अण्णाआजोबांचे ज्ञानवर्ग -क्वांटम फिजिक्स

 

अण्णाआजोबांचे ज्ञानवर्ग -क्वांटम फिजिक्स 

(माझ्या वडिलांना, अण्णांना, वाचनाची खूप आवड होती. ते थोडं वाचन करीत, परंतु जे वाचत त्याचं ते चांगलं परिशीलन करीत. कुठलीही गोष्ट ते अतिशय सोप्या शब्दांत समजावून सांगत. ज्या काळात गुगल नव्हतं , त्या काळात आम्हाला निरनिराळ्या शंकांच्या निरसनासाठी अण्णांचा आधार होता. कुठल्याही प्रश्नावर त्यांनी 'मला माहीत नाही, ' किंवा 'एकसारखे प्रश्न विचारून मला भंडावू नका,' असं सांगितल्याचं मला आठवत नाही. त्यांच्या या ज्ञानोपासनेने प्रेरित होऊन मी ही  कथा लिहिली आहे.)

'अण्णाआजोबा, आज मी एक बातमी वाचली. आपल्यापासून अब्जावधी किलोमीटर, म्हणजे खरं तर काही प्रकाशवर्षे दूर असणा-या ता-यावर म्हणे जीवसृष्टी असल्याचा शास्त्रज्ञांना शोध लागला. कसं कळत असेल हो त्यांना?,' गोपाळ म्हणाला.

'अहो शास्त्रज्ञमहाराज, कशाला अब्जावधी किलोमीटर दूर असलेल्या ता-यांच्या उठाठेवी करता? आई झोपली की स्वयंपाक खोलीतील लाडवांचा डबा दिसतो तेवढं पुरेसं नाही का?' सीता खवचटपणे म्हणाली.

गोपाळ यावर काही बोलण्याच्या आत अण्णाआजोबा म्हणाले,'सीता, गोपाळने चांगला प्रश्न विचारला आहे. गोपाळ, यासाठी तुला क्वांटम फिजिक्स किंवा क्वांटम मेकनिक्स म्हणून भौतिकशास्त्राची शाखा आहे, तिची माहिती करून घेतली पाहिजे.'

'क्वांटम फिजिक्स? हा काय प्रकार आहे बुवा?' करीम म्हणाला. 

'आहे, आहे, आमच्या भौतिकशास्त्राच्या मँडम सांगत होत्या. पण त्या म्हणाल्या, ते खूप कठीण आहे. एवढयात तुम्हाला समजणार नाही,' यस्मीन म्हणाली.

'असू दे कठीण. अण्णाआजोबांनी सांगितलं की कठीण गोष्टीसुद्धा कळतात आपल्याला. सांगा हो अण्णाआजोबा,' गणपत म्हणाला.

'बरं बरं, सांगतो,' अण्णाआजोबा म्हणाले. सारे जण अण्णाआजोबांभोवती गोळा झाले.

'लाडवाचा विषय चालला होता ना, हे घ्या  लाडू,' ज्योत्स्नाआजीने रव्याच्या लाडवांचा डबा समोर आणून ठेवला.

'थँक्यू ज्योत्स्नाआजी,' असं म्हणत सर्वांनी डब्यातील एकेक रव्याचा लाडू उचलून लाडू खात खात अण्णाआजोबा काय सांगतात ते ऐकू लागले.

'तुम्ही चौपाटीवर गेला असाल. तेथे समुद्राच्या लाटा कुणी पाहिल्या आहेत?' अण्णाआजोबांनी विचारलं.

'हो अण्णाआजोबा, मी पाहिल्या आहेत समुद्राच्या लाटा,' अहमद म्हणाला.

'अण्णाआजोबा, याने लाटा वगैरे काही पाहिल्या नाहीत. चौपाटीवर गेल्यावर हा नुसता भेळीच्या गाड्या शोधत असतो,' यस्मिन म्हणाली.

'यस्मिन, आता मार खाशील हं,' अहमद रागावून म्हणाला.

