अणुशक्तीचा शोध - भाग १ ते ४

हा लेख आधी चार भागात लिहिला होता. ते चार भाग एकत्र केले. दि,१२-०३-२०२५

अणुशक्तीचा शोध - भाग १ परंपरागत ऊर्जास्त्रोत

"या देवी सर्वभूतेषु शक्तिरूपेण संस्थिता । नमस्तसै नमस्तसै नमस्तसै नमोनमः।।" असे देवीच्या प्रार्थनेतल्या एका श्लोकात म्हंटले आहे. "सर्व प्राणीमात्रांमध्ये शक्तीच्या रूपाने निवास करणाऱ्या देवीला नमस्कार." असा या श्लोकाचा अर्थ होतो. वाघसिंहासारख्या हिंस्र श्वापदांच्या अंगात तर अचाट बळ असतेच, मुंग्या आणि डासांसारख्या बारीक कीटकांच्या अंगातही त्यांच्या शरीराच्या आकाराच्या मानाने भरपूर ताकत असते. प्राणीमात्रांकडे असलेली शक्ती त्यांच्या हालचालींमधून स्पष्टपणे दिसत असते. आपल्या स्वतःच्या तसेच सजीवांच्या शरीरातली शक्ती आणि ध्वनी, प्रकाश, ऊष्णता, प्रवाह यांच्यासारखी निसर्गामधल्या ऊर्जेची रूपे आपल्याला रोजच्या पाहण्यात दिसत असतात, हे सगळे अगदी आपल्या दैनंदिन जीवनाचे भाग आहेत. 'शक्ती' या मराठी शब्दाचा रूढ अर्थ बराच मोघम आणि व्यापक आहे. मंत्रशक्ती, तंत्रशक्ती, दैवी शक्ती, इच्छाशक्ती वगैरेंचासुद्धा त्यात समावेश होतो. 'शक्ती' या शब्दाचा उपयोग 'सामर्थ्य' या आणखी एका मोघम अर्थाने केला जातो. अशा इतर प्रकारच्या शक्तींशी अणुशक्तीचा कसलाही संबंध नाही. हा लेख विज्ञानासंबंधी असल्यामुळे 'तशा' प्रकारच्या शक्तींना यात स्थान नाही. हे पाहता 'एनर्जी' या अर्थाने 'ऊर्जा' या शब्दाचा वापर मी या लेखात शक्यतोवर करणार आहे.

ऊन, वारा आणि नदीचा प्रवाह या निसर्गातील शक्तींचा उपयोग करून घेऊन आपले जीवन अधिकाधिक चांगले बनवण्याचे प्रयत्न मानव अनादिकालापासून आजतागायत करत आला आहे. उदाहरणे द्यायची झाल्यास कपडे किंवा धान्य वाळवण्यासाठी उन्हामधील ऊष्णतेचा उपयोग केला जातो, सोलर हीटर्स आणि फोटोव्होल्टाइक सेल्स वगैरेंचा वापर आता वाढत्या प्रमाणात होऊ लागला आहे. वाऱ्यामधील ऊर्जेवर पूर्वी शिडाची जहाजे चालत असत, आताही यॉट्स नावाच्या नौकांना शिडे असतात, हॉलंडमधले लोक पवनचक्क्यांचा उपयोग पाणी उपसण्यासाठी करत असत आणि विंड टर्बाईन्स हे आता जगभरात वीजनिर्मितीचे एक महत्वाचे साधन झाले आहे. लाकडाचे ओंडके आणि तराफे यांना पूर्वापारपासून नदीच्या पाण्याच्या सहाय्याने पुढे वहात नेले जात असे, मध्ययुगात काही ठिकाणी पाणचक्क्या बसवून त्यांच्या सहाय्याने यंत्रे चालवली गेली आणि आता हैड्रोइलेक्ट्रिक पॉवर स्टेशन्समध्ये विजेची निर्मिती होते.

निसर्गामधील ऊर्जेच्या या साधनांचा उपयोग करून घेण्यासाठी ऊर्जेचे हे स्रोत (सोर्सेस) जिथे आणि जेंव्हा उपलब्ध असतील तेंव्हा तिकडे जाणे आवश्यक असते. उदाहरणार्थ रात्रीच्या वेळी किंवा पावसाळ्यात ढगाळ हवा असतांना कडक ऊन नसते आणि नदी ज्या भागामधून  वहात असेल तिथे जाऊनच तिच्या प्रवाहाचा उपयोग करून घेता येतो. दुसरी गोष्ट म्हणजे या नैसर्गिक स्रोतांवर माणसाचे कणभरही नियंत्रण नसते. जेवढे प्रखर ऊन पडेल, जेवढ्या जोराचा वारा सुटेल आणि ज्या वेगाने पाणी वहात असेल त्यानुसार त्याला आपले काम करून घ्यावे लागते. निसर्गामधील ऊर्जांचा फक्त अभ्यास करता येतो, ते कुठे, कधी आणि किती उपलब्ध आहेत हे समजून घेता येते, पण आपल्याला हवे असेल तेंव्हा किंवा हवे तिथे त्यांना निर्माण करता किंवा आणता येत नाही.

अग्नी चेतवणे आणि विझवणे याचे तंत्र मानवाने अवगत करून घेतल्यानंतर ऊर्जेचे हे साधन मात्र त्याला केंव्हाही, कोठेही आणि हव्या तेवढ्या प्रमाणात मिळवणे शक्य झाले. साधे भात शिजवणे असो किंवा खनिजापासून धातू तयार करणे आणि त्याला तापवून आणि ठोकून हवा तसा आकार देणे असो, गरजेप्रमाणे चुली, शेगड्या आणि भट्ट्या वगैरे बांधून आपण आपल्याला पाहिजे असेल तेंव्हा आणि पाहिजे त्या जागी अग्नीचा उपयोग करून घेऊ शकतो. त्यासाठी असंख्य प्रकारचे ज्वलनशील, ज्वालाग्राही आणि स्फोटक पदार्थ मानवाने शोधून काढले, तोफा आणि बंदुकांसारखी शस्त्रास्त्रे निर्माण केली, वाफेवर आणि तेलावर चालणारी इंजिने तयार केली. आता अग्निबाणांच्या सहाय्याने अवकाशात याने पाठवत आहे. अग्नि हे ऊर्जेचे प्रमुख प्राथमिक साधन (प्रायमरी सोर्स) झाले आहे.

आकाशात अचानक चमकणारी वीज हा ऊर्जेचा एक अद्भुत असा प्रकार आहे. कानठळ्या बसवणाऱ्या गडगडाटासह ती अवचितपणे येते, डोळ्यांना दिपवणाऱ्या प्रकाशाने क्षणभरासाठी आकाश उजळून टाकते आणि पुढच्या क्षणी अदृष्य होऊन जाते. एकाद्या घरावर किंवा झाडावर वीज कोसळली तर त्याची पार राखरांगोळी करून टाकते. तिच्या या रौद्र स्वरूपामुळे पूर्वी माणसाला विजेबद्दल फक्त भीती वाटायची. तशी ती अजूनही वाटते कारण आकाशातल्या विजेवर कसलेही नियंत्रण ठेवणे अशक्य आहे. तिच्या तडाख्यामधून वाचण्याचे काही उपाय मात्र आता उपलब्ध झाले आहेत. याच विजेची कृत्रिमपणे निर्मिती करून तिच्यावर मात्र आता इतक्या प्रकारे नियंत्रण करणे शक्य झाले की त्यामुळे मानवाच्या जीवनात क्रांतीकारक बदल झाले. कारखान्यांमधली अवजड यंत्रे विजेवर चालतात आणि त्यातून आपल्याला रोज लागणाऱ्या बहुतेक सगळ्या वस्तू तयार होतात, विजेवर चालणाऱ्या रेल्वेच्या इंजिनांमुळे प्रवास सुखकर झाला आहे. विजेच्या उपयोगामुळेच टेलिफोन, काँप्यूटर्स, इंटरनेट वगैरे अनंत उपकरणे चालतात, आपले रोजचे जीवन आता जवळजवळ पूर्णपणे विजेवर अवलंबून असते. 

