റുഥർഫോർഡിന്റെ
അണു മോഡൽ കൃത്യമായിപറഞ്ഞാൽ ഒരു സൗരയൂധമോഡൽ അല്ല. പോസിറ്റീവ് ചാർജ്ജുള്ള ന്യൂക്ലിയസ്
നടുവിലും, ചുറ്റും വൃത്താകാരത്തിൽ ചുറ്റുന്ന ഇലക്രോണുകളും. ഈ ഇലക്ട്രോണുകളാവട്ടെ നെഗറ്റീവ്
ചാർജ്ജുള്ളതും എല്ലായിപ്പോഴും ഊർജ്ജം പുറത്തേക്കു പ്രസരിപ്പിച്ചു കൊണ്ടിരിക്കുന്നതുമാണ്
(electromagnetic radiation). ഒറ്റനോട്ടത്തിൽ ഈ മോഡലിന് കുഴപ്പം ഒന്നും കാണാനില്ലെങ്കിലും,
അതിൽ ഒഴിവാക്കാനാവാത്ത വലിയൊരു പ്രശ്നം ഒളിഞിരിപ്പുണ്ടായിരുന്നു. ഇലക്ട്രോൺ, നിരന്തരമായി ഊർജ്ജ പ്രസരണം നടത്തികൊണ്ടിരിക്കുന്നവെങ്കിൽ,
കാലാന്തരത്തിൽ അതിന്റെ ഊർജ്ജം മുഴുവൻ നഷ്ട്ടപ്പെട്ട് അത് ന്യൂക്ലിയസ്സിലേക്കു വീണു
പോകേണ്ടതാണ്. അങ്ങനെ സംഭവിച്ചാൽ നാം ഇന്നുകാണുന്ന പ്രപഞ്ചം തന്നെ നിലനിൽക്കുകയില്ല.
എന്തുകൊണ്ട് അങ്ങനെ സംഭവിക്കുന്നില്ല എന്ന ചോദ്യം ഈ മോഡലിന്റെ ഒരു അടിസ്ഥാന പ്രശ്നവും
ആയിരുന്നു. മാത്രമല്ല, അങ്ങനെ ഇലക്ട്രോണിന്റെ ഭ്രമണപഥം ചുരുങ്ങി ചുരുങ്ങി വരുകയാണെങ്കിൽ
അതിൽ നിന്നുള്ള ഊർജ്ജ വികിരണത്തിന്റെ ആവൃത്തി (frequency) കൂടിക്കൂടി വരേണ്ടതാണ്. എന്നാൽ പരീക്ഷണഫലം കാണിക്കുന്നത്, ഇലക്ട്രോണിൽനിന്നുള്ള
വികിരണം ഒരു പ്രത്യേക ആവൃതിയിൽ മാത്രമാണെന്ന് ആയിരുന്നു.
