Thursday, July 12, 2018

लोकप्रिय नेता असलेला अमेरिकन शास्त्रज्ञ बेंजामिन फ्रँकलिन



सतराव्या शतकामधील पास्कल, न्यूटन, हूक, बॉइल, ह्यूजेन्स आदि शास्त्रज्ञांनी केलेल्या कामामधून युरोपमधील देशांमध्ये विज्ञानावरील संशोधनाला गति आली होती.  अमेरिकेत स्थाईक होण्यासाठी गेलेले बहुतेक लोक युरोपमधून गेले होते. त्यांनी आपल्याबरोबर ख्रिश्चन धर्म आणि युरोपमधील संस्कृतिसुद्धा तिकडे नेली होती.  युरोपमध्ये होत असलेल्या बदलांकडे त्यांचे लक्ष होते. यामुळे विज्ञानाच्या अभ्यासाचे लोणसुद्धा अमेरिकेत पोचले. तिथेसुद्धा प्रयोगशाळा बांधल्या गेल्या आणि त्यात शास्त्रीय संशोधन सुरू झाले. या प्रक्रियेमधून प्रसिद्ध शास्त्रज्ञ बेंजामिन फ्रँकलिन हा पहिला मोठा अमेरिकन शास्त्रज्ञ तयार झाला.

बेंजामिन फ्रँकलिनचा जन्म बोस्टन येथील एका सर्वसाधारण कुटुंबात झाला. त्याच्या वडिलांना झालेल्या १७ मुलांपैकी तो दहावा होता. त्याने चर्चमध्ये शिक्षण घेऊन धर्मगुरु व्हावे अशी त्याच्या वडिलांची इच्छा होती म्हणून त्या उद्देशाने त्याला बोस्टनच्या शाळेत घातले होते, पण ते शिक्षण परवडत नसल्याने दोन वर्षांनंतर थांबले.  बेंजामिन अत्यंत तल्लख बुद्धीचा आणि मेहनती होता. त्याने पुस्तके आणून आणि ती वाचून आपला अभ्यास सुरू ठेवला.  बारा वर्षाचा असतांना त्यांने आपल्या मोठ्या भावाच्या छापखान्यात काम करायला सुरुवात केली आणि अवघा पंधरा वर्षाचा असतांना त्या भागातले पहिले वर्तमानपत्र सुरू केले. ते काम सोडून कांही वर्षे इकडे तिकडे नोकऱ्या केल्या. त्याच्या भावाचा मृत्यू झाल्यानंतर त्याने भावाचा छापखाना चालवायला घेतला आणि तो लेखनही करायला लागला. त्याने अनेक वर्तमानपत्रे काढून त्यांची साखळी तयार केली. त्यात लेख लिहून आणि व्यंगचित्रे काढून तो समाजाचे प्रबोधन करत राहिला. तो आपली मते प्रांजलपणे आणि धीटपणे मांडून चांगल्या गोष्टींसाठी आग्रह धरायचा. त्याने अनेक समाजसेवा करणाऱ्या संस्थांमधून समाजाच्या उन्नतीसाठी काम केले. एक विचारवंत, प्रतिभाशाली आणि तळमळीने काम करणारा लेखक म्हणून समाजात त्याचा मान वाढत गेला. पोस्टमास्टर जनरल, अमेरिकेचा राजदूत आणि पेन्सिल्व्हानिया राज्याचा अध्यक्ष यासारखी मोठी पदे त्याने भूषवली. इंग्रजांना लढाईत पराभूत करून घालवून दिल्यानंतर अमेरिकेतल्या निरनिराळ्या स्टेट्सनी एकत्र येऊन संयुक्तपणे युनायटेड स्टेट्स असे राष्ट्र उभारावे यासाठी फ्रँकलिनने खूप प्रयत्न करून ते घडवून आणले. यामुळे जॉर्ज वॉशिंग्टन, थॉमस जेफरसन वगैरेंच्या समवेत बेंजामिन फ्रँकलिन याचेही नाव फाउंडर्समध्ये घेतले जाते.

बेंजामिन फ्रँकलिनचे हे सगळे सामाजिक आणि राजकीय काम चाललेले असतांनाच  तो विज्ञानात नवनवे संशोधन करून क्रांतिकारक असे शोध लावून गेला यावरून त्याच्या कर्तृत्वाची कल्पना येईल. विल्यम गिल्बर्टने दाखवून दिलेल्या स्ठिर विद्युतभारावर पुढील शंभर वर्षे हळूहळू संशोधन होत होते. बेंजामिन फ्रँकलिन याने कांच आणि शिशाच्या चपट्या पट्ट्यांपासून विजेचा भार (चार्ज) साठवून ठेवण्याचा एक कपॅसिटर तयार केला. हा भार ऋण (निगेटिव्ह) आणि धन (पॉझिटिव्ह) अशा दोन वेगळ्या प्रकारचा असतो हे सांगितले. या संशोधनासाठी त्याला मानद (ऑनररी) डिग्री मिळाली आणि रॉयल सोसायटीची फेलोशिप (एफ आर एस) दिली गेली. आकाशात चमकणारी वीज आणि स्थिर विद्युत या दोघी एकच असतात असे भाकित करून ते सिद्ध करण्यासाठी त्याने एक प्रयोग करवला. एका पतंगाला वादळी हवेत उंच उडवले गेले. त्याला जोडलेल्या तारेमधून ढगांमधली वीज खाली उतरली आणि तिने ठिणगी पा़डली. त्या विजेचा भार कपॅसिटरमध्ये गोळा करण्याचे प्रयोग सुद्धा त्याने केले. हे करत असतांना विजेचा धक्का बसू नये यासाठी बेंजामिनने पूर्ण काळजी घेतली. तसे प्रयोग करून पाहणारे इतर कांही संशोधक मात्र प्राणाला मुकले. इमारतींवर वीज कोसळू नये यासाठी बेंजामिनने लाइटनिंग रॉड (अरेस्टर) तयार केला.   

बेंजामिन फ्रँकलिनने इतरही निराळ्या प्रकारचे संशोधन केले. अॅटलांटिक महासागरामधील अंतर्गत प्रवाह आणि वारे यांच्यामुळे युरोप ते अमेरिका प्रवास करणाऱ्या जहाजांना कमी अधिक दिवस लागतात हे दाखवून त्यांचा योग्य मार्ग कसा असावा हे सांगितले. वारे आणि तापमान यांच्या त्याने केलेल्या अभ्यासामधून हवामानखाते होण्याला मदत झाली. जोराच्या वाऱ्यात मोठमोठे पतंग उडवून त्यांच्या सहाय्याने माणसांना आणि नौकांना पाण्यातून ओढून नेण्याची कल्पना करून त्यावर प्रयोग केले. लोकसंख्यांमधील वाढीचा अभ्यास करून अमेरिकेत त्याचे प्रमाण सर्वात जास्त आहे हे दाखवले आणि त्याच्या मागची कारणे शोधली.  ख्रिश्चन ह्यूजेन्सने मांडलेल्या प्रकाशाच्या लहरींच्या सिद्धांताला बेंजामिन फ्रँकलिनने उचलून धरले होते, पण न्यूटनच्या प्रभावामुळे त्या काळात तिला मान्यता मिळाली नाही. भिजलेले कपडे घातलेल्या माणसाला कोरडे कपडे घातलेल्यापेक्षा जास्त थंडी वाजते यावरून त्याने थर्मॉमीटरच्या बल्बला ईथरमध्ये भिजवून प्रयोग केले आणि तसा ओला थर्मॉमीटर कमी तापमान दाखवतो हे दाखवून दिले.

बेंजामिन फ्रँकलिनने काही महत्वाच्या गोष्टी सांगितल्या. कुठलाही निर्णय घेण्याच्या आधी त्यावर साधक बाधक विचार करतांना दोन्ही बाजूंचे मुद्दे आधी मांडून घ्यावे आणि एक एक करून त्यांची तुलना करावी अशी पद्धत त्याने सांगितली. नाण्यांच्या ऐवजी कागदावर छापलेल्या नोटा वापरण्याचा आग्रह केला, एवढेच नव्हे तर आपल्या छापखान्यात त्या छापून दिल्या. तो चांगला संगीतज्ञ होता, कांही वाद्ये वाजवण्यात पारंगत होता आणि त्याने ग्लास हार्मॉनिका नावाचे एक वाद्य तयार केले.  तो उत्कृष्ट बुद्धीबळपटू होता आणि त्याने त्या खेळावर निबंध लिहिले.  त्याने आयुष्यातली अनेक वर्षे इंग्लंड आणि फ्रान्समध्ये घालवली. तिथे असतांनासुद्धा आपल्या हुषारी आणि कर्तबगारीमुळे त्याला मानसन्मान मिळत गेले. शालेय शिक्षणसुद्धा पूर्ण न केलेल्या बेंजामिन फ्रँकलिनने पुस्तके वाचून, त्यांचा अभ्यास करून आणि संशोधन करून इतके ज्ञान मिळवले, त्यावर अनेक पुस्तके लिहून ते दाखवून दिले की ऑक्सफर्डसारख्या प्रसिद्ध विद्यापीठाने त्याला डॉक्टरेटची मानद पदवी दिली.  त्याचे चित्र असलेली पोस्टाची तिकिटे अमेरिकेमध्ये अनेक वेळा छापली गेली.

असा हा एक अष्टपैलू माणूस एक महान शास्त्रज्ञही होऊन गेला.

Sunday, July 01, 2018

लंबकाचा शोध लावणारा ख्रिश्चन ह्यूजेन्स (किंवा हायगन)



ख्रिश्चन ह्यूजेन्स हा महान डच शास्त्रज्ञ साधारणपणे सर आयझॅक न्यूटनचा समकालीन होता. त्याचा जन्म सन १६२९ साली म्हणजे न्यूटनच्या आधी झाला होता. त्यानेसुद्धा न्यूटनप्रमाणेच गणित, भौतिकशास्त्र, खगोलशास्त्र आणि नैसर्गिक तत्वज्ञान या विज्ञानाच्या शाखांवर संशोधन केले आणि कांही महत्वाचे शोध लावले. लंबकाच्या घड्याळाचा शोध हा त्याच्या नावावरचा सर्वात मोठा शोध असला तरी त्याने केलेले इतर विषयांमधले संशोधनसुद्धा महत्वाचे आहे.

 ख्रिश्चन ह्यूजेन्सचा जन्म हॉलंडमधील एका सधन कुटुंबात झाला. त्याचे वडील एक कूटनीतिज्ञ (डिप्लोमॅट) होते तसेच ते प्रतिष्ठित, सुशिक्षित आणि रसिक गृहस्थ होते. त्यांनी  ख्रिश्चनच्या सगळ्या प्रकारच्या शिक्षणाची सोय करून दिली. अनेक भाषा, तर्कशास्त्र, गणित, इतिहास, भूगोल वगैरेंबरोबर संगीत, नृत्य, खेळ आणि घोडेस्वारी वगैरे निरनिराळ्या गोष्टी त्याला लहानपणीच शिकायला मिळाल्या. कायदा आणि गणित या विषयांचे शिक्षण घेण्यासाठी त्याला विद्यापीठात पाठवले होते. आपल्यासारखेच त्यानेसुद्धा पुढे कूटनीतिज्ञ व्हावे अशी त्याच्या वडिलांची इच्छा होती, पण ते शक्य झाले नाही आणि ख्रिश्चनलाही त्यात रस नव्हता. तो गणित व विज्ञानाकडे वळला.

त्याने भूमितीमधील कठिण अशी अनेक प्रमेये सोडवली. संभाव्यतेचा सिद्धांत (प्रॉबेबिलिटी थिअरी) मांडून त्या शास्त्राची सुरुवात करून दिली. कुठलीही गोष्ट घडण्याची किती टक्के शक्यता असावी याची त्याने गणिते मांडली आणि माणसाचे सरासरी अपेक्षित आयुष्य (लाइफ एक्स्पेक्टन्सी) किती असते याचा शोध घेतला.  त्या काळात ही गोष्ट पूर्णपणे देवाची इच्छा आणि त्या माणसाचे नशीब यावर सोडलेली होती, पण ह्यूजेन्सला त्यावर शास्त्रीय पद्धतीने विचार करावा असे वाटले.

ह्यूजेन्सने भिंगांच्या आणि आरशांच्या गुणधर्मांचा अभ्यास करून त्यांच्यातले दोष काढले आणि स्वच्छ प्रतिमा दाखवणाऱ्या एकाहून एक शक्तिशाली दुर्बिणी तयार करवून घेतल्या, तसेच आकाशाचे निरीक्षण करणे सुरू केले.  १६६१ साली एका खास प्रकारच्या दुर्बिणीमधून निरीक्षण करतांना त्याने सूर्यबिंबासमोरून जात असलेल्या लहानशा बुध ग्रहाला पाहिले. अशा प्रकारचे निरीक्षण करून ते सांगणारा तो पहिलाच संशोधक होता. त्याच्याही आधी दुसऱ्या एका शास्त्रज्ञाने शुक्राला सूर्यासमोरून जातांना पाहिले असल्याचे नमूद करून ठेवले होते, पण ते प्रसिद्ध केले नव्हते. ह्यूजेन्सने ते निरीक्षण उजेडात आणले. त्याने शनि या ग्रहाचे निरीक्षण करीत असतांना त्याच्या भोवती पातळशी  कडी आहेत हे पाहिले, तसेच शनि ग्रहाचा टिटान हा एक उपग्रह ओळखला. कोपरनिकसने सांगितलेल्या आणि गॅलीलिओने उचलून धरलेल्या सूर्यमालिकेच्या कल्पनेला  ह्यूजेन्सने केलेल्या अशा निरीक्षणांमधून आधार मिळत जाऊन मान्यता मिळाली.