ऊन, वारा यासारखे ऊर्जेचे नैसर्गिक स्रोत पूर्णपणे निसर्गाच्या मर्जीनुसारच उपलब्ध होतात. इंधनाच्या ज्वलनातून मिळणारी ऊष्णता आणि प्रकाश काही प्रमाणात हवे तेंव्हा आपल्या नियंत्रणाखाली निर्माण करता येतात. पण ही ऊर्जा जिथे निर्माण होते तिथेच तिचा वापर करावा लागतो. खिचडी शिजवायची असेल तर पातेले चुलीवरच ठेवावे लागते, बिरबलाने केले त्याप्रमाणे ती हंडी उंचावर टांगून ठेवली तर तिच्यातली खिचडी कधीच शिजणार नाही. समईचा मंद उजेड खोलीच्या एका कोपऱ्यात पडेल, बाहेरच्या अंगणात तो दिसणार नाही. विजेच्या बाबतीत मात्र एका जागी असलेल्या वीजनिर्मितीकेंद्रात (पॉवर स्टेशनमध्ये) मोठ्या प्रमाणावर तयार झालेली वीज तारांमधून शेकडो किलोमीटर दूरपर्यंत नेता येते आणि तितक्या दूरवर पसरलेल्या शेकडो गावांमधल्या हजारो घरातले दिवे, पंखे वगैरेंना पुरवता येते. याच्या उलट पाहता मनगटी घड्याळासारख्या (रिस्टवॉचसारख्या) लहानशा यंत्राला लागणारी अत्यल्प वीज नखाएवढ्या बटनसेलमधून तयार करून त्याला पुरवता येते. विजेच्या या गुणामुळे तिचा उपयोग अनंत प्रकारांनी केला जातो.

वीज या प्रकारच्या ऊर्जेचे आणखी एक वैशिष्ट्य असे आहे की तिचे ध्वनी, प्रकाश, ऊष्णता, प्रवाह यांच्यासारख्या ऊर्जेच्या इतर रूपांमध्ये परिवर्तन करणे सुलभ असते. मायक्रोफोनमध्ये ध्वनी पासून विजेचा प्रवाह तयार होतो आणि स्पीकरमध्ये याच्या उलट होते, विजेच्या बल्बमधून प्रकाशकिरण बाहेर पडतात आणि सोलर सेलमध्ये याच्या उलट होते, ओव्हन, हीटर, गीजर वगैरेंमध्ये विजेपासून ऊष्णता निर्माण होते, विजेद्वारे चक्र फिरवता येते आणि त्या चक्राला पाती जोडून त्याचा पंखा किंवा पंप केला की त्यांच्या उपयोगाने हवेचा किंवा पाण्याचा प्रवाह तयार करता येतो. यांच्या उलट वॉटरटर्बाइन्समधील पाण्याच्या प्रवाहामुळे एक चाक फिरते आणि त्या चाकाला जोडलेल्या जनरेटरमध्ये वीज तयार होते. स्टीम टर्बाइन किंवा गॅस टर्बाइन्समध्ये ऊष्णतेचे परिवर्तन विजेमध्ये केले जाते. घरकामात, ऑफीसांमध्ये किंवा अनेक प्रकारच्या कारखान्यांमध्ये विजेचा वापर करणे सोयिस्कर आणि किफायतशीर असल्यामुळे अन्य मार्गांनी उपलब्ध झालेल्या ऊर्जेचे विजेमध्ये परिवर्तन करून तिचा उपयोग करणे आता रूढ झाले आहे. दुर्गम अशा अरण्यांमध्ये किंवा पर्वतशिखरांवर जिथे वीज पोचवणे फार कठीण आहे असे अपवाद वगळल्यास बाकीच्या सगळ्या जगात आता विजेचा उपयोग रोजच्या जीवनाचा भाग झाला आहे. एकाद्या देशाचा किंवा विभागाचा किती विकास झाला आहे याचे मोजमाप आता तिथे होत असलेल्या विजेच्या वापराशी निगडित झाले आहे.

.  . . . . . . . . . 

अणुशक्तीचा शोध - भाग २  ऊर्जेचे उगमस्थान

आपल्या रोजच्या ओळखीचे परंपरागत ऊर्जेचे काही प्रकार आपण पहिल्या भागात पाहिले. पण आपल्याला यांच्याबद्दल कितीशी माहिती असते? आपल्या हातापायांमधले बळ आपल्याला खाण्यापिण्यामधून मिळते एवढे सगळ्यांना माहीत असते. लाकूड जाळल्याने जशी आग निघते त्याचप्रकारे पण एक सौम्य आग (जठराग्नि) आपल्या पोटात तेवत असते आणि त्या अग्नीला अन्नाची आहुती देतांना आपण एक यज्ञ करत असतो असे 'वदनि कवळ घेता .. उदरभरण नोहे जाणिजे यज्ञकर्म।।' या श्लोकात म्हंटले आहे. पण "आपण खाल्लेल्या अन्नाचे ऊर्जेत होणारे रूपांतर कसे, केंव्हा आणि नेमके कुठे होते? लाकडाच्या जळण्यामधून तरी ऊष्णता आणि उजेड का बाहेर निघतात?" असले प्रश्न बहुतेक लोकांना कधी पडतच नाहीत. यासारखे "नदीच्या खळाळणाऱ्या पाण्याला कशामुळे जोर मिळतो? ती नेहमी पर्वताकडून समुद्राकडेच का वाहते? त्या वाहण्याच्या क्रियेसाठी लागणारी ऊर्जा तिला कुठून मिळते? वारे कशामुळे वाहतात?" असे अनेक प्रश्न असतात. "परमेश्वराची योजना किंवा लीला" असेच अशा प्रश्नांचे उत्तर बहुतेक लोकांकडून मिळेल. लहान मुलांनी जिज्ञासेपोटी असे प्रश्न विचारले असता ती वेळ निभावून नेण्यासाठी सगळी जबाबदारी देवबाप्पावर टाकली जाते आणि "देवबाप्पा जे काय करेल ते अंतिम, त्याच्यापुढे काही विचारायचे नाही." अशी ताकीद देऊन त्यांना गप्प केले जाते. नंतर असल्या प्रश्नांची उत्तरे माहीत नसली तरी त्यावाचून आपले काही अडत नाही असे म्हणून मोठेपणी त्यांचा सहसा कोणी विचार करत नाही.

