हरहुन्नरी शास्त्रज्ञ रॉबर्ट हूक

झाडाच्या लवचिक फांदीला वाकवले की ती वाकते आणि सोडली की पुन्हा पहिल्यासारखी होते, रबराला ताणले की ते लांब होते आणि ताण सोडला की पुन्हा लहान होते हे आपण नेहमीच पाहतो. इंग्रजी भाषेमधील ‘इलास्टिसिटी’ नावाच्या या विशिष्ट गुणधर्माला विज्ञानाच्या जगात आणि आधुनिक काळातल्या सिव्हिल आणि मेकॅनिकल इंजिनियरिंगमध्ये महत्वाचे स्थान आहे. मी शाळेत असतांना हा गुणधर्म ‘स्थितिस्थापकत्व’ अशा भारदस्त नावाने शिकलो होतो पण आताच्या भौतिकशास्त्र परिभाषाकोषामध्ये त्याचे नाव ‘प्रत्यास्थता’ असे दिले आहे. ओल्या लाकडाच्या या गुणधर्माचा उपयोग करून आदिमानवाच्या काळातल्या लोकांनी तीरकमठा बनवला होता आणि आजच्या काळातले वनवासी लोकसुध्दा तशा प्रकारच्या हत्याराने शिकार करतात. रामायण महाभारताच्या काळातले धनुर्धारी वीर प्रसिध्द आहेत. कांही पदार्थांचा हा गुणधर्म पूर्वीपासून माणसाच्या माहितीतला असला आणि माणसाने त्याचा चांगला उपयोग करून घेतला असला तरी सतराव्या शतकातल्या रॉबर्ट हूक या ब्रिटिश शास्त्रज्ञाने त्याचा पध्दतशीर अभ्यास करून त्यासंबंधीचा मूलभूत नियम सांगितला. तो ‘हूकचा नियम’ याच नावाने ओळखला जातो.

रॉबर्ट हूकचा जन्म इंग्लंडमधल्या एका लहानशा बेटावर १६३५ साली झाला. त्याचे वडील तिथल्या चर्चमध्ये धर्मगुरु होते आणि त्या गावातली शाळाही चर्चला जोडलेली असल्यामुळे रॉबर्टला सुरुवातीला चांगले शिक्षण मिळाले. पण वडिलांच्या मृत्यूनंतर त्याची आर्थिक परिस्थिति बिकट झाली. त्यामुळे तो आपले गांव सोडून लंडनला गेला आणि तिथल्या एका प्रयोगशाळेत शिकाऊ उमेदवार म्हणून कामाला लागला. नोकरी करत असतांनाच त्याने पुढील शिक्षण घेतले. तो कुशाग्र विद्यार्थी होताच, चांगला चित्रकला आणि कुशल कारागीरही होता. बुध्दीमत्ता आणि कलाकौशल्य या दोन्ही गुणांचा संयोग दुर्मिळ असतो, पण रॉबर्ट हूकमध्ये तो होता. त्याने लॅटिन, ग्रीक, हिब्रू आदि भाषांचा अभ्यास केला, पण गणित आणि विज्ञान किंवा नैसर्गिक तत्वज्ञान हे त्याचे आवडते विषय होते आणि प्रात्यक्षिके दाखवणे किंवा प्रयोग करून पाहणे याची त्याला मनापासून आवड होती. इंग्लंडमधला लिओनार्दो दा विंची असे त्याचे वर्णन करता येईल.