सर आयझॅक न्यूटन यांच्याप्रमाणेच  ह्यूजेन्सलासुद्धा सायन्स किंवा त्या काळातल्या नैसर्गिक तत्वज्ञानाची मुख्य गोडी होती. आपले सिद्धांत  गणिताच्या आधारे सिद्ध करून सूत्रे आणि समीकरणे यांच्या स्वरूपात मांडण्याचे काम त्याने न्यूटनच्याही आधी सुरू केले होते. त्याने गोल गोल फिरणाऱ्या वस्तूंचा अभ्यास केला आणि वर्तुळाच्या केंद्रबिंदूच्या दिशेने असलेल्या अभिकेंद्री बलामुळे (Centripetal Force) त्या वस्तूला वृत्तीय गति मिळते हे सिद्ध करून त्याचे समीकरण मांडले. न्यूटनचा दुसरा नियमसुद्धा ह्यूजेन्सने वेगळ्या स्वरूपात मांडला होता.  त्याने लंबकाच्या बदलत जाणाऱ्या गतीचाही अभ्यास करून त्याचे गणित मांडले होते, पण न्यूटनने ते सिंपल हार्मॉनिक मोशन या नावाने अधिक व्यवस्थितपणे मांडले.  दोन समान किंवा असमान आकाराच्या वस्तू एकमेकांवर आपटल्या (इलॅस्टिक कोलिजन) तर त्यानंतर काय होईल, त्या वस्तू कोणत्या दिशेने आणि किती वेगाने जातील याचा अभ्यास करून  ह्यूजेन्सने त्याचे नियम गणितामधून मांडले होते.

प्रकाशकिरण ठराविक वेगाने प्रवास करतात असे ह्यूजेन्सने प्रतिपादन केले आणि ते लहरींच्या (वेव्ह्ज) स्वरूपात असतात असेही त्याने गणितामधून मांडले होते, पण ध्वनिलहरींप्रमाणे प्रकाशलहरीसुद्धा लॉंगिट्यूडिनल असाव्यात असे त्याला वाटले होते. त्याच काळात न्यूटनने मांडलेली सूक्ष्म प्रकाशकणांची कल्पना तत्कालिन विद्वानांना अधिक पटली. मात्र शंभरावर वर्षे उलटून गेल्यानंतर ट्रान्सव्हर्स वेव्ह्जच्या स्वरूपातल्या प्रकाशलहरींना मान्यता मिळाली.

ह्यूजेन्सच्या काळापूर्वीपासून यांत्रिक घड्याळे तयार होत होती, पण त्यांचे काटे कमी अधिक वेगाने फिरत असल्यमुळे ती बिनचूक वेळ दाखवत नसत. लंबकांची आवर्तने अचूक असतात हे गॅलीलिओने केलेल्या संशोधनावरून सिद्ध झाले होते. लंबकाच्या या गुणधर्माचा उपयोग घड्याळांसाठी करण्याची कल्पना ह्यूजेन्सला सुचली आणि त्याने त्यावर काम करून त्याने घड्याळाच्या वेळेवर काटेकोर नियंत्रण ठेवणारी प्रणाली तयार करून ती अंमलात आणली.  त्यावर संशोधन करत राहून त्यातल्या त्रुटींवर उपाययोजना केली, त्यासाठी खास प्रकारचे लंबक विकसित केले आणि अत्यंत अचूक अशी घड्याळे तयार केली. लहान घड्याळांसाठी बॅलन्स व्हीलची योजनाही त्यानेच केली. पुढील अडीच तीनशे वर्षे म्हणजे इलेक्ट्रॉनिक घड्याळांचा शोध लागेपर्यंत ह्यूजेन्सने डिझाइन केलेल्या प्रकारची घड्याळेच निर्माण होत राहिली आणि त्यांनी प्रयोगशाळांमध्ये चालत असलेल्या संशोधनकार्यात मोलाचा वाटा उचलला.

ह्यूजेन्सने अशा प्रकारे खूप मोठे सैद्धांतिक (थिअरॉटिकल) तसेच प्रायोगिक (प्रॅक्टिकल) काम करून ठेवले होते, पण तत्कालिन अस्थिर राजकीय परिस्थिती आणि संपर्कसूत्रांचा अभाव यामुळे त्याच्या हयातीत त्याचे त्या मानाने कमी कौतुक झाले किंवा त्याला कमी मान सन्मान मिळाला. नंतरच्या काळातल्या शास्त्रज्ञांना त्याचे महत्व पटत गेले. आधुनिक विज्ञानाचा पाया रचण्यामध्ये त्याचा मोलाचा वाटा होता हे मान्य केले गेले.
-------------------------------------

Thursday, June 14, 2018

विजेचा आद्य संशोधक विल्यम गिल्बर्ट



स्थापत्यशास्त्र म्हणजे सिव्हिल इंजिनियरिंग हे कदाचित जगातले सर्वात जुने इंजिनियरिंगचे शास्त्र असणार. शेकडो वर्षांपूर्वी बांधलेल्या मजबूत इमारती त्याची साक्ष देतात. पिठाची गिरणी, तेलाची घाणी, यंत्रमाग, लेथ, ड्रिलिंग मशिन यासारखी यंत्रांच्या मागे असलेले मेकॅनिकल इंजिनियरिंगसुद्धा खूप जुने आहे. निरनिराळी रसायने तयार करण्याचे केमिकल इंजिनियरिंगचे काम प्राचीन काळापासून चाललेलेच आहे. ते पाहता विद्युत अभियांत्रिकी (इलेक्ट्रिकल इंजिनियरिंग) ही शाखा सिव्हिल, मेकॅनिकल, केमिकल वगैरेंच्या तुलनेने बऱ्याच उशीराने विकसित झाली. पण तिचा पाया सुद्धा खूप आधी घातला गेला होता हे मात्र कदाचित सर्वांना तितकेसे माहीत नसते.

विल्यम गिल्बर्ट हा ब्रिटिश शास्त्रज्ञ सोळाव्या शतकात म्हणजे सर आयझॅक न्यूटन, रॉबर्ट हूक आणि रॉबर्ट बॉइल यांच्या जन्माच्याही आधीच्या काळात होऊन गेला. त्याचे नाव फारसे प्रसिद्ध झाले नसले तरी त्याने करून ठेवलेल्या मूलभूत संशोधनाच्या आधारावर पुढील काळात अनेक शोध लागत गेले. गिल्बर्टने इंग्लंडमधल्या वैज्ञानिक संशोधनाचा पाया घातला असेही कदाचित म्हणता येईल.

इसवी सन १५४४ मध्ये जन्मलेल्या विल्यम गिल्बर्टने वैद्यकीय शास्त्राचे शिक्षण घेऊन तो एक नामांकित डॉक्टर बनला आणि त्याने ते कार्य आयुष्यभर केले, त्या क्षेत्रात चांगले यश मिळवले आणि अखेरीस तर तो इंग्लंडच्या राजघराण्याचा राजवैद्य झाला होता. पण त्याला फावल्या वेळात शास्त्रीय संशोधन करण्याची आवड होती. त्या काळात निसर्गाचे तत्वज्ञान (नॅचरल फिलॉसॉफी) या नावाने ओळखल्या जात असलेल्या विज्ञानविषयावरील लॅटिन भाषेतले जुने ग्रंथ त्याने वाचून काढले. त्याच्या आधीच्या काळातल्या कोपरनिकसने लावलेले शोध लगेच सर्वमान्य झाले नव्हते. ख्रिश्चन धर्मगुरूंनी तर त्याचा कडाडून विरोध केला होता. त्याचा फारसा प्रसारही झाला नव्हता, पण आकाशातले तारे पृथ्वीभोवती फिरत नसून ते आपापल्या जागांवर स्थिर असतात असा विचार गॅलीलिओच्याही आधी गिल्बर्टने कदाचित स्वतंत्रपणे मांडला होता. त्याने त्याच्या विचाराने विश्वाचे एक वेगळे कल्पनाचित्र  रेखाटले होते. 

गिल्बर्टने १६०० साली लिहिलेल्या द मॅग्नेट या पुस्तकामध्ये आपले संशोधन आणि विचार मांडले आहेत. मॅग्नेटिझम आणि इलेक्ट्रिसिटी या विषयांवरील हे बहुधा सर्वात जुने पुस्तक आहे. लोडस्टोन या नावाचे दगड काही ठिकाणच्या लोखंडाच्या खनिजांमध्ये सापडतात. ते निसर्गतःच लोखंडाच्या कणांना आकर्षित करतात. अशा दगडाला दोरीला बांधून हवेत लोंबकळत ठेवले तर तो फिरतो आणि उत्तर दक्षिण दिशेने विशिष्ट प्रकारेच स्थिर रहातो. या लोडस्टोनचा उपयोग करून होकायंत्रे (कंपास) तयार केली जात असत. समुद्रात जाणाऱ्या नौकांना दिशा समजण्यासाठी त्यांचा उपयोग होत असे. गिल्बर्टने अशा लोहचुंबकांचा अभ्यास करून त्यांच्यामध्ये असलेल्या आकर्षणशक्तीच्या गुणधर्माची माहिती मिळवली. एका लोहचुंबकाचे तुकडे केले तर त्याहून अनेक लोहचुंबक तयार होतात हे दाखवले. एवढेच नव्हे तर आपली पृथ्वी हीच एक महाप्रचंड लोहचुंबक आहे आणि तिच्या चुंबकीय बलामुळे लोडस्टोनचे लहान लोहचुंबक नेहमी उत्तर दक्षिण रेषेमध्ये राहतात असे प्रतिपादन केले. लोहचुंबकाच्या या गुणधर्माचा उपयोग कंपास या उपकरणासाठी त्या पूर्वीच केला जात होता. पण त्याचा काटा आकाशातल्या ध्रुवताऱ्याच्या आकर्षणामुळे उत्तरेकडे वळत असावा अशी समजूत होती. पृथ्वीचे चुंबकीय बल खूप मोठे असते आणि आकाशातल्या चंद्रालासुद्धा या चुंबकीय बलामधून पृथ्वी स्वतःकडे ओढत असते असा अंदाज गिल्बर्टने व्यक्त केला होता.  गुरुत्वाकर्षणाचा शोध लागण्याच्या आधीच्या त्या काळात त्याला तसे वाटले होते.

त्याने स्थिर विद्युत या विषयावरसुद्धा प्रयोग करून आपले निष्कर्ष मांडले होते. इलेक्ट्रिक हा शब्द त्यानेच इंग्रजी भाषेला दिला असे म्हणतात. अँबर नावाच्या मौल्यवान खड्याचा उपयोग दागिन्यांमध्ये करण्यात येतो. हा खडा चामड्यावर घासला आणि त्याच्या जवळ धरला तर तो खडा चामड्यावरील केसांना आकर्षित करतो असे निरीक्षण काही शास्त्रज्ञांनी केलेले होते. गिल्बर्टने त्याचा अभ्यास करून ते सिद्ध करून दाखवले आणि ते आकर्षण मोजण्यासाठी काही उपकरणे तयार केली. अशा प्रकारच्या आकर्षण करण्याच्या गुणधर्माला त्याने इलेक्ट्रिक असे नाव दिले.

लोडस्टोन आणि अँबर वरील हे प्रयोग त्या काळातल्या शास्त्रज्ञांना विशेष महत्वाचे वाटले नव्हते. त्या पदार्थांची चुंबकीय किंवा विद्युत आकर्षणशक्ती अत्यंत क्षीण असल्यामुळे त्या शक्तींचा रोजच्या जीवनात काहीच उपयोग नव्हता आणि भविष्यकाळात वीज किंवा चुंबकत्वाचा इतक्या मोठ्या प्रमाणात उपयोग होणार आहे असे गिल्बर्टच्या काळात कुणाला वाटणे शक्य नव्हते. यामुळे गिल्बर्ट जीवंत असतांना त्या काळातल्या विद्वानांनी त्याच्या संशोधनाकडे विशेष लक्ष दिले नाही. तो शिंपल्याला जहाज (मुंग्यांच्या वारुळाचा मेरू पर्वत  किंवा राईचा पहाड) म्हणण्यासारखी अतीशयोक्ती करतो आहे असे विधान एका प्रसिद्ध शास्त्रज्ञाने केले होते.  गिल्बर्टने आपल्या हयातीत एक पुस्तक प्रसिद्ध केले होते, पण त्याच्या अप्रसिद्ध संशोधनाला त्याच्या मृत्यूनंतर प्रसिद्धी मिळाली. त्याने केलेल्या संशोधनाचे महत्व जगाला कळायला आणखी दीड दोन शतके लागली.

त्यानंतरच्या काळात स्थिर विद्युत निर्माण करणारी बॅटरी सेल्स निर्माण करण्यात आली, त्यामधून वाहणारी वीज आणि ढगामधून कोसळणारी वीज या दोन्ही एकच आहेत हे सिद्ध झाले, यंत्रांमधून कृत्रिमरीत्या वीज निर्माण करणे शक्य झाले आणि विद्युत यांत्रिकी (इलेक्ट्रिकल इंजिनियरिंग) ही विज्ञानाची एक वेगळी शाखा तयार झाली. विजेचे उत्पादन, वहन आणि विजेवर चालणारी यंत्रसामुग्री यामुळे माणसाचे जीवन बदलून गेले. वाफेच्या इंजिनांपासून सुरू झालेल्या पहिल्या औद्योगिक क्रांतीनंतर विजेमुळे ही दुसरी क्रांती झाली. विद्युत यांत्रिकी या शाखेमधून इलेक्ट्रॉनिक्स हे वेगळे शास्त्र जन्माला आले आणि त्यामधून निर्माण झालेल्या संगणक (काँप्यूटर) आणि आंतर्जालामधून (इंटरनेट) जग बदलले आणि तिसरी क्रांति झाली. या सर्वांची सुरुवात करून देणाऱ्या गिल्बर्टने केलेल्या पायाभूत संशोधन कार्याच्या स्मरणार्थ चुंबकीय बलाच्या एककाला (युनिटला) गिल्बर्ट हे नाव दिले आहे.

