ഗുരുത്വതരംഗങ്ങള്‍ക്ക് ഭൗതികശാസ്ത്ര നോബല്‍ by ഡോ. സംഗീത ചേനംപുല്ലി

ഇരുപതാം നൂറ്റാണ്ടില്‍ ശാസ്ത്രരംഗത്തുണ്ടായ ശ്രദ്ധേയമായ സിദ്ധാന്തമായിരുന്നു ആല്‍ബര്‍ട്ട് ഐന്‍സ്റ്റീന്റെ സാമാന്യ ആപേക്ഷിക സിദ്ധാന്തം. ഫിസിക്‌സിലെ ഏറ്റവും മനോഹരവും ഭാവനാത്മകവുമായ  സിദ്ധാന്തം എന്ന് വിശേഷിപ്പിക്കാറുള്ള ആപേക്ഷിക സിദ്ധാന്തത്തിന്റെ മറ്റ് പരികല്‍പ്പനകളെല്ലാം തെളിയിക്കപ്പെട്ടപ്പോഴും ഗുരുത്വാകര്‍ഷണ തരംഗങ്ങള്‍ എന്ന ആശയം തെളിയിക്കപ്പെടാതെ അവശേഷിച്ചു. 

നൂറുവര്ഷങ്ങള്‍ക്ക് ശേഷം 2015 സെപ്റ്റംബര്‍ പതിന്നാലിന് ഗുരുത്വതരംഗങ്ങളുടെ സാന്നിധ്യം ആദ്യമായി രേഖപ്പെടുത്തി.   സമീപകാലത്ത് ഭൗതികശാസ്ത്ര രംഗത്തുണ്ടായ ഏറ്റവും സുപ്രധാന നേട്ടമായിരുന്നു à´ˆ കണ്ടെത്തല്‍. ലേസര്‍ ഇന്റര്‍ഫെറോമീറ്റര്‍ ഗ്രാവിറ്റേഷണല്‍ വേവ് ഒബ്‌സര്‍വേറ്ററി (Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory (LIGO)  à´Žà´¨àµà´¨ ഭീമന്‍ പരീക്ഷണ സമുച്ചയം ഉപയോഗിച്ച് വിവിധ രാജ്യങ്ങളില്‍ നിന്നുള്ള ശാസ്ത്രജ്ഞരുടെ സഹകരണത്തോടെ നടന്ന പരീക്ഷണങ്ങളാണ് ഗുരുത്വതരംഗങ്ങളുടെ കണ്ടെത്തലിലേക്ക് നയിച്ചത്. ലൈഗോയുടെ നിര്‍മ്മാണത്തിലും ഗുരുത്വതരംഗ ഗവേഷണത്തിലും നിര്‍ണ്ണായക സംഭാവനകള്‍ നല്‍കിയ റൈനര്‍ വീസ്, കിപ് തോണ്‍, ബാരി ബാരിഷ് എന്നീ അമേരിക്കന്‍ ശാസ്ത്രജ്ഞരാണ് 2017 ലെ ഭൗതികശാസ്ത്ര നോബല്‍ പുരസ്‌കാരം പങ്കിട്ടത്. നാല്‍പ്പത് വര്‍ഷം നീണ്ട ഗുരുത്വതരംഗ ഗവേഷണത്തിന് നേതൃത്വംനല്‍കിയവരാണ് നോബല്‍ ലഭിച്ച മൂന്ന് ശാസ്ത്രജ്ഞരും,

