બ્રહ્માંડનાં સૌથી શક્તિશાળી બળ 'સ્ટ્રોંગ ફોર્સ'નું રહસ્ય શું છે?

- ફયુચર સાયન્સ-કે.આર.ચૌધરી

ત મને ખબર છે? બ્રહ્માંડનું સૌથી શક્તિશાળી બળ કયું? ? જો તમારા મનમાં જવાબ 'ગુરુત્વાકર્ષણ બળ' આવતું હોય! તો તમે ખોટા છો! મજાની વાત એ છેકે બ્રહ્માંડમાં લાગતા અન્ય ત્રણ બળને, મનુષ્ય પ્રત્યક્ષ અથવા પરોક્ષ રીતે અનુભવી શકે છે. પરંતુ મનુષ્ય સ્ટ્રોંગ ફોર્સને, આ રીતે અનુભવી શકતો નથી. મનુષ્ય બ્રહ્માંડના સૌથી શક્તિશાળી બળની અસર ક્યારેય જોઈ શકતો નથી. કારણ? બ્રહ્માંડનું સૌથી શક્તિશાળી બળ, સ્ટ્રોંગ ફોર્સ માત્ર પરમાણુના નાભીકેન્દ્રમાં રહેલા, પ્રોટોન અને ન્યુટ્રોનની સાથે પ્રતિક્રિયા કરતું જોવા મળે છે. જેમની વચ્ચે અતિ અતિ અતિ સૂક્ષ્મ અંતર રહેલું હોય છે. જેને સબ એટમિક ડિસ્ટન્સ તરીકે ઓળખવામાં આવે છે. બ્રહ્માંડમાં જે ચાર પ્રકારના બળ જોવા મળે છે, એમાં સૌથી શક્તિશાળી બળને અંગ્રેજીમાં સ્ટ્રોંગ ફોર્સ તરીકે ઓળખવામાં આવે છે. પરમાણુ વિસ્ફોટ દ્વારા નાભિ કેન્દ્રને તોડવામાં આવે છે. ત્યારે પુષ્કળ ઊર્જા પેદા થાય છે. તેનું મુખ્ય કારણ પણ સ્ટ્રોંગ ફોર્સ છે. જે લોકોને ભૌતિકશામાં રસ હોય, તેમને ખાસ જણાવવાનું કે 'સ્ટ્રોંગ ફોર્સ ઉપર એક સુંદર લેખ સાઇન્ટિફિક અમેરિકન મેગેઝીનમાં છપાયો છે.' લેખમાં નવા સંશોધન, બ્રહ્માંડના સૌથી શક્તિશાળી બળનું રહસ્ય ખોલે છે. આખરે ભૌતિકશાસ્ત્રનાં સ્ટ્રોંગ ફોર્સની જન્મ કુંડળી અને કર્મ કુંડળીમાં શું લખ્યું છે? બ્રહ્માંડનાં સૌથી શક્તિશાળી બળ 'સ્ટ્રોંગ ફોર્સ'નું રહસ્ય શું છે?

આલ્ફા-એસ : સ્ટ્રોંગ ફોર્સનો અચળાંક

તમને જાણીને આશ્ચર્ય થશે કે બ્રહ્માંડના અન્ય બધા જ બળને માપવા માટેની, અતિ ચોકસાઈપૂર્ણ પદ્ધતિ વિજ્ઞાનીઓ વિકસાવી ચૂક્યા છે. પરંતુ હજી પણ વિજ્ઞાનીઓ સ્ટ્રોંગ ફોર્સને ચોકસાઈથી માપી શક્યા નથી. એટલે જ તેઓ જાણતા નથી કે આ સ્ટ્રોંગ ફોર્સ, અન્ય બધા જ બળ કરતાં ખરેખર કેટલું શક્તિશાળી છે? એક વૈજ્ઞાનિક અંદાજ મુજબ સ્ટ્રોંગ ફોર્સ, ગુરુત્વાકર્ષણ બળ કરતાં ૧૦૦ ટ્રિલિયન ટ ટ્રિલિયન ટ ટ્ર્રિલિયન ગણું વધુ શક્તિશાળી છે. (એક ટ્રીલીયન એટલે કે એકની પાછળ ૧૨ મીંડા જોડો એટલી લાંબી રકમ થાય). સ્ટ્રોંગ ફોર્સની સરખામણીમાં અન્ય ત્રણ બળ - ગુરુત્વાકર્ષણ, ઇલેક્ટ્રોમેગ્નેટિક બળ અને નબળા પરમાણુ બળને (વિક ફોર્સ જે કેટલાક કિરણોત્સર્ગી માટે પણ જવાબદાર છે) વધુ સારી રીતે માપી શકાય છે. કોઈ પણ બળને માપવા અને વધુ સારી રીતે દર્શાવવા માટે, તેનાં સમીકરણમાં એક અચળાંકનો ઉપયોગ કરવામાં આવે છે. જેને કપલિંગ કોન્સ્ટન્ટ કહે છે. જે રીતે અમદાવાદ અને દિલ્હી વચ્ચેનું અંતર, મિલીમીટરની ચોકસાઈથી માપી શકાય તે જ રીતે, તેટલી જ ચોકસાઈથી વીજ-ચુંબકીય બળ પણ માપી શકાય છે. 

