-डॉ. गिरीश पिंपळे
साधारण गेल्या ५० वर्षांत विज्ञानाने जी झेप घेतलेली आहे तिचे वर्णन ‘अतर्क्य’ या एकाच शब्दात करता येईल. विज्ञानात होणाऱ्या प्रगतीची फळे सामान्य माणसापर्यंत झपाट्याने पोहोचत आहेत. आपल्यापैकी प्रत्येकजण सकाळी उठल्यापासून रात्री झोपेपर्यंत कळत – नकळत (बहुतेक वेळेला नकळतच !) विज्ञानाची अनेक तत्त्वे / उपकरणे सतत वापरत असतो. विज्ञानाच्या या गरुडभरारीमागे आहे अखंडपणे आणि मोठ्या चिकाटीने व्यापक प्रमाणावर चालू असलेले संशोधन. संशोधनाच्या दृष्टीने विचार केला तर विज्ञानाचे दोन भाग पडतात – गणिती (सैद्धांतिक) आणि प्रायोगिक. एखाद्या व्यक्तीने केलेले गणिती संशोधन कितीही नवीन किंवा क्रांतिकारी असले तरी त्याला लगेच मान्यता मिळत नाही. ते प्रयोगाने सिद्ध व्हावे लागते. या दोन घटनांमध्ये कितीही काळ जाऊ शकतो. इथे आणखी एक महत्त्वाची गोष्ट सांगायला हवी. विज्ञान व्यक्तीला ओळखत नाही – ते फक्त वस्तुस्थितीला ओळखते. याचा अर्थ असा की आइनस्टाईनचा कितीही मोठा दबदबा असला तरी त्याने मांडलेले संशोधन लगेच मान्य होत नाही. त्या संशोधनाला विशिष्ट प्रक्रियेतून जावेच लागते. म्हणजे एखादे गणिती संशोधन आणि त्याची प्रायोगिक पडताळणी यात किती काळ जाईल हे सांगता येत नाही. त्यासाठी त्या वैज्ञानिकाला प्रतीक्षा करावी लागते. हे सगळे आत्ताच प्रकर्षाने आठवण्याचे कारण म्हणजे अगदी अलीकडे मरण पावलेले ब्रिटीश वैज्ञानिक पीटर हिग्ज आणि त्यांनी केलेली अशी प्रतीक्षा.
याबाबत अधिक माहिती जाणून घेण्यासाठी आपल्याला १९६० च्या दशकापर्यंत मागे जावे लागेल. एखाद्या पदार्थाला वस्तुमान (Mass) कशामुळे प्राप्त होते हा एक कळीचा मुद्दा त्यावेळेस वैज्ञानिक वर्तुळात चर्चिला जात होता. बऱ्याच मोठ्या संशोधनानंतर पीटर हिग्ज यांनी एक सिद्धांत मांडला आणि एका विशिष्ट कणामुळे हे वस्तुमान प्राप्त होते असे प्रतिपादन केले. त्याला हिग्ज बोसॉन असे नाव देण्यात आले. हा कण मूलभूत स्वरूपाचा आहे – म्हणजे त्याच्या पोटात दुसरा कण नाही असे मत हिग्ज यांनी मांडले. साहजिकपणे हे संशोधन अगदी मूलगामी स्वरूपाचे होते. पण असा कण प्रत्यक्ष सापडणे आवश्यक होते. त्यासाठी व्यापक स्वरूपात संशोधन चालू होते. जिनिव्हाजवळ Large Hadron Collider नावाची एका महाप्रचंड यंत्रणा (जमिनीखाली !) उभारण्यात आली आणि हजारो वैज्ञानिक या प्रकल्पात सामील झाले. प्रदीर्घ काळानंतर त्यांचे प्रयत्न यशस्वी झाले आणि अखेरीस २०१२ मध्ये हा कण सापडला. हे काम इतके गुंतागुंतीचे होते की ‘जटील’ या एकाच शब्दात त्याचे वर्णन करावे लागेल. या प्रसंगी, वयोवृद्ध झालेले हिग्ज तेथे उपस्थित होते. हा शोध घोषित झाला आणि त्यांच्या डोळ्यात वेगळेच तेज दिसू लागले. तेथे उपस्थित असलेल्या सर्व संशोधकांनी त्यांना उत्थापन दिले आणि टाळ्यांचा प्रचंड कडकडाट झाला. या क्षणासाठी हिग्ज यांना ४८ वर्षे म्हणजे चार तपे वाट बघावी लागली होती.
