धातूविद्येचा इतिहास

धातूविद्येचा इतिहास - भाग १

आर्किमिडीज आणि आर्यभटापासून ते जेम्स ब्रॅडलीपर्यंत जुन्या काळातल्या अनेक शास्त्रज्ञांनी केलेल्या संशोधनाची ओळख मी या मालिकेत करून दिली आहे. यातल्या प्रत्येकाने कांही प्रयोग करून नवी माहिती मिळवली आणि तिचा अभ्यास करून त्यामधून नवे शोध लावले होते, म्हणजे कांही नवे नियम किंवा सिद्धांत मांडले होते. हे प्रयोग करण्यासाठी त्यांनी निरनिराळी उपकरणे किंवा साधने वापरली होती. दोन हजार वर्षांपूर्वी आर्किमिडीजने एक तराजू, मोठे पातेले आणि परात यांचा उपयोग करून पाण्याच्या गुणधर्मांचा अभ्यास केला होता तर अठराव्या शतकात होऊन गेलेल्या ब्रॅडलीने त्याच्या काळातसुद्धा अत्यंत प्रभावशाली आणि संवेदनशील अशा दुर्बीणीमधून दूरच्या एका ताऱ्याची निरीक्षणे केली होती आणि तो तारा पहातांना त्याच्या स्थानामध्ये पडलेला एक अंशाच्या दोनशेवा हिस्सा इतका सूक्ष्म फरक मोजला होता. विज्ञानातल्या प्रयोगांसाठी लागणारी असली साधने झाडाला लागत नाहीत की इतर कुठल्याही मार्गे निसर्गातून मिळत नाहीत. बहुतेक सगळ्या शास्त्रज्ञांनी ती मुद्दाम तयार करून किंवा करवून घेतली होती. ती मुख्यतः कुठल्या ना कुठल्या धातूंपासून बनवलेली होती. त्यासाठी आवश्यक असलेले विशिष्ट गुणधर्म असणारे धातू त्यांच्या काळात उपलब्ध झाले होते आणि त्यांना हवा तसा आकार देणे शक्य झाले होते म्हणूनच त्या शास्त्रज्ञांना ती साधने मिळाली आणि आपले संशोधन करता आले. वाफेच्या इंजिनात तर अनेक सुटे भाग तयार करून जोडले होते. जेम्स वॉटच्या काळात ते शक्य झाले होते म्हणून त्याला आपले इंजिन तयार करता आले. याचाच अर्थ असा होतो की विज्ञानामध्ये झालेली प्रगती मेटॅलर्जी किंवा धातूविज्ञानामधील प्रगतीशी निगडित होती. म्हणूनच विज्ञानामधील प्रगतीचा मागोवा घेतांना या विद्येचा थोडक्यात आढावा घेणे जरूरीचे आहे.

इतिहासपूर्व काळापासून मानवाने निरनिराळ्या अनेक धातू शोधून काढल्या आहेत. पण त्यातले विज्ञान म्हणजे थिअरीचा किंवा सैद्धांतिक भाग गेल्या एक दोन शतकातलाच आहे. तोंपर्यंत त्यासंबंधीचे बहुतेक सगळे काम प्रत्यक्ष प्रयोगांमधूनच होत होते. त्यामुळे या शास्त्रामधील संशोधनात तंत्रज्ञानाचाच खूप मोठा वाटा आहे. पण ज्या महान तंत्रज्ञांनी ते काम केले आणि निरनिराळ्या धातूंमधून असंख्य प्रकारच्या वस्तू तयार केल्या त्या कुशल कारागीरांची नांवे मात्र कुठेच नोंदवलेली नाहीत. विज्ञान हा सुद्धा पूर्वीच्या काळी तत्वज्ञानाचाच भाग समजला जात होता. तत्वज्ञांना जेवढा मान किवा प्रसिद्धी मिळाली तशी ती तंत्रज्ञांना कधीच मिळाली नाही. उदाहरणार्थ जगद्गुरु शंकराचार्य किंवा ग्रीक फिलॉसॉफर सॉक्रेटिस यांची शिकवण समजली नसली तरी सगळे लोक त्यांची नांवे आदराने घेतात पण मदुराईचे मीनाक्षी मंदिर किंवा रोमचे कोलोजियम पाहून सगळे लोक थक्क होत असले तरी त्या भव्य इमारती कुणी आणि कशा बांधल्या हे तिथल्या गाईडना देखील माहीत नसते. 

धातूविज्ञानाची प्रगति कुठल्या क्रमाने होत गेली याची त्रोटक माहिती उपलब्ध आहे. पुरातत्ववेत्त्यांना (आर्किऑलॉजिस्ट) ठिकठिकाणी केलेल्या उत्खननांमध्ये जे अवशेष मिळतात त्यांची तपासणी करून त्या वस्तूचे अंदाजे वय आणि ती कशापासून तयार केली होती याचा अंदाज लागतो आणि तिला तयार करण्याचे कौशल्य आणि विद्या यांची माहिती समजते. त्यावरून पाहता उत्क्रांतीचा क्रम समजतो. त्याच्या आधाराने मानवाच्या इतिहासाचे अश्मयुग किंवा पाषाणयुग (स्टोन एज), कांस्ययुग (ब्राँझ एज) आणि लोहयुग (आयर्न एज) असे ढोबळ भाग पाडले आहेत. यातले प्रत्येक युग काही हजार वर्षांचे आहे. जगातल्या निरनिराळ्या भागात त्या काळांमधले त्यांचे अवशेष मिळतात आणि ते यापुढेही मिळत राहणार आहेत. नव्या धातूचा शोध लागला म्हणून आधीच्या धातूचा उपयोग करणे थांबत नाही. ते सगळे धातू आजतागायत उपयोगात आहेतच. त्यामुळे त्यातला कोणता धातू सर्वात आधी कधी आणि कुठे तयार केला गेला याचा एक निश्चित असा क्रम सांगता येणार नाही.

माणूस अजून पाषाणयुगात असतांनाच सुमारे आठ हजार वर्षांपूर्वी त्याला सर्वात आधी सोने सापडले. सोने हा एक असा धातू आहे की तो आगीमध्ये जळत नाही की पाण्यामध्ये गंजत नाही. त्याची आणखी कुणासोबत संयुगे न होता तो नैसर्गिक स्थितीमध्ये लक्षावधी वर्षे जमीनीत पडून राहिला आहे. यामुळे कधी माती खणतांना किंवा दगड फोडतांना त्यात चकाकणारे सोन्याचे लहानसे गोळे माणसाला मिळाले आणि त्याने ते जपून ठेवायला सुरुवात केली.  पण हा धातू पूर्वीपासूनच दुर्मिळ आणि मौल्यवान असल्यामुळे त्याचा उपयोग दागदागिने करण्यासाठी आणि धनदौलत म्हणूनच होत राहिला.

सुमारे सहा सव्वासहा हजार वर्षांपूर्वी तांबे हा पहिलाच धातू माणसाने कृत्रिम रीत्या तयार केला. त्याच्या खनिजाला म्हणजे एकाद्या ठिकाणच्या मातीला मोठ्या जाळात भाजत असतांना त्यातून वितळलेले तांबे बाहेर पडले. तो धातू कुठल्या मातीपासून आणि कसा तयार करायचा आणि त्याला कसा आकार द्यायचा यावर पुढील दोन अडीच हजार वर्षे अनेक प्रकारचे प्रयोग करून माणसाने त्यात हळूहळू प्राविण्य मिळवले. कांस्ययुगाच्या सुरुवातीचा भाग असलेल्या या कालखंडाला ताम्रयुग असेही म्हंटले जाते. शुद्ध तांबे फारच मऊ असल्यामुळे त्याचा लढाईसाठी फारसा उपयोग नव्हता. तांब्याचा शोध लागल्यानंतर माणसाला आर्सेनिक, कथील, शिसे असे आणखी कांही धातू सापडले आणि कांही कामांसाठी त्यांचाही उपयोग व्हायला लागला.  वितळलेल्या तांब्यामध्ये आर्सेनिक किंवा कथील असा दुसरा धातू मिसळला तर ते मिश्रण थंड झाल्यानंतर त्यामधून जास्त कणखर आणि टिकाऊ पदार्थ तयार होतो असे सुमारे साडेचार हजार वर्षांपूर्वी माणसाला समजले. अशा मिश्रधातूला कांस्य (ब्राँझ) म्हणतात. त्याचे गुणधर्म पाहता त्याचा अधिक प्रमाणात उपयोग व्हायला लागला आणि कांस्ययुग बहराला आले. ते आणखी सुमारे पुढील हजार वर्षे टिकले. काही ठिकाणच्या खाणीमधील खनिजातच तांब्याबरोबर इतर एकादी धातू मिसळलेली असल्यामुळे त्यामधून थेट कांस्यच तयार झाले. यामुळे कांस्ययुग हे पूर्वीपासून मानले जाते. जगाच्या पाठीवरील भारतासह अनेक देशांमध्ये केलेल्या उत्खननांमध्ये कांशाच्या मूर्ती तसेच शस्त्रास्त्रे सापडली आहेत. ताम्रयुगातल्या वस्तूंपेक्षा या किती तरी सुबक आहेत हे चित्रावरून लक्षात येईल.
----------------------------------------

