിഭാജ്യവുമായ ഏകകങ്ങളായ പരമാണുക്കൾ ചേർന്നിട്ടാണ് ഓരോ മൂലകവും ഉണ്ടായിരിക്കുന്നതെന്ന് ഡാൽട്ടൻ സിദ്ധാന്തിച്ചു. പക്ഷേ, ഈ സിദ്ധാന്തമനുസരിച്ച് കൃത്രിമമായി നിർമ്മിക്കപ്പെട്ടിട്ടുള്ളതടക്കം ഇന്നറിയപ്പെട്ടിട്ടുള്ള നൂറിൽപരം മൂലക [ 37 ] ങ്ങളിലും അത്രയും വ്യത്യസ്ത മൗലികഘടങ്ങളുണ്ടായിരിക്കണം. അല്ലെങ്കിൽ അവയ്ക്കു തമ്മിൽ വ്യത്യാസമുണ്ടാവനിടയില്ലല്ലോ. ഇത് തൃപ്തികരമായ ഒരു പരിഹാരമല്ല.

ഇലക്ട്രോൺ

പത്തൊമ്പതാം നൂറ്റാണ്ടിന്റെ ഉത്തരാർദ്ധത്തിൽ വൈദ്യുതി ഒരു പ്രധാന ഗവേഷണമേഖലയായിരുന്നു. വായു നീക്കം ചെയ്ത ഒരു ഗ്ലാസ് കുഴലിന്റെ രണ്ടറ്റത്ത് ഉള്ളിലേയ്ക്കു തള്ളിനില്ക്കുന്ന വൈദ്യുതകമ്പികളിൽ ആയിരക്കണക്കിന് വോൾട്ട് വൈദ്യുത പൊട്ടൽഷ്യൽ വ്യത്യാസം ഉളവാക്കുകയാണെങ്കിൽ കുഴലിനുള്ളിൽ ഒരു പച്ചനിറത്തിലുള്ള പ്രകാശം ഉണ്ടാകുന്നു. നെഗറ്റീവ് അഗ്രത്തിൽ നിന്നുളവാകുന്ന റേഡിയോ പ്രസരമാണ് ഇതിനു കാരണം. തന്മൂലം ഇതിനെ 'കാഥോഡ് രശ്മികൾ' എന്നു വിളിച്ചു. ജെ.ജെ. തോംപ്സൺ ഈ കാഥോഡ്‌രശ്മികളെക്കുറിച്ച് സമഗ്രമായി പഠനം നടത്തുകയുണ്ടായി. എല്ലാ പരമാണുക്കളിലും വെച്ചു വളരെയധികം ഭാരം കുറഞ്ഞ ഒരു കണികയുടെ അസ്തിത്വം ഈ പരീക്ഷണങ്ങൾ വഴി തെളിയിക്കപ്പെടുകയുണ്ടായി. ഈ കണികയ്ക്കു 'ഇലക്ട്രോൺ' എന്ന പേരു നൽകപ്പെട്ടു. പരമാവധി ചെറിയ വൈദ്യുതചാർജ്ജാണ് ഇതിനുള്ളത്. ഹൈഡ്രജൻ ആറ്റത്തേക്കാൾ 1837 മടങ്ങു ചെറുതാണിത്.

ഇലക്ട്രോണുകൾ മറ്റുവിധത്തിലും ഉല്പാദിപ്പിക്കപ്പെടുന്നുണ്ടെന്നു തെളിയുകയുണ്ടായി. സോഡിയം, പൊട്ടാസിയം തുടങ്ങിയ ക്ഷാരലോഹങ്ങളിൽ അൾട്രാവയലറ്റ് രശ്മികളോ മറ്റോ പതിപ്പിക്കുകയാണെങ്കിൽ ലോഹത്തിൽനിന്ന് ഇലക്ട്രോൺ കണികകളുടെ പ്രവാഹം തന്നെയുണ്ടാകുന്നു. ഒരു ലോഹതന്തുവിനെ ശക്തിയായി ചൂടുപിടിപ്പിച്ചാലും ഇലക്ടോണുകൾ ഉല്പാദിപ്പിക്കപ്പെടും. ചില പ്രത്യേക മൂലകങ്ങളിൽനിന്ന്, അഥവാ റേഡിയോ പ്രസരവസ്തുക്കളിൽ നിന്നു തനിയേയും ഇലക്ട്രോണുകൾ വമിച്ചുകൊണ്ടിരിക്കും.വ്യത്യസ്ത വസ്തുക്കളിൽനിന്നു വിവിധ രീതികളിൽ ഉല്പാദിപ്പിക്കപ്പെടുന്നതാണ് ഇവയെങ്കിലും ഈ ഇലക്ട്രോണുകളുടെയെല്ലാം മൗലികസ്വഭാവം ഒന്നുതന്നെയാണ്. അതുകൊണ്ട് എല്ലാ മൂലകങ്ങളിലെയും അഥവാ പദാർത്ഥത്തിലെ ഒരനിവാര്യഘടകമാണ് 'ഇലക്ട്രോൺ'എന്നു തെളിയുന്നു. അങ്ങനെ ഇലക്ട്രോണിനെ പദാർത്ഥത്തിന്റെ ഒരു മൗലികകണികയായി കണക്കാക്കാവുന്നതാണ്.

