അണുഭൗതികം

അണുവിന്റെ (atom) പ്രകൃതിയേയും ഘടനയേയും കുറിച്ചു പ്രതിപാദിക്കുന്ന ശാസ്ത്രശാഖയാണു അണുഭൗതികം (Atomic Physics). ആധുനിക അണുസിദ്ധാന്തത്തിന്റെ ഉപജ്ഞാതാവ് രസതന്ത്രാധ്യാപകനായിരുന്ന ജോൺ ഡാൾട്ടൻ(1766-1844) ആണ്. ഏതു മൂലകവും വിഭജിക്കാനാവാത്ത ചെറിയ ഘടകങ്ങൾ (atoms) കൂടിച്ചേർന്നുണ്ടായതാണെന്നും, രണ്ടു വസ്തുക്കൾ രാസപ്രവർത്തനത്തിൽ ഏർപ്പെടുമ്പോൾ ഓരോന്നിന്റെയും ഒന്നോ അധികമോ ഇത്തരം ഘടകങ്ങൾചേർന്ന് സംയുക്ത ഘടകങ്ങളായ തൻമാത്രകൾ (molecules) രൂപം കൊള്ളുമെന്നും ആയിരുന്നു ഡാൾട്ടന്റെ തത്ത്വം. പ്രസ്തുത സിദ്ധാന്തം വളരെക്കാലത്തേക്ക് രസതന്ത്രത്തിലും ഭൌതികശാസ്ത്രത്തിലും സ്വാധീനത ചെലുത്തിയിരുന്നു. 19-ആം ശതകത്തിന്റെ ഉത്തരാർധത്തിൽ വാതകങ്ങളുടെ സ്വഭാവം വിവരിക്കുന്നതിനുവേണ്ടി ആവിഷ്കരിക്കപ്പെട്ട 'ഗതിക സിദ്ധാന്തം' (Kinetic Theory), ആറ്റം, തന്മാത്ര എന്ന സങ്കല്പങ്ങൾ ഉപയോഗപ്പെടുത്തുകയുണ്ടായി. ചുരുക്കത്തിൽ 19-ആം ശതകത്തിന്റെ അവസാനമായപ്പോഴേക്കും ആറ്റത്തിന്റെ അസ്തിത്വം ഭൌതികശാസ്ത്രജ്ഞൻമാരുടെയും, രസതന്ത്രജ്ഞൻമാരുടെയും ഇടയിൽ പരക്കെ അംഗീകരിക്കപ്പെട്ടു.

അണു എന്ന സങ്കല്പത്തിന് നൂറ്റാണ്ടുകളുടെ പഴക്കം ഉണ്ട്. ഭാരതീയാചാര്യനായ കണാദൻ തന്റെ വൈശേഷികദർശനത്തിൽ ദ്രവ്യത്തിന്റെ സൂക്ഷ്മരൂപമായി അണുവിനെ ചിത്രീകരിച്ചിട്ടുണ്ട്. ഭാരതീയദർശനത്തിലെ 'ആത്മ' സങ്കല്പവും 'ബ്രഹ്മ' സങ്കല്പവും ആറ്റം എന്ന ഒരസ്തിത്വത്തെയാണ് കുറിക്കുന്നത്. സ്ഥൂലരൂപത്തിലുള്ള പദാർഥം അതിസൂക്ഷ്മവും അവിഭക്തവുമായ പദാർഥകണങ്ങളിൽ നിർമിതമാണെന്ന് പ്രാചീന ഗ്രീക്കുകാരും വിശ്വസിച്ചിരുന്നു.

