ഗുരുത്വാകര്‍ഷണ തരംഗങ്ങൾ

രാജേഷ് പരമേശ്വരൻ March 11, 2016

ശാസ്ത്രലോകം സമീപകാലത്ത് നടത്തിയ ഏറ്റവും സുപ്രധാനമായ കണ്ടുപിടുത്തങ്ങളില്‍ പ്രമുഖ സ്ഥാനമർഹിക്കുന്ന ഒന്നാണ് ഗുരുത്വാകർഷണ തരംഗങ്ങളുടേത് (Gravitational Waves). പൊതു ആപേക്ഷികതാ സിദ്ധാന്തം (General Theory of Relativity) ലോകത്തിന് സമ്മാനിക്കുമ്പോൾ പ്രതിഭാശാലിയായ ഐൻസ്റ്റൈൻ പോലും വിശ്വസിച്ചിരുന്നത് ഗുരുത്വാകർഷണ തരംഗങ്ങളെ കണ്ടുപിടിക്കത്തക്ക ഉപകരണങ്ങൾ നിർമ്മിക്കുവാൻ ശാസ്ത്രത്തിന് കഴിയുകയില്ല എന്നാണ്. എന്നാൽ സ്വയം വെല്ലുവിളിക്കുന്ന, വെല്ലുവിളികൾ ഏറ്റെടുക്കുന്ന ശാസ്ത്രം ഒടുവിൽ അവ കണ്ടെത്തുക തന്നെ ചെയ്തു എന്നതാണ് 2016 ഫെബ്രുവരി 11ന് നാഷണൽ സയൻസ് ഫൌണ്ടേഷൻ നടത്തിയ പ്രഖ്യാപനത്തിൽ കണ്ടത്. "We have found gravitational waves, we did it" എന്നായിരുന്നു ലൈഗൊ (LIGO) എക്സിക്യൂട്ടീവ് ഡയറക്ടർ ഡേവിഡ് റീസെയുടെ പ്രസ്താവന [1]. ശാസ്ത്രജ്ഞരും ശാസ്ത്ര കുതുകികളായ പൊതുജനങ്ങളും ആവേശത്തോടെയാണ് ഇതിനെ സ്വാഗതം ചെയ്തത്. പ്രശസ്ത ശാസ്ത്രജ്ഞൻ ലോറൻസ് ക്രാസ് സെപ്തംബർ 2015 ൽ നല്കിയ ഒരു ട്വിറ്റർ സന്ദേശത്തിലൂടെയാണ് [2] ഈ കണ്ടെത്തലിനെ പറ്റിയുള്ള ഊഹാപോഹങ്ങൾ ശാസ്ത്രലോകത്ത് ആരംഭിക്കുന്നത്. ഇതിനു മുൻപുള്ള പല കണ്ടെത്തലുകളും തെറ്റായ നിഗമനങ്ങളായിരുന്നതിനാൽ ഒട്ടൊരു കരുതലോടെയാണ് അന്ന് ശാസ്ത്ര സമൂഹം ആ വാർത്തകളെ നോക്കിക്കണ്ടത്. എന്തുകൊണ്ടാണ് ഈ കണ്ടെത്തൽ ഇത്ര സുപ്രധാനമാകുന്നത്?

പൊതു ആപേക്ഷികതാ സിദ്ധാന്തം ശാസ്ത്രലോകത്തെ മാറ്റിമറിച്ച ഒന്നാണ്. ന്യൂട്ടന്റെ ഗുരുത്വാകർഷണ സിദ്ധാന്തത്തിന് വിശദീകരിക്കുവാനാവാത്ത പലതും വിശദീകരിക്കുന്നു, സ്ഥലകാലം (Space-time) എന്ന ആശയം മുന്നോട്ട് വെക്കുന്നു എന്നിവയ്ക്കുപരിയായി പ്രപഞ്ച സത്യങ്ങളിലേക്കുള്ള അന്വേഷണത്തിലെ ഒരു വലിയ ചുവടുവെയ്പ്പായിരുന്നു അത്. ഈ സിദ്ധാന്തത്തിനെ ശരിവെക്കുന്ന സുപ്രധാന കണ്ടെത്തലുകളിൽ ഒന്നാണ് ഗുരുത്വാകർഷണ തരംഗങ്ങളുടെ കണ്ടെത്തൽ. ഗലീലിയോയും പിന്നീട് ന്യൂട്ടണും ഗുരുത്വാകർഷണം സംബന്ധിച്ച് നടത്തിയ സുപ്രധാന നിരീക്ഷണങ്ങളെ യൂക്ലിഡിയന്‍ ജ്യാമിതിയില്‍ (Euclidean Geometry) നിന്ന്‍ സ്ഥലകാല നൈരന്തര്യത്തില്‍ (Space-time Continuum) മാറ്റി സ്ഥാപിക്കുന്ന ഒരു സിദ്ധാന്തത്തിന് അടിവരയിടുക കൂടിയാണ് ഈ കണ്ടെത്തൽ ചെയ്യുന്നത്. കോസ്മിക് മൈക്രൊവേവ് പശ്ചാത്തലം നിരീക്ഷിക്കുന്ന ബൈസെപ്പ്2 (BICEP2) വർഷങ്ങൾക്ക് മുൻപ് ഗുരുത്വാകര്‍ഷണ തരംഗങ്ങൾ കണ്ടെത്തിയതായി പ്രഖ്യാപിച്ചിരുന്നു. എന്നാൽ തുടരന്വേഷണങ്ങളിൽ ഇവ തെറ്റാണെന്ന് തെളിയുകയുണ്ടായി. ഗുരുത്വാകര്‍ഷണ തരംഗങ്ങളെ നേരിട്ട് നിരീക്ഷിക്കുക എന്നതാണ് ലൈഗോ ഡിറ്റക്റ്റർ ചെയ്യുന്നത്, ബൈസെപ്പാകട്ടെ ബിഗ് ബാംഗ് അവശേഷിപ്പിച്ച താപവികിരണങ്ങളെയാണ് നിരീക്ഷിക്കുന്നത് [3] (ബൈസെപ്പിനെ കുറിച്ച് കൂടുതൽ വായിക്കാൻ അവലംബം 3 നോക്കുക).

