May 4, 2015

ഭൂമിയെ കറക്കിക്കൊണ്ടിരിക്കുന്നതാര്?

വളരെ സാധാരണമായി ഉയരുന്ന ഒരു ചോദ്യമാണിത്. ഇത്രയും നാളായി ഇങ്ങനെ നിർത്താതെ കറങ്ങിക്കൊണ്ടിരിക്കാൻ മാത്രം ഊർജം എവിടന്നാണ് ഭൂമിയ്ക്ക് കിട്ടുന്നത് എന്ന ചിന്തയാണ് പലപ്പോഴും ഈ ചോദ്യത്തിലേയ്ക്ക് നയിക്കുന്നത്.  ഉത്തരം വ്യക്തമാകുന്നതിനായി ഈ ചോദ്യത്തെ ആ രീതിയിൽ വെവ്വേറെ രണ്ട് ചോദ്യങ്ങളായി നമുക്ക് വേർതിരിക്കാം.
  1. നിർത്താതെ കറങ്ങാൻ വേണ്ട ഊർജം ഭൂമിയ്ക്ക് കിട്ടുന്നത് എവിടെനിന്ന്?
  2. ഭൂമി കറങ്ങുന്നതെന്തുകൊണ്ട്?
ഒന്നാമത്തെ ചോദ്യത്തിന്റെ ഉത്തരം വളരെ ലളിതവും ഒമ്പതാം ക്ലാസിലെ ഫിസിക്സ് പുസ്തകത്തിൽ നിന്നും കിട്ടുന്നതുമാണ്. (ബിരുദതലം വരെ ഫിസിക്സ് പഠിച്ചവർ വരെ ഈ ചോദ്യം ചോദിക്കുന്നത് കേട്ടിട്ടുണ്ട് എന്നത് നമ്മൾ പഠിക്കേണ്ടതുപോലെയല്ല അത് പഠിച്ചത് എന്ന് വ്യക്തമാക്കുന്നു). ന്യൂട്ടന്റെ ഒന്നാം ചലനനിയമം ആണിവിടെ കാണേണ്ടത്:
“അസന്തുലിതമായ ഒരു ബാഹ്യബലം പ്രവർത്തിക്കാത്തിടത്തോളം ഏതൊരു വസ്തുവും അതിന്റെ നിശ്ചലാവസ്ഥയിലോ നേർരേഖയിലൂടെയുള്ള സമാനചലനത്തിലോ തുടരും”
എന്നാണ് ഒന്നാം നിയമം പറയുന്നത്. നിശ്ചലമായിരിക്കുന്ന പമ്പരത്തെ കറക്കിവിടാൻ ബാഹ്യബലം കൂടിയേ തീരു. എന്നാൽ കറക്കിവിടൽ എന്ന പണി കഴിഞ്ഞ് ബാഹ്യബലം പിൻവാങ്ങിയാൽ പിന്നെ ആ പമ്പരത്തിന് കറങ്ങിക്കൊണ്ടേയിരിക്കുന്നതിന് യാതൊരു ഊർജവും ആവശ്യമില്ല. പിന്നെ ആ കറക്കം നിർത്താനാണ് ബാഹ്യബലവും ആ വഴിയ്ക്ക് ഊർജവും വേണ്ടിവരുന്നത്. അതായത് കറങ്ങിക്കൊണ്ടേയിരിക്കുന്നതല്ല, കറക്കം താനേ നിൽക്കുന്നതാണ് അസ്വാഭാവികം. ബാഹ്യബലം പ്രവർത്തിക്കാതെ നിശ്ചലാവസ്ഥയ്ക്കോ ചലനാവസ്ഥയ്ക്കോ മാറ്റം വരുത്താനാവാത്ത ദൗർബല്യത്തെയാണ് ജഡത്വം എന്ന് വിളിക്കുന്നത്.
അപ്പോ നമ്മൾ കറക്കിവിടുന്ന പമ്പരം നിൽക്കുന്നതോ?
