अणु, रेणू आणि देवाचा कण

लार्ज हेड्रॉन कोलायडर या नावाच्या अतीप्रचंड अशा भूमिगत प्रयोगशाळेत झालेल्या प्रयोगांमधून २०१३ मध्ये देवाच्या कणाचे अस्तित्व जाणवले असे सांगितले गेले. त्यावेळी मी लिहिलेल्या या लेखात कणाद मुनीपासून ते आजच्या कालापर्यंत झालेल्या संशोधनाचा संक्षिप्त आढावा घेतला आहे.

अणू, रेणू आणि देवाचा कण – भाग १

मातीचे ढेकूळ नुसते हाताने चुरगाळले तरी त्याचा भुगा होतो, मातीच्या मानाने दगड बराच कठीण असतो, पण त्यालाही फोडून त्याचे तुकडे करता येतात, ते करतांना दगडाचा थोडा बारीक चुराही निघतो, करवतीने लाकूड कापतांना त्याचाही पिठासारखा भुसा पडतो, गहू, ज्वारी वगैरे धान्ये दळल्याने त्यांचे पीठ होते वगैरे नित्याचे अनुभव आहेत. कुठलाही घनरूप पदार्थ कुटून, ठेचून किंवा घासून त्याची पूड करता येते, ते करतांना त्या पदार्थाचे बारीक कण वेगवेगळे होतात. यातल्या प्रत्येक कणांमध्ये मूळ पदार्थाचे सगळे गुण असतात. पावसाचे पाणी लहान लहान थेंबांमधून पडते आणि आता थंडीच्या दिवसात सकाळी आपल्याला पानांवरले दंवबिंदू दिसतील. ते तर आकाराने खूपच लहान असतात. थोडक्यात सांगायचे तर जगातल्या सगळ्या वस्तूंचे रूपांतर त्यांच्याच सूक्ष्म कणांमध्ये होऊ शकते.

चिमूटभर साखरेतले निरनिराळे कण डोळ्यांना दिसतात आणि बोटाने त्यांना वेगळे करता येतात. त्याची पिठीसाखर केली तर तिचे कण मात्र डोळ्यांनाही वेगवेगळे दिसत नाहीत आणि त्यातल्या एका कणाचा वेगळा स्पर्शही बोटाला जाणवत नाही. डोळे आणि त्वचा या आपल्या ज्ञानेंद्रियांच्या जाणीवा सुमारे एक दशांश मिलिमीटरपेक्षा सूक्ष्म आकाराच्या पदार्थांना ओळखत नाहीत. नाक आणि जीभ मात्र अधिक संवेदनाशील इंद्रिये आहेत. डोळ्यांना न दिसणाऱ्या कणांचा गंध किंवा रुची यावरून ती वस्तू ओळखता येते. पण एका मर्यादेच्या पलीकडे तेसुद्धा शक्य नसते. अनेक सूक्ष्म कणांनी मिळून तयार झालेली चिमूटभर पिठीसाखर एकत्रितपणे डोळ्यांना दिसते आणि बोटांना जाणवते. हीच साखर पेलाभर पाण्यात घालून ढवळली की ती पाण्यात विरघळून जाते आणि पूर्णपणे अदृष्य होते. साखरेमुळे त्या पाण्याला आलेला गोडवा जिभेला जाणवतो, त्या मिश्रणाचे वजन केले तर ते पाणी आणि पिठीसाखर यांच्या वजनाच्या बेरजेइतके असते, या अर्थी ती साखर नष्ट झालेली नसते, पण पाण्यात विरघळण्याच्या क्रियेत तिचे कण अत्यंत सूक्ष्म झालेले असल्यामुळे ते मात्र डोळ्यांना मात्र दिसत नाहीत.