ഈ
പ്രശ്നങ്ങളുടെ പരിഹാരം നിർദ്ദേശിച്ചു കൊണ്ട് നീൽസ് ബോർ, പുതിയൊരു മോഡൽ അവതരിപ്പിച്ചു
(1913). റുഥർഫോർഡ് അവതരിപ്പിച്ച മോഡൽ ക്ലാസിക്കൽ ഫിസിക്സിന്റെ കാഴ്ചപ്പാടിലായിരുന്നെങ്കിൽ
ബോറിന്റെ മോഡൽ ക്വാൻഡം മോഡൽ ആയിരുന്നു. പുതിയ
മോഡൽ റുഥർഫോർഡ് മോഡലിലെ പ്രധാന പ്രശ്‌നങ്ങൾക്കെല്ലാം ഉത്തരം നൽകി. ഇതിൻ പ്രകാരം ഇലക്ട്രോണുകൾക്ക്
ന്യൂക്ലിയസ്സിനു ചുറ്റും നിശ്ചിത ഊർജ്ജ നിലയിലുള്ള നിശ്ചിത ഭ്രമണപഥങ്ങളിൽ മാത്രമേ നിലനിൽക്കാൻ
കഴിയു. മാത്രമല്ല, അവയ്ക്ക് ഊർജ്ജം സ്വീകരിക്കാനോ
പുറംതള്ളാനോ കഴിയുന്നത് ഒരു നിശ്ചിത ഭ്രമണപഥത്തിൽനിന്നും മറ്റൊരു ഭ്രമണപഥത്തിലേക്ക്
ചാടുമ്പോൾ മാത്രമാണ്. ഈ ഊർജ്ജം ആവട്ടെ ഒരു നിശ്ചിത പരിമാണത്തിലുള്ളതുമാണ്
(quantum), അതായത്, ഇലക്ട്രോൺ ഒരു ഭ്രമണപഥത്തിൽനിന്നും മറ്റൊന്നിലേക്കു മാറുമ്പോൾ ഒരു
ഫോട്ടോൺ സ്വീകരിക്കുകയോ, പുറംതള്ളുകയോ ചെയ്യും. ഇലക്ട്രോണിന്റെ ഭ്രമണപഥങ്ങൾ ഒരു നിശ്ചിത
ഊർജ്ജ നിലകളിൽ മാത്രമുള്ളവയാണെന്നു പറഞ്ഞുവല്ലോ. ഈ ഭ്രമണപഥങ്ങളെ അദ്ദേഹം ഊർജ്ജ ആവരണങ്ങൾ
(energy shells) എന്ന് വിളിച്ചു. മറ്റൊരു തരത്തിൽ പറഞ്ഞാൽ, അണുവിനുള്ളിലെ ഇലക്ട്രോണുകളുടെ
ഊർജ്ജം തുടർച്ചയായുള്ളതല്ല പിന്നെയോ നിശ്ചിത പരിമാണത്തിൽ അളക്കാവുന്നതാണ് (quantized). ഈ പ്രത്യക
നിലകളാണ് ക്വാൻഡം നമ്പർ ‘n’ എന്ന് അറിയപ്പെടുന്നത് (n=1,2,3..etc).
പതിമൂന്നു
കൊല്ലങ്ങൾക്കു മുൻപ്, 1900-ഇൽ, മാക്സ് പ്ലാങ്ക് അവതരിപ്പിച്ചതാണ് ക്വാൻഡം സിദ്ധാന്തം.
ഏതൊരു ഭൗതിക പ്രവർത്തിയും നിരങ്കുശമായ (arbitrary) ഒരു തുടർച്ചയല്ല പിന്നെയോ വളരെ ചെറിയൊരു
അളവിന്റെ സംഘാതമായാണ് (multiple of
a very small quantity) നടക്കുന്നത് എന്നാണു ഈ സിദ്ധാന്തം. ഈ അളവിനെയാണ്’ പ്ലാങ്ക്
കോൺസ്റ്റന്റ്’ (h) എന്ന് പറയുന്നത് (6.626 x 10^ -34 Joule second). ക്വാൻഡം മെക്കാനിക്സിന്റെ നെടും തൂണായതും പ്ലാങ്കിന്റെ
ഈ കണ്ടുപിടുത്തം ആയിരുന്നു. ബോർ മോഡൽ, 'സ്റ്റാൻഡേർഡ് മോഡൽ ഓഫ് പാർട്ടിക്കിൾ ഫിസിക്സിന്റെ'
വളരെ പ്രധാനപ്പെട്ട ഒരു നാഴിക കല്ലാണെങ്കിലും, ഈ മോഡലിലും ഇലക്ട്രോൺ ഒരു നിശ്ചിത വ്യാസവുള്ള
കണികയും നിശ്ചിത ഭ്രമണപഥത്തിൽ സഞ്ചരിക്കുന്നതുമാണ്. ഒരു വ്യാഴവട്ടക്കാലത്തിനു ശേഷം,
അത് അങ്ങനെയല്ല എന്ന് വെർണർ ഹൈസൻബെർഗ് തന്റെ സുപ്രസിദ്ധമായ അനിശ്ചിതത്വ സിദ്ധാന്തത്തിലൂടെ (Uncertainty principle) തെളിയിച്ചു.
