ഇനി മുതൽ നമുക്ക് പ്രപഞ്ചം സംസാരിക്കുന്നത് നമുക്ക് കേള്‍ക്കാനാകും, ചെവിയോര്‍ത്തിരിക്കാം

30

Sabu Jose

ഗുരുത്വാകർഷണ തരംഗങ്ങള്‍ (Gravitational Waves)
എന്താണ് ലൈഗോ കണ്ടെത്തിയത് ?

സ്ഥലകാലത്തിന്റെ തിരശീലയില്‍ ഉണ്ടാകുന്ന ഇളക്കങ്ങളാണ് ഗുരുത്വാകർഷണ തരംഗങ്ങള്‍. ഒരു ജലാശായം നിരീക്ഷിക്കുക. മത്സ്യങ്ങളോ മറ്റു ജിവികളോ ഒന്നുമില്ലാത്ത് അതിന്റെ ഉപരിതലം ശാന്തമായിരിക്കും എന്നാല്‍ ജലാശയത്തില്‍ മത്സ്യങ്ങള്‍ ഉണ്ടെങ്കില്‍ ഇതായിരിക്കില്ല അവസ്ഥ. അവയുടെ ചലനങ്ങള്‍ ജലോപരിതലത്തില്‍ തരംഗങ്ങള്‍ സൃഷ്ടിക്കും ഇതുപോലെ തന്നെയാണ് പിണ്ഡമേറെയുള്ള വസ്തുക്കള്‍ സ്ഥളകാലത്തിലുംകമ്പനങ്ങളുണ്ടാക്കുന്നത്. പ്രപഞ്ചത്തില്‍ ഏറ്റവും കൂടുതല്‍ പിണ്ഡമുള്ള വസ്തുക്കളാണ് തമോദ്വാരങ്ങളും ന്യൂട്രോണ്‍ താരങ്ങളും. ഇവയുടെ പരസ്പര ഭ്രമണവും കൂട്ടിമുട്ടലുമെല്ലാം ഗുരുത്വാകർഷണ തരംഗങ്ങള്‍ സൃഷ്ടിക്കുന്നുണ്ട്. എന്നാല്‍ ഇത്തരം തരംഗങ്ങള്‍ തീര്‍ത്തും ദുര്‍ബലമായതിനാല്‍ അവയെ കണ്ടെത്തുക അത്യന്തം ദുഷ്‌ക്കരമാണ്. പ്രകാശവേഗതയില്‍ സഞ്ചരിക്കുന്ന ഗുരുത്വാകർഷണ തരംഗങ്ങളെ പരഭാഗവികിരണങ്ങളില്‍ നിന്ന് വേര്‍തിരിച്ചെടുത്തുന്നതിന് സവിശേഷ ഉപകരണങ്ങള്‍ ആവശ്യമാണ്. പിണ്ഡമുള്ള വസ്തുക്കള്‍ അവ നിലനില്‍ക്കുന്ന സ്ഥലകാലത്തില്‍ സൃഷ്ടിക്കുന്ന പ്രക്ഷുബ്ധതകളാണ് ഗുരുത്വാകർഷണ തരംഗങ്ങള്‍ എന്നറിയപ്പെടുന്നത്.

എന്നാല്‍ ഇത് വിദ്യുത്കാന്തിക സ്‌പെകട്രത്തിലെ അംഗമല്ല. ഇനി എങ്ങനെയാണ ലൈഗോ ഗുരുത്വാകർഷണ തരംഗങ്ങളെ കണ്ടെത്തുന്നത് എന്നു പരിശോധിക്കാം.ഗുരുത്വാകർഷണ തരംഗങ്ങളെ കണ്ടെത്തുന്നതിനു വേണ്ടി സ്ഥാപിക്കപ്പെട്ട ലൈഗോ (Laser Interferometer gravitational wave observatory- LIGO) എന്ന പരീക്ഷണ ശാലയിലാണ് ഗുരുത്വതരംഗങ്ങളുടെ സാന്നിധ്യം തിരിച്ചറിഞ്ഞത്. L ആകൃതിയില്‍ നാലു കിലോമീറ്റര്‍ ദൈര്‍ഘ്യമുള്ള കുഴലാണ് ഈ പരീക്ഷണശാലയുടെ പ്രധാന ഭാഗം. ഇത്തരം രണ്ടു പരീക്ഷണശാലകള്‍ ഉണ്ട്. ഒന്ന് ലൂസിയാനയിലെ ലിവിംഗ്സ്റ്റണിലും മറ്റൊന്ന് 3000 കിലോമീറ്റര്‍ അകലെ വാഷിംഗ് ടണിലെ ഹാന്‍ഫോര്‍ഡിലുമാണ്.