ഗുരുത്വാകര്‍ഷണ തരംഗങ്ങൾ

ഗുരുത്വാകര്‍ഷണ തരംഗങ്ങളെ വിശദീകരിക്കുന്നതിന് മുമ്പായി ഒരു പൊതുപദാവലി മനസ്സിലാക്കേണ്ടതുണ്ട്. ആ പദങ്ങളെ അൽപം വിശദീകരിക്കുവാൻ ശ്രമിക്കാം.

1) സ്ഥലകാലം (Space-time)

സ്പേസിന്റെ മൂന്ന് മാനങ്ങളും (Dimension) സമയം എന്ന നാലാം മാനവും ചേർന്ന് നിർവ്വചിക്കുന്ന ഒരു ഗണിതശാസ്ത്ര മാതൃകയാണ് സ്ഥലകാലം എന്ന് പറയാം. പൊതു ആപേക്ഷികതാ സിദ്ധാന്തം വിശദീകരിക്കപ്പെടുന്നത് പ്രധാനമായും മിൻകോവ്സ്കി സ്ഥലകാലം (Minkowski spacetime) എന്ന മാതൃകയെ അടിസ്ഥാനപ്പെടുത്തിയാണ്. സങ്കല്പിക്കുവാൻ അൽപം ബുദ്ധിമുട്ടുള്ള ഒരു മാതൃകയാണ് സ്ഥലകാല നൈരന്തര്യം (Space-time Continuum) . നാല് മാനങ്ങളുള്ള ഒരു സ്ഥലത്ത് ഒരു ബിന്ദു (Point) നിർവചിക്കപ്പെടുന്നത് ഒരു സംഭവം Event) ആയിട്ടാണ്. സ്ഥലകാലത്തിലുള്ള ഒരു സംഭവത്തിനു (Event) എവിടെ എന്നും, എപ്പോൾ എന്നുമുള്ള നിർവചനങ്ങൾ ഉണ്ടായിരിക്കും. ഒരു ദ്വിമാന പ്രതലത്തിൽ x, y കോ-ഓർഡിനേറ്റുകൾ ഒരു ബിന്ദുവിനെ നിർവചിക്കുന്നതുപോലെ x,y,z കോര്ഡിനേറ്റുകളും സമയവും(t) സ്ഥലകാല സംഭവത്തെ (space-time event) നിർവ്വചിക്കുന്നു എന്ന് പറയാം.

2) സ്ഥലകാല വക്രത (Space-time Curvature)

ഗുരുത്വാകർഷണത്തെ ഐൻസ്റ്റൈൻ വിശദീകരിക്കുന്നത് സ്ഥലകാലത്തിലുണ്ടാകുന്ന (space-time) വക്രതകളെ അടിസ്ഥാനപ്പെടുത്തിയാണ്. ഉയർന്ന ദ്രവ്യമാനമുള്ള (Mass) വസ്തുക്കൾ സ്ഥലകാലത്തെ വക്രീകരിക്കുന്നു. ഈ വക്രത (curvature) ഭാരമുള്ള വസ്തുക്കൾക്കരികിൽ കൂടുതലാണു താനും. സ്വമേധയാ വക്രീകരിക്കപ്പെട്ട ഈ പ്രതലത്തിലൂടെ നേർരേഖയിൽ സഞ്ചരിക്കാനുള്ള വസ്തുക്കളുടെ ശ്രമമാണ് നമ്മൾ ഗുരുത്വബലത്തിന്റെ പ്രേരണയിലുള്ള ചലനമായി നിരീക്ഷിക്കുന്നത്. നാലറ്റവും വലിച്ചു കെട്ടിയ ഒരു റബ്ബർ ഷീറ്റിൽ വിവിധ ദ്രവ്യമാനമുള്ള വസ്തുക്കൾ പലയിടങ്ങളിൽ വയ്ക്കുകയാണെങ്കിൽ ആ പ്രതലത്തിൽ അവയുണ്ടാക്കുന്ന വ്യതിയാനം അവയുടെ ദ്രവ്യമാനത്തിനനുസരിച്ച വ്യത്യാസപ്പെട്ടിരിക്കുന്നു. സ്ഥലകാല വക്രതയെ (space-time curvature) ചിത്രീകരിക്കാനുള്ള ഒരുപാധി ഇതാണ്.

