പറന്നുയരല്‍ ഇന്നും നിഗൂഢമാണ്

//പറന്നുയരല്‍ ഇന്നും നിഗൂഢമാണ്
//പറന്നുയരല്‍ ഇന്നും നിഗൂഢമാണ്
ശാസ്ത്രം

പറന്നുയരല്‍ ഇന്നും നിഗൂഢമാണ്

Print Now
1903 ഡിസംബര്‍ പതിനേഴിനാണ്, ലോകത്താദ്യമായി, വായുവില്‍വെച്ച് നിയന്ത്രിക്കാവുന്ന, വിമാനം പറക്കുന്നത്. റൈറ്റ് സഹോദരന്‍മാരുടെ ആ ആദ്യ പറക്കലിന്റെ നൂറാം വാര്‍ഷികം അനുസ്മരിച്ചുകൊണ്ട് 2003 ഡിസംബറില്‍ ന്യൂയോര്‍ക്ക് ടൈംസില്‍ വന്ന ഒരു ലേഖനത്തിന്റെ തലക്കെട്ട് കൗതുകമുണര്‍ത്തുന്നതാണ്. ”അന്തരീക്ഷത്തില്‍ ഉയര്‍ന്നു പറക്കുന്നവയെ താഴോട്ടു വീഴാതെ താങ്ങി നിര്‍ത്തുന്നതെന്താണ്” എന്നായിരുന്നു അത്. തലക്കെട്ടുയര്‍ത്തിയ ലളിതമായൊരു ചോദ്യത്തിന് വിശദീകരണം നല്‍കാന്‍ ശ്രമിക്കുന്നതാണ് ലേഖനത്തിന്റെ കാതല്‍. അതിനുത്തരമായി ടൈംസ് ലേഖകന്‍ ശ്രദ്ധ തിരിക്കുന്നത്, ‘നാഷണല്‍ എയര്‍ ആന്റ് സ്‌പേസ്’ മ്യൂസിയത്തിലെ ക്യൂറേറ്ററും നിരവധി ഗ്രന്ഥങ്ങളുടെ കര്‍ത്താവുമായ ജോണ്‍ ഡി.ആന്‍ഡേഴ്‌സണ്‍ ജൂനിയറിന്റെ മറുപടിയിലേക്കാണ്.

എന്നാല്‍ ആന്‍ഡേഴ്‌സന്റെ മറുപടി, വായുവില്‍ ഉയര്‍ന്നു പറക്കുന്നവ താഴോട്ടുവീഴാതിരിക്കാന്‍ കാരണമായ ‘ഉയര്‍ത്തല്‍ ബലം’ (Lift) എന്നറിയപ്പെടുന്ന, വായു ചലന ശാസ്ത്രത്തിലെ (Aerodynamics), ഈ ബലത്തിന്റെ കാരണം എന്താണെന്നതിന്, ശാസ്ത്രജ്ഞര്‍ക്കിടയില്‍ യോജിച്ചൊരഭിപ്രായമോ ലളിതവും വ്യക്തവുമായൊരു വിശദീകരണമോ ഇല്ല എന്നായിരുന്നു. അദ്ദേഹത്തിന്റെ ആ പ്രസ്താവനയ്ക്കുശേഷം വര്‍ഷങ്ങള്‍ക്കിപ്പുറം ഇന്നും, ഉയര്‍ത്തല്‍ ബലത്തിന്റെ (Lift ) മൂലകാരണം എന്ത് എന്നതിന്, തീക്ഷണമായ എതിര്‍പ്പുകളുള്ള വ്യത്യസ്തങ്ങളായ വിശദീകരണങ്ങള്‍ തന്നെയാണുള്ളത്. ആകാശഗമന ചരിത്രത്തിലെ ഈയൊരു ഭാഗം അല്‍പ്പം അമ്പരപ്പ് ഉളവാക്കുന്നതാണ്. എങ്കിലും പ്രകൃതിയുടെ പരിണാമ പ്രക്രിയ സഹസ്രാബ്ദങ്ങള്‍ക്കുമുന്നേ പക്ഷികള്‍ക്കുവേണ്ടി, ഭൗതികശാസ്ത്ര നിയമങ്ങള്‍ മനസ്സിലാക്കാതെ, ആകസ്മികമായി, അന്ധമായി ഉയര്‍ത്തല്‍ ബലത്തിന്റെ പ്രശ്‌നങ്ങള്‍ ‘പരിഹരിച്ചത്’ എങ്ങനെയായിരിക്കണം? പക്ഷികളെയും വിമാനങ്ങളെയും വായുവില്‍ ഉയര്‍ത്തി നിര്‍ത്തുന്നത് എന്താണ് എന്നതിന്റെ വിശദീകരണം എന്തുകൊണ്ടാണ് ശാസ്ത്രജ്ഞര്‍ക്കിത്ര കഠിനമായത്?

ഉയര്‍ത്തി നിര്‍ത്തല്‍ എന്ന പ്രതിഭാസത്തിന് വ്യത്യസ്തങ്ങളായ രണ്ടു തലങ്ങളിലാണ് വിശദീകരണം നല്‍കപ്പെട്ടിട്ടുള്ളത് എന്ന വസ്തുത പ്രശ്‌നത്തിന്റെ സങ്കീര്‍ണത വര്‍ധിപ്പിക്കുന്നു. പരസ്പര പൂരകങ്ങളായ സാങ്കേതികതലവും ധൈഷണികതലവും. അവ തമ്മില്‍ വൈരുധ്യമില്ല എങ്കിലും അവയുടെ ലക്ഷ്യങ്ങള്‍ വ്യത്യസ്തമാണ്. സമവാക്യങ്ങളും സൂചനാക്ഷരങ്ങളും അക്കങ്ങളുമുള്‍ക്കൊള്ളുന്ന വിശകലന മണ്ഡലമാണ് അതിലൊന്ന്. കണിശമായ ഗണിതശാസ്ത്ര സിദ്ധാന്തങ്ങളുടെ പിന്‍ബലമുള്ള ഈ തലത്തില്‍ സമവാക്യങ്ങളും നിര്‍ധാരണങ്ങളും എന്തായിരിക്കണം എന്നതില്‍ ഗൗരവതരത്തിലുള്ള യാതൊരു അഭിപ്രായവ്യത്യാസങ്ങളുമില്ല. കൃത്യമായ പ്രവചനങ്ങള്‍ നടത്തുകയും അവയുപയോഗിച്ച് സങ്കീര്‍ണമായ വിമാന രൂപകല്‍പനകളില്‍ ഏര്‍പ്പെടാന്‍ സഹായിക്കുകയുമാണ് കണിശമായൊരു ഗണിതശാസ്ത്ര സിദ്ധാന്തത്തിന്റെ ലക്ഷ്യം.