അണുവിനെക്കുറിച്ചുള്ള ആധുനികസങ്കല്പം ഡാൾട്ടന്റേതിൽനിന്നു വ്യത്യസ്തമാണ്. അണുവിന് ഒരു സൂക്ഷ്മഘടനയുണ്ടെന്നും അതിനെ ഉപഘടകങ്ങളായി വിഭജിക്കുക സാധ്യമാണെന്നും തെളിഞ്ഞുകഴിഞ്ഞിട്ടുണ്ട്. ഈ വഴിക്കുള്ള ഗവേഷണങ്ങൾക്കാവശ്യമായ ഉപകരണങ്ങൾ നിർമ്മിക്കുന്നതിനും ഫലപ്രദമായ പരീക്ഷണനിരീക്ഷണങ്ങൾ നടത്തുന്നതിനും നേതൃത്വം നല്കിയത് ഭൗതികശാസ്ത്രജ്ഞൻമാരാകയാൽ ഈ വിജ്ഞാനശാഖ 'അണുഭൗതികം' എന്ന പേരിൽ അറിയപ്പെടാനിടയായി.

ദ്രവ്യത്തിന്റെ അണുഘടനയിലേക്ക് വെളിച്ചം വീശുന്ന ആദ്യകാലപരീക്ഷണങ്ങളുടെ കൂട്ടത്തിൽ വൈദ്യുതവിശ്ലേഷണവും (electrolysis), വാതകങ്ങളിലൂടെയുള്ള വൈദ്യുതപ്രവാഹവും എടുത്തുപറയേണ്ടവയാണ്. വൈദ്യുതവിശ്ലേഷണത്തെ സംബന്ധിച്ച പഠനങ്ങളിൽനിന്നാണ് വൈദ്യുതിയുടെ അണുസ്വഭാവത്തെക്കുറിച്ച് ബോധമുണ്ടായത്. അതുപോലെതന്നെ താഴ്ന്ന മർദ്ദത്തിൽ വാതകങ്ങളിലൂടെയുള്ള വൈദ്യുതപ്രവാഹത്തെപ്പറ്റിയുള്ള പഠനങ്ങളിൽനിന്നാണ് പ്രത്യക്ഷമായോ പരോക്ഷമായോ അണുഭൌതികത്തിലെ പല കണ്ടുപിടിത്തങ്ങളും ഉണ്ടായത്.

