അൾട്രാവയലറ്റിന്റെ കണ്ടെത്തൽ

---

വിദ്യുത്കാന്തിക വർണരാജി – പംക്തിയുടെ മൂന്നാം ഭാഗം അൾട്രാവയലറ്റിന്റെ കണ്ടെത്തൽ

മഴവില്ലിന്റെ അങ്ങേയറ്റത്ത് കണ്ണുകൊണ്ടു പറ്റാത്ത ഇൻഫ്രാറെഡ് പ്രകാശം ഉള്ളതുപോലെ, വയലറ്റിന്റെ ഇപ്പുറത്തും ‘അദൃശ്യപ്രകാശങ്ങൾ’ ഉണ്ടാവുമോ? സംശയം സ്വാഭാവികം, അല്ലേ? വില്യം ഹെർഷൽ ഇൻഫ്രാറെഡ് കണ്ടെത്തിയതിനെത്തുടർന്ന് ജർമൻ രസതന്ത്രജ്ഞനും ഭൗതികശാസ്ത്രജ്ഞനും തത്വചിന്തകനുമായിരുന്ന യോഹാൻ വിൽഹെം റിട്ടെറും അതുതന്നെയാണ് ആലോചിച്ചുപോയത്.

പക്ഷെ, തെർമോമീറ്റർ കൊണ്ട് ഇൻഫ്രാറെഡ് കണ്ടെത്തിയപോലെ എളുപ്പമായിരുന്നില്ല പരിപാടി. ഒരു റൂമിലെ ശരാശരിയെക്കാൾ ഉയർന്ന താപനില ഇൻഫ്രാറെഡ് സൃഷ്ടിച്ചതുകൊണ്ട് മാത്രമാണ് ഇൻഫ്രാറെഡിനു താഴെ വച്ചപ്പോൾ തെർമോമീറ്ററിലെ താപനില കൂടിയതും ആ പ്രകാശത്തെ കണ്ടെത്താൻ പറ്റിയതും. നീലപ്രകാശത്തേക്കാൾ കുറഞ്ഞ താപനിലയുള്ള അൾട്രാവയലറ്റിനെ കണ്ടെത്തുക എന്നത് അതുപോലെ നടന്നില്ല. അതുകൊണ്ടുതന്നെ, റിട്ടെറുടെ മുന്നിലുണ്ടായിരുന്ന ചോദ്യം ഒന്നുകൂടെ കഠിനമായിരുന്നു. കാണാൻ പറ്റാത്തതും അതുവരെ ലഭ്യമായിരുന്ന ഉപകരണങ്ങൾ കൊണ്ടളക്കാൻ പറ്റാത്തതുമായിരുന്ന ഒന്നിനെയായിരുന്നു റിട്ടെർ അന്വേഷിച്ചിരുന്നത്. രസതന്ത്രജ്ഞനായതുകൊണ്ടുതന്നെ രാസപദാർത്ഥങ്ങളും പരീക്ഷണങ്ങളിൽ ഉപയോഗിച്ചിരുന്നു. പരാജയപ്പെട്ട ഒരുപാട് ശ്രമങ്ങൾക്കൊടുവിൽ, സിൽവർ ക്ലോറൈഡ് (AgCl) എന്ന പദാർത്ഥത്തിന്റെ ഒരു പ്രത്യേകത റിട്ടെർ ശ്രദ്ധിച്ചു. വെളുത്ത നിറത്തിലുള്ള സിൽവർ ക്ലോറൈഡ്, വെയിലത്തിരിക്കുമ്പോൾ ചാരനിറമാവുന്നു. പ്രകാശം തട്ടാതെ ഇരുട്ടത്ത് വച്ചാൽ അതിന്റെ നിറം വെള്ളയിൽനിന്ന് മാറുന്നുമില്ല.

സൂര്യപ്രകാശമേൽക്കുമ്പോൾ സിൽവർ ക്ലോറൈഡ് വെള്ളനിറത്തിൽ നിന്നും ചാരനിരത്തിലേക്ക് മാറുന്നു.

