నాలుగవ సార్వత్రిక నియమము

ప్రొఫెసర్ ఎ. రామచంద్రయ్య

ఈ విశ్వంలో కేవలం నాలుగు రకాల బలాలు మాత్రమే ఉన్నాయి. అవి
ఎ. గురుత్వాకర్షణ బలాలు
బి. విద్యుదయస్కాంత బలాలు.
సి. బలమైన కేంద్రక బలాలు
డి. బలహీనమైన కేంద్రక బలాలు

There are Only Four Operating Forces in the Universe; they are
(a) Gravitational Forces;
(b) Electromagnetic Forces;
(c) Strong Nuclear Forces and
(d) Weak Nuclear Forces.

విశ్వంలో జరిగే ప్రతి సంఘటన ఈ నాలుగింటిలోనే ఎదో ఒక బలము లేదా కొన్ని బలాల ప్రభావంతోనే జరుగుతున్నది. ఈ నాలుగింటిని మించిన బలమేదీ విశ్వంలో లేదు. ఉన్నట్లు ఏ ఆధారాలూ లేవు.

ఎ. గురుత్వాకర్షణ (Gravitational) బలాలు

ప్రతి పదార్థానికీ ద్రవ్యరాశి (mass) ఉంటుంది. ద్రవ్యరాశి ఉన్న ఏదేని రెండు పదార్థాల మధ్య పని చేసే బలాన్ని గురుత్వాకర్షణ బలం అంటాం. గెలీలియో, న్యూటన్, ఐన్స్టిన్ తదితర గొప్ప శాస్త్రవేత్త లెందరో గురుత్వాకర్షణ బలాల గురించి పరిశోధనలు చేసి ఎన్నో సిద్ధాంతాల్ని ప్రతిపాదించారు. ఇందులో గెలిలీయో నియమం చాలా ప్రసిద్ధి చెందింది. ఏదేని m, m, అనే రెండు ద్రవ్యరాశులున్న వస్తువులను ‘ అనే దూరంలో ఉంచితే ఆ రెండు వస్తువుల మధ్య పనిచేసే బలం, F ఆ ద్రవ్యరాశుల లబ్దానికి అనులోమానుపాతంలోనూ, ఆ రెండు వస్తువుల మధ్య దూరపు వర్గానికి (Square of the distance) విలోమానుపాతంలోనూ ఉంటుంది.

ఇక్కడ G అనే రాశిని విశ్వ గురుత్వ స్థిరాంకం (Universal gravitational constant) అంటారు. భూమి తనంత తాను తిరుగుతూ సూర్యుని చుట్టూ తిరగడానికి కారణం గురుత్వాకర్షక బలమే ! నక్షత్రాల కదలికలు, సముద్రపు ఆటుపోటులు, మేఘాల్నించి వర్షం రావడం, పై నుండి వస్తువులు క్రింద పడడం, భూమి మీద కన్నా చంద్రుని మీద వస్తువులు తక్కువ బరువుగా ఉండడం ఇవన్నీ ప్రధానంగా గురుత్వాకర్షక బలాల మూలంగానే జరుగుతున్నాయి. భూమ్మీద వాతావరణం ఉండడానికీ, చంద్రుని మీద లేక పోవడానికి కారణం కూడా గురుత్వాకర్షక బలాలే ! పాడుబడ్డ పాత బావిలో దిగి మనుషులు చనిపోవడానికి కారణమైన కార్బన్ డై ఆక్సైడ్ గాలిలో కన్న బావిలో ఎక్కువ ఉండడానిక్కూడా కారణం గురుత్వాకర్షణే !

అయితే గురుత్వాకర్షక బలాలు ఒక ప్రాథమిక బల రూపం కాదనీ, కేవలం మిగతా మూడు మాత్రమే ప్రాథమిక బలాలనీ అత్యాధునిక భౌతికశాస్త్రం చెబుతోంది. ఆ వాదనల ప్రకారం విశ్వంలో ప్రదేశం (space) వంగి ఉండడంవల్ల, ఆ ప్రదేశంలో యిమిడివున్న పదార్థాలమధ్య ప్రదేశంలో ఉన్న వంపును (curvature) తగ్గించే సహజ ప్రయత్నమే గురుత్వబలాలనీ, అవి విశ్వనిర్మాణంలో అంతర్భాగమనీ అంటున్నారు.