അണുഭൗതികത്തിലെ ഗവേഷണങ്ങൾ

19-ആം ശതകത്തിന്റെ അവസാനദശകത്തിലെ കണ്ടുപിടിത്തങ്ങളാണ് എക്സ്റേയും റേഡിയോ ആക്റ്റിവതയുംഇലക്ട്രോണും. 1895-ൽ, റോൺജൻ എന്ന ജർമൻ ശാസ്ത്രജ്ഞൻ എക്സ്റേ (X-ray) കണ്ടുപിടിച്ചു. അലൂമിനിയംതകിടിൽ കാഥോഡ് കിരണങ്ങൾ (cathode rays) പതിയുമ്പോൾ അതിൽനിന്നും അദൃശ്യമായ എക്സ്റേകൾ പുറപ്പെടുമെന്ന് അദ്ദേഹം കണ്ടുപിടിച്ചു. തുടർന്ന് നടത്തിയ പരീക്ഷണങ്ങളിലൂടെ, തരംഗദൈർഘ്യം (wave length) കുറഞ്ഞ വൈദ്യുതകാന്തികതരംഗങ്ങൾ (electromagnetic waves) ആണ് എക്സറേ എന്നും അവയ്ക്ക് പദാർഥങ്ങളെ തുളച്ചു കടക്കാൻ കഴിവുണ്ടെന്നും അവ പ്രതിദീപ്തിയും (fluorescence) സ്ഫുരദീപ്തിയും (phosphorescence) സൃഷ്ടിക്കുമെന്നും സ്ഥാപിക്കപ്പെട്ടു. 1896-ൽ ഹെന്റി ബെക്വറൽ എന്ന ഫ്രഞ്ച് ശാസ്ത്രജ്ഞൻ റേഡിയോ ആക്റ്റിവത കണ്ടുപിടിച്ചു. റോൺജന്റെ എക്സ്റേ ട്യൂബിൽ കാഥോഡ് കിരണങ്ങൾ വന്നിടിക്കുമ്പോൾ ട്യൂബിന്റെ ഭിത്തികളിൽനിന്നുമാണ് എക്സ്റേ കൂടുതലും പുറപ്പെടുന്നത്. ഇതേത്തുടർന്ന് സ്ഫടികഭിത്തികളിൽ പ്രതിദീപ്തിയും ദൃശ്യമായിരുന്നു. പ്രതിദീപ്തിയെപ്പറ്റി ബെക്വറൽ പഠനങ്ങൾ നടത്തിയിരുന്നു. എക്സ്റേയുടെ ഉത്പാദനവും പ്രതിദീപ്തിയും തമ്മിൽ ബന്ധമുണ്ടായിരിക്കണമെന്ന അനുമാനത്തോടെ നടത്തിയ നിരീക്ഷണങ്ങളാണ് യുറേനിയത്തിന്റെ റേഡിയോ ആക്റ്റിവത കണ്ടുപിടിക്കുന്നതിന് അദ്ദേഹത്തെ സഹായിച്ചത്.യുറേനിയത്തിന്റെ ഒരു ലവണം (Uranium salt) പൊതിഞ്ഞുവച്ചിരുന്ന ഫൊട്ടോഗ്രാഫിക് പ്ളേറ്റ് ഡെവലപ് ചെയ്തുനോക്കിയപ്പോൾ, അതിൽ യുറേനിയ ലവണത്തിൽനിന്ന് പുറപ്പെടുന്ന അദൃശ്യകിരണങ്ങളുടെ അടയാളങ്ങൾ (radioactive rays) കണ്ടെത്തി. റേഡിയോ ആക്റ്റിവത യുറേനിയത്തിന്റെ മാത്രം സവിശേഷതയല്ലെന്നും മറ്റു പല വസ്തുക്കളും റേഡിയോ ആക്റ്റിവങ്ങളാണെന്നും പിന്നീട് കണ്ടു. തുടർന്നു നടത്തിയ പരീക്ഷണങ്ങളിൽനിന്നും റേഡിയോ ആക്റ്റിവകിരണങ്ങളിൽ വ്യത്യസ്ത സ്വഭാവങ്ങളോടുകൂടിയ α (ആൽഫ),β (ബീറ്റ),γ (ഗാമ) എന്നീ മൂന്നുതരം വികിരണങ്ങൾ (radiations) അടങ്ങിയിട്ടുണ്ടെന്നു ബോധ്യമായി.