'नाही नाही, अहमदने ख-याच पाहिल्या असतील लाटा. अहमद, कशा होत्या लाटा?' अण्णाआजोबांनी विचारलं.

'वारा संथ असला की लाटा लहान असतात. वारा जोरात आला की मोठ्यामोठ्या लाटा येतात. दोन खडकांच्या मध्ये वारा नसताना अर्धवर्तुळाकार लाटा मी पाहिल्या आहेत. काही ठिकाणी लाटा हळुवारपणे विरुद्ध दिशांनी येतात आणि एकमेकांत मिसळून जातात. मग लाटच दिसत नाही,' अहमदने सांगितलं.

'वा अहमद, तू लाटांचं वर्णन फारच चांगलं केलंस. आता बाहेर दिसणा-या सूर्यप्रकाशाकडे पहा. हा प्रकाशसुद्धा अशा लाटांच्या किंंवा तरंगांच्या स्वरूपात असतो,' अण्णाआजोबा म्हणाले.

'अच्छा. म्हणजे आपण ध्वनिलहरी, विद्युतलहरी म्हणतो, तशा प्रकाशलहरी म्हणायच्या का?' गोपाळने विचारलं.

'हो तशाच. या लाटासुद्धा कमीअधिक उंचीच्या, लांबीच्या असतात, वर्तुळाकार असतात. आणि गंमत म्हणजे अहमदने सांगितल्याप्रमाणे त्या एकमेकांना नाहीशा करतात. म्हणजे प्रकाश चक्क अदृश्य होतो,' अण्णा आजोबा म्हणाले.

'अण्णाआजोबा, आमच्या वर्गात प्रकाश नावाचा एक मुलगा आहे. तो एका जागी ठरतच नाही. टीचर त्याला म्हणतात, ' तू मध्येच कसा रे अदृश्य होतोस?' या प्रकाशाचंही तसंच दिसतंय. गंमतच म्हणायची.' सीता म्हणाली.

अण्णाआजोबांना हसू आवरेना. हसत हसत ते म्हणाले,' आहे खरी गंमत. पण ही गंमत इथेच संपत नाही.

शास्त्रज्ञांना असं दिसून आलं की अतिनील (ultraviolet) किरणे, ज्यामध्ये प्रकाशलहरी अगदी कमी लांबीच्या असतात, त्यांचासुद्धा विद्युच्चुंबकीय (electro-magnetic) परिणाम होतो.

शास्त्रज्ञांना कळेना असं का होतं. हे कोडं सोडवलं थोर शास्त्रज्ञ अल्बर्ट आइन्स्टाइनने. त्याने १९०५मध्ये असा सिद्धांत मांडला की प्रकाश केवळ तरंगमय नाही, तर तो कणमयही आहे. 

हा नवाच सिद्धांत होता. कारण कण असतात पदार्थाचे. पण प्रकाश तर ऊर्जा किंवा कार्यशक्ती आहे. तिचे कसे कण असणार? पण या मांडणीमुळे शास्त्रज्ञांना पुढील गुंता सोडवण्याचा मार्ग सापडला. त्यामुळे आइनस्टाइनलला या सिद्धांताबद्दल १९२१ साली नोबेल पारितोषिक मिळाले.  प्रकाशाच्या या कणांना शास्त्रज्ञांनी नाव दिलं 'फोटॉन.'

'अण्णाआजोबा, मी पाहिले आहेत फोटॉन्स,' गणपत म्हणाला,'आमच्या घरी दुपारी झरोक्यातून ऊन आलं की त्यात फोटॉन्स दिसतात.'

'नाही बाळा, ते धूलिकण. फोटॉन्स नुसत्या डोळ्यांनी दिसणार नाहीत. फोटॉन्स हे प्रकाशाचाच भाग आहेत. फोटॉन हा शब्द ग्रीक फोस किंवा फोटोसपासून बनला आहे आणि त्याचा अर्थ आहे प्रकाश. कळतंय ना? डोक्यावरून जात नाही ना सीता?' अण्णाआजोबांनी विचारलं.

