നാമെല്ലാവരെയും ഗുരുത്വാകര്‍ഷണത്തിലൂടെ ഭൂമി അതിന്റെ കേന്ദ്രബിന്ദുവിലേക്ക് ആകര്‍ഷിക്കുന്നു. എങ്കിലും നമ്മളാരും ഭൂമിയുടെ ഉള്ളിലേക്ക് താഴ്ന്നുപോകാതിരിക്കുന്നത് എന്തുകൊണ്ടാണ്? അതിനു കാരണം നമ്മുടെ പാദങ്ങളുടെ ഏറ്റവും അടിയിലുള്ള തലത്തിലെ അണുക്കളിലുള്ള ഇലക്‌ട്രോണുകളും ഭൂമിയുടെ ഉപരിതലത്തിലെ അണുക്കളിലുള്ള ഇലക്‌ട്രോണുകളും തമ്മിലുള്ള വൈദ്യൂത - കാന്തിക (electro magnetic) ബലമാണ്. ഗുരുത്വാകര്‍ഷണവും വൈദ്യുത കാന്തികബലവും പ്രപഞ്ചത്തിലെ മൗലികങ്ങളായ നാലു ബലങ്ങളില്‍ (four fundamental forces of nature) രണ്ടെണ്ണം മാത്രം. മനുഷ്യര്‍ ഏറ്റവും അടുത്തറിയുന്നതും ഈ രണ്ടു ബലങ്ങളെയാണ്.
ആധുനിക ഭൗതികശാസ്ത്ര സിദ്ധാന്തങ്ങളനുസരിച്ച് ഈ പ്രപഞ്ചം ഉണ്ടാക്കപ്പെട്ടിരിക്കുന്നത് രണ്ടുതരത്തിലുള്ള കണങ്ങളാലാണ്. ദ്രവ്യസ്വഭാവമുള്ളവയെന്നും ഊര്‍ജസ്വഭാവമുള്ളവയെന്നും ഇവയെ വിളിക്കാം. എന്നാല്‍ ക്വാണ്ടം സിദ്ധാന്തമനുസരിച്ച് മൗലികകണങ്ങള്‍ക്കെല്ലാംതന്നെ രണ്ടു സ്വഭാവങ്ങളുണ്ട് - കണികകളുടെയും തരംഗങ്ങളുടെയും. അതുകൊണ്ടുതന്നെ, ദ്രവ്യമെന്നും ഊര്‍ജമെന്നുമുള്ള വ്യത്യാസത്തിന് ഏറെ പ്രാധാന്യം നല്‍കേണ്ടതില്ല. ഇലക്‌ട്രോണുകള്‍, മ്യൂഓണുകള്‍, ന്യൂട്രിനോകള്‍, ക്വാര്‍ക്കുകള്‍ മുതലായ ദ്രവ്യകണങ്ങള്‍ തമ്മിലിടപഴകുന്നത് ഊര്‍ജകണങ്ങളിലൂടെയാണ്. ഇതാണ് കാണികാഭൗതികത്തിലെ സ്റ്റാന്‍ഡേര്‍ഡ് മോഡലിന്റെ (standard model) സംക്ഷിപ്ത രൂപം. ഈ വിനിമയങ്ങള്‍ക്ക് (ശിലേൃമരശേീി)െ നാല് വ്യത്യസ്ത സ്വഭാവങ്ങളുണ്ട്. ഈ നാലുസ്വഭാവങ്ങളെ പ്രകൃതിയിലുള്ള മൗലികങ്ങളായ നാലു ബലങ്ങളായി നാം കണക്കാക്കുന്നു.

