Aug 17, 2015

പ്രകാശത്തിനെന്താ കൊമ്പുണ്ടോ?


പ്രകാശപ്രവേഗം സാദ്ധ്യമായതില്‍ ഏറ്റവും കൂടിയ വേഗതയാണെന്നും അതിനെക്കാള്‍ വേഗതയില്‍ മറ്റൊന്നിനും സഞ്ചരിക്കാനാവില്ലെന്നുമുള്ള കാര്യം മിക്കവര്‍ക്കും അറിവുള്ളതാണല്ലോ. അപ്പോ സ്വാഭാവികമായും ഒരു സംശയം വരാം ( വന്നിട്ടുണ്ടാകാം), സത്യത്തില്‍ പ്രകാശത്തിനെ ഈ വിശിഷ്ടസ്ഥാനത്തിരുത്തുന്നത് എന്താണ്?

ഉത്തരത്തില്‍ രണ്ട് ‘കൊനഷ്ടു’കളുണ്ട്!

  1. പ്രകാശത്തേക്കാള്‍ വേഗത്തില്‍ ഒന്നിനും സഞ്ചരിക്കാന്‍ കഴിയില്ല എന്ന പ്രസ്താവന പൂര്‍ണമായും ശരിയല്ല!
  2. സാദ്ധ്യമായ പരമാവധി പ്രവേഗമെന്ന് നമ്മള്‍ പറയുന്ന പ്രകാശപ്രവേഗം പ്രകാശത്തിന്റെ ഗുണവിശേഷമല്ല!
ആദ്യത്തേത് ആശയക്കുഴപ്പമുണ്ടാക്കുന്നതും രണ്ടാമത്തേത് അവ്യക്തവുമാണ്, അല്ലേ?
ഓരോന്നായി സാവധാനം പരിശോധിക്കാം.