सर्वसाधारणपणे असे असले तरी काही लोक याला अपवाद असतात. पूर्वी त्यांना तत्वज्ञ (फिलॉसॉफर) म्हणत, आता वैज्ञानिक (सायंटिस्ट) म्हणतात. "देवाची करणी" या उत्तराने त्यांचे समाधान होत नाही. उपलब्ध असलेली माहिती, आपली बुद्धी, विचारशक्ती आणि अनुभव यांच्या आधारे ते यापेक्षा वेगळे उत्तर शोधू पाहतात. त्यासाठी ते कष्ट घेतात, प्रयोग आणि निरीक्षण करतात, त्यावर मनन चिंतन वगैरे करून समर्पक आणि सुसंगत असे उत्तर शोधण्यासाठी प्रयत्न करतात. अशा विद्वान लोकांनी अग्नि, वायू, सूर्यप्रकाश यासारख्या ऊर्जेच्या निरनिराळ्या रूपांचा आणि निसर्गातल्या ऊर्जास्त्रोतांचा बारकाईने अभ्यास केला, त्यांच्यामागे असलेली शास्त्रीय कारणे शोधली, सिद्धांत मांडले, ते सगळे समजून घेऊन त्यांचा अधिकाधिक उपयोग कसा करता येईल याचे प्रयत्न केले. यातून विज्ञान आणि तंत्रज्ञानातली प्रगती होत गेली.

"झाडावरून वेगळे झालेले सफरचंद नेहमी खाली जमीनीवरच का येऊन पडते?" या प्रश्नावर विचार करता "जमीनच त्याला तिच्याकडे ओढत असणार." अशी न्यूटनची खात्री पटली आणि त्याने या आकर्षणाचे गणिती नियम समजून घेतले आणि जगाला सांगितले. सुप्रसिद्ध सफरचंदाप्रमाणे ढगातल्या पाण्याच्या थेंबांनाही पृथ्वी खाली खेचते आणि त्यामुळे आकाशातून जमीनीवर पाऊस पडतो. पण मग "पर्वतावर पडलेल्या पावसाचे पाणी जर पर्वताच्या आकर्षणामुळे ढगामधून खाली येऊन पडले असेल तर त्याच आकर्षणामुळे ते तिथेच का थांबत नाही? डोंगर हा सुद्धा पृथ्वीचाच भाग आहे ना? मग ते पाणी त्याला सोडून उतारावरून आणखी खाली का धावत येते आणि त्यातून तयार झालेली नदी वहात वहात पुढे जात अखेर समुद्राला का जाऊन मिळते?" असे काही प्रश्न उठतात. याचे कारण पृथ्वीचे आकर्षण त्या पाण्याला फक्त जमीनीकडे ओढण्यापुरते नसते तर ते त्याला पृथ्वीच्या गोलाच्या केंद्राच्या दिशेने खेचत असते. पर्वताचा भाग त्या गोलाच्या मध्यबिंदूपासून दूर असतो आणि समुद्राचा तळ त्यामानाने जवळ असतो. यामुळे पावसाचे पाणी डोंगरावरून जिकडे उतार असेल त्या दिशेने वाहू लागते आणि समुद्राला मिळेपर्यंत वहात राहते. नदीचे वाहणे पृथ्वीच्या गुरुत्वाकर्षणामुळे घडत असते. याचाच अर्थ नदीमधल्या वाहत्या पाण्यामधली वाहण्याची शक्ती त्या पाण्याला पृथ्वीकडून मिळते.

पण मग त्या आधी ते पाणी समुद्रामधून उठून पृथ्वीच्या गुरुत्वाकर्षणाच्या विरुद्ध उंच पर्वतावर कसे जाऊन पोचते? याचे उत्तर असे आहे. पृथ्वीच्या पृष्ठभागावरील पाण्याची सूर्याच्या उन्हाने वाफ होते. ही वाफ हवेपेक्षा हलकी असते. यामुळे पृथ्वीची गुरुत्वाकर्षण शक्ती हवेला अधिक जोराने आपल्याकडे ओढत असते आणि त्यामुळे तिच्या तुलनेने हलकी असलेली वाफ पृथ्वीपासून दूर (वातावरणात उंचावर) ढकलली जाते. म्हणजे या गोष्टीलासुध्दा पृथ्वी कारणीभूत असते. पण उंचावर गेलेली वाफ थंड होऊन तिच्यात पाण्याचे सूक्ष्म कण तयार होतात आणि त्यातून ढग तयार होतात. वाऱ्यामुळे हे ढग समुद्रापासून दूर दूर ढकलले जात राहतात. वाटेत एकादा डोंगर आडवा आला तर ते पुढे जाऊ शकत नसल्याने त्याला आपटून ते आणखी वर जाऊ पाहतात, पण तिथले तापमान कमी असल्याने ढगातली वाफ थंड होऊन पाण्याचे थेंब आकाराने वाढत जातात आणि ते हवेहून जड असल्याने पृथ्वीच्या गुरुत्वाकर्षणामुळे खाली येऊन जमीनीवर बरसतात. याचाच अर्थ जमीनीवरील किंवा समुद्रामधील पाण्याला आधी सूर्यापासून ऊर्जा मिळते. ती वाफेमध्ये सुप्त अवस्थेत (लेटेंट हीट) असते, उंच पर्वतावर पडलेल्या पाण्यातही  सुप्तरूपाने (पोटेन्शियल एनर्जी) असते. पृथ्वीच्या आकर्षणाने ते पाणी नदीमधून वाहू लागल्यावर त्याला गतिमान रूप (कायनेटिक एनर्जी) मिळते. अशा प्रकारे या ऊर्जेचा मूळ स्त्रोत सूर्य असतो आणि पृथ्वीचे गुरुत्वाकर्षण त्या ऊर्जेच्या रूपात बदल घडवून आणते असेही म्हणता येईल. याचप्रमाणे वाळवंटामधील हवा उन्हाने तप्त होऊन विरळ होते. पृथ्वीच्या गुरुत्वाकर्षणामुळे या हवेचा तिच्यावर जो दाब पडत असतो तो कमी (हलका) होतो आणि जास्त दाब असलेली तुलनेने थंड हवा तिकडे धाव घेते. याला आपण वारा म्हणतो. म्हणजेच वाहत्या वाऱ्यामधील ऊर्जासुध्दा त्याला अप्रत्यक्षपणे सूर्याकडूनच मिळते. पण सूर्य आणि अग्नी यांची ऊर्जा कोठून येते? या प्रश्नाची उकल समजून घेण्यापूर्वी आणखी काही गोष्टी ठाऊक असणे आवश्यक आहे.

आपल्या समोर आलेली कुठलीही नवी वस्तू किंवा पदार्थ कशापासून तयार झाला असेल हा विचार पटकन आपल्या मनात येतो. व्यापक विचार करणाऱ्या विद्वानांना आपले विश्व कशापासून बनलेले असावे हे एक मोठे आकर्षक कोडे वाटत आले आहे. ते सोडवण्याचे प्रयत्न वैज्ञानिक लोक पूर्वापारपासून करत आले आहेत आणि पुढेही करत राहणार आहेत. जगातले सर्व पदार्थ सूक्ष्म कणांपासून तयार झालेले आहेत असे मुनिवर्य कणाद यांनी सांगितले  होते. या कणांसंबंधी त्यांनी आणखी काही तपशील सांगितला असला तरी तो मला माहीत नाही. पृथ्वी, आप (पाणी), तेज, वायू आणि आकाश या पंचमहाभूतांमधून प्रत्येक जड पदार्थ तयार झाला आहे असे आपल्या प्राचीन काळातल्या शास्त्रकारांनी सांगितले होते पण हे निदान ढोबळ मानाने झाले. पृथ्वीवरील दगडमाती सगळीकडे एकसारखी नसते, त्यात विपुल वैविध्य आहे, सागर, नदी, तलाव, विहिरी यांमधले पाणी वेगवेगळे असते, हवेतसुद्धा नायट्रोजन, ऑक्सीजन आणि काही इतर वायू मिसळलेले असतात. यामुळे याहून जास्त तपशीलात जाणे आवश्यक आहे. या विश्वामधील सर्व पदार्थ अतीसूक्ष्म अशा कणांपासून बनले आहेत ही कल्पना दोन तीन शतकांपूर्वी सर्व शास्त्रज्ञांनी मान्य केली आणि सर्वांच्या मनात ती रुजली. त्यानंतर त्यांनी या कणांच्या गुणधर्मांचा कसून अभ्यास केला.

