Friday, November 01, 2013

अणू, रेणू आणि देवाचा कण - भाग ३

 आधीचे भाग
 अणू, रेणू आणि देवाचा कण - भाग १

http://anandghan.blogspot.in/2013/10/blog-post_29.html
 अणू, रेणू आणि देवाचा कण - भाग २
http://anandghan.blogspot.in/2013/10/blog-post_30.html

अणू हा जगातला सर्वात सूक्ष्म कण नाही. त्याचा भाग असलेले प्रोटॉन्स, न्यूट्रॉन्स आणि इलेक्ट्रॉन्स हे कण आकाराने अणूपेक्षा खूपच लहान असतात, तीन भिन्न प्रकारांचे हे कण अणूच्या अंतरंगात निवास करत असतात, हे सत्य सुमारे शंभर वर्षांपूर्वी सर्व वैज्ञानिकांनी मान्य केलेले होते. अणूंच्या मध्यभागी धनविद्युतभार (पॉझिटिव्ह चार्ज) असलेले प्रोटॉन्स आणि कुठलाही विद्युतभार नसलेले न्यूट्रॉन्स असतात आणि ऋण विद्युतभार (निगेटिव्ह चार्ज) असलेले इलेक्ट्रॉन्स त्यांच्या सभोवती घिरट्या घालत असतात असे चित्र त्या काळातल्या शास्त्रज्ञांना अचानक किंवा उगाच सुचले नाही. त्याच्या आधी विज्ञानातले इतर अनेक शोध लागलेले होते. त्यामधून मिळालेल्या माहितीवरून असा निष्कर्ष निघायला मदत होत होती.
 
एकाद्या आम्लामध्ये (अॅसिडमध्ये) दोन भिन्न पदार्थांचे दांडके (रॉड) बुडवून त्यांना तारेने जोडले की त्यामधून विजेचा सूक्ष्म प्रवाह वाहू लागतो हे सिद्ध झाल्यानंतर त्यावर अनेक प्रयोग करून वीज निर्माण करणा-या शक्तीशाली आणि कार्यक्षम अशा बॅट-या तयार केल्या गेल्या. लोहचुंबकाच्या जवळून एक तांब्याची तार वेगाने नेली किंवा तारेच्या जवळून लोहचुंबक वेगाने नेला तर त्या तारेमधून विजेचा प्रवाह वाहतो हे सिद्ध झाल्यानंतर त्या तत्वावर वीज निर्माण करणारे डायनॅमो बनवले गेले. या शोधांच्या अनुषंगाने विजेचा सूक्ष्मतम प्रवाह आणि दाब मोजणारी अत्यंत संवेदनशील (सेन्सिटिव्ह) उपकरणे तयार केली गेली. बॅटरीमध्ये रासायनिक आणि डायनॅमोमध्ये विद्युतचुंबकीय कारणांमुळे वीज तयार होते म्हणजे काय होते यावर शास्त्रीय विचार आणि चर्चा होत होत्या. एका बाजूच्या इलेक्ट्रोडमधून विजेचे कण बाहेर पडतात आणि ते दुस-या बाजूच्या इलेक्ट्रोडकडे तारेमधून प्रवाहित होतात असे समजले गेले. या सूक्ष्म कणांना इलेक्ट्रॉन्स असे नाव दिले गेले. विजेच्या उपकरणांच्या सहाय्याने त्यांचे अस्तित्व ओळखता येऊ लागले. विजेचे हे कण त्या इलेक्ट्रोडमधल्या अणूमधूनच बाहेर पडत असणार हे निश्चित होते. त्या अर्थी आधी ते कण त्या अणूंचा भाग असणार. अणूंमध्ये जर ऋण विद्युतभार असलेले इलेक्ट्रॉन्स असतील तर त्यांच्या उलट परिणाम साधून समतोल राखण्यासाठी धनविद्युतभार असलेले प्रोटॉन्सही अणूमध्ये असायलाच हवेत. हैड्रोजनच्या अणूमधून इलेक्ट्रॉन बाजूला काढला तर फक्त प्रोटॉन उरतो, त्याचे अस्तित्वही प्रयोगामधून दाखवले गेले.