कांही वर्षांनंतर हूक लंडनहून ऑक्सफर्डला गेला. तिथे असतांना त्याने प्रसिध्द शास्त्रज्ञ रॉबर्ट बॉइल यांच्यासोबत काम करून त्यांच्या संशोधनासाठी लागणारी खास उपकरणे आणि यंत्रे तयार केली, त्यात अनेक सुधारणा केल्या, त्यांचा वापर करून त्यावर प्रयोग आणि प्रात्यक्षिके केली आणि अशा प्रकारे बॉइल यांच्या संशोधनाला सहाय्य केले. हूकचे प्राविण्य पाहून पुढे रॉयल सोसायटीच्या प्रयोगशाळेची जबाबदारी त्याच्यावर सोपवली गेली. त्यानंतर त्याने इतर संशोधकांना मदत करता करता त्याबरोबर स्वतःचे वेगळे संशोधन करणे सुरू केले.

सतराव्या शतकाच्या काळात विज्ञान हाच एक वेगळा विषय नव्हता, तेंव्हा त्याच्या शाखा, उपशाखा कुठून असणार? त्या काळातले शास्त्रज्ञ विविध विषयांवर संशोधन करीत असत. त्यांना ज्या बाबतीत कुतूहल वाटेल, त्या गोष्टीचा छडा लावण्यासाठी ते प्रयत्न करीत असत. रॉबर्ट हूकने सुध्दा अनेक प्रकारचे संशोधन केले. रॉबर्ट बॉइलसाठी त्याने हवेच्या दाबावर काम केलेले होतेच. त्यासंबंधीचे प्रयोग आणि प्रात्यक्षिके तो पुढेही करीत राहिला, त्याचप्रमाणे त्याने निरनिराळ्या उंचीवरील ठिकाणांच्या वातावरणातला हवेचा दाब मोजून पाहिला. निरनिराळी लांबी असलेल्या लंबंकांची आंदोलने मोजली. प्रत्यास्थतेचा नियम शोधत असतांना कोणकोणत्या पदार्थात हा गुण किती प्रमाणात आढळतो हे पहाणे आलेच. पोलादाची तार किंवा पट्टी गुंडाळून त्यापासून स्प्रिंग तयार करून या गुणाचा अभ्यास केला. त्यावरून निरनिराळ्या प्रकारच्या स्प्रिंगा तयार करून पाहिल्या. घडाळ्याच्या वेळेत अचूकता आणण्यासाठी त्याला लागणारे खास प्रकारचे दाते असलेली चक्रे तयार केली. गॅलीलिओ आदि शास्त्रज्ञांनी दूरच्या ग्रहताऱ्यांना पहाण्यासाठी दुर्बिणी तयार केल्या होत्या. जवळच्याच वस्तूंना मोठे करून पाहण्यासाठी बहिर्गोल भिंगा पूर्वीच तयार झालेल्या होत्या. या दोन्हींवर विचार करून रॉबर्ट हूकने सूक्ष्मदर्शक यंत्रे तयार केली आणि क्षुल्लक किड्यांपासून झाडांच्या पानांपर्यंत अनेक बारीकशा वस्तूंना त्या यंत्राखाली ठेऊन लक्षपूर्वक पाहिले. त्या काळात छायाचित्राचा शोध लागलेला नव्हता पण रॉबर्ट हूक चित्रकलेमध्ये प्रवीण असल्यामुळे या यंत्रामधून त्याला जे दिसले त्यांची हुबेहूब चित्रे त्याने काढून ठेवली. वनस्पती किंवा प्राण्यांची शरीरे सूक्ष्म अशा अनंत पेशींपासून बनलेली असतात असे त्यांचा अभ्यास करत असतांना हूकला जाणवले. त्या सूक्ष्म पेशींसाठी इंग्रजीमध्ये सेल (Cells) हा शब्दप्रयोग त्याने केला. शरीरामधील नीला (Veins) आणि रोहिणी (Arteries) या रक्तवाहिन्यांमधील रक्तात फरक असतो हे त्याने सूक्ष्मदर्शकातून पाहिले आणि सांगितले. अशा अनेक विषयांवर त्याने संशोधन केले.