ഭൂമിയില്‍ നിന്നും 130 കോടി പ്രകാശവര്‍ഷം അകലെയുള്ള ഇരട്ട തമോദ്വാരങ്ങള്‍ കൂടിച്ചേര്‍ന്നപ്പോഴുണ്ടായ ഗുരുത്വതരംഗങ്ങളെയാണ് ലൈഗോ ശാസ്ത്രജ്ഞര്‍ കണ്ടെത്തിയത്. പരസ്പരം ഭ്രമണം ചെയ്തുകൊണ്ടിരുന്ന ഈ തമോദ്വാരങ്ങള്‍ കൂട്ടിയിടിക്കുകയായിരുന്നു. 130 കോടി വര്‍ഷങ്ങള്‍ക്കുമുമ്പ് സംഭവിച്ച ഈ കൂട്ടിയിടിയുടെ അലയൊലികള്‍ ഇപ്പോഴാണ് നമ്മുടെ ചെവികളിലെത്തുന്നത്. പ്രകാശതരംഗങ്ങളുടെ ഇന്റര്‍ഫെറന്‍സ് എന്ന പ്രതിഭാസമാണ് ഇവിടെ ഉപയോഗപ്പെടുത്തുന്നത്. പ്രകാശം മാത്രമല്ല ഏതു തരംഗങ്ങളും ഇന്റര്‍ഫെറന്‍സിനു വിധേയമാണ്. രണ്ടു തരംഗങ്ങളുടെ കൂടിച്ചേരലാണ് ഇന്റര്‍ഫെറന്‍സ് എന്ന് സാമാന്യമായി പറയാം.

രണ്ടു തരംഗങ്ങള്‍ കൂടിച്ചേരുന്നതായി സങ്കല്‍പിക്കുക ഓരോ തരംഗത്തിനും ശൃംഗങ്ങളും ഗര്‍ത്തങ്ങളും ഉണ്ടല്ലോ. രണ്ടു തരംഗങ്ങളും ഒരേപോലെ കൂടിച്ചേര്‍ന്നാല്‍ (ശൃംഗം +ശൃംഗം, ഗര്‍ത്തം +ഗര്‍ത്തം – constructive Interference) കൂടുതല്‍ ശക്തിയുള്ള ഒരു തരംഗം ഉണ്ടാകുന്നു. മറിച്ചാണെങ്കില്‍ (ശൃംഗം+ഗര്‍ത്തം, ഗര്‍ത്തം+ശൃംഗം – destructive Interference തരംഗം ഇല്ലാതാകും. ലൈഗോയില്‍ ‘L’ ആകൃതിയിലുള്ള ഒരു ലേസര്‍ ഇന്റര്‍ഫെറോ മീറ്റര്‍ ആണുള്ളത്. ഒരു ലേസറിനെ രണ്ടായി തിരിച്ച് നാലുകിലോമീറ്റര്‍ നീളമുള്ള രണ്ടു കുഴലിലൂടെ കടത്തിവിടുന്നു. നാലു കിലോമീറ്റര്‍ അപ്പുറം ഒരു പ്രതിഫലം ഉപയോഗിച്ച് ഇവയെ തിരിച്ചയ്ക്കും. രണ്ടു കുഴലിലൂടെയും സഞ്ചരിച്ചു വരുന്ന ലേസറിനെ destructive Interference നടത്തുന്നു. അപ്പോള്‍ ഡിറ്റക്ടറില്‍ പൂജ്യം പ്രകാശം രേഖപ്പെടുത്തും എന്നാല്‍ ബീമുകള്‍ സഞ്ചരിക്കുന്ന ദൂരത്തില്‍ ഇത്തിരിയെങ്കിലും വ്യത്യാസം വന്നാല്‍ ഡിറ്റക്ടറില്‍ പ്രകാശം രേഖപ്പെടുത്തു.