അവിടെ ബാഹ്യബലം പ്രവർത്തിക്കുന്നുണ്ട്. കറക്കിവിടുന്നത് നമ്മുടെ വിരലുകൾ കൊടുക്കുന്ന ബലമാണെന്നറിയാമല്ലോ. കറങ്ങിത്തുടങ്ങുന്ന പമ്പരത്തിൽ ഗുരുത്വബലം പ്രവർത്തിക്കുന്നുണ്ട്. പോരാത്തതിന് പമ്പരത്തിന്റെ മുന തറയിൽ ഉരയുന്ന ഘർഷണവും വായുവിന്റെ ഘർഷണവും ഉണ്ട്. ഇത് രണ്ടുമാണ് പമ്പരത്തെ പതിയെ നിർത്തുന്നത്.
ഇവിടെ ഒരു മുന്നറിയിപ്പുണ്ട്: എളുപ്പത്തിന് ഉപയോഗിക്കാമെങ്കിലും പമ്പരത്തിന്റെ കറക്കം എന്ന ഉദാഹരണം അപകടം പിടിച്ചതാണ്. കാഴ്ചയ്ക്ക് സിമ്പിളാണെങ്കിലും അതിന്റെ സങ്കീർണചലനം വിശദീകരിക്കാൻ അതിഗഹനമായ ഗണിതപ്രക്രിയകൾ ആവശ്യം വരും. ന്യൂട്ടന്റെ രണ്ടാം നിയമം അനുസരിച്ച് വസ്തുവിന്റെ ചലനത്തിനുണ്ടാകുന്ന മാറ്റം ബലം പ്രയോഗിക്കപ്പെടുന്ന ദിശയിൽ ആ ബലത്തിന് ആനുപാതികമായിട്ടായിരിക്കും. ഭൂമിയുടേയും പമ്പരത്തിന്റേയും കറക്കങ്ങൾ താരതമ്യം ചെയ്യുമ്പോൾ, കറങ്ങുന്ന പമ്പരത്തിൽ അനുഭവപ്പെടുന്ന ഭൂഗുരുത്വബലവും കറങ്ങുന്ന ഭൂമിയിൽ അനുഭവപ്പെടുന്ന സൂര്യന്റെ ഗുരുത്വബലവും  ദിശയിൽ വ്യത്യസ്തമാണ് എന്നത് ശ്രദ്ധിക്കണം. ഒന്ന് ‘താഴെ’ നിന്നും മറ്റൊന്ന് ‘സൈഡിൽ’ നിന്നുമാണ് വലിക്കുന്നത്. അതുകൊണ്ട് തന്നെ അവയുടെ പ്രഭാവവും വ്യത്യസ്തമായിരിക്കും. പമ്പരം നിർത്തുന്നതുപോലെ ഭൂമിയെ നിർത്താൻ സൂര്യന്റെ ഗുരുത്വത്തിന് സാധിക്കില്ല എന്നുമാത്രം പറഞ്ഞ് നിർത്താം.
അതായത് ജഡത്വം കാരണമാണ് ഭൂമി ഇപ്പോഴും കറങ്ങിക്കൊണ്ടിരിക്കുന്നത്. കറക്കം നിർത്താനായി ഒരു ബാഹ്യബലം, ആവശ്യമായ അളവിൽ ആവശ്യമായ ദിശയിൽ പ്രയോഗിക്കപ്പെടുംവരെ അത് തുടരും. ആരും ‘കറക്കിക്കൊണ്ടിരിക്കേണ്ട’ ആവശ്യമില്ല.
