എന്തല്ല ന്യൂട്ടന്റെ മൂന്നാം ചലനനിയമം!

ഫോർ എവരി ആക്ഷൻ, ദെയറീസ് ആൻ ഈക്വൽ ആൻഡ് ഓപ്പോസിറ്റ് റിയാക്ഷൻ!

സയൻസിന്റെ സാങ്കേതിക നിർവചനങ്ങളിൽ നിന്ന് പുറത്തിറങ്ങി, അതേപടി സാധാരണ ഭാഷയിൽ കയറിക്കൂടി ഇത്രയധികം പ്രശസ്തമായ മറ്റൊരു വാചകം  ഉണ്ടാകുമോ എന്ന് സംശയമാണ്. നൂറ്റാണ്ടുകൾക്ക് മുൻപ് ഐസക് ന്യൂട്ടൻ രൂപം കൊടുത്ത അതിമനോഹരവും ആറ്റിക്കുറുക്കിയതുമായ സിദ്ധാന്തം- മൂന്നാം ചലനനിയമം. പക്ഷേ ഇത്രയും പോപ്പുലറായതുകൊണ്ട് തന്നെയാകണം, ന്യൂട്ടന്റെ മൂന്നാം ചലനനിയമത്തെ കുറിച്ച് ധാരണയെക്കാൾ കൂടുതൽ ഉള്ളത് തെറ്റിദ്ധാരണയാണ്. ശാസ്ത്രത്തിലെ സിദ്ധാന്തങ്ങൾ പ്രസ്താവിക്കുന്നത് നിശിതമായി നിർവചിക്കപ്പെട്ടിട്ടുള്ള പദാവലി ഉപയോഗിച്ചാണ്. അവിടെ ഉപയോഗിക്കുന്ന ഓരോ വാക്കിനും വ്യക്തമായ ഒരു നിർവചനം ഉണ്ടാകും. ശാസ്ത്രം പഠിക്കുന്നവർക്ക് ആ പദങ്ങളുടെ നിർവചനവും അറിയാമായിരിക്കും എന്നതിനാൽ, പദങ്ങളുടെ അർത്ഥത്തിന്റെ പ്രാധാന്യം അവർ പ്രത്യേകം ശ്രദ്ധിക്കില്ല. മറിച്ച് ഒരു സിദ്ധാന്തം അതേ പദാവലി ഉപയോഗിച്ച് പൊതുഭാഷയിലേയ്ക്ക് വരുമ്പോൾ അതല്ല സ്ഥിതി. പൊതുജനത്തിന് പദങ്ങളുടെ സാങ്കേതിക അർത്ഥം അറിയില്ലായിരിക്കും, അതുകൊണ്ട് തന്നെ സിദ്ധാന്തവും അതിനനുസരിച്ച് വള‍ഞ്ഞുപോകും. അങ്ങനെ വളഞ്ഞുപോയ ആശയത്തെ നിവർത്തിയെടുക്കാനുള്ള ഒരു ശ്രമമാണിവിടെ നടത്തുന്നത്. ആദ്യം അതിനെക്കുറിച്ച് ശ്രദ്ധയിൽ പെട്ടിട്ടുള്ള ചില ധാരണപ്പിശകുകൾ ചൂണ്ടിക്കാട്ടിയിട്ട്, ആ ആശയം വിശദീകരിക്കാം.

"For every action, there is an equal and opposite reaction"


ഒന്നാമതായി, action, reaction എന്നീ വാക്കുകളിൽ ശ്രദ്ധിക്കേണ്ടത് ഇവ രണ്ടും സത്യത്തിൽ ഒരേ ഭൗതിക അളവാണ് എന്നതാണ്- ബലം അഥവാ force. മൂന്നാം നിയമത്തിന്റെ മലയാളരൂപം ഇംഗ്ലീഷിനെ അപേക്ഷിച്ച് അല്പം കൂടി മെച്ചപ്പെട്ടതാണ്. അവിടെ "ഏത് ബലത്തിനും തുല്യവും വിപരീതവുമായ ഒരു എതിർബലം ഉണ്ടായിരിക്കും" എന്ന പ്രസ്താവനയിൽ തന്നെ രണ്ടും അടിസ്ഥാനപരമായി 'ബലം' തന്നെയാണെന്ന് വ്യക്തമാകുന്നുണ്ട്.  എങ്കിലും, ബലം എന്ന സാങ്കേതിക പദത്തെ ശരിയ്ക്ക് മനസിലാക്കിയാലേ ധാരണ ശരിയായി എന്ന് ഉറപ്പിക്കാനാവൂ.

