Jun 14, 2017

മേലോട്ട് പോകുന്ന തേങ്ങ!

രണ്ട് സംഭവങ്ങൾ വിവരിക്കാം:
 1. ഒരു തെങ്ങിൽ നിന്ന് ഒരു തേങ്ങ അടർന്ന് താഴെ കെട്ടിനിൽക്കുന്ന വെള്ളത്തിൽ വീഴുന്നു. വെള്ളം ശബ്ദമുണ്ടാക്കിക്കൊണ്ട് ചുറ്റും തെറിക്കുന്നു.
 2. ഒരു തെങ്ങിൻ ചുവട്ടിൽ നാലുപാടുനിന്നും വെള്ളത്തുള്ളികൾ വന്ന് ചേർന്ന് ശബ്ദമുണ്ടാക്കിക്കൊണ്ട് അവിടെക്കിടക്കുന്ന ഒരു തേങ്ങയെ പൊക്കി തെങ്ങിന് മുകളിൽ എത്തിക്കുന്നു.

ഇതിൽ ഏതാണ് കൂടുതൽ സ്വാഭാവികതയുള്ളത്?

മുൻപ് ഞാൻ ചെയ്തിട്ടുള്ള ഒരു പ്രഭാഷണത്തിൽ (ലിങ്ക്: https://goo.gl/BD2z1n) ഉന്നയിച്ച ഒരു ചോദ്യമാണിത്. സാമാന്യബുദ്ധി ശാസ്ത്രത്തിൽ എന്തുകൊണ്ട് യോജിച്ചതല്ല എന്ന് പറയുകയായിരുന്നു ആ പ്രഭാഷണത്തിന്റെ ഉദ്ദേശ്യം. അന്ന്, ആ പ്രഭാഷണത്തിന്റെ ഒടുവിൽ ആരെങ്കിലും എന്നോടാ ചോദ്യം ചോദിക്കും എന്ന് ഞാൻ പ്രതീക്ഷിച്ചിരുന്നു, പക്ഷേ ആരും ചോദിച്ചില്ല- സാമാന്യബുദ്ധി വെച്ചല്ലെങ്കിൽ പിന്നെ എന്ത് മാനദണ്ഡം വെച്ചാണ് ഇപ്പറഞ്ഞ ചോദ്യത്തിന് ഉത്തരം കണ്ടെത്തുക? അല്ലെങ്കിൽ ഈ ചോദ്യത്തെ ശാസ്ത്രം എങ്ങനെയാണ് കൈകാര്യം ചെയ്യുക? ഇതിനുള്ള വിശദീകരണം ഭൌതികശാസ്ത്രത്തിൽ താപഗതിക സിദ്ധാന്തങ്ങൾ അഥവാ Laws of thermodynamics വഴിയാണ് നമുക്ക് ലഭിക്കുക. നമ്മുടെ പ്രകൃതിയിൽ എന്തും നടക്കുന്നത് ഊർജം ഉപയോഗിച്ചാണ്. ഊർജത്തെ ഒരു രൂപത്തിൽ നിന്ന് മറ്റൊരു രൂപത്തിലേക്ക് മാറ്റുക, ഊർജം ഒരിടത്തുനിന്ന് മറ്റൊരിടത്തേയ്ക്ക് കൈമാറ്റം ചെയ്യുക എന്നിവയാണ് എല്ലാ പ്രതിഭാസങ്ങളിലും സംഭവിക്കുന്നത്. എന്നാൽ ഊർജത്തെ സംബന്ധിച്ച് പ്രകൃതിയ്ക്കുള്ള രണ്ട് സുപ്രധാന ചട്ടങ്ങളാണ് താപഗതിക സിദ്ധാന്തങ്ങൾ. ഇതിൽ ആദ്യത്തേത് സുപരിചിതമായിരിക്കും. ഊർജസംരക്ഷണനിയമം (law of conservation of energy) എന്നാണതിന് പേര്. അതിപ്രകാരമാണ്:

'ഊർജത്തെ പുതുതായി സൃഷ്ടിക്കാനോ നശിപ്പിക്കാനോ കഴിയില്ല. ഒരു രൂപത്തിൽ നിന്ന് മറ്റൊരു രൂപത്തിലേക്ക് മാറ്റാൻ മാത്രമേ സാധിക്കൂ'

