ശാസ്ത്രം ചരിത്രസന്ധിയില്‍ - രണ്ട്: ന്യൂട്ടന്റെ കാലം, മാക്സ് വെല്ലിന്റെയും...

 

I do not know what I may appear to the world; but to myself I seem to have been only like a boy playing on the seashore, and diverting myself in now and then finding a smoother pebble or a prettier shell than ordinary, whilst the great ocean of truth lay all undiscovered before me.
-Isaac Newton, From Brewster, Memoirs of Newton (1855)

 

 

മനുഷ്യ രാശിയുടെ അറിവിന്റെ ചരിത്രത്തെത്തന്നെ ന്യൂട്ടണ് മുന്‍പും പിന്‍പും എന്ന് വേര്‍തിരിക്കാം. അത്രയ്ക്ക് വലുതാണ് സര്‍ ഐസക്ക് ന്യൂട്ടണ്‍ മനുഷ്യരാശിക്ക് നല്‍കിയിട്ടുള്ള സംഭാവന. തന്റെ മുന്‍ഗാമികളുടെ തോളില്‍ ചവുട്ടി നിന്ന് കൊണ്ടാണ് തനിക്കു കൂടുതല്‍ ദൂരം കാണാന്‍ കഴിഞ്ഞത് എന്ന് ന്യൂട്ടണ്‍ പറയുകയുണ്ടായി. ഇന്ന് ഭൌതികശാസ്ത്രത്തിലും ഗണിതശാസ്ത്രത്തിലും മാത്രമല്ല ന്യൂട്ടന്റെ തോളില്‍ ചവുട്ടി നില്‍ക്കുന്നവര്‍ ഉള്ളത്, അവര്‍ മനുഷ്യകുലത്തിലാകെ പടര്‍ന്നു കിടക്കുന്നു.

പ്രപഞ്ചത്തിലെ ആകാശഗോളങ്ങളുടെ ചലനത്തെക്കുറിച്ചു ഗണിതശാസ്ത്രത്തില്‍ അധിഷ്ടിതമായ ഒരു നിയമം ആദ്യമായി കൊണ്ടുവന്നത് കെപ്ലര്‍ ആണ് എന്ന് കഴിഞ്ഞ ഭാഗത്ത്‌ പറഞ്ഞിരുന്നു. അതില്‍ നിന്നും പ്രചോദനം ഉള്‍ക്കൊണ്ടു കൊണ്ട് നമ്മുടെ പ്രപഞ്ചത്തിനു മുഴുവന്‍ ബാധകമായ ചലനനിയമങ്ങള്‍ ന്യൂട്ടണ്‍ കണ്ടെത്തുകയും അതിനു ഗണിതശാസ്ത്രം ഉപയോഗിച്ച് ശക്തമായ അടിത്തറ നല്‍കുകയും ചെയ്തു. ഇതിനു വേണ്ടിയുള്ള പരിശ്രമത്തിനായി അദ്ദേഹം 'കലനം' (കാല്‍ക്കുലസ്) എന്ന ഗണിതശാസ്ത്ര ശാഖയ്ക്ക് രൂപം നല്‍കുക പോലും ഉണ്ടായി. (ന്യൂട്ടന്റെ സമകാലീനായിരുന്ന  ഗോട്ഫ്രീഡ് ലെബെനീസും ഇതേ സമയത്ത് സ്വതന്ത്രമായി കാല്‍ക്കുലസ് വികസിപ്പിക്കുകയുണ്ടായി. ഇവര്‍ രണ്ടുപേരും ഈ ശാസ്ത്രശാഖയുടെ പിതാക്കന്മാരായി അംഗീകരിക്കപ്പെടുന്നു.) മനുഷ്യരാശിക്ക് ഏറ്റവും പരിചയമുള്ളതും, ഏറ്റവുമധികം ചര്‍ച്ച ചെയ്യപ്പെട്ടിട്ടുള്ളതും, ഏറ്റവുമധികം ഉപയോഗപ്പെടുന്നതും ന്യൂട്ടന്റെ മൂന്ന് ചലനനിയമങ്ങളാണ് എന്ന കാര്യത്തില്‍ ആര്‍ക്കും സംശയമുണ്ടാവുമെന്നു കരുതുന്നില്ല. ന്യൂട്ടണ്‍ ഈ നിയമങ്ങള്‍ ആവിഷ്കരിക്കുന്നതിനും എത്രയോ മുന്‍പ് മനുഷ്യര്‍ ഈ നിയമങ്ങള്‍ പ്രായോഗിക ജീവിതത്തില്‍ ഉപയോഗിച്ചിരുന്നു. എന്നാല്‍ ഈ നിയമങ്ങള്‍ക്ക് ശക്തമായ ഗണിതശാസ്ത്രഅടിത്തറ നല്‍കുക വഴി ഈ നിയമങ്ങളുടെ പ്രായോഗികതയെ അനേകം മടങ്ങാക്കി ഉയര്‍ത്തി, അതുവഴി ഒരു പുതിയ ശാസ്ത്ര രീതി തന്നെ സൃഷ്ടിച്ചു എന്നതാണ് ന്യൂട്ടന്റെ പ്രധാന സംഭാവന. ഒരു പക്ഷെ, ചലനനിയമങ്ങളോളം തന്നെ പ്രയോജനം കാല്‍ക്കുലസ് എന്ന ഗണിതശാസ്ത്ര രീതി മാനവരാശിക്ക് നല്‍കുന്നുണ്ട് എന്നും കൂട്ടിച്ചേര്‍ക്കട്ടെ.