വൈദ്യുത - കാന്തികബലം
സ്റ്റാന്‍ഡേര്‍ഡ് മോഡലില്‍ ഊര്‍ജസ്വഭാവമുള്ളതോ ദ്രവ്യസ്വഭാവമുള്ളതോ ആയ ഓരോ കണികയ്ക്കും അനുബന്ധമായി ഓരോ മണ്ഡലം (field) വിഭാവനം ചെയ്തിരിക്കുന്നു. യഥാര്‍ത്ഥത്തില്‍, കണികകളെക്കാള്‍ പ്രാധാന്യം മണ്ഡലങ്ങള്‍ക്കാണ് നല്‍കേണ്ടത്. പ്രപഞ്ചത്തില്‍ ഒരേയൊരു ഇലക്‌ട്രോണ്‍ മണ്ഡലം മാത്രമാണുള്ളത്. അത് പ്രപഞ്ചത്തിലെമ്പാടും വ്യാപിച്ചുകിടക്കുന്നു. ആ മണ്ഡലത്തില്‍ പ്രാദേശികമായി കാണപ്പെടുന്ന ചാഞ്ചാട്ടങ്ങളെ (local excitations) നാം കണികാസ്വഭാവമുള്ള ഇലക്‌ട്രോണുകളായി തിരിച്ചറിയുന്നു. തരംഗങ്ങളായും കണങ്ങളായും ഒരേ സമയം കാണപ്പെടുകയും ഊര്‍ജത്തില്‍ നിന്ന് ഉടലെടുക്കുകയും ഊര്‍ജമായി മാറുകയും ചെയ്തുകൊണ്ടിരിക്കുന്ന ഇലക്‌ട്രോണുകളുടെയും പോസിട്രോണുകളുടെയും ഒരു മാസ്മരികലോകം ഈ ഇലക്‌ട്രോണ്‍ മണ്ഡലം വിവരിക്കുന്നു. വൈദ്യുത-കാന്തിക മണ്ഡലം ഇതേ രീതിയിലുള്ള മറ്റൊന്നാകുന്നു. ഈ മണ്ഡലത്തിലെ കണങ്ങളെ നാം ഫോട്ടോണുകള്‍ എന്നുവിളിക്കുന്നു.
ഈ ലേഖനത്തില്‍ പ്രസക്തമായത് മണ്ഡലങ്ങളുടെ സങ്കീര്‍ണ സ്വഭാവങ്ങളുടെ വിശദാംശങ്ങളല്ല, മറിച്ച് അവ തമ്മില്‍ എങ്ങനെ ഇടപഴകുന്നു എന്നതാണ്. പ്രപഞ്ചത്തിലെ ഓരോ ബിന്ദുവിലും ഇലക്‌ട്രോണ്‍ മണ്ഡലവും വൈദ്യുത-കാന്തിക മണ്ഡലവും തൊട്ടുരുമ്മി ഇടപഴകുന്നു എന്ന ബൃഹത്തായ സങ്കല്പമാണ് സ്റ്റാന്‍ഡേര്‍ഡ് മോഡലില്‍ ഉള്ളത്. ഇലക്‌ട്രോണ്‍ മണ്ഡലത്തിലെ ഓരോ ചലനവും ഓരോ ഇലക്‌ട്രോണിന്റെ ചലനവും വൈദ്യുത-കാന്തിക മണ്ഡലത്തില്‍ മാറ്റങ്ങളും ചലനങ്ങളും സൃഷ്ടിക്കുന്നു. ഈ മാറ്റങ്ങളും ചലനങ്ങളും വളരെ വേഗത്തില്‍ (പ്രകാശത്തിന്റെ വേഗത്തില്‍) വൈദ്യുത-കാന്തിക മണ്ഡലത്തിലൂടെ പടരുന്നു. ഓരോ ബിന്ദുവിലും ഇലക്‌ട്രോണ്‍ മണ്ഡലവും വൈദ്യുത-കാന്തിക മണ്ഡലവും തൊട്ടുരുമ്മി ഇടപഴകുന്നതിനാല്‍, പടരുന്ന ചലനങ്ങള്‍ ഇലക്‌ട്രോണ്‍ മണ്ഡലത്തിലും അതുവഴി മറ്റു ഇലക്‌ട്രോണുകളിലും മാറ്റങ്ങളും ചലനങ്ങളും ഉണ്ടാക്കുന്നു. ഈ മാറ്റങ്ങളെ നാം ഇലക്‌ട്രോണുകള്‍ തമ്മിലുള്ള വൈദ്യുത-കാന്തിക ബലമായി അറിയുന്നു. വൈദ്യുത ചാര്‍ജ് (electric charge) ഉള്ള മൗലികകണങ്ങളെല്ലാംതന്നെ വൈദ്യുത-കാന്തിക മണ്ഡലവുമായി ഇടപഴകുന്നു, അതുവഴി തമ്മില്‍ത്തമ്മില്‍ ഇടപഴകുകയും ചെയ്യുന്നു. അതിനാല്‍ വൈദ്യുത-കാന്തിക ബലം വൈദ്യുതചാര്‍ജുകള്‍ തമ്മിലുള്ള ബലമായി നാം മനസ്സിലാക്കുന്നു.