പിന്നീടങ്ങോട്ട്, നിരീക്ഷിക്കപ്പെട്ട പല ആണുവിക പ്രതിഭാസങ്ങളെയും
ബോർ മോഡലിന്റെ അടിസ്ഥാനത്തിൽ വിശദീകരിക്കാൻ കഴിയാതെ വന്നു. ഇർവിൻ ഷ്രോഡിങ്ങർ, ഹെയ്‌സൺബെർഗ്
തുടങ്ങിയരുടെ സംഭാവനകൾ ക്വാൻഡം മെക്കാനികിസ് എന്ന ശാസ്ത്ര ശാഖയിലുണ്ടാക്കിയ പ്രതിഫലനം
അന്നുവരെയുണ്ടായിരുന്ന അണു സങ്കൽപ്പത്തെ അപ്പാടെ മാറ്റിമറിച്ചു. അണു എന്നത് ന്യൂട്ടോണിയൻ
സങ്കൽപ്പത്തിലുണ്ടായിരുന്ന പദാർദ്ധം തന്നെയോ എന്ന സംശയങ്ങൾ ഉണർത്തുന്ന തരത്തിലായിരുന്നു
അണു സങ്കൽപ്പത്തിന്റെ രൂപമാറ്റം. മൂന്നു നൂറ്റാണ്ടോളം ലോകം ഭരിച്ച ന്യൂട്ടോണിയൻ യാന്ത്രിക
ലോക വീക്ഷണത്തിന്റെ കടക്കൽ ആയിരുന്നു ആ മാറ്റം കത്തി വച്ചത്.
തോമസ് കുൻ (Thomas Kuhn) തന്റെ പ്രസിദ്ധമായ 'ദി സ്ട്രച്ചർ
ഓഫ് സയന്റിഫിക് റവലൂഷൻ' എന്ന പുസ്തകത്തിൽ ചില ശാസ്ത്രീയ വിപ്ലവങ്ങൾ, നിലവിലുള്ള ശാസ്ത്ര
മാതൃകകളെ തകർത്ത് പുതിയ മാതൃകകൾ സൃഷ്ട്ടിക്കുന്നതിനെപ്പറ്റി (paradigm shift) പറയുന്നുണ്ട്.
ഈ പുതിയ മാതൃകകൾ നിലവിലുള്ള നിയമങ്ങളെ മാറ്റുന്നതിനും പുതിയ നിയമങ്ങൾ സൃഷ്ടിച്ചുകൊണ്ട്
ഒരു ദിശാമാറ്റം തന്നെ വരുത്തുവാനും പുതിയ ചോദ്യങ്ങൾ സൃഷ്ടിക്കുവാനും കെൽപ്പുള്ളതാണ്.
ക്വാൻഡം മെക്കാനിക്സ്, കണികാ ശാസ്ത്രത്തിൽ വരുത്തിയ വിപ്ലവം ഇത്തരത്തിൽപെട്ട ഒന്നായിരുന്നു.
യാഥാർഥ്യത്തെ നാം കാണുന്ന രീതിയെത്തന്നെ അത് മാറ്റി മറിച്ചു. ഇലക്ട്രോണോ മറ്റ് അണുഘടകങ്ങൾക്കോ,
ഒരേ സമയത്ത്‌ ഒരു സ്ഥാനവും (position) സംവേഗ ശക്ക്തിയും (Momentum) ഇല്ലെന്നു അത് കാണിച്ചുതന്നു.