हूकने आपला प्रसिध्द नियम लॅटिनमध्ये थोडक्यात लिहिला होता त्याचा अर्थ जसा “जोर (force) तशी वाढ (extension)” असा होत होता. वाढ या शब्दाच्या ठिकाणी विरूपणही (Deformation) घेता येते. स्प्रिगला वजन अडकवून त्याला वजन टांगले तर त्या वजनाच्या प्रमाणात त्या स्प्रिंगची लांबी वाढते हे सहजपणे मोजता येते आणि यावरून हा नियम सिध्द करता येतो. या वाक्यात आणखी सुधारणा करून हूकचा नियम आता असा सांगितला जातो.
“प्रत्यास्थी सीमेच्या आतील घनरूप पदार्थामध्ये बाह्य बलामुळे निर्माण होणारे प्रतिबल (Stressस्ट्रेस) त्या पदार्थात झालेल्या विकाराच्या (strainस्ट्रेनच्या) समप्रमाणात असते.” Within the limit of elasticity, the stress induced (σ ) in a solid due to some external force is always in proportion with the strain (ε ).
हा नियम सर्व पदार्थांना सर्व स्थितींमध्ये लागू पडत नाही. उदाहरणार्थ कांचेपासून स्प्रिंगसारखा आकार तयार केला आणि त्याला ताण दिला तर ती तुटून जाईल आणि शिशाच्या तारेला गुंडाळून तयार केलेल्या स्प्रिंगला ताण दिला तर ती लांब होईल पण ताण सोडला तरी ती त्याच आकारात राहील, पुन्हा पूर्वीचा आकार घेणार नाही. पोलादाची तारसुध्दा मर्यादेच्या बाहेर ताणली तर पुन्हा पहिल्यासारखी होत नाही कारण हूकचा हा नियम प्रत्यास्थी सीमेमध्येच लागू पडतो, पण यंत्रांचे भाग अशाच पदार्थांपासून तयार केले जातात आणि त्यांना मर्यादित ताणच दिला जातो. त्यांच्या डिझाइनसाठी हूकचा नियम खूप उपयोगी पडतो,

रॉबर्ट हूकने गुरुत्वाकर्षणावरसुध्दा संशोधन केले होते. उंचावरून पडत असतांना त्या वस्तूच्या खाली येण्याचा वेग वाढत जातो हे त्याच्या लक्षात आले होते असे त्याच्या नोंदींवरून दिसते. त्याबाबतचा इन्व्हर्स स्क्वेअर लॉ आपणच आधी सांगितला होता असा दावासुध्दा हूकने केला होता. पण सर आयझॅक न्यूटनने गतीचे सुप्रसिध्द नियम आणि गुरुत्वाकर्षणाचा क्रांतिकारक शोध लावून ते अत्यंत सुसंगत अशा तर्कांसह प्रसिध्द केले त्याला त्या काळातल्या विद्वानांची मान्यता मिळाली. बुध्दीमत्ता, चित्रकला, चिकाटी, कार्यकुशलता आदि अनेक गुण रॉबर्ट हूकमध्ये एकवटले होते आणि त्याने विस्तृत संशोधनही केले होते, पण त्याच सुमाराला विज्ञानाच्या जगात सर आयझॅक न्यूटन नावाच्या सूर्याचा उदय झाला होता आणि त्याच्या तेजापुढे रॉबर्ट हूकचे काम फिके पडले असावे. हूक आणि न्यूटन यांच्या मधले व्यक्तीगत संबंध तितकेसे सलोख्याचे नसावेत. अशा कारणांमुळे त्या काळातील प्रस्थापित विद्वानांचे हूककडे कदाचित थोडे दुर्लक्ष झाले असावे. त्याने दाखवलेल्या कर्तृत्वाच्या प्रमाणात त्याचा गौरव झाला नाही. या हरहुन्नरी संशोधकाने केलेले संशोधन अनेक वर्षांनंतर हळूहळू जगापुढे येत गेले आणि जगाला त्याची महती कळत गेली.