ഇവിടെയാണ് ഗുരുത്വാകർഷണ തരംഗങ്ങള്‍ കളിക്കുന്നത്. ഗുരുത്വാകർഷണ തരംഗങ്ങളുടെ ഇടപെടല്‍ സ്ഥലകാലത്തെ ചുരുക്കുകയും വലിച്ചുനീട്ടുകയും ചെയ്യുന്നുണ്ട് ഇങ്ങനെയുള്ള ചുരുക്കലും വലിച്ചുനീട്ടലും ലൈഗോയുടെ ഒരു കുഴലിനെ ചുരുക്കുകയും മറ്റൊന്നിനെ നീട്ടുകയും ചെയ്താല്‍ destructive Interference ല്‍ ചെറിയ വ്യതിയാനമുണ്ടാവുകയും ഡിറ്റക്ടറില്‍ പ്രകാശം രേഖപ്പെടുത്തുകയും ചെയ്യും. എന്നാല്‍ ഇങ്ങനെയുണ്ടാകുന്ന നീട്ടലും ചുരുക്കലുമൊന്നും അത്ര എളുപ്പത്തില്‍ കണ്ടുപിടിക്കാന്‍ കഴിയില്ല. ഒരു ഗുരുത്വാകർഷണ തരംഗം വന്നിടിച്ചാല്‍ നമ്മുടെ ഭൂമി ഒരു നാനോ മീറ്ററിന്റെ ലക്ഷത്തില്‍ ഒരു ഭാഗം മാത്രമേ വികസിക്കുകയോ ചുരുങ്ങുകയോ ചെയ്യുകയുള്ളൂ. ഇവിടെയാണ് ലൈഗോയുടെ പ്രസക്തി. ഒരു പ്രോട്ടോണിന്റെ പതിനായിരത്തില്‍ ഒരു ഭാഗം മാത്രമുള്ള നീട്ടലും ചുരുങ്ങലും വരെ കണ്ടെത്താന്‍ സംവേദനക്ഷമമാണ് ലൈഗോ.

ലൈഗോയുടെ കണ്ടെത്തലില്‍ നിന്ന് നമുക്ക് എന്തെല്ലാം മനസ്സിലാക്കാനായി എന്ന് പരിശോധിക്കാം. കണക്കുകൂട്ടലുകള്‍ അനുസരിച്ച് 130 കോടി പ്രകാശവര്‍ഷം അകലെയുള്ള രണ്ടു തമോദ്വാരങ്ങള്‍ കൂടിച്ചേര്‍ന്നതിന്റെ ഫലമായിട്ടാണ് ഇപ്പോള്‍ കണ്ടെത്തിയ ഗുരുത്വാകർഷണ തരംഗങ്ങള്‍ സൃഷ്ടിക്കപ്പെട്ടത്. മറ്റൊരു തരത്തില്‍ പറഞ്ഞാല്‍ 130 കോടി വര്‍ഷങ്ങള്‍ക്കു മുമ്പ് സൃഷ്ടിക്കപ്പെട്ട ഗുരുത്വാകർഷണ തരംഗങ്ങള്‍ ഇപ്പോഴാണ് നമ്മുടെ അടുത്തെത്തുന്നത്. സൂര്യന്റെ 30 മടങ്ങുവീതം പിണ്ഡമുണ്ട് ഒരോ തമോദ്വരത്തിനും. ഇവ കൂടിച്ചേര്‍ന്നപ്പോള്‍ അവയുടെ 4.6 ശതമാനം ഊര്‍ജമാണ് തരംഗമായി പുറത്തേക്കു വന്നത്. മറ്റൊരു പ്രധാനകാര്യം ഈ തരംഗങ്ങളുടെ ആവൃത്തി കിലോ ഹെര്‍ട്സില്‍ ആണെന്നതാണ്. അതായത് ഗുരുത്വാകർഷണ തരംഗങ്ങളെ നമുക്ക് കേള്‍ക്കാം. അതായത് 130 കോടി വര്‍ഷങ്ങള്‍ക്കു മുമ്പുണ്ടായ ഒരു പൊട്ടിത്തെറിയുടെ ശബ്ദമാണ് നാം ഇപ്പോള്‍ കേള്‍ക്കുന്നത്.

