पदार्थ जडरूप (मॅटर) असो वा ऊर्जारूप (एनर्जी), प्रकाश कायमच सोबतीला असतो.. (e = m. c^2)

आज राजा विक्रमाच्या राजदरबारात राजगुरूंनी रामायणकथा ऐकवली. एक दोन  दिवस नव्हे तर पूर्ण आठवडाभर. रामाची कहाणी, म्हणजे विष्णूच्या अवताराची कहाणी, लहानपणापासून रामाचं दिसलेलं`शौर्य, धैर्य, मग गुरुगृहातून घरी आल्यावर लगेचच गुरु विश्वामित्र यांच्या यज्ञाचे राखसांपासून रक्षण करण्यासाठी केलेला धर्नुविद्येचा उपयोग, रूपं बदलणारे राक्षस तर या कथेमध्ये ठायीठायी भरलेले आहेत, काही राक्षस म्हणजे आधीचे गंधर्व, काही म्हणजे आधीचे ऋषी, काही राक्षसांनी मरीचा सारखं हरिणासारखं रूप घेतलं, रावण स्वतः सीतेकडे भिक्षा मागणाऱ्या भिक्षुकाच्या रूपात आला, राक्षसच काय हनुमानाने सुद्धा रामाच्या प्रथम भेटीवेळी मानवरूप धारण केलेले होते, नंतर कधी तो मुंगीपेक्षाही लहान झाला तर कधी डोंगरापेक्षाही अवाढव्य झाला.  अहिल्येची शापाने शिळा म्हणजे दगड झाला होता असे या रामायणामध्ये अनेक जणांनी अनेक मायावी म्हणजे ‘तोच का हा’ किंवा ‘अरे हाच का तो ‘ इतका मूळ स्वरूप कळून न येणारा बदल करून घेतला होता. विक्रम राजाचे श्रेष्ठ गुप्तचर सुद्धा वेषांतर करण्यात अतिशय पटाईत असेच होते , त्यांनी रूपात केलेला बदल हा तितकाच बेमालूम असे. त्याच्या राज्यातील नाट्यकलाकार सुद्धा तितक्याच सहजपणे एका रोल मधून दुसऱ्या भूमिकेमध्ये शिरकाव करत असत. एकाच कलाकाराने दोन्ही भूमिका केल्यात हे पाहणाऱ्याला कळूही नये असा तो बदल असे. असं ते स्थित्यंतर असे.. जणू एका अळीने दररोज नवीन फुलपाखराचा जन्म घ्यावा तितकाच अशक्य वाटावा असा बदल. राजा विक्रम हा असाच स्वरूपात, रूपात, दिसण्यात, आणि खरोखर असण्यात होणाऱ्या बदलविषयीच विचार करत होता..

“काय विक्रमा, आज स्वारी अध्यात्माच्या जटील समस्यांमध्ये रमलेली आहे दिसते. नाही रामायण हि अद्भुत कथा निश्चितच आहे. काही संशयच नाही. अगदी राक्षसांनाही अद्भुत, असाध्य सिद्धी प्राप्त असलेल्या त्यात लिहिल्या आहेत. माझं वेताळाचं मृत शरीरात घुसणं फिकं वाटावं इतके अदभुत मायावी बदल यात दाखवले आहेत. अगदी रावणालाही दहा तोंडे.. एक कापले की दुसरे हजर, दुसरे कापले की तिसरे.. शिवाय सायंकाळी त्यांच्या वाढणाऱ्या शक्ती.. मग जमिनीतून आकाशात जाणं, अदृश्य होऊन बाण मारणं.. या देवाकडून तपश्चरणाचे बक्षीस म्हणून हा बाण, त्याच्याकडून तो बाण.. एकाहून एक विलक्षण कथा.. पण काय रे विक्रमा त्या पुरातन युगातून आजच्या जगात आलो तर आजच्या फिजिक्स मध्ये आहे कारे असं काही मायावी रूप धारण करणं.. अदृश्य होणं.. अचानक होत्याचं नव्हतं होणं.. असं काही अद्भुत, अतर्क्य, जादुई, मायावी वाटावं अशी रूपं बदलणं तुमच्या फिजिक्स मध्ये असत का रे? आणि असलच तर ते सगळ्यांना मान्य असतं का रे?”

