Science And Technology: అదృశ్య ఐదో శక్తి!

మన విశ్వం మొత్తాన్ని నాలుగు ప్రాథమిక బలాలు.. గురుత్వాకర్షణ, విద్యుదయస్కాంత, బలహీన, బలీయ శక్తులు నడిపిస్తున్నాయి. ఇవే కాకుండా ఐదో శక్తీ ఉందని కొన్ని ఊహాత్మక సిద్ధాంతాలు ప్రతిపాదిస్తున్నాయి. ప్రస్తుత సిద్ధాంతాలు విశ్లేషించలేని వివరణల లోటును ఇది భర్తీ చేయగలదని భావిస్తున్నారు. దీన్ని గుర్తించటానికి ఇటీవల ప్రయత్నాలూ ముమ్మరమయ్యాయి. ఈ దిశగా అమెరికాలోని ఫెర్మిల్యాబ్‌ శాస్త్రవేత్తలు ముందడుగు వేశారు. కొన్ని ఉప-పరమాణు కణాలు ప్రస్తుత భౌతికశాస్త్ర సూత్రాలకు భిన్నంగా ప్రవర్తించినట్టు గుర్తించారు. మనకు తెలియని ఐదో శక్తి ప్రభావమే దీనికి కారణమని భావిస్తున్నారు. ఇది రుజువైతే భౌతికశాస్త్రంలో సరికొత్త విప్లవానికి బీజం పడినట్టే. ఆల్బర్ట్‌ ఐన్‌స్టీన్‌ సాపేక్ష సిద్ధాంతం అనంతరం ఇదే అతిగొప్ప ఆవిష్కరణ కాగలదు.

మనం గుర్తించినా గుర్తించకపోయినా ప్రాథమిక శక్తులు మన రోజువారీ పనులన్నింటినీ ప్రభావితం చేస్తాయి. బాస్కెట్‌ బాల్‌ ఆడటం కావొచ్చు, రాకెట్‌ నింగిలోకి దూసుకెళ్లటం కావొచ్చు, ఫ్రిజ్‌ మీద అయస్కాంతాన్ని అతికించటం కావొచ్చు. అన్నీ ప్రాథమిక శక్తుల సూత్రాలకు లోబడినవే. ఆ మాటకొస్తే విశ్వంలో జరిగే అన్ని చర్యలు, పనులకూ ఇవే మూలం. అవే గురుత్వాకర్షణ శక్తి, బలహీన శక్తి, విద్యుదయస్కాంత శక్తి, బలీయ శక్తి. వీటి గురించి మనకు బాగానే తెలుసు. ఇప్పుడు కొత్తగా ఐదో శక్తి ఉనికి సంచలనం కలిగిస్తోంది. ఫెర్మిల్యాబ్‌ శాస్త్రవేత్తలు ‘జీ మైనస్‌ 2’ ప్రయోగంతో దీన్ని గుర్తించారు. ఈ ప్రయోగంలో మ్యూయాన్స్‌ అనే ఉప-పరమాణు కణాలను 50 మీటర్ల వ్యాసం రింగు ద్వారా అతి వేగంగా కదిలించారు. దాదాపు కాంతి వేగం వద్ద 1000 రెట్ల వేగంతో ప్రవహించేలా చేశారు. అప్పుడవి వాటి సహజ స్థితి కన్నా భిన్నంగా ప్రవర్తించాయి. మ్యూయాన్స్‌ అనేవి అణువుల చుట్టూ తిరిగే ఎలక్ట్రాన్ల మాదిరి ఉప-పరమాణు కణాలే. కానీ 200 రెట్లు పెద్దగా ఉంటాయి. ఫెర్మిల్యాబ్‌ శాస్త్రవేత్తలు వీటిని సూపర్‌కండక్టింగ్‌ అయస్కాంతాల సాయంతో అటూఇటూ ఊగేలా చేశారు. కానీ ఇవి ఊహించిన దాని కన్నా చాలా వేగంతో ఊగిసలాడాయి. వీటి ప్రవర్తన కణ భౌతికశాస్త్ర సిద్ధాంతమైన స్టాండర్డ్‌ మోడల్‌ విశ్లేషణకూ చిక్కలేదు. మ్యూయాన్స్‌ విచిత్ర ప్రవర్తనకు కొత్త శక్తి ప్రభావమే కారణమని భావిస్తున్నారు. దీన్నే ఐదో ప్రాథమిక శక్తిగా ఊహిస్తున్నారు. గత 50 ఏళ్లుగా అన్ని ప్రయోగాలను స్టాండర్డ్‌ మోడల్‌ ధర్మాలకు అనుగుణంగానే నిర్వహిస్తున్నారు. కొత్త ప్రయోగం భిన్నంగా ప్రవర్తించినట్టయితే భౌతికశాస్త్రాన్ని అర్థం చేసుకోవటంలో పెద్ద మార్పు తీసుకురాగలదు. ఈ నేపథ్యంలో ప్రాథమిక శక్తుల వివరాలు, అవి విశ్వాన్ని ఎలా ప్రభావితం చేస్తున్నాయో చూద్దాం.

