വിജ്ഞാനചരിത്രത്തിലെ ഏറ്റവും വലിയ വിപ്ലവമായിരുന്നു ക്വാണ്ടംഭൗതികത്തിന്റെ ആവിര്‍ഭാവം. സൂക്ഷ്മപ്രപഞ്ചത്തിന്റെ അഗാധസങ്കീര്‍ണതകള്‍ തേടി ശാസ്ത്രലോകം ഊളിയിട്ടതിന്റെ ഫലം. ആ വിപ്ലവത്തിന്റെ തുടക്കം ഒരര്‍ഥത്തില്‍ ഡാനിഷ് ഭൗതികശാസ്ത്രജ്ഞനായ നീല്‍സ് ബോര്‍ മുന്നോട്ടുവെച്ച ആറ്റത്തിന്റെ ക്വാണ്ടംമാതൃകയോടെ ആയിരുന്നു. ക്വാണ്ടം ആറ്റംമാതൃകയ്ക്ക് ഇപ്പോള്‍ നൂറുവയസ്സ് തികയുന്നു.
'ഫിലോസൊഫിക്കില്‍ മാഗസിനി'ല്‍ തുടര്‍ച്ചയായി പ്രസിദ്ധീകരിച്ച മൂന്ന് പ്രബന്ധങ്ങളിലൂടെയാണ് ക്വാണ്ടം ആറ്റംമാതൃക നീല്‍സ് ബോര്‍ ലോകത്തിന് മുന്നില്‍ അവതരിപ്പിച്ചത്. അതില്‍ ആദ്യപ്രബന്ധം പുറത്തുവന്നത് 1913 ജൂലായിലായിരുന്നു. രണ്ടാമത്തെ പ്രബന്ധം ആ സപ്തംബറിലും, മൂന്നാമത്തേത് നവംബറിലും പ്രസിദ്ധീകരിക്കപ്പെട്ടു.
പോസിറ്റീവ് ചാര്‍ജുള്ള ആറ്റമിക ന്യൂക്ലിയസ്. അതിന് ചുറ്റും 'നിശ്ചിത ഊര്‍ജനില'കളില്‍ സ്ഥിതിചെയ്യുന്ന ഇലക്ട്രോണുകള്‍. ഇങ്ങനെയാണ് നീല്‍സ് ബോര്‍ തന്റെ ആറ്റംമാതൃക വിഭാവനം ചെയ്തത്. നിശ്ചിത ഊര്‍ജനിലകളിലാണ് ഇലക്ട്രോണുകള്‍ സ്ഥിതിചെയ്യുന്നതെന്ന നീല്‍സ് ബോറിന്റെ കണ്ടെത്തലായിരുന്നു ആറ്റംമാതൃകയിലെ ഏറ്റവും നിര്‍ണായകമായ സംഗതി. ഒരു ഏണിയുടെ പടികള്‍ സങ്കല്‍പ്പിക്കുക. ആ പടികളില്‍ മാത്രമേ ഒരാള്‍ക്ക് ചവിട്ടാനാകൂ, അല്ലാതെ രണ്ട് പടികള്‍ക്കിടയില്‍ ചവിട്ടാനാകില്ല. അതുപോലെ, ആറ്റമിക ന്യൂക്ലിയസിന് ചുറ്റുമുള്ള വ്യത്യസ്ത ഊര്‍ജനിലകളുള്ള പഥങ്ങളിലേ ഇലക്ട്രോണുകള്‍ക്ക് സ്ഥിതിചെയ്യാനാകൂ. അല്ലാതെ രണ്ട് ഭ്രമണപഥങ്ങള്‍ക്കിടയില്‍ സ്ഥിതിചെയ്യാന്‍ കഴിയില്ല.