“रे वेताळा, हा प्रश्न फिजिक्स मध्ये अनेक शतके कोणी विचारला असता तर असलं काही फिजिक्स मध्ये नसतं, काय मजाक समजला काय रे फिजिक्स मध्ये? फिजिक्स हे तर्कावर आणि समोर ढळढळीत पुराव्यावर चालणारं शास्त्र आहे.. या असल्या कल्पना उगीच फिजिक्स`मध्ये घुसवू नका अशी सरळ सरळ धमकीच फिजिक्स वाद्यांनी विचारणाऱ्याला दिली असती.. पण आईन्स्टाईन या शास्त्रज्ञाने केलेल्या संशोधनामुळे आणि त्याला त्यावेळच्या न्यूक्लिअर केमिस्ट्री मधल्या तज्ज्ञांनी दिलेल्या पुराव्यांमुळे तुझ्या प्रश्नाला हो असे बदल वस्तूंमध्ये होतात.. असल्याचं नसलं होणे आणि नसल्याचं असलं होणे ही बाब आता फिजिक्स मध्ये मान्य आहे.. फक्त त्याला मायावी, जादुई पणा असं नाव नाही.. तो आता एक नियम आहे, आईनस्टाईन चा आणि त्याचं गणिती सूत्र आहे..  ”

“नाही नियम आणि गणित याकडे येऊच आपण शेवटी, पण गणित, भूमिती, रसायन शास्त्र यांची भेसळ काय कमी होती की काय म्हणून आता फिजिक्स मध्ये अणुकेंद्रकीय रसायनशास्त्र किंवा न्यूक्लिअर फिजिक्स घुसवलंस? आता ही उचापत कशाला केली? कुणी केली? कधी केली?”

“त्याचं असं झालं वेताळा, आईन्स्टाईन ने त्याच्या जादुई वर्ष किंवा miracle year अशा १९०५ साली त्याच्या स्वित्झरलँड पेटंट ऑफिस मधल्या काळात जे चार शोधनिबंध लिहिले आणि Annalen Der Physik या संशोधन मासिकात ते छापून आले त्यात पहिला  photoelectric effect वर , दुसरा Brownian Motion, तिसरा Special Relativity आणि चौथा Mass-energy equivalence यावर होता. नोव्हेम्बर २१, १९०५ साली तो छापून आला. शीर्षक होतं “Ist die Trägheit eines Körpers von seinem Energieinhalt abhängig?” (“Does the Inertia of a Body Depend Upon Its Energy Content?”) म्हणजे एखाद्या वस्तूची स्थितिस्थापकता किंवा वेगळ्या अर्थाने एखाद्या वस्तूचे वस्तुमान(mass) हे त्या वस्तूमध्ये किती ऊर्जा आहे याच्यावर अवलंबून असते का यावर हा निबंध लिहिला होता आणि याचे गणिती सार म्हणजे e = m. c^२ हे सूत्रही दिले होते. एका वर्षात एवढे जगावेगळा विचार मांडणारे लेख सतत त्याने लिहिले म्हणून बाकीचे याला आईन्स्टाईन चे जादुई किंवा मायावी वर्ष म्हणतात. अर्थातच अहोरात्र परिश्रम करणारा आईन्स्टाईन तसे म्हणाला नसता. तर यातल्या चौथ्या पेपर मध्येच आईन्स्टाईन ने प्रतिपादन केले होते की जड पदार्थ किंवा मॅटर हे ऊर्जेत किंवा एनर्जी मध्ये रूपांतरित करता येऊ शकते आणि उलट ऊर्जेलाही जड पदार्थ किंवा मॅटर मध्ये रूपांतरित करता येऊ शकते. थोडक्यात सांगायचे तर वस्तूमधला मॅटर ज्याला आपण वस्तुमान किंवा mass(m) म्हणतो ते दुसरे तिसरे काहीही नसून वस्तू मधली ऊर्जा(e) किंवा एनर्जी ही प्रकाशवेगाच्या वर्गाच्या किंवा स्क्वेअरच्या(c^२) कितीपट आहे याचेच निदर्शक किंवा indicator आहे. ”

“कमाल आहे माणसाची.. लोक नाचले असतील त्याला घेऊन.. किती हुशार, प्रतिभावान वगैरे म्हणून.. एकाच वर्षात असले चार निबंध लिहायचे म्हणजे खायचे काम नाही.. ”