पदार्थांच्या अशा प्रकारे होत असलेल्या विघटनाच्या गुणधर्मांबद्दल विचार करतांना काही तत्वज्ञान्यांना असे वाटले की जगातले सगळे पदार्थ मुळात अतिसूक्ष्म अशा कणांच्या समुदायामधूनच बनत असावेत. असे असंख्य कण एकमेकांना चिकटून त्याचा आकार बनतो आणि त्यांच्यामधले बंधन तोडल्यास ते वेगळे किंवा सुटे होतात. कोणताही पदार्थ वायुरूप असतो तेंव्हा हे अतिसूक्ष्म कण इतस्ततः सुटे फिरत असतात, पण तो द्रवरूप झाला की ते एकमेकांना सैलसर चिकटतात आणि घनरूपात ते एकमेकांना घट्ट पकडून ठेवतात. उदाहरणार्थ पाण्याची वाफ हवेत सगळीकडे विरून जाते, द्रवरूप पाणी एकत्र राहते, पण त्याला स्वतःचा आकार नसतो आणि त्याला गोठवून बर्फ केल्यास त्याचा ठोकळा बनवता येतो. तो आपला आकार टिकवून ठेवतो. हे सगळे कशामुळे होते हा प्रश्न होता. एक अज्ञात शक्ती या कणांना एकमेकांशी बांधून ठेवत असते एवढेच माहीत होते.

“कुठल्याही पदार्थाचे लहान लहान तुकडे करत गेल्यास अशी एक वेळ येईल की त्याचे आणखी लहान तुकडे होऊ शकणार नाहीत” असा सिद्धांत कणाद या भारतीय तत्वज्ञान्याने (वाटल्यास शास्त्रज्ञाने म्हणावे) मांडला होता. पदार्थांच्या या सर्वात लहान कणाला त्याने ‘अणू’ असे नाव दिले होते. ‘वैशेषिक’ नावाची तत्वज्ञानाची एक शाखा कणादमुनींनी सुरू केली होती. ‘नैनम् छिन्द्यन्ति शस्त्राणि” असा हा अविभाज्य अणू त्या तत्वज्ञानानुसार अमर असतो. दोन किंवा तीन अणूंचे गट असू शकतात, निरनिराळ्या पदार्थांचे अणू एकमेकांशी संयोग पावून त्यातून वेगवेगळे नवे पदार्थ उत्पन्न होतात असे प्रतिपादनसुध्दा कणादाच्या या तत्वज्ञानात होते असे म्हणतात. या सगळ्या गोष्टी रसायनशास्त्रातल्या प्राथमिक आणि मूलभूत तत्वांशी बऱ्याच प्रमाणात जुळतात. पारंपारिक भारतीय शास्त्रांनुसार माती, पाणी, उजेड, वारा म्हणजेच पृथ्वी, आप, तेज, वायू आणि त्याशिवाय आकाश ही पंचमहाभूते समजली जातात. विश्वामधील कोणताही पदार्थ यांच्यामधूनच तयार होतो असे मानले जाते. या पंचमहाभूतांच्या जोडीला दिक्, काल, मन आणि आत्मा यांचाही विचार करून अशा एकंदर नऊ तत्वांमधून सर्व सजीव तसेच निर्जीव सृष्टी निर्माण झाली आहे असे महर्षी कणादमुनींनी प्रतिपादन केले आहे. हे देखील ढोबळमानाने पाहता बरोबरच आहे, पण स्पष्ट अस्तित्व असलेली माती किंवा पाणी, विचार किंवा भावना यांनीच समजता येत असलेले मन आणि पूर्णपणे काल्पनिक संकल्पना असलेला आत्मा यांची अशा प्रकारे एकत्र मिसळ करणे विज्ञानात (सायन्समध्ये) बसत नाही.