ന്യൂട്ടന്റെ നിയമങ്ങൾ പഠിക്കുമ്പോൾ, രണ്ടാം ചലനനിയമത്തിലാണ് എന്താണ് ബലം എന്നതിനെക്കുറിച്ച് പറയുന്നത്. അത് ഇപ്രകാരമാണ്:
ഒരു വസ്തുവിൽ പ്രയോഗിക്കപ്പെടുന്ന ആകെ ബലം, ആ വസ്തുവിനുണ്ടാകുന്ന ആക്കവ്യത്യാസത്തിന്റെ നിരക്കിന് നേർ അനുപാതത്തിൽ ആയിരിക്കും. ആക്കവ്യത്യാസം സംഭവിക്കുന്നത് ബലത്തിന്റെ ദിശയിലും ആയിരിക്കും. (The net force acting on an object is directly proportional to the rate of change of momentum experienced by the object, and will be in the direction of momentum change.)

ബലമെന്ന സാങ്കേതികപദം വിശദീകരിക്കാനായി വന്നുപെട്ടത് ആക്കം (momentum) എന്ന സിംഹത്തിന്റെ മടയിലാണ് എന്നതാണ് ഇനിയത്തെ പ്രശ്നം. അതിന്റെ സാങ്കേതിക അർത്ഥം കൂടി വിശദീകരിക്കപ്പെടണം. ആക്കം എന്നത് എല്ലാ വസ്തുക്കളുടേയും ഒരു അടിസ്ഥാന ഗുണവിശേഷമാണ്. സാധാരണ ഭാഷയിൽ ഈ വാക്ക് അധികം പ്രയോഗിക്കപ്പെടാറില്ല എങ്കിലും, സാധാരണ ജീവിതത്തിൽ നമ്മൾ സ്ഥിരം കാണുന്ന/അനുഭവിക്കുന്ന ഒന്നാണത്. ഓടിവരുന്ന ഒരു സൈക്കിൾ ഇടിക്കുന്നതും, അതേ വേഗതയിൽ വരുന്ന ലോറി ഇടിക്കുന്നതും തമ്മിൽ വ്യത്യാസമുണ്ട് അല്ലേ? എവിടെയാണാ വ്യത്യാസം വരുന്നത്? ലോറിയുടെ പിണ്ഡവും (mass) സൈക്കിളിന്റെ പിണ്ഡവും തമ്മിലുള്ള വ്യത്യാസമാണത്. അതേ വേഗതയിൽ വരുന്ന ട്രെയിൻ ഇടിച്ചാൽ സ്ഥിതി ഇതിലും അതീവഗുരുതരമാകുന്നതും ഈ കാരണം കൊണ്ടാണ്. ഇവിടെയെല്ലാം, ഏൽക്കുന്ന ആഘാതത്തിന്റെ അളവുകോലായി പ്രവർത്തിക്കുന്നത് അവയുടെ ആക്കം ആണ്. ഒരു വസ്തുവിന്റെ ആക്കം, അതിന്റെ പിണ്ഡത്തിന്റേയും വേഗതയുടേയും ഗുണനഫലമായിട്ടാണ് കണക്കാക്കുന്നത്. (momentum = mass x velocity) അതായത് പിണ്ഡം കൂടിയാലും വേഗത കൂടിയാലും ആക്കം കൂടും. അതാണ് ഒരേ കാർ മുപ്പത് കിലോമീറ്റർ വേഗതയിൽ വന്നിടിക്കുന്നതും തൊണ്ണൂറ് കിലോമീറ്റർ വേഗതയിൽ വന്നിടിക്കുന്നതും തമ്മിലുള്ള വ്യത്യാസത്തിന് കാരണം. ഒരു വസ്തുവിന്റെ പിണ്ഡത്തേയും വേഗതയേയും വേർതിരിച്ച് കാണാൻ നമുക്ക് സാധിക്കില്ല, കാരണം ഇത് രണ്ടും ഒരേ സമയം വസ്തുവിന്റെ അടിസ്ഥാനഗുണങ്ങളാണ്. നിശ്ചലാവസ്ഥയിലൊഴികേ എപ്പോഴും എല്ലാ വസ്തുക്കൾക്കും ആക്കം ഉണ്ടായിരിക്കുമെന്ന് വ്യക്തമാണല്ലോ. 