“कसलं काय? त्याच्या या चारही निबंधांची कोणी साधी दखलही घेतली नाही..त्याने आईन्स्टाईनची फिजिक्स मधली  Ph. D. मात्र झाली झुरिच विद्यापीठात. बाकी निबंधाचा मात्र नेहमीच्या भाषेत ज्याला थंडे स्वागत म्हणतात तसा प्रकार झाला स्वित्झरलँड मध्ये आणि बऱ्यचशा युरोपियन देशांमध्ये, केवळ जर्मनीचा अपवाद सोडला तर. १९०९ नंतर वेगवेगळ्या युरोपियन विद्यापीठांमध्ये बोलावणी येऊ लागली. काही वर्षे इथे काही तिथे पुन्हा स्वित्झरलँडला आणि १९१३ मध्ये मॅक्स प्लॅंक ने त्याला जर्मनीत येऊन प्राध्यापकी करायचा प्रस्ताव दिला, शिकवण्या बिकवण्याचा फारसा झंझट नाही, जास्तीतजास्त वेळ संशोधन करण्याची संधी दिली. तर या १९१३ सालापासून साधारण जर्मनीमध्ये हिटलरचा उदय होईपर्यंत आणि त्याने ज्यू लोकांचा ‘जीना हराम’ करायला सुरुवात करेपर्यंत आईन्स्टाईन जर्मनीत होता म्हणजे साधारण १९३९ पर्यंत.. ”

“हो म्हणजे साधारण दुसरे जागतिक महायुद्ध किंवा second world war सुरु होईपर्यंत.. हिटलर कडे आता गाडी वळवू नकोस.. विषयाला धरून राहा.. ”

“”हो, तर जर्मनीमध्ये साधारण या काळात संशोधनाला प्रचंड वाव देण्यात आला होता. वेगवेगळ्या विषयातल्या संशोधनांचे जर्मनी हे केंद्र होते. तसं तर पूर्ण युरोपातच संशोधनाची गाडी सुसाट सुटलेली होती. नील्स बोहर या डेन्मार्क मध्ये जन्माला आलेल्या ज्यू शास्त्रज्ञाने अणूच्या स्वरूपाबद्दल काही आराखडे तयार केले आणि ते मांडले. रुदरफोर्ड ने  सांगितल्याप्रमाणे अणू मध्ये केंद्रस्थानी प्रोटॉन हे दाटीवाटीने लोकलच्या डब्यात बसणाऱ्या माणसांप्रमाणे एकमेकाला अगदी घट्ट चेंगरून, एकमेकांच्या मांडीवर बसल्याप्रमाणे लहानशा जागेत घट्ट बसून असतात. इलेक्ट्रॉन धन प्रभारित (positively charged).. पण त्यांचे इलेक्ट्रॉन नावाचे भाऊ मात्र अगदी त्यांच्या विरुद्ध असतात. प्रोटॉन पॉसिटीव्ह असतील तर इलेक्ट्रॉन निगेटिव्ह, प्रोटॉन बसून असतील तर इलेक्ट्रॉन सारखेच हुंदडत असतात.. लग्न कार्यात लहान पोरे टोरे जशी पूर्ण हॉलभर सारखी इकडून तिकडे भिर भिर फुलपाखरासारखी घोळक्या घोळक्याने फिरत असतात.. कधी लग्न लागणार त्या स्टेज वर, तिकडून पाणी ठेवलय तिथे, तिकडून वर पक्षाची खोली, मग वधू पक्षाची खोली, तिथून किचनमध्ये, तिथून भटजी मंत्र म्हणतायत तिथे, तिथून सरबत वाटणाऱ्या वेटर कडे.. अशी सारखी ही इलेक्ट्रॉन ची टोळी सतत हुंदडत, फिरत, बागडत असते. प्रोटॉन दाटीवाटीने सीट पकडून दाटीवाटीने बसलेले प्रवासी असतील तर इलेक्ट्रॉन म्हणजे सतत फिरत राहणारे फेरीवाले, सेल्समन समज.. अर्थात जितके प्रोटॉन असतात तितकीच इलेक्ट्रॉन ची संख्या असते.. लोकल मध्ये जितके बसलेले प्रवासी तितके फेरीवाले आले आणि फिरू लागले तर अवघडच व्हायचं.. ”

“नाही, चांगली आहे उपमा, पण आता किती वेळ एकाच स्टेशनावर राहणार.. पुढे चला.. ”

“हं, तर नील्स बोहर ने अणू बद्दलच्या रुदरफोर्डच्या विचारांची क्वान्टम किंवा पुंजक्यांच्या भौतिकशास्त्राबरोबर सांगड घातली आणि आपला नवीन आराखडा सांगितला. त्याबरोबरच प्रकाश हा कधी कणांसारखा तर कधी लहरींसारखा वागतो हेही सांगितले. शिवाय पदार्थांचे रासायनिक गुण हे त्यांच्या बाहेरील कक्षेत किती इलेक्ट्रॉन आहेत(valency electron) त्या संख्येवर अवलंबून असते असेही सांगितले. या नील्स बोहर ने डेन्मार्क मध्ये  Institute of Theoretical Physics ची स्थापना केली. दुसरे महायुद्ध संपल्यावर १९५२ साली CERN  या जागतिक स्तरावर फिजिक्स मध्ये संशोधन करणाऱ्या युरोपियन प्रयोगशाळेची स्थापना करण्यात त्याने मोलाची भूमिका बजावली. तसेच वर्नर हायझेनबर्ग, वुल्फगँग पाऊली, पॉल डिरॅक, लिझ माईट्नर, आणि मॅक्स डेलब्रुक यांसारख्या नंतर प्रसिद्धी पावलेल्या फिजिक्स मधल्या शास्त्रज्ञांना शिकवले. यातील लिझ माईट्नर या महिला फिजिक्स शास्त्रज्ञाने आईन्स्टाईन च्या वस्तुमान आणि ऊर्जा यांच्यातील संबंध दाखवणाऱ्या संशोधनाला प्रयोगाद्वारे सिद्ध करण्यात मोलाची कामगिरी केली.. ”

“बरं, ते कसं काय?”

“त्याचं असं झालं वेताळा, की जेम्स चॅडविक या इंग्लिश शास्त्रज्ञाने १९३२ साली न्यूट्रॉन चा शोध लावला. तो अणुकेंद्रकात प्रोटॉन बरोबरच राहत असून त्यावर कोणताही प्रभार नाही, neutral charge. हा शोध लागल्यावर इटालियन शास्त्रज्ञ एन्रिको फर्मी याने रोम येथील प्रयोगशाळेत १९३४च्या सुमारास युरेनियम च्या अणुकेंद्रकावर न्यूट्रॉन चा मारा केला तर ९३ आणि ९४ प्रोटॉन्स असणारी दोन केंद्रके तयार होतात असे सिद्ध केले. त्यांना त्याने ऑसोनियम आणि हेस्पेरियम अशी नावेही दिली. पण यावरची स्पष्टीकरणे समाधानकारक नव्हती. अर्थातच याबद्दल फर्मी याला १९३८ साली नोबेल पारितोषिक मिळाले. असो. तर याच म्हणजे १९३४च्या सुमारास जर्मनीत ऑटो हान, लिझ माईट्नर आणि फ्रिट्झ स्ट्रासमन यांनी बर्लिन येथील प्रयोगशाळेत युरेनियम च्या केंद्रकावर न्यूट्रॉन्स चा भडीमार करण्याचे प्रयोग चालू होते. नील्स बोहर च्या म्हणण्यानुसार फारसा मोठा बदल अपेक्षित नव्हता. पण प्रयोगांच्या दरम्यान १९३८ साल उजाडले आणि माईट्नर ज्यू असल्याने तिला जर्मनी सोडून पळून जावे लागले. इकडे ऑटो हान आणि स्ट्रासमन यांनी प्रयोग चालूच ठेवले युरेनियम वर न्यूट्रॉन्स चा भडीमार केल्यावर त्यातून बेरियम निघत होते.. ते युरेनियम पेक्षा ४० टक्क्यांनी हलके होते याचं काय कारण असेल असा प्रश्न ऑटो हान आणि स्ट्रासमान यांना पडला आणि तो त्यांनी पत्राद्वारे माईट्नर ला विचारला..””अरे पण माईट्नर तर त्यातून बाहेर पडली होती ना?””हो, पण त्या प्रोजेक्ट मध्ये ऑटोहान हा रसायन तज्ज्ञ होता. युरेनियम चे केंद्रक न्यूट्रॉन आदळून फोडण्याची जबाबदारी त्याची. पण बदल काय होतात आणि त्याच्या मागचे फिजिक्स काय हे शोधण्याची जबाबदारी अजूनही माईट्नर घेत होती. त्याला कायदेशीर अर्थ नव्हता. पण तिने आयष्याची महत्वाची वर्षे त्यात वाहून घेतल्याने जर्मनीतून बाहेर पळाल्यावरही ती मनाने त्यातच होती. स्वीडन ला पळून आल्यावर ऑटोहान याने १९३८ साली प्रयोगाचे निरीक्षण सांगितले. पण युरेनियम वर न्यूट्रॉन आदळून इतके हलके बेरियम कसे निघते याचे कारण मिळत नव्हते. स्वीडन मध्ये तिचा पुतण्या ऑटो फ्रीच या स्वीडिश फिजिसिस्ट बरोबर या प्रयोगाची चर्चा करताना त्यांना क्लिक झालं. एखाद्या लहानशा पाण्याच्या थेंबामध्ये अधिकाधिक पाण्याचे थेंब टाकत जावे तसा तो थेंब मोठा मोठा होत जातो आणि एक अशी वेळ येते की त्या मोठ्या थेंबाचे दोन लहान थेंब तयार होतात.  हेच ते nuclear fission प्रक्रियेचे थेंबाचे रूप liquid drop model. तसेच काहीसे युरेनियम चे होते. न्यूट्रॉन चा भडीमार केला असता युरेनियम चे केंद्रक असेच फुगलेल्या पाण्याच्या थेंबाप्रमाणे अवजड होते आणि फुटते. पण ते फुटल्यावर केवळ बेरियम तयार होऊन सर्व संपते असे नाही. तर पुन्हा काही न्यूट्रॉन बाहेर पडतात, या विभाजनामुळे मोठ्या प्रमाणात ऊर्जा किरणांच्या आणि उष्णतेच्या रूपात बाहेर पडते. हि बाहेर पडलेली ऊर्जा आईन्स्टाईन चे e= m.c^२ या सूत्राच्या साहाय्याने अचूकपणाने मोजता येते.. याचाच अर्थ वस्तुमानाचे(युरेनियम केंद्रक ) ऊर्जेत(किरणे, उष्णता  रूपांतर होऊ शकते आणि ऊर्जेचे वस्तुमानातही रूपांतर होऊ शकते.. दर वेळेला जेव्हा आपण असे केंद्रकीय विभाजनाचे प्रयोग करतो तेव्हा आईन्स्टाईनचे तत्व सिद्ध प्रत्येक वेळी सिद्ध होते .. ”