1897-ൽ ജെ.ജെ. തോംസൺ ഇലക്ട്രോൺ കണ്ടുപിടിച്ചതായി പ്രസ്താവിക്കപ്പെടാറുണ്ടെങ്കിലും, യഥാർഥത്തിൽ ഏതാണ്ട് 50 വർഷക്കാലത്തെ - മൈക്കേൽ ഫാരഡെ വൈദ്യുതവിശ്ളേഷണ നിയമങ്ങൾ കണ്ടുപിടിച്ചതു മുതൽ ഇലക്ട്രോണിന്റെ ചാർജ് കൃത്യമായി മില്ലിക്കൻ തിട്ടപ്പെടുത്തിയതുവരെ - നിരവധി പേരുടെ നിരീക്ഷണഫലമാണ് ഇലക്ട്രോൺ കണ്ടുപിടിത്തം. ജെ.ജെ. തോംസന്റേയും സഹപ്രവർത്തകരുടെയും പരീക്ഷണങ്ങൾ ഋണ(negative)ചാർജും ഹൈഡ്രജൻ ആറ്റത്തിന്റെ ഏതാണ്ട് 1/2000 അംശം ഭാരമുള്ള ഇലക്ട്രോൺ കണങ്ങളുടെ അസ്തിത്വവും ദ്രവ്യത്തിന്റെ ഘടനയിൽ അവയ്ക്കുള്ള സ്ഥാനവും സ്ഥാപിക്കുന്നതിന് സഹായകമായി. ഇലക്ട്രോണിന്റെ ആപേക്ഷിക ചാർജ് (specific charge)- അതായത് ചാർജും ദ്രവ്യമാനവും തമ്മിലുള്ള അംശബന്ധം-കണ്ടുപിടിക്കുന്നതിനുള്ള തോംസന്റെ പരീക്ഷണത്തെയും അതിന്റെ ചാർജ് കൃത്യമായി നിർണയിക്കുന്നതിന് മില്ലിക്കൻ നടത്തിയ പരീക്ഷണങ്ങളെയും തുടർന്ന് എച്ച്.എ. ലോറൻസ് തന്റെ ഇലക്ട്രോൺസിദ്ധാന്തം (electron theory) ആവിഷ്കരിക്കുകയുണ്ടായി. ലോറൻസ് സിദ്ധാന്തത്തിന്റെ നേട്ടം, അതിന് സീമാൻ പ്രഭാവ (Zeeman Effect)ത്തെ തൃപ്തികരമായി വിശദീകരിക്കുവാൻ കഴിഞ്ഞു എന്നുള്ളതാണ്. 1896-ലാണ് സീമാൻപ്രഭാവം കണ്ടുപിടിക്കപ്പെട്ടത്. ഒരു കാന്തികമണ്ഡലത്തിനു സമാന്തരമായി വീക്ഷിക്കപ്പെടുന്ന ഒരു സ്പെക്ട്രരേഖ (spectral line) രണ്ടായി വേർതിരിഞ്ഞും കുറുകെ വീക്ഷിക്കപ്പെടുന്നപക്ഷം മൂന്നായി വേർതിരിഞ്ഞും നിശ്ചിത ധ്രുവണ(polarisation) സ്വഭാവത്തോടുകൂടിയും കാണപ്പെടുന്നതിനെയാണ് 'നോർമൽ സീമാൻ പ്രഭാവം' (Normal Zeeman Effect) എന്നു പറയുന്നത്. ലോറൻസിന്റെ സിദ്ധാന്തം നോർമൽ സീമാൻ പ്രഭാവത്തെ വിശദീകരിക്കാൻ പര്യാപ്തമായെങ്കിലും കൂടുതൽ വിശദമായ നിരീക്ഷണങ്ങളുടെ ഫലമായി പിന്നീട് കണ്ടുപിടിക്കപ്പെട്ട 'അനോമലസ് സീമാൻ പ്രഭാവ' (Anomalous Zeeman Effect)ത്തിന്റെ കാര്യത്തിൽ അതു പരാജയപ്പെട്ടു. എങ്കിലും സീമാന്റെ കണ്ടുപിടിത്തവും, ലോറൻസിന്റെ വിശദീകരണവും അണുഭൌതികവിജ്ഞാനീയത്തിന്റെ പ്രായോഗിക-സൈദ്ധാന്തിക മണ്ഡലങ്ങളിൽ തുടർന്നുള്ള ഗവേഷണങ്ങൾക്ക് പ്രചോദനം നല്കുകയുണ്ടായി.

ഇലക്ട്രോണിന്റെ അസ്തിത്വം അംഗീകരിക്കപ്പെട്ടതോടെ ആറ്റത്തിന് ഒരു സൂക്ഷ്മഘടന ഉണ്ടെന്നും ഇലക്ട്രോൺ, ആറ്റത്തിന്റെ ഒരു ഘടകമാണെന്നും ഉള്ള വിശ്വാസം ശാസ്ത്രജ്ഞർക്കിടയിൽ പ്രബലമായി. ആറ്റം, വൈദ്യുതിയുടെ കാര്യത്തിൽ 'ന്യൂട്രൽ' (neutral) ആയതിനാൽ അതിലെ ഇലക്ട്രോൺ ചാർജിനു തുല്യം ധന (positive) ചാർജും ആറ്റത്തിൽ ഉണ്ടായിരിക്കണമെന്ന തത്ത്വത്തെ ആദരിച്ച് പല അണുമാതൃകകളും (atom ic models) നിർദ്ദേശിക്കപ്പെട്ടു.ജെ.ജെ. തോംസന്റെ മാതൃകയിൽ, ധനവൈദ്യുതി നിറച്ച ഒരു ഗോളവും അതിൽ അങ്ങിങ്ങുസ്ഥാനംപിടിച്ചിട്ടുള്ള ഇലക്ട്രോണുകളും ഒരു ആറ്റത്തിൽ ചേർന്നിരിക്കുന്നു. പെറിൻ ആകട്ടെ, ആറ്റത്തിന് സൌരയൂഥത്തിന്റെ മാതൃകയിലുള്ളൊരു ഘടന നിർദ്ദേശിച്ചു-ധനചാർജ് വഹിക്കുന്ന ഒരു കേന്ദ്രവും ചുറ്റും ഭ്രമണം ചെയ്യുന്ന ഇലക്ട്രോണുകളും. ഈ മാതൃകകളെല്ലാംതന്നെ പരിചിതമായ സ്ഥൂലവസ്തുക്കളുടെ ചലനങ്ങളെ ഭരിക്കുന്ന യാന്ത്രിക നിയമങ്ങളും (mechanical laws) വിദ്യുത് കാന്തിക നിയമങ്ങളും അനുസരിച്ചു പ്രവർത്തിക്കുന്നവയായിട്ടാണ് അവതരിപ്പിക്കപ്പെട്ടത്. ഈ സമീപനം തെറ്റായിരുന്നുവെന്ന് പിന്നീടു ബോധ്യമായി.