Wednesday, May 09, 2018

आयझॅक न्यूटनचे इतर संशोधन



न्यूटनचे शोध म्हणजे गुरुत्वाकर्षण आणि अॅक्शन रिअॅक्शन असेच अनेक लोकांना वाटते. त्यांना असलेली माहिती सफरचंद किंवा इतरही गोष्टींचे पृथ्वीच्या गुरुत्वाकर्षणामुळे जमीनीवर पडणे इथपर्यंतच मर्यादित असते. सूर्य, चंद्र, गुरु, मंगळ, शनि या सगळ्यांना पृथ्वी तिच्याकडे खेचत असते आणि ते सर्व गोल पृथ्वीला तसेच एकमेकांना स्वतःकडे ओढत असतात हे बहुतेकांच्या गांवी नसते. गुरुत्वाकर्षण आणि गतिचे नियम या दोन संशोधनांमुळे न्यूटनने विज्ञानाच्या विकासाला चालना दिल्यामुळे त्याला खूप उंचीवर नेऊन ठेवले असले तरी न्यूटनने केलेले इतर विषयांमधील, विशेषतः गणितातील  संशोधनसुद्धा अत्यंत महत्वाचे आहे.

सर आयझॅक न्यूटन या महान शास्त्रज्ञाचा जन्म १६४२ मध्ये  इंग्लंडमधल्या एका लहान गावात झाला. त्यांच्या जन्माच्या आधीच त्यांच्या वडिलांचा मृत्यू झाला होता आणि ते  तीन वर्षाचे असतांनाच त्यांच्या आईने दुसरे लग्न केले आणि ती तिच्या दुसऱ्या नवऱ्याकडे रहायला गेली. त्यामुळे त्यांचे संगोपन आणि शालेय शिक्षण त्यांच्या आजीने तिला जमेल त्याप्रमाणे केले. कांही वर्षांनंतर न्यूटनची आई विधवा होऊन परत आली आणि तिने आयझॅकला शेतीकडे लक्ष द्यायला सांगितले. अशा परिस्थितीत न्यूटनला लहानपणीच अनेक अडथळ्यांना तोंड द्यावे लागले. कॉलेजच्या शिक्षणासाठी पडतील ती लहान सहान कामे करून त्याने ते सुरू ठेवले. पुढे त्याच्या हुषारीमुळे त्याला चांगली शिष्यवृत्ती मिळाली आणि त्याने एमए पर्यंतचे शिक्षण सुरळीतपणे पूर्ण केले.

 गणित हा विषय न्यूटनच्या अत्यंत आवडीचा होता. या विषयाला त्याने वाहून घेऊन त्याच्या निरनिराळ्या शाखांमध्ये प्रावीण्य मिळवलेच, त्यातल्या प्रत्येक शाखेत त्याने नवी भर टाकली.  त्याच्या आधी होऊन गेलेल्या पास्कल आदि शास्त्रज्ञांनी मांडलेल्या विचारांच्या आधाराने त्याने सर्वंकष स्वरूपातला बायनॉमियल थिरम मांडला. क्ष अधिक य अशा दोन संख्यांच्या बेरजेचा वर्ग, घन इत्यादि कितीही घातांकाचे मूल्य या सूत्राचा उपयोग करून काढता येते. त्यातली एक संख्या मोठी म्हणजे १००० यासारखी असली आणि त्यात १, २ किंवा ३ अशी एकादी लहान संख्या मिळवली तर १००१, १००२, १००३ अशी बेरीज येईल. त्या बेरजेचा वर्ग किंवा घन केला तर तो १००० या संख्येच्या वर्ग किंवा घनाहून किती प्रमाणात मोठा असतो अशा प्रकारची बरीच आकडेमोड करून त्यातून त्याने निश्चित असे निष्कर्ष काढले. एकाद्या चौरसाची किंवा चौकोनी ठोकळ्याची एक बाजू किंचित म्हणजे १ किंवा २ सहस्रांशपटीने इतकी वाढवली तर त्या चौरसाचे क्षेत्रफळ किंवा ठोकळ्याचे घनफळ किती सहस्रांशपटीने वाढेल अशा प्रकारच्या गणितात त्याचा उपयोग होतो. न्यूटनने याला वाढीचे शास्त्र असे नाव दिले होते. त्या अभ्यासामधूनच कॅल्क्युलस या गणिताच्या नव्या शाखेचा उदय झाला.   

न्यूटनच्या आधी होऊन गेलेल्या कोपरनिकस, गॅलिलिओ आणि केपलर या शास्त्रज्ञांनी सूर्य आणि ग्रह यांच्या आकाशात दिसणाऱ्या भ्रमणाचे सूक्ष्म निरीक्षण करून खगोलशास्त्राचा भरपूर अभ्यास केला होता, त्यावरून खूप माहिती गोळा करून ठेवली होती, त्याच्या आधाराने सूर्यमालिकेची कल्पना मांडली होती.  केपलरने तर ग्रहांच्या सूर्याभोवती होणाऱ्या परिभ्रमणाविषयी काही महत्वाचे नियम सांगितले होते. न्यूटनने त्यांचा सखोल अभ्यास केला, गुरुत्वाकर्षणाच्या सिद्धांताची जोड देऊन ते नियम गणितामधून सिद्ध केले आणि विश्वाच्या केंद्रस्थानी पृथ्वी नसून पृथ्वीसहित सारे ग्रहच सूर्याभोवती फिरतात या त्यांनी मांडलेल्या सिद्धांतांवर पक्के शिक्कामोर्तब करून त्यावर कायमचा पडदा पाडला. पाश्चिमात्य देशातल्या सर्व विद्वांनांनी ते मान्य केले. गुरुत्वाकर्षण आणि गतिविषयक नियम यांवर न्यूटनने केलेल्या संशोधनाची माहिती मी याआधीच्या दोन लेखांमध्ये विस्ताराने दिली आहे. त्याने या व्यतिरिक्त विज्ञानाच्या इतर शाखांमध्येसुद्धा आपला ठसा उमटवला होता.

प्रकाशिकी (ऑप्टिक्स) या विषयावर न्यूटनने भरपूर संशोधन केले. पांढऱ्या शुभ्र सूर्यप्रकाशात सात रंग असतात आणि प्रिझममधून तो प्रकाश आरपार जातो तेंव्हा अपवर्तनामुळे (रिफ्रॅक्शन) ते रंग वेगळे होतात इतकेच नव्हे तर त्यांना एका भिंगामधून पुन्हा एकत्र आणून पांढरा प्रकाश निर्माण करता येतो हे त्याने प्रयोगामधून दाखवून दिले.  भिंगांमधून प्रकाशकिरण जात असतांना अपवर्तन होते ते टाळण्यासाठी त्याने परावर्तनी दुर्बीण (रिफ्लेक्टिव्ह टेलिस्कोप) तयार केली आणि त्यामधून आकाशातल्या ताऱ्यांचे अधिक चांगल्या प्रकारे स्वच्छ निरीक्षण केले. न्यूटनने एका अंधाराने भरलेल्या खोलीत निरनिराळ्या रंगीत वस्तू ठेऊन त्यांच्यावर निरनिराळ्या रंगांचे प्रकाशझोत टाकले आणि त्या प्रकाशात त्या कशा वेगळ्या दिसतात हे पाहून असा निष्कर्ष काढला की रंगीत वस्तू विशिष्ट रंगाचे प्रकाशकिरण जास्त प्रमाणात परावर्तित करत असतात. तो पदार्थ आणि त्यावर पडणारे प्रकाशकिरण या दोन्हींच्या संयोगाने त्याचा रंग ठरतो. याला न्यूटनचा रंगाचा सिद्धांत असे म्हणतात. अतिसूक्ष्म अशा कणिकांपासून (कॉर्पसल्स) प्रकाशकिरण तयार होतात असे न्यूटनने सांगितले होते. त्या तत्वानुसार प्रकाशाचे परावर्तन आणि अपवर्तन या दोन्ही गुणांचे स्पष्टीकरण देता येत होते. पुढील काळात प्रकाशाच्या लहरी असतात हे सिद्ध करण्यात आले आणि क्वॉँटम थिअरीनुसार तो एकाच वेळी लहरी आणि कणिका अशा दोन्ही स्वरूपात असतो असेही सांगितले गेले.

प्रकाश हे जसे ऊर्जेचे एक रूप आहे त्याचप्रमाणे ऊष्णता हे दुसरे एक रूप आहे. न्यूटनने यावरसुद्धा संशोधन केले.  अत्यंत तापलेला पदार्थ अधिक वेगाने निवतो पण कोमट पदार्थ हळूहळू थंड होतो या निसर्गाच्या नियमाचे पद्धतशीर संशोधन करून न्यूटनने तो एका समीकरणाच्या स्वरूपात असा मांडला. "वस्तूचे तापमान बदलण्याचा वेग त्या वस्तूचे तापमान आणि सभोवतालच्या वातावरणाचे तापमान यांच्यामधील फरकाच्या समप्रमाणात असतो." बर्फासारखे थंडगार पाणी किंवा उकळते पाणी भांड्यांमध्ये भरून ठेवले तर ते किती वेळात सामान्य तापमानावर येऊन पोचेल याचे गणित या नियमानुसार करता येते.

पृथ्वीचा आकार सपाट नसून गोलाकार आहे हे न्यूटनच्या आधीच्या काळातच सर्वमान्य झालेले होते. पण तो चेंडूसारखा नसून त्याचा विषुववृत्ताजवळचा मध्यभाग फुगीर आहे आणि दोन्ही ध्रुवांकडचा भाग चपटा आहे असे न्यूटनने सांगितले. अशा प्रकारचे अनेक विचार किंवा शोध त्याने जगाला दिले.

न्यूटनच्या जीवनकालातच इंग्लंडमध्ये काही राजकीय उलथापालथी झाल्या होत्या पण त्याची प्रत्यक्ष झळ त्याच्या संशोधनाला फारशी लागली नाही. त्याच कालावधीत इंग्लंडमध्ये तसेच जर्मनीसारख्या पाश्चात्य देशांमध्येसुद्धा इतर अनेक शास्त्रज्ञ गणित आणि भौतिकशास्त्रावर संशोधन करत होते. त्यामुळे न्यूटनने लावलेल्या  कांही शोधांवर आणखी काही शास्त्रज्ञांनी ते लावले असल्याचा दावा केला आणि त्यावर वादविवाद होत राहिले. त्या काळातली संपर्कसाधने आजच्यासारखी वेगवान नसल्यामुळे प्रकाशित झालेल्या पुस्तकांशिवाय इतर काही मार्ग नव्हते. ती पुस्तकेसुद्धा लॅटिनसारख्या सामान्य लोकांना अगम्य भाषेत असायची आणि ती सहजासहजी उपलब्ध होण्यासारखी नव्हती. कोणत्या शास्त्रज्ञाने कोणत्या काळात नेमके काय लिहून ठेवले आणि त्याने ते स्वतंत्रपणे सांगितले की दुसऱ्याने लिहिलेले वाचून सांगितले हे ठरवणे कठीणच आहे आणि आता त्यामुळे कांही फरक पडत नाही. कोणाच्या का प्रयत्नाने होईना, विज्ञानामध्ये भर पडत गेली हे महत्वाचे आहे.  न्यूटनच्या संशोधनांचा एकंदर आवाका पाहता त्यानेच त्यात प्रमुख भाग घेतला असणार असे वाटते.

न्यूटनची अनेक महत्वाच्या पदांनर नेमणूक करण्यात आली होती. शास्त्रीय संशोधनासाठी काम करणाऱ्या रॉयल सोसायटीवर तर त्याने अनेक पदे भूषवली पण सरकारी टांकसाळीसारख्या जागासुद्धा सांभाळल्या आणि त्या काळात तयार करण्यात आलेल्या नाण्यांची गुणवत्ता सुधारली. सार्वजनिक क्षेत्रात अनेक मानाची स्थाने भूषवली, त्यात खासदारपदसुद्धा होते. तो मनाने धार्मिक प्रवृत्तीचा होता आणि त्याने धर्मगुरूंना दुखावले नाही. एवढेच नव्हे तर त्याचा अतींद्रिय अद्भुत शक्ती किंवा चमत्कार यांचेवरसुद्धा विश्वास होता आणि त्याने बराच काळ कृत्रिमरीत्या सोने तयार करणाऱ्या परीसाचा शोध घेण्यातही घालवला होता. त्या प्रयत्नात त्याने रसायनशास्त्रातसुद्धा काम केले होते. तीनशे वर्षांपूर्वीच्या काळात हे अनपेक्षित नव्हते.

थोडक्यात सांगायचे झाल्यास सर आयझॅक न्यूटन हे एक अतीशय बुद्धीमान, अभ्यासू, कष्टाळू आणि कल्पक असे संशोधक होऊन गेले. गणित, भौतिकशास्त्र आणि खगोलशास्त्र या विषयांमध्ये त्यांनी मौलिक शोध लावले. प्रायोगिक आणि सैद्धांतिक अशा विज्ञानाच्या दोन्ही बाजू त्यांनी उत्तम सांभाळल्याच, आपले संशोधन अत्यंत व्यवस्थितपणे सादर करून त्याला विद्वानांकडून मान्यता मिळवली. बुद्धीमत्तेच्या बाबतीत काही लोकांना न्यूटनपेक्षा आइन्स्टाइन उजवे वाटतात, पण ज्यांच्या शास्त्रीय संशोधनामुळे विज्ञानाच्या प्रगतीला प्रचंड वेग मिळाला आणि त्यामुळे जगाच्या इतिहासावर किंवा मानवजातीच्या जीवनावर परिणाम करणारी औद्योगिक क्रांति सुरू झाली अशा वैज्ञानिकांमध्ये अजूनही न्यूटनचाच पहिला क्रमांक लागतो.
--------------------------

स्मृती ठेउनी जाती - भाग १५ - सतीश भावे

आमच्या कॉलनीमधल्या बिल्डिंग्जच्या स्टिल्टमध्ये आणि रस्त्याच्या कडेला बाकडी मांडून ठेवलेली आहेत. मोकळ्या हवेत श्वास घेत घटका दोन घटका गप्पा मारत बसणारे माझ्यासारखे काही रिकामटेकडे लोक सकाळ संध्याकाळी त्यांच्यावर बसलेले दिसतात. आमच्या इमारतीच्या तिसऱ्या मजल्यावर राहणारे सतीश भावे रोज सकाळी लवकर उठून सव्वासहाच्या सुमाराला खाली उतरत असत, हातातली काठी टेकत एक एक पाऊल टाकत ते हळूहळू कॉलनीच्या गेटपर्यंत जाऊन येत आणि एका बाकड्यावर बसून विश्रांती घेत असत. चौथ्या मजल्यावरचे वैद्य कांही मिनिटांनंतर खाली उतरून त्यांना झेपेल तेवढे चालून फिरून येत आणि भाव्यांच्या शेजारी येऊन गप्पा मारत बसत. त्यांचा समवयस्क असा मी सुद्धा सकाळी साडेसहाच्या सुमाराला खाली उतरून येत असे तेंव्हा मला रस्त्यावर फिरत असलेले भावे बहुधा रोज भेटायचे आणि कधी कधी वैद्यसुद्धा. मी साडेसात वाजता परत येत असे तेंव्हा अनेक वेळा ते दोघेही बाकड्यावर बसलेले असायचे.