പ്രകാശത്തേക്കാള്‍ വേഗത്തില്‍ ഒന്നിനും സഞ്ചരിക്കാന്‍ കഴിയില്ല എന്ന പ്രസ്താവന ശരിയല്ല എന്ന് പറയുമ്പോള്‍ ഐന്‍സ്റ്റൈന്റെ ആപേക്ഷികത തെറ്റാണ് എന്നല്ല പറയുന്നത്. ‘പ്രകാശത്തിന്റെ വേഗത’ എന്ന കാഴ്ച്ചപ്പാടില്‍ നമ്മള്‍ സാധാരണ അവഗണിക്കുന്ന ഒരു വശമുണ്ട് എന്നതാണ് ഇവിടത്തെ പ്രശ്നം. സെക്കന്റില്‍ മൂന്ന് ലക്ഷം കിലോമീറ്റര്‍ എന്ന് ഏകദേശമായും 299,792,458 മീറ്റര്‍ എന്ന് കൃത്യമായും പറയുന്ന വേഗത, പ്രകാശം ശൂന്യതയിലൂടെ അല്ലെങ്കില്‍ വായുവിലൂടെ സഞ്ചരിക്കുന്ന വേഗതയാണ്. ഇതിനെ c എന്ന അക്ഷരം കൊണ്ട് സൂചിപ്പിക്കും (വേഗത എന്നർത്ഥമുള്ള 'celeritas' എന്ന ലാറ്റിൻ വാക്കിൽ നിന്നാണ് c വന്നത്). പക്ഷേ മറ്റ് മാധ്യമങ്ങളില്‍ അതിനത്രയും വേഗതയുണ്ടാവില്ല (ഉദാഹരണത്തിന് വജ്രത്തില്‍ പ്രകാശത്തിന് സെക്കന്റില്‍ 1.2 ലക്ഷം കി.മീ. മാത്രമേ സഞ്ചരിക്കാന്‍ കഴിയൂ). ശരിക്കും മറ്റ് വസ്തുക്കള്‍ക്ക് മറികടക്കാന്‍ കഴിയാത്ത വേഗത c എന്ന ഒരു സ്ഥിരസംഖ്യ കൊണ്ട് സൂചിപ്പിക്കുന്ന വേഗതയാണ്. മറ്റൊരു രീതിയില്‍ പറഞ്ഞാല്‍, ഭൗതികവസ്തുക്കള്‍ക്ക് സാധ്യമായ ഏറ്റവും വലിയ വേഗത c ആണ്. പ്രകാശം ആ വേഗതയില്‍ സഞ്ചരിക്കുന്നു എന്നേയുള്ളു. അത് പ്രകാശകണങ്ങളായ ഫോട്ടോണുകളുടെ പിണ്ഡം പൂജ്യമായതിനാലാണ്. ആപേക്ഷികതാ സിദ്ധാന്തത്തിന്റെ ഒരു അനന്തരഫലമാണ്, വേഗതയില്‍ സഞ്ചരിക്കുന്ന വസ്തുക്കള്‍ക്ക് വേഗതയ്ക്ക് ആനുപാതികമായി പിണ്ഡം വര്‍ദ്ധിക്കും എന്നത്. ചലിക്കുന്ന ഒരു വസ്തുവിന്റെ പിണ്ഡം, അതിന്റെ നിശ്ചലാവസ്ഥയിലുള്ള പിണ്ഡത്തെ r എന്നൊരു സംഖ്യ കൊണ്ട് ഗുണിക്കുന്നതിന് തുല്യമാണ്. ഈ r ആകട്ടെ വേഗതയ്ക്കനുസരിച്ച് കൂടുന്ന ഒരു സംഖ്യയുമാണ്. സാധാരണ വേഗതകളില്‍ ഒരു വസ്തുവിനുണ്ടാകുന്ന പിണ്ഡവര്‍ദ്ധനവ് അവഗണിക്കാവുന്നത്ര ചെറുതായിരിക്കുമെങ്കിലും c-യോട് അടുത്ത വേഗതയില്‍ എത്തുമ്പോള്‍ സാരമായ വര്‍ദ്ധനവുണ്ടാകും. ഗണിതപരമായി നോക്കുമ്പോള്‍, വേഗത c ആകുന്ന പക്ഷം വസ്തുവിന്റെ പിണ്ഡം അനന്തമാകുമെന്ന് കാണാം. വേഗത c ആകുമ്പോള്‍ r അനന്തമാകും എന്നതാണ് കാരണം. അനന്ത പിണ്ഡമുള്ള വസ്തുവിന് ചലിക്കാന്‍ അനന്തമായ ഊര്‍ജം വേണ്ടിവരുമെന്നതിനാല്‍ വസ്തുവിന് ഒരിക്കലും c വേഗത കൈവരിക്കാന്‍ കഴിയില്ല. ഈ പ്രശ്നം പക്ഷേ പിണ്ഡമില്ലാത്ത കണങ്ങള്‍ക്ക് ബാധകമല്ല എന്ന് വ്യക്തമാണല്ലോ. കാരണം r എന്ന സംഖ്യ എത്ര വലുതായാലും അത് പൂജ്യത്തെ ഗുണിക്കുന്നതുകൊണ്ട് മാറ്റമൊന്നും വരില്ല. അതുകൊണ്ട് പ്രകാശ കണങ്ങള്‍ക്ക് c വേഗത കൈവരിക്കാന്‍ കഴിയും (നമ്മള്‍ സാധാരണഭാഷയില്‍ പ്രകാശം അല്ലെങ്കില്‍ Light എന്ന വാക്ക് കൊണ്ട് ഉദ്ദേശിക്കുന്നത് കണ്ണുകള്‍ക്ക് സംവേദിക്കാന്‍ കഴിയുന്ന ദൃശ്യപ്രകാശത്തെയാണ്. എന്നാല്‍ ഫിസിക്സില്‍ അത് സാമാന്യമായി വൈദ്യുതകാന്തിക തരംഗം -electromagnetic wave- എന്ന അര്‍ത്ഥത്തിലാണ് ഉപയോഗിക്കുന്നത്. ദൃശ്യപ്രകാശം അതിന്റെ ഒരു ഭാഗം മാത്രമാകുന്നു). പ്രകാശത്തിന് മാത്രമല്ല, പിണ്ഡം (കൃത്യമായി പറഞ്ഞാൽ rest mass അഥവാ നിശ്ചലാവസ്ഥയിലുള്ള പിണ്ഡം) പൂജ്യമായ ഏത് കണത്തിനും c വേഗത കൈവരിക്കാന്‍ കഴിയും. ഇനിയും കണ്ടെത്തിയിട്ടില്ലാത്ത, ഉണ്ടെന്നുറപ്പിച്ചിട്ടില്ലാത്ത, ഗ്രാവിറ്റോണുകള്‍ എന്ന കണങ്ങള്‍ക്കും ഇതേ കാരണത്താല്‍ ആ വേഗത കൈവരിക്കാനാകും.