વીજ-ચુંબકીય બળના સમીકરણમાં વપરાતા અચળાંકને, આલ્ફા-ઈએમ (ઈએમ ઇલેક્ટ્રોમેગ્નેટિક ફોર્સ માટે) તરીકે ઓળખવામાં આવે છે. એવી જ રીતે બ્રહ્માંડના સૌથી શક્તિશાળી બળ એટલે કે સ્ટ્રોંગ ફોર્સને દર્શાવવા માટે વપરાતા અચળાંક અથવા સ્થિરાંકને આલ્ફા-એસ (એસ સ્ટ્રોંગ ફોર્સ માટે) તરીકે ઓળખવામાં આવે છે. જોકે વિક ફોર્સની સરખામણીમાં આલ્ફા-એસની ચોકસાઈ માપીએ તો, તે ૧૦ કરોડ ગણી ખરાબ છે. જેનું મુખ્ય કારણ, જે લેવલ ઉપર આ બળની માપણી કરવામાં આવે છે ત્યાં, અનિશ્ચિતતા એટલે કે અચોક્કસતાનું પ્રમાણ સૌથી વધારે હોય છે. સૈદ્ધાંતિક રીતે આ અચળાંકની જે વેલ્યુની આગાહી કરવામાં આવે છે, જેનું મૂલ્ય શૂન્યથી લઈને ઇન્ફીનિટી એટલે કે અનંત સુધી હોય છે. જે ઉપયોગી થઈ શકે તેમ નથી. આવું શા માટે? 

રહસ્યમય ન્યુક્લિઓન્સ અને ન્યુટ્રોન સ્ટાર

શા માટે નાભી કેન્દ્રમાં ન્યુક્લિઓન્સ એટલે કે પ્રોટોન અને ન્યુટ્રોન એકબીજા સાથે જકડાઈ રહે છે? હવે સૂક્ષ્મથી વિરાટ દ્રષ્ટિકોણ અપનાવીએ તો, બ્રહ્માંડમાં ન્યુટ્રોન સ્ટારનાં અસ્તિત્વનું સાચું કારણ શું છે? આમ પરમાણુના નાભિ કેન્દ્રમાં લાગતાં બળથી માંડીને, ન્યુટ્રોન સ્ટારની રચના, તેની વર્તણૂક અને આગાહી કરવા માટે પણ, સ્ટ્રોંગફોર્સને સમજવું જરૂરી છે.  

બ્રહ્માંડમાં સ્ટ્રોંગ ફોર્સ કઈ રીતે કામ કરે છે? તે વાતને સમજવી હોય તો, પદાર્થની ઉત્પતિ કઈ રીતે થઈ એ સમજવું પડે. હવે મૂળ વાત એ છેકે પદાર્થ રચનારા આદિકણને એકબીજા સાથે બાંધી રાખવાનું કામ, સ્ટ્રોંગ ફોર્સ કરે છે. એક ક્ષણ માટે કલ્પના કરી લો કે, બ્રહ્માંડમાં સ્ટ્રોંગ ફોર્સનું અસ્તિત્વ નથી. તો તમને બ્રહ્માંડમાં માત્ર ઊર્જા જોવા મળશે. ્રબ્રહ્માંડમાં હાલમાં જે દ્રશ્યમાન પદાર્થ જોવા મળે છે, તે સંપૂર્ણ રીતે ગાયબ થઈ જશે. એટલા માટે જ વિજ્ઞાનીઓ કહે છેકે, બ્રહ્માંડમાં જોવા મળતા દ્રશ્યમાન પદાર્થના અસ્તિત્વનાં ૯૯% ભાગ માટે સ્ટ્રોંગ ફોર્સ જવાબદાર છે. અહીં તમને સવાલ થશે તો બાકીના એક ટકાનું શું?