ഇനി ബലത്തിലേയ്ക്ക് വരാം. ആ വാക്ക് നമ്മൾ നിത്യവ്യവഹാരത്തിൽ ഉപയോഗിക്കുന്നതാണെങ്കിലും, സത്യത്തിൽ അതിത്തിരി കൊനഷ്ട് പിടിച്ച അളവാണ്. "ഈ മേശയിൽ ഒരു 5 ന്യൂട്ടൻ ബലം പ്രയോഗിച്ചേ" എന്ന് ആവശ്യപ്പെട്ടാൽ സാക്ഷാൽ ഐസക് ന്യൂട്ടന് പോലും സാധിക്കില്ല. (ബലം അളക്കുന്ന യൂണിറ്റാണേയ് 'ന്യൂട്ടൻ') കാരണം ബലം നമുക്ക് നേരിട്ട് അളക്കാൻ പറ്റുന്ന ഒന്നല്ല. ആക്കവ്യത്യാസത്തിന്റെ നിരക്ക് അളക്കുക എന്ന മാർഗമാണ് അവിടുള്ളത്. ആക്കവ്യത്യാസമെന്ന സങ്കല്പം വ്യക്തമാക്കാൻ ഒരു ഉദാഹരണം പരിശോധിയ്ക്കാം.
 
ക്രിക്കറ്റ് കളിക്കുമ്പോൾ, നല്ല കളിക്കാർ പന്തിനെ ക്യാച്ച് ചെയ്യുന്നത് ശ്രദ്ധിച്ചിട്ടുണ്ടോ? പന്തിനെ പിടിക്കുന്നതോടൊപ്പം അവർ കൈപ്പത്തികൾ പിന്നിലേയ്ക്ക് ചലിപ്പിക്കുക കൂടി ചെയ്യും. നല്ല വേഗതയിൽ വരുന്ന പന്തിനെ ഉറപ്പിച്ച് പിടിച്ച കൈകളിൽ ക്യാച്ച് ചെയ്താൽ പണി കിട്ടുമെന്ന് കളിച്ചിട്ടുള്ളവർക്ക് അറിയാമായിരിക്കും, അല്ലേ? എന്താണ് പ്രശ്നം? പാഞ്ഞ് വരുന്ന പന്തിന് ഒരു ആക്കമുണ്ട് (അതിന്റെ പിണ്ഡവും വേഗതയും തമ്മിൽ ഗുണിക്കുന്നതിന് തുല്യം) അതിനെ കൈകൊണ്ട് പിടിച്ച് നിർത്താനാണ് നമ്മൾ ശ്രമിക്കുന്നത്. അതായത്, അതിന്റെ ആക്കം പൂജ്യമാക്കി മാറ്റണം. ബലം ആക്കവ്യത്യാസത്തിന്റെ നിരക്കിന് നേർ അനുപാതത്തിലായിരിക്കും എന്നാണ് രണ്ടാം നിയമം. അതുകൊണ്ട് തന്നെ പന്തിനെ പിടിച്ച് നിർത്താൻ എത്രത്തോളം ബലം പ്രയോഗിക്കണം എന്ന് തീരുമാനിക്കപ്പെടുന്നത്, നിങ്ങൾ എത്ര പെട്ടെന്നാണ് ഈ ആക്കം കുറയ്ക്കുന്നത് എന്നതനുസരിച്ചിരിക്കും. ശ്രദ്ധിക്കണം, ആക്കവ്യത്യാസമല്ല, ആക്കവ്യത്യാസത്തിന്റെ നിരക്കാണ് ഇവിടെ ബലം നിർണയിക്കുന്നത്. അതുകൊണ്ട്, എത്ര സമയമെടുത്താണ് നിങ്ങൾ ആക്കം കുറയ്ക്കുന്നത് എന്നതാണ് പ്രധാനം. പെട്ടെന്ന് ആക്കം പൂജ്യമാക്കണമെങ്കിൽ ബലവും കൂടുതൽ വേണം. കൈകൾ ഒരിടത്ത് തന്നെ ഉറപ്പിച്ച് നിർത്തിക്കൊണ്ട് പിടിക്കുമ്പോൾ ഇതാണ് ചെയ്യുന്നത് (**ഇവിടൊരു കാര്യമുണ്ട്. പിന്നെപ്പറയാം). മറിച്ച് കൈപ്പത്തി പിന്നിലേയ്ക്ക് ചലിപ്പിച്ചുകൊണ്ടാണ് നിങ്ങൾ പന്തിനെ നിർത്താൻ ശ്രമിക്കുന്നത് എങ്കിൽ, പന്തിന്റെ ആക്കം കുറയാൻ അല്പം കൂടി സമയം വേണം (ആക്കവ്യത്യാസത്തിന്റെ നിരക്ക് കുറയുന്നു) അതിനനുസരിച്ച് പന്ത് നിർത്താൻ വേണ്ട ബലവും കുറഞ്ഞിരിക്കും.