1. ప్రముఖం గురుత్వాకర్షణ శక్తి

ద్రవ్యరాశి లేదా శక్తి కలిగిన రెండు వస్తువుల మధ్య ఆకర్షణే గురుత్వాకర్షణ శక్తి. ఎత్తు నుంచి రాయి కిందికి పడటం, నక్షత్రం చుట్టూ గ్రహం తిరగటం, చంద్రుడి ప్రభావంతో సముద్రాల్లో అలలు ఎగిసిపడటం వంటివన్నీ దీని ఫలితాలే. ప్రాథమిక శక్తుల్లో అన్నింటికన్నా ప్రముఖంగా కనిపింది ఇదే అయినా దీన్ని విశ్లేషించటం చాలా కష్టం. గురుత్వాకర్షణ భావనను ఐజాక్‌ న్యూటన్‌ తొలిసారి ప్రతిపాదించారు. చెట్టు నుంచి యాపిల్‌ కింద పడుతుండటాన్ని గమనించినప్పుడు ఆయనకు ఇది తట్టింది. రెండు వస్తువుల మధ్య ఉండే ఆకర్షణను ఆయన గురుత్వాకర్షణగా వర్ణించారు. శతాబ్దాల అనంతరం ఆల్బర్‌ ఐన్‌స్టీన్‌ తన సాపేక్ష సిద్ధాంతంలో దీన్ని వివరించారు. ఇది ఆకర్షణ లేదా శక్తి కాదని.. వస్తువుల మూలంగా అంతరిక్షం-కాలం అల్లికలో ఏర్పడే వంపు ఫలితమని పేర్కొన్నారు. ఒక షీటు మధ్యలో పెద్ద వస్తువును పెట్టామనుకోండి. షీటు కిందికి వంగుతుంది కదా. ఆ వస్తువు చుట్టూ ఉండే చిన్న వస్తువులు సైతం మధ్యలోకి వచ్చేస్తాయి. అంతరిక్షంలోనూ పెద్ద వస్తువు ఉన్నచోట ఇలాగే వంపు ఏర్పడుతుందని, ఆ వస్తువు చుట్టుపక్కల చిన్న వస్తువులను దగ్గరికి లాక్కొంటుందని వివరించారు. గ్రహాలు, నక్షత్రాలు, సౌర వ్యవస్థలు, చివరికి నక్షత్ర మండలాలు సైతం ఈ గురుత్వాకర్షణ ప్రభావంతోనే కలిసి ఉంటున్నాయి. అయినప్పటికీ ప్రాథమిక శక్తుల్లో అన్నింటికన్నా బలహీనమైది ఇదే. ముఖ్యంగా కణ, అణు స్థాయిలో ఇది తేలిపోతుంది.