പ്രോട്ടോൺ

ഇലക്ട്രോണുകൾക്ക് ഋണ-ചാർജാണുള്ളത്. അതേസമയം പരമാണുക്കളാകട്ടെ നിഷ്പക്ഷമാണ്. അതുകൊണ്ട് പരമാണുവിൽ ഇലക്ട്രോൺ മാത്രമല്ല, ധന-ചാർജുള്ളകണികകൾകൂടി ഉണ്ടായിരിക്കണം. മാത്രമല്ല, പരമാണുവിന്റെ ദ്രവ്യമാനവുമായി ഒരു തരത്തിലും പൊരുത്തപ്പെടാത്തത്ര ചെറുതാണ് ഇലക്ട്രോണിന്റെ ദ്രവ്യമാനം. അപ്പോൾ പരമാണുവിൽ വേറെയും കണികകളുണ്ടായിരിക്കേണ്ടത് അനിവാര്യമാണ്. അങ്ങനെ വരുമ്പോൾ പര [ 38 ] മാണുക്കൾ പദാർത്ഥത്തിന്റെ അവിഭാജ്യമായ മൗലികഘടകങ്ങളല്ലെന്നു വരുന്നു. റേഡിയോ പ്രസരണങ്ങളെക്കുറിച്ചുള്ള പഠനങ്ങൾ ഈ ധാരണ ശരിയാണെന്നു തെളിയിച്ചു. യുറേനിയം, തോറിയം, റേഡിയം, പൊളോണിയം തുടങ്ങിയ റേഡിയോ പ്രസരവസ്തുക്കൾ പുറപ്പെടുവിക്കുന്ന റേഡിയോ പ്രസരങ്ങളെ ആൽഫാ, ബീറ്റാ, ഗാമാ രശ്മികളെന്നാണ് വിളിക്കുന്നത്. ബീറ്റാ-രശ്മികൾ ഭാരം കൂടിയ ധന-ചാർജുള്ള കണികകളും ഗാമാ-രശ്മികൾ വൈദ്യുതകാന്തതരംഗങ്ങളുമാണ്. ഇവയെല്ലാം റേഡിയോ പ്രസരത്തിനുശേഷം വ്യത്യസ്ത രാസമൂലകങ്ങളായി പരിണമിക്കുന്നു. പരമാണുക്കൾ മൗലികഘടകങ്ങളല്ലെന്ന് ഇതു വ്യക്തമാക്കുന്നുണ്ട്.

ആൽഫാ-കണികകളെക്കുറിച്ചുള്ള റൂതർഫോർഡിന്റെ ഗവേഷണങ്ങളിൽനിന്നും, 1913-ൽ നീൽബോർ ആവിഷ്കരിച്ച സിദ്ധാന്തത്തിൽ നിന്നും പരമാണുവിന്റെ ഒരു അതിസൂക്ഷ്മഘടന രൂപം കൊണ്ടു. ഇതിൻ പ്രകാരം ഒരു പരമാണു, ഘടനയിൽ സൗരയൂഥത്തോട് അടുത്ത സാദൃശ്യം പുലർത്തുന്നു. ഒരു കേന്ദ്രവസ്തുവായ ന്യൂക്ലിയസും അതിനു ചുറ്റും വ്യത്യസ്ത ദൂരത്തിൽ കറങ്ങിക്കൊണ്ടിരിക്കുന്ന ഇലക്ട്രോണുകളും. ന്യൂക്ലിയസ് ധന-ചാർജുള്ളതാണ്. ഇതിനെ സന്തുലിതാവസ്ഥയിൽ നിറുത്താനാവശ്യമായത്ര ഇലക്ട്രോണുകളായിരിക്കും ഓരോ പരമാണുവിലുമുണ്ടായിരിക്കുക. ഓരോ പരമാണുവിലും ന്യൂക്ലിയസിനു ചുറ്റും കറങ്ങിക്കൊണ്ടിരിക്കുന്ന ഇലക്ട്രോണുകളുടെ എണ്ണമാണ് ആ പരമാണുവിന്റെ 'പരമാണു സംഖ്യ'. ഇതിനെ ആസ്പദമാക്കിയാണ് ഓരോ മൂലകത്തെയും പിരിയോഡിക് ടേബിളിൽ ക്രമീകരിച്ചിരിക്കുന്നത്.

പരമാണുവിന്റെ ദ്രവ്യമാനം നിക്ഷിപ്തമായിരിക്കുന്നത് ന്യൂക്ലിയസ്സിലാണ്. അപ്പോൾ പദാർത്ഥത്തിന്റെ യഥാർത്ഥ ആസ്ഥാനം ന്യൂക്ലിയസ്സായതിനാൽ ന്യൂക്ലിയസ്സിന്റെ ഘടന എന്താണെന്നു വ്യക്തമാവുകയാണാവശ്യം. 1919-ലാണ് ന്യൂക്ലിയസ്സിനെക്കുറിച്ച് അഥവാ അണുകേന്ദ്രത്തെക്കുറിച്ചുള്ള ആദ്യത്തെ വ്യക്തമായ ധാരണ രൂപം കൊണ്ടത്. അണുകേന്ദ്രത്തിലുള്ള ധന-ചാർജുള്ള ഒരു മൗലിക കണികയ്ക്കു 'പ്രോട്ടോൺ' എന്നു പേരു നൽകി. നൈട്രജൻ പരമാണുക്കളെ റേഡിയോ പ്രസരവസ്തുക്കളിൽ നിന്നുള്ള ആൽഫാ-കണികകൾ കൊണ്ട് മർദ്ദിച്ച് പ്രോട്ടോണുകളെ പുറപ്പെടുവിക്കാൻ ആദ്യമായി കഴിഞ്ഞത് റൂതർഫോർഡിനാണ്. പില്ക്കാലത്ത് മറ്റു മൂലകങ്ങളിൽ നിന്നും ഇതുപോലെ പ്രോട്ടോണുകളെ പ്രസരിപ്പിക്കാൻ കഴിഞ്ഞു. അങ്ങനെ പ്രോട്ടോണും പരമാണുവിന്റെ ഒരു മൗലികഘടകമാണെന്നു തെളിഞ്ഞു.