വൈദ്യുത-കാന്തിക മണ്ഡലത്തിന്റെ കണങ്ങളായ ഫോട്ടോണുകള്‍ക്ക് ദ്രവ്യമാനം (mass) ഇല്ലാത്തതിനാല്‍ അവയ്ക്ക് പ്രപഞ്ചത്തിലൂടെ എത്രദൂരം വേണമെങ്കിലും സഞ്ചരിക്കാം. അതിനാല്‍ വൈദ്യുത-കാന്തിക ബലത്തിന്റെ വിഹാരപരിധി നിസ്സീമമാണ്. വളരെ ചെറിയതും ദ്രവ്യസ്വഭാവമുള്ളതുമായ ക്വാണ്ടം കണികകളും വൈദ്യുത-കാന്തിക മണ്ഡലവും, പ്രത്യേകിച്ച് ഇലക്‌ട്രോണുകളും വൈദ്യുത-കാന്തിക മണ്ഡലവും, തമ്മിലുള്ള ഇടപഴകലുകളെ വിവരിക്കുന്ന സിദ്ധാന്തമാണ് ക്വാണ്ടം ഇലക്‌ട്രോഡൈനമിക്‌സ് (quantum electrodynamics). മനുഷ്യര്‍ക്ക് നേരിട്ട് കാണാവുന്നതും മനുഷ്യന്റെ വലുപ്പവുമായി താരതമ്യം ചെയ്യുമ്പോള്‍ തീരെ ചെറുതെന്ന് വിളിക്കാന്‍ കഴിയാത്തതുമായ ചാര്‍ജുകള്‍ തമ്മിലുള്ള വൈദ്യുത-കാന്തിക ബലത്തെ വിശദീകരിക്കാന്‍ ക്ലാസിക്കല്‍ ഇലക്‌ട്രോ ഡൈനമിക്‌സ് തന്നെ വേണം. വൈദ്യുത-കാന്തിക ബലത്തെ ആവശ്യാനുസരണം ക്രമീകരിക്കാനുള്ള കഴിവില്‍നിന്നും വളര്‍ന്നുവന്ന ഇലക്‌ട്രോണിക്‌സ് തുടങ്ങിയ സങ്കേതികവിദ്യകളെല്ലാം തന്നെ ക്ലാസിക്കല്‍ ഇലക്‌ട്രോ ഡൈനമിക്‌സ് ഉപയോഗിച്ച് മനസ്സിലാക്കുവാനും അവയെ മെച്ചപ്പെടുത്തുവാനും കഴിയും. ക്വാണ്ടം തലത്തില്‍ വൈദ്യുത-കാന്തിക ബലത്തെ ആധാരമാക്കിയുള്ള എത്രയോ സാങ്കേതികവിദ്യകള്‍ ഇനിയും കണ്ടുപിടിക്കപ്പെടാനിരിക്കുന്നു!

ദുര്‍ബല-പ്രബല ന്യൂക്ലിയര്‍ ബലങ്ങള്‍


ക്വാണ്ടം കണങ്ങളെ അവയുടെ സ്പിന്‍ (spin) എന്ന സ്വഭാവത്തിന്റെ മൂല്യം പൂര്‍ണസംഖ്യയാണോ അര്‍ധ പൂര്‍ണസംഖ്യയാണോ (integer or half-integer) എന്നതിനെ ആസ്പദമാക്കി ബോസോണുകള്‍, ഫെര്‍മിയോണുകള്‍ എന്നിങ്ങനെ രണ്ടായി തിരിക്കാം. സ്റ്റാന്‍ഡേര്‍ഡ് മോഡലിലെ ദ്രവ്യസ്വഭാവമുള്ള എല്ലാ കണങ്ങളും അര്‍ധ പൂര്‍ണസംഖ്യാ സ്പിന്‍ ഉള്ള ഫെര്‍മിയോണുകളാണ്. ദുര്‍ബല ന്യൂക്ലിയര്‍ ബലം (weak nuclear force or weak interaction) ചില ഫെര്‍മിയോണുകളായ മൗലികകണങ്ങള്‍ തമ്മിലുള്ള ബലമാണ്. ഒരു ന്യൂട്രോണ്‍ പ്രോട്ടോണായി മാറുകയും അതോടൊപ്പം ഒരു ഇലക്‌ട്രോണും ഒരു ആന്റി ന്യൂട്രിനോയും പുറത്തേക്ക് വരികയും ചെയ്യുന്ന ന്യൂക്ലിയര്‍ ബീറ്റാ ശോഷണം, അല്ലങ്കില്‍ റോഡിയോ ആക്ടീവ് ശോഷണം, സാധ്യമാകുന്നത് ദുര്‍ബല ന്യൂക്ലിയര്‍ ബലത്തിലൂടെയാണ്.