जगामधले पदार्थ जसे एकमेकांपासून वेगळे असतात त्याचप्रमाणे त्यांचे कणसुद्धा एकमेकांसारखे नसणारच. शास्त्रज्ञांनी सर्व पदार्थांचे तीन प्रमुख वर्ग केले आहेत. लोह (लोखंड), ताम्र (तांबे), कर्ब (कार्बन), गंधक (सल्फर). प्राणवायू (ऑक्सीजन), नत्रवायू (नायट्रोजन) यासारखी सुमारे शंभर मूलद्रव्ये असतात. ऑक्सीजन आणि हैड्रोजन मिळून पाणी तयार होते, सोडियम आणि क्लोरिनच्या संयोगातून मीठ होते, अशा प्रकारची असंख्य संयुगे (कॉम्पाउंड्स) असतात. पण दगड, माती, दूध, दही, पानेफुले वगैरे आपल्या ओळखीच्या बहुतेक पदार्थांमध्ये अनेक संयुगांचे किंवा मूलद्रव्यांचे मिश्रण (मिक्श्चर) असते. ऑक्सीजन आणि हैड्रोजन मिळून तयार झालेल्या पाणी या संयुगाचे गुणधर्म सर्वस्वी वेगळे असतात. पण पाण्यात मीठ विरघळले तर त्यात पाण्याचे आणि मिठाचे अशा दोन्ही द्रव्यांचे गुण असतात. यामुळे ते एक मिश्रण असते. पितळ किंवा स्टेनलेस स्टील हीसुद्धा संयुगे नसून मिश्रणे आहेत. हवा हेसुद्धा एक मिश्रण आहे आणि तिच्यामधील निरनिराळे वायू स्वतःचे गुणधर्म बाळगून असतात.

मूलद्रव्यांच्या सर्वात सूक्ष्म कणाला अणू (अॅटम) आणि संयुगांच्या सर्वात सूक्ष्म कणाला रेणू (मॉलेक्यूल) असे नाव दिले आहे. अर्थातच एका रेणूमध्ये दोन किंवा त्याहून जास्त (कितीही) अणू असतात, पण ते एकमेकांना रासायनिक बंधनाने (केमिकल बाँडिंगने) जुळलेले असतात.  हे रेणू साध्या डोळ्यांनी तर नाहीच, पण दुर्बिणीमधूनसुध्दा प्रत्यक्षात दिसत नसले तरी शास्त्रज्ञांनी त्यांच्या रचनेबद्दल काही काल्पनिक संकल्पना मांडल्या आणि पदार्थांच्या गुणधर्मांच्या निरीक्षणांमधून त्यांना अप्रत्यक्षपणे पण निश्चित स्वरूपाचा दुजोरा मिळत गेला. या सूक्ष्म कणांच्या अभ्यासातून त्यांचे जे गुणधर्म समजले, त्यात असे दिसले की हे सर्व कण चैतन्याने भारलेले असतात. याची अनेक सोपी उदाहरणे दाखवता येतील.

भरलेला फुगा फोडला की त्याच्या आतला वायू क्षणार्धात हवेत विरून जातो, त्याला परत आणता येत नाही. कारण त्यातील सूक्ष्म कण स्वैरपणे इतस्ततः भरकटत असतात. स्वच्छ पाण्याने भरलेल्या पेल्यात कोकाकोलाचा एक थेंब टाकला की तोसुध्दा सगळीकडे पसरतांना दिसतो, कारण द्रवरूप पदार्थांचे सूक्ष्म कण सुध्दा एका जागेवर स्थिर न राहता वायूंपेक्षा कमी वेगाने पण सतत संचार करत असतात. घनरूप पदार्थांचे तपमान वाढले की ते प्रसरण पावतात आणि कमी झाले की आकुंचन पावतात, कारण त्यांचे सूक्ष्म कण सुध्दा जागच्या जागीच हालचाल करत असतात. थोडक्यात सांगायचे झाले तर जड वस्तूंच्या सूक्ष्म कणांमध्ये सुध्दा एक चैतन्य असते. सर्व अणुरेणूंमध्ये एक प्रकारची सुप्त ऊर्जा भरलेली असते. ज्या वेळी ती ऊर्जा ध्वनी, प्रकाश, ऊष्णता, गतिमानता यासारख्या रूपामध्ये प्रकट होते तेंव्हा ती आपल्या जाणीवांच्या कक्षेत येते. तिला ओळखणे, तिचे मोजमाप करणे, तिचा उपयोग करून घेणे अशा गोष्टी आपल्याला अवगत असतील तर आपल्याला ती ऊर्जा प्राप्त झाली असे वाटते. प्रत्यक्षात कोणतीही ऊर्जा नव्याने निर्माण होत नाही किंवा ती नष्टही होत नाही असा काँझर्व्हेशन ऑफ एनर्जीचा नियम आहे. ती फक्त कधी आपल्याला जाणवते आणि तिचा उपयोग करणे शक्य होते आणि कधी ती सुप्त रूपात असते.

.  . . .  . . . . .  . . . . . . . . .  .

 अणुशक्तीचा शोध - भाग ३ ऊर्जेची निर्मिती

वैज्ञानिकांनी केलेल्या निरीक्षणांमधून आणि संशोधनामधून निसर्गातल्या ऊर्जेची रहस्ये कशी उलगडत गेली याचे एक उदाहरण मागील भागात दिले होते. अशा संशोधनामधून मिळत गेलेल्या ज्ञानाचा अधिकाधिक उपयोग मानव आपल्या फायद्यासाठी करत गेला. त्यातून तो नवनवी कार्यक्षम आणि अचूक (प्रिसिजन) उपकरणे आणि यंत्रेसुध्दा बनवत गेला आणि त्यांच्याद्वारे त्याने आपली निरीक्षणशक्ती अमाप वाढवली. माणसाच्या पाच ज्ञानेंद्रियांना ज्यांची जाणीव होऊ शकत नाही अशी निसर्गातली अनेक रहस्ये त्यातून उलगडली गेली. कानाला ऐकू न येणारे आवाज (अल्ट्रासॉनिक वेव्हज), डोळ्यांना दिसू न शकणारे प्रकाशकिरण (अल्ट्राव्हायेलेट, इन्फ्रारेड लाइट, क्षकिरण वगैरे) आणि बोटाला न जाणवणारी स्पंदने (व्हायब्रेशन्स) यांचे अस्तित्व मानवाच्या या वाढलेल्या सामर्थ्यामुळे समजले, त्यांची निर्मिती आणि मोजमाप करणे शक्य झाले. ज्ञानसंपादनाच्या अनेक नव्या खिडक्या उघडल्यामुळे नवनवे वैज्ञानिक शोध लागत जाण्याच्या प्रक्रियेला वेग आला.

निरनिराळ्या स्वरूपातील ऊर्जेचे अस्तित्व, तिचे एका जागेवरून दुसऱ्या जागेकडे वहन, ऊर्जेचे एका रूपामधून दुसऱ्या रूपात रूपांतर होणे वगैरेंसाठी निसर्गाचे निश्चित असे स्थलकालातीत नियम आहेत. ते व्यवस्थित समजून घेऊन त्यांचा उपयोग करून घेण्याचे काम वैज्ञानिक आणि तंत्रज्ञ करत असतात. त्यांच्या प्रयत्नांमधून ऊर्जेचे काही अद्भुत असे नवे स्रोत मानवाला मिळत गेले. आपली पृथ्वी स्वतःच एक महाकाय लोहचुंबक आहे आणि तिचे चुंबकीय क्षेत्र आपल्या संवेदनांना जाणवत नसले तरी ते आपल्या चहू बाजूंना पसरले आहे हे समजले. आकाशामधून धरतीवर कोसळणाऱ्या विद्युल्लतेकडे पाहून भयभीत होण्यापलीकडे काहीही करू न शकणारा मानव कृत्रिम रीत्या विजेचे उत्पादन करू लागला. यात त्याने इतकी विविधता आणली आणि इतके नैपुण्य संपादन केले की अत्यंत प्रखर अशी ऊष्णता निर्माण करणे, महाकाय यंत्रांची चाके फिरवणे, लक्षावधी गणिते चुटकीसरशी सोडवणे किंवा जगाच्या पाठीवरील दूर असलेल्या ठिकाणी आपले संदेश अतीशय सूक्ष्म अशा विद्युल्लहरींमधून कल्पनातीत वेगाने पाठवणे अशी निरनिराळ्या प्रकारची कामे तो विजेकडून करून घेऊ लागला आहे.

विश्वातील असंख्य पदार्थाची रचना असंख्य निरनिराळ्या प्रकारच्या रेणूंपासून झाली असली सुमारे फक्त शंभर एवढ्याच मूलद्रव्यांपासून हे असंख्य पदार्थ निर्माण झाले आहेत. मागील भागात दिल्याप्रमाणे या मूलद्रव्यांच्या सूक्ष्मतम कणांना अणु (अॅटम) असे नाव ठेवले गेले. अर्थातच दोन किंवा अधिक अणूंच्या संयोगातून रेणू (मॉलेक्यूल्स) बनतात हे ओघाने आले. या नव्या संयुगाचे (काम्पाउंड्सचे) आणि त्याच्या रेणूंचे गुणधर्म सर्वस्वी वेगळे असतात. हे मागील भागात उदाहरणासह सांगितले आहे. मी शाळेत शिकत असतांना मॉलेक्यूलला अणु आणि अॅटमला परमाणु असे म्हणत असत. आता त्या ऐवजी अनुक्रमे रेणू आणि अणु अशी नावे प्रचारात आली आहेत. गोंधळ टाळण्यासाठी इंग्रजी नावे कंसात दिली आहेत.

जेंव्हा कोळशाचा म्हणजे कार्बन या मूलद्रव्याचा प्राणवायू (ऑक्सीजन)शी संयोग होतो. तेंव्हा कर्बद्विप्राणिल (कार्बन डायॉक्साइड) वायू तयार होतो आणि त्याबरोबर ऊष्णता बाहेर पडते. या रासायनिक क्रियेमधून निर्माण होणारी ऊर्जा कोठून येते? असा प्रश्न पूर्वी अनुत्तरित होता. संशोधन, विचार आणि संवाद यामधून त्याचे उत्तर मिळाले ते साधारणपणे असे आहे. जेंव्हा दोन कमावत्या व्यक्ती एकत्र राहू लागतात, तेंव्हा त्यांचे काही आवश्यक खर्च समाईकपणे भागवले जातात आणि त्यामुळे पूर्वी त्यावर खर्च होत असलेले त्यांचे काही पैसे शिल्लक राहतात. त्याप्रमाणे जेंव्हा दोन वेगवेगळे अणु (अॅटम) किंवा रेणू (मॉलेक्यूल्स) अस्तित्वात असतात तेंव्हा त्यांना त्यासाठी काही ऊर्जा आवश्यक असते. पण ते एकत्र आले की त्या नव्या संयुगाच्या अस्तित्वासाठी आवश्यक असलेली ऊर्जेची गरज कमी होते आणि ही उरलेली जास्तीची ऊर्जा ऊष्णतेच्या स्वरूपात त्या नव्या रेणूला (मॉलेक्यूलला) मिळते. वर दिलेल्या उदाहरणात कार्बन आणि प्राणवायू यांच्या अणूंना स्वतंत्रपणे राहण्यासाठी एकंदर जेवढी ऊर्जा लागते त्यापेक्षा कर्बद्विप्राणिलच्या रेणूला कमी ऊर्जेची गरज असते, उरलेली ऊर्जा त्याला मिळते आणि तापवते.  अर्थातच ही ऊर्जा आधीपासूनच कार्बन आणि ऑक्सीजन या पदार्थांमध्येच सुप्त रूपाने (केमिकल पोटेन्शियल एनर्जी) वास करत असते, ज्वलनाच्या रासायनिक क्रियेमुळे आपल्याला जाणवेल अशा ऊष्णतेच्या स्वरूपात ती बाहेर पडते. अग्नीमधून मिळणारी ऊर्जा कोठून आली या प्रश्नाला मिळालेल्या या उत्तराबरोबर ऊष्णता निर्माण करणाऱ्या असंख्य रासायनिक प्रक्रियांचे (एक्झोथर्मिक रिअॅक्शन्सचे) गूढ उलगडले.

एकाद्या रसायनामध्ये दोन भिन्न धातूंचे कांब (रॉड किंवा इलेक्ट्रोड्स) बुडवून ठेवले आणि त्या कांबांना तांब्याच्या तारेने जोडले तर त्यामधून विजेचा सूक्ष्म प्रवाह सुरू होतो हे प्रयोगांमधून सिद्ध झाले. त्यानंतर निरनिराळे धातू, अधातू आणि रसायने यांच्यावर प्रयोग करण्यात आले आणि त्यामधून एकापेक्षा एक चांगल्या बॅटरी सेल्स तयार करण्यात आल्या. या उपकरणामध्ये दोन्ही इलेक्ट्रोड्स आणि त्यांच्या बाजूला असलेले रसायन यांच्या दरम्यान रासायनिक क्रिया (केमिकल रिअॅक्शन्स) होतात. या क्रिया विद्युतरासायनिक (इलेक्ट्रोकेमिकल) अशा प्रकारच्या असल्यामुळे घन (पॉझिटिव्ह) आणि ऋण (निगेटिव्ह) इलेक्रोड्समध्ये विजेचा भार (चार्ज) निर्माण होतो आणि त्यांना तारेने जोडल्यास त्यामधून विजेचा प्रवाह वाहू लागतो. या ठिकाणी इलेक्ट्रोड्स आणि रसायने यामध्ये सुप्त रूपाने असलेल्या केमिकल पोटेन्शियल एनर्जीचे विजेत रूपांतर होते. अर्थातच यामुळे ते रसायन क्षीण होत जाते आणि ही क्रिया मंद मंद होत काही वेळाने थांबते. विजेची बॅटरी लावून ठेवली तर फार वेळ टिकत नाही हे आपल्याला माहीत असते. काही विशिष्ट रसायनांच्या बाबतीत याच्या उलट करता येते. त्यातल्या इलेक्ट्रोड्सना बाहेरून विजेचा पुरवठा केला तर क्षीण झालेले रसायन पुन्हा सशक्त होते. कार किंवा इन्व्हर्टरची बॅटरी चार्ज करतांना हे घडत असते. अशी चार्ज झालेली बॅटरी पुन्हा डिसचार्ज होत विजेचा पुरवठा करू शकते.

लोहचुंबकाच्या क्षेत्रात (मॅगेन्टिक फील्डमध्ये) तांब्याची तार वेगाने नेली किंवा तारेच्या वेटोळ्यामधून लोहचुंबक वेगाने नेला तर त्या तारेमध्ये विजेचा प्रवाह वाहतो. तसेच तांब्याच्या तारेच्या वेटोळ्याच्या मध्यभागी साधी लोखंडाची कांब ठेवली आणि त्या तारेमधून विजेचा प्रवाह सोडला तर तो लोखंडाचा तुकडा लोहचुंबक बनतो. याला विद्युतचुंबकीय (इलेक्ट्रोमॅग्नेटिक) परिणाम असे म्हणतात. याचे आकलन झाल्यानंतर कृत्रिम रीत्या वीज कशी निर्माण करता येते हे मानवाला समजले. त्यानंतर विजेचे उत्पादन जोरात सुरू झाले. सायकलला जोडता येईल इतक्या लहानशा डायनॅमोपासून ते हजारो मेगावॉट वीज तयार करून लक्षावधी लोकांच्या गरजा भागवू शकणाऱ्या मेगापॉवरस्टेशन्सपर्यंत अनेक प्रकारचे विद्युत उत्पादक (जनरेटर्स) तयार केले गेले आणि केले जात आहेत. या सर्वांमध्ये फिरणाऱ्या चाकामधील  कायनेटिक (मेकॅनिकल) एनर्जीचे रूपांतर विजेमध्ये होत असते.

एका चक्राला गरागरा फिरवून त्यातून वीजनिर्मिती करणे साध्य झाल्यानंतर ते चक्र फिरवण्यासाठी अनेक मार्ग शोधले गेले. पूर्वीच्या काळात गावोगावी वीजपुरवठा उपलब्ध झाला नव्हता तेंव्हा हाताच्या जोराने फिरवण्याचे एक चाक खेडेगावांमधल्या रेल्वेस्टेशनवर असायचे. ते फिरवून त्यातून निघालेल्या विजेमधून पुढच्या स्टेशनला संदेश पाठवले जात असत. पायाच्या जोराने मारायच्या पॅडलला जोडलेला डायनॅमो सायकलला लावला जात असे. स्कूटर आणि मोटार या वाहनांच्या मुख्य चक्रालाच एक वीज निर्माण करणारे यंत्र जोडलेले असते. त्यातून निघालेल्या विजेने बॅटरी चार्ज होत असते. नदीला धरण बांधून साठवलेल्या पाण्याच्या जोरावर हैड्रोइलेक्ट्रिक पॉवर स्टेशन्समधल्या टर्बाईन नावाच्या यंत्राचे चाक फिरवले जाते. थर्मल पॉवर स्टेशन्समध्ये सुद्धा याच प्रकारचे एक अवाढव्य आकाराचे यंत्र असते. त्यात पुन्हा वाफेच्या जोरावर फिरणारे स्टीम टर्बाईन किंवा ऊष्ण वायूंच्या जोरामुळे फिरणारे गॅस टर्बाइन असे उपप्रकार आहेत.  विजेचा मुख्य पुरवठा काही कारणाने खंडित झाला तर अंधारगुडुप होऊ नये यासाठी आजकाल लहान डिझेल जनरेटर सेट्स सर्रास बसवले जातात.

विजेच्या वाढत्या उपयोगाचा विज्ञान आणि तंत्रज्ञानाच्या प्रगतीमध्ये फार मोठा वाटा आहे. आभाळात चमकणारी निसर्गातली वीज जरी खाली आणून तिचा उपयोग करणे माणसाला शक्य झाले नसले तरी कृत्रिमरीत्या विजेची निर्मिती करण्याचे अनेक मार्ग त्याने शोधून काढले आणि ते त्याच्या जीवनात क्रांतिकारक ठरले.


.  . . . . . .  . . . . . . . . 

अणुशक्तीचा शोध - भाग ४ अणूपासून ऊर्जा - नवा स्त्रोत

"नदीच्या खळाळणाऱ्या पाण्याला कशामुळे जोर मिळतो? त्या वाहण्याच्या क्रियेसाठी लागणारी ऊर्जा तिला कुठून मिळते? वारे कशामुळे वाहतात?"  "सूर्याचे ऊन आणि पृथ्वीचे गुरुत्वाकर्षण" हे या प्रश्नांचे शास्त्रीय उत्तर विज्ञानाच्या अभ्यासामधून मिळत गेले. अग्नीमधून प्रकट होणारी ऊर्जा त्यात जळणाऱ्या पदार्थातच दडलेली असते आणि विशिष्ट रासायनिक क्रियेमध्ये ती प्रकट होते हे देखील समजले. वीज हे गूढ राहिले नाही. इतकेच नव्हे तर रासायनिक (इलेक्ट्रोकेमिकल) क्रिया आणि विद्युतचुंबकीय (इलेक्ट्रोमॅग्नेटिक) प्रभाव अशा दोन पद्धतींनी कृत्रिम रीतीने वीज तयार करता येऊ लागली. तरीसुद्धा सूर्य आणि आकाशातल्या ताऱ्यांमधून बाहेर पडत असलेल्या ऊर्जेचा स्रोत कोणता हे अजून गूढ होते.

सूर्यामधून सतत बाहेर पडत असलेली सगळी ऊर्जा टॉर्चचा एकादा झोत टाकावा त्याप्रमाणे थेट पृथ्वीकडे येत नसते. सूर्यमालिकेच्या विस्ताराचाच विचार केला तरी त्याच्या तुलनेत आपली 'विपुलाच पृथ्वी' धुळीच्या एकाद्या कणाएवढी लहान आहे. मोठ्या खोलीमध्ये पसरलेल्या प्रकाशाचा केवढा क्षुल्लक भाग धुळीच्या एका कणावर पडत असेल? सूर्यामधून निघालेल्या एकंदर प्रकाश आणि ऊष्णतेच्या प्रमाणात त्याचा तितपत भाग संपूर्ण पृथ्वीवर पडत असतो. त्यातलासुद्धा अत्यंत यत्किंचित भाग आपल्या वाट्याला येत असतो आणि तेवढेसे ऊनसुद्धा आपल्याला सहन करण्याच्या पलीकडचे वाटते. यावरून सूर्यामधून किती प्रचंड प्रमाणात ऊर्जा बाहेर पडत असेल याची कल्पना करता आल्यास करावी. इतकी प्रचंड ऊर्जा सूर्यामधून कशामुळे निघत असावी याचा अंदाज मात्र शास्त्रज्ञांनाही येत नव्हता. हा सर्वशक्तीमान देवाचा चमत्कार आहे असेच बहुतेक सगळ्या लोकाना पूर्वी वाटत असले तर त्यात नवल नाही. 

एकोणीसाव्या शतकाच्या अखेरीला मादाम मेरी क्यूरीने रेडिओअॅक्टिव्हिटीचा शोध लावला आणि पदार्थविज्ञानात एका नव्या अध्यायाची सुरुवात झाली. रेडियम या मूलद्रव्याचा दुसऱ्या कशाशीही रासायनिक संयोग न होता आणि त्याच्या कोणत्याही गुणधर्मांमध्ये कसलाही बदल न होता विशिष्ट प्रकारचे प्रकाशकिरण त्या धातूमधून सतत बाहेर पडत असतात असे मादाम क्यूरीने दाखवून दिले. यामुळे हे कसे घडत असेल हे एक नवे गूढ जगापुढे आले. रेडियम या धातूपासून निघत असलेल्या या अदृष्य किरणांना रेडिओअॅक्टिव्हिटी असे नाव दिले गेले. अत्यंत सूक्ष्म प्रमाणातल्या अदृष्य अशा प्रकाशकिरणांचे अस्तित्व दाखवणारी, त्यांच्या तीव्रतेचे मापन करणारी उपकरणे तयार झाल्यानंतर त्यातही तीन प्रकार आढळले. त्यांना अल्फा रे, बीटा रे आणि गॅमा रे अशी नावे आहेत. रेडियमशिवाय तशा प्रकारे किरणोत्सार करणारे इतरही अनेक पदार्थ निसर्गामध्ये असतात. सर्वात हलक्या अशा हैड्रोजनपासून ते सर्वात जड युरेनियमपर्यंत ज्ञात असलेल्या बहुतेक सर्व मूलद्रव्यांना रेडिओअॅक्टिव्ह भावंडे असतात. या भावंडांना आयसोटोप म्हणतात. त्यांचे इतर सगळे गुणधर्म एकसारखे असतात, त्यामुळे ते एकमेकांमध्ये बेमालूमपणे मिसळलेले असतात. त्यातल्या रेडिओअॅक्टिव्ह आयसोटोपमधून अदृष्य असे किरण निघत असतात एवढाच त्यांच्यात फरक असतो.

मेरी क्यूरीच्या या शोधानंतर अनेक शास्त्रज्ञ रेडिओअॅक्टिव्हिटीचे गूढ उकलण्याच्या कामाला लागले. वस्तूच्या गतिमानतेमधली ऊर्जा (कायनेटिक एनर्जी) किंवा ध्वनिमधील ऊर्जा त्या पदार्थाच्या हलण्यामधून किंवा कंपनामधून (फिजिकल मूव्हमेंट्समधून) निर्माण होतात तर ज्वलनातून मिळणारी ऊर्जा रासायनिक (केमिकल) क्रियेमधून निर्माण होत असते. रेडिओअॅक्टिव्हिटी मात्र ऊर्जेच्या या इतर प्रकारांप्रमाणे निर्माण होत नव्हती. ती कुठून येत असावी यावर तर्क आणि विचार सुरू झाले. जगामधल्या सगळ्या पदार्थांच्या गुणधर्मांचा अभ्यास चाललेला होताच. मागील भागात दिल्याप्रमाणे अणू आणि रेणू यांचे अस्तित्व आणि त्यांच्या व्याख्या सर्वमान्य झाल्या होत्या. त्या व्याख्या पाहता अणू हाच सर्वात सूक्ष्म आणि अविभाज्य असा घटक असतो. पण शास्त्रज्ञांचे विचारचक्र मात्र तिथे न थांबता त्या अणूच्या अंतरंगात काय दडले असावे याचा शोध घेत राहिले.

अणूंची अंतर्गत रचना कशी असू शकेल याबद्दल अनेक प्रकारचे तर्क करण्यात येत होते. त्यावर विचारविनिमय आणि वादविवाद करू झाल्यानंतर सगळ्या मूलद्रव्यांच्या अणूंमध्ये प्रोटॉन्स, न्यूट्रॉन्स आणि इलेक्ट्रॉन्स हे तीन अतीसूक्ष्म मूलभूत कण वास करत असावेत हा सिध्दांत सर्वमान्य झाला, या तीन कणांचे काही प्रमुख गुणधर्म ठरवले गेले आणि अणूंच्या अंतरंगातल्या या अतीसूक्ष्म कणांची रचना कशा प्रकारे केली गेलेली असेल यावर अंदाज बांधले जाऊ लागले. या अतीसूक्ष्म कणांना कसल्याही प्रकारच्या दुर्बिणीमधून पहाणे कोणालाही शक्यच नसल्यामुळे यातली कोणतीही गोष्ट प्रत्यक्ष प्रमाणाने दाखवता येणेसुद्धा शक्य नव्हतेच. पण त्यांची रचना अशी असेल तर त्या पदार्थांमध्ये असे गुणधर्म येतील असे तर्क करून आणि ते गुणधर्म तपासून पाहून त्या सिध्दांतांची शक्याशक्यता तपासण्यात आली. त्यातले प्रोटॉन्स आणि इलेक्ट्रॉन्स हे कण एकमेकांना खेटून बसणे थिऑरेटिकली शक्यच नाही. त्यामुळे प्रत्येक अणूच्या केंद्रभागी प्रोटॉन्स व न्यूट्रॉन्स यांच्या समूहातून निर्माण झालेला एक न्यूक्लियस असतो आणि त्यांच्यापासून काही अंतरावरून इलेक्ट्रॉन्स गटागटाने सदोदित त्याच्या भोवती घिरट्या घालत असतात असे अणूचे मॉडेल सर्वमान्य झाले. त्यातसुद्धा घनविद्युतभार (पॉझिटिव्ह चार्ज) असलेले प्रोटॉन्स एकमेकांना दूर ढकलत असतात आणि न्यूट्रॉन्स त्यांना एकत्र आणत असतात. यासाठी ठराविक प्रमाणात ऊर्जेची गरज असते. त्याला बाइंडिंग एनर्जी म्हणतात. काही अणूंची रचना थोडी अस्थिर (अनस्टेबल) असते कारण त्यांच्याकडे आवश्यकतेपेक्षा जास्त ऊर्जा असते. तिला बाहेर टाकून देऊन तो अणू स्थैर्याकडे वाटचाल करण्याचा प्रयत्न करत असतो. अणूमधली ही जादा ऊर्जा रेडिओअॅक्टिव्हिटी या क्रियेमधून बाहेर पडत असते असे निदान करण्यात आले. सू्र्य आणि तारकांमध्ये असेच काही तरी पण फार मोठ्या प्रमाणात घडत असावे असा अंदाज त्यावरून करण्यात आला. पण ही अस्थिरता का यावी हा प्रश्न होताच.

आल्बर्ट आइन्स्टाइन याने शतकापूर्वी आपला सुप्रसिद्ध सापेक्षतासिध्दांत (रिलेटिव्हिटी थिअरी) जगापुढे मांडला. त्या सिध्दांताच्या धाग्याने विश्वाचा विचार केल्यानंतर वस्तुमान (मास) आणि ऊर्जा ह्या दोन्ही गोष्टी एकाच नाण्याच्या दोन बाजू असल्याचे सिध्द होते. तसे असल्यास वस्तूमानाचे (मॅटरचे) परिवर्तन ऊर्जेमध्ये होणे सुध्दा शक्य असावे आणि ते झाल्यास लहानशा वस्तुमानाच्या बदल्यात E=mCxC एवढ्या प्रचंड प्रमाणात ऊर्जा मिळू शकेल असे भाकित त्याने केले. ही क्रिया नक्की कशा प्रकारे घडवता येईल हे त्या काळात तो सांगू शकत नव्हता कारण ते त्यालाही माहीत नव्हते. पण पुढील काळात झालेल्या संशोधनामधून ते रहस्य उलगडले गेले.

निरनिराळ्या प्रकारच्या किरणांचे निरनिराळ्या पदार्थांवर होणारे परिणाम यावर संशोधन करतांना शास्त्रज्ञांना असे आढळले की युरेनियम या धातूवर न्यूट्रॉन्सचा झोत सोडला तर त्यातून अचानक प्रचंड ऊष्णता निघते. अधिक संशोधनानंतर समजले की युरेनियम २३५ या मूलद्रव्याच्या अणूचा एका न्यूट्रॉनशी संयोग होताच त्यामधून युरेनियम २३६ हा नवा अणू तयार होतो, पण तो इतका अस्थिर असतो की जन्मतःच त्याची दोन शकले होतात आणि प्रचंड प्रमाणात ऊर्जा बाहेर पडते, शिवाय दोनतीन न्यूट्रॉन्ससुद्धा सुटे होऊन बाहेर पडतात. याला प्रभंजन किंवा विखंडन (फिशन रिअॅक्शन) असे म्हणतात. अणूचे हे दोन भाग (फिशन फ्रॅगेमेंट्स) म्हणजे दोन नवे अणूच असतात. या नव्या अणूंचे आणि सुट्या झालेल्या न्यूट्रॉन्सचे एकत्रित वस्तुमान (मास)सुद्धा आधीचा अणू आणि एक न्यूट्रॉन यांच्यापेक्षा किंचित कमी भरते. या दोन्हींमधला जेवढा फरक असेल तेवढे मॅटर या क्रियेत नष्ट होऊन त्याचे ऊर्जेत परिवर्तन होते. याला अणऊर्जा असे म्हणतात.

विखंडनामध्ये सुट्या होऊन बाहेर पडलेल्या न्यूट्रॉन्सचा युरेनियमच्या इतर अणूंशी संयोग झाला की त्यांचे विखंडन होते आणि त्यातून पुन्हा ऊष्णता आणि नवे न्यूट्रॉन्स बाहेर पडतात. हे सगळे एका सेकंदाच्या हजारांश किंवा लक्षांश भाग इतक्या कमी वेळात होते. त्यामुळे ही साखळी पुढे चालत राहिली तर दोनाचे चार, चाराचे आठ किंवा तीनाचे नऊ, नऊचे सत्तावीस अशा प्रकारे न्यूट्रॉन्सची संख्या भराभर वाढत जाऊन त्या न्यूट्रॉन्सची संख्या अब्जावधी किंवा परार्धावधीमध्ये वाढत गेली तर त्यातून महाभयंकर इतकी ऊष्णता बाहेर पडते. पण पुरेशा प्रमाणात युरेनियमच उपलब्ध नसले तर ती साखळी खंडित होऊन विझून जाते. यामुळे प्रयोगशाळेत लहान प्रमाणात होत असलेल्या प्रयोगांमध्ये अशी दुर्घटना घडली नाही, फक्त थोडी ऊष्णता बाहेर पडली आणि प्रयोग संपला असे झाले. पण दुसऱ्या महायुद्धाच्या अखेरीस हिरोशिमा आणि नागासाकी शहरांवर टाकलेल्या अॅटमबाँबमध्ये मात्र मुद्दाम ठरवून अशा प्रकारचा अनर्थ घडवण्यात आला. तोपर्यंत या संशोधनाबद्दलही जगाला काही माहिती नव्हती. अणुशक्तीचा पहिली जाहीरपणे ओळख झाली ती अणूबाँबमुळेच. 

युरेनियमच्या अणूचे भंजन होऊन त्याचे दोन तुकडे का पडतात यावर संशोधन केल्यानंतर त्याचे रहस्य उलगडत गेले आणि त्यातून मिळालेल्या माहितीचा अभ्यास करतांना असे दिसले की याच्या बरोबर उलट ड्यूटेरियम आणि ट्रिशियम या हैड्रोजनच्या दोन आयसोटोप्सच्या दोन अणूंचा संयोग घडवून आणला तर त्यामधून हीलियमचा एक नवा अणू आणि ऊष्णता बाहेर पडते. याला फ्यूजन रिअॅक्शन (संमीलन) असे म्हणतात. या क्रियेमध्ये विखंडनाहूनही जास्त आणि फारच भयानक प्रमाणात ऊष्णता प्रकट होते. अर्थातच ही क्रिया अशी सहजासहजी घडत नाही, ती घडवून आणण्यासाठी ते वायू महाप्रचंड दाबाखाली आणि अतीउच्च तपमानावर असावे लागतात. त्या दृष्टीने प्रयत्न करून तेही घडवून आणण्याचे तंत्र शास्त्रज्ञांनी शोधून काढले आणि हैड्रोजन बाँब तयार करून त्याचे चाचणीस्फोट घडवून आणले. सूर्यामध्ये प्रामुख्याने असलेले हैड्रोजन आणि हीलियमचे अस्तित्व आधीच माहीत झालेले होते. यामुळे अशा प्रकारच्या क्रिया सूर्याच्या अंतरंगात होत असतात याची खात्री पटली. या संशोधनानंतर सू्र्य आणि तारकांमधील ऊर्जेचे रहस्य काही प्रमाणात उलगडले, तसेच अणुशक्ती किंवा अणुऊर्जा ही एक वेगळ्या स्वरूपातली ऊर्जा मानवाच्या हातात आली.

रिअॅक्टरमध्ये युरेनियमचे नियंत्रित विखंडन (फिशन) करून त्यापासून ऊर्जा निर्माण करण्याचे तसेच तिच्यावर कडक नियंत्रण ठेवून रिअॅक्टरला सुरक्षित ठेवण्याचे तंत्र दुसऱ्या महायुद्धाच्या काळात पहिला अणूबाँब तयार करण्याच्या आधीच आत्मसात केले गेले होते. त्यानंतर त्यावर नाना तऱ्हेचे संशोधन झाले आणि अशी ऊर्जा मिळवून तिचे विजेमध्ये रूपांतर करणारी अणुविद्युतकेंद्रे (न्यूक्लियर पॉवर स्टेशन्स) अनेक देशांमध्ये उभारली गेली.

हैड्रोजनच्या सम्मीलनामधून (थर्मोन्यूक्लियर फ्यूजन) निघणारी ऊर्जा मात्र अजूनपर्यंत तरी माणसाच्या आवाक्यात आलेली नाही. या क्रियेसाठी आवश्यक असलेला प्रचंड दाब आणि तपमान सहन करू शकेल अशा प्रकारचे पात्र निर्माण करू शकणे हे सर्वात मोठे तांत्रिक आव्हान (चॅलेंज) आहे. हैड्रोजन बाँबमध्ये त्या पात्राच्या क्षणभरात ठिकऱ्याच होणार असतात पण वीजनिर्मिती करण्यासाठी ते टिकाऊ आणि विश्वासपात्र असणे अत्यंत गरजेचे असते. आंतरराष्ट्रीय सहयोगामधून अशा प्रकारचा फ्यूजन रिअॅक्टर तयार करण्यावर संशोधन चालू आहे, एक प्रकल्पही हातात घेतलेला आहे. तो यशस्वीरीत्या पूर्ण व्हायला दहा वीस पंचवीस तीस किती वर्षे लागतील याची कल्पना नाही. पण त्यानंतर मात्र ऊर्जेचा एक अपरिमित असा स्रोत हातात येईल.