బి. విద్యుదయస్కాంత బలాలు (Electromagnetic Forces)

చాలా సందర్భాల్లో మనకు తెలియకుండానే ఇవి జరుగుతున్నాయి. రసాయనిక చర్యలు, జీవ చర్యలు, ఎలక్ట్రిక్ మోటారు, జనరేటరు పనిచేయడం ఇవన్నీ విద్యుదయస్కాంత బలాలకు సంబంధించినవే! విద్యుత్తు (Electricity), అయస్కాంతత్వం (Magnetism) అనేవి ఒకే నాణానికి రెండు పార్శ్వాల్లాగా ఉంటాయి. విద్యుత్తు వల్ల అయస్కాంతత్వం, అయస్కాంతత్వంలో కదలిక వల్ల విద్యుత్తు ఉద్భవిస్తాయి. ఇవి రెండూ ఎప్పుడూ కలగలిసి ఉంటాయి. అందుకే వాటిని విద్యుదయస్కాంత బలాలంటారు. రెండు అయస్కాంతాల్ని దగ్గరకు తీసుకువస్తే వాటి మధ్య ఆకర్షణ గాని, వికర్షణ గానీ మనం చూస్తాము. ఉత్తర దృవమనీ, దక్షిణ ధృవమనీ అయస్కాంతానికి ధృవ స్వభావం (Polarity) ఉంది. రెండు వేర్వేరు అయస్కాంతాల్ని దూరంలో ఉంచితే ఆ ధృవాలు రెండూ ఒకే తరహా (సజాతి) అయితే వికర్షణ, విజాతి అయితే ఆకర్షణ కలుగుతుంది. ఆ రెండు ధృవాల మధ్య బలం, F కూడా గురుత్వాకర్షణ బలంలాగే ధృవాల పరిమాణాల లబ్దానికి అనులోమానుపాతంలోనూ, దృవాల మధ్య దూరపు వర్గానికి విలోమానుపాతంలోనూ ఉంటుంది.

ఇక్కడ Î ను ఆ మీడియపు అయస్కాంత పర్మియబిలిటీ అంటారు. అంటే అయస్కాంత బల పరిమాణం అయస్కాంత ధృవాల మధ్య ఉన్న పదార్థాన్ని (medium) బట్టి ఉంటుంది.

మనం పీల్చే గాలిలోని ఆక్సిజన్ మన రక్తంలో కలవడం వెనక కూడా అయస్కాంతత్వం ఉంది. ఆక్సిజన్కు రక్తంలోని హీమోగ్లోబిన్ కూ మధ్య ఉన్న అయాస్కాంతత్వం వల్లే బంధం ఏర్పడుతుంది.

మన మెదడు నుండి శరీర భాగాలకు నాడుల ద్వారా సంకేతాలు వెళతాయని మనకు తెలుసు. ఈ సంకేతాలు విద్యుత్తు రూపంలోనే ఉంటాయి.

విద్యుత్తుకు కూడా ధృవతత్వం ఉంది. ధనావేశిత, ఋణావేశిత స్థావరాలు ఉంటాయి. రెండు స్థావరాలు సమాన పరిమాణంలో ఉంటే ఆ వస్తువు తటస్థంగానూ, ఏదో ఒకటి మరో దాని కన్నా హెచ్చుగా ఉంటే ఆయా ధృవత్వంలోనూ వస్తువులు ఉంటాయి.

విద్యుదావేశాన్ని కూలుంబులలో కొలుస్తారు. q _1, q₂ ఆవేశాలున్న రెండు వేర్వేరు విద్యుత్పదార్థాలు ‘r ‘ దూరంలో ఉంటే వాటి మధ్య ఆకర్షణ బలం (q₁, q₂ లు వేర్వేరు, విజాతి, ధృవాలయితే) లేదా వికర్షక బలం (q1, q₂ లు ఒకే జాతివి అయితే) q₁, q₂ ల లబ్దానికి అనులోమానుపాతంలోనూ r²  కు విలోమానుపాతంలోనూ ఉంటుంది.

ఇక్కడ Î_el ను q _1, q₂ అనే ఆవేశాల మధ్య ఉన్న మీడియంలో విద్యుత్ పర్మియబిలిటీ అంటారు. ఇది శూన్యంలో తక్కువగానూ ఇతర పదార్థాల్లో హెచ్చుగానూ ఉంటుంది.

విద్యుదయస్కాంత బలాల వల్లనే ప్రధానంగా జీవరసాయనిక చర్యలు జరుగుతున్నాయి. కంప్యూటర్లలోనూ, టి.వి.లోనూ, సెల్పోన్లలోనూ, ఫ్యాన్లు, మోటార్లు, అనేక వైద్య పరికరాల్లోనూ విద్యుదయస్కాంత సూత్రాలు యిమిడివున్నాయి! వస్తువుల రంగులు కూడా విద్యుదయస్కాంత సంబంధ లక్షణాలు.