ന്യൂട്രോൺ

അണുകേന്ദ്രത്തിൽ പ്രോട്ടോണുകൾ മാത്രമുണ്ടായാൽ പോര. മൂലകങ്ങളുടെ അണു-ഭാരവും അണു-സംഖ്യയും തമ്മിൽ പൊരുത്തപ്പെടാതാകും. ഉദാഹരണത്തിന്, ഓക്സിജന്റെ കാര്യമെടുക്കാം. അതിന്റെ അണുസംഖ്യ [ 39 ] 8 ആണ്. അതായത് അണുകേന്ദ്രത്തിനു ചുറ്റും 8 ഇലക്ട്രോണുകൾ കറങ്ങിക്കൊണ്ടിരിക്കും. തന്മൂലം ഈ ഇലക്ട്രോണുകളുടെ ഋണചാർജ്ജിനെ നിഷ്പക്ഷമാക്കുന്നതിനു വേണ്ടി അണുകേന്ദ്രത്തിൽ 8 ധനചാർജുകൾ അഥവാ 8 പ്രോട്ടോണുകൾ വേണം. പക്ഷേ, ഓക്സിജന്റെ അണു-ഭാരം 16 ആണ്. അതായത് അണുകേന്ദ്രത്തിൽ 16 പ്രോട്ടോണുകൾ ഉണ്ടായിരിക്കണം. ഇതു സാദ്ധ്യമല്ലതാനും. അപ്പോൾ അണുകേന്ദ്രത്തിൽ 8 പ്രോട്ടോണുകളെ കൂടാതെ മറ്റേതോ 8 കണികകൾ കൂടിയുണ്ടായിരിക്കും. അതെന്തായിരിക്കും?

1932-ൽ കാഡ്‌വിക്ക് ന്യൂട്രോൺ കണ്ടുപിടിച്ചതോടെ ഈ പ്രശ്നത്തിനുത്തരം ലഭിച്ചു. ഏതാണ്ട് പ്രോട്ടോണിന്റെ അത്രതന്നെ ദ്രവ്യമാനമുള്ള ഒരു കണികയാണ് ന്യൂട്രോൺ. അതിന് വൈദ്യുതചാർജില്ലാതാനും. അതുകൊണ്ട് മുകളിലുന്നയിക്കപ്പെട്ട പ്രശ്നം എളുപ്പത്തിൽ പരിഹൃതമാകും. അതായത് ഓക്സിജന്റെ അണുകേന്ദ്രത്തിൽ 8 പ്രോട്ടോണും 8 ന്യൂട്രോണും ഉണ്ടായിരുന്നാൽ അണുഭാരം 16 ആകും. വൈദ്യുതചാർജ്ജിന് വ്യത്യാസമൊന്നും വരികയുമില്ല.

അങ്ങനെ ഒരു പരമാണുവിന്റെ അടിസ്ഥാനഘടകങ്ങൾ മൂന്നാണെന്നു തെളിഞ്ഞു പ്രോട്ടോണുകളും, ന്യൂട്രോണുകളും, ഇലക്ട്രോണുകളും. ന്യൂക്ലിയസ്സിന്റെ ഘടകങ്ങളായ പ്രോട്ടോണുകളെയും ന്യൂട്രോണുകളെയും ന്യൂക്ലിയോണുകളെന്നു വിളിക്കുന്നു.

പോസിട്രോൺ

പരമാണുവിന്റെ അടിസ്ഥാനഘടനയെക്കുറിച്ചുള്ള വ്യക്തമായ രൂപം ലഭിച്ചെങ്കിലും മുകളിൽ വിവരിച്ച മൂന്നു കണികകൾ മാത്രമാണോ മൗലിക കണികകൾ എന്നുള്ള പ്രശ്നം അവശേഷിച്ചു. വേറൊരു പ്രശ്നം കൂടിയുണ്ട്. റേഡിയോ പ്രസരവസ്തുക്കളുടെ അണുകേന്ദ്രങ്ങളിൽ നിന്നു സദാ ഇലക്ട്രോണുകൾ വമിച്ചുകൊണ്ടിരിക്കുന്നുണ്ടല്ലോ. അണുകേന്ദ്രത്തിൽ ഇലക്ട്രോണുകളില്ലെങ്കിൽ പിന്നെ ഇവ എവിടുന്നു വന്നു? മുമ്പില്ലാതിരുന്ന ഇലക്ട്രോണുകൾ പ്രസരണസമയത്തു നിർമ്മിക്കപ്പെടുകയാണൊ? അതേ എന്നുതന്നെയാണ് ഉത്തരം. ഒരു പരമാണുവിൽനിന്നു പ്രകാശം പ്രസരിക്കപ്പെടുന്നതുപോലെ തന്നെ ആണിത്. എങ്കിലും ഇല്ലായ്മയിൽനിന്ന് ഈ കണികകൾ സൃഷ്ടിക്കപ്പെടുമോ എന്നു സംശയമുദിച്ചേയ്ക്കാം. ഇവിടെ ഐൻസ്റ്റീന്റെ സാപേക്ഷതാസിദ്ധാന്തം നമ്മുടെ സഹായത്തിനെത്തുന്നു. (അടുത്ത അദ്ധ്യായത്തിൽ ഈ സിദ്ധാന്തം വിശദമായി ചർച്ചചെയ്തിട്ടുണ്ട്.) ഈ സിദ്ധാന്തപ്രകാരം ഊർജവും പദാർത്ഥവും സമാനങ്ങളാണ്. അവ അന്യോന്യം രൂപാന്തവിധേയമാണ്; ഊർജത്തെ പദാർത്ഥമാക്കി മാറ്റാം. പദാർത്ഥത്തെ ഊർജമായും. ഇലക്ട്രോണിന്റെ ദ്രവ്യമാനം തുലോം തുച്ഛമാകയാൽ വളരെ കുറച്ച് ഊർജമേ ഇതിന്റെ നിർമ്മിതിക്കാവശ്യമുള്ളു. ഇതിനാവശ്യമായ ഊർജം അണുകേന്ദ്രത്തിൽ ധാരാളമായിട്ടുണ്ടുതാനും. അങ്ങനെ [ 40 ] റേഡിയോ പ്രസരവസ്തുക്കളിൽ നിന്നു വമിക്കുന്ന ഇലക്ട്രോണുകൾ അണുകേന്ദ്രത്തിലെ ഊർജത്തിൽ നിന്നാണ്, ശൂന്യതയിൽ നിന്നല്ല നിർമ്മിക്കപ്പെടുന്നതെന്നു വ്യക്തമാവുന്നു.