इलेक्ट्रॉन्स आणि प्रोटॉन्स हे दोन्ही प्रकारचे कण जवळ जवळ आले तर एकमेकांवर आदळून एकमेकांमध्ये विलीन का होत नाहीत असा प्रश्न उद्भवतो. याचे स्पष्टीकरण देण्यासाठी असा विचार केला गेला की अणूमधील इलेक्ट्रॉन्स आणि प्रोटॉन्स यांची प्रत्यक्षात भेट होत नाही. सूर्याच्या गुरुत्वाकर्षणामुळे ज्याप्रमाणे सर्व ग्रह त्याच्या भोवती फिरत राहतात, त्याचप्रमाणे अणूमधले सारे इलेक्ट्रॉन्स त्या प्रोटॉन्सच्या सभोवती अतीशय वेगाने घिरट्या घालत असतात. धनविद्युतभार असलेले प्रोटॉन्स एकत्र कसे राहू शकतात, ते एकमेकांना ढकलून दूर का जात नाहीत, अशी आणखी एक शंका होती. त्यांना एकत्र बांधून ठेवणारा कोणता फोर्स असावा हा प्रश्न होता. कुठलाही विद्युतभार नसलेले न्यूट्रॉन्स नावाचे कण त्यासाठी जबाबदार असावेत असा तर्क केला गेला. न्यूट्रॉनचे अस्तित्व प्रयोगशाळेत सिद्ध करायला बराच काळ जावा लागला. पण त्यानंतर मात्र त्या कणाने जगाच्या इतिहासावर परिणाम करणारा धुमाकूळ घातला. 

प्रोटॉन्स, न्यूट्रॉन्स आणि इलेक्ट्रॉन्स यांच्या रचनेमधून अणूच्या अंतर्गत रचनेची (अॅटॉमिक स्ट्रक्चर) मॉडेल्स तयार केली गेली. जगातले सर्व पदार्थ फक्त ९२ मूलद्रव्यांपासून बनलेले आहेत हा विचार आश्चर्यकारक होताच, पण हे ९२ अणूसुध्दा प्रोटॉन्स, न्यूट्रॉन्स आणि इलेक्ट्रॉन्स या फक्त तीनच मूलभूत कणांपासून बनले आहेत हे जास्तच धक्कादायक म्हणता येईल.

अणूची रचना या मॉडेल्समध्ये दाखवल्याप्रमाणे असल्यास त्याचा ९९ टक्क्यांपेक्षा जास्त भाग रिकामी पोकळी असेल, त्या मोकळ्या जागेत १ टक्क्यांपेक्षा कमी वस्तुमानाचे इलेक्ट्रॉन्स रिंगण घालून फिरत असतील, अणूच्या मध्यभागी असलेल्या १ टक्क्यांपेक्षा कमी जागेत त्याच्या ९९ टक्क्यांपेक्षा जास्त वस्तुमानाचे प्रोटॉन्स आणि न्यूट्रॉन्स बसलेले असतील अशा प्रकारचे चित्र निर्माण होते. कॉमनसेन्सला हे विचित्र वाटते, कदाचित पटणारही नाही, पण अणूची रचना अशा प्रकारची आहे हे मान्य केले तर विज्ञानातली अनेक कोडी उलगडतात. यामुळे हे मान्य करावेच लागले. अणूच्या या प्रकारच्या रचनेमुळे दोन किंवा अधिक अणूं(Atom)चा संयोग कसा होतो आणि त्यामधून निर्माण झालेल्या रेणू (molecule )ची रचना कशा प्रकारची असते त्याचा उलगडा होऊ शकतो हा त्याचा मुख्य फायदा होता, त्याचप्रमाणे पाणी तयार होतांना हैड्रोजनच्या दोन अणूंबरोबर ऑक्सीजनचा एकच अणू का जोडला जातो, याच्या उलट हैड्रोजनच्या एका अणूंबरोबर ऑक्सीजनचे दोन अणू का जोडले जात नाहीत, किंवा दोन्ही मूलतत्वांचे तीन चार वा दहा वीस अणू एकमेकांशी का जुळू शकत नाहीत वगैरे प्रश्नांची उत्तरे या मॉडेलमुळे मिळतात. अशा प्रकारे बहुतांश भागात फक्त रिकामी पोकळी असलेल्या अणूचा आकार नेमका केवढा मोठा आहे हे सांगता येणार नाही. पण १ घनसेंटिमीटर एवढ्या आकारमानाचे सोने किंवा लोखंडाचे वजन किती ग्रॅम भरते हे मोजले तर तेवढ्या वजनात किती अणू असतात याचा हिशोब करून बाजूबाजूला असलेल्या दोन अणूंच्या केंद्रांमधले अंतर काढता येईल आणि त्या अणूचा आकार सुमारे तेवढा आहे असे म्हणता येईल. वायुरूप पदार्थांच्या बाबतीत तेही कठीण आहे.