എന്നാല്‍ സമവാക്യങ്ങള്‍ സ്വയം തന്നെ ഒരു വിശദീകരണമോ പരിഹാര മാര്‍ഗമോ അല്ല. ഗണിതശാസ്ത്ര ചര്‍ച്ചകള്‍ക്കും സമവാക്യങ്ങള്‍ക്കുമുപരി സാമാന്യ ബോധത്തിന്റെ ധൈഷണികമായൊരു തലമാണ് മറ്റൊന്ന്. അക്കങ്ങള്‍ക്കും സമവാക്യങ്ങള്‍ക്കുമപ്പുറം, അന്തരീക്ഷത്തില്‍ പറക്കുന്നതിനെ ഉയര്‍ത്തി നിര്‍ത്തുന്ന ഘടകങ്ങളെക്കുറിച്ചും ബലങ്ങളെക്കുറിച്ചുമുള്ള ധാരണയാണത്. ഈ ഒരു ധൈഷണിക തലത്തിലാണ് ശാസ്ത്രജ്ഞര്‍ തമ്മിലുള്ള സംവാദങ്ങള്‍ നിലനില്‍ക്കുന്നത്.

ഉയര്‍ത്തല്‍ ബലത്തെ വിശദീകരിക്കുന്ന രണ്ട് പ്രധാന സിദ്ധാന്തങ്ങളാണുള്ളത്. രണ്ട് സിദ്ധാന്തത്തിന്റെയും വക്താക്കള്‍ തങ്ങളുടെ കാഴ്ചപ്പാട് ലേഖനങ്ങളിലൂടെയും പുസ്തകങ്ങളിലൂടെയും വിശദീകരിക്കാന്‍ ശ്രമിക്കുന്നു. പ്രശ്‌നമെന്താണെന്നാല്‍, രണ്ട് സിദ്ധാന്തങ്ങളും സ്വന്തം നിലയ്ക്ക് ശരിയാണെങ്കിലും അവ, ഉയര്‍ത്തല്‍ ബലത്തെ സ്വാധീനിക്കുന്ന അടിസ്ഥാന ബലങ്ങളെയും ഘടകങ്ങളെയും അതിലേക്ക് നയിക്കുന്ന ഭൗതിക സാഹചര്യങ്ങളെയും കുറിച്ച് ഒരു സമ്പൂര്‍ണ വിവരണം നല്‍കുന്നതില്‍ പരാജയപ്പെടുന്നു.

രണ്ടു സിദ്ധാന്തങ്ങള്‍

സ്വിസ് ഊര്‍ജതന്ത്രജ്ഞനായ ഡാനിയല്‍ ബെര്‍ണോളി 1738ല്‍ പുറത്തിറങ്ങിയ തന്റെ കൃതിയായ ഹൈഡ്രോഡൈനാമിക്ക (Hydrodynamica) എന്ന ഗ്രന്ഥത്തില്‍ പരിചയപ്പെടുത്തുന്ന ‘ബെര്‍ണോളി സിദ്ധാന്തം’ ആണ് ഉയര്‍ത്തല്‍ ബലത്തെക്കുറിച്ച് പ്രചാരത്തില്‍ ഏറെ മുന്നിലുള്ള സിദ്ധാന്തം. ബെര്‍ണോളിയുടെ മിക്ക പഠനങ്ങളും ദ്രവ്യചലനങ്ങളുമായി ബന്ധപ്പെട്ടവയാണ്. അദ്ദേഹത്തിന്റെ പേരില്‍ തന്നെ അറിയപ്പെടുന്ന ദ്രവ്യചലന ശാസ്ത്രത്തിലെ (Fluid dynamics) ബെര്‍ണോളി സിദ്ധാന്തം (Bernoulli’s principle) ലളിതമായി പറയുന്നത്, ദ്രവ്യമര്‍ദ്ദം അതിന്റെ വേഗതയുമായി വിപരീത അനുപാതത്തിലാണ് എന്നാണ്.

വിമാനത്തിന്റെ ചിറകിലെ മുകള്‍ഭാഗത്തെ വക്രതയുമായി ബന്ധപ്പെടുത്തിയാണ് ബെര്‍ണോളി സിദ്ധാന്തം ഉയര്‍ത്തല്‍ ബലത്തെ വിശദീകരിക്കാന്‍ ശ്രമിക്കുന്നത്. ചിറകിന്റെ മുകള്‍ഭാഗത്തെ വക്രത കാരണം ആ ഭാഗത്തോട് ചേര്‍ന്നിരിക്കുന്ന വായുവിന്, ചിറകിന് താഴ്ഭാഗത്തെ പരന്ന ഭാഗത്തോട് ചേര്‍ന്നിരിക്കുന്ന വായുവിനേക്കാള്‍ വേഗതയുണ്ടാവുന്നു. ബെര്‍ണോളി സിദ്ധാന്തപ്രകാരം, ചിറകിന് മുകളിലെ വായുവിന്റെ വേഗക്കൂടുതല്‍ കാരണം അവിടെ മര്‍ദ്ദം കുറയാന്‍ ഇടയാക്കുന്നു. താഴ്ഭാഗവുമായുള്ള ഈ മര്‍ദവ്യതിയാനം ഉയര്‍ത്തല്‍ ബലത്തിന് കാരണമാകുന്നു.

Wind tunnel പരീക്ഷണങ്ങളില്‍ നിന്നും വെഞ്ചുറി നാളികളിലും (Venturi tube) കുഴല്‍ വായ്(Nozzles)കളിലുമുള്ള പരീക്ഷണങ്ങളില്‍നിന്നും ലഭിക്കുന്ന അനേകം തെളിവുകളില്‍ ബര്‍ണോളി സിദ്ധാന്തത്തെ ഒരു വലിയ പരിധിവരെ ശരിവെക്കുന്നുണ്ടെങ്കിലും പലവിധ കാരണങ്ങളാല്‍ അത് ഉയര്‍ത്തല്‍ ബലത്തെക്കുറിച്ചൊരു പരിപൂര്‍ണ വിവരണം തരുന്നില്ല. ചിറകിന്റെ വക്രപ്രതല ഭാഗത്തെ വായുവിന്റെ ഉയര്‍ന്ന വേഗത ഒരു വസ്തുതയാണെങ്കിലും എന്തുകൊണ്ട് ഉയര്‍ന്ന വേഗത വരുന്നു എന്നോ എന്തുകൊണ്ട് ഉയര്‍ന്ന വേഗത മര്‍ദ്ദക്കുറവ് വരുത്തുന്നു എന്നോ സിദ്ധാന്തം വിശദീകരിക്കുന്നില്ല.

വക്രപ്രതലത്തിലെ ഉയര്‍ന്ന വേഗതക്ക് അനേകം അപൂര്‍ണ വിശദീകരണങ്ങള്‍ വന്നിട്ടുണ്ട്. അതില്‍ പ്രധാനം ‘തുല്യസംക്രമസമയ'(Equal Transit Time) സിദ്ധാന്തമാണ്. അത് പ്രകാരം ചിറകിന്റെ മുന്‍ഭാഗത്തില്‍ തട്ടി വേര്‍തിരിക്കപ്പെടുന്ന വായുകണികകള്‍ ചിറകിന്റെ പിന്‍ഭാഗത്ത് ഒരേ സമയം തന്നെ പുനഃസംഗമിക്കണം. വക്രപ്രതലത്തിലൂടെ സഞ്ചരിക്കുന്ന വായു കണികകള്‍ക്ക് കൂടുതല്‍ ദൂരം സഞ്ചരിക്കേണ്ടതിനാലും നിശ്ചിത സമയത്തില്‍ പുനഃസംഗമിക്കേണ്ടതിനാലും ആ ഭാഗത്ത് വേഗത കൂടുന്നു. ഇതിലെ കൗതുകകരമായ ഫാലസി (Fallacy) എന്തെന്നാല്‍, ചിറകിന്റെ മുന്‍ഭാഗത്ത് വേര്‍തിരിക്കപ്പെടുന്ന വായു കണികകള്‍, പിന്‍ഭാഗത്ത് ഒരേസമയം എത്തണമെന്ന് ഒരു ഭൗതിക കാരണങ്ങളുമില്ല. എന്നുമാത്രമല്ല, അവ എത്തുന്നുമില്ല എന്നതാണ് വാസ്തവം. കാരണം നിരീക്ഷിക്കപ്പെട്ട വസ്തുതകള്‍ പ്രകാരം, വക്രപ്രതല ഭാഗത്തെ വേഗതക്കൂടുതല്‍ ‘തുല്യസംക്രമസമയ’ സിദ്ധാന്തപ്രകാരം പ്രവചിക്കപ്പെടുന്ന വേഗതയേക്കാള്‍ എത്രയോ അധികമാണ്.