ഇങ്ങനെ നിർമ്മിക്കപ്പെടുന്ന ഇലക്ട്രോണിന് ഒരു വൈദ്യുതചാർജ് ഋണചാർജ് ഉള്ളതിനാൽ അതിനു തുല്യമായ വിരുദ്ധചാർജ് കൂടി ഉല്പാദിപ്പിക്കപ്പെടേണ്ടത് അത്യാവശ്യമാണ്. തന്മൂലം ഇലക്ട്രോൺ ഉല്പാദിപ്പിക്കപ്പെടുന്നതോടെ ഒരു ധന-ഇലക്ട്രോൺ അഥവാ പോസിട്രോൺ കൂടി നിർമ്മിക്കപ്പെടേണ്ടതാണെന്ന് 1928-ൽ ഡിറാക് സിദ്ധാന്തിച്ചു. സി.ഡി. ആന്റേഴ്സൺ പ്രപഞ്ച രശ്മികളെ ഉപയോഗിച്ച് നടത്തിയ പരീക്ഷണങ്ങളുടെ ഫലമായി 1932-ൽ പോസിട്രോണിന്റെ അസ്തിത്വം തെളിയിക്കപ്പെട്ടു. പിന്നീട് പ്രപഞ്ചരശ്മികളിൽ നിന്നു മാത്രമല്ല, പരീക്ഷണശാലയിൽ സാധ്യമാകുന്ന പല പരീക്ഷണങ്ങൾ വഴിയും പോസിട്രോൺ നിർമ്മിതി നടത്താമെന്നു തെളിയുകയുണ്ടായി. അങ്ങനെ പോസിട്രോണിന്റെ അസ്തിത്വം നിസ്സംശയമായി തെളിയിക്കപ്പെട്ടു.

പോസിട്രോണുകൾ ഇലക്ട്രോണുകളെപ്പോലെ അത്ര സർവസാധാരണമല്ല. വളരെ അപൂർവമായേ ഇവയെ കണ്ടുവരുന്നുള്ളു. കാരണമുണ്ട്. ഒരു പോസിട്രോൺ നിർമ്മിക്കപ്പെട്ട ഉടൻതന്നെ അത് ഒരു ഇലക്ട്രോണുമായി കൂട്ടിമുട്ടാനിടയാവുകയും, തൽഫലമായി അപ്രത്യക്ഷമാവുകയും ചെയ്യുന്നു. ഇത് മുമ്പു നടന്നതിനു നേരെവിപരീതമായ പ്രതിഭാസമാണ്. ഇവിടെ പദാർത്ഥം ഊർജമായി രൂപാന്തരപ്പെടുകയാണു ചെയ്യുന്നത്. വിരുദ്ധചാർജ്ജുകളുള്ള രണ്ട് ഇലക്ട്രോണുകൾ തമ്മിൽ കൂട്ടിമുട്ടുമ്പോൾ അവ ഒരുമിച്ചുചേർന്ന് ഊർജമായി രൂപാന്തരപ്പെടുകയാണു ചെയ്യുന്നത്. വിരുദ്ധചാർജ്ജുള്ള രണ്ട് ഇലക്ട്രോണുകൾ തമ്മിൽ കൂട്ടിമുട്ടുമ്പോൾ അവ ഒരുമിച്ചു ചേർന്ന് ഊർജമായി രൂപാന്തരപ്പെടുന്നു. രണ്ടോ മൂന്നോ ഗാമാരശ്മികളുടെ രൂപത്തിലാണ് ഊർജം ഇവിടെ ഉല്പാദിപ്പിക്കപ്പെടുന്നത്. പ്രപഞ്ചത്തിൽ എങ്ങും ഇലക്ട്രോണുകൾ അസംഖ്യമുള്ളതുകൊണ്ട് പോസിട്രോൺ ഉല്പാദിപ്പിക്കപ്പെടുന്ന നിമിഷത്തിൽതന്നെ ഇപ്രകാരം രൂപാന്തരപ്പെടുന്നു.