എന്താണ് ഗുരുത്വാകര്‍ഷണ തരംഗങ്ങൾ? സ്വമേധയാ വക്രിച്ചിരിക്കുന്ന സ്ഥലകാലത്തിന്റെ വക്രതയില്‍ ഉണ്ടാകുന്ന വ്യതിയാനങ്ങള്‍ സ്ഥലകാലത്തിലൂടെ പ്രകാശ വേഗതയിൽ തരംഗരൂപത്തില്‍ സഞ്ചരിക്കുന്നു. പ്രഭവസ്ഥാനത്ത് നിന്ന് പുറത്തേക്ക് എല്ലാ ദിശകളിലും സ്ഥലകാലത്തിലൂടെ ഈ തരംഗങ്ങൾ സഞ്ചരിക്കുന്നു. പരസ്പരം കൂട്ടിമുട്ടുന്ന തമോഗർത്തങ്ങൾ, സൂപ്പർ നോവ, ന്യൂട്രോൺ നക്ഷത്രങ്ങളുടെ സംഗമം എന്നിവ ശക്തിയുള്ള ഗുരുത്വാകര്‍ഷണ തരംഗങ്ങൾ ഉത്പാദിപ്പിക്കുന്ന ചില പ്രതിഭാസങ്ങളാണ്. ഗുരുത്വാകര്‍ഷണ തരംഗങ്ങൾക്ക് സുതാര്യമാണ് പ്രപഞ്ചം. അവ ആഗിരണം ചെയ്യപ്പെടുകയോ പ്രതിഫലിക്കപ്പെടുകയോ ചെയ്യുന്നില്ല. അതിനാൽ തന്നെ ഇവയെ കണ്ടെത്തുന്നതുവഴി അനന്തമായ പ്രപഞ്ചത്തിന്റെ ഭൂതകാലം മനുഷ്യനും സുതാര്യമായി തീരുന്നു. പൊതു ആപേക്ഷികതാ സിദ്ധാന്തപ്രകാരം, സഞ്ചരിക്കുന്ന ദ്രവ്യമാനമുള്ള വസ്തുക്കളാണ് ഇവയുടെ ഉത്ഭവ കാരണം.

ഗുരുത്വബലം പ്രപഞ്ചത്തിലെ ഏറ്റവും ദുർബലമായ അടിസ്ഥാന ബലങ്ങളിൽ ഒന്നാണ്. അതുകൊണ്ടുതന്നെ അവയെ കണ്ടെത്തുക എന്നതും ശ്രമകരമായിത്തീരുന്നു. ഒരു പ്രോട്ടോൺ വ്യാസത്തിന്റെ ആയിരത്തിലൊന്ന് മാത്രം വരുന്ന സ്ഥാനാന്തരങ്ങൾ ഉണ്ടാക്കാനേ ശക്തമായ ഗുരുത്വ തരംഗങ്ങൾക്ക് പോലും സാധിക്കുന്നുള്ളൂ. ഈ ശക്തിയുള്ള ഗുരുത്വ തരംഗങ്ങൾ ഉണ്ടാക്കാൻ കഴിവുള്ള തമോഗർത്തങ്ങളും ന്യൂട്രോൺ നക്ഷത്രങ്ങളും നമ്മിൽ നിന്ന് അനേക പ്രകാശവർഷങ്ങൾ അകലെയാണു താനും. അതിനാൽ തന്നെ അവയെ കണ്ടെത്തൽ കൂടുതൽ ശ്രമകരമാകുന്നു.

