ഒറ്റ-ഇലക്ട്രോൺ പ്രപഞ്ചം

പ്രിൻസ്ടൺ സർവകലാശാലയിൽ പഠിക്കുന്ന സമയത്ത് വിദ്യാർത്ഥിയായിരുന്ന റിച്ചാർഡ് ഫെയ്ൻമാന് ഒരു ഫോൺ കോൾ വരികയുണ്ടായി. പ്രൊഫസർ ജോണ് വീലറുടെ വിളിയായിരുന്നു അത്. വിളിച്ചിട്ട് അദ്ദേഹം പറഞ്ഞു :

"ഫെയ്ൻമാൻ, എനിക്കൊരു കാര്യം മനസ്സിലാക്കാൻ കഴിഞ്ഞു. എന്തുകൊണ്ടാണ് ലോകത്തെ  മൂലയിലും ഉള്ള ഇലക്ട്രോണുകൾക്ക് ഒരേ ചാർജ്ജും പിണ്ഡവും (മാസ്) ഉള്ളത് എന്ന്".

ആകാംഷാഭരിതനായ ഫെയ്ൻമാൻ ചോദിച്ചു "എന്തുകൊണ്ടാണത്?".

വീലറുടെ മറുപടി ഉടൻ വന്നു "കാരണം അവയെല്ലാം ഒരേ ഇലക്ട്രോൺ തന്നെയാണ്".

1940 ലെ, ഈ ഫോൺ സംഭാഷണത്തിൽ നിന്നാണ് ജോൺ വീലർ പ്രസ്താവിച്ച ഒറ്റ ഇലക്ട്രോൺ മാത്രം അടങ്ങുന്ന ഒറ്റ-ഇലക്ട്രോൺ പ്രപഞ്ചം എന്ന സിദ്ധാന്തത്തിനു തുടക്കം കുറിക്കുന്നത്. 

എന്താണ് ഒറ്റ-ഇലക്ട്രോൺ പ്രപഞ്ച മാതൃകയുടെ അടിസ്ഥാന പ്രമേയം?

ഒറ്റ-ഇലക്ട്രോൺ പ്രപഞ്ച സിദ്ധാന്തത്തിന്റെ വക്താവായ ജോൺ വീലർ നിര്വചിച്ചിരിക്കുന്നത് ഇങ്ങനെയാണ് :

"പ്രപഞ്ചത്തിൽ ആകെ ഒരു കണികാ മാത്രമാണുള്ളത്. അതിന്റെ പല അംശങ്ങൾ പലയിടത്തായി നമ്മൾ കാണുമ്പൊൾ പല ഇലക്ട്രോണുകൾ ഉണ്ടെന്നു തോന്നുക മാത്രമാണ് നമുക്ക് തോന്നുന്നത്. വാസ്തവത്തിൽ ഇവയെല്ലാം ഒന്ന് തന്നെയാണ്."

 

തീർന്നില്ല. ഇലക്ടോർണിന്റെ പ്രതികണമായ പോസിട്രോണും എന്താണെന്നു വീലർ നിർവചിച്ചിക്കുകയുണ്ടായി, അതിപ്രകാരമാണ് :

"സമയത്തിൽ മുന്നോട്ട് പോകുന്ന കണികയെ ഇലക്ട്രോൺ എന്ന് വിളിക്കാമെങ്കിൽ, അതെ കണികാ സമയത്തിന് പിന്നിലേക്ക് നീങ്ങുന്നത് മാത്രമാണ് പോസിറ്ററിന് . അല്ലാതെ അത് വേറൊരു കണികയല്ല"

 

ഇലക്ട്രോൺ പോസിട്രോൺ എന്നിങ്ങനെ രണ്ട് കണിക-പ്രതികണിക എന്ന ആശയം ഇല്ല എന്ന് മാത്രമല്ല, അവയെല്ലാം ഒരു കണികാ തന്നെയാണെന്നാണ് വീലർ അഭിപ്രായപ്പെട്ടത്. 

എന്താണ് വീലർ ഉദ്ദേശിച്ചത്?

ജോൺ വീലർ മുന്നോട്ട് വച്ച ഒറ്റ-ഇലക്ട്രോൺ സിദ്ധാന്തം എളുപ്പത്തിൽ മനസ്സിലാക്കാൻ ഒരു ഉദാഹരണം പറയാം. താഴെ കാണുന്ന ചിത്രം നോക്കുക.

