print edition ശബ്ദം ക്രിസ്റ്റലുകളാകുമോ

വായുവിൽ ശബ്ദതരംഗങ്ങളുടെ സഹായത്തോടെ രൂപംകൊള്ളുന്ന (Levitating) പുതിയതരം ‘ടൈംക്രിസ്റ്റലുകൾ' ഗവേഷകർ വിജയകരമായി വികസിപ്പിച്ചെടുത്തിരിക്കുന്നു. ന്യൂയോർക്ക്‌ യൂണിവേഴ്സിറ്റിയിലെ സെന്റർ ഫോർ സോഫ്റ്റ്മാറ്റർ റിസർച്ച്‌ ഗവേഷകരായ ഡേവിഡ്‌ ഗ്രിയർ, മിയമോറെൽ, ലീല എലിയട്ട് എന്നിവരുടെ നേതൃത്വത്തിലായിരുന്നു പരീക്ഷണം. സാധാരണയായി അതിസൂക്ഷ്മ ക്വാണ്ടംതലങ്ങളിൽമാത്രം ദൃശ്യമാകാറുള്ള ഇത്തരം പ്രതിഭാസങ്ങളെ നഗ്നനേത്രങ്ങൾകൊണ്ട് നേരിട്ട് കാണാൻ സാധിക്കുന്ന രീതിയിൽ ഒരു ലബോറട്ടറി അന്തരീക്ഷത്തിൽ സൃഷ്ടിച്ചെടുക്കാൻ കഴിഞ്ഞു എന്നതാണ്‌ ഇ‍ൗ പരീക്ഷണത്തിന്റെ പ്രത്യേകത. സമീപകാലത്ത്‌ ഏറെ ചർച്ചയ്‌ക്ക്‌ വഴിമരുന്നിട്ടിരിക്കുകയാണ്‌ പുതിയ കണ്ടെത്തൽ.

എന്ത്‌, എങ്ങനെ

ആറ്റങ്ങൾ അഥവാ കണികകൾ ഒരേ ക്രമത്തിൽ ആവർത്തിച്ച്‌ വിന്യസിക്കപ്പെട്ടിട്ടുള്ള നിശ്ചിത ക്രമീകരണങ്ങളാണ്‌ സാധാരണ ക്രിസ്റ്റലുകൾ. കറിയുപ്പ്, പഞ്ചസാര, വജ്രം ഇവയെല്ലാം ഉദാഹരണങ്ങൾ. ഇത്തരം ക്രിസ്റ്റലുകളിൽ നിശ്ചിത ആകൃതികളുടെ ആവർത്തനം സംഭവിക്കുന്നത്‌ സ്ഥലത്തെ ആസ്പദമാക്കിയാണ്. ലളിതമായി പറഞ്ഞാൽ, ആവർത്തിക്കപ്പെടുന്ന ആകൃതികളുടെ എണ്ണം കൂടുന്തോറും വസ്തുവിന്റെ വലിപ്പം കൂടിവരും. എന്നാൽ ടൈംക്രിസ്റ്റലുകൾ വ്യത്യസ്തമാണ്. അവയിൽ ഒരു പ്രത്യേക ചലനാവസ്ഥ അഥവാ പ്രത്യേകതരം ചലനങ്ങൾ സമയത്തെ ആസ്പദമാക്കി ആവർത്തിച്ചുകൊണ്ടിരിക്കും. നൊബേൽ സമ്മാന ജേതാവായ ഫ്രാങ്ക്വിൽഷെക്ക് 2012-ൽ മുന്നോട്ടുവച്ച സിദ്ധാന്തപ്രകാരം സമയത്തിന്റെ അടിസ്ഥാനത്തിൽ ചലനങ്ങൾ കൃത്യമായ ഇടവേളകളിൽ ആവർത്തിക്കുന്ന പദാർഥങ്ങളാണ്‌ ടൈംക്രിസ്റ്റലുകൾ. അതായത്, ഇവയിലെ കണങ്ങൾ ഒരു ഘടികാരത്തിലെ പെൻഡുലംപോലെ കൃത്യമായ താളത്തിൽ സ്വയം ചലിച്ചുകൊണ്ടേയിരിക്കും.

പരീക്ഷണം

ഒരടി ഉയരമുള്ള ഒരു ഉപകരണത്തിനുള്ളിൽ ഘടിപ്പിച്ച സ്പീക്കറുകളിൽനിന്നുള്ള ഉയർന്ന ആവൃത്തിയിലുള്ള ശബ്ദതരംഗങ്ങൾ (Standing waves) ഉപയോഗിച്ചാണ്‌ ഗവേഷകർ ഇപ്പോൾ ടൈംക്രിസ്റ്റലുകൾ നിർമിച്ചിരിക്കുന്നത്. ശബ്ദതരംഗങ്ങളുടെ മർദം ഉപയോഗപ്പെടുത്തി സ്റ്റൈറോഫോം കൊണ്ടുള്ള ചെറിയ മുത്തുകളെ വായുവിൽ ക്രമീകരിച്ചു. വായുവിൽ ഒഴുകി നടക്കുന്ന മുത്തുകൾ/കണങ്ങൾ തമ്മിൽ നേരിട്ട് തൊടുന്നില്ല എന്നത് ശ്രദ്ധേയമാണ്. രണ്ട്‌ കണങ്ങൾ തമ്മിലുള്ള പ്രതിപ്രവർത്തനം ശബ്ദതരംഗങ്ങളുടെ വിസരണത്തിലൂടെയാണ് നടക്കുക. വായുവിൽ തങ്ങിനിൽക്കുന്ന വ്യത്യസ്ത വലിപ്പത്തിലുള്ള രണ്ട് കണങ്ങൾക്കിടയിലൂടെ സ്പീക്കറിൽനിന്നുള്ള ശബ്ദം കടന്നുപോകുമ്പോൾ, വലിപ്പം കൂടിയ കണം കൂടുതൽ ശബ്ദതരംഗങ്ങളെ പ്രതിഫലിപ്പിക്കുകയും ചിതറിക്കുകയും ചെയ്യുന്നു.