പ്രധാനമായും നാല് തരത്തിലുള്ള ഗുരുത്വാകര്‍ഷണ തരംഗങ്ങളാണ് ഉള്ളത്: Continuous, Inspiral, Burst and Stochastic. ലൈഗോ ഡിറ്റക്ടർ കണ്ടെത്തിയത് ഒന്നായി തീർന്ന രണ്ട് ഭീമൻ തമോഗർത്തങ്ങൾ പുറത്തുവിട്ട ഗുരുത്വാകര്‍ഷണ തരംഗങ്ങളായിരുന്നു. ഇവ Inspiral വിഭാഗത്തിൽ പെടുന്നു. 1974 ലാണ് ഗുരുത്വാകര്‍ഷണ തരംഗങ്ങളുടെ സാന്നിദ്ധ്യത്തിന് ആദ്യത്തെ തെളിവ് ലഭിക്കുന്നത്. പ്യൂര്ട്ടോറിക്കോയിലെ അരസിബോ ഒബ്സർവേറ്ററിയിൽ പ്രവർത്തിക്കുന്ന രണ്ട് ശാസ്ത്രജ്ഞർ ഒരു ബൈനറി പൾസർ (Binary Pulsar) കണ്ടെത്തുകയുണ്ടായി. ആപേക്ഷികതാ സിദ്ധാന്തപ്രകാരം ഇത്തരത്തിലുള്ള ഒരു സിസ്റ്റം ഗുരുത്വാകര്‍ഷണ തരംഗങ്ങളുടെ പ്രഭവസ്ഥാനമാണ്. ഈ ബൈനറി പൾസറിലെ നക്ഷത്രങ്ങളുടെ ഓർബിറ്റൽ പിരിയഡ് വ്യക്തമായി നിരീക്ഷിച്ച ശാസ്ത്രജ്ഞർ ഇതിലെ വ്യതിയാനം ആപേക്ഷികതാസിദ്ധാന്തത്തിലെ സമവാക്യങ്ങൾക്ക് അനുസരിച്ചാണെന്ന് കണ്ടെത്തി. എങ്കിലും ഗുരുത്വാകര്‍ഷണ തരംഗങ്ങളെ ആദ്യം തൊട്ടറിഞ്ഞത് ലൈഗോ ഡിറ്റക്ടറുകളായിരുന്നു. ഭൂമിയിലൂടെ കടന്നുപോകുന്ന ഗുരുത്വാകര്‍ഷണ തരംഗങ്ങൾക്ക് നിരന്തരമായി കാതോർത്തിരിക്കുകയാണ് ലൈഗോ ഡിറ്റക്റ്റർ എന്ന് പറയാം.

എന്താണ് ലൈഗോ?

ലൈഗോ എങ്ങനെയാണ് ഗുരുത്വ തരംഗങ്ങളെ കണ്ടെത്തുന്നത് എന്ന് നോക്കാം. രണ്ടോ അതിലധികമോ പ്രകാശ സ്രോതസ്സുകളിൽ നിന്നുള്ള തരംഗങ്ങളെ ഒന്നിച്ച് ചേർത്തുണ്ടാക്കുന്ന ഒരു ഇന്റർഫെരൻസ് പാറ്റേൺ (Interference Pattern) അളന്ന് ഇന്റർഫെറൻസിന് കാരണമായ പ്രതിഭാസത്തെ പഠിക്കാൻ സഹായിക്കുന്ന ഉപകരണങ്ങളാണ് ഇന്റർഫെറൊമീറ്ററുകൾ (Interferometer). പത്തൊൻപതാം നൂറ്റാണ്ടിൽ കണ്ടുപിടിച്ച മൈക്കൽസൺ ഇന്റര്ഫെറൊമീറ്ററിന്റെ [4] (Michelson Interferometer) അടിസ്ഥാന തത്വങ്ങളാണ് ലൈഗോയുടെ പ്രവർത്തനത്തിന്റെയും അടിസ്ഥാനം (പ്രകാശ തരംഗങ്ങൾക്ക് കടന്നുപോകാൻ ഒരു മാധ്യമം, ഈതർ , ആവശ്യമാണെന്ന സിദ്ധാന്തം തെറ്റാണെന്ന് തെളിയിച്ചത് മൈക്കൽസൺ - മോർലി പരീക്ഷണമായിരുന്നു). [5]

ഒരു ബീം സ്പ്ളിറ്ററിലൂടെ (Beam Splitter) കടന്നുപോകുന്ന ലേസർ ബീം സമാനമായ രണ്ട് ബീമുകളായി വേർതിരിക്കപ്പെടുന്നു പിരിക്കപ്പെടുന്നു. ഒരു ബീമിന് ലംബമായിട്ടാണ് രണ്ടാമത്തേത് സഞ്ചരിക്കുന്നത്. ഡിറ്റക്ടറിന് 90 ഡിഗ്രി ആംഗിളിലുള്ള ‘എൽ’ (L) ആകൃതിയിലുള്ളരണ്ട് കൈകളാണുള്ളത്. രണ്ടിനും ഒരേ നീളവും. ഇരു വശങ്ങളിലേക്കും തുല്യദൂരം സഞ്ചരിച്ച ശേഷം പ്രതിഫലിക്കപ്പെടുന്ന പ്രകാശ തരംഗങ്ങൾ വീണ്ടും ബീം സ്പ്ളിറ്ററിൽ ഒന്നുചേരുന്നു. തുല്യ ദൂരമാണ് രണ്ടും സഞ്ചരിച്ചതെങ്കിൽ ഒന്നുചേരുമ്പോഴുണ്ടാകുന്ന ബീം, സ്പ്ളിറ്റ് ചെയ്യപ്പെടുന്നതിനു മുന്പുള്ള തീവ്രതയിൽ പ്രകാശിക്കുകയോ അല്ലെങ്കിൽ പൂർണമായി ഇല്ലാതാക്കപ്പെടുകയോ ചെയ്യുന്നു (Constructive or Destructive Interference).