ന്യൂട്രിനോ

ഒരു അണുകേന്ദ്രത്തിൽ നിന്നു പോസിട്രോൺ വമിക്കുന്ന സമയത്ത് അതെങ്ങനെയാണ് ഉല്പാദിപ്പിക്കപ്പെടുന്നതെന്നുകൂടി മനസ്സിലാകേണ്ടിയിരിക്കുന്നു. അണുകേന്ദ്രഘടകങ്ങളായ പ്രോട്ടോണും ന്യൂട്രോണും സവിശേഷമായ ആകർഷണശക്തി പരസ്പരം പ്രയോഗിച്ചുകൊണ്ടിരിക്കുന്നു. ഒരു പ്രോട്ടോണും ഒരു ഇലക്ട്രോണും ചേർന്നതാണ് ഒരു ന്യൂട്രോൺ. ന്യൂട്രോൺ ഒരു പ്രോട്ടോണുമായി കൂട്ടിമുട്ടുമ്പോൾ അത് ഒരു ഇലക്ട്രോണെ പുറംതള്ളുകയും പ്രോട്ടോണാവുകയും ചെയ്യുന്നു. ഈ ഇലക്ട്രോണെ പ്രോട്ടോൺ സ്വീകരിക്കുകയും അങ്ങനെ അത് ഒരു ന്യൂട്രോണാവുകയും ചെയ്യുന്നു. ഇതുപോലെ ഒരു ന്യൂട്രോണും പോസിട്രോണും ചേർന്നതാണ് ഒരു പ്രോട്ടോ [ 41 ] ണും. ഇവ തമ്മിലും ഇങ്ങനെ പരസ്പരം കൈമാറ്റം നടക്കുന്നു. ചുരുക്കത്തിൽ ന്യൂട്രോണും പ്രോട്ടോണും ഒരേ കണികയുടെ രണ്ടവസ്ഥകളാണെന്നു കണക്കാക്കാവുന്നതാണ്. ഈ പരസ്പര കൈമാറ്റങ്ങൾ സാധാരണ ഗതിയിൽ എല്ലാ വസ്തുക്കളിലും നിരന്തരം നടന്നുകൊണ്ടിരിക്കുന്നു. ഇതുമൂലം ഘടനയിൽ വ്യത്യാസമൊന്നും ഉണ്ടാകുന്നില്ല.

എന്നാൽ റേഡിയോ പ്രസരവസ്തുക്കളുടെ അണുകേന്ദ്രത്തിൽ ആവശ്യത്തിലധികം ന്യൂട്രോണുകളോ പ്രോട്ടോണുകളോ ഉണ്ടായിരിക്കും. ന്യൂട്രോൺ അധികമുള്ളപ്പോൾ അതു പ്രോട്ടോണായിത്തീർന്ന് പ്രശ്നം പരിഹരിക്കുന്നു. പക്ഷേ അതോടൊപ്പം ഉല്പാദിപ്പിക്കപ്പെടുന്ന ഇലക്ട്രോൺ പുറംതള്ളപ്പെടുന്നു. അതാണ് ബീറ്റാരശ്മികളായിത്തീരുന്നത്. ഇതുപോലെ പ്രോട്ടോൺ അധികമുള്ളപ്പോൾ അതു ന്യൂട്രോണായി മാറുകയും തത്സമയം ഉല്പാദിപ്പിക്കപ്പെടുന്ന പോസിട്രോൺ പ്രസരിപ്പിക്കപ്പെടുകയും ചെയ്യുന്നു. റേഡിയോ പ്രസര അണുകേന്ദ്രങ്ങളെപ്പോലെ ന്യൂട്രോണും ഒരു അസ്ഥിരകണികയാണ്. തന്മൂലം ന്യൂട്രോൺ അണുകേന്ദ്രത്തിനു പുറത്ത് വന്നുപെടുകയാണെങ്കിൽ അത് ഇലക്ട്രോണും പ്രോട്ടോണുമായി സ്വയമേവ വിഭജിക്കപ്പെടുന്നു.

റേഡിയോ പ്രസരവസ്തുക്കളിൽനിന്നു വമിക്കുന്ന ആൽഫാ, ഗാമാ കണികകൾക്കു നിയതമായ ഊർജമൂല്യമുണ്ട്. എന്നാൽ ബീറ്റാ രശ്മികൾക്കു നിശ്ചിതമായ ഒരു ഊർജമൂല്യമില്ല. അവയുടെ മൊത്തം ഊർജനഷ്ടം പരമാവധി പരിധിയിലെത്തുന്നതായി കാണുന്നുവെങ്കിലും എല്ലാ ഇലക്ട്രോണുകളും പ്രസരിക്കപ്പെടുന്നത് ഈ മൂല്യത്തിലും താഴ്ന്ന ഊർജത്തോടുകൂടിയാണ്. അപ്പോൾ ഈ ശേഷിച്ച ഊർജം എവിടെപ്പോകുന്നു എന്ന പ്രശ്നമുദിക്കുന്നു. വാസ്തവത്തിൽ ഭൗതികശാസ്ത്രത്തിന്റെ ഒരടിസ്ഥാനപ്രമാണമായ ഊർജസംരക്ഷണ നിയമത്തിന്റെ ലംഘനമാണിത്.

ഈ പ്രശ്നം പരിഹരിക്കപ്പെടുന്നതിനായി 1933-ൽ ന്യൂട്രിനോ സിദ്ധാന്തം ആവിഷ്കൃതമായി. ഈ സിദ്ധാന്തപ്രകാരം ഒരു ന്യൂട്രോൺ പ്രോട്ടോണായോ, നേരെമറിച്ചോ രൂപാന്തരപ്പെടുമ്പോൾ ഇലക്ട്രോണിനൊപ്പം ന്യൂട്രിനോ എന്ന ഒരു കണിക കൂടി ഉല്പാദിപ്പിക്കപ്പെടുന്നു. ഇതിനു ദ്രവ്യമാനമോ വൈദ്യുതചാർജോ ഇല്ല. ബീറ്റാ പ്രസരണത്തിൽ ഉല്പാദിപ്പിക്കപ്പെടുന്ന ഊർജത്തിൽ ഒരുഭാഗം ഈ ന്യൂട്രിനോകൾ സ്വീകരിക്കുന്നു. ബാക്കി ഇലക്ട്രോണുകളും. ഇങ്ങനെ ഊർജം പൂർണ്ണമായും സംരക്ഷിക്കപ്പെടുന്നു. ന്യൂട്രിനോ സിദ്ധാന്തം ആവിഷ്കരിക്കപ്പെട്ട കാലത്ത് അതിന്റെ അസ്തിത്വം തെളിയിക്കപ്പെട്ടിരുന്നില്ലെങ്കിലും 1956-ൽ അതു വസ്തുനിഷ്ഠമായി തെളിയിക്കപ്പെട്ടു.