എന്നാല്‍ ഗുരുത്വാകര്‍ഷണബലത്തിന്റെ കണ്ടുപിടിത്തം ഒരു വലിയ വിപ്ലവം തന്നെയായിരുന്നു. മനുഷ്യകുലത്തിന്റെ ആരംഭം മുതല്‍ നാം ഇപ്പോഴും അനുഭവിച്ചു കൊണ്ടിരുന്ന, എന്നാല്‍ ആരും മനസിലാക്കാതെ പോയ ഒരു പ്രതിഭാസം കണ്ടെത്തി എന്നത് തന്നെയാണ് മറ്റേതു ശാസ്ത്രകാരനില്‍നിന്നും ന്യൂട്ടണെ വ്യത്യസ്തനാക്കുന്നത്. തന്റെ മറ്റേതു കഴിവിനെക്കാലും ക്ഷമയോടും ശ്രദ്ധയോടും കൂടിയ നിരീക്ഷണങ്ങളാണ് തന്നെ ഇതിനു പ്രാപ്തനാക്കിയത് എന്നാണ് ന്യൂട്ടന്‍ പറഞ്ഞിട്ടുള്ളത്. ആപ്പിള്‍ വീണ കഥയൊക്കെ കുട്ടികളോട് പറയാമെന്നല്ലാതെ അതില്‍ വലിയ കാര്യമൊന്നുമില്ല. ആ കഥയുപയോഗിച്ചു അദ്ദേഹത്തിന്റെ പ്രതിഭയും പ്രവര്‍ത്തനങ്ങളെയും അളക്കുന്നത് അദ്ദേഹത്തോടുള്ള അനീതിയാണെന്നാണ് എന്‍റെ പക്ഷം. ഗുരുത്വാകര്‍ഷണനിയമത്തിനും ശക്തമായ ഗണിതശാസ്ത്ര അടിത്തറ അദ്ദേഹം ഒരുക്കി. ഒരു വസ്തുവിന് അനുഭവപ്പെടുന്ന ഗുരുത്വാകര്‍ഷണബലം, അതേ വസ്തു എതിര്‍ദിശയില്‍ ത്വരണത്തിന് (acceleration) വിധേയമാകുമ്പോള്‍ അനുഭവപ്പെടുന്ന ബലത്തിന് തുല്യമാണ് എന്ന നിരീക്ഷണം അദ്ദേഹം നടത്തുകയുണ്ടായി. ഭൂമിയുടെ ഗുരുത്വാകര്‍ഷണം മൂലം ഉണ്ടാകുന്ന ത്വരണം, g = 9.8 m/s2 ആണെന്നും അദ്ദേഹം കണ്ടെത്തി. അതായത്  ശൂന്യാകാശത്ത് മുകളിയ്ക്ക് മേല്‍പ്പറഞ്ഞ വേഗത്തില്‍ ത്വരണം ചെയ്യപ്പെടുന്ന ഒരു സ്പെയ്സ് ഷട്ടിലില്‍ ഇരിക്കുമ്പോള്‍ നമുക്ക് താഴേക്കു അനുഭവപ്പെടുന്ന ബലം എത്രയാണോ അതിനു തുല്യമാണ് ഭൂമിയില്‍ നമുക്ക് അനുഭവപ്പെടുന്ന ഗുരുത്വാകര്‍ഷണ ബലം. ഈ നിരീക്ഷണം തന്റെ ചലനനിയമങ്ങള്‍ നേരിട്ട് ഗുരുത്വാകര്‍ഷണ ബലം എന്ന പ്രതിഭാസത്തെ വിശദീകരിക്കാനായി ഉപയോഗിക്കാന്‍ അദ്ദേഹത്തെ പ്രാപ്തനാക്കി. അതുവരെ മനുഷ്യര്‍ നിരീക്ഷിച്ച എല്ലാ  പ്രതിഭാസങ്ങളേയും ഇതു വിശദീകരിച്ചു എന്ന് മാത്രമല്ല, അടുത്ത രണ്ട് നൂറ്റാണ്ടു കാലം ഭൌതികശാസ്ത്രത്തെയും പ്രപഞ്ച വിജ്ഞാനെത്തന്നെയും ഭരിക്കാന്‍ മാത്രം ശക്തമായിരുന്നു ഈ നിരീക്ഷണം.