ആപേക്ഷിക സിദ്ധാന്തവും ഗുരുത്വതരംഗങ്ങളും 

ഇരുപതാംനൂറ്റാണ്ടിന്റെ തുടക്കത്തില്‍ ഐന്‍സ്റ്റീന്‍ സാമാന്യ ആപേക്ഷിക സിദ്ധാന്തം രൂപീകരിക്കുന്നത് വരെ ആകാശഗോളങ്ങളുടെ ചലനത്തെ വിശദീകരിക്കാന്‍ ഉപയോഗിച്ചിരുന്നത് ന്യൂട്ടന്റെ ഗുരുത്വാകര്‍ഷണ നിയമമായിരുന്നു. വസ്തുക്കള്‍ക്കിടയില്‍ നിലനില്‍ക്കുന്ന ആകര്‍ഷണബലമായാണ് ന്യൂട്ടണ്‍ ഗുരുത്വാകര്‍ഷണത്തെ വിഭാവനം ചെയ്തത്. എന്നാല്‍ സ്ഥലകാലങ്ങളുടെ നൈരന്തര്യത്തിലുണ്ടാകുന്ന വക്രതയാണ് ഗുരുത്വാകര്‍ഷണത്തിന് കാരണമാകുന്നത് എന്ന ആശയമാണ് സാമാന്യ ആപേക്ഷിക സിദ്ധാന്തത്തിലൂടെ ഐന്‍സ്റ്റീന്‍ മുന്നോട്ട് വെച്ചത്. വലിച്ചുകെട്ടിയ ഒരു ഇലാസ്തികമായ തുണിപ്പന്തലില്‍ ഒരു പന്തോ, കല്ലോ ഉണ്ടാക്കുന്ന കുഴിവ് പോലെ ആകാശഗോളങ്ങളുടെ ഭാരം കാരണം സ്ഥലകാലങ്ങളില്‍ വക്രതയുണ്ടാകുന്നു എന്നും  à´ˆ വക്രതയാണ് അവയുടെ ചലനത്തെ നിയന്ത്രിക്കുന്നത് എന്നും ഐന്‍സ്റ്റീന്‍ അഭിപ്രായപ്പെട്ടു. à´ˆ വക്രത കാരണം ചുറ്റുമുള്ള ചെറുഗോളങ്ങള്‍ à´ˆ കുഴിവിലേക്ക് വീണുപോകുന്നു. à´ˆ സഞ്ചാരമാണ് ആകാശഗോളങ്ങള്‍ തമ്മിലുള്ള ഗുരുത്വാകര്‍ഷണമായി അനുഭവപ്പെടുന്നത്. ഐന്‍സ്റ്റീന്റെ സിദ്ധാന്ത പ്രകാരം സ്ഥലകാലങ്ങള്‍ അതിസങ്കീര്‍ണ്ണമായി വക്രീകരിക്കപ്പെട്ട മേഖലകളാണ് തമോഗര്‍ത്തങ്ങള്‍. ഇവയില്‍ നിന്ന് പ്രകാശത്തിന് പോലും രക്ഷപ്പെടാന്‍ സാധ്യമല്ല. ഉയര്‍ന്ന ഭാരമുള്ള ആകാശഗോളങ്ങളിലുണ്ടാകുന്ന  വിവിധ പ്രതിഭാസങ്ങള്‍ (തമോഗര്‍ത്തങ്ങളുടെ കൂട്ടിയിടി, പരസ്പരം ഭ്രമണം ചെയ്യുന്ന നക്ഷത്രങ്ങളുടെ ആകര്‍ഷണം, സൂപ്പര്‍നോവ സ്‌ഫോടനം തുടങ്ങിയവ ഉദാഹരണം) ഗുരുത്വതരംഗങ്ങളുടെ രൂപീകരണത്തിന് കാരണമാകുന്നു. വെള്ളത്തിലെ ഓളങ്ങള്‍ പോലെ ഇവ സ്ഥലകാലങ്ങളിലൂടെ പ്രകാശവേഗത്തില്‍ സഞ്ചരിക്കുകയും പ്രപഞ്ചമൊട്ടാകെ വ്യാപിക്കുകയും ചെയ്യുന്നു. കടന്നുപോകുന്ന വഴിയിലെ വസ്തുക്കളുടെ നീളത്തില്‍ ഇവ വളരെ ചെറിയ വ്യത്യാസം ഉണ്ടാക്കുന്നു. à´ˆ വ്യത്യാസം അളന്ന് ഗുരുത്വതരംഗങ്ങളുടെ സാന്നിധ്യവും, ഉറവിടവും കണ്ടെത്തുകയാണ് ലൈഗോയുടെ ലക്ഷ്യം. 

എന്താണ് ലൈഗോ?

