This site is not complete. The work to converting the volumes of സര്‍വ്വവിജ്ഞാനകോശം is on progress. Please bear with us
Please contact webmastersiep@yahoo.com for any queries regarding this website.
Reading Problems? see Enabling Malayalam
ആപേക്ഷികീയ വിദ്യുദ്‌ഗതികം
സര്‍വ്വവിജ്ഞാനകോശം സംരംഭത്തില്‍ നിന്ന്
ആപേക്ഷികീയ വിദ്യുദ്‌ഗതികം
Relativistic Electrodynamics
ഭൗതികശാസ്‌ത്രത്തിലെ ഒരു ശാഖയായ വിദ്യുദ്‌ഗതികത്തിന്‌ ആപേക്ഷികതാസിദ്ധാന്തമനുസരിച്ചുണ്ടാകുന്ന മാറ്റങ്ങള്‍ പ്രതിപാദിക്കുന്ന ഒരു സൈദ്ധാന്തിക വിഭാഗം. വൈദ്യുതക്ഷേത്രവും കാന്തികക്ഷേത്രവും വൈദ്യുതചാര്‍ജുകളും തമ്മിലുള്ള വിവിധബന്ധങ്ങള്‍ നിര്‍വചിക്കപ്പെടുന്നത്‌ "മാക്‌സ്‌വെല്‍സമവാക്യങ്ങള്‍' കൊണ്ടാണ്‌. ഈ സമവാക്യങ്ങളാണ്‌ ക്ലാസിക്കല്‍ വിദ്യുദ്‌ഗതികത്തിന്റെ അടിസ്ഥാനം. അവയോടുകൂടി ആപേക്ഷികതാ സിദ്ധാന്തത്തിന്റെ തത്ത്വങ്ങള്‍കൂടി പരിഗണിക്കുമ്പോള്‍, ആപേക്ഷികീയ വിദ്യുദ്‌ഗതികത്തിന്റെ മൗലികസമവാക്യങ്ങള്‍ ലഭിക്കുന്നു. നിത്യജീവിതത്തില്‍ അനുഭവപ്പെടുന്ന വൈദ്യുത-കാന്തികനിയമങ്ങള്‍ ഇവയുടെ ഒരു സവിശേഷരൂപമാണെന്നു പറയാം. അതിവേഗത്തില്‍-പ്രകാശവേഗത്തോടു കിടപിടിക്കുന്ന വേഗത്തില്‍-സഞ്ചരിക്കുന്ന ചാര്‍ജിതകണങ്ങളും വിദ്യുത്‌കാന്തികക്ഷേത്രങ്ങളും തമ്മിലുള്ള അന്യോന്യക്രിയയാണ്‌ ഈ ശാസ്‌ത്രശാഖയിലെ പഠനവിഷയം.
നിര്‍ദേശാങ്കവ്യവസ്ഥ (Co-ordinate system) നിശ്ചലമാണെങ്കിലും അല്ലെങ്കിലും മാക്‌സ്‌വെല്‍സമവാക്യങ്ങള്‍ ശരിയാണെന്നതുകൊണ്ടാണ്‌ ആപേക്ഷികീയവിദ്യുത്‌ഗതികത്തിന്‌ അവ അടിസ്ഥാനമായിത്തീര്‍ന്നിട്ടുള്ളത്‌. പക്ഷേ, വിവിധ നിര്‍ദേശാങ്കവ്യവസ്ഥകളിലുള്ള നിരീക്ഷകര്‍ നിര്‍ണയിക്കുന്ന കാന്തികക്ഷേത്രങ്ങളോ വൈദ്യുതക്ഷേത്രങ്ങളോ ഒരുപോലെയല്ലതാനും. ഉദാഹരണമായി, നിശ്ചലവ്യവസ്ഥയില്‍ അനുഭവപ്പെടുന്ന കാന്തികക്ഷേത്രം മറ്റു ചില വ്യവസ്ഥകളില്‍ കാന്തികക്ഷേത്രവും വൈദ്യുതക്ഷേത്രവുമായി പ്രത്യക്ഷപ്പെടുന്നു. അതിനാല്‍, ചാര്‍ജിതകണങ്ങളും ക്ഷേത്രങ്ങളുമുള്‍ക്കൊള്ളുന്ന ഏതു സാഹചര്യത്തിലും ഈ സിദ്ധാന്തം അനുപേക്ഷണീയമാണ്‌. ഉച്ചോര്‍ജകണങ്ങള്‍ ഉത്‌പാദിപ്പിക്കുന്ന ത്വരിത്ര(accelerator)ങ്ങളില്‍ അതിവേഗത്തില്‍ സഞ്ചരിക്കുന്ന ചാര്‍ജിതകണങ്ങള്‍ പുറപ്പെടുവിക്കുന്ന വികിരണങ്ങള്‍ മൂലം ആ കണങ്ങള്‍ക്കു നല്‌കാവുന്ന ഊര്‍ജത്തിനുള്ള പരിമിതി ഗണിച്ചെടുക്കുവാന്‍ അതുപയോഗപ്പെടുന്നു. അതുപോലെ ഉച്ചവോള്‍ട്ടതയില്‍ പ്രവര്‍ത്തിക്കുന്ന നിര്‍വാതനാളി (Vacuum tube)കളിലും അനേക വിധത്തിലുള്ള വിദ്യുത്‌കാന്തികക്ഷേത്രങ്ങളുടെ പ്രശ്‌നങ്ങളിലും മറ്റും ഈ സിദ്ധാന്തത്തിനു പ്രാധാന്യമുണ്ട്‌.