രണ്ടാം നിയമത്തിൽ ബലം എന്ന അളവ് അളക്കുന്നതെങ്ങനെ എന്ന് പറയുന്ന ന്യൂട്ടൻ, ബലത്തിന്റെ ഒരു അടിസ്ഥാനഗുണമാണ് മൂന്നാം നിയമത്തിൽ പറയുന്നത്. ബലത്തെ എപ്പോഴും ജോഡിയായിട്ടേ പ്രകൃതിയിൽ കാണാൻ സാധിയ്ക്കൂ എന്നതാണ് അതിന്റെ സത്ത. അതായത്, ഒരു ബലം മാത്രമായിട്ട് നിങ്ങൾക്ക് സൃഷ്ടിക്കാനാവില്ല. അത് എപ്പോഴും തത്സമയം പ്രവർത്തിക്കുന്ന മറ്റൊരു ബലവുമായി കൂടി ചേർന്നേ നിലനിൽക്കൂ. ഈ രണ്ട് ബലങ്ങളും അളവിൽ തുല്യവും, അവയുടെ ദിശകൾ പരസ്പരം നേർവിപരീതവും ആയിരിക്കും. ഇവിടെയാണ് ഒരു പ്രധാന തെറ്റിദ്ധാരണ ശ്രദ്ധിച്ചിട്ടുള്ളത്. ഒരു ബലം പ്രയോഗിക്കപ്പെടുന്നതിന്റെ ഫലമായി മറ്റൊരു എതിർബലം സൃഷ്ടിക്കപ്പെടുന്നു എന്നല്ല മൂന്നാം നിയമം പറയുന്നത്. അത്തരമൊരു cause-and-effect അല്ല അവിടെ സംഭവിക്കുന്നത് എന്നത് വ്യക്തമായി മനസിലാക്കേണ്ടതുണ്ട്. നീ എന്നെ അടിച്ചാൽ സ്വാഭാവികമായും ഞാൻ നിന്നെ തിരിച്ചടിക്കും എന്ന പ്രസ്താവനയല്ല അത്. (മിക്കപ്പോഴും ആ അർത്ഥത്തിലാണ് ഇത് പ്രയോഗിച്ച് കണ്ടിട്ടുള്ളത് ) നീ എന്നെ അടിക്കുമ്പോൾ തന്നെ എന്റെ അടി നീയും കൊള്ളുന്നുണ്ട് എന്നാണ് പറയേണ്ടത്. അവിടെ 'ശേഷമുള്ള തിരിച്ചടി' എന്നൊരു സംഗതിയേ ഇല്ല. അടിയുടെ തന്നെ ഉദാഹരണം എടുത്ത് പറ‍ഞ്ഞാൽ, എന്റെ മുഖത്ത് ഒരാളുടെ കൈ ഒരു ബലം പ്രയോഗിക്കുമ്പോൾ, എന്റെ മുഖം അയാളുടെ കൈയിൽ തിരിച്ചും ഒരു ബലം പ്രയോഗിക്കുന്നുണ്ട്. അടിക്കുന്ന സമയത്ത് തന്നെ അയാൾക്ക് അത് അനുഭവപ്പെടുകയും ചെയ്യും. രണ്ടും ഒരേ അളവിലുള്ള ബലങ്ങളാണെങ്കിലും എന്റെ മുഖത്തെ മൃദുലമായ കലകളിലും, മറ്റെയാളുടെ മുഷ്ടിയിലെ ഉറപ്പുള്ള കലകളിലും അവ വ്യത്യസ്തമായ ഫലമാണ് ഉണ്ടാക്കുന്നത് എന്ന വ്യത്യാസമേ ഉള്ളൂ. മുഖത്തെ കലകളെ ആ ബലം കൂടുതൽ മോശമായി ബാധിയ്ക്കും എന്ന ബയോളജി കാരണമാണ് എനിയ്ക്ക് വേദനിയ്ക്കുന്നത്. എന്നാൽ അതേ അടി, അതേ ബലത്തോടെ വന്ന് വീഴുന്നത് എന്റെ മടക്കിയ കൈമുട്ടിലാണെങ്കിലോ? മിക്കവാറും വേദനിയ്ക്കുന്നത് അയാൾക്കായിരിക്കും. കാരണം, അപ്പോൾ ആ ബലം കൈമുട്ടിനെക്കാൾ മോശമായി ബാധിയ്ക്കുന്നത് മുഷ്ടിയെ ആയിരിക്കും. ഇവിടെ രണ്ട് ബലങ്ങളും ഒരേ സമയം പ്രവർത്തിക്കുന്നു എന്നതിനാൽ തന്നെ ഇതിൽ ഏതിനെ വേണമെങ്കിലും action (ബലം) ആയിട്ട് പരിഗണിക്കാം, മറ്റേത് സ്വാഭാവികമായും reaction (എതിർബലം) ആകുന്നു.(**നേരത്തേ പറ‍ഞ്ഞ പന്ത് പിടിക്കുന്ന ഉദാഹരണത്തിൽ, പന്തിന്റെ ആക്കം കുറയ്ക്കാൻ നിങ്ങൾ പ്രയോഗിക്കുന്ന ബലത്തിന് എതിരേ പന്ത് നിങ്ങളുടെ കൈയിൽ പ്രയോഗിക്കുന്ന ബലമാണ് കൈ വേദനിപ്പിക്കുന്നത്)