സ്കൂളിൽ ഇത് പഠിപ്പിച്ച ശേഷം അടുത്ത ക്ലാസിൽ ചിലപ്പോൾ പഠിപ്പിക്കുന്നത്, ഊർജം അമൂല്യമാണെന്നും അത് പാഴാക്കിക്കളയരുതെന്നും ആയിരിക്കും. ശ്ശെടാ! ഊർജത്തെ നശിപ്പിക്കാനാവില്ലാന്ന് ഉറപ്പാണെങ്കിൽ പിന്നെന്തിനാ നമ്മളത് കഷ്ടപ്പെട്ട് സംരക്ഷിക്കാൻ നോക്കുന്നത്! അത് ഒരു രൂപത്തിൽ അല്ലെങ്കിൽ മറ്റൊരു രൂപത്തിൽ അവിടുണ്ടാകുമല്ലോ. അതങ്ങ് പിന്നേം പിന്നേം ഉപയോഗിച്ചോണ്ടേയിരുന്നാൽ പോരേ? ഇത് വെറും കുസൃതിച്ചോദ്യമല്ല. രണ്ടാം താപഗതികസിദ്ധാന്തം കൂടി മനസിലാക്കാത്തിടത്തോളം ഈ ചോദ്യത്തിന് ഉത്തരം പറയാനാവില്ല. ആ നിയമം അനുസരിച്ച്, പ്രകൃതിയിലെ ഊർജകൈമാറ്റങ്ങൾ എപ്പോഴും ക്രമം (order) കൂടിയ അവസ്ഥയിൽ നിന്ന് ക്രമം കുറഞ്ഞ (disorder) അവസ്ഥയിലേക്കാണ് നടക്കുക. ഇവിടെ disorder എന്ന വാക്ക് മലയാളത്തിലാക്കാൻ തത്കാലം ഉദ്ദേശിക്കുന്നില്ല. കാരണം മലയാളത്തിൽ നമ്മൾ അതിന് തുല്യമായി പൊതുവേ ഉപയോഗിക്കുന്ന വാക്കുകൾക്കൊന്നും ഇവിടെ ഉദ്ദേശിക്കുന്ന സാങ്കേതിക അർത്ഥം കിട്ടുമെന്ന് തോന്നുന്നില്ല. അതൊരു താറുമാറായ അവസ്ഥയോ ക്രമക്കേടോ അലങ്കോലമോ ആണെന്ന് പറയാനാകില്ല. ഏതവസ്ഥയാണ് ഓഡർ, ഏതാണ് ഡിസോഡർ എന്ന് തീരുമാനിക്കപ്പെടുന്നത് കാഴ്ചയ്ക്ക് എങ്ങനെയിരിക്കുന്നു എന്നതനുസരിച്ചല്ല, മറിച്ച് എത്ര രീതിയിൽ ആ അവസ്ഥ സംജാതമാകാം എന്നതനുസരിച്ചാണ്. ഇവിടെ അതിനായി ഉപയോഗിക്കുന്ന ഒരു വാക്കാണ് എൻട്രോപ്പി (entropy). തിരുവന്തോരത്തുകാർക്ക് വേണമെങ്കിൽ ഇതിനെ 'എന്തരപ്പി' എന്നും വിളിക്കാം. എന്തായാലും പ്രകൃതിയിലെ ഏത് ഊർജകൈമാറ്റവും ഈ 'എന്തരപ്പി' കൂടുന്ന ദിശയിലാണ് നടക്കുക. എന്താണ് എൻട്രോപ്പിയെ സ്വാധീനിക്കുന്ന ഘടകം? കൂടുതൽ സാധ്യതകളിലൂടെ എത്താവുന്ന അവസ്ഥയാണ് കൂടുതൽ എൻട്രോപ്പിയുള്ള അവസ്ഥ. അതിലൊരല്പം സാങ്കേതികത ഉണ്ട്. ലളിതമാക്കി പറയാനായി ഒരു ഉദാഹരണം എടുക്കാം.