ലൈഗോ അഥവാ ലേസര്‍ ഇന്റര്‍ഫെറോമീറ്റര്‍ ഗ്രാവിറ്റേഷണല്‍ വേവ് ഒബ്‌സര്‍വേറ്ററി രണ്ട് ഭീമന്‍ പരീക്ഷണഉപകരണങ്ങള്‍ ചേര്‍ന്ന സമുച്ചയമാണ്. അമേരിക്കയില്‍ 3002 കിലോമീറ്റര്‍ അകലത്തിലായാണ് ഈ രണ്ട് ഒബ്‌സര്‍വേറ്ററികള്‍ സ്ഥിതിചെയ്യുന്നത്

. 4 കിലോമീറ്റര്‍ നീളമുള്ള, പരസ്പരം ലംബമായ രണ്ട് ശാഖകളാണ് പ്രധാനലൈഗോയ്ക്കുള്ളത്. രണ്ട് ശാഖകളുടെ മധ്യത്തിലുള്ള ലേസര്‍ സ്രോതസ്സില്‍ നിന്ന് പുറപ്പെടുന്ന പ്രകാശരശ്മികള്‍ ശാഖകളുടെ അറ്റത്തുള്ള കണ്ണാടികളില്‍ തട്ടി പ്രതിഫലിക്കുകയും, മധ്യത്തില്‍ വെച്ച് വീണ്ടും കൂടിച്ചേരുകയും ചെയ്യുന്നു. ഗുരുത്വതരംഗങ്ങള്‍ കടന്നുപോകുമ്പോള്‍ സ്ഥലകാലങ്ങളിലുണ്ടാകുന്ന വ്യതിയാനം, രണ്ട് ശാഖകളുടെയും നീളത്തിലും, പ്രതിഫലിക്കുന്ന പ്രകാശരശ്മികളിലും വളരെ ചെറിയ വ്യത്യാസങ്ങള്‍ ഉണ്ടാക്കുന്നു. ഒരു ആറ്റത്തിന്റെ ന്യൂക്ലിയസിന്റെ  വലിപ്പത്തിന്റെ ആയിരത്തില്‍ ഒരംശത്തേക്കാള്‍ ചെറുതാണ് à´ˆ വ്യത്യാസം എങ്കിലും, ലൈഗോയിലെ അതിസൂക്ഷ്മ ഉപകരണങ്ങള്‍ ഇത് ഒരു സിഗ്‌നലായി രേഖപ്പെടുത്തുന്നു. 

താപം, മര്‍ദ്ദം, അന്തരീക്ഷ വ്യതിയാനങ്ങള്‍ എന്നിവ സിഗ്‌നലിനെ സ്വാധീനിക്കാതിരിക്കാന്‍, ലൈഗോയുടെ ശാഖകള്‍ക്കുള്ളില്‍ ശൂന്യതയും വളരെ താഴ്ന്ന താപനിലയും(273 ഡിഗ്രി സെല്‍ഷ്യസ്)  നിലനിര്‍ത്തിയിട്ടുണ്ട്.  അഞ്ച് യൂറോപ്യന്‍ രാജ്യങ്ങള്‍ ചേര്‍ന്ന് സ്ഥാപിച്ച ഢകഞഏഛ എന്ന ഒബ്‌സര്‍വര്‍വേറ്ററിയും ഗുരുത്വതരംഗങ്ങളുടെ കണ്ടെത്തലില്‍ പങ്കുവഹിച്ചിരുന്നു. രണ്ട് ലൈഗോകളിലും, വിര്‍ഗോയിലും  ഉണ്ടാകുന്ന മാറ്റങ്ങള്‍ പഠിച്ച് സിഗ്‌നല്‍ രൂപപ്പെട്ട സ്ഥലം സംബന്ധിച്ച് കൂടുതല്‍ കൃത്യമായ ധാരണയിലെത്താന്‍ കഴിയും. ഭൗതികശാസ്ത്രത്തിലെ ഏറ്റവും ബൃഹത്തും ചിലവേറിയതുമായ പരീക്ഷണങ്ങളിലൊന്നാണ് ലൈഗോ. ലോകമെമ്പാടുമുള്ള ആയിരത്തോളം ശാസ്ത്രജ്ഞര്‍ ലൈഗോ സയന്റിഫിക് കോര്‍പ്പറേഷന്റെ ഭാഗമായി പരീക്ഷണ നിരീക്ഷണങ്ങളില്‍ ഏര്‍പ്പെടുന്നു. മലയാളികളടക്കം ഒട്ടേറെ ഇന്ത്യക്കാരും ലൈഗോയുടെ ഭാഗമായി ഗവേഷണങ്ങളില്‍ പങ്കെടുക്കുന്നു. 