ऊष्णता आणि प्रकाशकिरण एका ठिकाणाहून (सूर्यापासून किंवा दिव्यामधून) निघून दुसरीकडे (पृथ्वीकडे किंवा खोलीभर) का जातात यावरही संशोधन चाललेले होते. त्यांचेही सूक्ष्म कण असावेत असा अंदाज खूप पूर्वीच्या काळात केला जात होता, पण प्रकाशकिरणांचे काही गुणधर्म पाहता ते समजून घेण्यात काही अडचणी येत असल्यामुळे प्रकाशकिरणांचे कण नसून त्यांच्या लहरी (वेव्हज) असाव्यात असा विचार सुरू होऊन तो सर्वमान्यही झाला आणि आजवर आहे. विद्युत (Electicity) आणि चुंबकीयता (magnetism) यांवर संशोधन करतांना ऊष्णता आणि प्रकाश ही ऊर्जेची रूपेसुध्दा विद्युतचुंबकीय लहरी (Electromagnetic Radiation) असल्याचे दाखवून दिले गेले. पण काही विशिष्ट बाबतीतली निरीक्षणे पाहता त्यांचे नीट स्पष्टीकरण होत नव्हते. त्याचा उलगडा करण्यासाठी क्वान्टम थिअरी मांडली गेली. यामुळे प्रकाशकिरणांचे फोटॉन नावाचे कण असल्याचा विचार पुन्हा सुरू झाला. फोटोइलेक्ट्रिक इफेक्टमध्ये एका इलेक्ट्रोडवर अल्ट्राव्हायोलेट प्रकाशकिरणांचा झोत टाकला तर त्यामधून इलेक्ट्रॉन्स बाहेर पडतात. याचे समाधानकारक स्पष्टीकरण आइनस्टाईनने क्वान्टम थिअरी मधून दिले.
आइनस्टाईनने केलेल्या पुढल्या संशोधनातून वस्तुमान (मास) आणि ऊर्जा (एनर्जी) याच एका नाण्याच्या दोन बाजू असल्याचे सिद्ध झाले. फोटॉन, इलेक्ट्रॉन यासारखे अतीसूक्ष्म आणि अतीजलदगतीने जाणारे कण किंवा लहरी असे दुहेरी अस्तित्व (ड्युआलिटी) त्यांना मिळाले.

प्रोटॉन्स, न्यूट्रॉन्स आणि इलेक्ट्रॉन्स या तीन मूलभूत कणांना मान्य केल्यानंतर तिथेच थांबतील तर ते शास्त्रज्ञ कसले? आणि असे मध्येच थांबले तर ते विज्ञान कसले? या सूक्ष्म कणांचे विविध गुणधर्म तपासून पहाण्यासाठी त्यांनी आणखी खोलात जाऊन पुढील संशोधन सुरू ठेवले. मग त्यातून मिळालेले गुणधर्म त्यांना कशामुळे प्राप्त झाले असावेत हे प्रश्न आलेच. त्यातून पार्टिकल फिजिक्स या नावाची एक वेगळी शाखा जन्माला आली आणि तिचा आकार वाढत गेला. निरनिराळ्या प्रकारच्या अतीसूक्ष्म कणांची कल्पना केली गेली, प्रयोगशाळेत, तसेच अंतराळामधून येत असलेल्या किरणांमध्ये (कॉस्मिक रेज) त्यांना शोधण्याचे प्रयत्न चालत राहिले. न्यूट्रिनोज, अँटिन्यूट्रिनोज, मेसॉन्स, पियॉन्स, म्युऑन्स, केऑन्स, हेड्रॉन्स, क्वार्क्स, अँटिक्वार्क्स, बोसॉन्स, फर्मिऑन्स वगैरे नावांचे आणखी अनेक उपप्रकार असलेले कित्येक सूक्ष्म कण यामधून पुढे आले. यातले बरेचसे कण अत्यंत अल्पजीवी असतात. काही कारणाने ते निर्माण होतात आणि आणि लगेच दुस-या एकाद्या कणात विलीन होऊन जातात, पण त्यापूर्वी आपला ठसा उमटवून जातात. त्यावरूनच ते येऊन गेल्याची माहिती कळते.

बोसॉन हे नाव सत्येन्द्रनाथ बोस या भारतीय वैज्ञानिकाच्या नावावरून दिले गेले आहे. पीटर हिग्ज या शास्त्रज्ञाने १९६४ मध्ये हिग्ज बोसॉन्स या नावाच्या पार्टिकलची कल्पना मांडली होती. त्याने दिलेल्या वर्णनाचा सूक्ष्म कण अस्तित्वात असला तर त्याच्या प्रभावामुळे आतापर्यंत न सुटलेली अनेक कोडी सुटू शकतील असे प्रतिपादन त्याने केले होते. या अद्भुत गुण असलेल्या कणाला पत्रकारांनी 'गॉड पार्टिकल' (देवाचा कण) असे नावही देऊन टाकले होते आणि काही निरीश्वरवादी विद्वानांनी त्यावर नाक मुरडले होते.