ലൈഗോയിൽ ഇത് പരസ്പരം ഇല്ലായ്മ ചെയ്യപ്പെടുന്നു (Destructive). അതായത് ഇന്റർഫെറോമീറ്ററിന്റെ ഫോട്ടോഡിറ്റക്ടറിൽ ഒന്നും രേഖപ്പെടുത്തുന്നില്ല. ഇനി സ്ഥലകാലത്തിലുണ്ടാകുന്ന വ്യതിയാനങ്ങൾ ഇന്റര്ഫെറൊമീറ്ററിന്റെ കയ്യുകളെ വലിച്ചു നീട്ടുകയോ ചുരുക്കുകയോ ചെയ്യുന്നെന്ന് കരുതുക. രണ്ട് ബീമുകളും സഞ്ചരിക്കുന്ന ദൂരം വ്യത്യസ്തമായിരിക്കും. തിരിച്ച് ബീം സ്പ്ളിറ്ററിലെത്തുന്ന പ്രകാശ തരംഗങ്ങൾ സൂപ്പർ ഇംപോസ് ചെയ്തുണ്ടാകുന്ന പുതിയ തരംഗം ഫോട്ടൊഡിറ്റക്ടറിൽ അളന്ന് ഇന്റര്ഫെറൻസിന് കാരണമായ പ്രതിഭാസം നമുക്ക് പഠിക്കാനാവും. ഇതിൽ ശ്രദ്ധേയമായ വസ്തുത ഗുരുത്വാകര്‍ഷണ തരംഗങ്ങൾ കടന്നുപോകുമ്പോൾ ഇന്റര്ഫെറോമീറ്ററീന്റെ ‘എൽ’ (L) ആകൃതി യിലുള്ള കൈകളിലുണ്ടാകുന്ന ദൂരവ്യതിയാനം വെറും 10-21 മീറ്ററാണെന്നതാണ്. ഒരു പ്രോട്ടോൺ വ്യാസത്തിന്റെ പതിനായിരത്തിലൊരംശം.

ഒരു സാധാരണ മൈക്കൽസൺ ഇന്റർഫെറോമീറ്ററിനേക്കാൾ അനേകമടങ്ങ് വലുതും കൃത്യതയുള്ളതുമായ ഉപകരണമാണ് ലൈഗോ. നാല് കിലോമീറ്റർ ദൂരമുള്ള കൈകളാണ് ഇവക്കുള്ളത്. ഈ കൈകളിൽ ഉറപ്പിച്ചിരിക്കുന്ന നിരവധി ദർപ്പണങ്ങൾ പ്രകാശത്തെ 280 തവണ പ്രതിഫലിപ്പിച്ച് ഏകദേശം 1120 കിലോമീറ്ററോളം സഞ്ചരിപ്പിക്കുന്നു. എത്രയും കൂടുതൽ സഞ്ചരിക്കുന്നുവോ അത്രയും സൂക്ഷ്മമായ വ്യതിയാനങ്ങൾ രേഖപ്പെടുത്താൻ ലൈഗോ സക്ഷമമാകുന്നു.

ലൈഗോയ്ക്ക് രണ്ട് ഡിറ്റക്റ്ററുകളാണുള്ളത്. ഒന്ന് വാഷിംഗ്റ്റണിലെ ഹാന്ഫോർഡിലും മറ്റൊന്ന് ലുയിസിയാനയിലെ ലിവിംഗ്സ്റ്റണിലും. ഇവ തമ്മിലുള്ള ദൂരം 3002 കിലോമീറ്ററാണ്. ഇത്രയും ദൂരെയുള്ള രണ്ട് ഡിറ്റക്ടറുകൾ പ്രാദേശികമായി ലഭിക്കുന്ന തെറ്റായ വൈബ്രേഷനുകളെ അവഗണിക്കാൻ സഹായിക്കുന്നു. ഇറ്റലിയിലെ വിർഗോ, ജർമനിയിലെ ജിയോ600, ജപ്പാനിലെ കാഗ്ര എന്നിവ പരിപൂർണ പ്രവർത്തന ക്ഷമമാകുന്നതോടെ ഈ രംഗത്തെ ഗവേഷണം ഇനിയും പുരോഗമിക്കുമെന്ന് കരുതാം. ലൈഗോ ഇന്ത്യയും വരുന്ന വർഷങ്ങളിൽ സജീവമായി ഈ രംഗത്തുണ്ടാകും.

