శాస్త్ర విజ్ఞానము

కల్లోలతా పరిశోధనలలో కంప్యూటర్ల వినియోగం ఒక కొత్త ఎత్తుకి ఎదిగింది. సంక్లిష్టతకి అంతర్లీనంగా ఉండే అద్భుతమైన ఆకృతికి అద్దం పట్టే అతి సుందర గ్రాఫిక్ చిత్రాలు వైజ్ఞానిక కళావస్తువుల స్థాయికి ఎదిగాయి. ఫ్రాక్టల్స్ (fractals) గురించి “బైఫర్కేషన్ల” (bifurcation) గురించి, “ఇంటెర్మిటెన్సీల” (intermittency) గురించి, తువ్వాలు-మడత “డిఫియోమార్ఫిజమ్” (diffeomorphism) ల గురించి పిచ్చాపాటి మాట్లాడుకోవడం ఒక ఫ్యాషను అయిపోయింది. ఈ పదాలన్నీ చలనాన్ని అభివర్ణించే సరికొత్త పరిభాష అయిపోయాయి.

చూడటం మొదలెట్టారు కనుక కల్లోలం ప్రతీ చోట సాక్షాత్కరించసాగింది. సన్నని ధారగా ఎగసే సిగరెట్ పొగ కోటి పాయలుగా విడిపోతుంది. గాలికి రెపరెపలాడే జెండా తెగ మెలికలు తిరుగుతుంది. కొళాయి నుండి కింద పడే నీటి ప్రవాహం మొదట్లో సమంగానే ఉన్నా హఠాత్తుగా ఒక ఎత్తులో సంక్షోభంగా (turbulent) మారిపోతుంది. వాతావరణ పరిణామాలలో, ఎగిరే విమానం చుట్టూ మసలే వాయు తరంగాలలో, రహదారి మీద “జామ్” అయ్యే ట్రాఫిక్ ఒరవడులలో, భూగర్భ గొట్టాలలోని చమురు ప్రవాహంలో – ఇందుగలదందు లేదనకుండా ప్రకృతిలో ప్రతిచోటా కల్లోల తాండవమే కనిపించింది.

వివిధ వైజ్ఞానిక రంగాల మధ్య ఉండే కచ్చితమైన సరిహద్దులని అట్టే లక్ష్యపెట్టదు ఈ కల్లోలం. ఇది వ్యవస్థల యొక్క సార్వజనీన లక్షణాలకి సంబంధించినది కనుక బాగా వైవిధ్యం ఉన్న రంగాలకి చెందిన నిపుణులని దగ్గరికి తెచ్చింది. “పదిహేనేళ్ల క్రితం అతిశయమైన ప్రత్యేకీకరణ అనే దురవస్థ దిక్కుగా సైన్సు పరుగెత్తసాగింది. కాని ఆ ప్రత్యేకీకరణ పద్ధతి కల్లోలం యొక్క ఆగమనంతో పూర్తిగా మారిపోయింది.” అని డాక్టర్లు, భౌతిక శాస్త్రవేత్తలు, జీవశాస్త్రవేత్తలు మొదలైన వాళ్ళున్న ప్రేక్షకవర్గాన్ని ఉద్దేశించి ఒకసారి ఒక నౌకాదళ అధికారి అన్నాడు. సంక్లిష్టత యొక్క సార్వజనీన లక్షణాల గురించి చెప్తుంది కల్లోలం. ప్రప్రథమ కల్లోలాతా సిద్ధాంతులు అంతా కొన్ని మూల భావాల విషయంలో ఏకీభవించారు. వారికి ఆకృతిని గుర్తుపట్టగలిగే ప్రత్యేక దృష్టి ఉండేది. ఒకే ఆకృతి వివిధ విస్తృతులలో (scales) ఎలా కనిపిస్తుందో వాళ్ళకి చక్కని ఊహ ఉండేది. గజిబిజిగా నడిచే గతులంటే వాళ్లకి మక్కువ ఉండేది. పరిణామం అంటే ఏంటి? స్వేచ్చ అంటే ఏంటి? చైతన్యం అంటే ఏంటి? వంటి ప్రశ్నలు సరదాగా ఒకరికొకరు వేసుకుంటూ ఉండేవారు. అంతవరకు (అది ఇప్పటికీ బలంగానే ఉంది) ఒక వ్యవస్థను దాని మూలాంశాల (క్వార్క్లులు, క్రోమోజోమ్లు, న్యూరాన్లు ఇలా) వరకు విశ్లేషించి, ఆ మూలాంశాల లక్షణాలను బట్టి వ్యవస్థ ప్రవర్తనను అర్థం చేసుకునే పద్ధతి సైన్సులో బలంగా ఉండేది. దీనినే రిడక్షనిజమ్ అంటారు. భాగం మీద నిలిచిపోక వారి దృష్టి సమస్తం వరకు విస్తరించింది.

