logo3.gif (702 bytes)

HOME


ක්‌වොන්ටාවේ කතාව 34
මුළු විශ්වයට ම ඇත්තේ එක්‌ ඉලෙක්‌ට්‍රොaනයක්‌ පමණ යි?


"යම් නිරීක්‌ෂණ හා සෛද්ධාන්තික නිගමන පැහැදිලි කිරීමේ වෙන වෙනස්‌ දැක්‌මවල් එකවර තිබිය හැකි වේ. ඇතැම් පැහැදිලි කිරීමේ අප ගේ සාම්ප්‍රදායික දැක්‌ම උඩු යටිකුරු කරවන ආකාරයේ විය හැකි ය. අතීතයට යන ඉලෙක්‌ට්‍රොaනය එවැනි ය.

ඒ 1940 වසරේ වසන්තයේ එක්‌ රාත්‍රියකි. විසිවැනි සියවසේ විසූ විශිෂ්ට භෞතික විද්වතකු වූ රිචර්ඩ් ෆෙයින්මාන් ගේ (Richard Feynman) දුරකථනය හදිසියේ නාද විය. ඒ ඇමතුම ෆෙයින්මාන් ගේ ගුරුතුමා වූ භෞතික විද්‍යාඥ ජෝන් ඒ. වීලර් ගෙන් (John A. Wheeler) විය. "ෆෙයින්මාන්, සැම ඉලෙක්‌ට්‍රොaනයක්‌ ම සැම අතින් ම සර්වසම වෙන්න හේතුව මම දැනගත්තා. ඒ අපි හැම විට ම දකින්නේ එක ම ඉලෙක්‌ට්‍රොaනය නිසා. මේ විශ්වයට ම තියෙන්නේ එක්‌ ඉලෙක්‌ට්‍රොaනයක්‌ පමණයි." ෆෙයින්මාන් ක්‌ෂණික ව වීලර් ගේ අදහස තේරුම්ගත් අතර හෙතෙම ගල්ගැසිණි. මේ වීලර් ගේ කතාවේ තේරුම කුමක්‌ ද?



1928 වන විටත් පොල් ඩිරැක්‌ සිටියේ සිය ක්‌වොන්ටම් ගණිත පද්ධතිය තවදුරටත් වර්ධනය කරමින් ය. ඔහු ඉලෙක්‌ට්‍රොaන චලිතය පිළිබඳව සැලකුවේ ය. ඉලෙක්‌ට්‍රොaන පරමාණු තුළත් ඇතැම් විට පරමාණු අතරත් චලිත විය හැකි බව ඒ වන විටත් පිළිගත් මතය විය. එහෙත් මේ චලිත නිව්ටන් ගේ චලිත නියම තුළ ම පැහැදිලි කළ අතර සාපේක්‌ෂතාවාදය යෙදීමක්‌ සිදු වූයේ නැත. ඩිරැක්‌ තරංග ශ්‍රිතය මගින් ලබා දෙන ඉලෙක්‌ට්‍රොaනයේ චලිතයට විශේෂ සාපේක්‌ෂතාවාදය යෙදුවේ ය. හයිඩ්‍රජන් වර්ණාවලියේ සියලු නිරීක්‌ෂණ හරියට ම එමගින් පැහැදිලි කළ හැකි විය. ඉලෙක්‌ට්‍රොaනයේ අප දුටු බැමුම ඔහු ගේ ගණනයේ ද ප්‍රතිඵලයක්‌ ලෙස ලැබිණි. බැමුමෙන් ජනනය වන චුම්බක ක්‌ෂේත්‍රයේ ප්‍රමාණය ද හෙතෙම ගණනය කළේ ය. එමෙන් ම ඔහුට පෙනී ගියේ හයිඩ්‍රජන් පරමාණුවේ ඉලෙක්‌ට්‍රොaන චලිත වන බෝර් කිව් ආකාරයේ ශක්‌ති මට්‌ටම්වලට අමතර ව සෘණ ශක්‌තියෙන් යුක්‌ත කක්‌ෂ ද තිබිය යුතු බව ය. එනම් ඒවායේ පැවැත්ම ගණිතමය වශයෙන් සංගත බව ය. සමීකරණයට ධන මෙන් ම සෘණ විසඳුම් ද ලැබිණි. ඉලෙක්‌ට්‍රොaනයක්‌ සාමාන්‍ය ශක්‌ති මට්‌ටමක සිට මේ ගුප්ත සෘණ ශක්‌ති මට්‌ටමකට පැන්නොත් විශාල ශක්‌තියක්‌ පිට විය යුතු බව ද ඔහු සාධනය කළේ ය.