जगातील सर्व वस्तूंची गणना मूलद्रव्य (Elements), संयुग (Compounds) किंवा मिश्रण (mixtures) यापैकी एकात होते. हे लेवॉजियर या शास्त्रज्ञाने सांगितलेले सत्य कणादमुनींच्या काळात बहुधा प्रस्थापित झालेले नसावे. त्यामधील मूलद्रव्य आणि संयुग यांना विशिष्ट गुणधर्म असतात आणि त्यांचे मिश्रण केले तरी ते गुण टिकून राहतात. सर्व पदार्थांच्या या तीन वर्गात केलेल्या विभाजनामुळे त्यांचे सर्वात लहान कण या अर्थाने Atom आणि molecule हे शब्द वापरात आले आणि या इंग्रजी शब्दांसाठी अणू, परमाणू, रेणू वगैरे मराठी प्रतिशब्द आता रूढ झाले आहेत. (त्यातसुध्दा अनुक्रमे परमाणू व अणू आणि अणू व रेणू असे दोन पाठभेद आहेत.) अणू या शब्दाचा कणादमुनींना अभिप्रेत असलेला अर्थ कशा प्रकारचा होता कोण जाणे, पण तो Atom किंवा molecule या शब्दांच्या सध्या प्रचलित असलेल्या अर्थांपेक्षा निश्चितपणे निराळा होता. अणू या कणादमुनींच्या संकल्पनेचा आकार, वजन, क्रमांक, विद्युत भार, त्याची अंतर्गत रचना अशा प्रकारची कसलीही शास्त्रीय माहिती कुणादमुनींच्या तत्वज्ञानात दिलेली आहे असे माझ्या अल्पशा वाचनात मला तरी कुठे आढळले नाही. अणू हे सर्व पदार्थांचे अतीसूक्ष्म असे कण आहेत असे मात्र बहुधा त्यांनीच पहिल्यांदा खूप पूर्वी सांगितले होते एवढे सर्वमान्य आहे. जगातले सगळेच ज्ञान ब्रह्मदेवाने वेदांमधून काही निवडक ऋषींना दिले होते असा ज्यांचा दृढ समज आहे अशा लोकांच्या दृष्टीने पाहता कणादमुनींनी देखील हे ज्ञान वेदाध्यनामधून प्राप्त केले असेल तर त्यांना अणूचे आद्य संशोधक म्हणता येणार नाही. शिवाय प्राचीन काळामधील काही जैन मुनी आणि डेमॉक्रिटस नावाचा ग्रीक फिलॉसॉफर यांनीसुध्दा परमाणू आणि अॅटम या सूक्ष्म कणांची कल्पना केलेली होती असेही सांगितले जाते. प्राचीन काळामधले हे सगळे प्रयत्न फक्त अचाट कल्पनाशक्ती आणि तर्कशुध्द विचार यांमधून केले गेले होते. प्रात्यक्षिके, प्रयोग, निरीक्षण, परीक्षण, गणित वगैरेंमधून त्यांना जोड देऊन ते विचार शास्त्रीय दृष्ट्या सिद्ध केले गेले नव्हते, तसेच अणू, परमाणू, रेणू वगैरे शब्दांच्या व्यवस्थित शास्त्रीय व्याख्या केलेल्या नव्हत्या.

अणू हे सूक्ष्म सूक्ष्म म्हणजे नेमके किती सूक्ष्म असतात हे बहुतेक लोकांना माहीत नसते. अब्ज, खर्व, निखर्व, परार्ध वगैरे संख्यांचा नेमका अर्थही सहसा कोणाला समजत नाही. यापेक्षा तुलनेने असे सांगता येईल की भारताची जेवढी लोकसंख्या आहे त्याच्या कित्येक पट अणू धुळीच्या एका कणात असतात. अशा प्रकारच्या अवाढव्य संख्या १, २, ३, ४ असे करून मोजता येत नाहीत. त्यासंबंधी काही सिद्धांत मांडले जातात, त्यांच्यासोबत काही समीकरणे येतात, प्रयोगांमधून मिळालेल्या माहितीवरून किचकट आकडे मोड करून त्या ठरवतात. हे सिद्धांत आणि समीकरणे अनेक शास्त्रज्ञांनी तपासून पाहिल्यानंतर त्या आकड्यांना सर्वमान्यता मिळते. कणादमुनींच्या कालखंडात हे सगळे झाले असल्याचा निर्देश कुठे दिसत नाही.