एकदा त्यांनी मला पाहून खूण करून बोलावून घेतले आणि आम्ही एकमेकांशी ओळख करून घेतली. त्यानंतर मीसुद्धा दहा वीस मिनिटे त्यांच्यासोबत थांबायला लागलो. भावे अत्यंत वक्तशीर होते. त्यांची घरी परत जाण्याची ठरलेली वेळ झाल्यावर ते उठून चालले जात असत पण वैद्यांना घाई नसे. ते मला थांबवून घेत आणखी कोणी येणारा जाणारा दिसला तर त्यालाही हाक मारत. वैद्य आणि भावे हे दोघेही अस्सल पुणेकर आणि चौकसपणा हा पुणेरी गुण त्यांच्या अंगी पुरेपूर भरलेला.  त्यांना इथली खडा न् खडा माहिती असायची. पुण्यातले अमूक भाऊसाहेब किंवा तमूक काकासाहेब यांच्यापासून ते त्यांचे सगळे बहीणभाऊ, काकामामा वगैरे कोण कोण कुठल्या पेठेमधल्या कोणत्या वाड्यात रहात होते आणि तिथून कुठल्या नगरातल्या कोणत्या सोसायटीत रहायला गेले वगैरे आणि ते काय काय उद्योग करत होते या सगळ्या माहितीचे ज्ञानकोष त्यांच्याकडे असल्याने ते आठवणींच्या हिंदोळ्यावर बसून सहजपणे पुण्याच्या भूतकाळात जाऊन त्यात रमत असत. मी इथे नवखा असल्यामुळे त्यातल्या काही प्रसिद्ध माणसांची आणि कांही जागांची नांवे कधी तरी माझ्या कानावर पडली असतील एवढेच माझे ज्ञान होते. या जोडीच्या गप्पा ऐकून माझ्या पुण्याबद्दलच्या सामान्यज्ञानात खूप भर पडली.  भाव्यांचे इतर बाबतीतले सामान्य ज्ञानसुद्धा चांगले समृद्ध होते. त्यांचे  बोलणे खुमासदार असायचे, त्याला विनोदाची झालर असायची यामुळे मला ते ऐकतांना मजा वाटत असे.

ते स्वतःबद्दल मात्र फारसे बोलत नसत. त्यांच्या बोलण्यात आत्मप्रौढीचा तर लवलेशही  नसायचा. त्यांना चालतांना होत असणारे कष्ट पाहून मी एकदाच त्यांना कसला त्रास आहे असे चुकून विचारले. त्यावर त्यांनी हंसून उत्तर दिले की त्यापेक्षा कुठला त्रास नाही असे विचारा. आमच्या वयाचे इतर कांही लोक त्यांना असलेल्या किंवा नसलेल्या व्याधी आणि त्यावरील उपाय यांची चर्चा करून ऐकणाऱ्याला बेजार करतात, पण भाव्यांनी मात्र त्या विषयावर माझ्यापुढे कधीच चकार शब्दही काढला नाही. त्यांची बरीच मोठी मेडिकल हिस्टरी असावी एवढे मला जाणवत होते पण तरीसुद्धा त्यांच्या चेहऱ्यावर नेहमी शांत आणि प्रसन्न अशीच मुद्रा असायची. ते नेहमी आपल्यासोबत एक सेलफोन घेऊन येत आणि त्यावर सुरेल गाणी लावून स्वतः ऐकत आणि आम्हाला ऐकवत असत.

आमची इमारत ते कॉलनीचे गेट या रस्त्याशिवाय इतर कुठे मी भावे यांना पाहिले नाही. त्यामुळे मी त्यांना जास्त लोकांबरोबर बोलतांना पाहिले नाही. आमच्या ज्येष्ठ नागरिक संघाच्या बैठकीला त्यांची उपस्थिति नसायची. कदाचित त्यांना तेवढे चालणे झेपत नसावे, पण त्यांना अशा जनसंपर्काची आवड मात्र होती. ते आमच्या संघाचे सभासद तर झाले होतेच, त्यातल्या कांही लोकांनी सुरू केलेल्या वॉट्सअॅप ग्रुपचेही सदस्य झाले होते आणि वेळोवेळी निवडक मजेदार पोस्ट टाकत असत.

तीन चार दिवसांपूर्वी एकदा मी संध्याकाळी कुठेतरी चाललो होतो. लिफ्टमधून खाली उतरलो तर ही जोडगोळी समोरच्या बांकड्यावर बसली होती. भाव्यांनी मला हात उंचावून दाखवला आणि मी त्यांना हातानेच टाटा करीत माझ्या वाटेने पुढे गेलो. मला त्यांच्याशेजारी पांच मिनिटे बसून बोलायला पाहिजे होते, माझ्या अंतमनाला तसे वाटलेसुद्धा होते, पण तेंव्हा ते घडले नाही. दुसऱ्या दिवशी मी नेहमीप्रमाणे सकाळी फिरायला गेलो नाही कारण मला एका अत्यंत महत्वाच्या समारंभाला जायचे होते. ते मंगल कार्य चाललेले असतांनाच मला वॉट्सअॅपवरून एक धक्कादायक बातमी समजली, पण ती कुणाला न सांगता मी वॉट्सअॅपच बंद करून टाकला. संध्याकाळी परत आल्याआल्याच आमच्या बिल्डिंगच्या रखवालदाराने तिला दुजोरा देत भाव्यांना वैकुंठधामात नेले असल्याचे सांगितले. दिवसभर झालेल्या दगदगीनंतर तिकडे जाण्याइतके त्राण माझ्या अंगात उरले नव्हते.

दुसरे दिवशी सकाळी साडेसहा वाजता मी रोजच्या प्रमाणेच योग वर्गाला जाण्यासाठी म्हणून घरामधून निघालो आणि लिफ्टमधून खाली उतरलो. तळमजल्यावरील लिफ्टच्या बाजूला असलेल्या कोलॅप्सिबल गेटच्या बाहेर एक पेपरवाला वर्तमानपत्रांचा गठ्टा घेऊन उभा होता आणि आतल्या बाजूला आमचे वैद्य आजोबा उभे होते. गेटला लावलेले कुलुप कोणीतरी येऊन उघडेल याची ते वाट पहात होते. त्यांच्याशी नजरानजर होताच आम्हा दोघांचेही डोळे पाणावले. रोज पहाटे आम्हा दोघांच्याही आधी उठून फिरायला जाण्यासाठी बाहेर पडणारे आमचे मित्र भावे आज खाली उतरले नव्हते आणि  . . .  ते यापुढे कधीच उतरणार नव्हते. कोणाच्याही ध्यानी मनी नसतांना ते आमचा कायमचा निरोप घेऊन, किंबहुना कुणाचाही निरोप न घेताच, काल अचानक देवाघरी चालले गेले होते. 

भावे यांचा बहुश्रुतपणा आणि त्यांचे संगीताचे प्रेम मला ठाऊक होते, पण त्याबद्दल जास्त माहिती त्यांच्या एका जुन्या सहकाऱ्याने फेसबुकवर वाहिलेल्या श्रद्धांजलीमधून मला मिळाली. त्यातला काही भाग मी खाली दिला आहे. आमचे जे काही बोलणे झाले ते रस्त्यावर उभ्याउभ्या किंवा बाकड्यावर बसून झाले. ते शरीराने अपंग झाले होते, कुठे जात येत नव्हते, पण मग मीच पुढाकार घेऊन त्यांच्या घरी गेलो असतो, त्यांच्याबरोबर अधिक जवळीक केली असती तर त्यांच्या अमूल्य खजिन्यातली काही रत्ने पहायची संधी मिळाली असती.  आता असा विचार करून काही उपयोग नाही. सतीश भावे तर त्यांच्या आठवणी मागे ठेऊन  पुढच्या प्रवासाला चालले गेले आहेत.
---------------------------------------------------------------------------------

पराधीन आहे जगती.....

 एखाद्या व्यक्तीशी आपण जिवाभावाचे बोलतो आणि पुढच्या पंधरा मिनिटांनी ती व्यक्ती या जगाचा कायमचा निरोप घेते हे सत्य स्वीकारण्याच्या पलीकडचे होते, अनाकलनीय होते. पराधीन आहे जगती पुत्र मानवाचा या एका वाक्यात ग दि मां नी वर्णन केलंय पण ते पचनी पडणे अवघड ! ज्यांच्याशी आपले भावबंध निर्माण झालेले असतात त्यांचे जाणे मनाला चटका देऊन जाते.

मी सात वर्षे सकाळ मध्ये नोकरी केली तेंव्हा भावेसाहेब माझे वरिष्ठ अधिकारी होते. सात वर्षे त्यांचा जवळून सहवास लाभला. आमचे भावेसाहेब म्हणजे पु लं चे रावसाहेबच ! वाक्याची सुरुवात शिवीशिवाय करणार नाहीत, पण या सर्व शिव्या प्रेमाच्या. कधी बोचल्या नाहीत, टोचल्या नाहीत. उलट त्या शिव्यांमुळेच आम्ही ' सकाळ' चे सर्व माजी कर्मचारी त्यांच्यावर प्रेम करायचो. हेवी डायबिटीसमुळे त्यांच्या शरीराला कधी साखर चालायची नाही पण जिभेवरच्या साखरेने मात्र त्यांनी सर्वाना आपलेसे केले होते. कधी कोणत्या कर्माचा-यावर रागावले नाहीत कारण प्रेमाच्या शिव्यांनी सर्व कामे आपसूक होऊन जायची. मधुमेहाने ते खरे तर आयुष्यभर बेजार झाले होते. रोज एक इंजेक्शन घेतल्याशिवाय त्यांना नास्ता, जेवण करताच यायचे नाही. त्यामुळे रोज तीन तीन वेळा स्वतः इन्श्युलीन टोचून घ्यायचे. पण आयुष्याच्या आनंदाला त्यांनी कधीही दूर लोटले नाही. विविध प्रकारची पेन्स गोळा करण्याचा त्यांना छंद होता. कोणतेही वेगळे पेन दिसले की ते विकत घेत. आजपर्यंत तीनेक हजार पेन्स त्यांनी नक्कीच जमवली असतील. शिवाय. ते स्वतः गायक नसले तरी शास्त्रीय संगीताचा त्यांचा अभ्यास होता. दरवर्षीचा सवाई गंधर्व महोत्सव कधी चुकवला नाही. प्रभा अत्रे, मालिनी राजूरकर, किशोरी आमोणकर, रशीद खान आणि पंडित भीमसेन जोशी हे त्यांचे आवडते कलाकार ! त्यांच्या असंख्य कॅसेट आणि सीडीज त्यांच्याकडे आहेत. त्यामुळे सेवानिवृत्तीनंतर हा माणूस सतत संगीतात हरवलेला असायचा. मधुमेहामुळे असंख्य व्याधींनी शरीरावर ताबा मिळवला होता पण मनावर मात्र संगीताने अधिराज्य गाजवत व्याधींची तीव्रता कमी केली होती. इतकी दुखणी असूनसुद्धा हा माणूस कधी निराश झालेला दिसला नाही. त्या दुखण्याला दोन शिव्या हसडून मनातली वेदनेची भावना बाहेर फेकून देत असत. त्यामुळे त्यांचे जीवन तर सुसह्य झालेच शिवाय मृत्यूनेसुद्धा दबक्या पाऊलानेच झडप घातली. असा अचानक मृत्यू फार कमी भाग्यवंतांना येतो.

अरुण दाते या " तानसेनाच्या " जाण्याने काल संगीत क्षेत्राचे न भरून येणारे नुकसान झाले. आणि भावे साहेब यांच्यासारख्या " कानसेनाच्या " जाण्याने झालेले नुकसान सुद्धा माझ्यादृष्टीने मोठे आहे !

हरी ओम !

अभय देवरे


Friday, April 20, 2018

न्यूटनने सांगितलेले गतीचे कायदे



"कायदा पाळा गतीचा, काळ मागे लागला, थांबला तो संपला।" असे विष्णुशास्त्री चिपळुणकरांनी शंभर वर्षांपूर्वी त्यांच्या कवितेत लिहिले होते. माणसाने काळाची पावले ओळखून त्याच्याबरोबर रहायला हवे. काळ कोणासाठी थांबत नाही, तो पुढे जातच असतो आणि त्याच्यासोबत न जाणाऱ्याची फरफट होते अशा अर्थाने त्यांनी जीवनाचे हे तत्वज्ञान सांगितले होते. निसर्गामधल्या गतीचा कायदा खरोखरच काटेकोर आहे. कोणतीही गतिमान वस्तू काळाबरोबर पुढे पुढे जातच असते. ती स्वतःहून थांबूही शकत नाही. कोट्यवधी वर्षांपासून चंद्र पृथ्वी भोवती फिरत राहिला आहे आणि पृथ्वी स्वतःभोवती गिरकी घेतघेत सूर्याला प्रदक्षिणा घालत आली आहे. त्यांचे हे भ्रमण इतके अचूक असते की दिवसातले तास, मिनिटे आणि सेकंद आणि दिवसांचे आठवडे, महिने आणि वर्षे वगैरे कालावधी त्यांच्यावरून ठरवले जातात. अत्यंत बलिष्ठ समजले जाणारे गुरु, शुक्र, मंगळ, शनि आदि ग्रह सुद्धा कोट्यावधी वर्षांपासून ठराविक कक्षांमधून ठराविक वेगाने सूर्याभोंवती प्रदक्षिणा घालत राहिले आहेत. ते वाटेत क्षणभर थांबू शकत नाहीत  किंवा त्याची कक्षा सोडून किंचितही इकडे तिकडे जाऊ शकत नाहीत.