වසර දෙකකට පසු-එනම්( 1930 දී -ඩිරැක්‌ මේ සෘණ ශක්‌තිය සඳහා අර්ථකථනයක්‌ ලබා දුන්නේ ය. ඔහු කීවේ මේ සෘණ ශක්‌ති මට්‌ටම් ඇති වන්නේ ප්‍රති-ඉලෙක්‌ට්‍රොaන (Antielectron) නිසා බව ය. මෙය ඉලෙක්‌ට්‍රොaනය හා සමාන ස්‌කන්ධයකින් යුක්‌ත වන අතර, ඉලෙක්‌ට්‍රොaනයේ ආරෝපණය හා සමාන ධන ආරෝපණයෙන් යුක්‌ත බව ඩිරැක්‌ කීවේ ය. ඉලෙක්‌ට්‍රොaනයක්‌ හා ප්‍රති-ඉලෙක්‌ට්‍රොaනයක්‌ එක්‌ වීමෙන් ඒ දෙක ම වැනසී අයින්ස්‌ටයින් ගේ E=mc2 ට අනුව ශක්‌තිය (විකිරණ ශක්‌ති ක්‌වොන්ටාවක්‌) බවට පෙරළෙන බව ඔහු තවදුරටත් කීවේ ය. මේ ප්‍රති-ඉලෙක්‌ට්‍රොaනය යන්න පොසිට්‍රොaනය (Positron) ලෙස නම් කෙරිණි. මේ සංකල්පය පසු ව පොදුවේ ප්‍රති-පදාර්ථය (Antimatter) ලෙස යොදාගත් අතර, ඊට අනුව සාමාන්‍ය පදාර්ථය ප්‍රති-පදාර්ථය සමඟ එක්‌ වී ශක්‌තිය (විකිරණ) මැවේ. එමෙන් ම ප්‍රමාණවත් ශක්‌තිය (විකිරණ ක්‌වොන්ටාව කින්) ඇති විට ඉන් පදාර්ථය හා ප්‍රති-පදාර්ථය ජනිත වේ.

එහෙත් ඒ වන විටත් රුසියන් ජාතික දිමිත්‍රි ස්‌කොබෙල්සින් (Dmitri Skobeltsyn) දැන සිටි දෙයක්‌ තිබිණි. ඔහු 1923 දී පමණ වලා කුටීරයක්‌ මගින් අන්තරීක්‌ෂ කිරණ (Cosmic Ray) හා මුසු වී ඇති ගැමා කිරණ අනාවරණය කරගැනීම සඳහා පරීක්‌ෂණ කළේ ය. එහි දී වලා කුටීරයේ ඉලෙක්‌ට්‍රොaනය හා සමාන නමුත් ප්‍රතිවිරුද්ධ ආරෝපණය සහිත සලකුණු ඔහු දුටුවේ ය. ඔහුට පිළිතුරක්‌ නො වී ය. 1932 අගෝස්‌තු මස ඇමෙරිකාවේ කැල්ටෙක්‌හි කාල් ඇන්ඩර්සන් ද (Carl Anderson) අන්තරීක්‌ෂ කිරණ වලා කුටීරයක්‌ හරහා යන විට ඇති කරන සලකුණු ගැන අධ්‍යයන කරමින් සිටි අතර ඔහු දුටුවේ ඉලෙක්‌ට්‍රොaනය හා සමාන නමුත් ධන ආරෝපිත අංශුවක ගමන් සලකුණු ය. ඩිරැක්‌ ගේ කතාවට පරීක්‌ෂණාත්මක සාධක එක්‌ විය. තවදුරටත් පරීක්‌ෂණ කළ ඇන්ඩර්සන් ගැමා කිරණ පදාර්ථය (න්‍යෂ්ටියක්‌) හා ගැටීමේ දී ඉලෙක්‌ට්‍රොaන-පොසිට්‍රොaන යුගල ජනිත වන බව ද පෙන්වා දුන්නේ ය. ශක්‌තිය සහිත වූ ගැමා ක්‌වොන්ටාව ඉලෙක්‌ට්‍රොaන-පොසිට්‍රොaන යුගලයක්‌ බවට පෙරැළී ඇත. මෙය යුගල උත්පාදනය (Pair Production) නම් වේ. පසු ව ආ බොහෝ පරීක්‌ෂණ ප්‍රතිඵල පැහැදිලි කිරීමට මේ ප්‍රති-පදාර්ථ මාදිලියට හැකි විය. ඩිරැක්‌ ගේ සිද්ධාන්තය තහවුරු විය.