ഇനി രണ്ടാമത്തെ കൊനഷ്ട് ഉത്തരത്തിലേക്ക് വരാം.

പ്രകാശപ്രവേഗം പ്രകാശത്തിന്റെ ഗുണവിശേഷമല്ല, മറിച്ച് അത് ഒരര്‍ത്ഥത്തില്‍ അത് സഞ്ചരിക്കുന്ന മാധ്യമത്തിന്റെ ഗുണവിശേഷമാണ്. പ്രകാശത്തെ പരസ്പരപൂരകമായി മാറിക്കൊണ്ടിരിക്കുന്ന വൈദ്യുത-കാന്തിക മണ്ഡലങ്ങളുടെ ഒരു പരേഡായി കണക്കാക്കാവുന്നതാണ്. അതായത് മാറുന്ന കാന്തികമണ്ഡലം ഒരു മാറുന്ന വൈദ്യുതമണ്ഡലം ഉണ്ടാക്കുന്നു, ആ മാറുന്ന വൈദ്യുതമണ്ഡലം മാറുന്ന ഒരു കന്തികമണ്ഡലവും ഉണ്ടാക്കുന്നു. ഈ പ്രക്രിയ തുടര്‍ച്ചയായി ആവര്‍ത്തിക്കുന്നത് വഴിയാണ് വൈദ്യുതകാന്തികതരംഗം പ്രത്യേകിച്ച് ഒരു മാദ്ധ്യമത്തിന്റേയും സഹായമില്ലാതെ തന്നെ സഞ്ചരിക്കുന്നത്. ഒരു വസ്തു എത്രത്തോളം നന്നായി വൈദ്യുത മണ്ഡലത്തിനും കാന്തിക മണ്ഡലത്തിനും വഴങ്ങിക്കൊടുക്കുന്നു എന്നതിനനുസരിച്ചായിരിക്കും ആ വസ്തുവിലൂടെയുള്ള പ്രകാശത്തിന്റെ വേഗത നിര്‍ണയിക്കപ്പെടുന്നത്. ഒരു വസ്തുവിന്റെ വൈദ്യുത സ്ഥിരാങ്കം, കാന്തിക സ്ഥിരാങ്കം എന്നിങ്ങനെ വിളിക്കുന്ന രണ്ട് സംഖ്യകളാണ് അതിന്റെ യഥാക്രമം വൈദ്യുത, കാന്തിക മണ്ഡലങ്ങളോടുള്ള വഴങ്ങിക്കൊടുക്കല്‍ തീരുമാനിക്കുന്നത്. ശൂന്യതയുടെ വൈദ്യുത-കാന്തിക സ്ഥിരാങ്കങ്ങള്‍ ചേര്‍ന്ന് തീരുമാനിക്കുന്ന പ്രാപഞ്ചിക സ്ഥിരാങ്കമാണ് യഥാര്‍ത്ഥത്തില്‍ c. ഇത് പ്രകാശത്തിന്റെ വേഗത അളന്ന് കണ്ടുപിടിച്ച സ്ഥിരാങ്കമല്ല, മറിച്ച് ഗണിതപരമായി (സൈദ്ധാന്തികമായി) കണക്കാക്കപ്പെട്ട ഒന്നാണ്. വിശിഷ്ട ആപേക്ഷികതാ സിദ്ധാന്തം പറയുന്നതും ഇതേ c-യെക്കുറിച്ചാണ്. (ജെയിംസ് ക്ളാര്‍ക്ക് മാക്സ്‍വെല്‍ എന്ന ശാസ്ത്രജ്ഞനാണ് വൈദ്യുത-കാന്തിക പ്രതിഭാസങ്ങളുടെ സൈദ്ധാന്തിക അവലോകനം വഴി c-യുടെ മൂല്യത്തില്‍ എത്തിയത്. പ്രകാശവേഗവും ഈ സ്ഥിരാങ്കവും തമ്മില്‍ താരതമ്യം ചെയ്ത് പ്രകാശം ഒരു വൈദ്യുതകാന്തികതരംഗമാണെന്ന് പറഞ്ഞതും അദ്ദേഹം തന്നെ).

പ്രകാശം ഒരു വസ്തുവിലൂടെ സഞ്ചരിക്കുന്ന വേഗതകൊണ്ട് പ്രകാശം ശൂന്യതയില്‍ സഞ്ചരിക്കുന്ന വേഗതയെ ഹരിച്ചാല്‍ കിട്ടുന്ന സംഖ്യയെ ആ വസ്തുവിന്റെ അപവര്‍ത്തന സ്ഥിരാങ്കം (Refractive index) എന്ന് വിളിക്കും. അതായത് അപവര്‍ത്തന സ്ഥിരാങ്കം (n കൊണ്ട് സൂചിപ്പിക്കാം) എത്രത്തോളം കൂടുന്നുവോ അത്രത്തോളം പതിയെ ആയിരിക്കും ആ വസ്തുവിലൂടെ പ്രകാശം സഞ്ചരിക്കുന്നത്. നിര്‍വചനം അനുസരിച്ച് ശൂന്യതയ്ക്ക് n-ന്റെ മൂല്യം 1 ആണ്. വെള്ളത്തിന് അത് 1.3-ഉം ഗ്ളാസിന് 1.5-ഉം വജ്രത്തിന് അത് 2.4-ഉം ആണ്. ഇതിന് ഒരു കൗതുകകരമായ അനന്തരഫലം കൂടിയുണ്ട്. ചില അവസരങ്ങളില്‍ ചില വസ്തുക്കളിലൂടെ ചാര്‍ജുള്ള കണങ്ങള്‍ (ആ വസ്തുവില്‍) പ്രകാശത്തിന് സഞ്ചരിക്കാവുന്നതിനേക്കാള്‍ വേഗത്തില്‍ സഞ്ചരിക്കാറുണ്ട്. ഇത്തരം ഉന്നത ഊര്‍ജനിലയിലുള്ള കണങ്ങള്‍ വസ്തുവിലെ ഇലക്ട്രോണുകളെ ഉത്തേജിപ്പിക്കുകയും, അങ്ങനെ ഉത്തേജിപ്പിക്കപ്പെട്ട ഇലക്ട്രോണുകള്‍ പ്രകാശരൂപത്തില്‍ ആ ഊര്‍ജം പുറത്തേയ്ക്ക് കളയുകയും ചെയ്യും. പക്ഷേ ഇങ്ങനെ ഉണ്ടാകുന്ന പ്രകാശത്തിന് അതിന് കാരണക്കാരായ ചാര്‍ജിത കണങ്ങളെക്കാള്‍ വേഗത കുറവായിരിക്കും എന്നതിനാല്‍, കണങ്ങളുടെ പിന്നിലേക്ക് ഒരു കോണിന്റെ ആകൃതിയിലുള്ള ഒരു പ്രകാശബീം ആയിട്ടായിരിക്കും ഇത് കാണപ്പെടുക. (ഓടുന്ന കാറിന്റെ ഹെഡ്‌ലൈറ്റ് പ്രകാശം പിന്നിലേക്ക് പായുന്നത് ഓര്‍ത്ത് നോക്കിയേ!) ഇതിനെ ചെറണ്‍കോവ് വികിരണം എന്ന് വിളിക്കും. ശബ്ദത്തേക്കാള്‍ വേഗതയില്‍ സഞ്ചരിക്കുന്ന വിമാനങ്ങള്‍ക്ക് പിന്നില്‍ രൂപം കൊള്ളുന്ന ഷോക്ക് വേവിന് തുല്യമാണ് ഈ പ്രതിഭാസം. ന്യൂക്ലിയാര്‍ റിയാക്ടറിന്റെയൊക്കെ ഉള്‍ഭാഗത്തിന്റെ ചിത്രങ്ങളില്‍ മനോഹരമായ ഒരു നീലനിറം ശ്രദ്ധിച്ചിട്ടില്ലേ? ചെറണ്‍കോവ് വികിരണമാണത്. (അല്ലാതെ പടത്തിന് ഗുമ്മ് കിട്ടാന്‍ ഫോട്ടോഷോപ്പില്‍ കേറ്റി പണിതേക്കുന്നതല്ല!).