'हो हो, चांगलं कळतंय. सांगा पुढे,' सीता उत्सुकतेने म्हणाली.

'गणपत, तू दुकानातून बिस्किटं आणत असशील. कशी आणतोस सांगशील?' अण्णाआजोबांनी गणपतला विचारलं.

'हो. पारले ग्लुको बिस्किटं बरणीत ठेवलेली असतात. ती सुटी मिळतात. ब्रिटानिया किंवा दुसरी कुठली बिस्किटं हवी असतील, तर ती सुटी मिळत नाहीत, अख्खा पुडा घ्यायला लागतो,' गणपत म्हणाला.

'शाबास. आता असं समजा की निसर्ग हा एक दुकानदार आहे. तुम्हाला तो पदार्थ सुटा देतो, पण ऊर्जा किंवा शक्ती मागितली, तर तुम्हाल पाकीटात देतो. याचा अर्थ फोटॉन्स पाकीटबंद असतात.

मँक्स प्लँक नावाच्या जर्मन फिजिसिस्टने १९०० साली असं सुचवलं होतं की ऊर्जा अशा पाकीटांतून संक्रमित होते. या पाकीटांना त्याने शब्द वापरला 'क्वांटा' म्हणजे 'विशिष्ट परिमाण.' ऊर्जा या स्वरूपात असल्याने तिला म्हटले गेले 'क्वांटम एनर्जी' आणि या ऊर्जेच्या अभ्यासासाठी असणारी भौतिकशास्त्राची शाखा 'क्वांटम फिजिक्स' म्हणून ओळखली जाते.' अण्णाआजोबा म्हणाले.

'वा अण्णाआजोबा, खूपच चांगलं सांगितलं. पण या ऊर्जेचे उपयोग काय आहेत?' अहमदने विचारलं.

'खूपच. हल्ली सर्व क्षेत्रात क्वांटम एनर्जीचा वापर होतो. फोटॉन्स म्हणजे आपले मित्रच आहेत. टोस्टरचं बटण दाबलं की फोटॉन्स लागले कामाला. मग गणपतला सकाळी चहाबरोबर खाण्यासाठी गरमागरम टोस्ट मिळतो. टोस्टरच नाही तर सारी इलेक्ट्रॉनिक उपकरणे, डिजिटल कॅमेरा, जी पी एस, कॉंप्युटर्स, लेझर, एक्स रे, एम आर आय - सर्वच ठिकाणी क्वांटम एनर्जीचा उपयोग होतो. खरं तर क्वांटम एनर्जीने आपलं जीवन एवढं व्यापलं आहे, की क्वांटम एनर्जीचा वापर होत नाही, असं क्षेत्रच राहिलं नाही,' अण्णाआजोबा म्हणाले.

'सारं  अगदी अचंबित करणारं आहे!' करीम उद्गारला.

'अगदी बरोबर बोललास करीम. नील्स बोर नावाच्या शास्त्रज्ञाने तर म्हटलं आहे की क्वांटम सिद्धांताच्या पहिल्या ओळखीत तुम्ही अचंबित झाला नसाल, तर कदाचित हा सिद्धांत तुमच्या लक्षातच आलेला नसेल,'अण्णाआजोबांनी सांगितलं.

'पण अण्णाआजोबा, माझ्या प्रश्नाचं उत्तर अजून मिळालं नाही,' गोपाळ म्हणाला.

'आता आपण तुझ्या प्रश्नाकडे येऊ या,' अण्णाआजोबा म्हणाले.

'गोपाळ, एक काम कर. तू असा मध्ये उभा रहा,' अण्णाआजोबा म्हणाले. गोपाळ मध्ये उभा राहिला. 

'अहमद, आता तू गोपाळच्या बाजूला उभा रहा,' अण्णाआजोबा म्हणाले. अहमद गोपाळच्या बाजूला उभा रहा.