ന്യൂക്ളിയർ ആറ്റം മോഡൽ

റഥർഫോർഡും അനുയായികളും ദ്രവ്യത്തിലൂടെ x-കണങ്ങളെ കടത്തിവിട്ട് അവയുടെ പഥത്തിനുണ്ടാകുന്ന വ്യതിചലനം (deflection) സംബന്ധിച്ച് നടത്തിയ പരീക്ഷണങ്ങളിൽനിന്നും ആറ്റത്തിന്റെ കേന്ദ്രത്തിൽ ഏറ്റവും ചുരുങ്ങിയൊരു സ്ഥാനത്തായി അതിന്റെ മിക്കവാറും മുഴുവൻ ദ്രവ്യമാന(mass)വും ധനചാർജും കേന്ദ്രീകരിച്ചിരിക്കുന്നതായി വ്യക്തമായി. പെറിൻ ആവിഷ്കരിച്ച ആശയംകൂടി സ്വീകരിച്ചുകൊണ്ട് 1910-ൽ റഥർഫോർഡ് തന്റെ പ്രസിദ്ധമായ 'ന്യൂക്ളിയർ ആറ്റം മാതൃക' (nuclear atom model) അവതരിപ്പിച്ചു. ഇതനുസരിച്ച് ആറ്റത്തിന്റെ കേന്ദ്രത്തിൽ ധനചാർജ് വഹിക്കുന്ന അത്യധികം ഭാരമേറിയ ന്യൂക്ളിയസ്സും അതിനുചുറ്റും ഭ്രമണംചെയ്യുന്ന ഭാരംകുറഞ്ഞ ഇലക്ട്രോണുകളുമാണ്. ഇലക്ട്രോണുകളുടെ എണ്ണത്തിൽ ഒരു മൂലകത്തിന്റെ ആറ്റം മറ്റൊന്നിന്റേതിൽനിന്നു വ്യത്യസ്തമായിരിക്കുന്നു. ക്ളാസ്സിക്കൽ ഭൌതികസിദ്ധാന്തങ്ങളിൽ അധിഷ്ഠിതമായ റഥർഫോർഡിന്റെ മാതൃക തൃപ്തികരമായ ഒരു അണുസിദ്ധാന്തത്തിന് രൂപംകൊടുക്കാൻ പര്യാപ്തമായിരുന്നില്ല. വിശേഷിച്ചും ആറ്റത്തിന്റെ സ്ഥായിയായ നിലനില്പിനെയും (stable existence) സ്പെക്ട്ര സ്വഭാവങ്ങളെയും വിശദീകരിക്കുന്ന കാര്യത്തിൽ റഥർഫോർഡ് പരാജയപ്പെട്ടു. എന്നാൽ റഥർഫോർഡിന്റെ ന്യൂക്ളിയർ ആറ്റംമാതൃകയെ ക്വാണ്ടം സിദ്ധാന്ത(Quantum theory)ത്തിലെ നിയമങ്ങളുടെ ചട്ടക്കൂട്ടിൽ കൊണ്ടുവന്ന നീൽസ് ബോർ സ്വീകാര്യമായ ഒരു അണുസിദ്ധാന്തത്തിന് ഇദംപ്രഥമമായി ജൻമം കൊടുത്തു.