ഗുരുത്വതരംഗങ്ങളുടെ കണ്ടെത്തല്‍ 

അനേകവര്‍ഷങ്ങളുടെ കാത്തിരിപ്പിന് ശേഷം 2015 സെപ്റ്റംബര്‍ പതിന്നാലിനാണ് ഗുരുത്വതരംഗങ്ങളെ ആദ്യമായി കണ്ടെത്തുന്നത്. സൂര്യന്റെ മുപ്പത് മടങ്ങിലേറെ ഭാരമുള്ള രണ്ട് തമോഗര്‍ത്തങ്ങളുടെ കൂടിച്ചേരല്‍ വഴി രൂപപ്പെട്ടതാണ് ഈ തരംഗങ്ങള്‍ എന്നും കണ്ടെത്തി. 1.3 ബില്യണ്‍ വര്‍ഷങ്ങള്‍ സഞ്ചരിച്ചാണ് ഈ തരംഗങ്ങള്‍ ലൈഗോയിലെ ഡിറ്റക്റ്ററുകളിലെത്തിയത്. തുടര്‍ന്ന് 2017 ആഗസ്റ്റില്‍ അടക്കം മൂന്ന് തവണകൂടി ഗുരുത്വതരംഗങ്ങളുടെ സാന്നിധ്യം രേഖപ്പെടുത്തുകയുണ്ടായി. ഐന്‍സ്റ്റീന്റെ സാമാന്യആപേക്ഷിക സിദ്ധാന്തം നൂറ് വര്‍ഷങ്ങള്‍ക്ക് ശേഷം വീണ്ടും തെളിയിക്കപ്പെട്ടു എന്നത് മാത്രമല്ല ഈ കണ്ടെത്തലിന്റെ പ്രസക്തി.

പ്രകാശത്തിന് പോലും കടന്നുപോകാനാവാത്ത അതിസാന്ദ്രവസ്തുക്കളാണ് തമോഗര്‍ത്തങ്ങള്‍. അത് കൊണ്ട് തന്നെ ഇവയെപ്പറ്റി പഠിക്കാന്‍ സാധാരണ രീതികളൊന്നും സഹായകമല്ല. എന്നാല്‍ ഗുരുത്വതരംഗങ്ങളുടെ കണ്ടെത്തലോടെ à´¤à´®àµ‹à´—ര്‍ത്തങ്ങളുടെ സാന്നിധ്യം തെളിയിക്കപ്പെട്ടു. ന്യൂട്രോണ്‍ സ്റ്റാറുകള്‍, പള്‍സാറുകള്‍, സൂപ്പര്‍ നോവ സ്‌ഫോടനങ്ങള്‍ എന്നിവയെക്കുറിച്ചെല്ലാം പഠിക്കാന്‍ ഗുരുത്വതരംഗപഠനം സഹായിക്കും. മഹാവിസ്‌ഫോടനത്തിന് തൊട്ടുപിന്‍പ് ശൈശവദശയിലുള്ള പ്രപഞ്ചത്തിന്റെ അവസ്ഥയെക്കുറിച്ച് പഠിക്കാന്‍ മഹാവിസ്‌ഫോടന സമയത്ത് രൂപപ്പെട്ട ഗുരുത്വതരംഗങ്ങള്‍ സഹായിക്കും എന്നും കരുതപ്പെടുന്നു. പ്രപഞ്ചത്തെക്കുറിച്ചുള്ള മനുഷ്യന്റെ ധാരണകളെ വിശാലമാക്കാന്‍ ഗുരുത്വതരംഗങ്ങള്‍ സഹായിക്കുമെന്നതാണ് ഇവയുടെ ആത്യന്തികമായ പ്രസക്തി.