ඉහත රූපයේ දැක්‌වෙන්නේ ඉලෙක්‌ට්‍රොaනයක්‌ හා පොසිට්‍රොaනයක්‌ එක්‌ වීමෙන් ශක්‌ති ක්‌වොන්ටාවක්‌ ජනනය වීමත්, පෙරළා ශක්‌ති ක්‌වොන්ටාවක්‌ මගින් ඉලෙක්‌ට්‍රොaනයක්‌ හා පොසිට්‍රොaනයක්‌ ජනනය වීමත් ය. එහි සමමිතිකතාවක්‌ ඇත.

දැන් අවකාශයේ හා කාලයේ ඉලෙක්‌ට්‍රොaනයක චලිතය අපි පහත පරිදි නිරූපනය කරමු.



ඉලෙක්‌ට්‍රොaනයක හා පොසිට්‍රොaනයක අන්තර්ක්‍රියාව මගින් ශක්‌ති ක්‌වොන්ටාවක්‌ ජනිත වීම අවකාශ-කාල සටහනක නිරූපනය කරමු.



අවකාශයේ තැන් දෙකකින් පැමිණි ඉලෙක්‌ට්‍රොaනයක්‌ හා පොසිට්‍රොaනයක්‌ එකට ගැටී ශක්‌තිය ජනනය වේ. දැන් මීට සමමිතික රූපය 4 බලන්න.



අංක 3 සහ අංක 4 රූප එක ම නිරූපනයන් වන අතර, අංක 3 රූපයේ කාලයේ ධන දිශාවට යන පොසිට්‍රොaනය අංක 4 රූපයේ කාලයේ සෘණ දිශාවට හෙවත් අතීතයට යන ඉලෙක්‌ට්‍රොaනයකින් නිරූපනය කොට ඇත. මේ අනුව පොසිට්‍රොaනය ලෙස අප හඳුනාගන්නේ කාලයේ පසුපසට යන ඉලෙක්‌ට්‍රොaනයක්‌ ම ය. වලා කුටීරයේ පොසිට්‍රොaනය ලෙස සලකුණු වන්නේ අතීතයට යන ඉලෙක්‌ට්‍රොaනයයි. අතීතයට යන ඉලෙක්‌ට්‍රොaනයේ ආරෝපණය මාරු වී ඇත. මෙය ගණිතමය වශයෙන් සංගත වේ.

මෙහි අනෙක්‌ සිත් ගන්නා දෙය නම් මේ රූපයේ ඇත්තේ එක්‌ ඉලෙක්‌ට්‍රොaනයක්‌ පමණක්‌ බව ද සිතිය හැකි ය. රූපයේ මේ මොහොත බලන්න. මේ මොහොතේ ඉලෙක්‌ට්‍රොaන දෙකක්‌ ඇත. එකක්‌ කාලයේ අනාගතයටත් අනෙක අතීතයටත් (පොසිට්‍රොaනය ලෙස හඳුනාගන්නා) යන ලෙස හඳුනාගත හැකි ය. එහෙත් මුළු රූපය ම දෙස බැලීමෙන් පෙනෙන්නේ මේ අනාගතයට ගොස්‌ එන්නේ එක ම ඉලෙක්‌ට්‍රොaනය බවයි. ජෝන් වීලර් ගේ තර්කය එයයි.



මේ රූපයට අනුව මේ මොහොතේ සිට බලන අපි ඉලෙක්‌ට්‍රොaන 5ක්‌ නිරීක්‌ෂණය කරන අතර පොසිට්‍රොaන 4ක්‌ ද හඳුනාගනිමු. එහෙත් මේ පොසිට්‍රොaන යනු අතීතයට යන ඉලෙක්‌ට්‍රොaන ම වේ. අනෙක්‌ අතට අතීතය හා අනාගතය සහිත සමස්‌ත රූපය බැලීමෙන් පෙනෙන්නේ ඉලෙක්‌ට්‍රොaන 5ක්‌ හා පොසිට්‍රොaන 4ක්‌ ලෙස මේ මොහොතේ අප අත්දකින්නේ එක ම ඉලෙක්‌ට්‍රොaනයක්‌ බවයි. විශ්වයට ම ඇත්තේ එක්‌ ඉලෙක්‌ට්‍රොaනයක්‌ ය යන වීලර් ගේ නිගමනය විහිළුවක්‌ නො වේ.