ഒരു സമയത്ത്‌ നിങ്ങക്ക്
ഇതിൽ ഒന്നുമാത്രമേ അളക്കാൻ കഴിയു. അളക്കാൻ കഴിയു എന്നതുകൊണ്ട് അത് നമ്മുടെ ഉപകരണത്തിന്റെ
കൃത്യത ഇല്ലായ്‌മകൊണ്ടാണെന്നു ധരിക്കരുത്. ഹെയ്‌സൺബെർഗിന്റെ അനിശ്ചിതത്വ സിദ്ധാന്തപ്രകാരം,
ഒരു ക്വാൻഡം സിസ്റ്റത്തിന് ഒരു സമയത്തു് ഒന്നുകിൽ സ്ഥാനം (Position) അല്ലെങ്കിൽ പ്രവേഗശക്ത്തി
(Momentum) മാത്രമേ ഉള്ളു എന്ന് മനസ്സിലാക്കണം. ഹെയ്‌സൺബെർഗിന്റെ വാക്കുകളിൽ തന്നെ
പറഞ്ഞാൽ “The more precisely the position is determined, the less precisely the
momentum is known in this instant, and vice versa”. –(Heisenberg, uncertainty
paper, 1927). അതെ പേപ്പറിൽ, ഇലക്ട്രോണിന്റെ ഭ്രമണപഥത്തെപ്പറ്റി പറയുമ്പോൾ അദ്ദേഹം
ഇങ്ങനെ കൂടെ പറഞ്ഞു “I believe
that the existence of the classical "path" can be pregnantly
formulated as follows: The "path" comes into existence only when we
observe it”. ഈ പ്രസ്താവം കുറേക്കൂടെ കണിശമാണ്. ന്യൂട്ടന്റെ കാലം മുതൽ ശാസ്ത്രം
നിശ്ചയമായും ഉറപ്പിച്ചു പറഞ്ഞ ഒരു കാര്യം ഒരു ദൃഷ്ട്ടാവിൽ നിന്നും സ്വതന്ത്രമായ ഒരു
യഥാർത്ഥ ലോകം നിലനിൽക്കുന്നു എന്നതിൽ സംശയം ഇല്ല എന്നാണ്.
എന്നാൽ ഹെയ്‌സൺബെർഗിന്റെ ഈ വാക്കുകളിൽ
നാം കേൾക്കുന്നത് പ്രകൃതിയിൽ (സൂക്ഷ്മ ലോകത്തിൽ എങ്കിലും) ഇലക്ട്രോണിന്റെ ഭ്രമണം, അല്ലെങ്കിൽ
ഇലക്ട്രോൺ തന്നെ, ഒരു ദൃഷ്ട്ടാവ് (observer) അത് കാണുന്നത് (അളക്കുന്നതു) വരെ നിലനിൽക്കുന്നില്ല എന്നാണ്.
ഹെയ്‌സൺബെർഗിന്റെ ഗണിതം വളരെ അമൂർത്തമായ മാട്രിക്സ്
മെക്കാനിക്സ് ആണെങ്കിൽ 1926-ഇൽ ഷ്രോഡിങ്ങർ തന്റെ വേവ് മെക്കാനിക്സ് (wave
mechanics) അവതരിപ്പിച്ചു. ഹെയ്‌സൺബെർഗിന്റെ ലോകത്തിൽ പാർട്ടിക്കിൾ ഒരു സ്ഥാനത്തുനിന്നും
സ്ഥലത്തിലൂടെ സഞ്ചരിക്കാതെതന്നെ മറ്റൊരു സ്ഥാനത്തേക്ക് ചാടുകയായിരുന്നെങ്കിൽ, ഷ്രോഡിങ്ങരുടെ
ലോകം ഒരു തരംഗ രൂപത്തിലാണ്, നിരന്തരമായി പരിണമിക്കുന്ന ഒരു തരംഗം, മാക്സ്‌വെല്ലിന്റെ
ഇലക്രോമാഗ്നെറ്റിക് തരംഗം പോലെ. ഒരു സ്ഥാനത്തുനിന്നും മറ്റൊന്നിലേക്കു ഒരു തരംഗം പോലെ
സഞ്ചരിക്കുന്ന, അല്ലെങ്കിൽ പരിണമിക്കുന്ന ഒന്ന്. ഈ രീതിയിൽ ഒരു അണുവിനെയോ, ഇലക്ട്രോണിനെയോ
മാത്രമല്ല, ഈ ലോകത്തിലെ എന്തിനെയും നിർവചിക്കാൻ കഴിയും എന്ന് അദ്ദേഹം കാണിച്ചു കൊടുത്തു. ഷ്രോഡിഗ്ഗറുടെ
ഈ തരംഗങ്ങൾ എന്തെങ്കിലും ഭൗതിക അർദ്ധത്തിലേക്കു വ്യാഖ്യാനിച്ചാൽ, ഇലക്ട്രോൺ എന്നത്
അണുവിനെ പൊതിഞ്ഞു, ഏതാണ്ട് മഞ്ഞു പോലെ, നിൽക്കുന്ന ഒന്നാണെന്ന് വ്യാഖാനിക്കാം.