ബോർ സിദ്ധാന്തം

പ്രകൃതിയിൽ ഊർജ്ജത്തിന്റെ വിനിമയം h γ (h-പ്ളാങ്ക്സ്ഥിരസംഖ്യ, γ-ഊർജ്ജം വികിരണം ചെയ്യുന്ന വസ്തുവിന്റെ ആവൃത്തി) എന്ന ക്വാണ്ടത്തിന്റെ പൂർണഗുണിതങ്ങളായ അളവുകളിൽ മാത്രമേ സംഭവിക്കുകയുള്ളു എന്ന മാക്സ്പ്ളാങ്കിന്റെ ക്വാണ്ടംതത്ത്വത്തെ ആറ്റത്തിലെ ഇലക്ട്രോൺ ചലനവുമായി ബന്ധപ്പെടുത്തുകയാണ് ബോർ ചെയ്തത്. ബോർ സിദ്ധാന്തത്തിലെ അടിസ്ഥാനസങ്കല്പങ്ങൾ താഴെ പറയുന്നവയാണ്: ഇലക്ട്രോണുകൾ ന്യൂക്ളിയസ്സിനുചുറ്റും ചില പ്രത്യേക പഥങ്ങളിലൂടെ മാത്രമേ ചലിക്കുകയുള്ളു; ഒരു പ്രത്യേക പഥത്തിലൂടെ ഭ്രമണം ചെയ്യുന്ന ഇലക്ട്രോൺ, ഊർജ്ജം വികിരണം ചെയ്യുകയില്ല; എന്നാൽ അത് ഒരു പഥത്തിൽനിന്ന് മറ്റൊന്നിലേക്ക് ചാടുമ്പോൾ ഒരു നിശ്ചിത ക്വാണ്ടം ഊർജ്ജം അവശോഷണം ചെയ്യുകയോ, വികിരണം ചെയ്യുകയോ ചെയ്യുന്നു. ഇത്തരം സംക്രമങ്ങളാണ് (transition) സ്പെക്ട്രത്തിന്റെ ഉദ്ഭവത്തിനു കാരണം. അന്നുവരെ അറിയപ്പെട്ടിരുന്ന മിക്കവാറും എല്ലാ അണുപ്രതിഭാസങ്ങളെയും വിശദീകരിക്കാൻ ബോറിനു കഴിഞ്ഞു. സ്പെക്ട്രരേഖകളുടെ സൂക്ഷ്മസംരചന(fine structure)വിശദീകരിക്കുന്നതിൽ മാത്രമാണ് ബോർ സിദ്ധാന്തം പരാജയപ്പെട്ടത്. ഈ പോരായ്മ പരിഹരിക്കുന്നതിനുവേണ്ടി ആപേക്ഷികതാസിദ്ധാന്തത്തെ പ്രയോജനപ്പെടുത്തിക്കൊണ്ട്, ബോർ ആറ്റംമാതൃകയെ പരിഷ്കരിക്കാൻ സോമർഫെൽഡ് നടത്തിയ ശ്രമവും പൂർണമായി വിജയിച്ചില്ല.