'आता गोपाळ, तुझं नाव प्रोटॉन. आणि अहमद, तुझं नाव इलेक्ट्रॉन. कळलं?' दोघांनी माना डोलावल्या.‌

'आता अहमद, तू गोपाळभोवती फे-या मार,' अण्णाआजोबा म्हणाले.

'हा झाला हायड्रोजनचा अणू. सर्वांत सोपी रचना - मध्यभागी प्रोटॉन आणि त्याभोवती फिरणारा इलेक्ट्रॉन. या आता बसा दोघं जण,' अण्णाआजोबा म्हणाले.

'सर्व पदार्थ अशा अणूंचे बनलेले असतात. या प्रोटॉन्सचा फोटॉन्शी काही संबंध नाही. प्रोटॉन्स धन विजेने भारित असतात तर इलेक्ट्रॉन्स ऋण विजेने भारित असतात. काही अणूंच्या केंद्रस्थानी प्रोटॉन्सच्या जोडीला न्यूट्रॉन्स असतात. न्यूट्रॉन्स उदासीन असतात-म्हणजे ना धन विजेने भारलेले, ना ऋण विजेने भारलेले. तरीसुद्धा प्रोटॉन्सच्या गळ्यात गळा घालून अणूच्या केंद्रस्थानी बसतात. इलेक्ट्रॉन्स मात्र म्हणतात, 'आम्ही आपले बाहेरच बरे.' मारतात फे-या, मारतात फे-या. कुठलं गाणं म्हणत असतील?'

'मी सांगते अण्णाआजोबा, यस्मीन म्हणाली, "ये दोस्ती, हम नहीं छोडेंगे.' 

सर्वजण हसू लागले. अण्णाआजोबा सुद्धा हसले आणि म्हणाले, ' या विश्वातील सारे पदार्थ-घन, द्रव, वायू-सजीव, निर्जीव- या सूक्ष्म अणूंचे बनलेले आहेत.

'सीता, तुझी दिल्लीला राहणारी मावसबहीण आशा तुझ्या घरी राहायला आली की तू काय करते?' अण्णाआजोबांनी विचारली.

'अय्या, अण्णाआजोबा मी तर आनंदाने अगदी वेडी होते. पहिल्यांदा आम्ही एकमेकींना कडकडून मिठी मारून थोडा वेळ नुसत्याच उड्या मारतो. आम्ही एकमेकींना शाळेतल्या गमती जमती सांगतो. काय करायचं, कुठे जायचं ते ठरवायला लागतो,' सीता म्हणाली.

'म्हणजे शास्त्रीय भाषेत तुम्ही दोघी खूप उत्तेजित (excite) होता, तुमची ऊर्जापातळी (energy level) खूप वाढते, खरं की नाही?' अण्णाआजोबांनी विचारलं.

'हो, ऊर्जापातळी एवढी वाढते की आम्ही रात्रीसुद्धा गप्पा मारत बसतो. शेवटी आई आणि मावशी आम्हाला रागवतात आणि म्हणतात, "आता झोपा. उद्यासाठी थोड्या गप्पा ठेवा,' सीता म्हणाली.

'आता प्रकाश जेव्हा एखाद्या वायूच्या अणूमधून जातो, तेव्हा प्रकाशामधील फोटॉन भेटला की वायूच्या अणूमधील इलेक्ट्रॉन सीतासारखाच उत्तेजित होतो आणि त्याची ऊर्जापातळी वाढते,' अण्णाआजोबांनी सांगितलं.

'प्रत्येक वायूच्या अणूमधील इलेक्ट्रॉन्सची संख्या वेगवेगळी असते. त्यामुळे प्रत्येक वायूच्या अणूमधील ऊर्जापातळीमधील वाढ  कशी असेल?' अण्णाआजोबांनी विचारलं.

'वेगवेगळी असेल,' सर्व मुले एकदम म्हणाली.

'तुम्ही सर्वांनी इंद्रधनुष्य पाहिलं असेल,' अण्णाआजोबा म्हणाले. सर्वांनी माना डोलावल्या. 'बालकवी ठोंबरे यांनी या इंद्रधनुष्याचं खूप सुंदर वर्णन केलं आहे. कोण सांगेल?' 