പിന്നീട് മാക്സ് ബോൺ കുറേക്കൂടെ സ്വീകാര്യമായ ഒരു വ്യാഖ്യാനം നൽകി, അതായത് ഷ്രോഡിങ്കാരുടെ
തരംഗം ഇലക്ട്രോൺ എവിടെയൊക്കെ ഉണ്ടാവാം എന്നതിന്റെ ഒരു സാധ്യതെയാണ് കാണിക്കുന്നത്. മറ്റൊരു
വാക്കിൽ പറഞ്ഞാൽ അതൊരു സാധ്യതാതരംഗം (probability wave) ആണ്. അപ്പോൾ ഷ്രോഡിങ്കാരുടെ
തരംഗം, ഒരു ഇലക്രോണിന്റെ (എവിടെയൊക്കെ ഉണ്ടാവാം എന്ന) മുഴുവൻ സാധ്യതകളെയും കാണിക്കുന്നതാണ്.
മറ്റൊരുരീതിയിൽ പറഞ്ഞാൽ, അത് ഇലക്ട്രോണിന്റെ സൂപ്പർ പൊസിഷൻ നിലയെയാണ് കാണിക്കുന്നത്.
ഒരു ദൃഷ്ട്ടാവ് അതിൽ നോക്കുമ്പോഴാണ് (അളക്കുമ്പോൾ) ഇലക്ട്രോൺ ഏതെങ്കിലും ഒരു പ്രത്യേക
നിലയിലേക്ക് വരുന്നത്. ഇവിടെയും
ഒരു ദൃഷ്ട്ടാവ് (observer) അഭേദ്യമായി നിലകൊള്ളുന്നു.
ഷ്രോഡിങ്ങർ തന്നെ, പിന്നീട്, മാട്രിക്സ് മെക്കാനിക്‌സും
വേവ് മെക്കാനിക്‌സും തുല്യമാണെന്ന് തെളിയിച്ചു. പോൾ ഡിറാക്, ജോർഡൻ എന്നിവർ ഈ രണ്ടു
ഗണിത ശാസ്ത്ര രീതികൾക്കും സമവാഖ്യങ്ങൾ നിർമിച്ചതോടെ ഈ രണ്ടു രീതികളും സമീകരിച്ചു. ഇവയെല്ലാമാണ്
ക്വാൻഡം മെക്കാനിക്സിന്റെ അടിത്തറയായി മാറിയത്.