ആറ്റത്തിന്റെ ന്യൂക്ലിയസിനുള്ളില്‍ മാത്രം കാണുന്ന മൗലികകണങ്ങളായ പലതരം ക്വാര്‍ക്കുകള്‍ തമ്മിലുള്ള വിനിമയങ്ങള്‍ക്ക് മാധ്യസ്ഥം വഹിക്കുന്നത് പ്രബല ന്യൂക്ലിയര്‍ ബലമാണ് (strong nuclear force). ഉദാഹരണത്തിന്, ഓരോ പ്രോട്ടോണിലും മൂന്ന് ക്വാര്‍ക്കുകളുണ്ട്. അവയ്ക്ക്, വൈദ്യുതചാര്‍ജ് പോലെ കളര്‍ ചാര്‍ജ് (രീഹീൗൃ രവമൃഴല) എന്ന സ്വഭാവവിശേഷം കൂടിയുണ്ട്. കളര്‍ ചാര്‍ജുള്ള കണികകളെല്ലാം പ്രബലമായ ന്യൂക്ലിയര്‍ ബലത്തിന്റെ വാഹകരായ ഗ്ലൂഓണ്‍ (gluon) മണ്ഡലവുമായി ഇടപഴകുന്നു. പ്രപഞ്ചത്തില്‍ ഒരിടത്തും ഒരു ക്വാര്‍ക്കിനെ ഒറ്റയ്ക്ക് നിലകൊള്ളാന്‍ അനുവദിക്കാതെ അവയെ രണ്ടും മൂന്നുമായി ചേര്‍ത്തുവച്ചു ന്യൂട്രോണുകളും പ്രോട്ടോണുകളും മറ്റും സൃഷ്ടിക്കുന്നത് പ്രബല ന്യൂക്ലിയര്‍ ബലമാണ്. ഒരേ വൈദ്യുതചാര്‍ജുള്ള ഒന്നിലധികം ക്വാര്‍ക്കുകളെ അവ തമ്മിലുള്ള വൈദ്യുത - കാന്തിക വികര്‍ഷണം മറികടന്ന് ഒന്നിച്ച് നിര്‍ത്തുന്നത് ഈ ബലമാണ്. പ്രബല ന്യൂക്ലിയര്‍ ബലത്തിന് പരിമിതമായ ദൂരത്തിനുള്ളിലേ പ്രഭാവമുള്ളൂ. പ്രബല ന്യൂക്ലിയര്‍ ബലത്തെക്കുറിച്ചും ദുര്‍ബല ന്യൂക്ലിയര്‍ ബലത്തെക്കുറിച്ചും ഇനിയും പലതും കണ്ടുപിടിക്കാന്‍ ബാക്കി നില്ക്കുന്നു.

ന്യൂക്ലിയര്‍ ബലം
പ്രകൃതിയിലെ ബലങ്ങളില്‍ ഏറ്റവും ശക്തിയേറിയത് പ്രബല ന്യൂക്ലിയര്‍ ബലമാണ്. ഇതിന്റെ ശക്തിക്ക് ഉചിതമായ യൂണിറ്റുകളില്‍ ഒന്നെന്ന മൂല്യം നല്‍കുകയാണെങ്കില്‍, രണ്ടാം സ്ഥാനത്ത് നില്ക്കുന്ന വൈദ്യുത-കാന്തിക ബലത്തിന്റെ മൂല്യം 1/137 ആകും. ദുര്‍ബല ന്യൂക്ലിയര്‍ ബലത്തിന്റെ ശക്തി 1/105 ഉം, ഏറ്റവും ശക്തി കുറഞ്ഞ ഗുരുത്വാകര്‍ഷണത്തിന്റെ ബലം കേവലം 6/1039 ഉം മാത്രമാണ്.
