സ്റ്റീഫന്‍ ഹോക്കിങ് ജീവിച്ചിരുന്നപ്പോള്‍ 'ഹോക്കിങ് റേഡിയേഷന്‍' ലാബില്‍ നിരീക്ഷിക്കാന്‍ ആര്‍ക്കെങ്കിലും കഴിഞ്ഞിരുന്നെങ്കില്‍, തീര്‍ച്ചയായും അദ്ദേഹം നൊബേല്‍ ജേതാവ് ആയേനെ! 

തെളിയിക്കാന്‍ ബാക്കി ചിലത് വെച്ചിട്ടാണ്, 2018 മാര്‍ച്ച് 14-ന് സ്റ്റീഫന്‍ ഹോക്കിങ് വിടവാങ്ങിയത്. അതില്‍ പ്രധാനം, തമോഗര്‍ത്തങ്ങളുമായി ബന്ധപ്പെട്ട 'ഹോക്കിങ് റേഡിയേഷന്‍' എന്ന പ്രതിഭാസമാണ്. ഹോക്കിങിന്റെ തന്നെ വാക്കുകളില്‍ പറഞ്ഞാല്‍, 'ബ്ലാക്ക്‌ഹോളുകള്‍ അത്ര ബ്ലാക്കല്ല' എന്ന് ശാസ്ത്രലോകത്തിന് സൂചന നല്‍കിയ പ്രതിഭാസം! 

നേരിട്ട് നിരീക്ഷിക്കാന്‍ കഴിയാത്ത, ദൃശ്യലോകത്തുനിന്ന് അപ്രത്യക്ഷമായ ഭീമന്‍ നക്ഷത്രങ്ങളാണ് തമോഗര്‍ത്തങ്ങള്‍. അതിനാല്‍ തമോഗര്‍ത്തങ്ങളെ സംബന്ധിച്ച മിക്ക കാര്യങ്ങളും നിഗൂഢമാണ്. ഗണിത മാതൃകകളും പരോക്ഷ നിരീക്ഷണങ്ങളും വഴിയാണ് ശാസ്ത്രലോകം അവ മനസിലാക്കിയിട്ടുള്ളത്. 'ഹോക്കിങ് വികിരണ'ത്തിന്റെ കഥയും ഇതു തന്നെ, ആര്‍ക്കും നിരീക്ഷിക്കാന്‍ കഴിഞ്ഞിട്ടില്ല. 

ഹോക്കിങ് തന്റെ സിദ്ധാന്തം അവതരിപ്പിച്ചിട്ട് നാലര പതിറ്റാണ്ടായി. ഇപ്പോള്‍, കഥ മാറുകയാണ്. ഹോക്കിങ് റേഡിയേഷന്‍ പരീക്ഷണശാലയില്‍ നിരീക്ഷിക്കാന്‍ കഴിയുമെന്ന സ്ഥിതിയിലേക്ക് കാര്യങ്ങള്‍ നീങ്ങുന്നു. ഏറ്റവുമൊടുവില്‍, ഒരുസംഘം ഇസ്രായേലി ഗവേഷകര്‍ പരീക്ഷണശാലയില്‍ തന്നെ ഹോക്കിങ് റേഡിയേഷന്‍ സൃഷ്ടിക്കുന്നതില്‍ ഏതാണ്ട് വിജയിച്ചതായാണ് റിപ്പോര്‍ട്ട്! ഇസ്രായേലിലെ റീഗോവെറ്റില്‍ 'വീസ്മാന്‍ ഇന്‍സ്റ്റിട്ട്യൂട്ട് ഓഫ് സയന്‍സി'ലെ ഉല്‍ഫ് ലിയോണാര്‍ട്ടും (Ulf Leonhartd) സംഘവുമാണ് ഈ മുന്നേറ്റം നടത്തിയത്.

സൂര്യനെക്കാള്‍ അനേക മടങ്ങ് വലുപ്പമുള്ള നക്ഷത്രങ്ങള്‍ അവയിലെ ഇന്ധനം എരിഞ്ഞു തീരുമ്പോള്‍, അതിഭീമമായ ഗുരുത്വബലത്താല്‍ ചുറ്റിനുമുള്ള സ്‌പേസിനെപ്പോലും വക്രീകരിച്ച് വലിച്ചടുപ്പിച്ച് അനന്തമായി ചുരുങ്ങി തമോഗര്‍ത്തമാവും. ആല്‍ബര്‍ട്ട് ഐന്‍സ്‌റ്റൈന്‍ 1915-ല്‍ അവതരിപ്പിച്ച സാമാന്യ ആപേക്ഷികതാ സിദ്ധാന്തം (General Theory of Relativity) ആണ്, അനന്തമായി ചുരുങ്ങുകയും അനന്തമായി സാന്ദ്രമാവുകയും ചെയ്യുന്ന തമോഗര്‍ത്തം (Black Hole) എന്ന പ്രതിഭാസത്തിലേക്ക് ശാസ്ത്രലോകത്തെ നയിച്ചത്. 