ഈ നിഗമനത്തിലെത്താന്‍ നീല്‍സ് ബോറിനെ സഹായിച്ചത്, 13 വര്‍ഷം മുമ്പ് മാക്‌സ് പ്ലാങ്ക് അവതരിപ്പിച്ച ക്വാണ്ടം സിദ്ധാന്തമായിരുന്നു. തമോവസ്തു വികിരണം വിശദീകരിക്കാനുള്ള ശ്രമത്തിനിടെ പ്ലാങ്ക് എത്തിച്ചേര്‍ന്ന നിഗമനമാണ്, പ്രകാശം 'നിശ്ചിത യൂണിറ്റുകള്‍' അല്ലെങ്കില്‍ 'ക്വാണ്ടങ്ങള്‍' (quantums) ആയി പ്രത്യക്ഷപ്പെടുന്നു എന്ന കാര്യം. ക്ലാസിക്കല്‍ ഭൗതികശാസ്ത്രത്തിലെ നിയമങ്ങള്‍കൊണ്ട് തമോവസ്തു വികിരണം വിശദീകരിക്കാന്‍ കഴിയാതെ വന്നതാണ്, പ്ലാങ്ക് ക്വാണ്ടം സിദ്ധാന്തത്തിലേക്ക് എത്തിയത്.
1885 ഒക്ടോബര്‍ ഏഴിന് കോപ്പന്‍ഹേഗനില്‍ ഒരു പ്രഭുകുടുംബത്തില്‍ ജനിച്ച നീല്‍സ് ഹെന്‍ട്രിക് ഡേവിഡ് ബോര്‍, 1911 ല്‍ തന്റെ പോസ്റ്റ് ഡോക്ടറല്‍ പഠനത്തിനാണ് ഇംഗ്ലണ്ടിലെത്തിയത്. 1908 ല്‍, ഇരുപത്തിമൂന്നാം വയസ്സില്‍ റോയല്‍ ഡാനിഷ് അക്കാദമി ഓഫ് സയന്‍സസില്‍ നിന്ന് സ്വര്‍ണമെഡല്‍ നേടിയ നീല്‍സ് ബോറിന്റെ പി.എച്ച്.ഡി.പ്രബന്ധം 'ലോഹങ്ങളുടെ ഇലക്ട്രോണ്‍ സിദ്ധാന്ത'ത്തെക്കുറിച്ചുള്ളതായിരുന്നു.
സ്വാഭാവികമായും ഉപരിപഠനം കേംബ്രിഡ്ജില്‍ ജെ.ജെ.തോംസണിന് കീഴില്‍ നടത്താനായിരുന്നു നീല്‍സ് ബോറിന്റെ താത്പര്യം. ഇലക്ട്രോണ്‍ കണ്ടെത്തിയതിന് 1906 ല്‍ ഭൗതികശാസ്ത്രത്തിനുള്ള നൊബേല്‍ പുരസ്‌കാരം നേടിയ തോംസണെക്കാള്‍ യോഗ്യനായ ഒരു അധ്യാപകന്‍ തനിക്ക് വേറെയുണ്ടാകില്ലെന്ന് ആ ഡാനിഷ് യുവാവ് കരുതി.
എന്നാല്‍, കേംബ്രിഡ്ജിലെത്തി അധികം വൈകാതെ നീല്‍സ് ബോറിന് തന്റെ പ്രതീക്ഷകള്‍ അസ്ഥാനത്താണെന്ന് മനസിലായി. തോംസണിന്റെ സിദ്ധാന്തത്തിലെ പിഴവുകള്‍ ചൂണ്ടിക്കാട്ടാന്‍ നീല്‍സ് ബോര്‍ ധൈര്യപ്പെട്ടതും, ആ ഡാനിഷ് യുവാവിന്റെ ഇംഗ്ലീഷ് അത്ര നല്ലതായിരുന്നില്ല എന്നതും, തോംസണുമായി നല്ല ബന്ധം സ്ഥാപിക്കുന്നതിന് തടസ്സമായി. മാത്രമല്ല, നീല്‍സ് ബോര്‍ മുന്നോട്ടുവെയ്ക്കുന്ന പുതിയ ആശയങ്ങളോട് പ്രതികരിക്കാന്‍ അപ്പോള്‍ 55 വയസ്സുള്ള തോംസണ് കഴിഞ്ഞുമില്ല.