सर आयझॅक न्यूटन यांनी हे सगळे स्पष्टपणे, ठामपणे आणि धीटपणे सांगितले एवढेच नव्हे तर तत्कालिन शास्त्रज्ञ आणि विद्वज्जनांना ते समजावून आणि पटवून दिले. त्यांनी ते मान्य करून आपल्या शिष्यांना शिकवले आणि पुढे त्याचा जगभर प्रसार होत राहिला. आजसुद्धा विज्ञान आणि तंत्रज्ञानाचे जगभरातले कोट्यावधी विद्यार्थी  न्यूटनने सांगितलेल्या गतिविषयक नियमांचा अभ्यास करतात आणि आपल्या कामात त्यांचा उपयोगसुद्धा करतात.  काही प्राचीन भारतीय शास्त्रज्ञांच्या ग्रंथांमध्ये गतिविषयक निरीक्षणे किंवा नियमांचे सूचक उल्लेख सापडतात, पण ते ज्ञान किंवा विज्ञान काळाच्या ओघात वाहून गेले होते. आता शेकडो वर्षांनंतर त्यांच्या पुरातनकाळातल्या लेखनांचा शोध घेऊन आणि त्यांचे अर्थ लावून ते समजून घेण्याचे प्रयत्न होत आहेत.  पण त्यामुळे न्यूटनने केलेल्या कामाचे मोल कमी होत नाही.

आपल्या आजूबाजूला अनेक प्रकारच्या हालचाली चाललेल्या असतांना नेहमीच दिसतात. सूर्य, चंद्र आणि चांदण्या आकाशात हळूहळू पूर्वेकडून पश्चिमेकडे सरकत जात असतात, तर जमीनीवर वारे आणि नद्या वहात असतात आणि आपल्याबरोबर आणखी कांही वस्तूंना ओढून नेत असतात. टेकड्या, डोंगर, पर्वत वगैरे अचल गोष्टी कधीच आपली जागा सोडत नाहीत. माणसे आणि पशुपक्षी वगैरे जीव कधी इकडून तिकडे जात असतात, तर कधी ते एका जागी बसलेले असतात. रस्त्यांवरून अनेक प्रकारची वाहने धावत असतात आणि कारखान्यांमध्ये किवा घरोघरी निरनिराळ्या यंत्रांची चाके फिरत असतात. या सर्व गोष्टी निसर्गाच्या कांही विशिष्ट नियमांनुसारच घडत असतात. सर आयझॅक न्यूटन यांच्या आधी होऊन गेलेल्या कांही शास्त्रज्ञांनीसुद्धा पदार्थांच्या स्थिर आणि गतिमान अवस्था यांचा अभ्यास करून कांही निरीक्षणे केली होती आणि त्यावरील आपले विचार मांडले होते. न्यूटनने त्यांचा सखोल आणि पद्धतशीर अभ्यास करून त्यामधून सुसंगत असे निसर्गाचे मूलभूत नियम शोधून काढले, त्यांची सुसंगत अशी समीकरणे तयार केली आणि ती गणितामधून सिद्ध केली. त्यांनी त्याचे विवेचन आपल्या Mathematical Principles of Natural Philosophy या नावाच्या पुस्तकात व्यवस्थितपणे मांडले.

न्यूटन या शास्त्रज्ञाचा गुरुत्वाकर्षणाचा नियम जितका प्रसिध्द आहे तितकेच त्याने सांगितलेले गतिचे तीन नियमसुध्दा आहेत. या अत्यंत महत्वाच्या दोन्ही शोधांमध्ये परस्परसंबंध आहेत आणि न्यूटनने ते एकत्रच प्रसिद्ध केले होते.  यातले कांही नियम आपल्या सामान्यज्ञानाला धरून आहेत, तर कांही त्याच्या पलीकडले, पण सहज पटण्यासारखे आहेत.
गतिचा पहिला नियम असा आहे.
१. कोणतेही बाह्य बल (Force) कार्य करत नसेल, तर प्रत्येक वस्तू  स्थिर राहते किंवा स्थिर वेगाने एकाच दिशेने मार्गक्रमण करत राहते.
पदार्थांच्या या गुणधर्माला जडत्व (Inertia) असे म्हणतात. जमीनीवर पडलेल्या एकाद्या दगडाला जोपर्यंत दुसरा कोणी हलवत नाही तोपर्यंत तो तिथेच पडून राहतो हे सर्वांनाच अनुभवामधून माहीत असते. त्यामुळे या नियमातला पहिला भाग हे एक सामान्य निरीक्षण आहे. धनुष्यामधून सोडलेला वेगवान बाण किंवा बंदुकीतून निघालेली गोळी एकाच वेगाने सरळ रेषेत पुढे पुढे जात राहते आणि आपल्या लक्ष्याचा वेध घेते असेच सर्वसाधारणपणे दिसते. पण पुढे जात असलेली वस्तू आपल्या आप थांबते किंवा आपली दिशा बदलते असे होतांनाही आपल्याला दिसते. चेंडूला हळूच जमीनीसरपट टोलवले तर तो कांही अंतरावर जाऊन थांबतो आणि हवेत वर उडवला तरी तो वळत वळत खाली जमीनीवर येऊन पडतो. इथे जमीनीवरून सरपटत जाणाऱ्या चेंडूचे जमीनीशी होत असलेले घर्षण त्याच्या गतिला विरोध करून त्याचा वेग कमी करत असते. यामुळे तो वेग कमी होत होत शून्यावर आला की तो चेंडू तिथेच थांबतो. हवेत उडवलेल्या चेंडूचे सुध्दा हवेशी थोडेसे घर्षण होत असते,  पण पृथ्वीच्या गुरुत्वाकर्षणामुळे तो चेंडू खाली खेचला जात असतो. त्यामुळे वर किंवा समोर जाता जाता तो चेंडू खालच्या बाजूने वळत जातो आणि आपल्याला त्याचा मार्ग वक्राकार होतांना दिसतो. अशा प्रकारे या दोन्ही उदाहरणांमध्ये बाह्य बलाचा प्रभाव होत असतो. हे बाह्य जोर नसते तर बॅट्समनने मारलेला प्रत्येक जमीनीलगतचा फटका न्यूटनच्या पहिल्या नियमाप्रमाणे वाटेत कुठेही न थांबता सीमारेषेच्या पार गेला असता आणि हवेत उडवलेला चेंडू तर आभाळात उंच उंच उडून पार अदृष्य होऊन गेला असता. झाडावरले सफरचंद आपली जागा सोडून खाली कां आले याचा बोध या नियमामुळे होतो.

२. गतिचा दुसरा नियम असा आहे.
गतिमान वस्तूवरील बाह्य बलाच्या प्रमाणात त्याच्या वेगामध्ये त्या बलाच्या दिशेने बदल होतो.
हा नियम समीकरणाच्या किंवा सूत्राच्या स्वरूपात असा आहे.  बल = वस्तुमान x त्वरण. वस्तूवर कार्य करत असणाऱ्या बलांची सदिश बेरीज ही त्या वस्तूचे वस्तुमान आणि तिचे त्वरण यांच्या गुणाकाराइतकी असते. सोप्या भाषेत सांगायचे झाल्यास एकाद्या वस्तूला जास्त जोर लावून ढकलले तर ती वस्तू अधिक वेग घेते आणि कमी जोर लावला तर कमी, तसेच जर लावलेला जोर समान असला तर जास्त जड वस्तू कमी वेग घेते आणि तुलनेने हलकी असली तर जास्त. हे नैसर्गिकच आहे नाही का?
गतिमान वस्तूला जर तिच्या गतिच्या दिशेनेच कोणी ढकलले किंवा ओढले तर त्या प्रमाणात तिचा वेग वाढत जातो. उदाहरणार्थ उंचावरून खाली पडत असलेल्या वस्तूला पृथ्वीचे गुरुत्वाकर्षण खाली ओढत असते. त्यामुळे तिचा खाली पडण्याचा वेग वाढत जातो,  उलट दिशेने जोर लावला तर तिचा वेग कमी होत जातो जसा जमीनीवरून सरपटत पुढे जाणारा चेंडू घर्षणामुळे हळू हळू होत थांबतो आणि चंद्रावरील पृथ्वीचे गुरुत्वाकर्षण त्याची दिशा बदलत राहून त्याला पृथ्वीभोवती फिरवत ठेवते म्हणजेच  तिसऱ्याच दिशेने जोर लावला तर ती वस्तु त्या दिशेने वळते.  या नियमाचाही गुरुत्वाकर्षणाच्या नियमाच्या शोधात उपयोग झाला होता.

३. गतिचा तिसरा नियम असा आहे.
प्रत्येक क्रियेला तितकीच पण विरुध्द दिशेने प्रतिक्रिया असते.  किंवा जेव्हा एक वस्तू दुसऱ्या वस्तूवर बल लावते, त्याच वेळी, दुसरी वस्तूदेखील पहिल्या वस्तूवर  उलट दिशेने तितकेच बल लावते. एक वस्तू दुसऱ्या वस्तूला जेवढ्या जोराने ढकलते किंवा ओढते तितक्याच जोराने ती दुसरी वस्तु पहिल्या वस्तूला विरुध्द दिशेने ढकलते किंवा ओढते. आपण चालतांना जमीनीला पायाने मागे ढकलतो त्याची प्रतिक्रिया म्हणून ती जमीन आपल्याला तितक्याच जोराने पुढे ढकलते म्हणून आपण  पुढे चालत जातो. आपण उभे राहून भिंतीवर हाताने दाब दिला तर ती भिंत आपल्या हाताला विरुध्द दिशेने दाबते. पायाखालची जमीन जर फार निसरडी असली तर त्यामुळे आपला पाय घसरून आपण मागे सरकतो. ज्याप्रमाणे पृथ्वी चंद्राला आपल्याकडे ओढत असते त्याचप्रमाणे चंद्रसुध्दा पृथ्वीला आकर्षित करत असतो. चंद्र आणि सूर्य यांच्या या गुरुत्वाकर्षणामुळे समुद्राला भरती आणि ओहोटी येते. थोडक्यात म्हणजे या जगात एकटे बल असतच नाही. सगळी बले परस्परविरुद्ध दिशेने लावलेल्या बलांच्या जोडीच्या रूपात असतात. गुरुत्वाकर्षण हे दोन पदार्थांमधले परस्परांना एकमेकांकडे ओढणे असते हे या नियमाला धरूनच आहे.

भोंवरे किंवा चक्रे स्वतःभोंवती गोल गोल फिरत असतात. चंद्र पृथ्वीभोंवती आणि ग्रह सूर्याभोंवती प्रदक्षिणा घालत असतात. याला वृत्तीय गति (Circular Motion) असे म्हणतात. न्यूटनने सरळ रेषेमधील गतिप्रमाणेच वृत्तीय गतिचाही अभ्यास करून हे तीन्ही नियम तिला सुद्धा कसे लागू पडतात हे दाखवून दिले. सरळ रेषेमधून पुढे जाणारी वस्तू काही फूट किंवा मीटर्स पुढे जाते, पण गोल फिरणारी वस्तू अंशांमध्ये पुढे जाते. ३६० अंशांचे एक पूर्ण वर्तुळ बनते आणि पुढच्या आवर्तनाची सुरुवात करते. ज्याप्रमाणे बलाचा रेषीय गतिशी (Linear Motion) संबंध असतो त्याच प्रमाणे आघूर्णाचा (Torque) वृत्तीय गतिशी (Circular Motion) असतो..  वर्तुळाच्या केंद्रबिंदूच्या दिशेने असलेल्या अभिकेंद्री बलाच्या प्रभावामुळे (Centripetal Force) त्या वस्तूला वृत्तीय गति मिळते आणि त्याची प्रतिक्रिया म्हणून त्या वस्तूला केंद्रापासून दूर नेऊ पाहणारे अपकेंद्री बल  (Centrifugal Force) तयार होते. मेरी गो राउंडमध्ये आपल्याला त्याचा अनुभव येतो.

न्यूटनचे हे तीन नियम इतके प्रसिद्ध झाले की विज्ञानाशिवाय इतर साहित्यातसुद्धा त्याची उदाहरणे दिली जातात. आळशी ठोंब्याला कोणी हलवल्याशिवाय तो जागचा हलणार नाही किंवा सतत काम करत राहणाऱ्याला दुसऱ्या कुणीतरी थांबवावे लागते. (नियम १). अधिक जोर लावला तर कामे लवकर होतात आणि ढील दिली तर ती सुस्त गतिने होतात. (नियम २). ठोशाला ठोसा, जशास तसे (नियम ३).


या तीन नियमांबरोबरच न्यूटनने  विस्थापन (Displacement), वेग (Velocity) आणि त्वरण (Acceleration) यांचेमधील संबंधाविषयीची तीन समीकरणे सांगितली. न्यूटनने सरळ रेषेमधील गतिप्रमाणेच वृत्तीय गतिचाही अभ्यास करून त्याविषयीची समीकरणे मांडली. त्यात रेषीय संज्ञांच्या ऐवजी वृत्तीय संज्ञा असतात एवढेच. ही मुख्य समीकरणे वरील चित्रात दिली आहेत.