પદાર્થના અસ્તિત્વ માટેનું એક ટકા જેટલું બળ હિગ્સ બોસોન દ્વારા મળે છે. ટેરા ડમનાટા ક્ષેત્રમાં લાગતા સ્ટ્રોંગ ફોર્સને, તાજેતરમાં જ બે વિજ્ઞાનીઓ માપવામાં સફળ રહ્યા છે. આ વિજ્ઞાનીઓ કહે છેકે સ્ટ્રોંગ ફોર્સને સમજવાથી, આપણે બ્રહ્માંડનું એક રહસ્ય ખોલી શકીએ છીએ. 'બ્રહ્માંડમાં ખરેખર કેટલા પરિમાણ-ડાયમેન્શન આવેલા છે? તે રહસ્યમય સવાલનો જવાબ સ્ટ્રોંગ ફોર્સને માપવાથી કદાચ મળી શકે તેમ છે. બ્રહ્માંડને સમજવા માટેની એકીકૃત એટલે કે યુનિફાઇડ થિયરીની રચના માટે પણ, સ્ટ્રોંગ ફોર્સનો અભ્યાસ મહત્વની ભૂમિકા ભજવે તેમ છે. 

અચળાંક અથવા તો સ્થિરાંક એવી વસ્તુ છે 'જે ક્યારેય બદલાતી નથી'. કદાચ આ વાત સ્ટ્રોંગ ફોર્સનાં અચળાંકને લાગુ પડતી નથી. કેટલાક વિજ્ઞાનીઓ માને છેકે ચોક્કસ પરિસ્થિતિમાં આલ્ફા એસનું મૂલ્ય બદલાતું રહે છે! વિજ્ઞાનના સામાન્ય વિદ્યાર્થીને પણ આશ્ચર્ય સાથે, સવાલ જરૂર થાય કે 'જો આલ્ફા-એસ અચળાંક હોય તો, તે કેવી રીતે બદલાઈ શકે?'

ક્વોન્ટમ ક્રોમોડાયનેમિક્સ : અતિ અતિ અતિ સુક્ષ્મ લેવલનું વિજ્ઞાન 

સ્ટ્રોંગ ફોર્સને ખુબ જ ચોકસાઈથી માપવું ખુબ જ અઘરું કામ છે. પ્રકૃતિના સૌથી રહસ્યમય અને મુશ્કેલ બળનો અભ્યાસ કરવો પણ અતિ મુશ્કેલ છે. કારણ કે તે અતિ સુક્ષ્મ લેવલે જોવા મળે છે. આ પ્રકારનું બળ કેવી રીતે કામ કરે છે? તે દર્શાવતું વિજ્ઞાન, ક્વોન્ટમ ક્રોમોડાયનેમિક્સ તરીકે ઓળખાય છે. ક્વોન્ટમ ક્રોમોડાયનેમિક્સ શા જ એટલું જટિલ છેકે જેનો ઉપયોગ, આપણે સ્ટ્રોંગ ફોર્સની સીધી જ ગણતરી માટે કરી શકતા નથી. સરળ શબ્દોમાં કહેવું હોય તો, તેના વડે એકદમ ચોકસાઈભરી આગાહી થઈ શકતી નથી. અહીં તમને સવાલ થશે શા માટે? વિજ્ઞાન આટલું બધું આગળ વધ્યું હોવા છતાં, આવી સમસ્યાઓ શા માટે આવે છે? 

એક ઉદાહરણ આપું તો, વીજચુંબકીય બળ માટે જવાબદાર કણને આપણે ફોટોન તરીકે ઓળખીએ છીએ. વિજભારની દ્રષ્ટિએ જોવા જઈએ તો, ફોટોન વીજભાર રહિત એટલે કે ચાર્જલેસ વાહકકણ-કેરિયર પાર્ટીકલ છે. જેની સરખામણીમાં, સ્ટ્રોંગ ફોર્સના કેરિયર પાર્ટીકલ એટલે કે વાહક કણને ગ્લુઓન તરીકે ઓળખવામાં આવે છે. જે ચાર્જ ધરાવે છે. આ ચાર્જને વિજ્ઞાનીઓ 'કલર' તરીકે ઓળખે છે. ગ્લુઓન વચ્ચે ચાર્જની એ રીતે આપ-લે થાય છેકે તે એકબીજાને છેદીને શૂન્ય થઈ જાય છે. આ કારણે સ્ટ્રોંગ ફોર્સને માપવું અઘરું બની જાય છે. તેની શક્તિશાળી તાકાત તેનાં અભ્યાસમાં પણ મુશ્કેલી ઊભી કરે છે. 