ലൈഗോ എന്താണ് കണ്ടെത്തിയത്?

1.3 ബില്ല്യൺ വർഷങ്ങൾക്ക് മുൻപ് നടന്ന ഒരു ബൈനറി ബ്ളാക്ക് ഹോൾ മെർജറിൽ (തമോഗർത്ത ലയനം ) നിന്ന് ഉത്ഭവിച്ച ഗുരുത്വ തരംഗങ്ങളാണ് ലൈഗോ കൃത്യമായി കണ്ടെത്തിയത്. 29 സൂര്യന്മാർക്ക് തുല്യമായ ദ്രവ്യമാനമുള്ള ഒരു തമോഗർത്തവും 36 സൂര്യന്മാർക്ക് സമമായ മറ്റൊരു തമോഗർത്തവും ചേർന്ന് 62 സൂര്യന്മാരുടെ ദ്രവ്യമാനമുള്ള ഒരു പുതിയ തമോഗർത്തം ഉണ്ടാകുന്നു. ഊർജ്ജ സംരക്ഷണ നിയമപ്രകാരം ബാക്കിയുള്ള 3 സൂര്യന്മാർക്ക് തുല്യമായ ദ്രവ്യം ഊർജ്ജമായി പരിണമിക്കുകയും അതിൽ ഒട്ടൊക്കെ ഗുരുത്വതരംഗങ്ങളായി സ്ഥലകാല (space-time)ത്തിലൂടെ പ്രസരിക്കുകയും ചെയ്യുന്നു. ഉദ്ദേശം 50000 വർഷം മുന്പ് ഇവ ആകാശഗംഗയിൽ എത്തിയിരുന്നിരിക്കാം, ഇത് ഹോമോ സാപിയൻസ് പരിണമിക്കുന്നതിന്റെ ആരംഭദശയിലാണ് സംഭവിക്കുന്നത്. അതേ സ്പീഷിസിന്റെ പിന്മുറക്കാർ വർഷങ്ങൾക്ക് ശേഷം ആ സിഗ്നലുകൾ കണ്ടെത്തി എന്നത് രസകരമായ വസ്തുതയാണ്.

എങ്ങനെയാണ് ഈ ഗുരുത്വാകര്‍ഷണ തരംഗങ്ങളുടെ പ്രഭവ സ്ഥാനം കൃത്യമായി കണ്ടെത്തിയതെന്ന് നോക്കാം. ഗുരുത്വാകര്‍ഷണ തരംഗങ്ങളുടെ വേഗം പ്രകാശവേഗത്തിന് തുല്യമാണ്. അപ്പോൾ തമോഗർത്തങ്ങൾ കൂട്ടിയിടിച്ചത് എവിടെ എന്നറിഞ്ഞാൽ എപ്പോൾ എന്നും നമുക്ക് കണ്ടെത്താം. സമയത്തിനനുസരിച്ച് ഗുരുത്വ തരംഗങ്ങളുടെ പിരിയഡ് വർദ്ധിച്ചു വരുന്നതായി കാണാം. പുതിയ തമോഗർത്തത്തിന്റെ ദ്രവ്യമാനം അറിയാമെങ്കിൽ എത്രത്തോളം ദ്രവ്യം ഊർജ്ജമായി പരിണമിച്ച് ഗുരുത്വ തരംഗങ്ങളാക്കപ്പെട്ടു എന്ന് കണക്കാക്കാം. ഇതിൽ നിന്നും ഈ തരംഗങ്ങളുടെ പ്രഭവസ്ഥാനം എത്രദൂരെയാണ് എന്ന് നിർണയിക്കാവുന്നതാണ് (ഉത്ഭവ സ്ഥാനത്തെ തരംഗങ്ങളുടെ തീവ്രത എത്രത്തോളമുണ്ടെന്നത് ഒരു അനുമാനമാണ്. എങ്കിലും അത് ഏറെക്കുറെ ശരിയായ അനുമാനമായി കണക്കാക്കാവുന്നതാണ്). ഏത് ദിശയിൽ നിന്നാണ് തരംഗങ്ങൾ വന്നത് എന്ന് കൃത്യതയോടെ മനസ്സിലാക്കുന്നതിന് കൂടുതൽ ഡിറ്റക്റ്ററുകൾ ആവശ്യമാണ്. രണ്ട് ഡിറ്റക്ടറുകൾ ഉപയോഗിച്ചുള്ള സ്ഥാനനിർണയം അൽപം സങ്കീർണ്ണമായ ഒന്നാണ്. GRB 051103 എന്ന ഈ കോസ്മിക് ഇവന്റിന്റെ സ്ഥാന നിർണയത്തിന്റെ വിശദാംശങ്ങൾ ലിഗോ വെബ്സൈറ്റിൽ ലഭ്യമാണ് [6].