സ്വിസ്സർലാൻഡിന്റെയും ഇറ്റലിയുടെയും അതിർത്തിയിലൂടെയുള്ള സ്പ്ലൂഗൻ മലനിരകളുടെ ഭാഗമായുള്ള ഒരു റോഡിൻറെ, ഫോട്ടോഗ്രാഫർ റാഫേൽ ബിസ്‌കാൽഡി പകർത്തിയ ഒരു മനോഹര ചിത്രം. ഇത് പലറോഡുകൾ അല്ല, മറിച്ച് ഒരൊറ്റ റോഡാണെന്നു നമുക്ക് മനസിലാക്കാൻ എളുപ്പമാണ്. എന്നാൽ, ഇതേ റോഡിൻറെ തന്നെ, ഇതേ ചിത്രത്തിന്റെ തന്നെ ഒരു ഭാഗം എടുത്തതാണ് ചുവടെ കൊടുത്തിരിക്കുന്നത്. 

രണ്ടാമത്തെ ചിത്രം കാണുമ്പൊൾ ഇത് ഒരൊറ്റ റോഡാണെന്നു കരുതാൻ എളുപ്പമാണോ? അല്ല. കാണുന്ന മാത്രയിൽ നമ്മൾ  കറുത്തട്ടുക,ഇവ പല റോഡുകൾ ആണെന്നാണ്. പക്ഷെ ഇതൊരൊറ്റ റോഡാണെന്നത് പോലെ, പ്രപഞ്ചത്തിൽ നമ്മൾ കാണുന്ന എല്ലാ ഇലക്ട്രോണുകളും ഒരൊറ്റ ഇലക്ട്രോണിന്റെ തന്നെ പല ഭാഗങ്ങളാണ് എന്നാണ് ജോൺ വീലർ അവകാശമുന്നയിച്ചത്. 

ഇത്തരം ഒരു അവകാശം ഉന്നയിക്കാൻ എന്തായിരിക്കും പ്രേരിപ്പിച്ചു കാണുക?

പ്രപഞ്ചത്തെ ഇന്ന് ചതുർമാന (four dimensional) തലത്തിൽ നിന്നുകൊണ്ടാണ് നാം നോക്കികാണുന്നത് എന്നറിയാമല്ലോ. മൂന്നു മാനങ്ങളിൽ (dimensions) നിന്ന് സ്ഥലത്തെയും (space), നാലാമത്തെ മാനമായി സമയത്തെയും കണക്കിലെടുത്തു ചേർത്ത് വിളിക്കുന്ന പേരാണ് സ്ഥലകാലം (spacetime). [ശ്രദ്ധിക്കുക, സ്ഥലവും കാലവും രണ്ടല്ല, മറിച്ച് ഇഴുകി ചേർന്ന, വേർതിരിക്കാൻ കഴിയാത്ത ഒന്നായിട്ടാണ് സ്ഥലകാലത്തിൽ സങ്കൽപ്പിക്കുന്നത്].

ഇത്തരത്തിലുള്ള സ്ഥലകാലത്തിൽ ഒരു വസ്തുവിന് നാലുമാനങ്ങളിലൂടെയും സംഭവിക്കുന്ന ചലനത്തെ രേഖാത്മകമായി സൂചിപ്പിക്കാൻ വരയ്ക്കുന്ന ചിത്രങ്ങളെയാണ് വേൾഡ് ലൈൻസ് (world lines) എന്ന് പറയുക. 

പ്രപഞ്ചത്തിലെ ഇലക്ട്രോണുകൾ എല്ലാത്തിന്റെയും വേൾഡ് ലൈനുകൾ വരച്ചാൽ തുടങ്ങുന്നിടത്ത് തന്നെ അവസാനിക്കുന്ന ഒരു വലിയ ചുരുൾ പോലെയുള്ള ഒന്നായിരിക്കും ലഭിക്കുക എന്നാണ് വീലർ പറഞ്ഞത്. താഴെയുള്ള ചിത്രം നോക്കുക.