ఇక కల్లోలం యొక్క వీరాభిమానులని అడిగితే ఇరవయ్యవ శతాబ్దపు సైన్సు యొక్క ఘన విజయాలు మూడే నంటారు: సాపేక్షతా వాదం, క్వాంటం సిద్ధాంతం, కల్లోలం. కల్లోలం గత శతాబ్దంలో జరిగిన మూడవ మహోన్నత వైజ్ఞానిక విప్లవం అంటారు వాళ్ళు. ఆ మొదటి రెండు విప్లవాల లాగానే ఇది కూడా సాంప్రదాయక న్యూటోనియన్ విజ్ఞానాన్ని సవాలు చేస్తుంది. ఈ విషయాన్ని ఒక భౌతిక శాస్త్రవేత్త ఇలా వివరిస్తాడు: “నిరపేక్షమైన దేశకాలాలనే న్యూటోనియన్ భ్రాంతిని సాపేక్షతా వాదం కూలగొట్టింది. కచ్చితంగా నియంత్రించగల కొలమాన ప్రక్రియ అనే న్యూటోనియన్ స్వప్నాన్ని క్వాంటం సిద్ధాంతం తుడిచివేసింది. సునిర్దేశ్యమైన నిర్ణయాత్మకత అనే లాప్లాసియన్ ఊహాగానాన్ని కల్లోలం పటాపంచలు చేసింది.” ఈ మూడు శాస్త్రవిభాగాలలోను ఒక్క కల్లోలం మత్రమే మనుష్య స్థాయిలో మనం రోజూ చూసే, అనుభూతి చెందే ప్రపంచానికి వర్తిస్తుంది. బాహ్య ప్రపంచం యొక్క ప్రత్యక్ష అనుభూతి నుండి, అవగాహన నుండి సైద్ధాంతిక భౌతిక శాస్త్రం అందనంత దూరంగా వచ్చేసిందన్న అభియోగం ఎప్పట్నుంచో ఉంది. ఆ అభియోగాన్ని అబద్ధం చెయ్యడానికి కల్లోలం ఒక వరంలా దొరికిందని ఎంతో మంది అభిప్రాయపడ్డారు.

అంతవరకు తెర మాటున తారట్లాడిన కల్లోలం ఒక దశలో వేదిక మీద అడుగుపెట్టింది. ఇరవయ్యవ శతాబ్దపు భౌతిక శాస్త్రంలో అధికభాగం కణవిజ్ఞానానికే అంకితమయ్యింది. పదార్థం యొక్క అంతరంశాలను అత్యధిక శక్తుల వద్ద, అతిసూక్ష్మ మితుల వద్ద, అతి క్లుప్తమైన వ్యవధుల వద్ద శోధిస్తూ వచ్చారు. ప్రకృతిని పాలించే మూల శక్తుల గురించి, విశ్వం యొక్క మూలరహస్యాన్ని గురించి కణ విజ్ఞాన శాస్త్రవేత్తలు సిద్ధాంతాలు నిర్మించారు. కాని వారిలో నవ్యతరానికి చెందిన భౌతిక శాస్త్రవేత్తలలో ఈ రంగం యొక్క పురోగతి పట్ల అసంతృప్తి పెరుగుతూ వచ్చింది. క్వాంటం సిద్ధాంతపు చెణుకులతో, అధిక శక్తి కణాల మెరుపులతో అల్లకల్లోలంగా ఉన్న భౌతిక శాస్త్రానికి కల్లోలం ఓ కొత్త వెలుగు తెచ్చిపెట్టింది.

కేంబ్రిడ్జ్ విశ్వవిద్యాలయంలో న్యూటన్ అధికార పీఠాన్ని అలంకరించిన మేటి ఖగోళ శాస్త్రవేత్త స్టెఫెన్ హాకింగ్ ఒకసారి భౌతిక శాస్త్రం యొక్క భవిష్యత్తు గురించి ఉపన్యసించారు. 1980 లో “సైద్ధాంతిక భౌతిక శాస్త్రానికి అంతు కనిపిస్తోందా?” అన్న అంశం మీద మాట్లాడుతూ ఆయన ఇలా అన్నారు.