సి. బలమైన కేంద్రక బలాలు (Strong Nuclear Forces):

ఇవి నిజజీవితంలో ప్రత్యక్షంగా తారసపడవు. పదార్థం పరమాణు నిర్మితం. ఆ పరమాణువుల్లోనే పదార్థాల ద్రవ్యరాశి అంతా (దాదాపు) నిక్షిప్తమై ఉంది. కేంద్రకాలలో ధనావేశం ఉన్న ప్రోటానులు, ఆవేశం ఏమీ లేని న్యూట్రాన్లు ఉంటాయి. కేంద్రకాల సైజు కూడా చాలా చిన్నదిగా ఉంటుంది. ఒక మిల్లిమీటరును వెయ్యి బిలియన్ ముక్కలు (1000,000,000,000) చేస్తే ఎంత పొడవుంటుందో అంత మందంతో కేంద్రకాలు ఉంటాయి.

అంత తక్కువ దూరంలో సజాతి విద్యుదావేశం ఉన్న ప్రోటాన్లు విద్యుద్వికర్షణకు గురికాకుండా ఎలా ఉండగలుగుతున్నాయి? ఆవేశం ఏమీలేని న్యూట్రాన్లు కేంద్రకంలోనే ఎందుకు ఉండాలి ? పరమాణువుల బయట స్వేచ్ఛగా ఎందుకు ఉండలేవు ? ఈ ప్రశ్నలన్నింటికీ సమాధానం బలమైన కేంద్రక బలాలే! ప్రోటానును ప్రోటానుతోనూ మరో న్యూట్రానుతోనూ బంధించేది బలమైన కేంద్రక బలం. ఇది విద్యుదాకర్షణ బలంకన్నా చాలా రెట్లు హెచ్చుగా ఉంటుంది.

ఉదాహరణకు ఒక హీలియం పరమాణువునే తీసుకుందాం. దీని కేంద్రకం సైజు 1 x 10^-15 మీటర్లు అనుకొందాం. అందులో 2 ప్రోటాన్లు, 2 న్యూట్రాన్లు ఉంటాయి. ఆ రెండు ప్రోటాన్ల మధ్య పనిచేసే వికర్షణ బలమెంతో లెక్కిద్దాం. దాని విలువ సుమారు 100 న్యూటన్లు. ఒకే ఒక కేంద్రకంలోనే యింత వికర్షణ బలం పని చేస్తుంటే దాన్ని అధిగమించి ఆ రెండు ప్రోటాన్లను కలిపి ఉంచాలంటే ఆ బంధించే బలం 100 న్యూటన్ల కన్నా హెచ్చే ఉండాలి. అవే బలమైన కేంద్రక బలాలు. ఈ బలాల బలమెంతో తెలుసుకోవడానికి ఒక ఉదాహరణ చూద్దాం. 4 గ్రాముల హీలియంలో ఉన్న బలమైన కేంద్రక బలాలతో (వాటిని ఉపయోగించ గలిగితే) ఐదు టన్నుల బరువున్న 1024 (1000000000000000000000000) ట్రక్కుల్ని నేలమీద నుంచి ఒకే సారిగా ఒకే సెకనులో 10 మీటర్లు ఎత్తుకు లేపవచ్చును. ఈ బలమైన కేంద్రకబలాల ప్రభావం వల్లనే కేంద్రక విచ్ఛిత్తి (Nuclear Fission), కేంద్రక సంలీనం (Nuclear Fusion) జరుగుతున్నాయి. కేంద్రకంలో క్వార్కుల్ని కలిపి పట్టి ఉంచే బలాలు కూడా ఇవే !

విద్యుదయస్కాంతబలాల కన్నా గురుత్వాకర్షక బలాలు ఎన్నో లక్షల కోట్ల రెట్లు బలహీనమైనవి. విద్యుదయస్కాంతబలాలు బలమైన కేంద్రక బలాల కన్న సుమారు 1400 రెట్లు బలహీనమైనవి.

డి. బలహీనమైన కేంద్రక బలాలు (Weak Nuclear Forces)

ఇవి కేంద్రకంలో క్వార్కులనబడే మరింత చిన్నచిన్న మౌలిక కణాల్ని పట్టి ఉంచుతాయి. ఒక న్యూట్రానును ప్రోటానుగా, ఎలక్ట్రానుగా, న్యూట్రినోగా విభజించే శక్తి బలహీన కేంద్రక బలాలకు ఉంది. పేరుకు బలహీనమైన కేంద్రక బలాలే అయినా అవి గురుత్వాకర్షక బలాల కన్నా కొన్ని లక్షల కోట్ల రెట్లు బలమైనవి. బలమైన కేంద్రక బలాల కన్నా ఇవి లక్షరెట్లు బలహీనమైనవి.

ఈ నాలుగు రకాల బలాలు తప్ప మరేయితర బలాలు లేవన్నది ఈ నియమ సారాంశం.