ന്യൂട്ടന് ശേഷം ശാസ്ത്രരംഗത്ത്‌ ഉണ്ടായ വിപ്ലവം ഭൌതികശാസ്ത്രത്തില്‍ മാത്രം ഒതുങ്ങി നില്‍ക്കുന്നില്ല. എല്ലാ ശാസ്ത്ര ശാഖകളിലും അതിന്റെ മാറ്റൊലികള്‍ ഉണ്ടായി. ഭൌതികശാസ്ത്രം, രസതന്ത്രം, ഗണിതശാസ്ത്രം, ജ്യോതിശാസ്ത്രം എന്നിങ്ങനെയുള്ള ശാസ്ത്രശാഖകള്‍ തമ്മിലുള്ള അതിര്‍വരമ്പുകള്‍ വളരെ നേര്‍ത്തതായി എന്ന് മാത്രമല്ല, അവ പരസ്പരം കൊണ്ടും കൊടുത്തും വളര്‍ന്നു തുടങ്ങി. മനുഷ്യന്റെ അറിവിന്റെ ചക്രവാളങ്ങള്‍ വികസിച്ചു.

പിണ്ഡവും(mass) ഊര്‍ജ്ജവും(energy) കൊണ്ടാണ് നമ്മുടെ പ്രപഞ്ചം നിര്‍മ്മിക്കപ്പെട്ടിരിക്കുന്നത്. 1661 -ല്‍ റോബര്‍ട്ട്‌ ബോയില്‍ വസ്തുക്കള്‍ ആറ്റങ്ങളാല്‍ നിര്‍മ്മിതമാണ് എന്ന സിദ്ധാന്തം മുന്നോട്ടു വെച്ചു.  1803 -ല്‍ ജോണ് ഡാള്‍ട്ടന്‍ അണുക്കള്‍ക്ക് (ആറ്റങ്ങള്‍) സൈദ്ധാന്തികമായ വിശദീകരണം നല്‍കി. ആറ്റങ്ങള്‍ ചേര്‍ന്നുണ്ടാകുന്ന മൂലകങ്ങളെക്കുറിച്ചും സംയുക്തങ്ങളെക്കുറിച്ചും അദ്ദേഹം വിശദമായി പഠിച്ചു. 1827 -ല്‍ റോബർട്ട് ബ്രൗൺ വെള്ളത്തില്‍ പൊടിയുടെ ചലനം സംബന്ധിച്ച്  ബ്രൗണിയന്‍ ചലനം മുന്നോട്ടു വെച്ചു. ഇതിനെപ്പറ്റിയുള്ള പഠനം തന്മാത്രകലെക്കുറിച്ചു കൂടുതല്‍ വസ്തുതകളിലെയ്ക്ക് വെളിച്ചം വീശി. ഈ കാലത്ത് തന്നെ പിരിയോഡിക്ക് ടേബിള്‍ രൂപീകരിക്കപ്പെടുകയും, അതു രസതന്ത്രത്തില്‍ വന്‍ കുതിചുചാട്ടത്തിനു വഴിയൊരുക്കുകയും ചെയ്തു. എന്നാല്‍ ആറ്റമല്ല അടിസ്ഥാന കങ്ങളെന്ന് 1897-ൽ ഇംഗ്ലീഷ് ഭൌതികശാസ്ത്രജ്ഞനായ ജെ.ജെ. തോംസൺ ഇലക്ട്രോൺ കണ്ടെത്തിയതോടെ വ്യക്തമായി.