എങ്കിൽ പിന്നെ, അതെടുത്ത് മഴവില്ലിലെ ഓരോ നിറത്തിലുള്ള പ്രകാശത്തിനും കീഴെ വച്ചുനോക്കിയാലോ എന്ന് റിട്ടെറിനു തോന്നി. ആദ്യം പ്രിസം ഉപയോഗിച്ച് സൂര്യപ്രകാശത്തെ മഴവിൽ നിറങ്ങളാക്കി വേർതിരിച്ചു. എന്നിട്ട്, വെളുത്തനിറത്തിലുള്ള സിൽവർ ക്ലോറൈഡ് പേസ്റ്റ് അതിലോരോ നിറത്തിലുള്ള പ്രകാശത്തിന്റെയും താഴെവച്ച് എത്ര പതുക്കെ/പെട്ടെന്നാണ് അത് ചാരനിറത്തിലേക്ക് മാറുന്നത് എന്നു നിരീക്ഷിച്ചു. ചുവപ്പിൽനിന്നും വയലറ്റിലേക്കു പോകുമ്പോൾ താരതമ്യേന വേഗത്തിലാണ് ഈ നിറംമാറ്റം നടക്കുന്നത് എന്ന് റിട്ടെർ നിരീക്ഷിച്ചു. വലയറ്റും കഴിഞ്ഞ് അപ്പുറത്ത് പ്രകാശമൊന്നും കാണാൻ പറ്റാത്ത ഭാഗത്തു വച്ചപ്പോൾ ഈ നിരക്ക് ഒന്നുകൂടെ കൂടുതലായിരുന്നു. അതായത്, ഈ രാസപ്രവർത്തനം ഏറ്റവും പെട്ടെന്ന് നടക്കുന്നത് ഒരു അദൃശ്യപ്രകാശത്തിന്റെ താഴെയാണ്. ഈ അദൃശ്യപ്രകാശത്തെ ‘കെമിക്കൽ വികിരണങ്ങൾ’ (chemical rays) എന്നു പേര് നൽകി; ഇന്ന് നമ്മളതിനെ അൾട്രാവയലറ്റ് എന്നു വിളിക്കുന്നു. അങ്ങനെ ഇൻഫ്രാറെഡ് കണ്ടെത്തി ഒരു വർഷം കഴിഞ്ഞ് 1801-ൽ  യോഹാൻ റിട്ടെർ അൾട്രാവയലറ്റ് പ്രകാശം കണ്ടെത്തി.

എന്താണ് ഇവിടെ സംഭവിക്കുന്നത് എന്നു നോക്കാം. സിൽവർ ക്ലോറൈഡ് (AgCl) ഒരു അയോണിക തന്മാത്ര ആണ്. അതായത്, സിൽവർ (Ag) ഒരു ഇലക്ട്രോൺ ക്ലോറിനു (Cl) കൊടുത്താണ് ഈ തന്മാത്ര രൂപം കൊള്ളുന്നത്. Ag+ , Cl- എന്നീ അയോണിക രൂപത്തിലാണ് മൂലകങ്ങൾ നിലകൊള്ളുന്നത്. പ്രകാശം എന്നാൽ ഊർജത്തിന്റെ പാക്കറ്റുകൾ അതായത് ഫോട്ടോണുകൾ ആണ് (വരും ലക്കങ്ങളിൽ ഇതിനെക്കുറിച്ച് കൂടുതൽ വായിക്കാം). ക്ലോറിൻ ആറ്റങ്ങൾ താരതമ്യേന സ്റ്റേബിൾ (stable) ആവുന്നത് രണ്ടു ക്ലോറിൻ ആറ്റങ്ങൾ ചേർന്നുള്ള തന്മാത്ര രൂപത്തിലാണ്. പ്രകാശത്തിന്റെ സാന്നിധ്യത്തിൽ ഇത് സംഭവിക്കുന്നു. സിൽവർ ക്ലോറൈഡിൽ പ്രകാശം തട്ടുമ്പോൾ ഉണ്ടാവുന്ന മാറ്റം താഴെ കൊടുത്തിരിക്കുന്നു:

തുടർന്ന്, ക്ലോറിനിൽനിന്നും പോയ ഇലട്രോൺ തിരികെ സിൽവർ ആറ്റത്തിലേക്കു പോവുകയും സിൽവർ തന്മാത്ര ആയി മാറുകയും ചെയ്യുന്നു. 

വെയിലത്തിരിക്കുന്ന സിൽവർ ക്ലോറൈഡിന്റെ രാസപ്രവർത്തനം താഴെ കൊടുത്തിരിക്കുന്നു. (s) – ഖരം (solid), (g) – വാതകം (gas). ഈ രാസപ്രവർത്തനത്തിനെ ഫോട്ടോ ഡീകംപോസിഷൻ/ ഫോട്ടോ ഡിസോസിയേഷൻ/ ഫോട്ടോലിസിസ്   (photodecomposition/ photodissociation/ photolysis reaction) എന്നീ പേരുകളാൽ വിളിക്കുന്നു.