ഈ ശക്തമായ ശബ്ദപ്രവാഹം ചെറിയ കണത്തിന്മേൽ വലിയൊരു ബലം ചെലുത്തുന്നു. എന്നാൽ വലിപ്പം കുറഞ്ഞ കണം വളരെ കുറഞ്ഞ അളവിൽ മാത്രമേ ശബ്ദതരംഗങ്ങളെ ചിതറിക്കുന്നുള്ളൂ. അതുകൊണ്ടുതന്നെ ചെറിയകണം വലിയ കണത്തിന്മേൽ ചെലുത്തുന്ന തിരികെയുള്ള ബലം വളരെ നിസ്സാരമായിരിക്കും. കണങ്ങളുടെ വലിപ്പവ്യത്യാസംകാരണം ശബ്ദതരംഗങ്ങളുടെ ചിതറലിൽ ഉണ്ടാകുന്ന ഈ അസന്തുലിതാവസ്ഥയെ (Unbalanced Scattering) ഭൗതികശാസ്ത്രത്തിൽ ‘നോൺ-റെസിപ്രോക്കൽ ഫോഴ്സ്' എന്ന്‌ വിളിക്കും. കായലിൽ കിടക്കുന്ന വലിയൊരു ബോട്ടും ചെറിയൊരു വള്ളവും അടുക്കുമ്പോൾ ഉണ്ടാകുന്ന ഓളങ്ങൾ രണ്ടിലും ഉണ്ടാക്കുന്ന ചലനവ്യത്യാസംപോലെയാണിത്. ഈ അസന്തുലിതാവസ്ഥയാണ് കണങ്ങളെ പുറത്തുനിന്നുള്ള പ്രേരണയൊന്നുമില്ലാതെതന്നെ സ്വയം കൃത്യമായ താളത്തിൽ ചലിപ്പിക്കാനും അതുവഴി ഒരു ടൈംക്രിസ്റ്റലായി മാറാനും സഹായിക്കുന്നത്.

ഒറ്റനോട്ടത്തിൽ വലിയ കണം ചെറിയ കണത്തിൽ കൊടുക്കുന്ന ബലവും ചെറിയ കണം, തിരിച്ച്‌ വലിയ കണത്തിൽ കൊടുക്കുന്ന ബലവും തുല്യമല്ലാത്തതുകൊണ്ട്‌ ഇത്‌ ന്യൂട്ടന്റെ മൂന്നാം ചലന നിയമത്തിന് എതിരാണെന്ന്‌ തോന്നാം. എന്നാൽ യഥാർഥത്തിൽ അങ്ങനെയല്ല. മാധ്യമമായി പ്രവർത്തിക്കുന്ന വായുവിൽ ചെലുത്തപ്പെടുന്ന ബലങ്ങളും മറ്റും പരിഗണിക്കുമ്പോൾ മൂന്നാം ചലന നിയമം പാലിക്കപ്പെടുന്നുണ്ട്.

സാധ്യതകൾ

ഒരു ലബോറട്ടറി കൗതുകത്തിനുമപ്പുറം പുതിയ സാധ്യതകളിലേക്ക്‌ വഴിതുറക്കുകയാണ്‌ പുതിയ കണ്ടെത്തൽ. മനുഷ്യശരീരത്തിലെ ജീവശാസ്ത്രപരമായ ക്ലോക്കുകൾ (Circadian Rhythms), ഹൃദയമിടിപ്പിന്റെ താളം, ആഹാരം ദഹിപ്പിക്കുന്ന പ്രക്രിയകൾ തുടങ്ങിയവയിൽ എല്ലാം സമയത്തെ അടിസ്ഥാനപ്പെടുത്തിയുള്ള ആവർത്തനങ്ങൾ നടക്കുന്നുണ്ട്. ഇത്തരം സങ്കീർണമായ ജൈവപ്രവർത്തനങ്ങളെ കൂടുതൽ ആഴത്തിൽ മനസ്സിലാക്കാൻ ടൈംക്രിസ്റ്റലുകളുടെ ഗവേഷണം സഹായിക്കും. കൂടാതെ ക്വാണ്ടം കംപ്യൂട്ടിങ് സാങ്കേതികവിദ്യയിലും കൂടുതൽ കൃത്യതയാർന്ന സമയവിവരങ്ങൾ നൽകുന്ന അത്യാധുനിക ക്ലോക്കുകൾ നിർമിക്കുന്നതിലും ടൈംക്രിസ്റ്റൽ പ്രതിഭാസം വഴിതുറക്കും.

​(തിരുവനന്തപുരം യൂണിവേഴ്സിറ്റി 
കോളേജ്‌ ഭൗതികശാസ്ത്രവിഭാഗം 
മേധാവിയാണ്‌ ലേഖകൻ)