ഒരു കളിപ്പാട്ടക്കട സങ്കല്പിക്കുക. തട്ടുകളിൽ, വിവിധ കളിപ്പാട്ടങ്ങൾ ക്രമമായി അടുക്കി വെച്ചിരിക്കുകയാണ് അവിടെ. ഒരിടത്ത് ടെഡിക്കരടികൾ, ഒരിടത്ത് ബാർബിപ്പാവകൾ, ഒരിടത്ത് കളിക്കാറുകൾ, ഒരിടത്ത് പന്തുകൾ എന്നിങ്ങനെ കൃത്യമായ നിയമമനുസരിച്ചാണ് അവിടം ക്രമീകരിച്ചിരിക്കുന്നത്. ഇവിടേക്ക് വികൃതിയായ ഒരു രണ്ടുവയസ്സുകാരിയെ നമ്മൾ കയറ്റിവിട്ടിട്ട്, പത്തുമിനിറ്റ് മാറിനിൽക്കുകയാണെങ്കിൽ എന്ത് സംഭവിക്കും? ആർക്കും ഊഹിക്കാം, അവിടം താറുമാറാകും. കടയുടെ എൻട്രോപ്പി വല്ലാതെ കൂടുക എന്നതാണ് അവിടെ സ്വാഭാവികം. പക്ഷേ നിങ്ങളുടെ മനസ്സിൽ വരുന്ന അലങ്കോലമായ കടയുടെ ചിത്രമല്ല കൂടിയ എൻട്രോപ്പിയെ നിശ്ചയിക്കുന്നത്. കടയിൽ കളിപ്പാട്ടങ്ങൾ അടുക്കിവെക്കാൻ എത്ര രീതികളുണ്ടോ, അതിനെക്കാൾ എത്രയോ മടങ്ങ് കൂടുതലാണ് അത് അലങ്കോലമാക്കിയിടാനുള്ള രീതികൾ എന്നതാണ്. ഇപ്പറഞ്ഞ വാചകം സൂക്ഷിച്ച് വായിച്ച് മനസിലാക്കണം. We are speaking about the number of ways in which one particular state can be attained. കേരളത്തിന്റെ ഇപ്പോഴത്തെ മുഖ്യമന്ത്രിയാര് എന്ന ചോദ്യത്തിന് ശരിയായ ഉത്തരം പറയാൻ ഒരു മാർഗമേയുള്ളൂ. പിണറായി വിജയൻ എന്ന പേര് പറയുക. എന്നാൽ അത് തെറ്റായി പറയാനോ? അനന്തമായ എണ്ണമുണ്ട്. ജവഹർലാൽ നെഹ്രുവിന്റേയോ, ഈദി അമീന്റെയോ, എന്റേയോ, നിങ്ങളുടേയോ (മുഖ്യമന്ത്രി ഇത് വായിക്കില്ലാന്ന് കരുതുന്നു!) ആരുടെ പേര് വേണമോ അവിടെ പറയാം. അങ്ങനെയെങ്കിൽ തെറ്റായ ഉത്തരത്തിനാണ് എൻട്രോപ്പി കൂടുതൽ എന്ന് പറയാം. ചില പ്രത്യേക രീതിയിൽ പ്രത്യേക സ്ഥാനങ്ങളിൽ പ്രത്യേക കളിപ്പാട്ടങ്ങൾ വരിക എന്നത് കുറച്ചുരീതികളിൽ മാത്രമേ സാധിക്കൂ. എന്നാൽ യാതൊരു നിയമവും പാലിക്കാതെ എന്തിനും ഏത് സ്ഥാനത്തും വരാം എന്നാണെങ്കിൽ ഒരുപാട് രീതികളിൽ ആ അവസ്ഥ സാധിച്ചെടുക്കാം. അതുകൊണ്ട് ആ അവസ്ഥയ്ക്ക് എൻട്രോപ്പി കൂടുതലാണ്.