തോംസണ് നിരാശപ്പെടുത്തിയെങ്കിലും ഇംഗ്ലണ്ടില്‍ മറ്റൊരു ഗവേഷകന്‍ നീല്‍സ് ബോറില്‍ ആവേശമുയര്‍ത്തി. മാഞ്ചെസ്റ്ററില്‍ വിക്ടോറിയ സര്‍വകലാശാലയിലെ ഏണസ്റ്റ് റുഥര്‍ഫോഡായിരുന്നു അത്. 1912 ഫിബ്രവരിയില്‍ റുഥര്‍ഫോര്‍ഡിന്റെ ലാബില്‍ റേഡിയോ ആക്ടീവതയെക്കുറിച്ച് ഗവേഷണം നടത്താന്‍ നീല്‍സ് ബോറിന് അവസരമുണ്ടായി. അതിന് ഏതാണ്ട് ഒരുവര്‍ഷം മുമ്പ് (2011 മാര്‍ച്ച് 7 ന്) റുഥര്‍ഫോര്‍ഡ് ഒരു ആറ്റംമാതൃക അവതരിപ്പിച്ചിരുന്നു. പോസിറ്റീവ് ചാര്‍ജുള്ള ചെറുന്യൂക്ലിയസിനെ ചുറ്റുന്ന നെഗറ്റീവ് ചാര്‍ജുള്ള ഇലക്ട്രോണുകള്‍ എന്ന നിലയ്ക്കായിരുന്നു ആ മാതൃക.
റുഥര്‍ഫോര്‍ഡിന്റെ ആറ്റംമാതൃക കാതലായ ഒരു പ്രശ്‌നം നേരിട്ടു. ചാര്‍ജുള്ള കണമാണ് ഇലക്ട്രോണ്‍. ചാര്‍ജുള്ള ഏത് കണവും തുടര്‍ച്ചയായി ഭ്രമണം ചെയ്യുമ്പോള്‍, മാക്‌സ്‌വെലിന്റെ വൈദ്യുതകാന്തിക സിദ്ധാന്തം അനുസരിച്ച്, അത് തുടര്‍ച്ചയായി വികിരണോര്‍ജം പുറപ്പെടുവിക്കും. അങ്ങനെ ഇലക്ട്രോണിന് ഊര്‍ജം നഷ്ടപ്പെട്ട് ന്യൂക്ലിയസില്‍ നിപതിച്ച് ആറ്റം തകരും.
ആ പ്രശ്‌നം പരിഹരിച്ച് സ്ഥിരതയുള്ള ഒരു ആറ്റംമാതൃകയ്ക്ക് രൂപംനല്‍കാനാണ് നീല്‍സ് ബോര്‍ ശ്രമിച്ചത്. ക്ലാസിക്കല്‍ ഭൗതികം അനുസരിച്ച് ആറ്റത്തിനുള്ളില്‍ ന്യൂക്ലിയസിന് ചുറ്റും ഏത് ഭ്രമണപത്തിലും ഇലക്ട്രോണിന് സ്വീകരിക്കാം. അതില്‍ ഒരു നിയന്ത്രണവും ഇല്ല. എന്നാല്‍, ബോര്‍ അതിന് നിയന്ത്രണം വെച്ചു. അതിന് ക്ലാസിക്കല്‍ ഭൗതികത്തിന്റെ പരിധിവിട്ട് അദ്ദേഹം, പ്ലാങ്ക് ആവിഷ്‌ക്കരിക്കുകയും ഐന്‍സ്റ്റൈന്‍ ആദ്യ ഉപയോഗം (ഫോട്ടോഇലക്ട്രിക് പ്രഭാവം വിശദീകരിക്കാന്‍) കണ്ടെത്തുകയും ചെയ്ത ക്വാണ്ടംസിദ്ധാന്തത്തിന്റെ സഹായം തേടി.