Event Horizon, Black Hole
തമോഗര്‍ത്തം, ചിത്രകാരന്റെ ഭാവന. Pic Credit: Physics World. 

ഐന്‍സ്‌റ്റൈന്റെ സിദ്ധാന്തം അനുസരിച്ച് തമോഗര്‍ത്തമെന്നത് ഒരുതരം വണ്‍വേ ഏര്‍പ്പാടാണ്; അങ്ങോട്ടേ എന്തും പോകൂ, തിരിച്ചൊന്നും-എന്തിന് പ്രകാശം പോലും വരില്ല! കാരണം, തമോഗര്‍ത്തങ്ങളുടെ പലായന പ്രവേഗം (escape velocity) പ്രകാശവേഗത്തെക്കാള്‍ കൂടുതലാണ്. (ഒരു വസ്തുവിന്റെ ഗുരുത്വബലം ഭേദിച്ച് രക്ഷപ്പെടാന്‍ ആവശ്യമായ ഏറ്റവും കുറഞ്ഞ പ്രവേഗമാണ് പലായന പ്രവേഗം. ഉദാഹരണത്തിന്, ഭൂപ്രതലത്തില്‍ പലായന പ്രവേഗം സെക്കന്‍ഡില്‍ 11.2 കിലോമീറ്ററും, സൂര്യനിലേത് സെക്കന്‍ഡില്‍ 617.5 കിലോമീറ്ററും ആണ്). 

'അമിയോട്രോഫിക് ലാറ്ററല്‍ സ്‌ക്ലീറോസിസ്' (ALS) എന്ന മോട്ടോര്‍ ന്യൂറോണ്‍ രോഗം മൂലം, ശരീരപേശികളെ നിയന്ത്രിക്കുന്ന തലച്ചോറിലെ സ്വിച്ചുകള്‍ ഒന്നൊന്നായി അണഞ്ഞു പോകുന്നത് വകവെയ്ക്കാതെ, യുവഗവേഷകനായ ഹോക്കിങ് 1974-ല്‍ ധീരമായ ഒരു ചുവടുവെപ്പ് നടത്തി. തമോഗര്‍ത്തങ്ങളെ വിശദീകരിക്കാന്‍ ഐന്‍സ്റ്റൈന്റെ സിദ്ധാന്തത്തിനൊപ്പം ലേശം ക്വാണ്ടംഭൗതികം കൂടി മിക്‌സ് ചെയ്തു! അപ്പോള്‍ ലഭിച്ച അത്ഭുതകരമായ ഫലമാണ് 'ഹോക്കിങ് റേഡിയേഷന്‍'.  

തമോഗര്‍ത്തങ്ങള്‍ക്ക് 'സംഭാവ്യതാ ചക്രവാളം' (event horizon) എന്നൊരു അതിരുണ്ട്. ആ അതിര്‍ത്തിക്കുള്ളില്‍ പെടുന്ന ഒന്നിനും അതിഭീമമായ ഗുരുത്വബലം മറികടന്ന് തമോഗര്‍ത്തത്തില്‍ നിന്ന് പുറത്തുവരാനാകില്ല എന്നാണ് ആപേക്ഷികതാ സിദ്ധാന്തം പറയുന്നത്. ഇക്കാര്യം ക്വാണ്ടംഭൗതികത്തിന്റെ സഹായത്തോടെ ഹോക്കിങ് ഒന്ന് പരിഷ്‌ക്കരിച്ചപ്പോള്‍ കഥ മാറി. ചൂടുള്ള ഒരു വസ്തു ബാഷ്പീകരിക്കപ്പെടും പോലെ, ദുര്‍ബലമായ വികിരണം പുറത്തുവരുന്ന കാര്യം ഹോക്കിങ് മനസിലാക്കി. അതാണ് 'ഹോക്കിങ് വികിരണം'(Hawking radiation). 