ഒരൽപം ചരിത്രം

സർ ഐസക്ക് ന്യൂട്ടണാണ് ഗുരുത്വാകർഷണ സിദ്ധാന്തം ലോകത്തിനു മുന്നിൽ അവതരിപ്പിക്കുന്നത്. നിശ്ചിത അല്ലെങ്കിൽ ദ്രവ്യമാനമുള്ള രണ്ട് വസ്തുക്കൾ തമ്മിൽ അനുഭവപ്പെടുന്ന ഒരു ബലം ആയിട്ടാണ് ന്യൂട്ടൺ ഗുരുത്വാകർഷണ ബലത്തെ നിർവചിച്ചത്. ഈ ബലം വസ്തുക്കൾ തമ്മിലുള്ള അകലത്തിന്റെ വർഗത്തിന് വിപരീതാനുപാതത്തിലും അവയുടെ ദ്രവ്യമാനത്തിന് നേർ അനുപാതത്തിലുമായിരിക്കുമെന്നായിരുന്നു അദ്ദേഹത്തിന്റെ അനുമാനം. ഇതേ സിദ്ധാന്തം ഉപയോഗിച്ച് അദ്ദേഹം ചന്ദ്രൻ ഭൂമിക്ക് ചുറ്റും ഒരു ഭ്രമണപഥത്തിൽ തിരിയുന്നത് മുതലുള്ള പ്രതിഭാസങ്ങൾ വിശദീകരിച്ചു. എന്നാൽ ഗുരുത്വാകർഷണം എങ്ങനെ ഉണ്ടാകുന്നു എന്ന് വിശദീകരിക്കാൻ അദ്ദേഹത്തിന് സാധിച്ചില്ല.

ഐന്സ്റ്റൈന്റെ പൊതു ആപേക്ഷികതാ സിദ്ധാന്തമാണ് ഗുരുത്വാകർഷണത്തെ കുറച്ച് കൂടെ കൃത്യമായി വിശദീകരിക്കുന്നതിൽ വിജയിച്ചത്. നിശ്ചിത ദ്രവ്യമാനമുള്ള ഒരു വസ്തുവിന്റെ സ്ഥലകാലത്തിലുള്ള (Space-time) സാന്നിദ്ധ്യത്തിന്റെ ഫലമായാണ് ഗുരുത്വാകര്‍ഷണം ഉണ്ടാകുന്നതെന്നായിരുന്നു അദ്ദേഹത്തിന്റെ നിഗമനം. സ്ഥലത്തില്‍ (Space) ഒരു വസ്തുവിന്റെ ദ്രവ്യമാനത്തിലുണ്ടാകുന്ന വ്യതിയാനം എങ്ങിനെയാണ് നിശ്ചിത ദൂരത്തിലുള്ള മറ്റ് വസ്തുക്കളിൽ അനുഭവപ്പെടുന്നത്? ഈ വ്യതിയാനം ഒരിടത്തുനിന്ന് മറ്റൊരിടത്തേക്ക് പ്രക്ഷേപണം ചെയ്യപ്പെടുന്നത് എങ്ങനെ? ഈ ചോദ്യങ്ങൾക്കുള്ള ഉത്തരമായിരുന്നു പ്രകാശവേഗതയിൽ സഞ്ചരിക്കുന്ന ഗുരുത്വാകര്‍ഷണ തരംഗങ്ങൾ. കുളത്തിലേക്ക് വലിച്ചെറിയുന്ന കല്ല് ജലോപരിതലത്തിലുണ്ടാക്കുന്ന തരംഗങ്ങൾക്ക് സമാനമായി ദ്രവ്യമാനത്തിൽ മാറ്റമുണ്ടാകുമ്പോൾ അവ ഗുരുത്വാകര്‍ഷണ തരംഗങ്ങളായി സ്പേസ് ടൈമിലൂടെ സഞ്ചരിക്കുന്നു എന്ന് അദ്ദേഹം അനുമാനിച്ചു. ഇവ സഞ്ചരിക്കുന്നത് പ്രകാശവേഗത്തിലുമായിരിക്കും. ഈ അനുമാനങ്ങളുടെ ശരിവെക്കൽ കൂടിയാണ് ഗുരുത്വാകര്‍ഷണതരംഗങ്ങളുടെ കണ്ടെത്തൽ.