ബെര്‍ണോളി സിദ്ധാന്തത്തെ പരീക്ഷണാത്മകമായി പ്രദര്‍ശിപ്പിക്കുന്ന, കുപ്രസിദ്ധി നേടിയ, പ്രചാരത്തിലുള്ള ഒരു രീതിയുണ്ട്. ഒരു ഷീറ്റ് പേപ്പര്‍ തിരശ്ചീനമായി പിടിച്ച് അതിന്റെ മുകളിലെ വക്രപ്രതലത്തിലൂടെ ശക്തമായി ഊതുമ്പോള്‍ കീഴ്ഭാഗം ഉയര്‍ന്നുവന്ന് തിരശ്ചീനമാവുന്നക് ബെര്‍ണോളി സിദ്ധാന്തപ്രകാരമാണെന്ന് വ്യാഖ്യാനിക്കുന്നു. എന്നാല്‍ ഇതുപ്രകാരം പേപ്പറിന്റെ താഴ്ഭാഗത്തുകൂടി ഊതുമ്പോള്‍ വിപരീത ദിശയില്‍ പേപ്പര്‍ താഴോട്ട് വരണമായിരുന്നു. വിരോധാഭാസമെന്നോണം, അതിനുപകരം മുകളിലേക്ക് തന്നെയാണ് പേപ്പര്‍ ഉയരുന്നത്.

തിരശ്ചീനമായി പിടിച്ച കടലാസിന്റെ മുകളിലെ വക്രപ്രതലത്തിലൂടെ ഊതുമ്പോള്‍ കടലാസ് പൊങ്ങിവരുന്നത് വായുവിന്റെ വേഗതവ്യത്യാസം മൂലമല്ല എന്നുപറയുന്നത് കേംബ്രിഡ്ജ് യൂണിവേഴ്‌സിറ്റിയിലെ വായുചലനശാസ്ത്ര വിഭാഗത്തിലെ പ്രൊഫസര്‍ ഹോള്‍ഗര്‍ ബിബിന്‍സ്‌കി(Holger Babinsky)യാണ്. ഇത് വ്യക്തമാക്കാന്‍ തന്റെ “How do wings work?” എന്ന ലേഖനത്തില്‍, ഇതേ കടലാസ് ലംബമായി പിടിച്ച് ഇരുവശങ്ങളിലൂടെയും ഊതിനോക്കാന്‍ അദ്ദേഹം പറയുന്നുണ്ട്. ഇരുവശങ്ങളിലെയും വായുവിന് വ്യത്യസ്ത വേഗത ഉണ്ടാകുമെങ്കിലും കടലാസ് അനങ്ങുന്നില്ല എന്നു കാണാം.

ബെര്‍ണോളി സിദ്ധാന്തത്തിന്റെ മറ്റൊരു ന്യൂനത, ഉയര്‍ന്ന വേഗത സ്വാഭാവികമായും സൃഷ്ടിക്കേണ്ട ഉയര്‍ന്ന മര്‍ദ്ദത്തിനു പകരം, താഴ്ന്ന മര്‍ദ്ദം എന്തുകൊണ്ട് സൃഷ്ടിക്കപ്പെടുന്നു എന്ന് വിശദീകരിക്കുന്നില്ല എന്നതാണ്. ചിറകിനെ വക്രത വായുവിനെ മുകളിലേക്ക് തള്ളുമ്പോള്‍ സ്വാഭാവികമായ ഒരു മര്‍ദ്ദവര്‍ധനവാണ് ഇവിടെ അനുഭവപ്പെടേണ്ടത്. കാരണം ഇത്തരമൊരവസ്ഥ സാധാരണ ജീവിതത്തില്‍ കാര്യങ്ങളുടെ വേഗത കുറയ്ക്കാറാണ് പതിവ്. ഒരു ഹൈവേയില്‍ രണ്ട് പാതകള്‍ കൂടിച്ചേരുന്നിടത്ത് വാഹനവേഗത കുറയുകയും പലപ്പോഴും ഗതാഗത സ്തംഭനത്തിലേക്ക് നയിക്കാറുമാണുള്ളത്. എന്നാല്‍ വായു കണികകള്‍ക്ക് ഇവിടെ വേഗത കൂടുന്നതായി കാണപ്പെടുന്നു. ഇത് എന്തുകൊണ്ടാണെന്ന് ബെര്‍ണോളി സിദ്ധാന്തം വിശദീകരിക്കുന്നില്ല.

ബെര്‍ണോളി സിദ്ധാന്തം ഉയര്‍ത്തല്‍ ബലത്തിന്റെ പൂര്‍ണമായൊരു വിശദീകരണമല്ല എന്നതിനെ സാധൂകരിക്കുന്ന നിര്‍ണായകമായ മൂന്നാമതൊരു പ്രശ്‌നം കൂടിയുണ്ട്. മുകള്‍ഭാഗം വക്രമായ ചിറകുകളുള്ള വിമാനങ്ങള്‍ക്ക് മലര്‍ന്നു തിരിഞ്ഞും പറക്കാന്‍ കഴിയും എന്നതാണത്. ഇങ്ങനെ മലര്‍ന്നുതിരിഞ്ഞ് പറക്കുമ്പോള്‍ താഴ്ഭാഗത്ത് മര്‍ദ്ദം കുറയുകയും മര്‍ദ്ദവ്യത്യാസം മൂലമുണ്ടാകുന്ന ബലം ഗുരുത്വാകര്‍ഷണ ബലത്തോടൊപ്പം ചേര്‍ന്ന് മുകളില്‍നിന്ന് താഴോട്ട് വിമാനത്തിനുമുകളില്‍ പ്രവര്‍ത്തിച്ച് വിമാനം താഴേക്ക് പതിക്കണം. ചിറകിന്റെ ഒരു ഭാഗവും വക്രപ്രതലങ്ങളോടുകൂടിയ വിമാനങ്ങള്‍ക്കും മലര്‍ന്നുതിരിഞ്ഞ് പറക്കാന്‍ കഴിയും. ഈ വസ്തുതകളെ വിശദീകരിക്കാന്‍ ബേര്‍ണോളി സിദ്ധാന്തം അപര്യാപ്തമാണ് എന്നുതന്നെയാണ് ഇതില്‍നിന്നെല്ലാം മനസ്സിലാക്കാന്‍ കഴിയുന്നത്.