“हो आणि अमेरिकेने दुसऱ्या महायुद्धाचा निर्णय लागावा म्हणून जेव्हा दोन अणुबॉंब हिरोशिमा आणि नागासाकी वर टाकले.. त्याने दुसरे महायुद्ध संपलेच.. जर्मनी, जपान, इटलीची आघाडी पराभूत झालीच.. पण त्या अणुस्फोटातून जी प्रचंड उष्णता बाहेर पडली, जी किरणे बाहेर पडली त्याने फक्त युरेनियम पासून लहान केंद्रके बाहेर पडली त्यानेसुद्धा आईन्स्टाईन चे e = m.c^ २ सिद्ध झाले.. परिणामस्वरूप लाखो लोक मेले, लाखो जायबंदी झाले, त्यांच्या DNA मध्ये बदल झाले.. लाखोंच्या पिढ्या बरबाद झाल्या, शेतजमिनी बरबाद झाल्या, पाणी दूषित झालं, हवा दूषित झाली, जीवसृष्टी बरबाद झाली  .. त्यासमोर युद्धातील विजय, आईन्स्टाईन चे तत्व अगदीच केविलवाणे झाले. आईन्स्टाईनलाही या अणुबॉंब ची निर्मिती करण्यासाठी सुरु केलेल्या मॅनहॅटन प्रोजेक्ट ला साह्य केल्याबद्दल लोकांनी पापाचे धनी मानले.. या प्रोजेक्ट मधील सर्वांनाच या प्रकारचा मानसिक त्रास आणि अपराधीपणाची भावना यांनी ग्रासलं. असो. पण विक्रमा, या सर्व भानगडीत जी इलेक्ट्रोमॅग्नेटिक किरणे आणि प्रकाश यात नक्की काय संबंध आहे हा प्रश्न अनुत्तरित आहे, चुंबकीय क्षेत्र – इलेकट्रीसिटी यांचा एकमेकांशी काय संबंध असतो? तो कोणी शोधला याविषयी सांग.. अर्थात याविषयी अभ्यास करून आल्यावर.. तोपर्यंत हा मी चाललो त्या अथांग अवकाशात परत माझ्या घरी.. परत भेटूच विक्रमा.. हा ∫हा∫∫ हा∫∫∫”

(क्रमश:)

मुखपृष्ठ 

Graduate/Engineering फिजिक्स 

आधुनिक फिजिक्स 

गोष्टींची पूर्ण यादी 

Advertisements