'मी सांगतो अण्णाआजोबा,'अहमद म्हणाला,

'वरती बघता इंद्रधनूचा गोफ दुहेरी विणलासे

मंगल तोरण काय बांधिले नभोमंडपी कुणी भासे.'

'शाबास, आता हे इंद्रधनुष्य का दिसतं, माहीत आहे?' अण्णाआजोबा म्हणाले.

'मी सांगतो अण्णाआजोबा,' गणपत म्हणाला,'सूर्यप्रकाश सात रंगांचा बनलेला असतो. ऊन असताना, विशेषत: सूर्य आपल्या पाठीमागे असताना समोर पाऊस पडला, तर पावसाचे थेंब असंख्य लोलकांचं काम करतात आणि प्रकाशाचं पृथक्करण होऊन इंद्रधनुष्य दिसतं.'

'गणपतने आता एक महत्त्वाचा शब्द वापरला-लोलक,' अण्णाआजोबा म्हणाले,' तुम्ही लोलक पाहिला आहे का?' 

'मी पाहिला आहे,' सीता म्हणाली,' माझी मैत्रीण नंदाच्या घरी लोलकांचं झुंबर आहे. सकाळी या झुंबरावर ऊन पडलं किंवा रात्री लाइट लावला की खोलीभर सगळीकडे सातरंगी प्रकाश दिसतो.'

'म्हणजे हे लोलक प्रकाशाचं पृथक्करण करतात,'अण्णाआजोबा म्हणाले, ' आता शास्त्रज्ञांकडे जो लोलक असतो त्याला प्रिझम किंवा त्रिकोणचिती म्हणतात.  हा प्रिझम सिलिंडर सारखा असतो. पण सिलिंडर गोलाकार असतो, प्रिझम त्रिकोणी असतो. या प्रिझममधून प्रकाशझोत सोडला की शास्त्रज्ञांना सातरंगी वर्णपट किंवा spectrum दिसतो.

आणि आपण आता पाहिल्याप्रमाणे फोटॉन्सची ऊर्जापातळी बदलली की वर्णपटसुद्धा वेगळा दिसतो.

'शेरलॉक होम्सच्या गोष्टी कुणी वाचल्या आहेत?' अण्णाआजोबांनी विचारलं.

'अण्णाआजोबा, तुम्हीच आम्हाला सांगितल्या आहेत,'करीम म्हणाला,' ब्लू कार्बंकल भारी मजेदार गोष्ट आहे. या गोष्टीत जेम्स रायडर हा चोर काऊंटेसबाईंचा हिरा चोरून आपल्याला भेट मिळणा-या बदकाला भरवतो. हे बदक सगळ्या बदका़ंत मिसळल्यावर हा चांगलाच फसतो. कारण आता हे बदक ओळखणार कसं? शेरलॉक होम्स जेम्स रायडरला बरोबर शोधून काढतो. शेरलॉक होम्स खूप कठीण गुन्ह्यांचा तपास लावतो.'

'करीम, तुझी स्मरणशक्ती चांगली आहे. मला तर ही गोष्टच आठवत नाही,' अण्णाआजोबा म्हणाले,' तर शेरलॉक होम्स गुन्ह्यांचा तपास कसा लावतो?'

'अण्णाआजोबा, तो काय करतो, आधी सारे क्लूज गोळा करतो. या क्लूजचा अभ्यास करून तो तर्कसंगत निष्कर्ष काढतो,' करीम म्हणाला.

'तर गोपाळ, आता तुझ्यापुढे सारे क्लूज आहेत. तुझ्या प्रश्नाचं उत्तर तू शोधून काढू शकतोस का? मला तुम्हा मुलांनी नुसती श्रवणभक्ती करायला नको आहे. तुम्हीसुद्धा विचार करून प्रश्नांची उत्तरं शोधून काढली पाहिजेत,' अण्णाआजोबा म्हणाले.