हे नियम आणि ही समीकरणे यांच्यापासून स्थितिगतिशास्त्र (Mechanics) ही विज्ञानाची एक नवीन शाखा आणि स्थितिशास्त्र (Statics), गतिकी (Dynamics), शुद्धगतिकी (Kinematics), अनाधुनिक स्थितिगतिशास्त्र (Classical Mechanics) आदि त्याच्या उपशाखा निर्माण झाल्या आणि इंजिनियरिंगमधील गणिते सोडवता येणे शक्य झाले. विज्ञान आणि गणितशास्त्र यांच्यामधले संबंध त्यापुढे घट्ट होत गेले. यामधून औद्योगिक क्रांतीला चालना मिळाली.

सर आयझॅक न्यूटन यांनी विज्ञानाच्या इतर प्रांतांमध्येसुध्दा भरीव कामगिरी करून ठेवली आहे. तिच्याबद्दलची माहिती पुढल्या आणि अखेरच्या भागात पाहू.
-----------------------------------------------------------------------------------

Thursday, April 05, 2018

न्यूटनच्या सफरचंदाची गोष्ट



मी एकदा एका कीर्तनाला गेलो होतो. ते कथेकरी बुवा आपल्या रसाळ वाणीमध्ये सांगत होते, "अहो एक रिकामटेकडा इंग्रज माणूस सफरचंदाच्या  झाडाखाली डुलक्या घेत बसला होता. एक लहानशी वाऱ्याची झुळुक आली, त्या झाडाची पानं सळसळली, झाडावरून एक फळ निसटलं आणि दाणकन त्या माणसाच्या टाळक्यावर येऊन आपटलं. तो दचकून जागा झाला पण त्या वेळी मिळालेल्या जोरदार फटक्यासरशी त्याला झर्रकन एक साक्षात्कार झाला आणि तो आनंदाने उड्या मारायला लागला."
लोकांनी त्याला विचारले, "अरे काय झालं?"
तो म्हणाला, "मला आत्ताच गुरुत्वाकर्षणाचा शोध लागला."
"म्हणजे रे काय?"
"अहो ही आपल्या पायाखालची जमीन सारखी या झाडांवरच्या फळांना खाली ओढत असते म्हणून ती वरून खाली पडतात."
झालं, लोकांना त्याच्या हुषारीचं खूप कौतुक वाटलं आणि त्यांनी त्या माणसाला डोक्यावर घेतलं. त्याला सरदारकी दिली आणि त्या शोधामुळे तो एक महान शास्त्रज्ञ सर आयझॅक न्यूटन या नावाने प्रसिध्द झाला."
कीर्तनकार बुवा पुढे म्हणाले, " अहो हे गुरुत्वाकर्षण, ग्रॅव्हिटी, बिव्हिटी वगैरे सगळं काही आपल्या पूर्वजांना आधीपासूनच चांगलं ठाऊक होतं. तुम्हाला एक उदाहरण सांगतो. रावणाच्या अशोकवनात बसलेल्या सीतामाईंना मारुतीरायांनी शोधून काढलं, श्रीरामाची आंगठी दाखवून आपली ओळख पटवली आणि त्यांचं महत्वाचं बोलणं झाल्यावर ते म्हणाले, "माते, मी खूप दुरून उड्डाण करून आलो आहे, मला जोरात भूक लागली आहे. मला काही खायला देशील का?"
त्यावर सीतामाई म्हणाल्या, "अरे, ही बाग, इथली झाडं, त्यावरची फळं वगैरे माझ्या मालकीची नाहीत, पण ही झाडंच पिकलेली फळं जमीनीला अर्पण करतात, त्या फळांनाही जमीनीची ओढ असते, अशी जमीनीवर पडलेली फळं धरतीमातेची म्हणजे माझ्या आईची होतात, तुला वाटलं तर ती खाऊन तू आपली भूक भागवून घे."
हनुमंतांनी ती पडत्या फळाची आज्ञा ऐकली. त्यांनी एक जोराने बुभुःकार करताच सगळी झाडं गदागदा हालली आणि त्यावरची फळं धडाधड खाली पडली. याचाच अर्थ मारुतीरायांनासुद्धा गुरुत्वाकर्षण माहीत होतं आणि त्याचा उपयोग करून त्यांनी फळांचा पाऊस पाडला होता. अहो हा फळांचा वर्षाव कुठं आणि त्या न्यूटनच्या डोक्यावर पडलेलं एक सफरचंद कुठं? त्याचं एवढं कसलं कौतुक आलंय? पण तुम्हाला काय सांगू? ते इंग्रज लोक तर करतातच, आपले मोठे शास्त्रज्ञ म्हणवणारे लोकसुध्दा अजून त्या न्यूटनचंच कौतुक करताय्त.अहो, आपल्या देशाला स्वातंत्र्य मिळालं, इंग्रज त्यांच्या घरी परत गेले, पण आपल्या लोकांच्या मनातली गुलामगिरी काही अजूनसुध्दा गेलेली नाही. "

यावर सगळ्या श्रोत्यांनी माना डोलावल्या आणि टाळ्या वाजवल्या, त्यात कांही चांगले सुशिक्षित लोकसुध्दा दिसत होते. ते तरी आणखी काय करणार म्हणा, कारण त्यांनाही न्यूटनची तेवढीच गोष्ट माहीत होती. पण ती तर फक्त सुरुवात होती. त्याच्या पुढची गोष्ट मी या लेखात सांगणार आहे.
https://www.facebook.com/photo.php?fbid=1627158437338096&set=t.1415612551&type=3&size=1224%2C918


झाडावरून सुटलेली फळे, पाने आणि फुले खाली पडत असतात, तसेच जमीनीवरून वर फेकलेला दगडदेखील खालीच येऊन पडतो, हातामधून निसटलेली वस्तू सरळ खाली जमीनीवर पडते, ढगात निर्माण झालेले पाण्याचे थेंब पावसाच्या रूपाने खाली येऊन पडतात यासारखे रोजच्या जीवनातले अनुभव सर्वांनाच येत असतात. "खाली जमीनीवर येऊन पडणे हा सर्व जड वस्तूंचा स्वभावधर्मच असतो." असे पूर्वीच्या काळातल्या कांही शहाण्या लोकांनी सांगितले आणि तेवढे कारण सर्वसामान्य लोकांना पुरेसे वाटले. "आपली धरणीमाता सर्व भार सहन करून सगळ्या वस्तूंना आधार देते, झाडे आणि घरे यांना घट्ट धरून ठेवते, कोणी तिला लाथ मारून हवेत उडी मारली तरी तो पुढच्या क्षणी पुन्हा जमीनीवरच परत येतो तेंव्हाही ती त्याला प्रेमाने जवळ घेते, उंच आभाळात उडणारे पक्षीसुध्दा तिथे अधांतरी स्थिर राहू शकत नाहीत, त्यांना जमीनीवर परत यायचीच ओढ असते." अशा प्रकारचे उल्लेख पुरातन काळातल्या साहित्यामध्ये मिळतात. "पृथ्वीकडे एक अद्भुत प्रकारची आकर्षणशक्ती असते, ती सगळ्या वस्तूंना स्वतःकडे ओढून घेत असते." असे प्राचीन काळातल्या कांही भारतीय शास्त्रज्ञांनी त्यांच्या ग्रंथांमध्ये लिहिले होते. काही युरोपियन विद्वानांनीसुध्दा तसे तर्क केले होते. न्यूटन हा एक हुषार विद्यार्थी असल्यामुळे या गोष्टी त्याच्या वाचनात आल्या असतीलही. त्यामुळे "झाडावरले सफरचंद पृथ्वीच्या आकर्षणामुळे खाली जमीनीवर येऊन पडते." एवढेच सांगणे हा त्या काळातसुध्दा नवा विचार किंवा शोध नव्हता. मग न्यूटनने केले तरी काय?

 न्यूटनच्या जागी दुसरा कोणी असता तर त्याने ते झाडावरून खाली पडलेले ताजे सफरचंद गट्ट करून टाकले असते, पण न्यूटनने पट्कन वर पाहिले. तिथे झाडावर तर कोणीच नव्हते. न्यूटननेच गतिच्या नियमांवरसुध्दा संशोधन केले होते. त्यातल्या पहिल्या नियमाप्रमाणे कुठलीही स्थिर वस्तू तिला दुसऱ्या कुणीतरी हलवल्याशिवाय जागची हलत नाही. मग या फळाला जर वरून कोणी खाली ढकलत नसेल तर खालची जमीनच त्याला आपल्याकडे खेचून घेत असणार. त्या फळाला खाली ओढणारी पृथ्वीची अदृष्य आकर्षणशक्ती कशा प्रकारची असेल, तिचा प्रभाव कसा आणि किती दूरपर्यंत पोचत असेल यावर त्याने विचार केला. हातातून खाली पडलेल्या वस्तूपेक्षा उंचावरून पडलेली वस्तू जास्त जोरात पडते, ती जितक्या जास्त उंचीवरून खाली पडेल तितक्या जास्त वेगाने ती खाली पडते  म्हणजेच उंचावरून खाली पडता पडता तिचा वेग सतत वाढत जातो हे न्यूटनच्या लक्षात आले. यासंबंधी काही संशोधन गॅलीलियो आणि इतर शास्त्रज्ञांनी केलेले होते. न्यूटनने त्याची समीकरणे, आलेख वगैरे तयार करून पृथ्वीचे त्वरण (अॅक्स्लरेशन) किती आहे याचे गणित मांडले. हा पहिला भाग झाला.

कितीही उंच झाडाच्या अगदी शेंड्यावरून आणि कितीही उत्तुंग मनो-याच्या शिखरावरून सुटलेल्या गोष्टी खाली जमीनीवर पडतातच. त्यांच्याही वर आकाशात ढग असतात त्यातूनसुध्दा पाणी आणि गारा खाली येऊन जमीनीवर पडतात म्हणजे हे आकर्षण तिथपर्यंत आहेच. मग ते त्याच्याही पलीकडे दूर चन्द्रापर्यंत पोचत असेल कां? तसे असले तर मग आकाशातला चन्द्रसुध्दा जमीनीवर येऊन कां पडत नाही? तो पृथ्वीभोंवती गोल गोल का फिरत राहत असेल
?

यावर आणखी विचार केल्यावर न्यूटनला त्या प्रश्नातच त्याचे उत्तर सापडले. त्यानेच सांगितलेल्या गतिच्या नियमानुसार चंद्राने एकाच वेगाने सरळ रेषेत दूर चालले जायला हवे होते, पण गुरुत्वाकर्षणामुळेच तो प्रत्येक क्षणाला थोडा थोडा खाली म्हणजे पृथ्वीकडे येत असतो व त्यामुळेच तो क्षणोक्षणी आपल्या प्रवासाची दिशा बदलून पृथ्वीभोंवती प्रदक्षिणा घालत राहतो हे त्याच्या लक्षात आले. हवेत फेकलेल्या वस्तु (Projectiles) कशा दूर जाऊन खाली पडतात याचा सविस्तर अभ्यास गॅलीलिओने केला होता,  त्याला न्यूटनने समीकरणांमध्ये मांडले. एकादा दगड जमीनीला समांतर रेषेमध्ये वेगाने फेकला तर तो समोरच्या बाजूला जातांजातांच गुरुत्वाकर्षणामुळे खाली येत जातो आणि वर दिलेल्या चित्रातील आकृति क्र.१ मधील क्रमांक १, २ व ३ या वक्ररेषांनी दाखवलेल्या मार्गांनी कांही अंतरावर जमिनीवर पडतो.  या उदाहरणांत वस्तूच्या फेकण्याचा वेग वाढत गेला तर त्याचे जमीनीवर पडण्याचे अंतर वाढलेले दिसते.  या उदाहरणांत वस्तूच्या फेकण्याचा वेग वाढत गेला किंवा ती अधिकाधिक उंचावरून फेकली तर त्याचे जमीनीवर पडण्याचे अंतर वाढते.

खालील जमीन वक्राकार असेल तर सपाट जमिनीच्या मानाने ती वस्तू अधिक दूरवर जाते  हे आकृती क्र. २ वरून स्पष्ट होते. यावरून सर आयझॅक न्यूटन यांना एक कल्पना सुचली. पृथ्वीवरील एकाद्या खूप उंच, म्हणजे हिमालयाच्याही अनेकपट इतक्या उंच पर्वताच्या शिखरावर एक मोठी तोफ ठेऊन त्यातून प्रचंड वेगाने गोळे सोडले तर ते कुठपर्यंत जाऊन खाली पडतील याची गणिते त्यांनी मांडली. त्यांनी त्यासाठी कदाचित शेकडो वेगवेगळी उदाहरणे घेतली असतील, मी या आकृतीमध्ये नमून्यादाखल फक्त पाच उदाहरणे  दाखवली आहेत. तोफेच्या गोळ्याचा वेग वाढवत नेला तर काय होईल? त्यातील पहिले चार गोळे वळत वळत जात पृथ्वीवर दूर दूर जाऊन पडतील, पण पाचवा गोळा इतका वळत जाईल की एका वर्तुळाकार कक्षेमध्ये पूर्ण पृथ्वीप्रदक्षिणा करून तो सोडल्या जागी परत येईल आणि त्यानंतर तो पृथ्वीभोवती फिरत राहील.

न्यूटनच्या काल्पनिक तोफेने उडवलेल्या गोळ्याप्रमाणेच आकाशातून विशिष्ट वेगाने आणि सरळ  रेषेतल्या मार्गाने  पुढे जात असलेली कोणतीही खरीखुरी वस्तूसुध्दा पृथ्वीच्या जवळून जात असतांना गुरुत्वाकर्षणामुळे ती पृथ्वीकडे ओढली जाते आणि त्यामुळे तिचा मार्ग वक्राकार होतो आणि ती पृथ्वीच्याभोवती फिरत राहते. चंद्राचे  पृथ्वीभोवती होत असलेले भ्रमण अशाच प्रकारे आकृती क्र. ४ मध्ये दाखवल्याप्रमाणे होत असते.