മറ്റൊരു കൗതുകം കൂടിയുണ്ട്- പ്രകാശത്തിന്റെ വേഗത സെക്കന്റില്‍ 299,792,458 മീറ്ററാണ് എന്ന് പറയുന്നതിനേക്കാള്‍ ശരിയായ പ്രസ്താവന, പ്രകാശം ഒരു സെക്കന്റില്‍ ശൂന്യതയിലൂടെ സഞ്ചരിക്കുന്ന ദൂരത്തിന്റെ 299,792,458-ല്‍ ഒരംശത്തെയാണ് ഒരു മീറ്റര്‍ എന്ന് വിളിക്കുന്നത് എന്നതാണ്. അതായത് പ്രകാശം സഞ്ചരിച്ച ദൂരത്തെ മീറ്ററില്‍ അളക്കുകയല്ല, മറിച്ച് പ്രകാശം സഞ്ചരിക്കുന്ന ദൂരം ആധാരമാക്കി മീറ്റര്‍ എന്ന യൂണിറ്റിനെ നിശ്ചയിച്ചിരിക്കുകയാണ് ഇന്ന് നമ്മള്‍. അതുകൊണ്ട് തന്നെ ഇനി എത്ര സങ്കീര്‍ണമായ വിദ്യ ഉപയോഗിച്ച് അളന്നാലും ഇതിലും കൃത്യമായി നിങ്ങള്‍ക്കീ വേഗത പറയാന്‍ കഴിയില്ല! ഇതാണ് പ്രകാശത്തിന്റെ കൊമ്പിന്റെ സത്യാവസ്ഥ!

11 comments:

  1. ശാസ്ത്രീയ വിഷയങ്ങള്‍ ലളിതമായി പറയാനുള്ള ശ്രീ വൈശാഖന്റെ കഴിവ് പ്രശംസനീയമാണ്. പക്ഷെ ഇതില്‍ പറഞ്ഞിരിക്കുന്ന (ഓടുന്ന കാറിന്റെ ഹെഡ്‌ലൈറ്റ് പ്രകാശം പിന്നിലേക്ക് പായുന്നത് ഓര്‍ത്ത് നോക്കിയേ!) ഈ ഉദാഹരണം ശരിക്കും മനസ്സിലായില്ല കേട്ടോ.

    ReplyDelete
  2. This comment has been removed by the author.