ෆෙයින්මාන් ද වීලර් ගේ අදහස විහිළුවක්‌ ලෙස නො ගත්තේ ය. ඒ මත සිට කල්පනා කළ ඔහු මේ ක්‌වොන්ටම් අන්තර්ක්‍රියා ගණිතමය නිරූපනයට අමතර ව රූපමය වශයෙන් ද නිරූපනය කළේ ය (උදා: රූපය 1). ඒවා ෆෙයින්මාන් රූපක (Feynman Diagrams) ලෙස ප්‍රසිද්ධ විය. 1965 දී ෆෙයින්මාන් ඒ සඳහා නොබෙල් ත්‍යාගය ද ලැබුවේ ය. එහි පොසිට්‍රොaනය සහ කාලය හරහා අතීතයට යන ඉලෙක්‌ට්‍රොaනය අතර වෙනසක්‌ නැත. වීලර් ගේ අදහසට අනුව යමින් ෆෙයින්මාන් ද කීවේ පොසිට්‍රොaනය යනුවෙන් අප අත්විඳින්නේ අතීතයට යන ඉලෙක්‌ට්‍රොaනය බවයි.

එහෙත් ෆෙයින්මාන් වීලර් ගෙන් ප්‍රශ්නයක්‌ ඇසුවේ ය. බොහෝ ඉලෙක්‌ට්‍රොaන ප්‍රමාණයක්‌ ලෙස අප අත්දකින්නේ අනාගතයට හා අතීතයට යන එක ම ඉලෙක්‌ට්‍රොaනය නම් ඉලෙක්‌ට්‍රොaන ප්‍රමාණයට සමාන වූ ප්‍රමාණයක්‌ පොසිට්‍රොaනත් නිරීක්‌ෂණය විය යුතු ය. ඒ, වීලර්ට අනුව අප පොසිට්‍රොaනය ලෙස හඳුනාගන්නේ අර එක ම ඉලෙක්‌ට්‍රොaනය අතීතයට යන ගමන වන බැවිනි. අතීත ගමන් සහ අනාගත ගමන් සමාන විය යුතු ය. අංක 5 රූපයේ ඉලෙක්‌ට්‍රොaන 5ක්‌ අප දකින විට පොසිට්‍රොaන 4ක්‌ ඇත. එහෙත් නිරීක්‌ෂණ අනුව ඉලෙක්‌ට්‍රොaනවලට සාපේක්‌ෂ ව පොසිට්‍රොaන ඇත්තේ ඉතා අඩු ප්‍රමාණයකි. වීලර් ද මේ ප්‍රශ්නය හඳුනාගෙන තිබිණි. ඔහු ගේ එක්‌ අදහසක්‌ වූයේ පොසිට්‍රොaන සැඟවී තිබිය හැකි බව හෝ ඒවා විශ්වයේ වෙනත් කොනක පිරී තිබිය හැකි බවයි. විශ්වය සැම දිශාවට ම එක හා සමානයි යන කතාවට එය ගැළපෙන්නේ නැත.

කෙසේ වෙතත් මෙහි දී ද පැහැදිලි වන්නේ යම් නිරීක්‌ෂණ හා සෛද්ධාන්තික නිගමන පැහැදිලි කිරීමේ වෙනවෙනස්‌ දැක්‌මවල් ය. ඇතැම් පැහැදිලි කිරීම් අප ගේ සාම්ප්‍රදායික දැක්‌ම උඩුයටිකුරු කරවන ආකාරයේ විය හැකි ය. අතීතයට යන ඉලෙක්‌ට්‍රොaනය මෙන් ම ප්‍රති-පදාර්ථය ද එසේ ම ය. යම් සන්දර්භයක්‌ තුළ එකිනෙකට වෙනස්‌ පැහැදිලි කිරීම් ඇති අතර, එකක්‌ තව එකකට වඩා නිවැරැදි වත් ඉහළින් වත් නැත. එහෙත් මේ පැහැදිලි කිරීම් අදාළ සන්දර්භයෙන් එළියට ගෙන වෙනත් අවස්‌ථා සඳහා යෙදීමට යැමේ දී විසංවාදය අනිවාර්ය වේ (ෙෂ්‍රාaඩින්ගර් ගේ මිය ගිය හා මිය නො ගිය පූසා මෙන්). ඒ පැහැදිලි කිරීම්වල අරුම පුදුම බවක්‌ දැනෙන්නේ ද අප එවා වෙනත් සන්දර්භ සමඟ සන්සන්දනය කිරීමට යැම නිසා ය. නිමක්‌ නැති ව කියන ජනප්‍රිය කාල-තරණ (Time Travel) කතා එවැනි මුග්ධ නිගමනයන් ය. ඉලෙක්‌ට්‍රොaනයේ කාල-තරණ කතාව සාමාන්‍ය ලෝකයට අදාළ නො වේ.

ලබන සතියේ : 35 කොටස : සදා සැඟවුණු 'සැඟවුණු විචල්‍යයෙන්' යථාර්ථයට මුක්‌කුවක්‌