മൗലികകണങ്ങള്‍ തുടങ്ങി ബ്രഹ്മാണ്ഡഗോളങ്ങള്‍ വരെയുള്ള സൂക്ഷ്‌മ, സ്ഥൂല വസ്‌തുക്കളില്‍ വിദ്യുത്‌കാന്തികബലം അനുഭവപ്പെടുന്നുണ്ട്‌. ന്യൂക്ലിയര്‍ ബലമാകട്ടെ അതിസൂക്ഷ്‌മ വസ്‌തുക്കളിലും, ഗ്രാവിറ്റേഷണല്‍ ബലം കോസ്‌മിക്‌തലത്തിലും മാത്രമേ അനുഭവവേദ്യമാകുന്നുള്ളു. എന്നാല്‍ ഇലക്‌ട്രോമാഗ്നറ്റിക്‌ ബലവുമായി ബന്ധമില്ലാത്ത ഒരു പ്രതിഭാസവും ഇല്ലെന്നുതന്നെ പറയാം.
എങ്ങനെയാണ്‌ വിദ്യുത്‌കാന്തികബലം അനുഭവപ്പെടുന്നത്‌? ചാര്‍ജിതകണങ്ങള്‍ സൃഷ്‌ടിക്കുന്ന ബലക്ഷേത്രമാണ്‌ അവ തമ്മിലുള്ള പ്രതിപ്രവര്‍ത്തനങ്ങള്‍ക്കാധാരം. അതുപോലെതന്നെ കാന്തികധ്രുവങ്ങള്‍ സൃഷ്‌ടിക്കുന്ന കാന്തികക്ഷേത്രവും. വൈദ്യുതബലവും കാന്തികബലവും പരസ്‌പരബന്ധമില്ലാത്ത വ്യത്യസ്‌ത ബലങ്ങളാണെന്നായിരുന്നു വളരെക്കാലത്തെ വിശ്വാസം. എന്നാല്‍ ഇവ തമ്മില്‍ അഭേദ്യമായി ബന്ധപ്പെട്ടിരിക്കുന്നുവെന്ന്‌ പിന്നീട്‌ ബോധ്യമായി. വൈദ്യുതിയുടേയും കാന്തതയുടേയും ബലക്ഷേത്രങ്ങള്‍ക്ക്‌ സ്വതന്ത്രമായ നിലനില്‌പില്ലെന്നും അവ "ഇലക്‌ട്രോമാഗ്നറ്റിക്‌' എന്ന ഒരു ബലക്ഷേത്രത്തിന്റെ രണ്ട്‌ വ്യത്യസ്‌ത പ്രകടനങ്ങള്‍ മാത്രമാണെന്നും സ്ഥാപിക്കപ്പെട്ടു. ഇവ തമ്മില്‍ എങ്ങനെ ബന്ധപ്പെട്ടിരിക്കുന്നുവെന്ന്‌ പരിശോധിക്കാം:
വൈദ്യുതി, കാന്തത്തെ സ്വാധീനിക്കുമോ എന്നറിയാന്‍ നടത്തിയ പരീക്ഷണങ്ങളില്‍നിന്ന്‌, വൈദ്യുതവാഹിക്കു സമീപം സ്ഥിതിചെയ്യുന്ന കാന്തസൂചി ഒരു വശത്തേയ്‌ക്ക്‌ വ്യതിചലിക്കുന്നതായി 1820-ല്‍ ഓര്‍സ്റ്റെഡ്‌ (Oersted) കണ്ടെത്തി. തുടര്‍ന്ന്‌ ആമ്പിയര്‍ (Ampere) നടത്തിയ പരീക്ഷണങ്ങളില്‍നിന്ന്‌ കാന്തികപ്രതിപ്രവര്‍ത്തനങ്ങള്‍ വൈദ്യുതധാര(electric currents)കളുടെ പ്രതിപ്രവര്‍ത്തനങ്ങളാണെന്ന്‌ തെളിഞ്ഞു. ഈ ആശയങ്ങളാണ്‌ മൈക്കല്‍ ഫാരഡെയെ "ഇലക്‌ട്രോമാഗ്നറ്റിക്‌ ഇന്‍ഡക്ഷ'നും ബന്ധപ്പെട്ട നിയമങ്ങളും കണ്ടുപിടിക്കുന്നതിലേക്ക്‌ നയിച്ചത്‌. ശ്രദ്ധേയമായ ഈ പഠനഫലങ്ങള്‍ കൂട്ടിയിണക്കിയാണ്‌ മാക്‌സ്‌വെല്‍(Maxwell) , പില്‌ക്കാലത്ത്‌ ഈ രംഗത്തുണ്ടായ വമ്പിച്ച പുരോഗതിക്ക്‌ നാന്ദികുറിച്ച തന്റെ സുപ്രസിദ്ധമായ "ഇലക്‌ട്രോഡൈനമിക്‌' സമീകരണങ്ങള്‍ നിര്‍ദേശിച്ചത്‌. അങ്ങനെ "ഇലക്‌ട്രോ ഡൈനമിക്‌സ്‌' എന്ന ഭൗതികശാസ്‌ത്രശാഖ ഉടലെടുത്തു. റേഡിയോ, ടെലിവിഷന്‍ തുടങ്ങി മാനവസംസ്‌കൃതിയുടെ മുഖഛായ മാറ്റിയ ഇലക്‌ട്രിക്കല്‍, ഇലക്‌ട്രോണിക്‌സ്‌ രംഗങ്ങളിലെ നിരവധി കണ്ടുപിടിത്തങ്ങള്‍ക്ക്‌ ഇതടിസ്ഥാനമായിത്തീര്‍ന്നു.
തീര്‍ത്തും സൈദ്ധാന്തികമായ പഠനത്തിലൂടെ ഇലക്‌ട്രോമാഗ്നറ്റിക്‌ തരംഗങ്ങളെ എപ്രകാരം സൃഷ്‌ടിക്കാന്‍ കഴിയുമെന്ന്‌ മാക്‌സ്‌വെല്‍ കാണിക്കുകയുണ്ടായി. മാത്രമല്ല, അവയുടെ വേഗത ശൂന്യതയിലെ പ്രകാശവേഗതയ്‌ക്കു തുല്യം (300,000 കി.മീ./സെ.) ആയിരിക്കുമെന്നും കണ്ടു. പ്രകാശതരംഗങ്ങള്‍ ഇലക്‌ട്രോമാഗ്നറ്റിക്‌ തരംഗങ്ങള്‍ തന്നെയാണെന്നു മാക്‌സ്‌വെല്‍ സമര്‍ഥിച്ചു. ഏതാനും വര്‍ഷങ്ങള്‍ക്കുശേഷം ഹെര്‍ട്‌സ്‌ (Hertz) ഇലക്‌ട്രോമാഗ്നറ്റിക്‌ തരംഗങ്ങള്‍ ലാബറട്ടറിയില്‍ സൃഷ്‌ടിച്ച്‌ മാക്‌സ്‌വെല്ലിന്റെ സിദ്ധാന്തം അസന്ദിഗ്‌ധമായി സ്ഥാപിച്ചു. (അതിന്‌ 10 വര്‍ഷം മുമ്പ്‌ മാക്‌സ്‌വെല്‍ അകാലചരമമടഞ്ഞിരുന്നു). ഇന്‍ഫ്രാറെഡ്‌, മൈക്രോവേവ്‌, റേഡിയോ, ടെലിവിഷന്‍ തരംഗങ്ങളും, ദൃശ്യപ്രകാശം, അള്‍ട്രാവയലറ്റ്‌, എക്‌സ്‌റേ, ഗാമാറേ തുടങ്ങിയവയും തമ്മില്‍ പരസ്‌പരം തരംഗദൈര്‍ഘ്യ(wavelength)ത്തില്‍ മാത്രമേ മൗലികമായി വ്യത്യാസമുള്ളു.