2. ప్రాణులకు మూలం బలహీన శక్తి

దీన్నే బలహీన పరమాణు శక్తి అనీ పిలుస్తారు. రేణువులు క్షీణించటానికిదే కారణం. ఒకరకంగా దీన్ని ఒక ఉప-పరమాణు కణం మరో కణంగా మారటమని చెప్పుకోవచ్చు. ఉదాహరణకు- న్యూట్రాన్‌కు సమీపంలో కదలాడే న్యూట్రినో అనే ఉప-పరమాణు కణం ఆ న్యూట్రాన్‌ను ప్రోటాన్‌గా మార్చగలదు. ఈ క్రమంలో న్యూట్రినో ఎలక్ట్రాన్‌గానూ మారగలదు. బలహీన, బలీయ, విద్యుదయస్కాంత శక్తులకు ప్రత్యేకమైన బోసన్‌ కణాలు కారణమవుతుంటాయి. బలహీన శక్తిలో ఆవేశిత డబ్ల్యూ, జెడ్‌ బోసన్లు పాలు పంచుకుంటాయి. ప్రోటాన్లు, న్యూట్రాన్లు, ఎలక్ట్రాన్ల వంటి ఉప-పరమాణు కణాలు ప్రోటాన్‌కు సమీపంలోకి వచ్చినప్పుడు అవి బోసన్లను మార్పిడి చేసుకుంటాయి. ఫలితంగా ఉపపరమాణు కణాలు క్షీణించి, కొత్త కణాలుగా ఏర్పడతాయి. సూర్యుడి అణు సంయోగ ప్రక్రియలో ఈ బలహీన శక్తే కీలకపాత్ర పోషిస్తుంది. భూమి మీద ప్రాణులన్నింటికీ శక్తినందించే సౌరశక్తికి ఇదే మూలం! అందుకే పురాతన ఎముక, కలప, వస్తువుల వంటి వాటి వయసును తెలుసుకోవటానికి శాస్త్రవేత్తలు కార్బన్‌-14ను ఉపయోగించుకుంటారు. కార్బన్‌-14లో ఆరు ప్రోటాన్లు, ఎనిమిది న్యూట్రాన్లు ఉంటాయి. వీటిల్లో ఒక న్యూట్రాన్‌ క్షీణించి ప్రోటాన్‌గా మారి, చివరికి నైట్రోజన్‌-14గా ఏర్పడుతుంది. ఈ క్షీణత నిర్ణీత వేగంతో సాగుతుంది. దీని మూలంగానే పురాతన వస్తువుల వయసు నిర్ధరణ సాధ్యమవుతోంది.

3. రెండింటి కలయిక విద్యుదయస్కాంత శక్తి

ఇది రుణావేశిత ఎలక్ట్రాన్లు, ధనావేశిత ప్రోటాన్ల వంటి ఆవేశిత కణాల మధ్య జరిగే చర్య. దీన్ని లోరెంట్జ్‌ ఫోర్స్‌ అనీ అంటారు. విజాతి ఆవేశితాలు ఒకదాంతో మరోటి ఆకర్షింపబడతాయి. ఎంత ఎక్కువ ఆవేశముంటే విద్యుదయస్కాంత శక్తి అంత ఎక్కువగా ఉంటుంది. గురుత్వాకర్షణ మాదిరిగానే అనంత దూరాల నుంచీ దీన్ని గమనించొచ్చు. కాకపోతే దూరం పెరుగుతున్నకొద్దీ శక్తి ప్రభావం తగ్గుతూ వస్తుంది. విద్యుత్‌ శక్తి, అయస్కాంత శక్తి రెండూ కలిసి విద్యుదయస్కాంత శక్తిగా ఏర్పడుతుంది. మొదట్లో ఇవి రెండూ వేర్వేరని శాస్త్రవేత్తలు భావించారు. కానీ ఇవి ఒకే శక్తిలోని రెండు అంశాలని గుర్తించారు. ఆవేశిత కణాలు కదులుతున్నా, స్థిరంగా ఉన్నా వాటి మధ్య విద్యుత్‌ అంశం చర్య జరుపుతుంది. ఆవేశిత కణాల ప్రభావంతో అక్కడ క్షేత్రం ఏర్పడుతుంది. కానీ ఒకసారి కదలటం మొదలయ్యాక ఆవేశిత కణాలు అయస్కాంత శక్తిని ప్రదర్శిస్తాయి. అవి కదులుతున్నప్పుడు తమ చుట్టూ అయస్కాంత శక్తిని సృష్టిస్తాయి. అందుకే తీగ నుంచి ఎలక్ట్రాన్లు ప్రవహిస్తున్నప్పుడు అది అయస్కాంతంగా మారుతుంది. ఘర్షణ, విద్యుత్తు వంటివి విద్యుదయస్కాంత శక్తికి ఉదాహరణలుగా చెప్పుకోవచ్చు. ఘన వస్తువులు ఒకదాంతో మరోటి కలిసి ఉండేలా చేసేది ఇదే. ఆవేశిత లేదా తటస్థ కణాల మధ్య జరిగే చర్యలతోనే ఈ పనులన్నీ జరుగుతాయి. ఉదాహరణకు- టేబుల్‌ మీద పెట్టిన పుస్తకాన్ని గురుత్వాకర్షణ శక్తి కిందికి లాగుతున్నా మామూలు శక్తి దాన్ని అలాగే ఉంచుతుంది. పుస్తకం పరమాణువుల్లోని ఎలక్ట్రాన్లను టేబుల్‌ పరమాణువుల్లోని ఎలక్ట్రాన్లు తిప్పికొట్టటమే దీనికి కారణం.

4. అత్యంత దృఢం బలీయ శక్తి

దీన్ని బలీయ పరమాణు శక్తి అనీ అంటారు. ప్రాథమిక బలాల్లో అంత్యంత దృఢమైంది ఇదే. గురుత్వాకర్షణ శక్తి కన్నా 6 వేల ట్రిలియన్‌ ట్రిలియన్‌ ట్రిలియన్‌ (6 తర్వాత 39 సున్నాలు) రెట్లు బలమైంది! కాబట్టే ప్రాథమిక పదార్థ కణాలను కలిపి ఉంచి, పెద్ద కణాలుగా ఏర్పడేలా చేస్తుంది. ప్రోటాన్లు, న్యూట్రాన్లకు మూలమైన క్వార్క్స్‌ను బంధించి ఉంచుతుంది. కణ కేంద్రకంలోని ప్రోటాన్లు, న్యూట్రాన్లనూ బలీయ శక్తిలోని కొంత భాగం కలిపి ఉంచుతుంది. ఈ బలీయ శక్తి చిత్రమైంది. ఇతర ప్రాథమిక శక్తుల మాదిరిగా కాకుండా ఉప-పరమాణు కణాలు సన్నిహితంగా వస్తున్నకొద్దీ ఇది బలహీన పడుతుంది. కణాలు ఒకదాంతో మరోటి వీలైనంత దూరం జరిగినప్పుడు గరిష్ఠ బలానికి చేరుకుంటుంది. తమ పరిధిలో ఉన్నప్పుడు గ్లుయాన్లనే ద్రవ్యరాశి రహిత ఆవేశిత బోసన్‌ కణాలు క్వార్క్స్‌ మధ్య బలమైన శక్తిని వెలువరిస్తాయి. ఇలా అవి కలిసి ఉండేలా చేస్తాయి. కణ కేంద్రకంలోని ప్రోటాన్లు ఒకే విధమైన ఆవేశాన్ని కలిగుండటం వల్ల ఒక దాన్నుంచి మరోటి వెనక్కు జరుగుతాయి. కానీ బలీయ శక్తిలో చిన్న అంశమైన రెసిడ్యుయల్‌ స్ట్రాంగ్‌ ఫోర్స్‌ మూలంగా అవి అతుక్కొంటాయి.