അപ്പോ അത് ക്ലിയറായല്ലോ അല്ലേ? Reaction is 'not a result' of action; but action and reaction happen together.

തുല്യവും വിപരീതവുമായ ബലങ്ങൾ തമ്മിൽ ക്യാൻസലായിപ്പോകില്ലേ എന്ന ചോദ്യമാണ് അടുത്തത്. അതായത് സ്ഥലം വിറ്റ് കിട്ടിയ പത്ത് ലക്ഷം രൂപ കൊടുത്ത്, പത്ത് ലക്ഷം രൂപയുടെ കാറ് വാങ്ങിയാൽ വാങ്ങലും വിൽക്കലും കൂടി പത്ത് ലക്ഷം രൂപ ക്യാൻസലാവില്ലേ എന്ന്? സാധാരണഗതിൽ ആവും. പക്ഷേ സ്ഥലം വിൽക്കുന്നതും കാറ് വാങ്ങുന്നതും വേറേ വേറേ ആളുകളാണെങ്കിലോ? A എന്ന വസ്തു B എന്ന വസ്തുവിൽ ഒരു ബലം പ്രയോഗിച്ചാൽ, B അതേസമയം A-യിലും തുല്യമായ ഒരു എതിർബലം പ്രയോഗിക്കും എന്നാണ് നമ്മൾ പറഞ്ഞത്. ഇതിൽ ഒരു ബലം പ്രയോഗിക്കപ്പെടുന്നത് B-യിലും മറ്റേത് പ്രയോഗിക്കപ്പെടുന്നത് A-യിലും ആണ് എന്നത് മറന്നുപോകരുത്. അവ ക്യാൻസലാവില്ല. പ്രയോഗിക്കുന്നതാരായാലും A-യിലും B-യിലും ബലം പ്രയോഗിക്കപ്പെടുന്നുണ്ട്. അതുകൊണ്ടാണ് മുകളിലെ ഉദാഹരണത്തിൽ, മുഖത്ത് ഇടി കിട്ടുമ്പോൾ എനിയ്ക്ക് വേദനിയ്ക്കുന്നത്. ഇടിയ്ക്ക് തുല്യമായ ബലം എന്റെ മുഖം അയാളുടെ കൈയിൽ പ്രയോഗിച്ചതുകൊണ്ട് ഇവ തമ്മിൽ ക്യാൻസലായിപ്പോകുമായിരുന്നു എങ്കിൽ എന്റെ മുഖത്ത് കൈ പതിച്ചതായി അയാൾക്കോ, ഇടി കിട്ടിയതായി എനിയ്ക്കോ തോന്നുമായിരുന്നില്ല.