മീസോണുകൾ

ന്യൂട്രിനോസിദ്ധാന്തപ്രകാരം ഒരു ന്യൂട്രോണും ഒരു പ്രോട്ടോണും തമ്മിലുള്ള പ്രവർത്തനത്തിനിടയ്ക്കു ഇലക്ട്രോണും ന്യൂട്രിനോയും വമിപ്പി [ 42 ] ച്ചുകൊണ്ടാണ് ഒരു ന്യൂട്രോൺ പ്രോട്ടോണായിത്തീരുന്നത്. ഇലക്ട്രോണിനേയും ന്യൂട്രിനോയേയും ഒരു പ്രോട്ടോൺ പിടിച്ചെടുത്ത് അത് ഒരു ന്യൂട്രോണായിത്തീരുകയും ചെയ്യുന്നു. അണുകേന്ദ്രത്തെ ഒരുമിപ്പിച്ചു നിറുത്തുന്ന പരസ്പരബന്ധങ്ങളുടെ ശക്തി താത്ത്വികമായി കണക്കാക്കാവുന്നതാണ്. എന്നാൽ നേരിട്ടുള്ള പരീക്ഷണത്തിൽ പ്രോട്ടോണിന്റെയും ന്യൂട്രോണിന്റെയും സംഘട്ടനഫലമായുണ്ടാകുന്ന ശക്തികൾ താത്ത്വികമായി കണക്കാക്കപ്പെടുന്നതിനേക്കാൾ ആയിരക്കണക്കിനു മടങ്ങ് അധികമാണെന്നു കാണപ്പെട്ടു. ഈ വൈരുദ്ധ്യം പരിഹരിക്കാനായി ജാപ്പാനീസ് ഭൗതികശാസ്ത്രജ്ഞനായ യൂക്കാവാ 1935-ൽ ഒരു സിദ്ധാന്തം ആവിഷ്ക്കരിച്ചു. പ്രോട്ടോണുകൾ ന്യൂട്രോണുകളായി മാറുമ്പോൾ ഇലക്ട്രോണുകളേക്കാൾ നൂറുകണക്കിനു മടങ്ങ് ദ്രവ്യമാനം അധികമുള്ള മീസോൺ എന്ന ഒരു കണിക പ്രസരിപ്പിക്കപ്പെടുന്നുണ്ടെന്ന് അദ്ദേഹം സിദ്ധാന്തിച്ചു. ഇതിന്റെ അടിസ്ഥാനത്തിൽ മുകളിൽ സൂചിപ്പിച്ച വൈരുദ്ധ്യം പരിഹരിക്കപ്പെടും. ഇതനുസരിച്ച് അണുകേന്ദ്രത്തിൽ നിന്നു ബീറ്റാ-രശ്മികൾ വമിക്കുന്നത് രണ്ടുഘട്ടമായിട്ടുള്ള പ്രവർത്തനഫലമായാണ്. ആദ്യം ഒരു ന്യൂട്രോൺ ഒരു പ്രോട്ടോണായും ഒരു ഋണ-മീസോണായും മാറുന്നു. അടുത്തഘട്ടത്തിൽ ഋണ-മീസോൺ ഇലക്ട്രോണും ന്യൂട്രിനോയുമായി വിഭജിക്കപ്പെടുന്നു. ഇതുപോലെ പോസിട്രോൺ പ്രസരിക്കപ്പെടുമ്പോൾ ആദ്യം ഒരു ന്യൂട്രോണും ധന-മീസോണും പിന്നെ ധന-മീസോണിൽനിന്ന് ഒരു പോസിട്രോണും ഒരു ന്യൂട്രിനോയും ഉണ്ടാകുന്നു.

യൂക്കാവയുടെ സിദ്ധാന്തപ്രകാരമുള്ള മീസോൺ പിൽക്കാലത്ത് പ്രപഞ്ചരശ്മികളെക്കുറിച്ചുള്ള പഠനത്തിൽ ഒരു വിഭാഗം അമേരിക്കൻ ശാസ്ത്രജ്ഞന്മാർ കണ്ടെത്തി. പക്ഷേ, ഈ മിസോൺ അണുകേന്ദ്രങ്ങളുമായി അപൂർവ്വമായേ പ്രതിപ്രവർത്തിക്കുന്നുള്ളു എന്നതിനാൽ മുകളിൽ പറഞ്ഞതുപോലുള്ള കൃത്യം ഇവ നിർവ്വഹിക്കാനിടയില്ല.1947-ൽ പോവെലും കൂട്ടരും കുറേക്കൂടി ഭാരമുള്ള മറ്റൊരു തരം മീസോണിനെ കണ്ടെത്തി. ഇതിനു പൈ-മീസോൺ അഥവാ പയോൺ എന്നും, യൂക്കാവയുടേതിനു മ്യു-മീസോൺ അഥവാ മ്യുയോൺ എന്നും പേരിട്ടു. ഇതിൽ പയോണാണ് അണുകേന്ദ്രത്തെ ഒരുമിപ്പിച്ചു നിറുത്തുന്നതെന്നു വ്യക്തമായി.