ന്യൂട്ടന്‍ പ്രകാശത്തിനു കണികാ സ്വഭാവം ആണെന്ന് അഭിപ്രായപ്പെട്ടു. (ഈ കണികാസിദ്ധാന്തം ആണ് ആറ്റങ്ങളുടെ കണ്ടുപിടിത്തത്തിനു പ്രചോദനം ആയത്.) ആദ്യകാലത്ത് ഈ കണികാസിദ്ധാന്തത്തെ സാധൂകരിക്കുന്ന ധാരാളം പരീക്ഷണങ്ങള്‍ ശാസ്ത്രലോകത്ത് നടന്നു. എന്നാല്‍ ഡിഫ്രാക്ഷന്‍ ‍, ഇന്റര്‍ഫെറന്‍സ് മുതലായവ വിശദീകരിക്കാന്‍ ഈ സിദ്ധാന്തത്തിനു കഴിയാതെ വന്നു. അങ്ങനെയാണ് തരംഗസിദ്ധാന്തം ആവിര്‍ഭവിക്കുന്നത്. തരംഗസിദ്ധാന്തം അനുസരിച്ച് പ്രകാശത്തിനു തരംഗസ്വഭാവമാണുള്ളത്. ഈ കാലത്ത് തന്നെ പ്രകാശം അനന്തമായ വേഗത്തില്‍ അല്ല സഞ്ചരിക്കുന്നത് എന്ന് തെളിയുകയും  അതിന്റെ വേഗം അളക്കുന്നതിനുള്ള പരീക്ഷണങ്ങള്‍ അരങ്ങേറുകയും ചെയ്തു. 1862 -ഓട് കൂടി പ്രകാശം സെക്കന്റില്‍ ഏകദേശം മൂന്നുലക്ഷം കിലോമീറ്റര്‍ വേഗത്തില്‍ സഞ്ചരിക്കുന്നു എന്ന് തെളിയിക്കപ്പെട്ടു.

1862 -ല്‍ ജെയിംസ്‌ ക്ലാര്‍ക്ക് മാക്സ് വെല്‍ വൈദ്യുതിയും കാന്തികതയെയും പരസ്പരം ബന്ധിപ്പിച്ചു വൈദ്യുതകാന്തികതരംഗങ്ങള്‍ എന്ന ആശയം മുന്നോട്ടു വെച്ചു. ഇതു ശാസ്ത്രരംഗത്ത് ഒരു വലിയ കുതിച്ചു ചാട്ടത്തിനു തന്നെ വഴിവെച്ചു. ഈ തരംഗങ്ങളുടെ വേഗം പ്രകാശത്തിന്റെതിനു തുല്യമാണ് എന്നദ്ദേഹം കണ്ടെത്തി. അതില്‍ നിന്ന് പ്രകാശവും വൈദ്യുതകാന്തികതരംഗമാണെന്ന ആശയം അദ്ദേഹം മുന്നോട്ടു വെച്ചു.  അതിനെ കൂടുതല്‍ പരിഷ്കരിച്ചു ഊര്‍ജ്ജത്തിന്റെ അടിസ്ഥാന സ്വഭാവം വൈദ്യുതകാന്തികതരംഗമാണെന്ന് അദ്ദേഹം വാദിച്ചു. ശാസ്ത്ര പരീക്ഷണങ്ങളില്‍ നിന്നും ഉണ്ടായ അറിവുകള്‍ ഈ വാദത്തിനു കൂടുതല്‍ ബലം നല്‍കി.

പത്തൊന്‍പതാം നൂറ്റാണ്ടിന്റെ അവസാനത്തോടെ പിണ്ഡത്തിനു കണികാസ്വഭാവമാണെന്നും പ്രകാശത്തിനു തരംഗസ്വഭാവമാണെന്നും ശാസ്ത്രലോകം വിശ്വസിച്ചു. കാരണം അന്നുവരെയുള്ള എല്ലാ നിരീക്ഷണങ്ങളെയും ഈ സിദ്ധാന്തം സാധൂകരിച്ചു. ന്യൂട്ടന്റെ സിദ്ധാന്തം ക്ലാസ്സിക്കല്‍ മെക്കാനിക്ക്സ് എന്ന പേരില്‍ അറിയപ്പെടാന്‍ തുടങ്ങി. ന്യൂട്ടനും മാക്സ് വെല്ലും ശാസ്ത്ര ചരിത്രത്തിലെ ഏറ്റവും തിളക്കമുള്ള വ്യക്തിത്വമായി പരിഗണിക്കപ്പെട്ടു. എന്നാല്‍ 1887 എന്ന വര്‍ഷം നടത്തപ്പെട്ട രണ്ട് പരീക്ഷങ്ങള്‍ ക്ലാസിക്കല്‍ ഫിസിക്സിന് ശക്തമായ വെല്ലുവിളി ഉയര്‍ത്തി. മിക്കെല്‍സന്‍ - മോര്‍ലി പരീക്ഷണം ക്ലാസിക്കല്‍ മെക്കാനിക്സിന്റെ അടിത്തറയെത്തന്നെ വെല്ലുവിളിച്ചപ്പോള്‍ ഫോട്ടോ എലെക്ടിക്ക് ഇഫക്റ്റിന്റെ വിശദീകരിക്കാനാകാതെ തരംഗസിദ്ധാന്തം കുഴങ്ങി. ശാസ്ത്രലോകത്തിനു അക്ഷരാര്‍ത്ഥത്തില്‍ വഴിമുട്ടി. എന്നാല്‍ ഇതിനൊരു പരിഹാരവുമായി ശാസ്ത്രലോകത്തെ മുഴുവന്‍ ഞെട്ടിച്ചു കൊണ്ട് പേറ്റന്റ് ഓഫീസിലെ ഒരു ഗുമസ്തന്‍ കടന്നു വന്നു. മനുഷ്യരാശി കണ്ട എക്കാലത്തെയും മഹാപ്രതിഭ, സാക്ഷാല്‍ ആല്‍ബര്‍ട്ട് ഐന്‍സ്റ്റീന്‍ .

ഐന്‍സ്ടീന്റെ വരവോടെ പ്രപഞ്ചത്തെ നാം നോക്കിക്കാണുന്ന രീതി തന്നെ വിപ്ലവകരമായി പരിഷ്കരിക്കപ്പെട്ടു. എന്നാല്‍ നമുക്ക് പരിചയമുള്ള ദൂരങ്ങളെയും വേഗങ്ങളെയും ഇപ്പോഴും ഭരിക്കുന്നത്‌ ന്യൂട്ടനും മാക്സ് വെല്ലും അടിത്തറയിട്ട ക്ലാസിക്കല്‍ ഫിസിക്സ് തന്നെയാണ്. അതിനി എല്ലാക്കാലവും അങ്ങനെ തന്നെയായിരിക്കും. നമ്മുടെ പ്രായോഗികജീവിതത്തില്‍ അത്രമാത്രം ആഴത്തില്‍ വെരൂന്നിയവയത്രേ ഈ സിദ്ധാന്തങ്ങള്‍.

ശുഭം! 
മംഗളം! 

അനൂപ്‌ കിളിമാനൂര്‍

പ്രകാശത്തെക്കാള്‍ വേഗത്തില്‍ ന്യൂടീനോ: ശാസ്ത്രം ചരിത്രസന്ധിയില്‍ - ഒന്ന്

ശാസ്ത്രം ചരിത്രസന്ധിയില്‍ - മൂന്ന്: ഐന്‍സ്റ്റീന്‍ യുഗം 

കടപ്പാട്:
വിക്കിപ്പീഡിയ 

പ്രപഞ്ച രേഖ - എം.പി. പരമേശ്വരന്‍
ഒന്ന്, രണ്ട്, മൂന്ന്... അനന്തം - ജോര്‍ജ്ജ് ഗാമോ
കേരള ശാസ്ത്രസാഹിത്യ പരിഷത്ത്
യുറീക്ക, ശാസ്ത്രകേരളം, ശാസ്ത്രഗതി
ഗൂഗിള്‍
ഹരിസാര്‍, ബിലഹരിസാര്‍ 
പിന്നെ എന്‍റെ എല്ലാ അദ്ധ്യാപകര്‍ക്കും...