നിത്യജീവിതത്തില്‍ നമുക്ക് അനുഭവേദ്യമായ സംഗതികളെയൊക്കെ കടത്തിവെട്ടുന്ന പ്രതിഭാസങ്ങളാണ് ക്വാണ്ടംഭൗതികത്തിലുള്ളത്. അതിലൊന്നായ 'ക്വാണ്ടം ചാഞ്ചാട്ടം' (quantun fluctuation) ആണ് ഹോക്കിങ് റേഡിയേഷന് അടിസ്ഥാനം. ക്വാണ്ടംഭൗതികം അനുസരിച്ച് ശൂന്യസ്ഥലം (vacuum) അത്ര ശൂന്യമല്ല. അവിടെ വെര്‍ച്വല്‍ കണങ്ങളുടെ ജോഡികള്‍ കുറഞ്ഞ നേരത്തേക്ക് പ്രത്യക്ഷപ്പെടുകയും പരസ്പരം നിഗ്രഹിച്ച് ഇല്ലാതാവുകയും ചെയ്യുന്നു. ഇലക്ട്രോണും പ്രതികണമായ പൊസിട്രോണും പോലെ, കണങ്ങളും പ്രതികണങ്ങളും (antiparticles) ആയാണ് ഈ ജോഡികള്‍ പ്രത്യക്ഷപ്പെടുക. 

തമോഗര്‍ത്തത്തിന്റെ അതിരിലും (സംഭാവ്യതാ ചക്രവാളം) ഇത്തരം കണികാജോഡികള്‍ പ്രത്യക്ഷപ്പെടുന്നുണ്ട്. കണികാജോഡികള്‍ ആ അതിരിന് വളരെ അടുത്ത് പ്രത്യക്ഷപ്പെടുമ്പോള്‍, പരസ്പരം നിഗ്രഹിക്കുന്നതിന് മുമ്പ് അതിലൊരെണ്ണം തമോഗര്‍ത്തത്തില്‍ പതിക്കാന്‍ സാധ്യത കൂടുതലാണ്. അങ്ങനെ ജോഡിയിലൊന്നിനെ തമോഗര്‍ത്തം വിഴുങ്ങിയാല്‍, അതിന്റെ എതിര്‍കണം ഹോക്കിങ് റേഡിയേഷന്റെ രൂപത്തില്‍ യഥാര്‍ഥ കണമായി രക്ഷപ്പെടും.

തമോഗര്‍ത്തത്തിന്റെ ഗ്രാവിറ്റേഷണല്‍ ഊര്‍ജം സ്വീകരിച്ചാണ് ഈ പ്രക്രിയ അരങ്ങേറുന്നത്. ഇത്തരം വെര്‍ച്വല്‍ കണങ്ങള്‍ രൂപപ്പെടുകയും, അവയില്‍ ഒരെണ്ണം യഥാര്‍ഥ കണമായി രക്ഷപ്പെടുകയും ചെയ്യുന്നത്, തമോഗര്‍ത്തത്തിന്റെ ദ്രവ്യമാനം കുറയാന്‍ വഴിവെയ്ക്കും. അതുവഴി തമോഗര്‍ത്തം 'ബാഷ്പീകരിക്കപ്പെടുന്നു'. കൂടുതല്‍ ദ്രവ്യം ആഗിരണം ചെയ്യാനാകാതെ 'പട്ടിണിയിലായ' തമോഗര്‍ത്തങ്ങള്‍ ഹോക്കിങ് റേഡിയേഷന്റെ ഫലമായി കോടാനുകോടി വര്‍ഷംകൊണ്ട് ബാഷ്പീകരിക്കപ്പെട്ട് ഇല്ലാതാകും! 

Ulf Leonhartd
ഉല്‍ഫ് ലിയോണാര്‍ട്ട്.
Pic Credit: Weizmann Institute

സംഭവം വിപ്ലവകരമായ ചുവടുവെപ്പ് ആയിരുന്നെങ്കിലും, ഹോക്കിങ് റേഡിയേഷന്‍ നിരീക്ഷിക്കാന്‍ ശാസ്ത്രലോകത്തിന് ഇതുവരെ കഴിഞ്ഞിട്ടില്ല. എന്നാല്‍, ആധുനിക സങ്കേതങ്ങളുടെ സഹായത്തോടെ പരീക്ഷണശാലയില്‍ ഹോക്കിങ് വികിരണം സൃഷ്ടിക്കാന്‍ കഴിയുന്ന അവസ്ഥയിലേക്കാണ് ഇപ്പോള്‍ കാര്യങ്ങള്‍ നീങ്ങുന്നത്. വീസ്മാന്‍ ഇന്‍സ്റ്റിട്ട്യൂട്ടിലെ ലിയോണാര്‍ട്ടും സംഘവും നടത്തിയ മുന്നേറ്റം ഇത് വ്യക്തമാക്കുന്നു. അടുത്തയിടെ 'ഫിസിക്കല്‍ റിവ്യൂ ലെറ്റേഴ്‌സി'ലാണ് പഠനറിപ്പോര്‍ട്ട് പ്രസിദ്ധീകരിച്ചത്. 

