పరమాణువులు, అణువులు ఎలా ఏర్పడ్డాయి?

పరమాణువులు, అణువులు ఎలా ఏర్పడ్డాయి? - విలియమ్స్‌, సెయింట్‌ పీటర్స్‌ కళాశాల, హన్మకొండ, వరంగల్‌
ఈ విశాల విశ్వంలో పదార్థం పలు రూపురేఖల్లో ఉంది. ఈ విశ్వంలో ప్రధానంగా రెండే అంశాలు (entities) ఉన్నాయి. ఒకటి పదార్థం (matter), మరోటి శక్తి (energy). ఆల్బర్ట్‌ ఐన్‌స్టీన్‌ తన సాపేక్షతా సిద్ధాంతం (Theory of Relativity)లో ఋజువు చేయనంతవరకూ ఈ రెండు అంశాలూ రెండు స్వతంత్రపుటంశాలుగానే భావించేవారు. కానీ సాపేక్షతా సిద్ధాంతంలో పదార్థాన్ని మాయం చేసి దానికి తుల్యమైన (equivalent) శక్తిని పొందగలమనీ, అలాగే శక్తిని మాయం చేసి దానికి సరిగ్గా సమతూగే పదార్థాన్ని నిర్మించవచ్చని E=mc2 అనే సూత్రం ద్వారా ఐన్‌స్టీన్‌ తెలియజేశాడు. అంటేm అనే ప్రమాణాల ద్రవ్యరాశి (mass) ఉన్న పదార్థాన్ని విలయం (annihilation) చేస్తే E అనే ప్రమాణాలు గల శక్తి విడుదలవుతుందని దానర్థం. లేదా జు అనే ప్రమాణాల శక్తిని మటుమాయం చేసేలా ఖర్చుపెడితే మనకు M అనే ప్రమాణాల ద్రవ్యరాశి గల పదార్థం సంభవిస్తుందని కూడా అదే సూత్రం విశిదం చేస్తుంది. ఇక్కడ ాష్ణ అంటే శూన్యం (vacuum) లో కాంతి ప్రయాణించే వేగం (సెకనులో వెళ్లే దూరం).

దీనర్థం ఏమిటంటే ఓ కిలోగ్రాము ద్రవ్యరాశి ఉండే ఏ పదార్థాన్నైనా (రాయి, ఇనుము, కర్ర, నీళ్లు, గాలి, మాంసం, పాలు, బంగారం, వజ్రాలు మొదలైనవి) మటుమాయం అయ్యేలా చేస్తే ఆ లోగిట్లో 900 కోట్ల కోట్ల జౌళ్ల శక్తి ఉద్భవిస్తుందన్న మాట. ఈ శక్తి ఎంతంటే భారతదేశంలో 100 కోట్ల ఇళ్లల్లో ఒక 40 వాట్ల బల్బు, ఓ 40 వాట్ల ఫ్యాను, రెండు 10 వాట్ల CFL బల్బుల్ని మొత్తంగా రోజుకు సుమారు 10 గంటల చొప్పున వాడుకుంటే సుమారు ఓ సంవత్సరం పాటు ఎడతెగకుండా కరెంటును ఇవ్వవచ్చునన్న మాట. కేవలం ఓ కిలోగ్రాముతోనే ఈ ఘనకార్యాన్ని సాధించవచ్చును. లేదా 100 కి.గ్రా. (ఓ క్వింటాలు) ధాన్యాన్ని మటుమాయం చేస్తే 100 సంవత్సరాలపాటు ఓ 100 ఇళ్లల్లో 100 వాట్ల సామర్థ్యం గల విద్యుత్పరికరాలను నడిపించగలం (రోజుకు సుమారు 10 గంటలు వాడుకొంటూ). పదార్థం, శక్తి ఇలా పరస్పర వినిమయాలని ఆధునిక భౌతికశాస్త్రపు ప్రయోగాలు ఋజువు చేశాయి. కాబట్టి శక్తి కూడా పాదార్థిక రూపమేనన్నమాట. అంటే విశ్వం మొత్తం పాదార్థికమయం (materialistic).