ഭൂമി കറങ്ങിത്തുടങ്ങിയത് എന്തുകൊണ്ട് എന്ന രണ്ടാമത്തെ ചോദ്യമാണിനി. അതായത് ആരാണ് അതിനെ ‘കറക്കിവിട്ടത്’ എന്ന്. അത് വിശദീകരിക്കുക എത്ര എളുപ്പമല്ല. സൗരയൂഥത്തിന്റെ രൂപീകരണത്തിലാണ് ആ രഹസ്യം കിടക്കുന്നത്. Conservation of angular momentum എന്നൊരു അടിസ്ഥാന നിയമം ഉണ്ട്. Angular momentum (ഇവിടന്നങ്ങോട്ട് AM എന്ന് വിളിക്കാം) എന്താണെന്ന് പൂർണമായ അർത്ഥത്തിൽ വിശദീകരിക്കുക ബുദ്ധിമുട്ടാണ് എങ്കിലും വളഞ്ഞ വഴിയിൽ ഒരു രൂപരേഖ നൽകാം. നേർരേഖയിലുള്ള ചലനത്തിൽ ആക്കം (momentum) നിർവഹിക്കുന്ന പങ്കാണ് കറക്കചലനത്തിൽ AM നിർവഹിക്കുന്നത്. ആക്കം എന്നാൽ വസ്തുവിന്റെ പിണ്ഡത്തിന്റേയും (mass) വേഗതയുടേയും (velocity) കൂടി ചേർന്നുള്ള പ്രഭാവമാണ് (ആക്കം = പിണ്ഡം x വേഗത). ആക്കമാണ് ചലിക്കുന്ന വസ്തുവിന്റെ ‘ശേഷി’ തീരുമാനിക്കുന്നത്. ഒരേ വേഗതയിൽ നീങ്ങുന്ന സൈക്കിളിനെക്കാൾ അപകടം അതേ വേഗതയിൽ വരുന്ന ട്രക്ക് ഉണ്ടാക്കുന്നത് ട്രക്കിന്റെ കൂടിയ പിണ്ഡം കാരണമുള്ള കൂടിയ ആക്കമാണ്. സൈക്കിളുകളിൽ തന്നെ കൂടുതൽ വേഗതയിൽ വരുന്ന സൈക്കിൾ കൂടുതൽ പ്രഹരമേൽപ്പിക്കുന്നത് അതിന്റെ കൂടിയ വേഗത കാരണമുള്ള കൂടിയ ആക്കമാണ്. കൂടുതൽ ആക്കമുള്ള വസ്തുവിനെ പിടിച്ച് നിർത്താൻ കൂടുതൽ ബലം വേണ്ടി വരും. അതുപോലെ കൂടുതൽ AM ഉള്ള വസ്തുവിന്റെ കറക്കം പിടിച്ചുനിർത്താൻ കൂടുതൽ ആയാസം വേണ്ടിവരും. (ബലം അഥവാ force എന്ന വാക്ക് അവിടെ ചേരില്ല.) കറക്കവേഗതയ്ക്ക് ആനുപാതികമായ ഒരു ഗുണമാണ് AM. (ആക്കം വേഗതയ്ക്ക് ആനുപാതികമാകുന്നതുപോലെ തന്നെ). AM ന്റെയും ആക്കത്തിന്റെയും പ്രത്യേകത, അവകളെ മറ്റു രൂപങ്ങളിലേയ്ക്ക് മാറ്റാനാവില്ല എന്നതാണ്. ആക്കം ഉണ്ടായിരുന്ന ഒരു വസ്തുവിന് അത് ഇല്ലാതാക്കുക സാധ്യമല്ല, മറ്റേതെങ്കിലും വസ്തുവിന് കൈമാറുകയേ വഴിയുള്ളു. ഏത് പ്രതിഭാസം സംഭവിച്ചാലും അവിടെ ആക്കം ആക്കമായിത്തന്നെ കൈമാറപ്പെടും. രണ്ട് പന്തുകൾ തമ്മിൽ കൂട്ടിമുട്ടിയാൽ, രണ്ട് പന്തുകൾക്കും കൂടി കൂട്ടിയിടിക്കുന്നതിന് മുന്നേയുള്ള ആകെ ആക്കവും ഇടി നടന്ന ശേഷമുള്ള ആകെ ആക്കവും തുല്യമായിരിക്കും. ശ്രദ്ധിക്കണം, മൊത്തം ആക്കത്തിന്റെ കാര്യമാണ് പറഞ്ഞത്. ഒരു പന്തിനെ എടുത്താൽ  ചിലപ്പോൾ അതിന്റെ ആക്കം കുറഞ്ഞിട്ടുണ്ടാകും, പക്ഷേ അതിനനുസരിച്ച് മറ്റേതിന് ആക്കം കൂടിയിട്ടുണ്ടാകണം.