ഇലക്ട്രോൺ എന്നത്, ന്യൂട്ടോണിയൻ ക്ലാസ്സിക്കൽ സയൻസ്
വച്ച് നിർവചിക്കാൻ കഴിയാത്ത ഒന്നാണ്. സൂക്ഷ്മ ലോകത്തിലേക്കു ഇറങ്ങുമ്പോൾ അത്തരം ക്ലാസിക്കൽ
ചിന്തകൾ വെടിഞ്ഞാലേ രക്ഷയുള്ളൂ. അത്തരം ചിന്തകൾ
അവിടെ സാധൂകരിക്കത്തക്കതല്ല. അവിടെ അത് വ്യവഹരിക്കപ്പെടുന്നത് ഒരു തരംഗത്തിന്റെ സാമാന്യവൽക്കരണമായ
സ്‌റ്റേറ് വെക്റ്റർ (State Vector) എന്ന രീതിയിലാണ്. അത് ഒരു തരംഗമാണോ, ഒരു കണികയാണോ
എന്ന ചോദ്യം അവിടെയില്ല. കാരണം തരംഗം, കണിക തുടങ്ങിയവ ഈ സ്ഥൂല ലോകത്തിലെ നമ്മുടെ അനുഭവങ്ങളുടെ
ഒരു പരാവർത്തനം, ഒരു പരിഭാഷ, മാത്രമാണ്. അത്തരം അനുഭവത്തെ സൂക്ഷ്മ മണ്ഡലങ്ങളിലേക്കു
അതേപടി പകർത്താൻ കഴിയില്ല. കാരണം അവിടെയുള്ള പ്രതിഭാസങ്ങളുടെ സ്വഭാവങ്ങൾ നിർണയിക്കപ്പെടുന്നത്
അവയെ നിങ്ങൾ എങ്ങനെ അളക്കുന്നു എന്ന് അടിസ്ഥാനപ്പെടുത്തിയാണിരിക്കുന്നത്. അതായത്,
ആറ്റത്തിനുള്ളിലെ പ്രതിഭാസങ്ങളെ നിങ്ങള്ക്ക് ഒരു കണികയായോ, തരംഗമായോ കാണാം. നിങ്ങൾ
എങ്ങനെ ചോദിക്കുന്നു എന്നനുസരിച്ചു, പ്രകൃതി നിങ്ങള്ക്ക് വെളിവാകും. അണുഘടകങ്ങളെ മനസ്സിലാക്കേണ്ടത്
സ്ഥല-കാലത്തിലുള്ള ചാതുർമാന (four-dimensional) പ്രതിഭാസങ്ങളായിട്ടാണ്. അവയെ ചലനാത്മകമായി
(Dynamically) മാത്രമേ മനസ്സിലാക്കാൻ കഴിയു. കണികകൾ എന്ന് പറയുന്നതു് യഥാർഥത്തിൽ കർമ്മത്തിന്റെ
അതായത് പ്രവർത്തിയുടെ ചലനാത്മക രൂപമാതൃകയാണ് (പാറ്റേൺ ഓഫ് ആക്ടിവിറ്റി). അവക്ക് രണ്ടു
ഭാവങ്ങൾ ഉണ്ട്; സ്ഥലത്തിന്റെ ഭാവവും (Space aspect) കാലത്തിന്റെ ഭാവവും (Time
aspect). സ്ഥലത്തിന്റെ ഭാവം അതിനു പിണ്ഡം (Mass) ഉള്ളതായി തോന്നിപ്പിക്കുന്നു, കാലത്തിന്റെ
ഭാവം അതിന്റെ ഊർജ്ജമായും പ്രകടമാവുന്നു. അതായത് അത് ന്യൂട്ടോണിയൻ ലോകത്തെ ഒരു വസ്തുവല്ല,
ഗണിതശാസ്ത്രത്തിലൂടെ നാം നിർവചിക്കുന്ന ഒരു അറിവാണ്.
ആരാണ്
അറിയുന്നത്? ഒരു ദൃഷ്ട്ടാവ്. മൂന്നു നൂറ്റാണ്ടിലേറെയായി ശാസ്ത്രത്തിൽനിന്നും പുറത്താക്കിയിരുന്ന
ദുഷ്ട്ടാവിന്റെ, അഥവാ ബോധത്തിന്റെ തിരിച്ചു വരവായിരുന്നു ക്വാൻഡം മെക്കാനിക്സിലൂടെ
(തത്വ ശാസ്ത്രത്തിന്റെ നിലയിൽ നിന്ന് നോക്കിയാൽ) സംഭവിച്ച, ഏറ്റവും വലിയ വിപ്ലവം.