ഇലക്ട്രോണുകളുടെ സ്ഥാനം ന്യൂക്ലിയസിന് ചുറ്റും ചില പ്രത്യേക ഊര്‍ജനിലകളിലുള്ള പഥങ്ങളിലാക്കി നീല്‍സ് ബോര്‍ പരിമിതപ്പെടുത്തി. അങ്ങനെ പരിമിതപ്പെടുത്തുക വഴി ഇലക്ട്രോണുകള്‍ തുടര്‍ച്ചയായി വികിരണോര്‍ജം പുറപ്പെടുവിക്കുകയോ ന്യൂക്ലിയസില്‍ പതിക്കുകയോ ചെയ്യുന്നില്ലെന്ന് ഉറപ്പുവരുത്തുകയാണ് അദ്ദേഹം ചെയ്തത്. അവിടെയാണ് നീല്‍സ് ബോറിന്റെ പ്രതിഭ പ്രവര്‍ത്തിച്ചത്. അതുവഴി ആറ്റത്തിന്റെ ഭൗതിക സവിശേഷതകള്‍ മാത്രമല്ല, രാസഗുണങ്ങളും വശദീകരിക്കാമെന്ന് അദ്ദേഹം തെളിയിച്ചു.
ഹൈഡ്രജന്‍ വര്‍ണരാജി സംബന്ധിച്ച ശാസ്ത്രീയ വിശദീകരണവും തന്റെ ക്വാണ്ടം ആറ്റംമാതൃകയിലൂടെ നീല്‍സ് ബോറാണ് ആദ്യം മുന്നോട്ട് വെയ്ക്കുന്നത്. വര്‍ണരാജി സംബന്ധിച്ച് 1885 ല്‍ ജോഹാന്‍ ജേക്കബ്ബ് ബാല്‍മര്‍ രൂപംനല്‍കിയ ഗണിതസമവാക്യം നീല്‍സ് ബോര്‍ അതിനായി ഉപയോഗിച്ചു.
ചരിത്രം സാക്ഷിയായ ഏറ്റവും വലിയ വിജ്ഞാന വിപ്ലവങ്ങളിലൊന്നിനാണ് താന്‍ നാന്ദി കുറിക്കുന്നതെന്ന് അന്ന് നീല്‍സ് ബോര്‍ ഓര്‍ത്തിരിക്കില്ല. പക്ഷേ, സംഭവിച്ചത് അങ്ങനെയാണ്. ആ മുന്നേറ്റത്തിന് 1922 ല്‍ ഭൗതികശാസ്ത്ര നൊബേലിന് നീല്‍സ് ബോര്‍ അര്‍ഹനായി.
ക്വാണ്ടം ആറ്റംമാതൃക പിന്നീട് ആര്‍നോള്‍ഡ് സോമര്‍ഫെല്‍ഡ് പരിഷ്‌ക്കരിച്ചു. ക്വാണ്ടം ആറ്റംമാതൃകയുടെ ചുവടുപിടിച്ചുള്ള അന്വേഷണങ്ങള്‍ 1920 കളില്‍ ആധുനിക ക്വാണ്ടംഭൗതികത്തിന്റെ വിശാലലോകത്തേക്കും പ്രപഞ്ചരഹസ്യങ്ങളിലേക്കും ശാസ്ത്രത്തെ നയിച്ചു. ലാര്‍ജ് ഹാഡ്രോണ്‍ കൊളൈഡറില്‍ (എല്‍.എച്ച്.സി) നടക്കുന്ന കണികാപരീക്ഷണം പോലെ, അന്ന് തുടങ്ങിയ അന്വേഷണം ഇപ്പോഴും ശാസ്ത്രം തുടരുന്നു.
(അവലംബം, കടപ്പാട് : 1. Quantum (2009), by Manjit Kumar; 2. Nature, Vol 498, June 6, 2013; ചിത്രം കടപ്പാട് : American Institute of Physics)