आणखी वाचा-आचारसंहिता समजून घेताना…
अशी अनेक उदाहरणे आपल्याला इतिहासात दिसून येतात. लेसरचे उदाहरण घेऊ. आज करमणूक क्षेत्रात, डोळ्यांच्या शस्त्रक्रियेत, हिरे कापण्यासाठी, शस्त्रास्त्रांमध्ये आणि इतरही अनेक ठिकाणी लेसरचा मोठ्या प्रमाणावर वापर होतो. याबाबतची कल्पना सर्वप्रथम कोणी मांडली होती ते ठाऊक आहे ? तो वैज्ञानिक होता आइनस्टाईन. १९१६-१७ मध्ये त्यांनी याबाबतचे गणित केले होते. पण प्रयोगशाळेत लेसर निर्माण होण्यासाठी १९६० साल उजाडावे लागले ! थिओडोर मैमान (Theodore Maiman) नावाच्या अमेरिकन संशोधकाने रूबी स्फटिकाचा वापर करून हा लेसर बनवला होता.
भौतिकशास्त्राच्या (Physics) क्षेत्रात अत्यंत मूलभूत संशोधन केलेले एक महत्त्वाचे भारतीय वैज्ञानिक म्हणजे सत्येंद्रनाथ बोस. १९२२ मध्ये ते ढाका विद्यापीठात शिकवण्याचे काम करत होते. त्यांचे संशोधन इतके महत्त्वाचे होते की ते एका नावाजलेल्या शोध नियतकालिकात प्रकाशित व्हावे म्हणून खुद्द आइनस्टाईन यांनी शिफारसपत्र दिले होते. पुढच्या काळात बोस यांनी आईनस्टीन यांच्या समवेत काम केले. त्यातून १९२५ मध्ये एका नव्या सिद्धांताचा जन्म झाला. तो होता पदार्थाच्या पाचव्या अवस्थेबाबत. आपल्याला माहीत आहे की पदार्थाच्या चार अवस्था असतात. त्या म्हणजे घन, द्रव, वायू आणि प्लाझ्मा. आईनस्टीन यांनी आणखी एक म्हणजे पाचवी अवस्थादेखील असली पाहिजे असे मत मांडले. मात्र त्यासाठी अत्यंत कमी तापमान (म्हणजे उणे २७३ अंश सेंटीग्रेडच्या जवळ) आणि अत्यंत कमी दाब असला पाहिजे हे त्यांनी गणिताने दाखवून दिले. हे काम विज्ञानातील मूलभूत असे संशोधन कार्य होते. या अवस्थेला Bose-Einstein Condensate असे नाव देण्यात आले.
आणखी वाचा-डोके ठिकाणावर ठेवून मतदान कराल ना?
पण पदार्थाची अशी अवस्था प्रयोगशाळेत निर्माण करण्यासाठी वैज्ञानिकांना भगीरथ प्रयत्न करावे लागले. इतक्या कमी तापमानापर्यंत जाणे आणि ते टिकवून ठेवणे हे भलतेच अवघड काम होते. तीच गोष्ट कमी दाब निर्माण करणे आणि तो टिकवणे याबाबत होती. पण हार मानतील तर ते वैज्ञानिक कसले ? अखेरीस १९९५ मध्ये या प्रयत्नात ते यशस्वी झाले. तब्बल ७० वर्षांच्या प्रतीक्षेनंतर बोस आणि आईनस्टीन यांचा सिद्धांत प्रयोगाने सिद्ध झाला. Bose-Einstein Condensate या अवस्थेमुळे अतिवाहकता (Superconductivity) या क्षेत्रातील संशोधनाला चालना मिळाली. या तंत्रज्ञानामुळे ऊर्जेची मोठ्या प्रमाणावर बचत होते. ही अवस्था केवळ जमिनीवर नव्हे तर अंतराळात देखील महत्त्वाची ठरली. श्वेत बटू नावाच्या ताऱ्यांचा अभ्यास करण्यासाठी या सिद्धांताचा उपयोग झाला. बोस आणि आईनस्टीन यांच्यासारख्या नामवंत संशोधकांचेदेखील काम मान्यता पावण्यासाठी चक्क ७० वर्षे थांबावे लागते ही विशेष गोष्ट आपल्याला खूप काही शिकवून जाते.
आधीच्या परिच्छेदात श्वेत बटू ताऱ्यांचा उल्लेख आहे. आपले म्हणजे मानवाचे जसे जीवनचक्र असते तसेच ताऱ्यांचेसुद्धा असते हे तुम्हांला माहीत आहे का ? पण त्यात एक मोठा फरक मात्र आहे. मृत्यूनंतर मानवाचे काय होते हे आपल्याला ठाऊक नाही पण ताऱ्याचे काय होते हे मात्र ठाऊक आहे ! ताऱ्यामधील इंधन संपले की तो मृत्युपंथाला लागतो. अनेक घडामोडी घडतात आणि त्याचे रूपांतर श्वेत बटू तारा / Neutron तारा / कृष्णविवर यामध्ये होते. याबाबतचे अतिशय महत्त्वाचे संशोधन एस. चंद्रशेखर या भारतीय वैज्ञानिकाने अमेरिकेत केले होते. किती वस्तुमानाच्या ताऱ्याचे रूपांतर श्वेत बटू मध्ये होईल आणि किती वस्तुमानाचा तारा Neutron तार्यामध्ये रूपांतरित होईल हे त्यांनी शोधून काढले होते. ते साल होते १९३०. पण त्यांचे हे संशोधन तेव्हा मान्य झाले नाही. नंतर खगोलशास्त्रात खूप प्रगती होत गेली आणि हळूहळू चंद्रशेखर यांचे म्हणणे वैज्ञानिक जगतात मान्य होऊ लागले. इतकेच नव्हे तर त्यांचे संशोधन इतके महत्त्वाचे ठरले की १९८३ मध्ये – म्हणजे ५३ वर्षांनतर – त्यांना नोबेल पारितोषिकाचा सन्मान प्राप्त झाला. आता या संशोधनाचा सामान्य माणसाला काय उपयोग असे एखाद्याला वाटू शकेल – पण या प्रश्नाचे उत्तर देण्यासाठी एक स्वतंत्र लेख लिहावा लागेल.
आणखी वाचा-मोदी प्रतिमा आणि मानसिक दुविधांचा ताण
विज्ञानाच्या इतिहासात जे सिद्धांत अतिशय क्रांतिकारी समजले जातात त्यापैकी एक म्हणजे सापेक्षता सिद्धांत. तो आइनस्टीन यांनी १९१५ मध्ये जगापुढे ठेवला. त्याने विज्ञानात फार मोठी उलथापालथ झाली. या सिद्धांतावर आधारित त्यांनी १९१६ मध्ये एक भाकित केले की अतिप्रचंड वस्तुमानाच्या वस्तू अंतराळात प्रचंड वेगाने फिरत असतील तर त्यातून गुरुत्वीय तरंगांची निर्मिती होईल. प्रायोगिक दृष्टीने विचार केला तर हे तरंग अतिशय क्षीण असल्याने त्या शोधणे हे खूपच अवघड काम होते. त्यासाठी प्रचंड मोठी यंत्रणा उभारणे आवश्यक होते. अर्थात वैज्ञानिक मागे हटलेले नव्हते. अखेरीस २०१४ मध्ये असे तरंग पकडण्यात त्यांना यश आले. याबाबत इतर अनेक पडताळण्या केल्यानंतर २०१५ मध्ये याबाबतची घोषणा झाली. म्हणजे शंभर वर्षे उलटून गेल्यावर का होईना पण ते भाकित खरे ठरलेच ठरले.
या सगळ्यामधून आपल्याला काय समजते ? एक तर सिद्धांत मांडणाऱ्या वैज्ञानिकांची प्रतिभा, त्यांचा आत्मविश्वास आणि त्या विषयात आरपार जाणारी त्यांची दृष्टी. दुसरी गोष्ट म्हणजे – आजकाल प्रत्येक जण झटपट (Instant) यशाच्या मागे असतो. पण चिरकाल टिकणारे, काळावर ठसा उमटविणारे यश असे झटपट मिळत नसते. आइनस्टीनसारख्या दिग्गज वैज्ञानिकालासुद्धा त्यासाठी प्रदीर्घ प्रतीक्षा करावी लागते; तर इतरांची काय कथा ? आणि तिसरी गोष्ट म्हणजे एखादे संशोधन प्रसिद्ध झाल्यावर ‘याचा सामान्य माणसाला काय उपयोग ?’ असा प्रश्न उतावीळपणे विचारून चालत नाही. त्यासाठी काही काळ वाट बघावी लागते. आजचे विज्ञान हे उद्याचे तंत्रज्ञान असते. पण हा ‘उद्या’ किती काळाचा असेल ते मात्र सांगता येत नाही.
(सेवानिवृत्त सहयोगी प्राध्यापक आणि भौतिकशास्त्र विभागप्रमुख).
gpimpale@gmail.com
याबाबत अधिक माहिती जाणून घेण्यासाठी आपल्याला १९६० च्या दशकापर्यंत मागे जावे लागेल. एखाद्या पदार्थाला वस्तुमान (Mass) कशामुळे प्राप्त होते हा एक कळीचा मुद्दा त्यावेळेस वैज्ञानिक वर्तुळात चर्चिला जात होता. बऱ्याच मोठ्या संशोधनानंतर पीटर हिग्ज यांनी एक सिद्धांत मांडला आणि एका विशिष्ट कणामुळे हे वस्तुमान प्राप्त होते असे प्रतिपादन केले. त्याला हिग्ज बोसॉन असे नाव देण्यात आले. हा कण मूलभूत स्वरूपाचा आहे – म्हणजे त्याच्या पोटात दुसरा कण नाही असे मत हिग्ज यांनी मांडले. साहजिकपणे हे संशोधन अगदी मूलगामी स्वरूपाचे होते. पण असा कण प्रत्यक्ष सापडणे आवश्यक होते. त्यासाठी व्यापक स्वरूपात संशोधन चालू होते. जिनिव्हाजवळ Large Hadron Collider नावाची एका महाप्रचंड यंत्रणा (जमिनीखाली !) उभारण्यात आली आणि हजारो वैज्ञानिक या प्रकल्पात सामील झाले. प्रदीर्घ काळानंतर त्यांचे प्रयत्न यशस्वी झाले आणि अखेरीस २०१२ मध्ये हा कण सापडला. हे काम इतके गुंतागुंतीचे होते की ‘जटील’ या एकाच शब्दात त्याचे वर्णन करावे लागेल. या प्रसंगी, वयोवृद्ध झालेले हिग्ज तेथे उपस्थित होते. हा शोध घोषित झाला आणि त्यांच्या डोळ्यात वेगळेच तेज दिसू लागले. तेथे उपस्थित असलेल्या सर्व संशोधकांनी त्यांना उत्थापन दिले आणि टाळ्यांचा प्रचंड कडकडाट झाला. या क्षणासाठी हिग्ज यांना ४८ वर्षे म्हणजे चार तपे वाट बघावी लागली होती.
आणखी वाचा-आचारसंहिता समजून घेताना…
अशी अनेक उदाहरणे आपल्याला इतिहासात दिसून येतात. लेसरचे उदाहरण घेऊ. आज करमणूक क्षेत्रात, डोळ्यांच्या शस्त्रक्रियेत, हिरे कापण्यासाठी, शस्त्रास्त्रांमध्ये आणि इतरही अनेक ठिकाणी लेसरचा मोठ्या प्रमाणावर वापर होतो. याबाबतची कल्पना सर्वप्रथम कोणी मांडली होती ते ठाऊक आहे ? तो वैज्ञानिक होता आइनस्टाईन. १९१६-१७ मध्ये त्यांनी याबाबतचे गणित केले होते. पण प्रयोगशाळेत लेसर निर्माण होण्यासाठी १९६० साल उजाडावे लागले ! थिओडोर मैमान (Theodore Maiman) नावाच्या अमेरिकन संशोधकाने रूबी स्फटिकाचा वापर करून हा लेसर बनवला होता.
भौतिकशास्त्राच्या (Physics) क्षेत्रात अत्यंत मूलभूत संशोधन केलेले एक महत्त्वाचे भारतीय वैज्ञानिक म्हणजे सत्येंद्रनाथ बोस. १९२२ मध्ये ते ढाका विद्यापीठात शिकवण्याचे काम करत होते. त्यांचे संशोधन इतके महत्त्वाचे होते की ते एका नावाजलेल्या शोध नियतकालिकात प्रकाशित व्हावे म्हणून खुद्द आइनस्टाईन यांनी शिफारसपत्र दिले होते. पुढच्या काळात बोस यांनी आईनस्टीन यांच्या समवेत काम केले. त्यातून १९२५ मध्ये एका नव्या सिद्धांताचा जन्म झाला. तो होता पदार्थाच्या पाचव्या अवस्थेबाबत. आपल्याला माहीत आहे की पदार्थाच्या चार अवस्था असतात. त्या म्हणजे घन, द्रव, वायू आणि प्लाझ्मा. आईनस्टीन यांनी आणखी एक म्हणजे पाचवी अवस्थादेखील असली पाहिजे असे मत मांडले. मात्र त्यासाठी अत्यंत कमी तापमान (म्हणजे उणे २७३ अंश सेंटीग्रेडच्या जवळ) आणि अत्यंत कमी दाब असला पाहिजे हे त्यांनी गणिताने दाखवून दिले. हे काम विज्ञानातील मूलभूत असे संशोधन कार्य होते. या अवस्थेला Bose-Einstein Condensate असे नाव देण्यात आले.
आणखी वाचा-डोके ठिकाणावर ठेवून मतदान कराल ना?
पण पदार्थाची अशी अवस्था प्रयोगशाळेत निर्माण करण्यासाठी वैज्ञानिकांना भगीरथ प्रयत्न करावे लागले. इतक्या कमी तापमानापर्यंत जाणे आणि ते टिकवून ठेवणे हे भलतेच अवघड काम होते. तीच गोष्ट कमी दाब निर्माण करणे आणि तो टिकवणे याबाबत होती. पण हार मानतील तर ते वैज्ञानिक कसले ? अखेरीस १९९५ मध्ये या प्रयत्नात ते यशस्वी झाले. तब्बल ७० वर्षांच्या प्रतीक्षेनंतर बोस आणि आईनस्टीन यांचा सिद्धांत प्रयोगाने सिद्ध झाला. Bose-Einstein Condensate या अवस्थेमुळे अतिवाहकता (Superconductivity) या क्षेत्रातील संशोधनाला चालना मिळाली. या तंत्रज्ञानामुळे ऊर्जेची मोठ्या प्रमाणावर बचत होते. ही अवस्था केवळ जमिनीवर नव्हे तर अंतराळात देखील महत्त्वाची ठरली. श्वेत बटू नावाच्या ताऱ्यांचा अभ्यास करण्यासाठी या सिद्धांताचा उपयोग झाला. बोस आणि आईनस्टीन यांच्यासारख्या नामवंत संशोधकांचेदेखील काम मान्यता पावण्यासाठी चक्क ७० वर्षे थांबावे लागते ही विशेष गोष्ट आपल्याला खूप काही शिकवून जाते.
आधीच्या परिच्छेदात श्वेत बटू ताऱ्यांचा उल्लेख आहे. आपले म्हणजे मानवाचे जसे जीवनचक्र असते तसेच ताऱ्यांचेसुद्धा असते हे तुम्हांला माहीत आहे का ? पण त्यात एक मोठा फरक मात्र आहे. मृत्यूनंतर मानवाचे काय होते हे आपल्याला ठाऊक नाही पण ताऱ्याचे काय होते हे मात्र ठाऊक आहे ! ताऱ्यामधील इंधन संपले की तो मृत्युपंथाला लागतो. अनेक घडामोडी घडतात आणि त्याचे रूपांतर श्वेत बटू तारा / Neutron तारा / कृष्णविवर यामध्ये होते. याबाबतचे अतिशय महत्त्वाचे संशोधन एस. चंद्रशेखर या भारतीय वैज्ञानिकाने अमेरिकेत केले होते. किती वस्तुमानाच्या ताऱ्याचे रूपांतर श्वेत बटू मध्ये होईल आणि किती वस्तुमानाचा तारा Neutron तार्यामध्ये रूपांतरित होईल हे त्यांनी शोधून काढले होते. ते साल होते १९३०. पण त्यांचे हे संशोधन तेव्हा मान्य झाले नाही. नंतर खगोलशास्त्रात खूप प्रगती होत गेली आणि हळूहळू चंद्रशेखर यांचे म्हणणे वैज्ञानिक जगतात मान्य होऊ लागले. इतकेच नव्हे तर त्यांचे संशोधन इतके महत्त्वाचे ठरले की १९८३ मध्ये – म्हणजे ५३ वर्षांनतर – त्यांना नोबेल पारितोषिकाचा सन्मान प्राप्त झाला. आता या संशोधनाचा सामान्य माणसाला काय उपयोग असे एखाद्याला वाटू शकेल – पण या प्रश्नाचे उत्तर देण्यासाठी एक स्वतंत्र लेख लिहावा लागेल.
आणखी वाचा-मोदी प्रतिमा आणि मानसिक दुविधांचा ताण
विज्ञानाच्या इतिहासात जे सिद्धांत अतिशय क्रांतिकारी समजले जातात त्यापैकी एक म्हणजे सापेक्षता सिद्धांत. तो आइनस्टीन यांनी १९१५ मध्ये जगापुढे ठेवला. त्याने विज्ञानात फार मोठी उलथापालथ झाली. या सिद्धांतावर आधारित त्यांनी १९१६ मध्ये एक भाकित केले की अतिप्रचंड वस्तुमानाच्या वस्तू अंतराळात प्रचंड वेगाने फिरत असतील तर त्यातून गुरुत्वीय तरंगांची निर्मिती होईल. प्रायोगिक दृष्टीने विचार केला तर हे तरंग अतिशय क्षीण असल्याने त्या शोधणे हे खूपच अवघड काम होते. त्यासाठी प्रचंड मोठी यंत्रणा उभारणे आवश्यक होते. अर्थात वैज्ञानिक मागे हटलेले नव्हते. अखेरीस २०१४ मध्ये असे तरंग पकडण्यात त्यांना यश आले. याबाबत इतर अनेक पडताळण्या केल्यानंतर २०१५ मध्ये याबाबतची घोषणा झाली. म्हणजे शंभर वर्षे उलटून गेल्यावर का होईना पण ते भाकित खरे ठरलेच ठरले.
या सगळ्यामधून आपल्याला काय समजते ? एक तर सिद्धांत मांडणाऱ्या वैज्ञानिकांची प्रतिभा, त्यांचा आत्मविश्वास आणि त्या विषयात आरपार जाणारी त्यांची दृष्टी. दुसरी गोष्ट म्हणजे – आजकाल प्रत्येक जण झटपट (Instant) यशाच्या मागे असतो. पण चिरकाल टिकणारे, काळावर ठसा उमटविणारे यश असे झटपट मिळत नसते. आइनस्टीनसारख्या दिग्गज वैज्ञानिकालासुद्धा त्यासाठी प्रदीर्घ प्रतीक्षा करावी लागते; तर इतरांची काय कथा ? आणि तिसरी गोष्ट म्हणजे एखादे संशोधन प्रसिद्ध झाल्यावर ‘याचा सामान्य माणसाला काय उपयोग ?’ असा प्रश्न उतावीळपणे विचारून चालत नाही. त्यासाठी काही काळ वाट बघावी लागते. आजचे विज्ञान हे उद्याचे तंत्रज्ञान असते. पण हा ‘उद्या’ किती काळाचा असेल ते मात्र सांगता येत नाही.
(सेवानिवृत्त सहयोगी प्राध्यापक आणि भौतिकशास्त्र विभागप्रमुख).
gpimpale@gmail.com