മാക്‌സ്‌വെല്ലിന്റെ ഇലക്‌ട്രോഡൈനമിക്‌സ്‌ക്ഷേത്രസമീകരണങ്ങളുടെ സാര്‍വത്രികത സ്ഥാപിക്കുന്നതിന്‌ ആപേക്ഷികതാതത്ത്വം അനുസരിച്ച്‌ ഐന്‍സ്റ്റൈന്‍ അവയെ "ലോറന്റ്‌സ്‌ രൂപാന്തരണത്തിനു(Lorentz transformation) വിധേയമാക്കി. സമീകരണങ്ങള്‍ക്ക്‌ രൂപമാറ്റം സംഭവിക്കുന്നില്ലെന്നും തെളിയിച്ചു. തുടര്‍ന്ന്‌ സ്ഥൂലവസ്‌തുക്കള്‍ക്ക്‌ ബാധകമായ ആപേക്ഷികീയ ഇലക്‌ട്രോഡൈനമിക്‌സ്‌ സമീകരണങ്ങള്‍ പഠനവിധേയമായി. പ്രസക്തമായ "ലോറന്റ്‌സ്‌ കോവേരിയന്റ്‌' (Lorentz covariant) സമീകരണങ്ങള്‍ എല്ലാംതന്നെ വികസിപ്പിക്കുകയുണ്ടായി. "ടെന്‍സര്‍ കാല്‍ക്കുലസ്‌ (Tensor calculus) ഉപയോഗിച്ച്‌ സങ്കീര്‍ണമായ ഗണിതീയ മാര്‍ഗങ്ങള്‍ അവലംബിച്ചാണ്‌ ഇത്‌ നിര്‍വഹിച്ചത്‌. വ്യത്യസ്‌ത സ്വഭാവവിശേഷങ്ങളുള്ള മാധ്യമങ്ങളിലൂടെ ഇലക്‌ട്രോമാഗ്നറ്റിക്‌ തരംഗങ്ങളുടെ വ്യാപനം പഠിക്കുന്നതിന്‌ ഇവ സഹായകമായി.
പ്ലാസ്‌മാ ഭൗതിക(Plasma physics)ത്തില്‍ ഈ സമീകരണങ്ങള്‍ക്ക്‌ മൗലിക പ്രാധാന്യമുണ്ട്‌. ഇലക്‌ട്രോണുകളും അയോണുകളും ഉള്‍ക്കൊള്ളുന്ന മിശ്രിതമാണ്‌ പ്ലാസ്‌മാ. ഇത്‌ ദ്രവ്യത്തിന്റെ നാലാമത്തെ അവസ്ഥയായി കരുതപ്പെടുന്നു. ഖരം, ദ്രവം, വാതകം എന്നിവയാണ്‌ ദ്രവ്യത്തിന്റെ, ഏവര്‍ക്കും പരിചിതമായ, മൂന്ന്‌ അവസ്ഥകള്‍. പ്രപഞ്ചത്തിലെ ദ്രവ്യശേഖരത്തില്‍ ഏറിയകൂറും പ്ലാസ്‌മാവസ്ഥയിലാണ്‌. ന്യൂക്ലിയര്‍ ഫ്യൂഷന്‍ വഴിയുള്ള ഊര്‍ജോത്‌പാദനത്തെ സംബന്ധിച്ച്‌ ലോകമെങ്ങും ഇപ്പോള്‍ നടന്നുവരുന്ന ഗവേഷണങ്ങളുടെ സൈദ്ധാന്തിക പശ്ചാത്തലം പ്ലശ്ശാസ്‌മാവസ്ഥയിലുള്ള ദ്രവ്യത്തിന്റെ പഠനമാണ്‌. പ്ലാസ്‌മാവസ്ഥയിലെത്തിയ ദ്രവ്യത്തിലൂടെയുള്ള ഇലക്‌ട്രോമാഗ്നറ്റിക്‌ തരംഗങ്ങളുടെ പ്രവാഹം പഠിക്കുന്നതിനുവേണ്ട സൈദ്ധാന്തിക ചട്ടക്കൂട്‌ ആപേക്ഷികീയ (ലോറന്റ്‌സ്‌ കോവേരിയന്റ്‌) ഇലക്‌ട്രോഡൈനമിക്‌സ്‌ പ്രദാനം ചെയ്യുന്നു.