धातुविद्येचा इतिहास - भाग २

ओल्या मातीपासून तयार केलेल्या वस्तूला भट्टीत भाजल्यावर कणखरपणा आणि टिकाऊपणा येतो हे माणसाला पाषाणयुगातच समजले होते आणि तो विटा, कौले, गाडगी, मडकी वगैरेंचा वापर करायला लागला होता. त्याने निरनिराळ्या प्रकारच्या आणि आकारांच्या भट्ट्या तयार केल्या. या कुंभारांच्या भट्ट्यांमध्ये दगडमातीवर केलेल्या प्रयोगांमधून तांबे, कथिल, शिसे यासारख्या धातूंचे शोध लागत गेले. कमी तापमानावर वितळणारे धातू कांस्ययुगात सापडले. त्यांचा अधिक अभ्यास आणि प्रयोग करून ते धातू आणि त्यांचे मिश्रधातू तयार करून त्यांना आकार देण्याच्या तंत्रज्ञानाचा विकास होत गेला.

सुमारे साडेतीन हजार वर्षांपूर्वी लोखंडाचा शोध लागला आणि त्याने जगाच्या इतिहासाचे रूप पालटले. तेंव्हा सुरू झालेले लोहयुग दोनशे वर्षांपूर्वीपर्यंत तर चाललेले होतेच, किंबहुना ते अजून चाललेले आहे असेही म्हणता येईल. लोखंड हा धातू खनिजांच्या स्वरूपात पृथ्वीवर भरपूर प्रमाणात सापडतो, पण त्यापासून लोखंड तयार करण्याची क्रिया सोपी नाही. सुमारे साडेतीन ते चार हजार वर्षांपूर्वीच्या कांही उद्योगशील लोकांनी लोखंडाचे खनिज आणि कोळसा यांना चुनखडीसारख्या आणखी कांही पदार्थांसोबत खास प्रकारच्या भट्ट्यांमध्ये खूप जास्त तापमानापर्यंत भाजले आणि त्यातून लोखंड तयार केले. या धातूच्या अद्भुत गुणधर्मांमुळे त्याने इतर धातू आणि कांस्य यांना बाजूला सारून आघाडी मारली.  इतिहासातले कांस्ययुग संपून लोहयुग सुरू झाले असे म्हंटले जात असले तरी पुढील काळातही, अगदी आजमितीपर्यंत तांबे, कथिल, शिसे, कांस्य आदी त्या युगातल्या धातूंचा विशिष्ट कामांसाठी उपयोग होतच राहिला आहे.

लोखंडाचे निरनिराळे प्रकार आहेत आणि त्यांच्या गुणधर्मानुसार त्याचा उपयोग केला जातो. लहान भट्ट्यांमध्ये लोखंड तयार करतांना त्याच्या द्रवणांकापेक्षा (melting point) कमी तापमानावर तप्त लोखंडाचा स्पंजसारखा गोळा तयार होतो. त्याहून अधिक तपमानावर ते वितळते तसेच त्यात कर्ब (कार्बन) मिसळले जाऊन त्याचे कच्चे लोखंड (पिग आयर्न) बनते. प्राचीन काळातल्या कांही ठिकाणी पहिल्या आणि कांही जागी दुसऱ्या प्रकाराने लोखंड तयार होत होते. या दोघांच्याही गोळ्यांना पुन्हा तापवून ते मऊ झाल्यावर त्यांना ठोकून एकत्र जोडता येते तसेच गोल किंवा चपटा असा आकार देता येतो. या प्रकाराला रॉट आयर्न (Wrought Iron) म्हणतात. दिल्ली येथील प्रख्यात लोहस्तंभ खास प्रकारच्या रॉट आयर्नचा आहे.

लोखंडाला वितळवून आणि साच्यात ओतून वेगवेगळ्या आकारांच्या ओतीव लोखंडाच्या (Cast Iron) वस्तू तयार करता येतात. या वस्तू कणखर आणि मजबूत असतात, पण त्या कांही प्रमाणात ठिसूळ असल्यामुळे त्यांना तडे जाऊ शकतात. लोहामध्ये विशिष्ट प्रमाणात कर्ब आणि सिलिकॉन, मँगेनीज यांचेसारखी इतर कांही द्रव्ये मिळवली तर त्यामधून पोलाद तयार होते. हा धातू मजबूत तसाच लवचीकही असतो. पोलादाला तापवून पाण्यात बुडवले तर ते जास्तच कणखर होते. त्याला धार लावता येते आणि ती बोथट न होता टिकून राहते. यामुळे त्यापासून भाले, कट्यार, खंजीर आणि तलवारी यांच्यासारखी शस्त्रे तयार होऊ लागली आणि या पोलादी शस्त्रांमधून सामर्थ्य निर्माण झाले. आदिमानव लहान टोळ्यांमध्ये रहात होते. मानवाच्या हातात घातक शस्त्रे हातात आल्यानंतर मोठी राज्ये-साम्राज्ये तयार झाली, त्यांनी शस्त्रास्त्रांनी सुसज्ज अशी सेनादले बाळगली आणि त्यांच्या जोरावर ते लोक आक्रमणे व युद्धे करायला लागले. पुढे तोफा, बंदुका यासारखी लांब पल्ल्यावर मारा करणारी शस्त्रेही निघाली आणि त्यामुळे जगभरात कमालीची उलथापालथ झाली.
   
शस्त्रे आणि अवजारे यांचा विकास नेहमीच हातात हात घालून होत आला आहे. पोलादाचे गुण पाहून त्याचा उपयोग शेती, उद्योग आणि घरातदेखील व्हायला लागला. शेतकामासाठी कुदळ, पहार, कुऱ्हाड यासारखी, कारखान्यांसाठी हातोडे, घण, करवती वगैरे, यंत्रे आणि वाहने यांच्यासाठी चक्रे आणि घरातल्या उपयोगासाठी सुरी, कात्री, दाभण, तवा, झारा अशी अनेक अवजारे तयार होत गेली. लोहारकाम हा एक महत्वाचा उद्योग सुरू झाला. लोखंड आणि पोलादाच्या शोधानंतर अशा प्रकारे माणसाच्या जीवनाला आणि इतिहासाला कलाटणी मिळाली. या सगळ्या गोष्टींची सुरुवात सुमारे अडीच तीन हजार वर्षांपूर्वी झाली. 

त्यानंतर लोखंड तयार करण्याच्या विद्येत अनेक सुधारणा होत गेल्या. चांगल्या दर्जाचे खनिज वापरणे, भट्ट्यांचा आकार वाढवणे, त्यांमध्ये जाळण्यासाठी चांगल्या ज्वलनशील लाकडांपासून केलेला कोळसा तयार करणे, आगीची आंच वाढवण्यासाठी भात्याने हवा पुरवत राहणे यासारखे प्रयत्न होत राहिले. साध्या कोळशाशिवाय दगडी कोळशाचाही उपयोग सुरू झाला. त्यामधून लोखंडाचे उत्पादन वाढत गेले. लोखंडामध्ये इतर धातू मिसळून निरनिराळ्या यंत्रांना किंवा शस्त्रांना उपयुक्त असे विशिष्ट गुणधर्म असलेले किंवा कमी गंजणारे अनेक प्रकारचे मिश्रधातू तयार होत गेले, त्यांना पत्रे, सळ्या किंवा नळ्या अशासारखे आकार देऊन आणि त्यांचा उपयोग करून नवी शस्त्रास्त्रे तसेच यंत्रे आणि उपयोगाची साधने तयार होत गेली .

धातुविद्येमध्ये सुमारे तीनशे वर्षांपूर्वीच्या काळापर्यंत झालेल्या प्रगतीचा थोडक्यात आढावा या लेखात घेतला आहे. त्यानंतर म्हणजे वाफेच्या इंजिनाच्या शोधापासून सुरू झालेल्या यंत्रयुगामध्ये खाणीमधून खनिजे काढणे, त्यापासून निरनिराळे धातू निर्माण करणे, नवनवे नवीन धातू शोधून काढणे आणि या सर्वांपासून उपयोगाच्या वस्तू तयार करणे या सर्वच बाबतीत झपाट्याने वाढ झाली. विज्ञान आणि तंत्रज्ञान क्षेत्रात पुढील काळात झालेल्या प्रगतीची चर्चा करतांना त्याची माहिती येईल.