ક્વાર્ક અને ગ્લુઓન વચ્ચેની ક્રિયા-પ્રતિક્રિયાઓ એટલી મજબૂત છે, કે તેમને પ્રકૃતિમાં મુક્ત કણો તરીકે જોવામાં મુશ્કેલી આવે છે. આ પ્રકારના સીમિત ક્ષેત્રમાં થતી અનિશ્ચિતતાના કારણે, સૈદ્ધાંતિક ગણતરીઓ અને પ્રાયોગિક અવલોકનોને ચોકસાઈથી માપવાનું કામ સંશોધકો માટે એક નોંધપાત્ર પડકાર છે. જે અતિ સૂક્ષ્મ વિસ્તારમાં સ્ટ્રોંગ ફોર્સની અત્યંત શક્તિશાળી અસર જોવા મળે છે, તે ક્ષેત્રને વિજ્ઞાનીઓ 'ટેરા ડમનાતાટા' તરીકે ઓળખે છે. આ પડકારો હોવા છતાં, પરમાણુ ભૌતિકશાસ્ત્ર અને ભૌતિક વિશ્વના અભ્યાસ માટે, સ્ટ્રોંગ ફોર્સ મજબૂત બળને સમજવું અતિ મહત્વપૂર્ણ છે.

જો આલ્ફા-એસ અચળાંક હોય તો, તે કેવી રીતે બદલાઈ શકે?

આ સવાલનો જવાબ ભૌતિક શાસ્ત્રની એક વિભાવના છે, જેને ક્વાન્ટમ  લૂપ્સ તરીકે ઓળખવામાં આવે છે, તેની સાથે જોડાયેલો છે. ક્વૉન્ટમ લૂપ થિયરી દર્શાવે છેકે જેને આપણે સ્પેસ કહીએ છીએ 'એ નાના નાના વેક્યુમ એટલે કે શૂન્યાવકાશથી ભરેલું છે'. આ પ્રકારનું વેક્યુમ ખરેખર તો, નાના નાના કણોથી ભરેલું છે. સરળ શબ્દોમાં કહીએ તો, વેક્યુમમાં રહેલા સૂક્ષ્મ કણો વચ્ચે બળની જે આંતરક્રિયા એટલે કે ઇન્ટ્રેક્શન થાય છે. તેના કારણે આભાસી કણ મુક્ત થાય છે. આભાસી કણનું એકબીજામાં સમાઈ  પણ થાય છે. આ કણોને આભાસી એટલા માટે કહેવામાં આવે છેકે સેકન્ડના પણ અતિ અતિ અતિ સુક્ષ્મ સમયના ભાગમાં આવા કણો અસ્તિત્વમાં આવીને નાશ પામે છે. ક્વૉન્ટમ લેવલે આભાસી કણોની જ્યાં હાજરી જોવા મળે છે, તેને ક્વૉન્ટમ લુપ તરીકે ઓળખવામાં આવે છે.

હવે આપણા સવાલનો જવાબ, ઉપરોક્ત ક્વાન્ટમ લુપની સંક્ષિપ્ત સમજમાંથી મળે છે. ક્વૉન્ટમ  લુપમાં જોવા મળતી સૈદ્ધાંતિક ગણતરીઓની અનિશ્ચિતતાના કારણે, આલ્ફા-એસ અચળાંકનું મૂલ્ય પણ બદલાતું જોવા મળે છે. જેના કારણે સ્ટ્રોંગ ફોર્સને અત્યંત ચોકસાઈથી માપી શકતાં નથી. ક્વોન્ટમ ક્રોમોડાયનેમિક્સ (QCD)નાં ક્વૉન્ટમ  લૂપ્સના સિદ્ધાંતોના આધારે, વિજ્ઞાનીઓ  સમજી શક્યા છેકે કેટલીક પરિસ્થિતિઓમાં અને ક્વાર્ક વચ્ચે બળની આપલેના કારણે આલ્ફા-એસનું મૂલ્ય બદલાતું રહે છે. હવે વિજ્ઞાનીઓ કહે છે કે 'કપલ કોન્સ્ટન્ટ' ખરેખર અચળ રહેતો નથી. જેથી તેને અચળાંકનું નામ આપવું ખોટું ગણાય એટલા માટે અમે તેને માત્ર કપલીંગ તરીકે જ ઓળખવાનું પસંદ કરીએ છીએ. 

સ્ટ્રોંગ ફોર્સ એટલે કે બ્રહ્માંડનું શક્તિશાળી બળ, આ રીતે વર્તે છે. જો બ્રહ્માંડમાં સ્ટ્રોંગ ફોર્સની હાજરી ન હોત તો, બીગ બેંગ પછી પદાર્થની રચના પણ થઈ ન હોત, પદાર્થની રચના થયા થઈ ન હોત તો, બ્રહ્માંડ પણ અસ્તિત્વમાં આવ્યું ન હોત. અને બ્રહ્માંડનું અસ્તિત્વ ન હોત તો, તમે ફ્યુચર સાયન્સ કોલમનો, લેખ પણ આજે વાંચી શકતા ન હોત.