ഐന്‍സ്റ്റൈന്റെ പ്രവചനത്തിന്റെ സ്ഥിരീകരണം മാത്രമല്ല, തമോദ്വാരങ്ങളുടെ അസ്തിത്വത്തിനുള്ള തെളിവായും ഈ കണടുപിടിത്തത്തെ കാണാന്‍ കഴിയും. രണ്ടു വര്‍ഷങ്ങള്‍ക്കു മുമ്പ് അന്റാര്‍ട്ടിക്കയിലെ അമുണ്ട്‌സെന്‍ സ്‌കോട്ട് പോയിന്റില്‍ സ്ഥാപിച്ചിട്ടുള്ള ബൈസപ് – 2 പരീക്ഷണശാലയില്‍ വച്ച് ഗുരുത്വാകർഷണ തരംഗങ്ങളെ കണ്ടെത്തിയതായി കരുതിയിരുന്നു. എന്നാല്‍ തുടര്‍പരീക്ഷണത്തില്‍ പരീക്ഷണഫലം ശരിയല്ലെന്നു കണ്ടെത്തുകയായിരുന്നു. മഹാവിസ്‌ഫോടനത്തിനും അതേത്തുടര്‍ന്നുണ്ടായ ത്വരിത വികാസത്തിനും (Inflation) ഏറ്റവും ശക്തമായ തെളിവാണ് ഗുരുത്വാകർഷണ തരംഗങ്ങള്‍. പ്രകാശത്തിനു പോലും കടന്നുവരാന്‍ കഴിയാത്ത ശക്തമായ ഗുരുത്വബലമുള്ള തമോദ്വാരങ്ങളേക്കുറിച്ചുള്ള പഠനത്തിന് ഗുരുത്വാകർഷണ തരംഗങ്ങള്‍ സഹായിക്കും.

ഇന്ത്യയിലും ഇത്തരം പരീക്ഷണശാലകള്‍ ഉണ്ടാക്കാനുള്ള ശ്രമം നടക്കുന്നുണ്ട്. ടാറ്റ ഇന്‍സ്റ്റിറ്റ്യൂട്ട് ഓഫ് ഫണ്ടമെന്റല്‍ റിസര്‍ച്ച്, ഇന്റര്‍യൂണിവേഴ്‌സിറ്റി സെന്റര്‍ ഫോര്‍ ആസ്‌ട്രോണമി ആന്റ് ആസ്‌ട്രോഫിസിക്‌സ്, ഇന്‍സ്റ്റിറ്റ്യൂട്ട് ഓഫ് പ്ലാസ്മ റിസര്‍ച്ച് എന്നീ സ്ഥാപനങ്ങളാണ് പ്രധാന സംരംഭകര്‍. ഗുരുത്വാകർഷണ തരംഗങ്ങളെ കണ്ടുപിടിക്കുന്ന ഇന്റര്‍ഫെറോമീറ്ററുകള്‍ ലോകത്തിലെ തന്നെ ഏറ്റവും കൃത്യതയുള്ള ഉപകരണങ്ങളാണ്. 1994 ല്‍ ആണ് ലൈഗോയുടെ നിര്‍മാണം ആരംഭിച്ചത്. 2002 ല്‍ പ്രാരംഭപരീക്ഷണങ്ങള്‍ തുടങ്ങുകയും ചെയ്തു. ലൈഗോ പോലെയുള്ള ഉപകരണങ്ങളില്‍ നടത്തുന്ന കൃത്യതയാര്‍ന്ന പരീക്ഷണങ്ങള്‍ പ്രപഞ്ചത്തിലെ അപ്രാപ്യമായ ഇടങ്ങളേക്കുറിച്ചുള്ള അറിവുകള്‍ പ്രദാനം ചെയ്യും. ഇതുവരെ നമ്മള്‍ ബധിരർ ആയിരുന്നു. ഇനി മുതൽ നമുക്ക് പ്രപഞ്ചം സംസാരിക്കുന്നത് നമുക്ക് കേള്‍ക്കാനാകും. ചെവിയോര്‍ത്തിരിക്കാം അതിനായി.