ഉയര്‍ത്തല്‍ ബലത്തെ വിശദീകരിക്കുന്ന മറ്റൊരു പ്രധാന സിദ്ധാന്തമാണ് ന്യൂട്ടന്റെ മൂന്നാം ചലന നിയമം. വിമാനത്തിന്റെ ചിറകുകള്‍, അതിനടിയിലെ വായുവില്‍ താഴോട്ടുപയോഗിക്കുന്ന തള്ളല്‍ ബലത്തിനെതിരെയുള്ള പ്രതിപ്രവര്‍ത്തനമായി, ന്യൂട്ടന്റെ മൂന്നാം ചലനനിയമപ്രകാരം മുകളിലേക്കൊരു തുല്യബലം പ്രയോഗിക്കപ്പെടുന്നു. ഇത് വിമാനത്തെ ഉയര്‍ത്തി നിര്‍ത്തുന്ന ബലമായി പ്രവര്‍ത്തിക്കുന്നു. ചിറകിന്റെ ഇരുവശവും വക്രമായ വിമാനങ്ങളെയും മലര്‍ന്നു തിരിഞ്ഞു പറക്കുന്ന വിമാനങ്ങളെയും വിശദീകരണം തൃപ്തിപ്പെടുത്തുന്നു. അതിനാല്‍ തന്നെ ന്യൂട്ടിന്റെ മൂന്നാം ചലനനിയമം ബെര്‍ണോളി സിദ്ധാന്തത്തെക്കാളും വിശാലമായും സമഗ്രമായും ഉയര്‍ത്തല്‍ ബലത്തെ വിശദീകരിക്കുന്നുണ്ട്. എങ്കിലും ചിറകുകള്‍ക്ക് മുകളില്‍ രൂപപ്പെടുന്ന മര്‍ദ്ദക്കുറവിനെ വിശദീകരിക്കുന്നതില്‍ സിദ്ധാന്തം പരാജയപ്പെടുന്നു. പറക്കുന്ന വിമാനം നിലത്തിറങ്ങി നിശ്ചലമാകുമ്പോള്‍ മാത്രമാണ് ചിറകുകള്‍ക്ക് മുകളില്‍ രൂപപ്പെടുന്ന മര്‍ദ്ദവ്യത്യാസം അപ്രത്യക്ഷമാകുന്നത്. ഈ മര്‍ദ്ദവ്യത്യാസം വിശദീകരണം അനിവാര്യമായ ഒഴിവാക്കാനാവാത്ത ഘടകമായി നിലനില്‍ക്കുന്നു.

വിശദീകരണങ്ങളുടെ ചരിത്രപരത

ബെര്‍ണോളിയോ ന്യൂട്ടനോ വിമാനങ്ങളെ ഉയര്‍ത്തി നിര്‍ത്തുന്നതെന്താണ് എന്ന് മനസ്സിലാക്കാന്‍ ബോധപൂര്‍വ്വം ശ്രമിക്കുകയായിരുന്നില്ല. കാരണം, പറക്കുന്ന വിമാനങ്ങള്‍ യാഥാര്‍ത്ഥ്യമാകുന്നതിനും ശതാബ്ദങ്ങള്‍ക്കു മുന്നേയായിരുന്നു അവര്‍ ജീവിച്ചിരുന്നത്. മറിച്ച്, റൈറ്റ് സഹോദരന്‍മാര്‍ ആദ്യമായി പറന്നപ്പോള്‍ ഇവരുടെ തത്വങ്ങളും സിദ്ധാന്തങ്ങളും പുനരാവിഷ്‌കരിക്കുകയാണുണ്ടായത്. അതുകൊണ്ട് തന്നെയാണ് ഉയര്‍ത്തല്‍ ബലത്തെക്കുറിച്ച് മനസ്സിലാക്കല്‍ ഗൗരവതരത്തിലുള്ള പഠനമായി ശാസ്ത്രജ്ഞര്‍ ഇന്നും പരിഗണിക്കുന്നത്.

ഉയര്‍ത്തല്‍ ബലത്തെ വിശദീകരിക്കാന്‍ ശ്രമിച്ച ഭൂരിഭാഗം സിദ്ധാന്തങ്ങളും വന്നത് യൂറോപ്പില്‍ നിന്നായിരുന്നു. ഇരുപതാം നൂറ്റാണ്ടിന്റെ ആദ്യവര്‍ഷങ്ങളില്‍ ബ്രിട്ടീഷ് ശാസ്ത്രജ്ഞര്‍ വായുവിനെ ശ്യാനത (Viscosity) പൂജ്യമായ, സങ്കോചനക്ഷമതയില്ലാത്ത പൂര്‍ണവാതക(Ideal Gas)മായി പരിഗണിച്ച് ഉയര്‍ത്തല്‍ ബലത്തെക്കുറിച്ച് സാങ്കേതികവും ഗണിതശാസ്ത്രപരവുമായ വിശദീകരണങ്ങള്‍ ആവിഷ്‌കരിച്ചിരുന്നു. പിന്നില്‍ പ്രവര്‍ത്തിച്ച സാങ്കേതികതകളെ ലളിതവല്‍ക്കരിച്ചെങ്കിലും അവയെല്ലാം അയാഥാര്‍ത്ഥങ്ങളായ ഊഹാപോഹങ്ങള്‍ മാത്രമായിരുന്നു.

അക്കാലത്ത് ജര്‍മനിയില്‍ ഉയര്‍ത്തല്‍ ബലവുമായി ബന്ധപ്പെട്ട പഠനങ്ങളില്‍ ഏര്‍പ്പെട്ടിരുന്ന ശാസ്ത്രജ്ഞരില്‍ ഒരാള്‍ സാക്ഷാല്‍ ആല്‍ബര്‍ട്ട് ഐന്‍സ്റ്റീന്‍ തന്നെയായിരുന്നു. പക്ഷികളുടെയും പറക്കുന്ന ആകാശവാഹനങ്ങളുടെയും ചിറകിന്റെ വാഹകശക്തിയെക്കുറിച്ചുള്ള അദ്ദേഹത്തിന്റെ ഒരു പഠനം “Die Naturwissenschaften” എന്ന ജേര്‍ണലില്‍ 1916ല്‍ Elementary theory of water waves and of flight എന്ന തലക്കെട്ടില്‍ പ്രസിദ്ധീകരിച്ചിരുന്നു. അതിലദ്ദേഹം പറയുന്നത്, ഉയര്‍ത്തല്‍ ബലവുമായി ബന്ധപ്പെട്ട ചോദ്യങ്ങളെല്ലാം ധാരാളം നിഗൂഢതകളാല്‍ ചുറ്റപ്പെട്ടിരിക്കുന്നു എന്നും ഗഹനമായ ഗവേഷണ പഠനങ്ങളില്‍ പോലും സുഗമമായൊരു വിശദീകരണം നിശ്ചയമായും താന്‍ കണ്ടിട്ടില്ല എന്നുമാണ്.