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

अणू, रेणू आणि देवाचा कण – भाग २

गेल्या तीन चार शतकांमध्ये युरोपात विज्ञानयुग अवतरले आणि अनेक शास्त्रज्ञांनी निरनिराळ्या दिशांनी वैज्ञानिक पद्धतीने संशोधन सुरू केले. निरनिराळी मूलद्रव्ये (Elements) आणि त्यांची संयुगे (Compounds) यांची रासायनिक सूत्रे (Chemical Formulae) मांडली गेली. दोन मूलद्रव्यांच्या (Elements) संयोगातून (Reaction) प्रयोगशाळांमध्ये त्यांची संयुगे (Compounds) तयार केली आणि त्या संयुगांचे विद्युतशक्तीने पृथःकरण (Electrolysis) करून त्यातली मूलद्रव्ये वेगळी काढून दाखवली आणि त्यांची समीकरणे सप्रयोग सिद्ध केली गेली. हे करतांना मूलद्रव्याचा (Elements) सर्वात लहान कण हा Atom, आणि संयुगाचा (Compounds) सर्वात लहान कण हा molecule या त्या शब्दांच्या शास्त्रीय व्याख्या रूढ झाल्या. कुठल्याही पदार्थाचा या दोघांपेक्षा लहान कण अस्तित्वात नसतो असेच पुढील दोन तीन शतकेपर्यंत समजले जात होते.

या जगात असंख्य प्रकारचे नैसर्गिक रासायनिक पदार्थ आहेत. त्यांचेसंबंधी संशोधन करत असतांना त्यांचे पृथःकरण करून त्यांच्यामध्ये असलेले घटक वेगवेगळे केले गेले किंवा त्यांची ओळख पटवून घेतली गेली. ते पहात असतांना एक आश्चर्यजनक गोष्ट आढळून आली. नैट्रोजन, ऑक्सीजन, हैड्रोजन, क्लोरिन यासारखे प्रमुख वायू, लोह, तांबे, अॅल्युमिनियम, कॅल्शियम, पोटॅशियम, पारा (मर्क्यूरी) यासारखे मुख्य धातू आणि कार्बन, सिलिकॉन, सल्फर, फॉस्फोरस यांसारखे काही अधातू अशा निवडक मूलद्रव्यांपैकीच काही एलेमेंट्स जगातल्या बहुतेक सगळ्या पदार्थांमध्ये मुख्यतः असतात असे दिसले. अधिक संशोधनानंतर हीलियम, आर्गॉन, रेडियम, युरेनियम वगैरे आणखी काही मूलद्रव्ये मिळाली, पण एवढी प्रचंड विविधता असलेल्या पृथ्वीवरील निसर्गात सर्व मिळून फक्त ९२ च मूलद्रव्ये आहेत हे प्रयोग आणि चिंतन यामधून नक्की ठरले. गेल्या शंभर वर्षांमध्ये त्यात आणखी सुमारे वीस मानवनिर्मित मूलद्रव्यांची भर आता पडली आहे. पण त्यांचे प्रमाण इतके कमी आहे की त्यांचे अस्तित्व फक्त नावापुरतेच आहे. याचा अर्थ हे संपूर्ण जग फक्त सुमारे शंभर प्रकारच्या मूलद्रव्यांच्या अणूंपासून बनलेले आहे. त्यातलीही निम्म्याहून जास्त मूलद्रव्ये अत्यंत दुर्मिळ (रेअर अर्थ्स) अशी आहेत. त्यांचा प्रत्यक्षात फारसा उपयोग केला जात नाही. फक्त चाळीस पन्नास प्रकारच्या अणूंपासून जवळ जवळ सगळे जग निर्माण झाले आहे असे म्हणता येईल.