Photo by Denys Nevozhai on Unsplash

മുകളിലെ ചിത്രത്തിലെ റോഡിന്റെ ചുറ്റിപ്പിണഞ്ഞു കിടക്കുന്ന രൂപം പോലെ തോന്നുമെങ്കിലും, അവയെല്ലാം വാസ്തവത്തിൽ പരസ്പരം ബന്ധപെട്ടു കിടക്കുന്ന ഒരൊറ്റ പാത തന്നെയാണല്ലോ - ഭൂമിയിൽ നിന്ന് തുടങ്ങി ഭൂമിയിൽ തന്നെ അവസാനിക്കുന്നവ; അത് പോലെ തന്നെയായിരിക്കും ഇലക്ട്രോണിന്റെ വേൾഡ് ലൈനുകളും എന്നാണ് വീലർ പറഞ്ഞത്. ഇതിൽ പകുതി ലൈനുകൾ ദിശയിലൂടെ മുന്നൂറ് പോകുമ്പോൾ, മറുപകുതി അവിടെ നിന്ന് തിരിച്ച തുടങ്ങിയ ഇടത്തേക്ക് തന്നെ എത്തും. മുന്നോട് പോകുന്നവ  സമയത്തിന്റെ അതെ ദിശയിൽ സഞ്ചരിക്കുന്നവയാണെന്നും, അവയാണ് ഇലക്ട്രോണുകൾ എന്നുമാണ് വീലർ പറഞ്ഞത്. മറുദിശയിൽ സഞ്ചരിക്കുന്നവ, ഇതേ കണികളുടെ തന്നെ സമയത്തിന് പിറകോട്ട് പോകുന്ന പോസിട്രോൺ എന്ന കണികാസ്വഭാവവും കാണിക്കും എന്നും പറഞ്ഞു. 

വീലറുടെ ഈ ആശയം ഫെയ്ൻമാൻ അംഗീകരിച്ചില്ല. പക്ഷെ, ഇതിൽ വീലർ പറഞ്ഞ ഒരുകാര്യം ഫെയ്മാൻ വളരെയധികം സൂക്ഷമതയോടെ പഠിക്കുകയുണ്ടായി. ഇലക്ട്രോണുകളുടെ പ്രതികണികയായ പോസിട്രോണുകളെ രേഖപ്പെടുത്താൻ, സമയത്തിന് പിന്നോട്ട് പോകുന്ന വേൾഡ് ലൈനുകൾ ഉപയോഗിക്കാം എന്നതിന്റെ കണക്ക് കൂട്ടലുകൾ വളരെയധികം ശരിയായി കാണിക്കുന്നവയായിരുന്നു. ഇതിനെ അടിസ്ഥാനമാക്കിയാണ് ഒൻപത് വർഷങ്ങൾക്ക് ശേഷം, ഫെയ്ൻമാന് തന്റെ പോസിട്രോണുകളുടെ സിദ്ധാന്തം എന്ന ശാസ്ത്ര ലേഖനം പ്രസിദ്ധീകരിച്ചത്. ലേഖനം കാണുക/link/button/  

ശേഷം, ഈ ആശയത്തെ അടിസ്ഥാനപ്പെടുത്തി ശാസ്ത്രജ്ഞനായ യോഷിറോ നമ്പു തന്റെ പഠനത്തിൽ ഒരു കാര്യം ഉന്നയിക്കുകയുണ്ടായി. കണികളുടെ നിർമിതിയും, ഉന്മൂലനവും (Creation, Annihilation) വാസ്തവത്തിൽ കാണികളെ നിർമിക്കുകയും, നശിപ്പിക്കുകയും ചെയ്യുകയല്ല, മറിച്ച് അവയുടെ ഭാവി-ഭൂത കാല സഞ്ചാരങ്ങളുടെ ദിശാമാറ്റം മാത്രമാണ് എന്നായിരുന്നു അത്. ലേഖനം വായിക്കുക/link/button/

ജോൺ വീലറുടെ സിദ്ധാന്തം വലിയ തോതിൽ മികവ് പുലർത്തിയില്ലെങ്കിലും, അതിൽ നിന്ന് ഫെയ്ൻമാൻ അടർത്തിയെടുത്ത ഭാഗം ഇന്നും കാരണം എന്തെന്ന് അറിയാതെ അജ്ഞാതമായി തന്നെ തുടരുകയാണ്. കണികകളുടെ വേൾഡ് ലൈനുകളുടെ, ഭൂതകാല രേഖകൾ എടുത്താൽ, അവ ഇതേ കാണികളുടെ പ്രതികാണികളെ കൃത്യമായി തന്നെ കണക്കുകളിൽ പ്രവചിച്ചു കാണിക്കുന്നുണ്ട്. എന്തുകൊണ്ടാണ് ഈ കണക്കുകൾ ഇത്ര ശരിയാവുന്നത് എന്നത് ഇന്നും ആരും കണ്ടെത്തിയിട്ടില്ല. സമയത്തിന്റെ രഹസ്യം കണ്ടെത്തുന്ന സമയത് ഒരുപക്ഷെ ഇതിന്റെയും ചുരുളഴിഞ്ഞേക്കും.