പയോണുകൾ മൂന്നു തരമുണ്ട് - ഋണചാർജും ധനചാർജും ഉള്ളവയും നിഷ്പക്ഷമായവയും. ഇവയുടെ ജീവിതകാലം ഒരു സെക്കന്റിന്റെ നന്നേ ചെറിയൊരംശം മാത്രമാണ്. ചാർജുള്ള പയോണുകൾ അന്ത്യത്തിൽ മ്യുയോണുകളും ന്യൂട്രിനോകളുമായി മാറുന്നു. നിഷ്പക്ഷ പയോൺ രണ്ടു ഗാമരശ്മികളുടെ രൂപത്തിൽ ഊർജമായി രൂപാന്തരപ്പെടുന്നു. മ്യുയോണുകൾ രണ്ടു തരമുണ്ട് - ഋണ ചാർജും ധന-ചാർജുമുള്ളവ. ഋണ മ്യുയോൺ ഒരു ഇലക്ട്രോണും രണ്ടു ന്യൂട്രിനോകളുമായി വിഭജിക്കപ്പെടുന്നു. ധന-മ്യുയോൺ ഒരു പോസിട്രോണും രണ്ടു ന്യൂട്രിനോകളുമായും. [ 43 ] ===അപൂർവകണികകൾ=== മുകളിൽ വിവരിച്ച കണികകളിൽ മ്യുയോണുകളൊഴിച്ചുള്ളവ നിർവ്വഹിക്കുന്ന പങ്കുകളെക്കുറിച്ച് വ്യക്തമായ അറിവ് ലഭിച്ചിട്ടുണ്ട്. അവയെല്ലാം തന്നെ പദാർത്ഥത്തിന്റെ അടിസ്ഥാനപരമായ ഘടനയും ഗുണവുമായി പൊരുത്തപ്പെട്ടുപോകുന്നവയാണ്. തന്മൂലം മൗലികകണികകളുടെ പട്ടിക പൂർത്തിയായെന്ന് കരുതപ്പെട്ടു. എന്നാൽ പിൽക്കാല ഗവേഷണങ്ങൾ പുതിയ പല കണികകളെയും രംഗത്ത് കൊണ്ടുവരികയുണ്ടായി. പയോണുകളും മ്യുയോണുകളും കൂടാതെ, മൂന്നാമതൊരുവർഗ്ഗം മീസോണുകൾ, K-മീസോണുകൾ അഥവാ കയോണുകൾ കണ്ടുപിടിക്കപ്പെട്ടു. പയോണുകളും പ്രോട്ടോണുകളും തമ്മിലോ ന്യൂക്ലിയോണുകൾ തമ്മിലോ ഉള്ള സംഘട്ടനഫലമായാണ് ഇവ ഉല്പാദിപ്പിക്കപ്പെടുന്നത്. ഇവയും മൂന്നുതരമുണ്ട് - ധന, ഋണ ചാർജുകളുള്ളവയും നിഷ്പക്ഷവും. പിന്നീട് ന്യൂക്ലീയോണുകളെക്കാൾ ഭാരമുള്ള ഒരു വിഭാഗം കണികകൾ, ഹൈപ്പെറോണുകൾ കണ്ടുപിടിക്കപ്പെട്ടു. ഇവയുമുണ്ട് മൂന്നുതരം. ഈ കണികകൾ വളരെ അപൂർവമായി മാത്രം കണ്ടുവരുന്നതുകൊണ്ട്, ഇവയുടെ എല്ലാ സ്വഭാവങ്ങളെയും കുറിച്ചുള്ള വ്യക്തമായ അറിവ് ലഭ്യമായിട്ടില്ല.

എതിർകണികകൾ

ഇലക്ട്രോൺ നിർമ്മിക്കപ്പെടുമ്പോൾ, വിരുദ്ധചാർജുള്ള ഒരു എതിർ ഇലക്ട്രോൺ കൂടി നിർമ്മിക്കപ്പെടേണ്ടത് അത്യാവശ്യമാണെന്ന് ഡിറാക് സിദ്ധാന്തിച്ചത്, പോസിട്രോണിനെക്കുറിച്ച് പറഞ്ഞപ്പോൾ സൂചിപ്പിക്കുകയുണ്ടായി. ഡിറാക്കിന്റെ സിദ്ധാന്തപ്രകാരം, ഇലക്ട്രോണുകൾക്ക് മാത്രമല്ല എല്ലാ മൗലിക കണികകൾക്കും ഈ നിയമം ബാധകമാണ്. അപ്പോൾ എല്ലാ കണികകൾക്കും എതിർകണികകളുണ്ടായിരിക്കണം. ഋണ-ചാർജുള്ളവയ്ക്ക് ധന-ചാർജോടുകൂടിയ എതിർകണികകളുണ്ടായിരിക്കണം. ധന-ചാർജുള്ളവയ്ക്ക് ഋണ-ചാർജോടുകൂടിയ എതിർ കണികകളും. നിഷ്പക്ഷകണികകൾക്ക് എതിർദിശയിൽ തിരിയുന്ന കണികകളും. പോസിട്രോൺ ഉത്ഭവിയ്ക്കുന്ന അതേ രീതിയിൽ തന്നെയാണ്, എല്ലാ എതിർ കണികകളും ഉണ്ടാവുക. ഡിറാക്കിന്റെ പ്രവചനം സഫലീകൃതമായത് പോസിട്രോണിന്റെ കണ്ടുപിടുത്തത്തോടുകൂടിയാണ്. എന്നാൽ, 1955-ൽ എതിർ പ്രോട്ടോൺ കൂടി കണ്ടുപിടിക്കപ്പെട്ടതോടെ ഇത് കുറെക്കൂടി വ്യക്തമായി. എതിർ പ്രോട്ടോണിന്റെ അസ്തിത്വവും ഗുണങ്ങളും ഇന്ന് സംശയാതീതമായി തെളിയിക്കപ്പെട്ടിട്ടുണ്ട്. പ്രോട്ടോണും ന്യൂട്രോണും പരസ്പരം മാറുന്നവയാകയാൽ ഒരു എതിർ പ്രോട്ടോൺ, എതിർ ന്യൂട്രോണായി തീരാനുള്ള സാദ്ധ്യതയുണ്ട്. ചില സൂചനകളും ലഭിച്ചിട്ടുണ്ട്. ചില അപൂർവ്വ കണികകളുടെ എതിർ കണികകളും നിരീക്ഷിക്കപ്പെട്ടിട്ടുണ്ട്. [ 44 ]