“దైనిక జీవితంలో మన అనుభవాలని పాలించే భౌతిక ధర్మాల గురించి ఇప్పుడు మనకు బాగా తెలుసు… గొప్ప ప్రయోగ సాధనాలు, బోలెడంత ధనం వెచ్చించి చేసే ప్రయోగాల ఫలితాలను కూడా ముందుగా మనం నిర్ణయించలేకున్నాం అంటే సైద్ధాంతిక భౌతిక శాస్త్రం ఎంతగా పురోగమించిందో మనం ఊహించుకోవచ్చు.” అయితే సూక్ష్మకణాల స్థాయిలో ప్రకృతి ధర్మాలను అధ్యయనం చేసినా ఆ అవగాహనను అత్యంత సరళమైన వ్యవస్థలకి మాత్రమే వర్తింపజేయడానికి సాధ్యమయ్యింది. త్వరణ యంత్రంలో ప్రచండ వేగాన్ని పుంజుకున్న రెండు కణాలు మేఘమందిరంలో (cloud chamber) ఢీకొనడాన్ని ముందుగా నిర్ణయించడం వేరు. మరిగే ద్రవంలో, వాతావరణంలో, నాడీమండలంలో జరిగే సంక్లిష్ట సంఘటనలని ముందుగా నిర్ణయించడం వేరు.

హాకింగ్ వర్ణించిన భౌతిక శాస్త్రం నోబెల్ బహుమతులని తెచ్చిపెట్టింది. పరిశోధనలకి గొప్ప నిధులని సమకూర్చింది. వైజ్ఞానిక విప్లవంగా అభివర్ణించబడింది. కొన్ని సన్నివేశాలలో భౌతిక శాస్త్ర ప్రయాస అంతటికీ చరమ లక్ష్యం అయిన “గ్రాండ్ యూనిఫైడ్ థియరీ” చేయి చాచితే అందేంత దగ్గరలో ఉన్నట్లు కనిపించింది. విశ్వం పుట్టిన తొలి క్షణాలలో శక్తి, పదార్థం ఎలా పరిణామం చెందాయో భౌతికశాస్త్రం అర్థం చేసుకోగలుగుతోంది. కాని ప్రపంచ యుద్ధం తరువాత వచ్చిన కణ భౌతిక శాస్త్రాన్ని విప్లవం అనవచ్చునా? అంతకు ముందు సాపేక్షతకి, క్వాంటం సిద్ధాంతానికి పునాదులు వేసిన ఐనిస్టయిన్, బోర్ మొదలైన మూలకర్తల భావాలకి ఈ ఆధునిక విజ్ఞానం కేవలం ఓ విస్తృత రూపమే కదా? అణుబాంబు నుండి ట్రాన్సిస్టర్ వరకు ఆధునిక విజ్ఞాన ఆవిష్కరణలు నిజంగానే ఇరవయ్యవ శతాబ్దపు నేపథ్యాన్ని సమూలంగా మార్చివేశాయి. అయినా కూడా కణ భౌతిక విజ్ఞానపు పరిధులు ఇంకా ఇంకా కుంచించుకు పోతున్నాయనే చెప్పాలి. సామాన్యులు ప్రపంచాన్ని అర్థం చేసుకునే తీరులో గొప్ప పరివర్తన పుట్టించగల మౌలిక భావాలు పుట్టి ఇంచుమించు రెండు తరాలు దాటిపోయాయనే చెప్పాలి.