    ReplyDelete
  3. This comment has been removed by the author.

    ReplyDelete
  4.                 തിരുത്തിയ പോസ്റ്റ്

    വിവിധ മാദ്ധ്യമങ്ങളിൽ ശബ്ദത്തിൻെറ യും പ്രകാശത്തിൻെറ വേഗത 

                              ശബ്ദം 

    മാദ്ധ്യമം       സെക്കന്‍റ്റില്‍ വേഗത 

    വായു (0°C)              332 മീറ്റര്‍ 

    ജലം (20°C)             1410 മീറ്റര്‍ 

    രസം                         1452 മീറ്റര്‍ 

    ചെമ്പ്                       3600 മീറ്റര്‍ 

    ഉരുക്ക്                     5000 മീറ്റര്‍ 

    ഗ്ലാസ്സ്           5000 - 6000 മീറ്റര്‍ 

    തടി              4000 - 5000 മീറ്റര്‍ 

    കോർക്ക്                   550 മീറ്റര്‍    

    റബർ                    30 - 70 മീറ്റർ 

                    പ്രകാശം 

    വെളളം     3 ÷1.3=2.3ലക്ഷംകിലോമീറ്റര്‍

    ഗ്ലാസ്സ്          3 ÷1.5=2ലക്ഷംകിലോമീറ്റര്‍ 

    വജ്രം        3÷2.4=1.3ലക്ഷംകിലോമീറ്റര്‍ സത്യത്തില്‍ പ്രകാശത്തിൻെറയും ശബ്ദത്തിൻെറയും സ്വഭാവം ഒന്നാണ്, എന്തുകൊണ്ടാണ് (കണിക ബ്രപ്മം) ഭാരതിയ ദാര്‍ശനികര്‍ ഇങ്ങനെ പറഞ്ഞു (നാദബ്രപ്മം) (വിവരകേടിൻെറ കണിക ബ്രപ്മം)   

    ReplyDelete
  5. There is one more thing. As speed increases at relativistic scale, mass does not increase.Its a wrong notion that has been used for a long time. If we consider the mass of as we know of, it does not increase. Its the total energy of the particle increases. There is only one mass which is the rest mass of the particle. The relativistic mass is just a mathematical tool. It comes from the fact that E=mc^2 is an incomplete equation. Because this only corresponds to the rest energy of the particle. The real mass energy relation is E= \Gamma mc^2. Where \Gamma =1/(\Sqrt(1-(v/c)^2)) . relativistic mass is just \Gamma *m which is just a mathematical tool. This is really obvious when for a small (v/c) value we expand the above expression up to 2nd order in (v/c). In that case we didn't associate \Gamma with m, instead we associated with rest energy.

    ReplyDelete
  6. ഗംഭീരം!
    അഭിനന്ദനങ്ങൾ

    ReplyDelete
  7. ഗംഭീരം!
    അഭിനന്ദനങ്ങൾ

    ReplyDelete
  8. ഗംഭീരം!
    അഭിനന്ദനങ്ങൾ (y)

    ReplyDelete
  9. ""സാധാരണ വേഗതകളില്‍ ഒരു വസ്തുവിനുണ്ടാകുന്ന പിണ്ഡവര്‍ദ്ധനവ് അവഗണിക്കാവുന്നത്ര ചെറുതായിരിക്കുമെങ്കിലും c-യോട് അടുത്ത വേഗതയില്‍ എത്തുമ്പോള്‍ സാരമായ വര്‍ദ്ധനവുണ്ടാകും. ഗണിതപരമായി നോക്കുമ്പോള്‍, വേഗത c ആകുന്ന പക്ഷം വസ്തുവിന്റെ പിണ്ഡം അനന്തമാകുമെന്ന് കാണാം.""

    Thangalude mattoru video il "" faster means shorter"" concept kettu..
    Randum koodi manassilakunnilla.

    Can you please explain??

    ReplyDelete