या कल्पनेचा विस्तार करून त्याने चन्द्राच्या पृथ्वीभोवती फिरण्याच्या वेगाचे गणित मांडले. पृथ्वीपासून चन्द्राचे अंतर किती आहे, पृथ्वीभोवती ३६० अंशाची  एक प्रदक्षिणा पूर्ण करण्यासाठी चंद्राला किती अंतर चालावे लागते, ते अंतर तो किती दिवसात पार करतो, यावरून तो एका सेकंदात किती अंतर कापतो, किंवा एका सेकंदात तो किती अंश फिरतो, ते करत असतांना त्याला सरळ रेषेमध्ये पुढे जाण्याऐवजी पृथ्वीभोवती फिरण्यासाठी दर सेकंदाला पृथ्वीकडे किती वळावे लागते. त्यावरून त्याचे किती त्वरण (अॅक्स्लरेशन) किती असते, त्यासाठी किती बलाची (आकर्षणाची) आवश्यकता असते वगैरेंची गणिते न्यूटनने मांडली आणि सोडवली.

 पृथ्वीच्या पृष्ठभागावर जिथे आपण राहतो तिथे उंचावरून खाली पडणाऱ्या वस्तूचा वेग दर सेकंदाला कसा वाढत जातो याचा अभ्यास करून त्यासाठी लागणारे बल (आकर्षण) किती असते याचा अंदाज मांडला. या दोन अंकांचा भागाकार सुमारे ३६०० इतका येतो. याचे कारण चंद्र हा पृथ्वीपासून खूप दूर आहे. पृथ्वीपासून चन्द्राचे अंतर पृथ्वीच्या त्रिज्येच्या सुमारे ६० पट आहे. ३६०० हा आकडा ६० चा वर्ग म्हणजे ६० गुणिले ६० इतका आहे. या दोन्ही गणितांवरून गुरुत्वाकर्षणाचा जोर दोन वस्तूंमधील अंतराच्या वर्गाच्या व्यस्त प्रमाणात असणार असा निष्कर्ष निघतो. कुठल्याही वस्तूला जागचे हलवण्यासाठी त्याच्या वस्तुमानाच्या सम प्रमाणात जोर लावावा लागतो हे सुध्दा न्यूटननेच  सांगितलेले होते. त्याअर्थी गुरुत्वाकर्षणाचा जोर वस्तुमानांच्या समप्रमाणात वाढत असणार.

या दोन्ही गोष्टींची सांगड घालून त्याने आपला सुप्रसिध्द सिध्दांत मांडला तो असा होता. "या विश्वामधील प्रत्येक वस्तु इतर प्रत्येक वस्तूला स्वतःकडे ओढत असते. या आकर्षणाचे बल त्या दोन वस्तूंच्या वस्तुमानांच्या समप्रमाणात आणि त्या दोन वस्तूंमधील अंतराच्या वर्गाच्या व्यस्त प्रमाणात असते." (F = G.m1.m2/r.r)
 या सिध्दांतानुसार फक्त पृथ्वीच चंद्राला आपल्याकडे ओढत नाही तर चंद्रसुध्दा पृथ्वीला त्याच्याकडे ओढतच असतो. हा मात्र सर्वस्वी नवा विचार होता. सर आयझॅक न्यूटन यांनी पुरेशा स्पष्टीकरणासह या सिध्दांताच्या स्वरूपात गुरुत्वाकर्षणाचा शोध जगापुढे मांडला म्हणून त्यांना त्याचे श्रेय दिले जाते.

वर उल्लेखल्याप्रमाणे पृथ्वी आणि चंद्र यांचे आकारमान, वस्तुमान, चंद्र आणि जमीनीवरील खाली पडणाऱ्या वस्तू यांच्या गति वगैरे अनेक प्रकारच्या माहितीचा उपयोग हा शोध लावण्यासाठी करावा लागला होता. यातली कोणतीही माहिती त्या काळात सहजपणे उपलब्ध नसायची. पृथ्वी आणि चंद्र यांच्यासंबंधातली अंतरे प्रत्यक्ष मोजणे तर शक्यच नसते. त्यासाठी इतर अनेक प्रकारचे प्रयोग करून उपलब्ध झालेल्या माहितीवरून अंदाज करावा लागतो. सर आयझॅक न्यूटन यांनी पूर्वीच्या आणि समकालीन अशा अनेक विद्वान शास्त्रज्ञांनी केलेल्या संशोधनाचा आणि त्यांनी लिहिलेल्या ग्रंथांचा कसून अभ्यास करून त्यातून सुसंगत अशी सर्व माहिती स्वतः पुन्हा तपासून पहात गोळा केली. "मी माझ्या वडिलधारी लोकांच्या खांद्यावर उभा आहे म्हणून मला अधिक दूरवरचे दिसत आहे." अशा शब्दांमध्ये त्यांनी हे ऋण व्यक्त केले होते. त्या माहितीचे विश्लेषण करण्यासाठी त्यांनी अंकगणित, बीजगणित, भूमिति, त्रिकोणमिति आदि गणिताच्या विविध शाखांचा उपयोग केला होताच, त्या कामामधून कॅल्क्युलस ही एक नवीन शाखा तयार झाली. हे किचकट काम करण्यासाठी त्यांना तब्बल वीस वर्षांइतका कालावधी लागला होता. विज्ञानामधले मोठे शोध कधीच सहजासहजी लागत नसतात. त्यासाठी त्या शास्त्रज्ञाने केलेल्या कठोर तपश्चर्येचे ते फळ असते. न्यूटनच्या सफरचंदाची गोष्ट सन १६६६ मध्ये घडली आणि त्यावरील त्यांचे पुस्तक १६८७ मध्ये प्रसिध्द झाले.

न्यूटनच्या आधीच्या काळातल्या विज्ञानामधील संशोधनामध्ये पृथ्वीवरील पदार्थांसंबंधीचे नियम आणि अंतरिक्षामधील ग्रहताऱ्यांच्या भ्रमणाचे नियम यांचा अभ्यास वेगवेगळा होत असे. गुरुत्वाकर्षणाचा नियम हा पहिलाच वैश्विक नियम त्या दृष्टीने क्रांतिकारक ठरला. आर्किमिडिजपासून ते केपलर, गॅलीलिओपर्यंत अनेक शास्त्रज्ञांनी केलेल्या निरीक्षणांवरून पूर्वी मांडलेल्या नियमांना गुरुत्वाकर्षणाने एक सैध्दांतिक आधार मिळवून दिला. लाकडे पाण्यावर का तरंगतात, समुद्राला भरती ओहोटी का येते, झोपाळा का झुलत राहतो, पृथ्वी, गुरु, शुक्र, शनि आदि ग्रह सूर्याभोवती कसे फिरतात वगैरे अनेक प्रश्नांची उत्तरे या शोधामुळे मिळाली. असे असले तरी मुळात हे गुरुत्वाकर्षण कशामुळे निर्माण होते याचे गूढ मात्र अजूनही पूर्णपणे उलगडलेले नाहीच.

न्यूटनसारख्या शास्त्रज्ञांनी सांगितलेले नियम फक्त इंग्रजी किंवा ख्रिश्चन लोकांसाठी नसतात, ते सर्वांना समान असतात. त्यांनी लावलेल्या शोधाचा उपयोग सर्वांना होत असतो. यामुळे ते शास्त्रज्ञ सर्व जगाचे असतात, विद्वान सर्वत्र पूज्यते म्हणतात त्याप्रमाणे जगभरातले लोक त्यांच्याकडे आदराने पाहतात.








     

असामान्य प्रतिभाशाली शास्त्रज्ञ स्टीफन हॉकिंग


स्टीफन हॉकिंग या असामान्य प्रतिभाशाली शास्त्रज्ञाचे नुकतेच निधन झाले. त्याच्या जीवनाबद्दल आणि दुर्दम्य आजाराबद्दल बरेचसे लिहिले गेले आहे. त्याने केलेल्या जटिल शास्त्रीय संशोधनासंबंधी सोप्या भाषेत थोडक्यात माहिती देण्याचा प्रयत्न मी या लेखात केला आहे.

स्टीफन हॉकिंग हा मुख्यतः सैध्दांतिक (थिऑरेटिकल) काम करणारा भौतिक शास्त्राचा संशोधक होता, अर्थातच यासाठी अत्यंत उच्च प्रकारच्या गणिताची आवश्यकता असल्याने त्याने गणितात प्राविण्य मिळवले होते. भौतिक शास्त्रामधील कॉस्मॉलॉजी म्हणजे अंतरिक्षामधील ताऱ्यांविषयीचे विज्ञान या शाखेवर त्याने संशोधन केले आणि त्यात मोलाची भर टाकली. प्रखर बुध्दीमत्ता, अभ्यासू वृत्ती आणि उत्क़ष्ट आकलनशक्ती हे शास्त्रज्ञ होण्यासाठी लागणारे गुण त्याच्यात होतेच, शिवाय आपले संशोधन चांगल्या प्रकारे मांडण्याचे कौशल्यही होते. यामुळे त्याची गणना सर्वोच्च कोटीच्या शास्त्रज्ञांमध्ये केली जाते.

ब्रह्मांडाची उत्पत्ती, स्थिति आणि संभाव्य लय यावर स्टीफन हॉकिंगने बरेच काम केले. परमेश्वराला इच्छा झाली किंवा त्याची लीला दाखवावी असे वाटले म्हणून त्याने  क्षणार्धात किंवा अमूक इतक्या दिवसात सगळ्या जगाची उत्पत्ती केली असे सगळ्या धर्मांच्या पुरातन ग्रंथांमध्ये लिहिले आहे आणि हे सोपे स्पष्टीकरण सर्वसामान्यलोक मानतात. पण पूर्वी माहीत नसलेले आणि डोळ्यांना न दिसणारे असे अंतरिक्षामधील असंख्य सू्र्य आणि त्यांचे ग्रह, उपग्रह आता निरनिराळ्या प्रकारच्या दुर्बिणींमधून पाहतांना नोंदले गेले आहेत. त्यामुळे या विश्वाचा पसारा किती महाप्रचंड आहे याची जाणीव झाली आहे. पण हे इतके मोठे विश्व कसे, कधी आणि कशामुळे जन्माला आले यावर शास्त्रज्ञ लोक तर्क आणि चर्चा करत असतात. अब्जावधी वर्षांपूर्वी कधी तरी एक महाविस्फोट किंवा बिग बँग झाला आणि त्यामधून असंख्य कण प्रचंड वेगाने सगळ्या बाजूंना फेकले गेले. गुरुत्वाकर्षणामुळे त्या कणांमधून पुंजके तयार झाले आणि त्यामधून तारे, ग्रह, उपग्रह वगैरे तयार झाले. तरीही ते सगळे प्रचंड वेगाने एकमेकांपासून दूर जात असल्यामुळे या विश्वाचा सतत विस्तार होत आहे (एक्स्पांडिंग युनिव्हर्स) अशा प्रकारची कल्पना मांडली गेली आणि स्टीफन हॉकिंगने त्याचा पाठपुरावा केला. पण त्या बिगबँगच्या आधी काय परिस्थिती होती याचा थांगपत्ता लागत नव्हता. त्यामुळे काळसुध्दा त्या क्षणानंतरच सुरू झाला असेल का असा विचारही मांडला गेला. वस्तुमान आणि अंतर यांच्याप्रमाणे काळ ही संकल्पनासुध्दा सापेक्ष असते एवढे आइन्स्टाइनने सिध्द करून दाखवले होते, पण काळाचे अस्तित्वच नसणे हे आकलनाच्या पलीकडे आहे. त्यामुळे हे विश्व अनादिच नाही तर अपरंपार आहे. त्याला आपण वेळ आणि जागा (टाइम आणि स्पेस) यांच्या मर्यादा घालू शकत नाही अशा निष्कर्षावर स्टीफन हॉकिंग अखेरीला पोचला होता. म्हणजे कदाचित बिग बँग झालाही असेल, पण त्याच्या आधी काय होते ते मात्र सांगता येणार नाही.

सूर्यासारखे तेजस्वी असे असंख्य तारे या जगात आहेत, पण ते सगळे एकासारखे एक मात्र नाहीत. त्यांचेमधून निघणारे प्रकाशकिरणसुध्दा निरनिराळ्या प्रकारचे असतात. त्या सर्वांची गणना कॉस्मिक रेडिएशनमध्ये होते. त्यांच्या अभ्यासामधून ताऱ्याच्या अंतरंगात कोणत्या क्रिया घडत असतात त्यातून कोणते किरण बाहेर निघतात हे समजते. यातले तारे आकारमानाने लहान, मोठे, प्रचंड किंवा अतिप्रचंड असतात. ताऱ्यांचे आकारमान आणि त्यांचेमधून निघणारे प्रकाशकिरण यांचेनुसार त्या ताऱ्यांचे वर्गीकरण केले गेले. त्यावरून त्यांच्या वयोमानाचाही अंदाज बांधला जातो. काही तारे असेही आहेत की त्यांच्यामधून कोणतेही प्रकाशकिरण बाहेर पडतच नाहीत. याचा अर्थ ते थंडगार आहेत असे नाही, उलट ते इतके शक्तीशाली असतात, त्यांची गुरुत्वाकर्षणशक्ती इतकी मोठी असते की ते प्रकाशकिरणालासुध्दा बाहेर पडू देत नाहीत. अशा ताऱ्यांना कृष्णविवर किंवा ब्लॅक होल असे नाव दिले आहे. त्यांच्या जवळपास कोणताही दुसरा तारा आला तर हे कृष्णविवर त्याला गिळून टाकते आणि मोठे होते. स्टीफन हॉकिंगने त्यांचा कसून अभ्यास केला, ही कृष्णविवरे कशामुळे निर्माण होतात आणि पुढे त्यांचे भवितव्य काय असेल याचा विचार केल्यानंतर त्याने असे मत मांडले की त्यांच्यामधूनसुध्दा काही विशिष्ट किरण बाहेर पडू शकतात. अशा किरणांना स्टीफन हॉकिंगचेच नाव दिले गेले.

भौतिक शास्त्रानुसार या विश्वात  गुरुत्वाकर्षण, विद्युतचुंबकीय, अशक्त आणि सशक्त न्यूक्लीय बले या नावांची चार प्रकारची मूलभूत बले आहेत. ( gravity, the electromagnetic force,  the weak nuclear force  and the strong nuclear force) त्यांचेसाठी निरनिराळ्या थिअरी आहेत. या सर्वांना गणितामधून जोडून एकमेव संयुक्त ( unified) सिध्दांत मांडता येईल अशी आशा स्टीफन हॉकिंगला वाटत होती आणि या दृष्टीने त्याचे कसून प्रयत्न चालले होते. या विषयावर A Theory of Everything नावाचा चित्रपटही निघाला होता.

स्टीफन हॉकिंगने विज्ञानविषयावर अनेक पुस्तके लिहिली. सामान्य वाचकाला पुरेशा अभ्यासाशिवाय ती नीटशी समजत नसली तरीसुध्दा अत्यंत वाचनीय मात्र आहेत. त्याने लिहिलेले  A Brief History of Time हे पुस्तक तर त्या वर्षातले सर्वाधिक खपाचे (बेस्ट सेलर) ठरले होते. सुलभ आणि प्रवाही भाषाशैली आणि मजेदार उदाहरणे वगैरेंमधून ती पुस्तके रुक्ष न वाटता वाचकाला खिळवून ठेवतात. आपल्याला विश्वाची एकामागून एक रहस्ये उलगडून सांगत जातात.

हे विश्व कदाचित ईश्वराने निर्माण केलेही असेल, पण ते चालवत ठेवण्यासाठी त्याची आवश्यकता नाही, कदाचित त्यानेच केलेले विज्ञानाचे नियम त्यासाठी पुरेसे आहेत, तो स्वतः सुध्दा हे नियम कधीही मोडत नाही. अशी मते स्टीफन हॉकिंगने आपल्या लिखाणात मांडली आहेत.  त्याची अनेक सुवचने (Quotes) प्रसिध्द आहेत. त्यातली काही खाली दिली आहेत.
बदलाशी जुळवून घेण्यात बुध्दीमत्ता असते. Intelligence is the ability to adapt to change.
अज्ञान हा ज्ञानाचा सर्वात मोठा शत्रू नाही, ज्ञानाचा असल्याचा भ्रम (हा मोठा शत्रू) आहे. The greatest enemy of knowledge is not ignorance, it is the illusion of knowledge.
प्रत्येक घटना ही आधीपासून ठरलेली असते, त्यात आपण कसलाही बदल करू शकत नाही असे सांगणारे लोकसुध्दा रस्ता (आजूबाजूला) पाहून ओलांडतांना मला दिसले आहेत. I have noticed even people who claim everything is predestined, and that we can do nothing to change it, look before they cross the road.

तर असा होता स्टीफन हॉकिंग. असा स्टीफन हॉकिंग पुन्हा होणे नाही.

Friday, March 23, 2018

हरहुन्नरी शास्त्रज्ञ रॉबर्ट हूक


झाडाच्या लवचिक फांदीला वाकवले की ती वाकते आणि सोडली की पुन्हा पहिल्यासारखी होते, रबराला ताणले की ते लांब होते आणि ताण सोडला की पुन्हा लहान होते  हे आपण नेहमीच पाहतो. इंग्रजी भाषेमधील 'इलास्टिसिटी' नावाच्या या विशिष्ट गुणधर्माला विज्ञानाच्या जगात आणि आधुनिक काळातल्या सिव्हिल आणि मेकॅनिकल इंजिनियरिंगमध्ये महत्वाचे स्थान आहे. मी शाळेत असतांना हा गुणधर्म 'स्थितिस्थापकत्व' अशा भारदस्त नावाने  शिकलो होतो पण आताच्या भौतिकशास्त्र परिभाषाकोषामध्ये त्याचे नाव  'प्रत्यास्थता' असे दिले आहे. ओल्या लाकडाच्या या गुणधर्माचा उपयोग करून आदिमानवाच्या काळातल्या लोकांनी तीरकमठा बनवला होता आणि आजच्या काळातले वनवासी लोकसुध्दा तशा प्रकारच्या हत्याराने शिकार करतात. रामायण महाभारताच्या काळातले धनुर्धारी वीर प्रसिध्द आहेत. कांही पदार्थांचा हा गुणधर्म पूर्वीपासून माणसाच्या माहितीतला असला आणि माणसाने त्याचा चांगला उपयोग करून घेतला असला तरी सतराव्या शतकातल्या रॉबर्ट हूक या ब्रिटिश शास्त्रज्ञाने त्याचा पध्दतशीर अभ्यास करून त्यासंबंधीचा मूलभूत नियम सांगितला. तो 'हूकचा नियम' याच नावाने ओळखला जातो. 

रॉबर्ट हूकचा जन्म इंग्लंडमधल्या एका लहानशा बेटावर १६३५ साली झाला. त्याचे वडील तिथल्या चर्चमध्ये धर्मगुरु होते आणि त्या गावातली शाळाही चर्चला जोडलेली असल्यामुळे रॉबर्टला सुरुवातीला चांगले शिक्षण मिळाले. पण वडिलांच्या मृत्यूनंतर त्याची आर्थिक परिस्थिति बिकट झाली. त्यामुळे तो आपले गांव सोडून लंडनला गेला आणि तिथल्या एका प्रयोगशाळेत शिकाऊ उमेदवार म्हणून कामाला लागला. नोकरी करत असतांनाच त्याने पुढील शिक्षण घेतले. तो कुशाग्र विद्यार्थी होताच, चांगला चित्रकला आणि कुशल कारागीरही होता. बुध्दीमत्ता आणि कलाकौशल्य या दोन्ही गुणांचा संयोग दुर्मिळ असतो, पण रॉबर्ट हूकमध्ये तो होता. त्याने लॅटिन, ग्रीक, हिब्रू आदि भाषांचा अभ्यास केला, पण गणित आणि विज्ञान किंवा नैसर्गिक तत्वज्ञान हे त्याचे आवडते विषय होते आणि प्रात्यक्षिके दाखवणे किंवा प्रयोग करून पाहणे याची त्याला मनापासून आवड होती.  इंग्लंडमधला लिओनार्दो दा विंची असे त्याचे वर्णन करता येईल.


कांही वर्षांनंतर हूक लंडनहून ऑक्सफर्डला गेला. तिथे असतांना त्याने प्रसिध्द शास्त्रज्ञ रॉबर्ट बॉइल यांच्यासोबत काम करून त्यांच्या संशोधनासाठी लागणारी खास उपकरणे आणि यंत्रे तयार केली, त्यात अनेक सुधारणा केल्या, त्यांचा वापर करून त्यावर प्रयोग आणि प्रात्यक्षिके केली आणि अशा प्रकारे बॉइल यांच्या संशोधनाला सहाय्य केले. हूकचे प्राविण्य पाहून पुढे रॉयल सोसायटीच्या प्रयोगशाळेची जबाबदारी त्याच्यावर सोपवली गेली. त्यानंतर त्याने इतर संशोधकांना मदत करता करता त्याबरोबर स्वतःचे वेगळे संशोधन करणे सुरू केले. 

सतराव्या शतकाच्या काळात विज्ञान हाच एक वेगळा विषय नव्हता, तेंव्हा त्याच्या शाखा, उपशाखा कुठून असणार? त्या काळातले शास्त्रज्ञ विविध विषयांवर संशोधन करीत असत. त्यांना ज्या बाबतीत कुतूहल वाटेल, त्या गोष्टीचा छडा लावण्यासाठी ते प्रयत्न करीत असत. रॉबर्ट हूकने सुध्दा अनेक प्रकारचे संशोधन केले. रॉबर्ट बॉइलसाठी त्याने हवेच्या दाबावर काम केलेले होतेच. त्यासंबंधीचे प्रयोग आणि प्रात्यक्षिके तो पुढेही करीत राहिला, त्याचप्रमाणे त्याने निरनिराळ्या उंचीवरील ठिकाणांच्या  वातावरणातला हवेचा दाब मोजून पाहिला. निरनिराळी लांबी असलेल्या लंबंकांची आंदोलने मोजली. प्रत्यास्थतेचा नियम शोधत असतांना कोणकोणत्या पदार्थात हा गुण किती प्रमाणात आढळतो हे पहाणे आलेच. पोलादाची तार किंवा पट्टी गुंडाळून त्यापासून स्प्रिंग तयार करून या गुणाचा अभ्यास केला. त्यावरून निरनिराळ्या प्रकारच्या स्प्रिंगा तयार करून पाहिल्या. घडाळ्याच्या वेळेत अचूकता आणण्यासाठी त्याला लागणारे खास प्रकारचे दाते असलेली चक्रे तयार केली.  गॅलीलिओ आदि शास्त्रज्ञांनी दूरच्या ग्रहताऱ्यांना पहाण्यासाठी दुर्बिणी तयार केल्या होत्या. जवळच्याच वस्तूंना मोठे करून पाहण्यासाठी बहिर्गोल भिंगा पूर्वीच तयार झालेल्या होत्या. या दोन्हींवर विचार करून रॉबर्ट हूकने सूक्ष्मदर्शक यंत्रे तयार केली आणि क्षुल्लक किड्यांपासून झाडांच्या पानांपर्यंत अनेक बारीकशा वस्तूंना त्या यंत्राखाली ठेऊन लक्षपूर्वक पाहिले. त्या काळात छायाचित्राचा शोध लागलेला नव्हता पण रॉबर्ट हूक चित्रकलेमध्ये प्रवीण असल्यामुळे या यंत्रामधून त्याला जे दिसले त्यांची हुबेहूब चित्रे त्याने काढून ठेवली.  वनस्पती किंवा प्राण्यांची शरीरे सूक्ष्म अशा अनंत पेशींपासून बनलेली असतात असे त्यांचा अभ्यास करत असतांना हूकला जाणवले. त्या सूक्ष्म पेशींसाठी इंग्रजीमध्ये सेल (Cells) हा शब्दप्रयोग त्याने केला. शरीरामधील नीला (Veins) आणि रोहिणी (Arteries) या रक्तवाहिन्यांमधील रक्तात फरक असतो हे त्याने सांगितले.  अशा अनेक विषयांवर त्याने संशोधन केले.

हूकने आपला प्रसिध्द नियम लॅटिनमध्ये थोडक्यात लिहिला होता त्याचा अर्थ जसा "जोर (force) तशी वाढ (extension)" असा होत होता. वाढ या शब्दाच्या ठिकाणी विरूपणही (Deformation) घेता येते.  स्प्रिगला वजन अडकवून त्याला वजन टांगले तर त्या वजनाच्या प्रमाणात त्या स्प्रिंगची लांबी वाढते हे सहजपणे मोजता येते आणि यावरून हा नियम सिध्द करता येतो. या वाक्यात आणखी सुधारणा करून हूकचा नियम आता असा सांगितला जातो.
"प्रत्यास्थी सीमेच्या आतील घनरूप पदार्थामध्ये बाह्य बलामुळे निर्माण होणारे प्रतिबल (Stressस्ट्रेस) त्या पदार्थात झालेल्या विकाराच्या (strainस्ट्रेनच्या) समप्रमाणात असते." Within the limit of elasticity, the stress induced (σ ) in a solid due to some external force is always in proportion with the strain (ε ).
हा नियम सर्व पदार्थांना सर्व स्थितींमध्ये लागू पडत नाही. उदाहरणार्थ कांचेपासून स्प्रिंगसारखा आकार तयार केला आणि त्याला ताण दिला तर ती तुटून जाईल आणि शिशाच्या तारेला गुंडाळून तयार केलेल्या स्प्रिंगला ताण दिला तर ती लांब होईल पण ताण सोडला तरी ती त्याच आकारात राहील, पुन्हा पूर्वीचा आकार घेणार नाही. पोलादाची तारसुध्दा मर्यादेच्या बाहेर ताणली तर पुन्हा पहिल्यासारखी होत नाही कारण हूकचा हा नियम प्रत्यास्थी सीमेमध्येच लागू पडतो, पण यंत्रांचे भाग अशाच पदार्थांपासून तयार केले जातात आणि त्यांना मर्यादित ताणच दिला जातो. त्यांच्या डिझाइनसाठी हूकचा नियम खूप उपयोगी पडतो,

रॉबर्ट हूकने गुरुत्वाकर्षणावरसुध्दा संशोधन केले होते. उंचावरून पडत असतांना त्या वस्तूच्या खाली येण्याचा वेग वाढत जातो हे त्याच्या लक्षात आले होते असे त्याच्या नोंदींवरून दिसते. त्याबाबतचा इन्व्हर्स स्क्वेअर लॉ आपणच आधी सांगितला होता असा दावासुध्दा हूकने केला होता. पण सर आयझॅक न्यूटनने गतीचे सुप्रसिध्द नियम आणि गुरुत्वाकर्षणाचा क्रांतिकारक शोध लावून ते अत्यंत सुसंगत अशा तर्कांसह प्रसिध्द केले त्याला त्या काळातल्या विद्वानांची मान्यता मिळाली. बुध्दीमत्ता, चित्रकला,  चिकाटी, कार्यकुशलता आदि अनेक गुण रॉबर्ट हूकमध्ये एकवटले होते आणि त्याने विस्तृत संशोधनही केले होते, पण त्याच सुमाराला विज्ञानाच्या जगात सर आयझॅक न्यूटन नावाच्या सूर्याचा उदय झाला होता आणि त्याच्या तेजापुढे रॉबर्ट हूकचे काम फिके पडले असावे. हूक आणि न्यूटन यांच्या मधले व्यक्तीगत संबंध तितकेसे सलोख्याचे नसावेत. अशा कारणांमुळे त्या काळातील प्रस्थापित विद्वानांचे हूककडे कदाचित थोडे दुर्लक्ष झाले असावे. त्याने दाखवलेल्या कर्तृत्वाच्या प्रमाणात त्याचा गौरव झाला नाही. या हरहुन्नरी संशोधकाने केलेले संशोधन अनेक वर्षांनंतर हळूहळू जगापुढे येत गेले आणि जगाला त्याची महती कळत गेली. 
---------------------------------------------