ഈ രാസപ്രവർത്തനത്തെ മുൻനിർത്തി റിട്ടെർ ആദ്യമിതിനെ വിളിച്ചിരുന്നത് ഡിഓക്സിഡൈസിങ് വികിരണങ്ങൾ (deoxidizing rays) എന്നായിരുന്നു. ഇൻഫ്രാറെഡ് മുതൽ അൾട്രാവയലറ്റ് വരെയുള്ള ഓരോ നിറത്തിലുള്ള പ്രകാശവുമെടുത്താൽ, ഉപയോഗപ്രദമാവുന്ന വിധത്തിൽ ഏറ്റവും ഊർജം ഉള്ളത് അൾട്രാവയലറ്റിനാണ്. അതുകൊണ്ടാണ് അൾട്രാവയലറ്റിന്റെ താഴെ വച്ചപ്പോൾ സിൽവർ ക്ലോറൈഡ് പെട്ടെന്നുതന്നെ ചാരനിറമായി മാറിയത്. രാസപ്രവർത്തനം നടത്താനുള്ള പ്രകാശത്തിന്റെ കഴിവ് ഒരുകൂട്ടം പുതിയ പരീക്ഷണങ്ങളിലേക്കും കണ്ടെത്തലുകളിലേക്കും നയിച്ചു.

പ്രകാശത്തിന്റെ മാന്ത്രികത

പ്രകാശത്തെക്കുറിച്ച് സംസാരിക്കുന്നതിൽനിന്നും ഒരു ചെറിയ ഇടവഴിയിലേക്കു പോകാം. ഇവിടെ. ‘കെമിക്കൽ വികിരണങ്ങൾ’ കണ്ടെത്തിയതിനെത്തുടർന്നുണ്ടായ ആദ്യകാല പഠനങ്ങൾ ശ്രദ്ധ കൊടുത്തിരുന്നത് കെമിക്കൽ റിയാക്ഷൻ നടത്താനുള്ള അതിന്റെ കഴിവിലായിരുന്നു. രസതന്ത്രം, ജീവശാസ്ത്രം മുതൽ സാങ്കേതികവിദ്യ വരെ അതിൽ വന്നു.

ഫോട്ടോ ഡീകമ്പോസിഷൻ മാത്രമല്ല, പുതിയ തന്മാത്രകൾ ഉണ്ടാക്കാനും പ്രകാശത്തെ ഉപയോഗിക്കാം എന്ന് 1809-ൽ ഗേ ലുസാക്, ലൂയിസ് തെനാർഡ് എന്നിവർ കാണിച്ചു. അവർ സൂര്യപ്രകാശത്തെ ഒരിടത്തേക്ക് കേന്ദ്രീകരിച്ച് ഹൈഡ്രജനും ക്ലോറിനും ചേർത്ത് ഹൈഡ്രോക്ലോറിക് ആസിഡ് ഉണ്ടാക്കി.

ഡിജിറ്റൽ ക്യാമറകൾ വരുന്നതുവരെ ഫോട്ടോലിസിസ് അടിസ്ഥാനത്തിൽ പ്രവർത്തിക്കുന്ന ക്യാമറകളായിരുന്നു ഉണ്ടായിരുന്നത്. ആദ്യകാലങ്ങളിൽ (1816-1837) ക്യാമറ നിർമാണത്തിന് ഉപയോഗിച്ചിരുന്നത് ഈ സിൽവർ അയോഡൈഡ്/ ക്ലോറൈഡ്/ ബ്രോമൈഡ് എന്നീ സിൽവർ ഹാലൈഡ് (silver-halide) പദാർത്ഥങ്ങൾ ആയിരുന്നു. സിൽവർ ഹാലൈഡും മറ്റു കെമിക്കലുകളുമുള്ള ഒരു ഫിലിം ക്യാമറയുടെ ഉള്ളിൽ ഉണ്ടാവും. ക്യാമറയുടെ ഷട്ടർ തുറക്കുമ്പോൾ പല നിറത്തിലും തീവ്രതയിലും ഉള്ള പ്രകാശം ഈ ഫിലിമിൽ വന്നു പതിക്കും. അതിനനുസരിച്ച് ഫോട്ടോലിസിസും നടക്കും. പിന്നീട് ഈ ഫിലിമിൽനിന്നും ഫോട്ടോ ഡവലപ്പ് ചെയ്‌തെടുക്കും.

1877-ൽ രസതന്ത്രജ്ഞരായ ആർതർ ഡൗൺസ്, തോമസ് ബ്ലണ്ട് എന്നിവർ മറ്റൊരു നിരീക്ഷണം നടത്തി. അൾട്രാവയലറ്റ് വികിരണങ്ങൾക്ക് ബാക്ടീരിയയെ കൊല്ലാനുള്ള ശേഷിയുണ്ടത്രെ! 1882-ൽ റോബർട്ട് കോഹ് (Robert Koch) സൂര്യപ്രകാശം ട്യൂബെർക്കുലോസിസിനു (tuberculosis) കാരണമാവുന്ന ബാക്ടീരിയയെ നശിപ്പിക്കുന്നു എന്നു നിരീക്ഷിച്ചു. തുടർന്ന് 1893-ൽ ഡാനിഷ് വൈദ്യജ്ഞനായ നീൽസ് ഫിൻസെൻ പലതരത്തിലുള്ള ട്യൂബെർക്കുലോസിസിനു സൂര്യപ്രകാശം ഒരു ചികിത്സാമാർഗ്ഗമായി നിർദ്ദേശിച്ചു. ഇതിനിടയിൽ മനുഷ്യനിർമിതമായ പ്രകാശവും കണ്ടെത്തിയിരുന്നു.  1800-കളുടെ ആദ്യ ദശാബ്ദത്തിൽ കാർബൺ (കരി) ഇലക്ട്രോഡ്, ബാറ്ററി എന്നിവ ഉപയോഗിച്ച് ഉയർന്ന വോൾട്ടേജ് നൽകി ഉണ്ടാക്കിയ ‘ആർക്ക് ലാമ്പ്’ (arc lamp) ഉപയോഗിച്ച് കൃത്രിമമായി പ്രകാശം ഉണ്ടാക്കാം എന്ന് ബ്രിട്ടീഷ് രസതന്ത്രജ്ഞനായ ഹംഫ്രി ഡേവി കണ്ടെത്തി. പിൽകാലത്ത്, ഈ തത്വത്തെ പിന്തുടർന്ന് ഫിൻസെൻ അൾട്രാവയലറ്റ് പ്രകാശം പുറപ്പെടുവിക്കുന്ന ഒരു ആർക്ക് ലാമ്പ് നിർമിക്കുകയും ശരീരചർമ്മത്തെ ബാധിക്കുന്ന ഒരുതരം ട്യൂബെർക്കുലോസിസ് (lupus vulgaris) ചികിത്സയ്ക്കുവേണ്ടി ഉപയോഗിക്കുകയും ചെയ്തു. 1903-ൽ ഈ കണ്ടെത്തലിന് ശാസ്ത്രലോകം വൈദ്യശാസ്ത്ര നൊബേൽ സമ്മാനം നൽകി ഫിൻസനെ ആദരിച്ചു. ഇന്ന് നമുക്കറിയാം ചർമ്മത്തിലെ ബാക്റ്റീരിയയെ കൊല്ലുക മാത്രമല്ല, അൾട്രാവയലറ്റ് രശ്മികൾ തട്ടുമ്പോൾ ചർമ്മത്തിലെ  DNAയ്ക്ക് കേടുപാടുണ്ടാവുക മുതൽ ക്യാൻസറിനു വരെ കാരണമാകാം.

സൂര്യപ്രകാശത്തിന്റെ വർണരാജി

സൂര്യപ്രകാശം മഴവിൽ നിറങ്ങളായി മാറുന്നു എന്ന ന്യൂട്ടന്റെ നിരീക്ഷണത്തിലേക്ക് ബ്രിട്ടീഷ് ശാസ്ത്രജ്ഞനായ വില്യം വൊളാസ്റ്റൺ ഒരേടുകൂടെ ചേർത്തു. സൂര്യന്റെ പ്രകാശരാജിയിൽ ഇടവിട്ടിടവിട്ട് പ്രകാശമില്ലാത്ത ചില ഇരുണ്ട ഭാഗങ്ങളുണ്ടെന്ന് 1802-ൽ അദ്ദേഹം നിരീക്ഷിച്ചു. 1814-ൽ ജർമൻ ഭൗതികശാസ്ത്രജ്ഞൻ ജോൺ ഫ്രൗൺഹോഫർ ഇതുപോലെ 500-ൽ അധികം ഇരുണ്ട വരകൾ സൂര്യന്റെ പ്രകാശരാജിയിൽ കണ്ടെത്തി. അന്നും ഇന്നും സൂര്യന്റെ പ്രകാശരാജിയിലെ ഈ ഇരുണ്ട വരകൾ അറിയപ്പെടുന്നത് ‘ഫ്രൗൺഹോഫർ വരകൾ’ (Fraunhofer lines) എന്നാണ്. 1859-ൽ റോബർട്ട് ബൻസനും ഗുസ്താവ് കിർഷോഫും ചേർന്ന് ‘സ്പെക്ട്രോസ്കോപ്പ്’ എന്ന ഒരുപകരണം നിർമിച്ചു. ന്യൂട്ടന്റെ പ്രിസം സൂര്യപ്രകാശത്തെ മഴവിൽ നിറങ്ങളായി വേർതിരിച്ചുവല്ലോ. അതുപോലെ ഏതൊരു പ്രകാശത്തെയും അതിന്റെ വർണഘടകങ്ങളാക്കി  വേർതിരിക്കുന്ന ഉപകരണമാണ് സ്പെക്ട്രോസ്കോപ്. ഭൂമിയുടെ അന്തരീക്ഷത്തിലുള്ള വ്യത്യസ്ത ആറ്റങ്ങൾ ആഗിരണം ചെയ്യുന്ന പ്രകാശവർണ്ണങ്ങൾ വർണരാജിയിൽ (സ്പ്രെക്ട്രം) ഉണ്ടാവില്ല. അങ്ങനെയാണ് സ്പെക്ട്രത്തിൽ ഇരുണ്ട വരകൾ ഉണ്ടാവുന്നത് എന്ന് ബൻസനും കിർഷോഫും അനുമാനിച്ചു. ഇതിനിടെ 1842-ൽ എഡ്‌മണ്ട് ബക്വറെൽ, ജോൺ ഡ്രേപെർ എന്നിവർ സ്വതന്ത്രമായി സിൽവർ അയോഡൈഡിന്റെ ഫോട്ടോലിസിസും അത് ഏറ്റവും കൂടുതൽ നടക്കുന്നത് മഴവില്ലിലെ വയലറ്റ് കഴിഞ്ഞ് ഒരു നിശ്ചിത ദൂരം വരെ മാത്രമുള്ള സ്പെക്ട്രൽ ഭാഗത്താണെന്നു കണ്ടെത്തി. അൾട്രാവയലറ്റ് വികിരണം അനിശ്ചിതമായി തുടരുന്നില്ല എന്നതിലേക്ക് വിരൽചൂണ്ടുന്നതായിരുന്നു ഈ നിരീക്ഷണം.  

1865-ൽ ഭൗതികശാസ്ത്രജ്ഞനായ ജെയിംസ് ക്ലാർക് മാക്‌സ്‌വെൽ ഈ നിരീക്ഷണങ്ങളിലേക്ക് ഒരു സൈദ്ധാന്തിക പരികല്പന ചേർത്തു; ഒരുപക്ഷെ, കണ്ണുകൊണ്ട് കാണുന്ന പ്രകാശവും ഇന്ഫ്രാറെഡും അൾട്രാവയലറ്റും ഒക്കെ ഒരു വലിയ വർണരാജിയുടെ ഭാഗമാവാം എന്ന്. മാക്‌സ്‌വെലിന്റെ അനുമാനം ശരിയെങ്കിൽ, ഇൻഫ്രാറെഡിനും അൾട്രാവയലറ്റിനുമപ്പുറം എന്താണുള്ളത്? എന്ത് പ്രത്യേകതയാണ് ഇവയ്ക്കുള്ളത്? എങ്ങനെയാണ്‌ അതിനെ കണ്ടെത്തുക? മാക്‌സ്‌വെലിന്റെ അനുമാനം ഒരുകൂട്ടം പുതിയ ചോദ്യങ്ങളിലേക്കും പ്രകാശത്തിന്റെ പ്രത്യേകതയെ കുറിച്ചുള്ള പഠനങ്ങളിലേക്കും നയിച്ചു. മാക്‌സ്‌വെൽ ഈ പ്രകാശകൂട്ടത്തിനൊരു പേരും നൽകി – വിദ്യുത്കാന്തിക തരംഗങ്ങൾ എന്ന്.

---

റഫറൻസുകൾ :

1. https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S003936810900020X
2. https://www.researchgate.net/publication/12097536_The_discovery_of_the_damaging_effect_of_sunlight_on_bacteria
3. https://www.nagwa.com/en/videos/413190532437/
4. https://www.sciencemuseum.org.uk/objects-and-stories/how-does-ultraviolet-light-affect-our-health
5. https://www.columbia.edu/~vjd1/Solar%20Spectrum%20Ex.html
6. http://photobiology.info/Hockberger.html

---

---