या उपयोगी मूलद्रव्यांचे गुणधर्म प्रयोगशाळांमध्ये बारकाईने तपासून पाहतांना त्यातून निसर्गाचे विशिष्ट नियम समजत गेले. या चाळीस पन्नासामधलीसुध्दा सगळीच मूलद्रव्ये इतर सगळ्याच मूलद्रव्यांशी संयोग पावत नाहीत. उदाहरणार्थ लोह आणि सोने यांचे संयुग बनत नाही. दागीने बनवण्यासाठी सोन्यामध्ये तांबे मिसळले जाते पण ते फक्त मिश्रण असते. या दोन धातूंमध्ये रासायनिक प्रक्रिया (Chemical Reaction) होत नाही. जी मूलद्रव्ये संयोग पावतात ती विशिष्ट प्रमाणातच एकमेकांशी जुळतात. दोन भाग हायड्रोजन आणि एक भाग ऑक्सीजन मिळून पाणी तयार होते. जगातल्या कुठल्याही समुद्रातले, नदीतले किंवा डबक्यातले पाणी घेऊन तपासून पाहिले तर त्यात हेच प्रमाण दिसते. दोन भाग हायड्रोजन आणि दहा भाग ऑक्सीजन यांना जरी एकत्र ठेऊन त्यात ठिणगी पाडली तरी त्यातल्या फक्त एक भाग ऑक्सीजनचा उपयोग होईल आणि ९ भाग ऑक्सीजन शिल्लक राहील. त्याच प्रमाणे दहा भाग हायड्रोजन आणि एक भाग ऑक्सीजन एकत्र ठेऊन त्यात ठिणगी पाडली तरी फक्त दोन भाग हायड्रोजनचा उपयोग पाणी निर्माण करण्यात होईल आणि ८ भाग हायड्रोजन तसाच शिल्लक राहील. ठिणगी पडली नाही तर हायड्रोजन आणि ऑक्सीजन वायूंचे ज्वालाग्राही मिश्रण तयार होईल. नैट्रोजन, ऑक्सीजन, हैड्रोजन, क्लोरिन वगैरे वायूंचे अणू एकटे रहातच नाहीत. जेंव्हा त्यांचा दुसऱ्या एकाद्या मूलद्रव्याच्या अणूंशी संयोग होत नाही तेंव्हा ते आपल्याच भावाशी जोडून घेऊन जोडप्याने एकत्र राहतात. या वायूंच्या प्रत्येक molecule मध्ये दोन दोन Atom असतात. यासारख्या अनेक गोष्टी या संशोधनांमधून समोर आल्या. हे असे का होत असावे याचा विचार केला गेला.

दोन, तीन किंवा अधिक मूलद्रव्यांपासून संयुग तयार होते तेंव्हा त्या मूलद्रव्यांचे अणू (Atom) एकमेकांना बांधून घेतात किंवा एकमेकांमध्ये अडकतात आणि त्यातून त्या संयुगाचा रेणू (molecule ) तयार होतो. त्या पदार्थाचे सगळे गुणधर्म या रेणूमध्ये असतात, रेणू हा त्याचा सर्वात सूक्ष्म असा कण असतो. त्याच्या अंतरंगात निरनिराळे अणू (Atom) असतात, पण ते सुटे नसतात रासायनिक (Chemical) बंधनात ते जखडले गेलेले असतात. संयुग बनल्यानंतर मूलद्रव्यांचे गुणधर्म शिल्लक रहात नाहीत. हायड्रोजन आणि ऑक्सीजन यांचे कुठलेच गुणधर्म पाण्यामध्ये नसतात, पाण्याचे गुण सर्वस्वी भिन्न असतात. भिन्न अणूंचे मिळून संयुग होत असतांना त्यांच्यात हे बंध कां, कसे आणि केंव्हा तयार होऊ शकतील याची तात्विक चिकित्सा अणूंच्या मॉडेल्सवरून केली जाते. प्रत्येक मूलद्रव्यांचे अणू ठराविक प्रमाणातच दुसऱ्या मूलद्रव्यांचे अणूंशी जुळतात याचे कारण त्या अणूंच्या अंतर्गत रचनेमध्ये असणार, हे विचार प्रबळ झाले. यावरून अणूच्या अंतर्गत रचनेची मॉडेल्स तयार केली गेली. अशी काही मॉडेल्स चित्रामध्ये दाखवली आहेत.