ഇപ്പറഞ്ഞത് കൂടുതൽ ക്ലിയറാകാനായി ഈ ചിന്താപരീക്ഷണത്തെ അല്പം കൂടി വലുതാക്കാം. ഇത്തവണ കളിപ്പാട്ടക്കട ഒന്നല്ല, നൂറെണ്ണമുണ്ട്. കൃത്യം ഒരുപോലെ അടുക്കപ്പെട്ടിരിക്കുന്ന നൂറ് കടകൾ (സങ്കല്പമായതുകൊണ്ട് വേറെ ചെലവൊന്നും ഇല്ലല്ലോ!) ഇതിൽ ഒരു കടയിലേക്ക് നമ്മുടെ രണ്ടുവയസ്സുകാരി കയറി, പത്ത് മിനിറ്റ് പൂണ്ടുവിളയാടുന്നു. ഇപ്പോ ആ കട മറ്റൊരു അവസ്ഥയിലായി. ആ അവസ്ഥ നമ്മൾ ഫോട്ടോയിൽ പകർത്തിവെക്കുന്നു. ഇനി ഇതേ രണ്ടുവയസ്സുകാരി മറ്റ് തൊണ്ണൂറ്റൊമ്പത് കടകളിലും പത്ത് മിനിറ്റ് വീതം ഇതുപോലെ ചെലവഴിക്കുന്നു എന്നിരിക്കട്ടെ (സങ്കല്പമായതുകൊണ്ട് നമ്മുടെ കുറുമ്പിക്ക് വിശപ്പോ ദാഹമോ ക്ഷീണമോ ഇല്ല). അവയുടേയും ഫോട്ടോ എടുക്കുന്നു. ഈ നൂറ് ഫോട്ടോകൾ തമ്മിൽ എത്രത്തോളം സാമ്യമുണ്ടാകും? നൂറ് ഫോട്ടോയിലും കട അലങ്കോലമായി കിടക്കുകയാണെന്ന് നമ്മൾ പറയും. പക്ഷേ അവയെല്ലാം 'ഒരേ അലങ്കോലം' ആയിരിക്കില്ല. അവ തമ്മിൽത്തമ്മിൽ വ്യത്യാസമുണ്ടാകും. ചുരുക്കത്തിൽ, ഒരുപാട് വ്യത്യസ്ത അവസ്ഥകളെ പൊതുവായാണ് നമ്മൾ അലങ്കോലം എന്ന വാക്കുകൊണ്ട് ഉദ്ദേശിക്കുന്നത്. അതുകൊണ്ടാണ് 'അലങ്കോല'ത്തിന് എൻട്രോപ്പി കൂടുതൽ എന്ന് പറയുന്നതും. ഇനി ഇതിലെ ആദ്യത്തെ ഫോട്ടോയിൽ കാണുന്ന അലങ്കോലാവസ്ഥ നമ്മുടെ കളിപ്പാട്ടക്കട ഉടമസ്ഥന് ഇഷ്ടപ്പെട്ടു എന്നിരിക്കട്ടെ (അതെന്താ കളിപ്പാട്ടക്കടക്കാർക്ക് വട്ട് പിടിച്ചൂടെ?!). അയാൾ മറ്റ് തൊണ്ണൂറ്റൊമ്പത് കടകളിലേയും ക്രമീകരണം ആദ്യത്തെ ഫോട്ടോ നോക്കി അതേപടി ചെയ്യുകയാണ്. അതിനെ നിങ്ങൾ 'അലങ്കോലമാക്കൽ' എന്ന് വിളിക്കുമോ 'ക്രമമാക്കിവെക്കൽ' എന്ന് വിളിക്കുമോ? രണ്ടായാലും ആ അവസ്ഥ എൻട്രോപ്പി വളരെ കുറഞ്ഞ അവസ്ഥയാണ്. അത് സ്വാഭാവികമായി നടക്കില്ല. അതിന് മറ്റ് രീതിയിൽ ഊർജം ചെലവാക്കേണ്ടിവരും. (ഫോട്ടോയിൽ കാണുന്നതുപോലെ അടുക്കാനുള്ള അധ്വാനം) ആ ഊർജകൈമാറ്റം കൂടി കണക്കിലെടുക്കുമ്പോൾ ആകെത്തുക എൻട്രോപ്പി കൂടുക എന്നതാണെന്ന് കാണാം.

മേൽ പാരഗ്രാഫിന്റെ അവസാനം പറഞ്ഞത് മനസിലായിട്ടില്ലാത്തവർ അത് വിട്ടേക്കൂ. അത് ഫിസിക്സ് വിദ്യാർത്ഥികൾക്ക് പ്രയോജനപ്പെട്ടാലോ എന്ന് കരുതി പറഞ്ഞെന്നേയുള്ളൂ. തത്കാലം സൌകര്യത്തിന്, എൻട്രോപ്പി കൂടിയ അവസ്ഥ എന്നാൽ കൂടുതൽ ക്രമരഹിതമായ അവസ്ഥ എന്ന് തന്നെ മനസിലാക്കിയാലും മതി. നമുക്കിനി നമ്മുടെ തേങ്ങാക്കഥയിലേക്ക് വരാം. താഴേക്ക് വീഴുന്ന തേങ്ങയിലെ എല്ലാ കണികകളും ഒരേ ദിശയിലാണ് സഞ്ചരിക്കുന്നത്. അതിനെല്ലാം ഒരേപോലുള്ള ഗതികോർജം (Kinetic Energy, KE) ആയിരിക്കുമല്ലോ. താഴെ വീഴുമ്പോൾ, തേങ്ങ പ്രയോഗിക്കുന്ന ബലം കാരണം വെള്ളത്തിലെ കണികകൾ തെറിക്കും. തേങ്ങയുടെ രൂപം, വെള്ളത്തിന്റെ കിടപ്പ് എന്നിങ്ങനെ പല ഘടകങ്ങൾ പരിഗണിക്കുമ്പോൾ പല ദിശകളിലായിരിക്കും വെള്ളത്തിൽ ബലം പ്രയോഗിക്കപ്പെടുന്നത്. അതുകൊണ്ട് ജലത്തുള്ളികൾ പല ദിശകളിൽ തെറിക്കുന്നു. അങ്ങനെ തേങ്ങയിൽ ഒരേ ദിശയിൽ സഞ്ചരിച്ചിരുന്ന ഗതികോർജം ജലകണികകളുടെ പല ദിശയിലുള്ള ഗതികോർജങ്ങളായി മാറുന്നു. തേങ്ങയിലേയും വെള്ളത്തിലേയും കമ്പനം വായു കണികളെ കമ്പനം ചെയ്യിക്കുക വഴി കുറച്ചു ഗതികോർജം ശബ്ദോർജമായും മാറ്റപ്പെടും. അതായത്, ആദ്യത്തെ സംഭവത്തിൽ ഊർജത്തിന്റെ ക്രമരാഹിത്യം കൂടുകയാണ്. എന്നാൽ രണ്ടാമത്തെ സംഭവം നടക്കണമെങ്കിലോ? ജലത്തുള്ളികളുടെ പല ദിശകളിൽ നിന്നുള്ള ചലനം, ഒരിടത്ത് വന്ന് പിന്നെ ഒരേ ദിശയിലേക്ക് ആകണം. ശബ്ദമായി പോകുന്ന വായുകമ്പനങ്ങളും പലയിടത്തേക്ക് പോകുന്നതിന് പകരം, ഒരിടത്തേയ്ക്ക് വന്ന് തേങ്ങയുടെ അടിയിൽ ചേരണം. അങ്ങനെ ഒരു ക്രമം (order) ഉണ്ടായിവരേണ്ടിവരും. അത് പ്രകൃതി അനുവദിക്കില്ല.