'प्रयत्न करतो अण्णाआजोबा,' गोपाळ म्हणाला.

'शाबास, ये असा समोर. तुला लागलं तर या व्हाइटबोर्डचा वापर कर,' अण्णाआजोबा म्हणाले.

'शास्त्रज्ञांनी काय केलं असेल, निरनिराळ्या वायूंमधून प्रकाश सोडून, त्या प्रकाशाचे प्रिझममधून पृथक्करण करून या सा-या वर्णपटांचा डाटाबेस बनवला असेल.

'एखादा ग्रह जीवसृष्टीस अनुकूल असण्यासाठी तेथे ऑक्सिजन असला पाहिजे. तेथे पाणी असलं पाहिजे,' गोपाळ म्हणाला.

'पाणी तर द्रवपदार्थ आहे,' गणपतने शंका काढली.

' ज्या ग्रहावर पाणी असेल तेथील वातावरणात पाण्याची वाफ आढळेल,' गोपाळ म्हणाला.

'बरोबर आहे,'अण्णाआजोबा म्हणाले,'पाण्याचा अणू हायड्रोजन आणि ऑक्सिजनपासून बनला आहे. त्यामुळे त्याला अणू (atom) न म्हणता रेणू (molecule) म्हणतात.'

'जीवसृष्टी आहे की नाही हे सांगण्यास आणखी एका वायूचे अस्तित्व उपयोगी पडते, तो म्हणजे मिथेन. आपण  एखादे डबके हलवले तर कुजलेल्या गाळातून बुडबुडे बाहेर पडतात. हे बुडबुडे मिथेन वायूचे असतात,'अण्णाआजोबा म्हणाले.

'शी गं बाई, हा घाणेरडा वायू जीवसृष्टीबद्दल काय सांगणार?' सीता म्हणाली.

'सजीव कुजण्याने उत्पन्न होणारा मिथेन वायू आहे, त्या अर्थी तेथे जीवसृष्टी असली पाहिजे,' गोपाळ म्हणाला.

'बरोबर,' अण्णाआजोबा म्हणाले.

'दूर ग्रहावरून आलेला प्रकाश दुर्बिणीत बंदिस्त झाल्यावर शास्त्रज्ञ या प्रकाशाचा प्रिझममधून वर्णपट घेत असतील. हा वर्णपट जर ऑक्सिजन, पाण्याची वाफ, मिथेन अशा वायूंतून नोंदविलेल्या वर्णपटाशी जुळला, तर या ग्रहावर जीवसृष्टी असण्याची शक्यता आहे,' गोपाळ म्हणाला.

'वा गोपाळ, फार चांगल्या प्रकारे स्पष्ट केलंस', अण्णाआजोबा गोपाळच्या पाठीवर शाबासकीची थाप मारून म्हणाले.

एवढ्यात ज्योत्स्नाआजी बाहेर आली आणि म्हणाली,'काय शिकवलं आज अण्णाआजोबांनी?'

'ब्रेडचा टोस्ट कसा होतो ते,' गणपत  म्हणाला. सर्व मुले हसू लागली.

'गणपतला एवढ्या गोष्टींतून खाण्याचीच गोष्ट लक्षात राहिली,' सीता म्हणाली.

'असू दे. एखाद्याला एक सारखं चिडवू नये. मी तुझ्याबरोबर आहे गणपत. मला आवडतो टोस्ट. अण्णाआजोबा, उद्या ब्रेड घेऊन या. आपण मुलांना  चहाबरोबर गरमागरम टोस्ट, बटर, जाम देऊ या, ' ज्योत्स्नाआजी म्हणाली.

'थँक्यू ज्योत्स्नाआजी, थँक्यू अण्णाआजोबा,' असं म्हणून सर्व मुले निघून गेली.

(हा लेख Super Smart Science, Quantum Physics made easy या Dr. Vincent Tobin यांच्या पुस्तकातील माहितीवर आधारित आहे. पुस्तकाची अधिक माहिती www.waylandbooks.co.uk या संकेतस्थळावर मिळेल)