എതിർ പദാർത്ഥം?

എതിർ - പ്രോട്ടോണും, എതിർ - ന്യൂട്രോണും, എതിർ - ഇലക്ട്രോണും ഉള്ള നിലയ്ക്ക് ഇവയെല്ലാം കൂടിച്ചേർന്ന എതിർ പരമാണു ഉണ്ടായിരിക്കാൻ സാധ്യതയുണ്ട്. ഇത്തരം പരമാണുവിന്റെ അണുകേന്ദ്രം ഋണചാർജുള്ളതും ഇലക്ട്രോണുകൾ ധനചാർജുള്ളവയുമായിരിക്കും. മറ്റു ഗുണവിശേഷങ്ങളിലൊന്നും ഈ എതിർ പരമാണുവും സാധാരണ പരമാണുവും തമ്മിൽ വ്യത്യാസമുണ്ടാകില്ല. പക്ഷേ, പരമാണുവും എതിർ പരമാണുവും തമ്മിൽ കൂട്ടിമുട്ടാനിടയായാൽ അത്യധികം ഊർജം ഉല്പാദിപ്പിച്ചുകൊണ്ട് അവ അപ്രത്യക്ഷമാകും. പരമാണുക്കൾ നിറഞ്ഞു നിൽക്കുന്ന നമ്മുടെ പ്രപഞ്ചമേഖലകളിൽ എതിർ പദാർത്ഥത്തിന് നിലനിൽക്കാനാവില്ല. പക്ഷേ എതിർ-പദാർത്ഥം മാത്രമുള്ള നക്ഷത്രസമൂഹങ്ങളോ, നമ്മുടേതുപോലുള്ള മറ്റു പ്രപഞ്ചങ്ങൾ തന്നെയോ ഉണ്ടാകാനിടയുണ്ട്. പ്രപഞ്ചത്തിൽ അനന്തമേഖലകളിൽ, ഇടയ്ക്കിടയ്ക്കുണ്ടാകുന്ന വമ്പിച്ച പൊട്ടിത്തെറികൾക്ക് നിദാനം എതിർപദാർത്ഥമുള്ള ഗാലക്സികളും മറ്റു ഗാലക്സികളും തമ്മിൽ യാദൃശ്ചികമായി കൂട്ടിമുട്ടുന്നതാണെന്നു കരുതപ്പെടുന്നുണ്ട്.

പരമാണു- ഒരു നിരർത്ഥകപദം?

പദാർത്ഥത്തിന്റെ അവിഭാജ്യഘടകമായി കണക്കാക്കപ്പെട്ടിരുന്ന പരമാണുവിന് ഇന്നത്തരമൊരു ഗുണവിശേഷമില്ല. ന്യൂട്രോണും പ്രോട്ടോണും ഇലക്ട്രോണും ചേർന്നതാണ് പരമാണു എന്ന നിർവ്വചനവും തകർന്നു വീണു. ഇന്ന്, 'പരമാണു'വിന്റെ ഘടനയിൽ പങ്കുചേരുന്ന ഇരുപത്തഞ്ചിലധികം മൗലികകണങ്ങൾ അറിയപ്പെട്ടിട്ടുണ്ട്. ഇനിയും അനവധി അറിയപ്പെടാനുണ്ടാകും. ഇവയെല്ലാം ചേർന്നുള്ള ഒരു വസ്തുവിന് 'പരമാണു' എന്ന പേർ എത്രത്തോളം സംഗതമായിരിക്കും? ഈ മൗലിക കണികകളിൽ ന്യൂക്ലിയോണുകൾ, ന്യൂട്രിനോകൾ, ഇലക്ട്രോണുകൾ, ഫോട്ടോണുകൾ (പ്രകാശകണികകൾ) എന്നിവയാണ് സ്ഥിരമായിട്ടുള്ളവ. ആ നിലയ്ക്ക് അവ മാത്രമായിരിക്കുമോ മൗലികകണികകൾ? മറ്റുള്ളവ ഇവയുടെ സംയോജനഫലങ്ങളും? ഏതായാലും പദാർത്ഥത്തിന്റെ മൗലിക ഘടനയെക്കുറിച്ച് ഇനിയും പലതും അറിയേണ്ടിയിരിക്കുന്നു.നമ്മുടെ പഴയ സങ്കല്പത്തിലുള്ള പദാർത്ഥം അപ്രത്യക്ഷമായിരിക്കുന്നു. പദാർത്ഥം പദാർത്ഥമല്ലാതായിരിക്കുന്നു.

●