पीटर हिग्जने मांडलेले विचार अनेक शास्त्रज्ञांना तात्विक दृष्ट्या पटले आणि आंतरराष्ट्रीय सहयोगामधून त्यांनी लार्ज हेड्रॉन कोलायडर या नावाची अतीप्रचंड अशी भूमिगत प्रयोगशाळा युरोपमध्ये उभी केली. पूर्वी कधीही न केले गेलेले प्रयोग या प्रयोगशाळेत केले गेले आणि जात आहेत. प्रलय, कयामत किंवा डूम्सडे वर्तवणा-या अनेक घाबरट लोकांनी या प्रयोगशाळेचाच इतका मोठा धसका घेतला होता की तिथे चाललेला एकादा प्रयोग शास्त्रज्ञांच्या हाताबाहेर जाईल आणि सर्व जगाला भस्मसात करून टाकेल अशी भीती त्यांनी जगाला घातली. अशा प्रकारचा अग्निप्रलय होऊ घातला असल्याच्या बातम्या प्रमुख वर्तमानपत्रांमध्ये मोठमोठ्या मथळ्यांसह (हेडलाईन्स) छापून आल्या होत्या, पण असे काही झाले नाहीच, 'हिग्ज बोसॉन पार्टिकल' या नावाचा 'देवाचा कण' खरोखर अस्तित्वात असावा असा निष्कर्ष त्या ठिकाणी झालेल्या प्रयोगांमधून काढला गेला. या शोधाबद्दल पीटर हिग्जला यंदाचे नोबेल पारितोषिकसुद्धा मिळणार आहे. हा सूक्ष्म कण प्रोटॉनच्या हजाराव्या हिश्श्यापेक्षा लहान असेल आणि त्याचे आयुष्य एका सेकंदाच्या कोट्यांश भागाच्याही कोट्यांश भाग इतके अल्प असते, पण तेवढ्यात तो एकादा चमत्कार करून जाऊ शकतो.

प्रत्येक पदार्थांमधील अगणित अणू रेणूंना कोणती अज्ञात शक्ती एकमेकांशी बांधून ठेवत असावी याबद्दल पूर्वीपासून विचार चाललेलेच होते आणि अजूनही त्यांचे संपूर्ण उत्तर मिळालेले नाही. यातच लिश्वाचे रहस्य दडलेले आहे. या सूक्ष्म कणांवर प्रभाव पाडणारे चार महत्वाचे बल (फोर्स) आहेत.
१. विद्युतचुंबकीय (Electromagnetic ) - याच्या आकर्षणामुळे इलेक्ट्रॉन्स प्रोटॉन्सच्या सभोवती फिरत असतात, रेणूंमधले भिन्न अणू एकत्र राहतात. पण प्रोटॉन्स एकमेकांना दूर लोटतात.
२. स्ट्राँग इंटरअॅक्शन - याच्या आकर्षणामुळे प्रोटॉन्स आणि न्यूट्रॉन्स विद्युतचुंबकीय फोर्सवर मात करून न्यूक्लियसमध्ये एकत्र राहतात.
३. वीक इंटरअॅक्शन - या फोर्समुळे न्यूक्लियसमध्ये बदल घडून येतात
४. गुरुत्वाकर्षण - हे सर्व कणांना एकमेकांकडे खेचत असते

या चार रहस्यमय बलांचे रहस्य जाणून घेण्यात या देवाच्या कणाची माहिती उपयोगी ठरेल आणि या दिशेने चाललेल्या संशोधनाला चालना मिळेल अशी आशा वर्तवण्यात येत आहे.

 . . . . .. .  . . . .. .  (समाप्त)

3 comments:

vaghesh said...

http://www.vachlechpahije.blogspot.in/2013/10/blog-post.html

Anonymous said...
This comment has been removed by a blog administrator.
Anand Ghare said...

Anonymus यांच्या प्रतिसादात काहीच मजकूर नव्हता, त्यांनी दिलेल्या दुव्यावर अनेक व्यावसायिक जाहिराती मात्र होत्या. त्यामुळे या लेखामध्ये कसलीच भर पडण्य़ाची शक्यता नव्हती. या कारणामुळे तो प्रतिसाद काढून टाकला आहे.
श्री.वाघेश यांच्या प्रतिसादामध्येसुद्धा काही मजकूर नसला तरी त्यांनी दिलेल्या दुव्यावर या विषयासंबंधी उपयुक्त अशी माहिती आहे. ती वाचल्याने ज्ञानात भर पडेल. यापुढे प्रतिसाद देतांना श्री.वाघेश यांनी स्वतःचे चार शब्द लिहिण्याची कृपा करावा अशी त्यांना विनंती आहे.