ബോറിന്റെ സിദ്ധാന്തം അണുപ്രതിഭാസങ്ങളെ വിശദീകരിക്കുന്നതിൽ വിജയിച്ചുവെങ്കിലും ഈ സിദ്ധാന്തത്തിനെതിരായി ഒരു വാദമുഖം പൊന്തിവന്നു: തെളിയിക്കപ്പെടാനാവാത്ത ഏതാനും പരികല്പനകളാണ് ബോർ സിദ്ധാന്തത്തിനടിസ്ഥാനം; ശക്തമായ ഒരു ഗണിതതത്ത്വത്തിന്റെ അടിസ്ഥാനത്തിലല്ല അതു പടുത്തുയർത്തപ്പെട്ടിട്ടുള്ളത്. പ്രത്യക്ഷത്തിൽ പരസ്പരവിരുദ്ധങ്ങളായ രണ്ടു സിദ്ധാന്തങ്ങളെ (ക്ളാസ്സിക്കൽ ക്വാണ്ടം സിദ്ധാന്തങ്ങൾ) ആശ്രയിക്കാതെ ബോറിന് ഗത്യന്തരമില്ലായിരുന്നു. അണുഭൌതികത്തിന്റെ മണ്ഡലങ്ങളിൽ പ്രയോഗക്ഷമമായ പുതിയൊരു ഗണിതസിദ്ധാന്തത്തിന്റെ ആവശ്യകത ഭൌതികശാസ്ത്രജ്ഞൻമാർക്കു ബോധ്യമായി. ഈ വഴിക്കുള്ള പരിശ്രമങ്ങളുടെ ഫലമായി 1925-നോടടുത്ത്, ക്വാണ്ടം മെക്കാനിക്സ് (Quantum Mechanics) എന്ന പേരിൽ പുതിയൊരു വിജ്ഞാനശാഖ രൂപംകൊണ്ടു. ഷ്റോഡിംഗർ, ഹൈസൻബെർഗ്, ഡിറാക് എന്നിവരാണ് ക്വാണ്ടം മെക്കാനിക്സിന്റെ വ്യാഖ്യാതാക്കൾ. ഷ്റോഡിംഗറിന്റെ തരംഗബലതന്ത്ര(Wave Mechanics)വും ഹൈസൻബെർഗിന്റെ 'മാട്രിക്സ് മെക്കാനിക്സും' (Matrix Mechanics) വ്യത്യസ്തമായ സമീപനങ്ങളാണെന്ന് ആദ്യകാലത്ത് കരുതപ്പെട്ടിരുന്നുവെങ്കിലും പിന്നീട് അവ രണ്ടും അഭിന്നമാണെന്നു മനസ്സിലായി. ദ്രവ്യതരംഗങ്ങളെ (matter waves)പ്പറ്റിയുള്ള ദെബ്രോയെയുടെ സങ്കല്പത്തിൽനിന്നുമാണ് ഷ്രോഡിംഗർ തന്റെ സിദ്ധാന്തം പടുത്തുയർത്തിയത്. തൻമൂലം ക്വാണ്ടംഭൌതികം, ദ്രവ്യവസ്തുക്കളിൽ കണികാസ്വഭാവവും തരംഗസ്വഭാവവും ഒരേ സമയം ആരോപിക്കുന്നു. മുൻ അണുസിദ്ധാന്തങ്ങളിൽനിന്ന് വ്യത്യസ്തമായി ആറ്റത്തിന്റെ ഗുണധർമങ്ങളെ വിവരിക്കുന്നതിന് പുതിയ സിദ്ധാന്തം, ഒരു യാന്ത്രിക മാതൃകയെ ആശ്രയിക്കുന്നില്ല. സ്ഥൂലവസ്തുക്കളുടെ നിയമങ്ങൾ പദാർഥത്തിന്റെ സൂക്ഷ്മകണങ്ങളിലേക്ക് വ്യാപിപ്പിക്കുന്നത് ശരിയല്ലെന്ന് ക്വാണ്ടംമെക്കാനിക്സിന്റെ പ്രണേതാക്കൾ വാദിച്ചു. ആറ്റത്തിന് ഒരു മാതൃക കല്പിക്കുന്നത് നിരർഥകമാണ്, ഇവയുടെ കൃത്യമായ നിർണയത്തിലുള്ള പരിമിതിയെ 'അനിശ്ചിതത്ത്വ തത്ത്വം' (Uncertainty principles) വഴി ഹൈസൻബർഗ് വ്യക്തമാക്കി.