തമോഗര്‍ത്ത അതിരുകളുടെ (സംഭാവ്യതാ ചക്രവാളങ്ങളുടെ) അനുകരണ മാതൃകകള്‍ ലാബില്‍ സൃഷ്ടിച്ചാണ് ഹോക്കിങ് റേഡിയേഷന്‍ നിരീക്ഷിക്കാന്‍ വഴിയൊരുക്കുന്നത്. പ്രകാശതരംഗങ്ങള്‍, ശബ്ദതരംഗങ്ങള്‍, 'ബോസ്-ഐന്‍സ്‌റ്റൈന്‍ സംഘനിതം' (Bose-Einstein condensate - BEC) തുടങ്ങിയവയുടെ സഹായത്തോടെ ഇത്തരം മാതൃകകള്‍ രൂപപ്പെടുത്തുന്നു. ഈ പരീക്ഷണ സംവിധാനം ഗ്രാവിറ്റേഷണല്‍ അല്ല. എന്നാല്‍, ആപേക്ഷികതാ സിദ്ധാന്തം മുന്നോട്ടുവെയ്ക്കുന്ന ഗണിതമാതൃകളുമായി ഔപചാരികമായി ഒത്തുപോകുന്നതാണ് ഇവ. 

പരീക്ഷണശാലയില്‍ ഇങ്ങനെ ഹോക്കിങ് വികിരണം നിരീക്ഷിക്കാന്‍ കഴിയുമെന്ന ആശയം ആദ്യം മുന്നോട്ടുവെച്ചത് 1981-ല്‍ വില്യം ഉന്‍രൂഹ് (William Unruh) എന്ന ഗവേഷകനാണ്. കാനഡയില്‍ വന്‍കൂവറിലെ ബ്രിട്ടീഷ് കൊളംബിയ യൂണിവേഴ്‌സിറ്റിയിലാണ് അദ്ദേഹം പ്രവര്‍ത്തിക്കുന്നത്. തുടര്‍ന്ന്, വ്യത്യസ്ത മാധ്യമങ്ങളുപയോഗിച്ച് വിവിധ ഗവേഷകര്‍ തമോഗര്‍ത്ത അതിരുകളുടെ പരീക്ഷണ മാതൃക രൂപപ്പെടുത്തി ഹോക്കിങ് റേഡിയേഷന്‍ സൃഷ്ടിക്കാന്‍ ശ്രമിച്ചെങ്കിലും മിക്കവര്‍ക്കും അര്‍ഥവത്തായ മുന്നേറ്റം സാധ്യമായില്ല. 

ഒരു 'ഓപ്റ്റിക്കല്‍ ബ്ലാക്ക്‌ഹോളി'ല്‍ (optical black hole) ഹോക്കിങ് റേഡിയേഷന്‍ നിരീക്ഷിക്കാനാണ് ലിയോണാര്‍ട്ടും സംഘവും ശ്രമിച്ചത്. അതില്‍ നൂറുശതമാനം വിജയം നേടിയോ എന്ന് പറയാറായിട്ടില്ലെങ്കിലും, ഇക്കാര്യത്തില്‍ ഒരു നാഴികക്കല്ല് സൃഷ്ടിക്കാന്‍ തങ്ങള്‍ക്ക് സാധിച്ചുവെന്ന് ഗവേഷകര്‍ പറയുന്നു. തുടര്‍ പരീക്ഷണങ്ങളില്‍ ഹോക്കിങ് റേഡിയേഷന്‍ നിരീക്ഷിക്കാനാകും എന്ന ഉറച്ച ആത്മവിശ്വാസത്തിലാണ് അവര്‍. 

അന്തരിക്കും മുമ്പ് ഹോക്കിങിന്റെ പേരിലുള്ള റേഡിയേഷന്‍ നിരീക്ഷിക്കാന്‍ കഴിഞ്ഞിരുന്നെങ്കില്‍, തീര്‍ച്ചയായും ഹോക്കിങ് നൊബേല്‍ ജേതാവ് ആയേനെ!

അവലംബം -

* Observation of Stimulated Hawking Radiation in an Optical Analogue. By Jonathan Drori, et al. Physical Review Letters, Vol.122, Iss.1-11 January 2019.  
* Physicists stimulate Hawking radiation from optical analogue of a black hole. Physics World, 19 Jan 2019.
* A Brief History of Time: From the Big Bang to Black Holes (1988) 1992. By Stephen W. Hawking. Bantam Books, London. 
* Hawking Radiation. By John Baez. 

* മാതൃഭൂമി നഗരം പേജില്‍ പ്രസിദ്ധീകരിച്ചത്

Content Highlights: Hawking radiation, Stephen Hawking, Optical Fibre Analogue, Event Horizon, Black Hole, Cosmology, General Relativity, Quantum Mechanics, Virtual particles