ഈ തേങ്ങാക്കഥ മാത്രമല്ല, വെള്ളം താഴേയ്ക്കൊഴുകുന്നതും, ചൂടുള്ള വസ്തുവിൽ നിന്ന് ചൂട് കുറഞ്ഞ വസ്തുവിലേക്ക് താപം ഒഴുകുന്നതും ഒക്കെ ഈ നിയമം അനുസരിച്ചാണ്. ഇതാണ് പ്രകൃതിയിൽ സ്വാഭാവികത നിശ്ചയിക്കുന്ന ഒരു മാനദണ്ഡം.

അവസാനമായി ഒരു കാര്യം കൂടി. ഫ്രിഡ്ജിനകത്ത് തണുത്ത അവസ്ഥയിൽ നിന്ന് താപം പുറത്ത് ചൂട് കൂടിയ അവസ്ഥയിലേക്കാണല്ലോ വരുന്നത്. അപ്പോ അവിടെ എൻട്രോപ്പി കുറയണ്ടേ? കുറയും. പക്ഷേ ഫ്രിഡ്ജിനകത്ത് മാത്രമേ ആ കുറവ് വരൂ. ഫ്രിഡ്ജ് ആ പണി ചെയ്യാനായി അകത്തേയ്ക്കെടുക്കുന്ന വൈദ്യുതോർജം, ഏതോ വലിയ അണക്കെട്ടിൽ നിന്നും ഒരുമിച്ച് ഒരേദിശയിൽ ക്രമമായി വീണുകൊണ്ടിരുന്ന ജലകണികകളുടെ ക്രമം ബലികൊടുത്ത് ഉണ്ടാക്കിയതാണ്. അതുംകൂടി പരിഗണിക്കുമ്പോൾ, ഡിസോഡർ കൂടിയിട്ടേ ഉള്ളൂ. പ്രകൃതിയിൽ നടക്കുന്ന എല്ലാ പ്രക്രിയകളും എൻട്രോപ്പി കൂട്ടിക്കൊണ്ടിരിക്കുകയാണ്.

2 comments:

  1. ഒരു ശാസ്ത്ര പ്രഭാഷകൻ എന്ന നിലക്ക് രണ്ട് കാര്യങ്ങളിൽ വാശിയുള്ള ആളാണെന്ന് മുമ്പ് പറഞ്ഞത് കേട്ടിട്ടുണ്ട്. എല്ലാറ്റിലും പോലെ ഈ പോസ്റ്റിലും അത് കാണാം. എൻട്രോപ്പി ഇത്ര ലളിതമായി വിശദീകരിച്ചു കാണുന്നത് ആദ്യം. വളരെ നന്നായിരിക്കുന്നു. നന്ദി.

    ReplyDelete
  2. Thermal energy to electrical energy entropy increase engane sambavikkum??(pottatharam anel just ignore )

    ReplyDelete