ప్రకృతిని గురించి కొన్ని ముఖ్య ప్రశ్నల సమాధానాలను శోధించకుండానే హాకింగ్ వర్ణించిన భౌతిక శాస్త్రం తన మార్గాంతాన్ని చేరుకునేట్టుగా ఉంది. జీవం ఎలా ఉద్భవించింది? ద్రవాలలో సంక్షోభం అంటే ఏమిటి? ఎంట్రొపీ చేత పాలించబడే ఈ ప్రపంచంలో, వర్ధమాన గందరగోళం అయిన విశ్వగోళంలో, క్రమం ఎలా ఉత్పన్నమవుతోంది? దైనిక జీవన అనుభవంలో మనకు ఎదుటపడే వస్తువులకి మనం ఎంతగా అలవాటు పడిపోయాం అంటే అవన్నీ మనకు బాగా తెలిసిన విషయాలని భ్రమపడతాం. అది భ్రమ అని గుర్తించం. అలా ఈ కల్లోలత విప్లవం కొనసాగుతుండగా, మానవ స్థాయిలో అర్థం గాని ఎన్నో చిక్కుసమస్యల గురించి శాస్త్రవేత్తలు బుర్రలు బద్దలు కొట్టుకుంటున్నారు. ఇక తారావళుల జోలికి పోకుండా మేఘాల అధ్యయనం మొదలెట్టారు. క్రే సూపర్ కంప్యూటర్ లేకపోయినా బుల్లి బుల్లి మాకింటోష్ల మీదే గణనీయమైన కంప్యూటర్ పరిశోధనలు చెయ్యగలుగుతున్నారు. కొరుకుడు పడని క్వాంటం సిద్ధాంతపు పత్రాలతో పాటు, బల్ల మీద గెంతుతున్న బంతి యొక్క విచిత్ర గతి గురించి పత్రాలని కూడా శాస్త్ర పత్రికలు ప్రచురించడం ఆరంభించాయి. అతి సరళమైన వ్యవస్థలలో కూడా భవిష్యత్తును నిర్ణయించడం అంత కఠినమని మెల్లగా అర్థం అవుతోంది. అలాంటి వ్యవస్థలలో కూడా క్రమం పుడుతుంది. కల్లోలం, క్రమం వీడని తోబుట్టువులు. ఏ రంగంలోనైనా ఏకాంకాల – ఒక అణువు, ఒక న్యూరాన్, ఒక కణం ఇలాంటివి – ప్రవర్తనకి, అలాంటి ఎన్నో ఏకాంకాలు కలగలిసిన సమిష్టి ప్రవర్తనకి మధ్య చెప్పలేని వ్యత్యాసం ఉంటుంది. ఆ వ్యత్యాసాన్ని అర్థం చేసుకోవాలంటే ఓ కొత్త సైన్సు కావాలి. ఆ సైన్సే కల్లోలం అనిపించింది ఎంతోమందికి.

జలపాతం నేల మీద పాదం మోపిన స్థానంలో పక్కపక్కగా కొట్టుకుపోతున్న రెండు నురగ తునకలని గమనించండి. జలపాతం పుట్టిన చోట ఆ నురగ తునకలు ఎంత దూరంలో ఉండుంటాయో ఊహించలేం. జలపాతంలోని నీటి గతి ఎంత సంక్లిష్టంగా ఉంటుందంటే ఆ నురగల తునకల జాతకం ఆ భగవంతుడు కూడా చెప్పలేడేమో! సాంప్రదాయక భౌతిక శాస్త్రంలో ఒక వ్యవస్థ ప్రవర్తన చాలా సంక్లిష్టంగా ఉందంటే అసలు వ్యవస్థే చాల సంక్లిష్టంగా ఉండి ఉండాలన్నమాట. సరళ వ్యవస్థలో సంక్లిష్ట ప్రవర్తన అన్నది జరగని మాట. కాని 1960 లలో చెలరేగుతున్న కల్లోలతా ఉద్యమంలో అర్థమైనదేమిటి అంటే చాల సరళమైన గణిత సమీకరణాలలో కూడా ఆశ్చర్యకరమైన సంక్లిష్టత చూడవచ్చన్న విషయం. ఆరంభ స్థితులలో (initial conditions) చిన్న మార్పు ఉన్నా తదనంతర పరిణామం చాలా భిన్నంగా ఉంటుంది. దీనినే “ఆరంభ స్థితుల మీద సునిశితంగా ఆధారపడడం” అంటారు. ముఖ్యంగా వాతావరణం విషయంలో ఈ నియమం బాగా వర్తిస్తుంది. దీనికే “తూనీగ న్యాయం” అని ఒక తమాషా పేరు కూడా ఉంది. తూర్పు గోదావరిలో తూనీగ రెక్కలు అల్లారిస్తే తిరువనంతపురంలో తుఫాను చెలరేగిందట! అతి సూక్ష్మమైన కారణాలకి అతి పెద్ద పర్యవసానాలు ఉండడాన్ని సూచిస్తుంది ఈ న్యాయం. అలాంటి ధోరణి కల్లోలంలో ప్రథమ లక్షణం.

ఈ కల్లోలతా శాస్త్రానికి నాట్లు పెట్టి స్వహస్తాలతో పెంచిన పురోగాములు ఎందరో ఉన్నారు. వారు చేసిన సాహసాల మాలికే ఈ వ్యాస పరంపర.

రచయిత: డాక్టర్ వి. శ్రీనివాస చక్రవర్తి.