സൂര്യനെയും ഭൂമിയെയും പോലെ ഗുരുത്വാകര്‍ഷണത്താല്‍ ഇടപഴകുന്ന നാമറിയുന്ന വസ്തുക്കളെല്ലാംതന്നെ ക്വാണ്ടം കണികകളെക്കാള്‍ വളരെ വളരെ വലുതായതുകൊണ്ട് മാത്രമാണ് നമ്മുടെ ദൈനംദിന ജീവിതത്തില്‍ ഗുരുത്വാകര്‍ഷണം ഒരു പ്രധാന പ്രതിഭാസമായി കാണപ്പെടുന്നത്. ആദ്യം വിവരിച്ചതുപോലെ ഭൂമിയോളം വലുതായ ഒരു വസ്തുവിന്റെ ഗുരുത്വാകര്‍ഷണത്തെ ചെറുത്തു തോല്പിക്കാന്‍, നമ്മുടെ പാദങ്ങളുടെ ഏറ്റവും അടിയിലുള്ള തലത്തിലെ അണുക്കളിലുള്ള ഇലക്‌ട്രോണുകളും ഭൂമിയുടെ ഉപരിതലത്തിലെ അണുക്കളിലുള്ള ഇലക്‌ട്രോണുകളും തമ്മിലുള്ള വൈദ്യുത-കാന്തിക ബലത്തിന് ആകുന്നുവെന്നത് തന്നെ, ഗുരുത്വാകര്‍ഷണത്തിന്റെ ബലഹീനതയ്ക്ക് സാക്ഷ്യമാണ്.
ഗുരുത്വാകര്‍ഷണം ഏറെ പരിചിതമെങ്കിലും അതിനെ പൂര്‍ണമായി വിവരിക്കുന്ന ക്വാണ്ടം സിദ്ധാന്തം (quantum theory of gravity) ഇതുവരെ കണ്ടുപിടിക്കാന്‍ കഴിഞ്ഞിട്ടില്ല. മാക്‌സ്‌വെല്ലിന്റെ ക്ലാസിക്കല്‍ ഇലക്‌ട്രോ ഡൈനമിക്‌സ്, വൈദ്യൂത - കാന്തിക ബലത്തിനെന്ന പോലെ, ആല്‍ബര്‍ട്ട് ഐന്‍സ്റ്റീന്‍ കണ്ടുപിടിച്ച സാമാന്യ ആപേക്ഷികതാസിദ്ധാന്തമാണ് (general theory of relativity) ഗുരുത്വാകര്‍ഷണത്തെക്കുറിച്ചുള്ള നമുക്കറിയാവുന്ന ഏറ്റവും വിശദമായ സിദ്ധാന്തം. ഗുരുത്വാകര്‍ഷണ മണ്ഡലത്തെക്കുറിച്ചുള്ള ക്വാണ്ടം സിദ്ധാന്തമുണ്ടായിരുന്നെങ്കില്‍, ആ മണ്ഡലത്തിന്റെ കണങ്ങളെ 'ഗ്രാവിറ്റോണു'കള്‍ (graviton) എന്നു വിളിക്കും. ഭാരമില്ലാത്ത ഈ കണങ്ങള്‍ക്ക് ഫോട്ടോണുകളെപോലെ പ്രപഞ്ചത്തിലുടനീളം സഞ്ചരിക്കാം.
പ്രകൃതിയിലെ ബലങ്ങളുടെ ഊര്‍ജതന്ത്രം ഇപ്പോഴും വികസിച്ചുകൊണ്ടിരിക്കുന്ന ഒരു മേഖലയാണ്. എല്ലാ ബലങ്ങളെയും ഏകീകരിച്ച് ഒരു ബൃഹത്തായ ഏകീകൃത സിദ്ധാന്തമുണ്ടാക്കുക എന്നത് ഐന്‍സ്റ്റീന്‍ കണ്ട സ്വപ്‌നങ്ങളിലൊന്നാണ്. ആ സ്വപ്‌നം സക്ഷാത്കരിക്കുവാന്‍ ഇനിയും ഏറെക്കാര്യങ്ങള്‍ കണ്ടെത്തേണ്ടതുണ്ട്.

'ചില ചെറിയ കണികകളെ ഇടിച്ചുതകര്‍ക്കാന്‍ വേണ്ടി മാത്രം, സേണ്‍ ((CERN) ലക്ഷക്കണക്കിന് ടണ്‍ മണ്ണ് മാന്തിയെടുത്തു എന്നാണോ നിങ്ങള്‍ പറയുന്നത്?' കോഹ്‌ളര്‍ ചുമല്‍ കുലുക്കി. 'ചിലപ്പോള്‍ സത്യം കണ്ടെത്താന്‍ മലകളെ പോലും നീക്കേണ്ടിവരും.'
- ഡാന്‍ ബ്രൗണിന്റെ ഏഞ്ചല്‍സും ഡമണ്‍സും എന്ന പുസ്തകത്തില്‍ നിന്ന്.

* അസോ. പ്രൊഫസര്‍, സ്‌കൂള്‍ ഓഫ് ഫിസിക്‌സ്, ഐസര്‍ (IISER), തിരുവനന്തപുരം