సుమారు 1500 కోట్ల సంవత్సరాల క్రితం ఈ విశ్వం ఇలా ఉండేది కాదు. ద్రవ్యరాశి ఉన్న పదార్థ రూపంలో కాకుండా ద్రవ్యరాశిని ఇవ్వగల శక్తి రూపంలో ఉండేది. ఆ శక్తి యావత్తూ పదార్థంగా మారింది. మొదట్లో క్వార్కులు, లెప్టానులు అనబడే తేలికపాటి కణాలుగా పదార్థరూపం ఏర్పడింది. అంతేకాకుండా హిగ్స్‌ కణాలు అనే అతి చిన్న కణాలుగా కూడా ఏర్పడింది. కొన్ని క్వార్కులు, కొన్ని హిగ్స్‌ కణాలు కలిసి ప్రాథమికకణాలు (ప్రోటాన్లు, న్యూట్రాన్లు మొదలైనవి) గా మారాయి. ప్రోటాన్లు, న్యూట్రాన్లు కలిసి ఉండగలవు. వీటిని కలిపి ఉంచే కణాలు వేరే ఉన్నాయి. వాటి పేరు గ్లుయాన్లు. ఇలా ప్రోటాన్లు, న్యూట్రాన్లు కలిసికట్టుగా సమూహాలుగా ఏర్పడ్డాయి. ఈ సమూహాలను కేంద్రకాలు (nuclii) అంటాము. లెప్టానులుగా చలామణీ అయ్యే ఎలక్ట్రాన్లు ఈ కేంద్రకాల లోగిట్లో ఉండలేవని, కేంద్రకాలకు కొంచెం దూరంలోనే మనగలవని 'క్వాంటం సిద్ధాంతం' ఋజువు చేసింది. కానీ ప్రోటాన్లు ధనవిద్యుదావేశితం (positively electrically charged) కావడం వల్ల, ఎలక్ట్రాన్లు ఋణ విద్యుదావేశితం కావడం వల్ల పరస్పర ఆకర్షణ ఫలితంగా కేంద్రకానికి కొంతదూరంలో ఎలక్ట్రానుల సంచరిల్లేలా ఐక్యసంఘటన సిద్ధించింది. ఇలా సాధారణంగా కేంద్రకంలో ఎన్ని ప్రోటాన్లు ఉంటే ఆ కేంద్రకం సరసన అన్నే ఎలక్ట్రాన్లు ఉంటేనే స్థిరత్వం (stability) వస్తుంది. ఇలా కేంద్రకం, దానిచుట్టూ ఎలక్ట్రాన్లు ఉండే సమిష్టివ్యవస్థనే పరమాణువు (atom) అంటాము.

కేంద్రకంలో ఒక ప్రోటాను, దానిచుట్టూ ఎలక్ట్రాను ఉండే పరమాణువు పేరు హైడ్రోజన్‌ పరమాణువు. కేంద్రకంలో 8 ప్రోటాన్లు, ఆ కేంద్రకం చుట్టూ 8 ఎలక్ట్రాన్లు సంచరించేలా సంఘటన పేరు ఆక్సిజన్‌ పరమాణువు. రెండు లేదా అంతకన్నా ఎక్కువ విడివిడి కేంద్రకాలను కొన్ని ఎలక్ట్రాన్లు బంధించి ఉంచగలిగితే ఆ ఉమ్మడి సంఘటనను అణువు (molecule) అంటాము. ఉదాహరణకు రెండు హైడ్రోజన్‌ కేంద్రకాలు, ఒక ఆక్సిజన్‌ కేంద్రకాన్ని 10 ఎలక్ట్రాన్లు కలిపి చుట్టి వచ్చినట్లయితే ఆ విధమైన సంఘటన పేరు నీటి అణువు (water molecule). పరమాణువులను సంకేతాలు (symbols) తో చూపుతారు. ఉదాహరణకు జబ అంటే రాగి మూలకపు పరమాణువు. అణువుల్ని ఆయా అణువులో ఉండే పరమాణువుల సంకేతాల సమిష్టిగా చూపుతారు.