പിന്നീട് അദ്ദേഹം മുന്നോട്ടുവെക്കുന്നത് ബെര്‍ണോളിയുടെ പേര് പരാമര്‍ശിക്കാതെ തന്നെ അദ്ദേഹത്തിന്റെ സിദ്ധാന്തവുമായി യോജിച്ചുപോകുന്ന ഒരു വിശദീകരണമാണ്. ചിറകിനുമുകളിലെ വായുവിന്റെ വേഗത കൂട്ടി മര്‍ദ്ദവ്യതിയാനത്തെ അനുകൂലമാക്കാന്‍, ചിറകിന് മുകള്‍ഭാഗം പുറത്തേക്ക് വക്രമായി തള്ളി നില്‍ക്കുന്ന ഒരു രൂപകല്‍പനയാണ് അദ്ദേഹം നിര്‍ദേശിച്ചത്. വായുവിനെ ഒരു പൂര്‍ണവാതക(Ideal Gas)മായി കണ്ട അദ്ദേഹം തന്റെ പഠനങ്ങള്‍ യഥാര്‍ത്ഥ ലോകത്തും പ്രായോഗികമാവും എന്നായിരിക്കണം കരുതിയത്. തന്റെ പഠനങ്ങളുടെ പിന്‍ബലത്തില്‍ രൂപകല്‍പന ചെയ്ത ചിറകുകളുമായിട്ടദ്ദേഹം 1917ല്‍ ബെര്‍ലിനിലെ ഒരു വിമാന നിര്‍മാണ കമ്പനിയെ സമീപിക്കുകയും അവര്‍ അതുപയോഗിച്ച് വിമാനങ്ങള്‍ നിര്‍മിക്കുകയും ചെയ്തിരുന്നു. രസകരമായ കാര്യമെന്തെന്നാല്‍, ഗര്‍ഭിണിയായൊരു താറാവിനെപോലെ ആ വിമാനം അന്തരീക്ഷത്തില്‍ ആടിക്കുലുങ്ങിയിരുന്നു എന്നായിരുന്നു പരീക്ഷണ പറക്കല്‍ നടത്തിയിരുന്ന വൈമാനികന്‍ റിപ്പോര്‍ട്ട് ചെയ്തിരുന്നത്! വര്‍ഷങ്ങള്‍ക്കുശേഷം 1954ല്‍ തന്റെ എയറോനോട്ടിക്‌സിലെ ‘പര്യടനത്തെക്കുറിച്ച്’ ഐന്‍സ്റ്റീന്‍ വിശേഷിപ്പിച്ചത് ‘യുവത്വത്തിന്റെ അവിവേകം’ എന്നായിരുന്നു. സൂക്ഷ്മ പ്രപഞ്ചത്തെയും സ്ഥൂല പ്രപഞ്ചത്തെയും വിശദീകരിക്കുന്ന ഗഹനമായ സിദ്ധാന്തങ്ങള്‍ ആവിഷ്‌കരിച്ച ഐന്‍സ്റ്റീന്‍ പോലും, ഉയര്‍ത്തല്‍ ബലത്തെ സമൂലമായി വിശദീകരിക്കുന്നതില്‍ പരാജയപ്പെട്ടിരുന്നു എന്നര്‍ത്ഥം.

ഒരു സമ്പൂര്‍ണ സിദ്ധാന്തത്തിലേക്ക്

വിമാന രൂപകല്‍പനയിലെ സമകാലിക സമീപനങ്ങള്‍, വായുവിന്റെ ശ്യാനത (Viscosity) പൂര്‍ണമായുള്‍ക്കൊള്ളുന്ന, CFD (Computational Fluid Dynamics) സിമുലേഷനുകളുടെയും നേവിയര്‍ സ്‌ട്രോക്‌സ് (Navier-Stokes) സമവാക്യങ്ങളുടെയും സഹായത്തോടെയുള്ളവയാണ്. ഈ സമവാക്യങ്ങളുടെ നിര്‍ധാരണങ്ങളും സി.എഫ്.ഡി സിമുലേഷനുകളും നിര്‍മിക്കുന്ന മര്‍ദ്ദ വിതരണ പ്രവചനങ്ങളും (Pressure distribution prediction) വായുസഞ്ചാര ക്രമങ്ങളും (Airflow patterns) പാരിമാണിക വിവരങ്ങളും (Quantitative results) ചേര്‍ന്നതാണ് ഇന്നത്തെ അത്യാധുനിക വിമാന രൂപകല്‍പനയുടെ അടിസ്ഥാനം. എങ്കിലും അവ ഉയര്‍ത്തല്‍ ബലത്തെക്കുറിച്ചൊരു ഗുണപരവും മൂര്‍ത്തവുമായൊരു വിശദീകരണം തരുന്നില്ല.

ഈയടുത്തകാലത്ത് വായുചലന ശാസ്ത്രരംഗത്തെ പ്രമുഖനായ Doug Maclean കേവല ഗണിതരീതി വാദങ്ങള്‍ക്കപ്പുറം മൂര്‍ത്തമായ കാര്യ-കാരണ ബന്ധങ്ങളിലൂടെ ഉയര്‍ത്തല്‍ ബലത്തെ വിശദീകരിക്കാന്‍ ശ്രമിച്ചിട്ടുണ്ട്. ഔദ്യോഗിക ജീവിതത്തിന്റെ ഭൂരിഭാഗം ‘Boeing Commercial Airplanes’ല്‍ ചെലവഴിച്ച, സി.എഫ്.ഡി കോഡ് വികസിപ്പിക്കുന്നതില്‍ വൈദഗ്ധ്യം നേടിയ, മക്‌ലിന്‍ (Maclean) തന്റെ ആശയങ്ങള്‍ 2012ലെ ‘Understanding Aerodynamics’ എന്ന തന്റെ പുസ്തകത്തില്‍ വിവരിക്കുന്നുണ്ട്. ഗഹനമായ സാങ്കേതിക വിശകലനങ്ങള്‍ അടങ്ങിയ, അഞ്ഞൂറിലധികം പുറങ്ങളുള്ള ആ പുസ്തകത്തില്‍ ”ചിറകിലനുഭവപ്പെടുന്ന ഉയര്‍ത്തല്‍ ബലത്തിന് ഒരു ലളിത വിശദീകരണം” എന്ന തലക്കെട്ടില്‍ ഒരു ഭാഗമുണ്ടെന്നത് കൗതുകകരമാണ്. വിഷയത്തില്‍ അഗാധ വൈദഗ്ധ്യം ഉണ്ടായിരുന്ന മക്‌ലിന്‍ പക്ഷേ പുസ്തകത്തിന്റെ ഈ ഭാഗത്തെക്കുറിച്ച് പറഞ്ഞത് ”ഒരു പക്ഷേ പുസ്തകരചനയില്‍ ഏറ്റവും ശ്രമകരം അതിന്റെ ഈ ഭാഗം എഴുതുന്നതായിരുന്നു” എന്നും ”എണ്ണാവുന്നതിലധികം തിരുത്തലുകള്‍ അതിനുവേണ്ടി വന്നു” എന്നുമാണ്.

വായുചലന ശാസ്ത്രത്തിലെ അടിസ്ഥാന ധാരണകള്‍ ഉപയോഗിച്ചുതന്നെയാണ് മക്‌ലിന്‍ ഉയര്‍ത്തല്‍ ബലത്തെക്കുറിച്ച തന്റെ സങ്കീര്‍ണമായ വിശദീകരണങ്ങളും ആരംഭിക്കുന്നത്. ചിറകിന് ചുറ്റുമുള്ള വായു നിരന്തരമായി രൂപാന്തരപ്പെട്ട് ചിറകിന്റെ ആകാരവടിവുകളെ പിന്തുടരുന്ന ഒരു ഘടകമായി വര്‍ത്തിക്കുന്നു. ആ രൂപാന്തരണം ചിറകിനുമുകളിലും താഴെയുമായി വായു ചലനത്തിന്റെ ശക്തമായൊരു മൂടിപ്പൊതിയലായി നിലനില്‍ക്കുന്നു. മര്‍ദ്ദക്ഷേത്ര(Pressure field)മെന്നറിയപ്പെടുന്ന വിശാലമായൊരു മേഖലയിലെ മര്‍ദത്തെ ചിറകുകള്‍ സ്വാധീനിക്കുന്നു. ചിറകിനുമുകളിലും താഴെയുമായി വിസ്തൃതമായ മര്‍ദ്ദപടലങ്ങള്‍ മര്‍ദ്ദ വ്യത്യാസത്തോടുകൂടെ രൂപപ്പെടുന്നു. ഈ മര്‍ദ്ദപടലങ്ങള്‍ ചിറകുമായി ചേര്‍ന്നു വരുമ്പോള്‍ രൂപപ്പെടുന്ന മര്‍ദ്ദവ്യത്യാസം ഉയര്‍ത്തല്‍ ബലമായി ചിറകില്‍ പ്രയോഗിക്കപ്പെടുന്നു.

ചിറകിനടിയിലെ വായുവിനെ ചിറകുകള്‍ തള്ളുമ്പോഴുണ്ടാകുന്ന വായുവിന്റെ താഴോട്ടുള്ള പ്രവാഹം, ചിറകിന് മുകളിലൂടെ വേഗത കൂടിയ വായു സഞ്ചാരം, ചിറകിനുതാഴെയുള്ള ഉയര്‍ന്ന മര്‍ദ്ദപ്രദേശം, ചിറകിനു മുകളിലുള്ള താഴ്ന്ന മർദ്ദപ്രദേശം എന്നിവയാണ് ഉയര്‍ത്തല്‍ ബലത്തെ സ്വാധീനിക്കുന്ന മക്‌ലിന്റെ വിശദീകരണത്തിലെ പ്രധാന നാലു ഘടകങ്ങള്‍. ഈ നാലു ഘടകങ്ങള്‍ തമ്മിലുള്ള പരസ്പര ബന്ധമാണ് മക്‌ലിന്റെ വിശദീകരണത്തെ സവിശേഷമാക്കുന്നത്. അവ പരസ്പര പൂരകങ്ങളായി അന്യോന്യം കാര്യകരണ ബന്ധത്തോടെ നിലനില്‍ക്കുന്നു. മര്‍ദ്ദവ്യത്യാസം, ഉയര്‍ത്തല്‍ ബലം ചിറകിനുമേല്‍ ചെലുത്തപ്പെടാന്‍ കാരണമാവുമ്പോള്‍ വായുവിന്റെ താഴോട്ടുള്ള പ്രവാഹവും, മുകളിലൂടെയുള്ള വേഗക്കൂടുതലും മര്‍ദ്ദവ്യത്യാസത്തെ നിലനിര്‍ത്തുന്നു. ഇവ തമ്മിലുള്ള പരസ്പര വിനിമയമാണ് മക്‌ലിന്റെ വിശദീകരണത്തിലെ അഞ്ചാമത്തെ ഘടകമായ ഇവയ്ക്കിടയിലെ അന്യോന്യത (Reciprocity). ഈ നാലു ഘടകങ്ങള്‍ ഒരുമിച്ച് സ്വയം ഉത്ഭവിച്ച് അന്യോന്യം കാര്യ-കാരണ ബന്ധത്താല്‍ സ്വയം നിലനില്‍ക്കുന്നതായി തോന്നുന്നു.

ഈ കൂട്ടുപ്രവര്‍ത്തനത്തില്‍ മാന്ത്രികതയുടെ അംശം ഉളളതായി കാണാം. നാലു വ്യത്യസ്ത ഹേതുക്കള്‍ ഒരുമിച്ച് പരസ്പരം ഒരു വര്‍ത്തുള കാര്യ-കാരണ (Circular cause–effect) ബന്ധത്തില്‍ ഏര്‍പ്പെടുന്നത് പോലെയാണത്. ഈ ഘടകങ്ങള്‍ക്കെങ്ങനെയാണ് ഒരേ സമയം സ്വയം നിലനില്‍ക്കാനും മറ്റുള്ളവയെ നിലനിര്‍ത്താന്‍ സഹായിക്കാനും കഴിയുന്നത്? ചലനാത്മകമായ അന്യോന്യം ബന്ധപ്പെട്ട ഈ പാരസ്പര്യത്തിന്റെ കാരണമെന്താണ്?

ന്യൂട്ടന്റെ രണ്ടാം ചലനനിയമം എന്നാണ് മക്‌ലിന്റെ ഉത്തരം. രണ്ടാം ചലന നിയമപ്രകാരം ചലിക്കുന്ന വസ്തുവിന്റെ ത്വരിതപ്പെടല്‍ അതിന്‍മേല്‍ പ്രയോഗിക്കുന്ന ബലവുമായി നേര്‍അനുപാതത്തിലാണ്. അതിനാല്‍ മര്‍ദ്ദവ്യത്യാസമുണ്ടാക്കുന്ന ബലം വായുകണികകളില്‍ അനുഭവപ്പെടുകയും അത് അവയുടെ ദിശയും വേഗതയും മാറാന്‍ കാരണമാവുകയും ചെയ്യുന്നു എന്ന് മക്‌ലിന്‍ വിശദീകരിക്കുന്നു. പക്ഷേ, മര്‍ദ്ദവ്യതിയാനം തന്നെ ആശ്രയിച്ചിരിക്കുന്നത് വായുവിന്റെ ത്വരിതപ്പെടലിനെയാണ് എന്ന വസ്തുത പ്രശ്‌നത്തെ വീണ്ടും സങ്കീര്‍ണവല്‍ക്കരിക്കുന്നു.

ഒന്നുമില്ലായ്മയില്‍നിന്ന് നമുക്കിവിടെ എന്തോ ഒന്ന് കിട്ടുന്നില്ലേ എന്ന ചോദ്യത്തിന് ഇല്ല എന്നാണ് മക്‌ലിന്റെ മറുപടി. വിമാനം നിശ്ചലമായിരിക്കുമ്പോള്‍ ഈ ഘടകങ്ങളുടെ പരസ്പര വിനിമയമൊന്നും നടക്കുന്നില്ല എന്നത് സുവ്യക്തമാണ്. വായുകണികകളെ പരസ്പരം ബന്ധപ്പെടുത്തുന്ന രീതിയില്‍ സ്വാധീനിച്ച് ചിറകുകള്‍ ചലിക്കുമ്പോള്‍ മാത്രമേ ഈ ഘടകങ്ങളുടെ പരസ്പര വിനിമയം നിലനില്‍ക്കുന്നുള്ളൂ.

നാല് ഘടകങ്ങളുടെ അന്യോന്യത

‘Understanding Aerodynamics’ എന്ന ഗ്രന്ഥം പ്രസിദ്ധീകരിച്ച് അധികനാള്‍ ആകുന്നതിനുമുന്നേ തന്നെ, വായുചലന ശാസ്ത്രത്തിലെ ഉയര്‍ത്തല്‍ ബലവുമായി ബന്ധപ്പെട്ട എല്ലാ ഘടകങ്ങളും താന്‍ പരിഗണിച്ചിട്ടില്ലായിരുന്നു എന്ന് മക്‌ലിന് ബോധ്യപ്പെട്ടിരുന്നു. ചിറകിനോട് ചേര്‍ന്ന ഭാഗത്തിലെ മര്‍ദ്ദവ്യത്യാസത്തിന്റെ കാരണം അദ്ദേഹം സൗകര്യപൂര്‍വ്വം വിസ്മരിച്ചിരുന്നു. അതിനാല്‍തന്നെ, നവംബര്‍ 2018ല്‍ അദ്ദേഹം ‘The Physics Teacher’ എന്ന ജേര്‍ണലില്‍ ”ഉയര്‍ത്തല്‍ ബലത്തിന്റെ സമഗ്രമായ, മൂര്‍ത്തമായൊരു വിശദീകരണം” എന്ന തലക്കെട്ടിലൊരു ലേഖനം പ്രസിദ്ധീകരിച്ചിരുന്നു.

മക്‌ലിന്റെ പുതിയ ലേഖനത്തില്‍ തന്റെ പഴയ ഗ്രന്ഥത്തിലെ ഒട്ടുമിക്ക ആശയങ്ങളും ആവര്‍ത്തിക്കുന്നുണ്ടെങ്കിലും ചിറകിനുചുറ്റുമുള്ള മര്‍ദ്ദക്ഷേത്രം ഏകതാനമാവാതിരിക്കാനുള്ള കാരണത്തിന് കുറേക്കൂടി മെച്ചപ്പെട്ട വിശദീകരണം നല്‍കാന്‍ ശ്രമിക്കുന്നുണ്ട്.

മക്‌ലിന്റെ പഴയ ഗ്രന്ഥമോ പുതിയ ലേഖനമോ ഉയര്‍ത്തല്‍ ബലത്തെ കുറിച്ചൊരു പൂര്‍ണ വിശദീകരണം തരുന്നുണ്ടോ എന്നത് ഇപ്പോഴും സംശയപരവും താര്‍ക്കികവുമാണ്. വ്യക്തവും ലളിതവും തൃപ്തികരവുമായ ഒരു വിശദീകരണം അതിന് കൊടുക്കാന്‍ കഴിയില്ല എന്നു പറയാന്‍ പല കാരണങ്ങളുണ്ട്.

ഖരവസ്തുക്കളുടെ ചലനത്തെയപേക്ഷിച്ച് ദ്രവ്യചലനങ്ങള്‍ സങ്കീര്‍ണവും മനസ്സിലാക്കാന്‍ തീര്‍ത്തും ശ്രമകരവുമാണ്. വിശേഷിച്ച് ചിറകിന്റെ മന്‍ഭാഗത്തുനിന്നും ഇരുവശത്തേക്കും വേര്‍തിരിക്കപ്പെടുന്ന, വ്യത്യസ്ത ബലങ്ങളാല്‍ സ്വാധീനിക്കപ്പെടുന്ന, വായു കണികകളുടെ ചലനം. ഉയര്‍ത്തല്‍ ബലത്തെക്കുറിച്ച ചില വിവാദങ്ങള്‍ അതിലെ വസ്തുതകളെക്കുറിച്ചല്ല, മറിച്ച് ആ വസ്തുതകളെ എങ്ങനെ വ്യാഖ്യാനിക്കണം എന്നതുമായി ബന്ധപ്പെട്ടാണ്. പരീക്ഷണങ്ങളിലൂടെ തെളിയിക്കാന്‍ കഴിയാത്ത പല പ്രശ്‌നങ്ങളും അതില്‍ ഉള്‍പ്പെടുന്നുണ്ട്.

എന്നിരുന്നാലും ഉയര്‍ത്തല്‍ ബലവുമായി ബന്ധപ്പെട്ട ചുരുങ്ങിയ ചില കാര്യങ്ങളേ ഇന്നു പരിഹരിക്കപ്പെടേണ്ടതായി ബാക്കിയായിട്ടുള്ളൂ. ഉയര്‍ത്തല്‍ ബലം, മുമ്പേ വിശദീകരിച്ചപോലെ, ചിറകിനുമുകളിലും താഴെയുമായി രൂപപ്പെടുന്ന മര്‍ദ്ദവ്യത്യാസത്തിന്റെ നിര്‍മിതിയാണ്. ചിറകിനുതാഴെ സംഭവിക്കുന്നതിനെല്ലാം സ്വീകാര്യമായൊരു വിശദീകരണം നമുക്കുണ്ട്. ചിറകിനടയിലൂടെ വരുന്ന വായുപ്രവാഹം ചിറകില്‍ ലംബമായും (as lift) തിരശ്ചീനമായും (as drag) പ്രവര്‍ത്തിക്കുന്നു. മുകളിലേക്കുള്ള തള്ളല്‍ ചിറകിനടിയിലെ മര്‍ദ്ദക്കൂടുതലായി നിലനില്‍ക്കുന്നു. മര്‍ദ്ദക്കൂടുതലിനെ ന്യൂട്ടന്റെ മൂന്നാം ചലനനിയമത്തിലെ പ്രവര്‍ത്തന-പ്രതിപ്രവര്‍ത്തനത്തിന്റെ ഫലമായി വിശദീകരിക്കുന്നു.

എന്നാല്‍ ചിറകിനുമുകളില്‍ കാര്യങ്ങള്‍ തികച്ചും വ്യത്യസ്തമാണ്. അവിടെ ഉയര്‍ത്തല്‍ ബലത്തിന് കാരണമായൊരു മര്‍ദ്ദക്കുറവുള്ള മേഖലയുണ്ട്. ബെര്‍ണോളിയുടെ സിദ്ധാന്തങ്ങള്‍ക്കും ന്യൂട്ടന്റെ നിയമങ്ങള്‍ക്കും അതിനെ വിശദീകരിക്കാന്‍ കഴിയുന്നില്ലെങ്കില്‍ പിന്നെ എന്താണ് അതിന്റെ വിശദീകരണം? ചിറകിനുമുകളിലൂടെ വായു പ്രവഹിക്കുന്നത് ചിറകിന് പിന്‍ഭാഗത്തെ താഴോട്ടുള്ള വക്രതയോട് ചേര്‍ന്നുകൊണ്ടാണ്. പക്ഷേ എന്തുകൊണ്ടാണ് ചിറകിനുമുകളിലുള്ള വായു കണികകള്‍ ചിറകിന്റെ വക്രതയോടു ചേര്‍ന്ന് താഴോട്ടു സഞ്ചരിക്കുന്നത്? എന്തുകൊണ്ട് അവ വക്രതയില്‍ നിന്ന് വേര്‍പെട്ട്, നേര്‍രേഖയില്‍ പിറകോട്ട് സഞ്ചരിക്കുന്നില്ല?