amദശലക്ഷക്കണക്കിന് കിലോമീറ്ററുകൾ വ്യപിച്ച് കിടക്കുന്ന നെബുലകൾ എന്ന വാതക പടലങ്ങളിൽ നിന്നാണ് സൂര്യനുൾപ്പടെയുള്ള നക്ഷത്രങ്ങളും ഗ്രഹങ്ങളുമൊക്കെ ഉണ്ടാകുന്നത്. ഈ വാതകപടലങ്ങളിലെ ഓരോ കണത്തിനും ആക്കവും AM-ഉം ഉണ്ടാകുമല്ലോ. ഇവ തമ്മിൽ അടുത്തടുത്ത് വന്ന് സങ്കോചിച്ച് നക്ഷത്രരൂപീകരണം നടക്കുമ്പോൾ Conservation of angular momentum അനുസരിച്ച് ഇവയുടെ കറക്ക വേഗതയും കൂടും. കറങ്ങുന്ന ഒരു മേശയിൽ കൈകൾ അകത്തിപ്പിടിച്ച് നിന്ന് കറങ്ങിയശേഷം കൈകൾ പതിയെ ചുരുക്കി നെഞ്ചത്തോട്ട് കൊണ്ടുവന്നാൽ കറക്കവേഗത കൂടുന്നത് കാണാം. അതാണ് Conservation of angular momentum എന്ന നിയമത്തിനുള്ള ഏറ്റവും സാധാരണമായ തെളിവ്. ഇത് തന്നെയാണ് നക്ഷത്രരൂപീകരണത്തിലും നടക്കുന്നത്. സ്വതന്ത്രമായി ചലിച്ചിരുന്ന കണങ്ങൾ നക്ഷത്രമോ ഗ്രഹമോ പോലെ ഒരു വസ്തുവിന്റെ ഭാഗമാകുമ്പോൾ അവയുടെ AM മൊത്തം ആ വസ്തുവിന്റെ AM-ന്റെ ഭാഗമാകുന്നു, കാരണം AM-നെ നമുക്ക് AM- ആയിത്തന്നെ നിലനിർത്തുകയേ നിർവാഹമുള്ളൂ, നശിപ്പിക്കാനാവില്ല. ഈ AM ആണ് ഭൂമി ഉൾപ്പടെ സകല ആകാശവസ്തുവിനേയും കറക്കിനിർത്തുന്നത്. കൂടുതൽ കൃത്യമായി പറഞ്ഞാൽ അവ കറങ്ങിക്കൊണ്ടാണ് രൂപമെടുക്കുന്നത്. പ്രപഞ്ചത്തിലെ ഏതാണ്ടെല്ലാ വസ്തുക്കളും കറങ്ങിക്കൊണ്ടിരിക്കുന്നതും ഇതേ കാരണത്താലാണ്.
ഇപ്പറഞ്ഞത് മനസിലാകാത്തവർ ഇത് ഒന്നുരണ്ടാവർത്തി കൂടി വായിച്ച് ആക്കം, Angular momentum തുടങ്ങിയ കാര്യങ്ങൾ കൃത്യമായി ഗ്രഹിക്കാൻ ശ്രമിക്കുമല്ലോ.
ഇനി നമ്മുടെ അടിസ്ഥാന ചോദ്യത്തിനുള്ള മറുപടി ചുരുക്കിപ്പറഞ്ഞാൽ,
ഭൂമിയെ ആരും കറക്കിവിട്ടതല്ല, അത് കറങ്ങിക്കൊണ്ടാണ് രൂപപ്പെട്ടത്.
അതിന് കറങ്ങിക്കൊണ്ടേയിരിക്കാൻ ഊർജത്തിന്റെ ആവശ്യമില്ല, മറിച്ച് കറക്കം നിർത്താനാണ് അത് വേണ്ടത്.

No comments:

Post a Comment