നോബല്‍ ജേതാക്കള്‍ 

മസാച്ചുസെറ്റ്‌സ് ഇന്‍സ്റ്റിറ്റ്യൂട്ട് ഓഫ് ടെക്‌നോളജിയിലെ എമിരേറ്റ്‌സ് പ്രൊഫസര്‍ ആയ റൈനര്‍ വീസ് ആണ് 1970 കളില്‍ ലേസര്‍ ഇന്റര്‍ഫറോമീറ്ററിന്റെ ആദ്യകാല മാതൃക വികസിപ്പിച്ചത്. കാലിഫോര്‍ണിയ ഇന്‍സ്റ്റിറ്റ്യൂട്ട് ഓഫ് ടെക്‌നോളജിയിലെ ഫെയ്ന്‍മാന്‍ പ്രൊഫസര്‍ ആയ കിപ് തോണ്‍ 1960 കളില്‍ തന്നെ ഗുരുത്വതരംഗങ്ങളെ സംബന്ധിച്ച സൈദ്ധാന്തിക പഠനങ്ങളില്‍ ഏര്‍പ്പെടുകയും ഇവയെ കണ്ടെത്താനാവുമെന്ന് ഉറച്ച് വിശ്വസിക്കുകയും ചെയ്തിരുന്നു. ഭാവനയില്‍ മാത്രം നിലനിന്ന ഈ പദ്ധതിക്ക് നാഷണല്‍ സയന്‍സ് ഫൌണ്ടേഷനില്‍ നിന്ന് ധനസഹായം നേടുന്നതിനായും പരേതനായ റൊണാള്‍ഡ് ഡ്രെവറിനൊപ്പം ഇവര്‍ രണ്ടുപേരും കഠിനാധ്വാനം ചെയ്തു. വീസ്, തോണ്‍, ഡ്രെവര്‍ എന്നിവര്‍ ഉള്‍പ്പെട്ടതായിരുന്നു ലൈഗോയുടെ ആദ്യ സ്റ്റിയറിംഗ് കമ്മിറ്റി.

ലൈഗോയുടെ ആദ്യഘട്ട പരീക്ഷണങ്ങള്‍ ഫലവത്താകാത്തതിനാല്‍ ഫണ്ടിംഗ് പിന്‍വലിക്കാന്‍ തയ്യാറായ സാഹചര്യത്തിലാണ് കാലിഫോര്‍ണിയ ഇന്‍സ്റ്റിറ്റ്യൂട്ട് ഓഫ് ടെക്‌നോളജിയിലെ പ്രൊഫസര്‍ ആയ ബാരി ബാരിഷ് ഡയരക്ടറായി ചുമതലയേല്‍ക്കുന്നത്. അദ്ദേഹത്തിന്റെ നേതൃത്വത്തില്‍ ലൈഗോയുടെ രണ്ടാം ഘട്ടം 2004 ല്‍ ആരംഭിച്ചു. ഗുരുത്വതരംഗ ഗവേഷണത്തെ പ്രതിസന്ധികള്‍ക്കിടയില്‍ മുന്നോട്ട് കൊണ്ടുപോകുന്നതില്‍ ബാരിഷ് മുഖ്യപങ്ക് വഹിച്ചിട്ടുണ്ട്. മരണാനന്തര ബഹുമതിയായി നോബല്‍ നല്‍കാന്‍ വ്യവസ്ഥയില്ലാത്തതിനാല്‍ ഇവര്‍ക്കൊപ്പം പ്രവര്‍ത്തിച്ച റൊണാള്‍ഡ് ഡ്രെവറിന് നോബല്‍ നല്‍കാനാവില്ല. ഗുരുത്വതരംഗങ്ങള്‍ à´•à´£àµà´Ÿàµ†à´¤àµà´¤à´¿à´¯à´¤àµ‹à´Ÿàµ† തന്നെ ഭൗതികശാസ്ത്ര നോബല്‍ സാധ്യത പ്രതീക്ഷിക്കപ്പെട്ടിരുന്നു. മൂന്ന് ശാസ്ത്രജ്ഞര്‍ക്കാണ് നോബല്‍ നല്‍കപ്പെട്ടത് എങ്കിലും ഗുരുത്വതരംഗ ഗവേഷണത്തില്‍ പങ്കെടുത്ത എല്ലാവര്‍ക്കും  അഭിമാനമുണ്ടാക്കുന്നതാണ് à´ˆ നേട്ടം.