പുതിയ ആശയങ്ങൾ

1925-27-നും ഇടയ്ക്കുള്ള കാലഘട്ടത്തിലുണ്ടായ ഭൌതികവിജ്ഞാനത്തിന്റെ സൈദ്ധാന്തികപരമായ വികാസങ്ങളാണ് മുകളിൽ വിവരിച്ചത്. ഇതോടൊപ്പം അണുഭൌതികത്തിലും അതിലുപരി അണുകേന്ദ്രഭൌതികത്തിലും പരമപ്രധാനമായ ഇലക്ട്രോൺ ചക്രണം (electron spin), പൌളിയുടെ അപവർജ്ജനനിയമം (Pauli's exclusion principle) തുടങ്ങിയ പുതിയ ആശയങ്ങൾ രൂപം കൊണ്ടു. ഇലക്ട്രോണിന് സഹജമായ ഒരു 'ചക്രണഗതി' (spin motion) ഉണ്ടായിരിക്കണമെന്ന ആശയം കൊണ്ടുവന്നത് ഉള്ളൻബെക്, ഗുഡ്സ്മിത്ത് എന്നീ ശാസ്ത്രജ്ഞരാണ് (1925). സ്പെക്ട്രരേഖകളുടെ സൂക്ഷ്മഘടന തുടങ്ങി, അണുഭൌതികത്തിലെയും അണുകേന്ദ്രഭൌതികത്തിലെയും നിരവധി വിഷമപ്രശ്നങ്ങൾക്ക് പരിഹാരം നിർദ്ദേശിക്കാൻ സമർഥമായ ഈ പുതിയ സങ്കല്പത്തിന് സൈദ്ധാന്തികമായ ഒരടിസ്ഥാനം നല്കുന്നതിനുള്ള ശ്രമങ്ങളുടെ ഫലമാണ് ഡിറാക്കിന്റെ 'ആപേക്ഷികീയ ക്വാണ്ടം മെക്കാനിക്സ്' (Relativistic Quantum Mechanics). ഈ വിജ്ഞാനശാഖ, അടിസ്ഥാനകണങ്ങളെപ്പറ്റി ക്രമബദ്ധമായ പഠനങ്ങൾ നടത്തുന്നതിന് സഹായകമായ ഒരു ഗണിതോപകരണായിത്തീർന്നിരിക്കുന്നു.

ആറ്റത്തിന്റെ ഇലക്ട്രോണിക ഘടനയെ സംബന്ധിക്കുന്ന അടിസ്ഥാനനിയമങ്ങളും ആറ്റത്തിന്റെ ഘടനയും രാസസ്വഭാവവും സംബന്ധിച്ച തത്ത്വങ്ങളും 1927-നോടടുത്ത് ഏറെക്കുറെ വ്യക്തമാക്കപ്പെട്ടു. തുടർന്ന് ഏതാനും വർഷങ്ങൾക്കുള്ളിൽ, അറിയപ്പെട്ട മൂലകങ്ങളിൽ ഈ തത്ത്വങ്ങൾ പ്രയോഗിക്കുന്നതിനുള്ള ശ്രമങ്ങൾ വളരെയധികം പുരോഗമിക്കുകയുണ്ടായി. 20-ാം ശ.-ത്തിന്റെ പൂർവാർധത്തിൽ തന്നെ അണുഭൌതികം ശാഖകളായി പിരിഞ്ഞു. അണുഭൌതികത്തിൽനിന്നുടലെടുത്ത്, വികസിച്ചുകൊണ്ടിരിക്കുന്ന ന്യൂക്ളിയർ ഫിസിക്സ് (Nuclear Physics), സോളിഡ് സ്റ്റേറ്റ് ഫിസിക്സ് (Solid state Physics), ഇലക്ട്രോണിക്സ് (Electronics) എന്നീ ആധുനികശാസ്ത്ര-സാങ്കേതിക വിഷയങ്ങളിലാണ് ഭൌതികശാസ്ത്രജ്ഞർ സവിശേഷ ശ്രദ്ധ കേന്ദ്രീകരിച്ചിരിക്കുന്നത്.