ഇപ്പോഴും ഈ നിയമം വേണ്ടത്ര മനസിലായിട്ടുണ്ട് എന്നുറപ്പിക്കാനാവില്ല കേട്ടോ. അത് പരിശോധിയ്ക്കാൻ വേണ്ടി ഒരു ചോദ്യം സ്വയം ചോദിച്ച് നോക്കുക- വായുവില്ലാത്ത ബഹിരാകാശത്ത് എങ്ങനെയാണ് റോക്കറ്റ് പ്രവർത്തിക്കുന്നത്? അവ എന്തിനെ തള്ളി മുന്നോട്ട് നീങ്ങും?

ഒരുപാട് അഭിമുഖീകരിച്ചിട്ടുള്ളതുകൊണ്ടാണ് ഈ ചോദ്യം എടുത്തത്. റോക്കറ്റിൽ മൂന്നാം ചലനനിയമം എങ്ങനെയാണ് പ്രവർത്തിക്കുന്നത് എന്നത് പ്രത്യേകം ശ്രദ്ധിയ്ക്കണം. റോക്കറ്റ് വായുവിനെ തള്ളുമ്പോൾ, വായു റോക്കറ്റിനെ തിരിച്ച് തള്ളുന്നതുകൊണ്ടാണ് അതിന് മുന്നിലേയ്ക്ക് നീങ്ങാൻ കഴിയുന്നത് എന്നാണ് ധരിച്ച് വെച്ചിരിക്കുന്നത് എങ്കിൽ അത് തിരുത്തിക്കോളൂ. സത്യത്തിൽ വായുവില്ലാത്തിടത്താണ് റോക്കറ്റിന് കൂടുതൽ എളുപ്പത്തിൽ നീങ്ങാൻ സാധിയ്ക്കുന്നത്. പ്രൊപ്പലന്റ് (ഇന്ധനം) കത്തിയുണ്ടാകുന്ന അതിമർദ്ദത്തിലുള്ള വാതകം അതിന്റെ താഴെയുള്ള ചെറിയ വിടവിലൂടെ ശക്തിയായി പുറത്തേയ്ക്ക് തള്ളുകയാണ് റോക്കറ്റ് ചെയ്യുന്നത്. ഇങ്ങനെ അതിന്റെ തന്നെ ഉള്ളിൽ നിന്ന് പുറത്തേയ്ക്ക് വരുന്ന വാതകമാണ് റോക്കറ്റിനെ തിരിച്ച് തള്ളുന്നത്. അതിന് പുറത്ത് വായുവിന്റെ ആവശ്യമേയില്ല. മാത്രവുമല്ല, പുറത്തെ വായുവുമായുള്ള ഘർഷണം റോക്കറ്റിന്റെ വേഗത അല്പം കുറയ്ക്കുകയേ ഉള്ളൂ.

"ഹോ! അങ്ങനെ മൂന്നാം നിയമം മനസ്സിലായി" എന്ന് ഇപ്പോ ആർക്കെങ്കിലും തോന്നുന്നുണ്ടെങ്കിൽ ഈ ഒരു ചോദ്യത്തിന്റെ ഉത്തരം കൂടി ആലോചിച്ചേയ്ക്കൂ: "ദുൽക്കർ സൽമാൻ ഒരു കുതിരവണ്ടിയിലിങ്ങനെ വരുവാന്നേ... വണ്ടിയെ ആരാ വലിക്കുന്നത്? കുതിര. അപ്പോ വണ്ടി കുതിരയേയും വലിക്കുന്നുണ്ടാവും അല്ലേ? അങ്ങനെയെങ്കിൽ പിന്നെ, ഈ കുതിരവണ്ടിയെങ്ങനാ മുന്നോട്ട് നീങ്ങുന്നേ??"