ഭാവിയിലെ സാധ്യതകൾ

വിദ്യുത്കാന്തിക വര്‍ണ്ണരാജിയില്‍ (Electromagnetic spectrum) ഒതുങ്ങി നില്ക്കുന്ന പ്രപഞ്ച കാഴ്ചകളായിരുന്നു ഇക്കാലമത്രയും മനുഷ്യന്റെ അന്വേഷണങ്ങളുടെ അടിസ്ഥാനം. 1.3 ബില്യൺ പ്രകാശവർഷങ്ങൾക്കപ്പുറമുള്ള രണ്ട് തമോഗർത്തങ്ങളുടെ കൂട്ടിയിടിപ്പ് ഗുരുത്വ തരംഗങ്ങളൂടെ രൂപത്തിൽ കാണാനുള്ള അവസരമാണ് ലൈഗോ ഡിറ്റക്ടർ മനുഷ്യരാശിക്ക് നല്കിയത്. ഒരു പക്ഷേ മഹാസ്ഫോടനത്തിന്റെ ശേഷിപ്പായ ഗുരുത്വ തരംഗങ്ങൾ മനുഷ്യനെ തേടി എത്തിയേക്കാം. അവയിലടങ്ങിയിരിക്കുന്ന വിവരങ്ങൾ പ്രപഞ്ചത്തിന്റെ ഇനിയും കണ്ടെത്താത്ത രഹസ്യങ്ങളിലേക്ക് ഒരു പുതിയ വാതിൽ തുറക്കാൻ നമ്മെ സഹായിച്ചേക്കാം.

ലൈഗോ ഡിറ്റക്ടർ പ്രവർത്തിക്കുന്നത് പ്രധാനമായും ക്വാണ്ടം ഭൗതികത്തിന്റെ തത്വങ്ങൾക്കനുസൃതമായാണ്. ഗുരുത്വാകര്‍ഷണ കണ്ടുപിടുത്തം പൊതു ആപേക്ഷികതാ സിദ്ധാന്തത്തിന് വീണ്ടും ബലം നല്കുന്നു. ഈ രണ്ട് സിദ്ധാന്തങ്ങളും തമ്മിലുള്ള പൊരുത്തക്കേടുകൾ ശാസ്ത്രലോകത്തെ ചർച്ചാവിഷയമാണ്. എന്നാൽ ഈ പുതിയ കണ്ടെത്തലുകൾ ഒരു ഗ്രാന്റ് യൂണീഫൈഡ് തിയറി എന്ന മാനവരാശിയുടെ അന്വേഷണത്തെ കൂടുതൽ ബലപ്പെടുത്തിയേക്കാം. പ്രപഞ്ചത്തിലെ എല്ലാ വസ്തുക്കളിലൂടെയും വികിരണ നഷ്ടമോ പ്രതിഫലന നഷ്ടമോ ഇല്ലാതെ കടന്നുപോകാൻ കഴിയുന്ന ഒന്നാണ് ഗുരുത്വ തരംഗങ്ങൾ. ആ ഒറ്റക്കാരണത്താൽ തന്നെ അവ വഹിച്ചുകൊണ്ടുവരുന്ന വിവരങ്ങൾ അമൂല്യങ്ങളാണ്. മഹാസ്ഫോടനസിദ്ധാന്തമടക്കമുള്ള ശാസ്ത്രത്തിന്റെ ഭാവനകളിലെ വസ്തുതകളിലേക്ക് വെളിച്ചം വീശുന്ന ഒന്നായേക്കാം ഈ മഹത്തായ കണ്ടുപിടുത്തം.

കുറിപ്പ്

ഗുരുത്വാകര്‍ണ തരംഗങ്ങളും (gravitational waves) ഗുരുത്വ തരംഗങ്ങളും (Gravity waves) ഒന്നല്ല. ഗുരുത്വ തരംഗങ്ങള്‍ ഒരു ഗ്രഹത്തിന്റെ അന്തരീക്ഷത്തില്‍ അതിന്റെ ഗുരുത്വാകര്‍ഷണം മൂലം ഉണ്ടാകുന്ന ഭൗതിക ചലനങ്ങളാണ് (Gravity Waves are physical perturbations driven by the restoring force of gravity in a planetary environment). കൂടുതല്‍ വായനയ്ക്ക് അവലംബം 7 നോക്കുക.

അവലംബം

1) http://www.wired.com/2016/02/scientists-spot-the-gravity-waves-that-flex...

2) https://twitter.com/lkrauss1/status/647510799678750720?lang=en

3) http://kipac.stanford.edu/kipac/projects/bicep2

4) https://en.wikipedia.org/wiki/Michelson_interferometer

5) http://www.ligo.caltech.edu

6) http://www.ligo.org

7) http://news.discovery.com/space/gravitational-waves-vs-gravity-waves-kno...

കൂടുതല്‍ വായനയ്ക്ക്

1) Feynman Lectures on Physics ( Volume 2 )

2) One two three...infinity – George Gamow

3) Einstein and Relativity – Nigel Calder

Essay, Science & Education Share this Creative Commons Attribution-ShareAlike 4.0 International

Reactions

Add comment

Login to post comments