శక్తులు వేర్వేరా? అన్నీ ఒకటేనా?

ప్రాథమిక శక్తులన్నీ వేర్వేరా? లేకపోతే విశ్వంలోని ఏకైక శక్తి రూపాలా? అనేది పెద్ద ప్రశ్న. ఒకే శక్తి రూపాలైనట్టయితే ఒకదాంతో మరోటి కలిసిపోవాలి. దీనికి సంబంధించిన రుజువులనూ గుర్తించారు. విద్యుదయస్కాంత, బలహీన శక్తులను శాస్త్రవేత్తలు మేళవించి విద్యుత్‌ బలహీన శక్తిగా మార్చారు. దీనికి గాను హార్వర్డ్‌ యూనివర్సిటీ భౌతిక శాస్త్రవేత్తలు షెల్డాన్‌ గ్లాషో, స్టీవెన్‌ వీన్‌బర్గ్‌.. ఇంపీరియల్‌ కాలేజ్‌ లండన్‌కు చెందిన అబ్దస్‌ సలామ్‌ సంయుక్తంగా 1979లో నోబెల్‌ బహుమతిని అందుకున్నారు కూడా. ప్రస్తుతం శాస్త్రవేత్తలు మహా మేళన సిద్ధాంతాన్ని కనుగొనటానికీ ప్రయత్నిస్తున్నారు. విద్యుత్‌ బలహీన శక్తిని బలీయ శక్తితో మేళవించి విద్యుత్‌ అణు శక్తిగా మార్చటం దీని ఉద్దేశం. చిట్టచివరికి విద్యుత్‌ అణుశక్తిని గురుత్వాకర్షణతో కలిపి ‘సమస్త సిద్ధాంతాన్ని’ రూపొందించాలనీ భావిస్తున్నారు. ఇది మొత్తం విశ్వాన్ని విశ్లేషించగలదు. అయితే సూక్ష్మ ప్రపంచాన్ని స్థూల ప్రపంచంతో మేళవించటం చాలా కష్టమని శాస్త్రవేత్తలు గుర్తించారు. చాలావరకు.. ముఖ్యంగా ఖగోళ స్థాయిలో గురుత్వాకర్షణ ఆధిపత్యం చలాయిస్తుంది. కానీ అణు, పరమాణు స్థాయిలో క్వాంటమ్‌ మెకానిక్స్‌ పెద్ద ప్రభావం చూపుతుంది. ఈ రెండింటినీ కలిపే మార్గాన్ని ప్రస్తుతానికి ఎవరూ కనుగొనలేదు. దృశ్య, అదృశ్య ప్రపంచాల మధ్య ‘డార్క్‌ ఫోటాన్‌’ వారధిగా పనిచేస్తున్నట్టు సిద్ధాంతపరంగా భావిస్తున్నారు. ఒకవేళ ఈ డార్క్‌ ఫోటాన్ల ఉనికి నిజమే అయితే కృష్ణ పదార్థంతో కూడిన అదృశ్య ప్రపంచాన్నీ గుర్తించొచ్చు. ప్రస్తుతానికైతే డార్క్‌ ఫోటాన్ల జాడేదీ దొరకలేదు. అసలు ఇలాంటివి లేనేలేవని కొన్ని పరిశోధనలు గట్టిగా చెబుతున్నాయి. ఒకవేళ వీటిని గుర్తించినట్టయితే ఐదో ప్రాథమిక శక్తి ఆవిష్కరణకూ దారితీయగలదు. తాజా ప్రయోగం ఇందుకు దారి చూపుతుందో లేదో చూడాలి.