മസാച്യുസെറ്റ്‌സ് ഇന്‍സ്റ്റിറ്റ്യൂട്ട് ഓഫ് ടെക്‌നോളജിയിലെ Fluid Dynamics ഡിപ്പാര്‍ട്ട്‌മെന്റിലെ പ്രൊഫസറും Flight Vehicle Aerodynamics എന്ന ഗ്രന്ഥത്തിന്റെ കര്‍ത്താവുമായ മാര്‍ക്ക് ഡ്രെല (Mark Drela)ക്ക് അതിനൊരുത്തരമുണ്ട്. വായു കണികകള്‍ ചിറകിന്റെ പരന്ന മുകള്‍വശത്തോട് ചേര്‍ന്ന സ്പര്‍ശരേഖയിലൂടെ നേര്‍രേഖയില്‍ പിറകിലോട്ട് സഞ്ചരിച്ചാല്‍ അവിടെ അതിനുതാഴെയൊരു ശൂന്യത സൃഷ്ടിക്കപ്പെടുന്നു. ഈ ശൂന്യത മുകളിലൂടെ നേര്‍രേഖയില്‍ പ്രവഹിക്കുന്ന വായുകണികകളെ താഴോട്ടു വലിക്കുന്നു. അങ്ങനെ ആ വായുകണികകളുടെ ചലനം ചിറകിനോട് ചേര്‍ന്നു വക്രതയിലൂടെ താഴോട്ടാവുന്നു.

ഈ രീതിയില്‍ ചിറകിന്റെ പിന്നിലെ വക്രതയിലേക്ക് വായുകണങ്ങളെ വലിക്കുന്നതാണ് ചിറകിനുമുകളില്‍ മര്‍ദ്ദക്കുറവ് അനുഭവപ്പെടാന്‍ കാരണം. പക്ഷേ ഇതോടൊപ്പം മറ്റൊരു പ്രതിഭാസവും ഇവിടെ നടക്കുന്നുണ്ട്. ചിറകിനുമുകളിലൂടെയുള്ള വായു ചലനത്തിന്റെ വേഗത വര്‍ധിക്കുന്നതാണത്. അതായത്, വായുകണികകളെ ചിറകിനുമുകളിലെ വക്രതയിലേക്ക് ചേര്‍ത്തുവലിക്കുന്നതുമൂലം അവിടെയുണ്ടാകുന്ന മര്‍ദ്ദക്കുറവ്, തിരശ്ചീനമായി വായുവിനെ മുന്നില്‍നിന്ന് പിന്നോട്ട്, ചിറകിനു മുകളിലൂടെ വലിക്കാനും കാരണമാകുന്നു. അതിനാല്‍ ചിറകിനു മുകളിലെ വേഗതക്കൂടുതലിനെ മര്‍ദ്ദക്കുറവിന്റെ ഉപോല്‍പ്പന്നമായി വിശദീകരിക്കാം.

പക്ഷേ, എപ്പോഴുമെന്നപോലെ, ഉയര്‍ത്തല്‍ ബലത്തെക്കുറിച്ച് ധൈഷണികമായൊരു വിശദീകരണം നല്‍കാന്‍ ശ്രമിക്കുമ്പോഴെല്ലാം അതില്‍നിന്നും വ്യത്യസ്തമായ മറ്റൊരു വിദഗ്ധാഭിപ്രായം ഉയര്‍ന്നുവന്നിരുന്നു. ”എന്റെ ആദരണീയനായ സഹപ്രവര്‍ത്തകന്‍ മാര്‍ക്ക് ഡ്രെലയുമായി വിയോജിക്കാന്‍ ഞാന്‍ വെറുക്കുന്നു; പക്ഷേ, ശൂന്യതയായിരുന്നു അതിന്റെ വിശദീകരണമെങ്കില്‍, എന്തുകൊണ്ട് ചിലപ്പോഴെല്ലാം വായുകണങ്ങള്‍ വക്രതയോടു ചേര്‍ന്നു സഞ്ചരിക്കാതെ നേര്‍രേഖയില്‍ പിറകോട്ടു പോകുന്നു എന്നു വിശദീകരിക്കാന്‍ പ്രയാസമാണ്. സുഗ്രാഹ്യമായൊരു വിശദീകരണമില്ല എന്നതുതന്നെയാണ് പ്രശ്‌നം.” Cambridge Aerodynamicist ബബിന്‍സ്‌കി(Babinsky)യുടെ വാക്കുകളാണിത്.

തന്റെ വിശദീകരണം തൃപ്തകരമല്ല എന്ന് ഡ്രെല തന്നെ സമ്മതിക്കുന്നുണ്ട്. ”സാര്‍വ്വത്രികമായി അംഗീകരിക്കപ്പെടുന്ന സ്പഷ്ടമായൊരു വിശദീകരണമില്ല എന്നതൊരു പ്രശ്‌നം തന്നെയാണ്.” ആ ശരിവെക്കല്‍ നമ്മെ ആന്‍ഡേഴ്‌സന്റെ വാക്കുകളിലേക്ക് തന്നെ തിരിച്ചെത്തിക്കുന്നു, ”വ്യക്തവും ലളിതവുമായൊരു വിശദീകരണം ഇതിനില്ല”.

പക്ഷികളെ മാതൃകയാക്കിയാണ് ശാസ്ത്രജ്ഞന്മാർ വിമാനങ്ങൾക്ക് രൂപകൽപന ചെയ്തത്. അവയുടെ പറക്കലിന് പിന്നിലെ സിദ്ധാന്തങ്ങൾ ഇപ്പോഴും മറ നീക്കിയിട്ടില്ലെങ്കിലും പുതിയ പുതിയ മാതൃകകളിലുള്ള വിമാനങ്ങൾ വിദഗ്ധന്മാർ രൂപകൽപന ചെയ്തുകൊണ്ടിരിക്കുന്നുണ്ട്. വിമാനങ്ങൾ എങ്ങനെയാണ് പറക്കുന്നത് എന്ന ചോദ്യത്തിന് ഇന്ന് നൽകാൻ കഴിയുന്ന ഏറ്റവും കൃത്യമായ ഉത്തരം പക്ഷികൾ പറക്കുന്നത് പോലെ എന്നാണ്. വിമാനത്തിന്റെ പറക്കലിന് പിന്നിലെ സിദ്ധാന്തങ്ങൾക്ക് വേണ്ടി ശാസ്ത്രലോകം പരിശ്രമിച്ചുകൊണ്ടിരിക്കുന്നതിനെ പറ്റി വായിക്കുമ്പോൾ പക്ഷികളുടെ പറക്കലിനെകുറിച്ച് പ്രതിപാദിക്കുന്ന ഖുർആൻ വചനം ഓർമ്മയിലെത്തുന്നു. അതിന്റെ സാരം ഇങ്ങനെയാണ്: “അന്തരീക്ഷത്തില്‍ (ദൈവിക കല്‍പനയ്ക്ക്‌) വിധേയമായികൊണ്ടു പറക്കുന്ന പക്ഷികളുടെ നേര്‍ക്ക്‌ അവര്‍ നോക്കിയില്ലേ? അല്ലാഹു അല്ലാതെ ആരും അവയെ താങ്ങി നിര്‍ത്തുന്നില്ല. വിശ്വസിക്കുന്ന ജനങ്ങള്‍ക്ക്‌ തീര്‍ച്ചയായും അതില്‍ ദൃഷ്ടാന്തങ്ങളുണ്ട്‌.” (ഖുർആൻ 16: 79)

അവലംബം: “The Enigma of Aerodynamic Lift” – Scientific American Magazine, Feb-2020.

No comments yet.

Leave a comment

Your email address will not be published.