मुळात अणू हाच इतका सूक्ष्म कण असतो की कुठल्याही प्रकारच्या सूक्ष्मदर्शक यंत्रानेसुद्धा अख्ख्या अणूचे दर्शन घेणे देखील केवळ अशक्य आहे. त्याच्या अंतरंगात डोकावून पाहण्याचा प्रश्नच येत नाही. यामुळे अणू या मूल कणाची रचना कशी असावी यावर फक्त तात्विक विवेचन करणे शक्य आहे. पण ही रचना अशा अशा प्रकारची असल्यास त्यामुळे त्या अणूचे गुणधर्म असे असे होतील आणि तो पदार्थ अशा अशा प्रकारे वागेल असे तर्कानेच ठरवता येते. या कामात निरनिराळ्या मॉडेल्सचा उपयोग केला जातो. प्रत्यक्षामध्ये अणूचे बाह्य किंवा अंतरंग असेच असेल किंवा वेगळेच असेल, हे कोणीच पुराव्यानिशी सांगू शकणार नाही. पण अभ्यास करण्यासाठी ते असे असे आहे असे गृहीत धरून त्याची समीकरणे मांडली जातात आणि प्रयोगावरून ती सिद्ध झाली तर तेवढ्यापुरते तरी ते मॉडेल बरोबर आहे असे मानले जाते.

atomic models

या सगळ्या मॉडेल्समध्ये असे दाखवले आहे की अणूंच्या मध्यभागी एक अणूगर्भ (न्यूक्लियस) असतो. त्यात धनविद्युतभार असलेले प्रोटॉन्स नावाचे आणि कुठलाही विद्युतभार नसलेले न्यूट्रॉन्स नावाचे कण असतात. अणूचे बहुतेक सगळे वस्तुमान या दोन प्रकारच्या कणांमध्येच असते. इलेक्ट्रॉन्स नावाचे ऋण विद्युतभार असलेले अतीसूक्ष्म कण या न्यूक्लियसच्या सभोवती घिरट्या घालत असतात. प्रत्येक अणूमधील प्रोटॉन्स आणि इलेक्ट्रॉन्स यांची संख्या नेहमी समसमान असते. त्यामुळे या दोघांनी मिळून बनलेला अणू न्यूट्रल म्हणजे विद्युतभारहीन असतो. या प्रकारच्या रचनांमधून हे स्पष्ट होते की अणू हा सर्वात सूक्ष्म कण राहिला नाही. त्याचा भाग असलेले प्रोटॉन्स, न्यूट्रॉन्स आणि इलेक्ट्रॉन्स हे कण अणूपेक्षा खूपच छोटे असतात, विशेषतः इलेक्ट्रॉन्स तर अगदीच सूक्ष्म असतात.

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

अणू, रेणू आणि देवाचा कण – भाग ३

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 करणाऱ्या शक्तीशाली आणि कार्यक्षम अशा बॅटऱ्या 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 दुसऱ्या 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 दुसऱ्या 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 वर्तवणाऱ्या 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 २०१३ सालचे नोबेल पारितोषिकसुद्धा मिळाले. 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 विश्वाचे 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 सर्वच 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)

प्रतिक्रिया व्यक्त करा

Fill in your details below or click an icon to log in:

WordPress.com Logo

You are commenting using your WordPress.com account. Log Out /  बदला )

Google photo

You are commenting using your Google account. Log Out /  बदला )

Twitter picture

You are commenting using your Twitter account. Log Out /  बदला )

Facebook photo

You are commenting using your Facebook account. Log Out /  बदला )

Connecting to %s

%d bloggers like this: