वाफेच्या इंजिनाचा शोध – भाग १ आणि २

वाफेच्या इंजिनाचा शोध – भाग १

मनुष्य हा एकच प्राणी आपले शारीरिक कष्ट कसे कमी करावेत यासाठी इतिहासपूर्व काळापासून प्रयत्न करीत आला आहे. त्याने अनुभवावरून तरफ आणि चाक यांचे शोध लावले आणि त्यांचा उपयोग करून तो आपली शक्ति वाढवत गेला किंवा कमी शक्ती वापरून जास्त उपयुक्त काम करायला लागला. धारदार हत्यारांच्या उपयोगाने शिकार करणे आणि जमीन खणणे, झाडाच्या फांद्या तोडणे वगैरे कामे सोपी केली आणि अग्नीवर नियंत्रण मिळवल्यानंतर त्याचा अनेक प्रकारे उपयोग करून घ्यायला लागला, नव्या वस्तू तयार करायला लागला. त्याने बैल आणि घोडा यासारख्या काही शक्तीशाली प्राण्यांना काबूत आणून पाळीव बनवले आणि शेती, वाहतूक अशा कामासाठी त्यांना कामाला जुंपले. आपली कामे सुलभ रीतीने आणि चांगल्या प्रकारे करून घेण्यासाठी अनेक प्रकारची यंत्रे तयार केली आणि तो आपल्या हातातल्या किंवा पायातल्या शक्तीने ती चालवायला लागला. नदीचे वाहते पाणी आणि वारा यांच्या शक्तीवर चालवता येणारी यंत्रे तयार केली, पण त्यांना मर्यादा होत्या. हजारो वर्षांपासून अग्नीचा उपयोग ऊष्णता मिळवण्यासाठी होत होता. पण त्या ऊष्णतेचा उपयोग करून त्यावर चालणारी यंत्रे तयार करणे हा माणसाच्या प्रगतीमधला अत्यंत महत्वाचा टप्पा होता. वाफेवर चालणारे इंजिन हे अशा प्रकारचे पहिले यंत्र कुणी आणि कसे तयार केले हे मी या लेखात सांगितले आहे.

पाणी तापवल्यावर त्याचे वाफेत रूपांतर होते आणि पाण्याच्या मानाने त्या वाफेत प्रचंड प्रमाणात ऊर्जा असते हे सर्वांनाच ठाऊक असते. पूर्वीपासून एवढे सामान्यज्ञान माणसाला असणार आणि त्या ऊर्जेचा उपयोग करून घेण्याचे अनेक प्रयत्नसुद्धा झाले असतील. त्यातल्या सुमारे दोन हजार वर्षांपूर्वी केलेल्या प्रयत्नांविषयीची थोडी तपशीलवार माहिती आज उपलब्ध आहे.

आकृती १

आकृति १

आता इजिप्तमध्ये असलेल्या पण त्या काळातल्या रोमन साम्राज्यातल्या अलेक्झान्ड्रिया या गावी हीरो नावाचा हुषार माणूस रहात होता. आकृतीत दाखवल्याप्रमाणे त्याने एका गोलाकार पात्राला दोन वक्र नळ्या बसवल्या. त्या भांड्यात वाफ तयार केली किंवा नळांवाटे सोडली की ती वाफ जेट इंजिनाप्रमाणे त्या पात्राला ढकलून वक्र नलिकांमधून बाहेर पडत असे आणि त्यामुळे भोवरा फिरवल्याप्रमाणे ते पात्र गोल फिरायचे. त्याला औलिपाइल (Aeolipile) किंवा हीरोचे इंजिन असे म्हणतात. त्याला आताच्या टर्बाईनचा पूर्वज असे म्हणता येईल. वाफेचा उपयोग करून एक प्रकारचे चक्र फिरवण्याचा हा पहिला प्रयत्न होता, पण त्या चाकाला काहीही जोडले गेले नसावे. हे इंजिन त्याने फक्त एक खेळणे किंवा मनोरंजन करण्यासाठी बनवले होते की त्याचा कांही व्यावहारिक उपयोग केला जात असेल याबद्दल काही माहिती नाही. पण पुढील काळातल्या लोकांनीसुद्धा तशी यंत्रे तयार करून आपले काम सोपे करून घेतले नाही आणि हे इंजिन इतिहासात लुप्त होऊन गेले या अर्थी त्याचा उपयोग करून घेता येईल असे त्या काळात कुणालाही वाटले नसावे.

त्यानंतर पुढील सोळा सतरा शतके इतक्या दीर्घ काळात निरनिराळ्या लोकांनी वाफेचा उपयोग करून घ्यायचे प्रयत्न करून पाहिले पण त्यात क्रांतिकारक असा नवा शोध लागला नसावा. सतराव्या शतकात झालेल्या इतर विषयांवरील शास्त्रीय संशोधनामधून बरीच नवी माहिती उपलब्ध झाली. वातावरणामधील हवेला दाब असतो तसेच निर्वात पोकळी असू शकते हे टॉरिसेलीने दाखवून दिले. वायुरूप किंवा द्रवरूप पदार्थावर दिलेला दाब सर्व दिशांना समान पसरतो असा शोध पास्कलने लावला. वायुरूप पदार्थांचे आकारमान आणि दाब हे व्यस्त प्रमाणात असतात असे बॉइलने सांगितले. विविध प्रकारच्या मिश्रधातू निर्माण करून त्यांना हवा तसा आकार देणे शक्य झाले. त्यामुळे या शास्त्रज्ञांना वैज्ञानिक प्रयोग करण्यासाठी लागणारी उपकरणे तयार केली जाऊ लागली. वाफ हा एक वायुरूप पदार्थ असल्यामुळे वाफेवरील संशोधनालाही चालना मिळाली. अशा प्रकारे ज्ञानाची अनेक कवाडे उघडली गेली.

डेनिस पॅपिन हा फ्रेंच शास्त्रज्ञ वाफेच्या गुणधर्मांवर संशोधन करीत होता. त्याने कांही काळ इंग्लिश शास्त्रज्ञ रॉबर्ट बॉइल याच्याबरोबर काम करून वायुरूप पदार्थांच्या गुणधर्मांचा अभ्यास केला होता. बंद पात्रामध्ये पाणी तापवून त्याला उकळी आणल्यावर पाण्यापासून वाफ तयार होते, पण तिचे आकारमान पाण्याच्या अनेकपट असते. वाफेला हवाबंद भांड्यात कोंडून ठेवल्यामुळे तिचा दाब वाढत जातो. जसजसा दाब वाढत जातो तसतसे त्या पात्रामधील पाण्याचे आणि वाफेचे तापमानही वाढत जाते. त्या जास्त तापमानावर त्यात ठेवलेले पदार्थ लवकर शिजतात. पण तो दाब प्रमाणाबाहेर गेला तर आत कोंडलेली वाफ त्या पात्राला फोडून बाहेर निघते. असा स्फोट होऊ नये यासाठी वाफेचा दाब ठराविक मर्यादेपर्यंत वाढताच आपोआप उघडणारी एक खास सुरक्षा झडप (सेफ्टी व्हॉल्व्ह) पॅपिनने तयार केली. ही सगळी योजना करून पॅपिनने इसवी सन १६७९ मध्ये जगातला सर्वात पहिला प्रेशर कुकर तयार केला. त्याला त्याने प्रेशर डायजेस्टर असे नांव दिले होते.

सतराव्या शतकात युरोपमध्ये कोळशाच्या आणि इतर खनिजांच्या मोठ्या खाणी सुरू झाल्या. त्या खाणींमध्ये पाणी भरत असे आणि कामगारांना जमीनीखाली उतरून खोदकाम करता यावे यासाठी ते पाणी उपसून बाहेर काढून टाकणे आवश्यक होते. कामगारांनी बादल्या भरून किंवा हातपंपाने ते बाहेर काढण्याऐवजी एकाद्या यंत्राच्या सहाय्याने उपसून टाकण्यासाठी प्रयत्न सुरू झाले. सन १६९८ मध्ये थॉमस सॅव्हरी या इंजिनियरने अशा प्रकारचा पहिला वाफेच्या सहाय्याने चालणारा पंप तयार केला. सॅव्हरीने त्याला स्टीम इंजिन असे नांव दिले होते. तो वर दिलेल्या चित्रात दाखवला आहे.

त्याच्या इंजिनात एका चेंबरला एका बाजूने पाण्याची वाफ तयार करणारा बाष्पक (बॉयलर) जोडला होता आणि खालच्या बाजूला जोडलेल्या एका नळाने तो चेंबर खाणीमधील पाण्याला जोडला होता. आधी तो चेंबर वाफेने भरून बॉयलरच्या बाजूची तोटी बंद करायची. त्या चेंबरला थंड केले तर त्यातील वाफेचे पाण्यात रूपांतर होते. पण पाण्याचे आकारमान वाफेच्या मानाने फारच कमी असल्यामुळे त्यात निर्वात पोकळी (व्हॅक्यूम) तयार होते आणि खाणीमधील हवेच्या दाबामुळे तिथे साचलेले खालचे पाणी त्या चेंबरमध्ये वर चढते. त्यानंतर खाणीला जोडलेल्या नळाची झडप बंद केली की ते पाणी चेंबरमध्येच राहते. बॉयलरकडची तोटी उघडून त्या पाण्यावर वाफेचा जोर दिला की ते पाणी तिसऱ्या एका नळामधून बाहेर पडत असे. अर्थातच हा पंप सतत चालत राहणारा नव्हता. चेंबरमध्ये वाफ सोडणे आणि बंद करणे, तोट्या उघडणे आणि बंद करणे वगैरे कामे आलटून पालटून करावी लागत असत. त्यामधून प्रत्येक वेळी थोडे पाणी उपसले जात असे. चित्रामध्ये अशा प्रकारच्या दोन पंपांची जोडी दाखवली आहे. त्यांचा चतुराईने आलटून पालटून उपयोग करून दुप्पट पाणी उपसणे शक्य होते. त्यापूर्वी तयार केले गेलेले हातपंप, रहाटगाडगी, मोट वगैरेंसाठी माणसाच्या किंवा जनावरांच्या शक्तीचा उपयोग केला जात असे, पण त्याऐवजी वाफेच्या शक्तीवर पाणी खेचणारे हे पहिले यंत्र होते. वाफेच्या शक्तीचा अशा प्रकारचा उपयोगच यात पहिल्यांदा केला गेला. त्याच काळात युरोपमधील इतर कांही शास्त्रज्ञ आणि इंजिनियर अशा प्रयत्नात होते, पण सॅव्हरीचा प्रयत्न अधिक यशस्वी झाल्यामुळे हे श्रेय त्याला मिळाले.

सॅव्हरीच्या इंजिनामध्ये बॉयलर आणि चेंबर ही पात्रे, त्यांना जोडणारे नळ आणि झडपा होत्या, पण त्यात गोल फिरणारे चाक किंवा मागेपुढे सरकणारा दट्ट्या यासारखा मुव्हिंग पार्ट म्हणता येईल असा भाग नव्हता. अशा भागांनी युक्त असे वाफेचे इंजिन कसे तयार झाले हे पुढील भागात पाहू.

---

वाफेच्या इंजिनाचा शोध – भाग २

इंजिन म्हंटल्यावर गोल गोल फिरणारे एकादे तरी चाक किंवा अनेक चक्रे आणि त्यांचा खडखडाट या गोष्टी पटकन आपल्या डोळ्यापुढे येतात. पण सॅव्हरीच्या इंजिनामध्ये यातले काहीच नव्हते. त्यातली सर्व उपकरणे आपापल्या जागी स्थिर ठेवलेली होती. वाफेच्या शक्तीचा कशालाही ढकलण्यात किंवा उचलण्यात थेट विनियोग केला जात नव्हता. खाणींमधील पाणी वाफेमुळे नव्हे तर हवेच्या दाबामुळे वर ढकलले जात होते.

त्या काळात युरोपमध्ये तोफा आणि बंदुका तयार होत होत्या. त्यांच्या निर्मितीसाठी धातूंच्या जाड आणि सरळ नळ्याचे उत्पादन होत होते. तोफेच्या आंत विस्फोटके आणि तोफेचा गोळा ठेवून त्याला बत्ती दिली की विस्फोटकाचा स्फोट होऊन त्या धक्क्याने तोफेचा गोळा नळीमधून वेगाने बाहेर फेकला जातो आणि दूरवर शत्रूच्या गोटात जाऊन पडतो. स्फोटामधून निघणाऱ्या या ऊष्णतेचा यांत्रिक कामासाठी उपयोग करून घ्यावा अशी कल्पना डच शास्त्रज्ञ ख्रिश्चन ह्यूगन याच्या मनात आली. त्यासाठी त्याने तोफेच्या रचनेत थोडा बदल केला. एक तोफ उभी करून ठेवली. तिच्या खालच्या बाजूने थोडेसेच स्फोटक आंत घातले आणि त्याच्या वर गोळ्याच्या ऐवजी एक दट्ट्या (पिस्टन) उभा करून ठेवला. स्फोटकामध्ये जाळ करताच त्याचा स्फोट होऊन त्या धक्क्याने तो दट्ट्या वर उचलला गेला. वर येत असलेल्या दट्ट्याला एक दांडा आणि काही तरफा जोडून त्याच्या द्वारे खाणींमधले किंवा विहिरीतले पाणी उपसून वर काढणे शक्य होते. ह्यूगनने हे डिझाइन १६८० मध्ये मांडले होते. पण त्याचे पुढे काय झाले, प्रत्यक्षामध्ये असा संपूर्ण पंप तयार झाला होता का आणि तो कसा चालला, त्यात आणखी कोणकोणत्या तांत्रिक अडचणी आल्या याबद्दलची नेमकी माहिती उपलब्ध नाही. युरोपातल्या इतर कांही शास्त्रज्ञांनीही तसे प्रयत्न करून पाहिले होते, पण तेही पूर्णपणे यशस्वी न झाल्यामुळे असे गनपॉवडर इंजिन लोकप्रिय झाले नाही किंवा त्याचा जास्त पाठपुरावा केला गेला नाही.

ख्रिश्चन ह्यूगन याचा एके काळचा सहकारी फ्रेंच शास्त्रज्ञ डेनिस पॅपिन याला विस्फोटकांपेक्षा वाफेच्या गुणधर्मात जास्त रस होता. त्याने १६९० मध्ये विस्फोटकांऐवजी वाफेच्या दाबाचा उपयोग करून नळीमधील दट्ट्याला उचलण्याचा प्रयोग करून पाहिला. त्याने अशा यंत्राचे डिझाइन करून लहान प्रमाणावर प्रयोग करून पाहिले होते. सन १७०५ मध्ये त्याने सॅव्हरीच्या इंजिनात सुधारणा करून एक वाफेचे इंजिन आणि त्या इंजिनावर चालणारी एक प्रायोगिक आगबोटही तयार केली होती. अशा प्रकारचे हे जगातले पहिलेच वाहन होते. पण पॅपिन हा मुख्यतः शास्त्रज्ञ होता, त्याला व्यवसाय करून त्यातून पैसे मिळवण्यापेक्षा प्रयोगशाळेत संशोधन करण्याची अधिक आवड होती. शिवाय आपल्या मायदेशामधून परागंदा झाल्यानंतर त्याला मोठी यंत्रे तयार करण्यासाठी आवश्यक असलेले भांडवल मिळवणे शक्य झाले नसेल. अशा कारणांमुळे पॅपिनचे हे संशोधन प्रायोगिक अवस्थेतच राहिले. त्याचा मोठ्या प्रमाणावर व्यावसायिक प्रसार झाला नाही.

सन १७१२ मध्ये ब्रिटिश इंजिनियर थॉमस न्यूकॉमेन याने थॉमस सॅव्हरी आणि डेनिस पॅपिन या दोन्ही संशोधकांच्या कल्पनांना एकत्र आणून एक मोठे इंजिन तयार केले आणि ते चालवून खाणींमधले पाणी उपसून दाखवले. चित्रात दाखवल्याप्रमाणे या इंजिनात वाफेच्या पात्राच्या जागी एक सिलिंडर असतो आणि बॉइलरमध्ये तयार झालेली वाफ त्यात सोडतात. ती वाफ थंड होऊन तिचे पाण्यात रूपांतर होतांना तिचे आकारमान अगदी कमी झाल्यामुळे सिलिंडरमध्ये निर्वात पोकळी (व्हॅक्यूम) तयार होते आणि बाहेरील हवेच्या दाबामुळे पिस्टन खाली ढकलला जातो. या पिस्टनला साखळीद्वारे एका मोठ्या तुळईला (बीम) टांगून ठेवलेले असते आणि त्या तुळईच्या दुसऱ्या बाजूला एक पंप जोडलेला असतो. इंजिनातला पिस्टन खाली जात असतांना खाणीमधील पाणी या पंपामधून वर उचलले जाते. त्यानंतर सिलिंडर आणि बॉइलर यांच्यामधली झडप उघडते, पंपाच्या वजनामुळे पिस्टन वरच्या बाजूला ओढला जातो, आणि बॉइलरमध्ये तयार झालेली वाफ सिलिंडरमध्ये भरते. पण त्या वाफेला थंड होऊन तिचे पाणी होण्यासाठी कांही वेळ थांबावे लागते. या इंजिनांमध्येसुद्धा प्रत्यक्ष होत असलेल्या क्रियेसाठी हवेच्या दाबाचाच उपयोग केला जात होता. न्यूकॉमने त्याचे नांवच अॅट्मॉस्फीरिक इंजिन असे ठेवले होते. हे इंजिन खाणींमधील पाणी उपसण्यात बऱ्याच प्रमाणात यशस्वी झाले आणि पुढील सहा सात दशकांमध्ये अशा प्रकारची शेकडो इंजिने तयार करून उपयोगात आणली गेली.

न्यूकॉमची ही इंजिने कार्यक्षम नव्हती. पाण्याची वाफ करण्यासाठी बराच कोळसा जाळावा लागत असे. कोळशाच्याच खाणींमध्ये तो मुबलक प्रमाणात उपलब्ध असायचा, पण इतर खाणींमध्ये मात्र तो मुद्दाम आणावा लागत असे आणि त्यासाठी खर्च पडत असे. यावर काही तरी उपाय करण्याची गरज होती. थॉमस न्यूकॉमेनच्या मृत्यूनंतर सन १७३६ मध्ये जन्माला आलेल्या जेम्स वॉट या स्कॉटिश इंजिनियरने ते काम यशस्वीरीत्या केले.

जेम्स वॉट लहानपणापासूनच अत्यंत बुद्धीमान तसेच काम करण्यात कुशल होता, पण त्याला त्या काळातल्या शाळांमध्ये शिकवले जाणारे ग्रीक, लॅटिन असले जुनेपुराणे विषय शिकण्यत रस नव्हता. त्याने विविध साधने (इंस्ट्रुमेन्ट्स) दुरुस्त करायचे प्रात्यक्षिक शिक्षण घेतले आणि त्यात प्राविण्य मिळवले. ग्लासगोमधल्या लोकांना लागणारी अनेक प्रकारची साधने दुरुस्त करता करता तो स्वतः तशी नवीन साधने तयार करून द्यायला लागला. एकदा त्याच्याकडे न्यूकॉमचे इंजिन दुरुस्त करायचे काम आले. त्या इंजिनाची चांचणी घेत असतांना त्यात कांही सुधारणा करणे आवश्यक आहे असे त्याच्या लक्षात आले. त्या इंजिनाचा सिलिंडर प्रत्येक वेळी वाफ भरतांना गरम होतो आणि वाफेचे पाणी करतांना तो थंड करावा लागतो. यात बरीचशी ऊष्णता वाया जात होती. जेम्स वॉटने वाफेला थंड करण्यासाठी एक वेगळा संघनक (कंडेन्सर) जोडला आणि ऊष्णतेची बचत केली. त्यानंतर तो त्या इंजिनात एकामागून एक सुधारणा करत गेला. प्रत्येक वेळी झडपा उघडण्याचे आणि बंद करण्याचे काम आधी कामगारांनी हाताने करावे लागत असायचे. वॉटने त्यासाठी इंजिनालाच खास दांडे बसवले आणि ते पिस्टनला जोडले. यामुळे पिस्टन वर किंवा खाली होत असतांना त्या झडपा आपोआप उघडून वाफेला सिलिंडरमध्ये सोडायला आणि थांबवायला लागल्या. आणखी कांही दिवसांनी वॉटने तो पिस्टन विशिष्ट प्रकारच्या दांड्याने एका मोठ्या चाकाला जोडला. हा एक क्रांतिकारक बदल होता. आधी असलेले मूळचे इंजिन फक्त खाणींमधील पाणी उपसण्याच्या कामाचे होते, पण चाकाला जोडून कोणतेही यंत्र फिरवणे शक्य झाल्यामुळे ते कारखान्यात कामाला यायला लागले. ते काम सुरळितपणे करता येण्यासाठी त्याच्या वेगावर नियंत्रण असणे आवश्यक होते. वॉटने त्यासाठी नियंत्रक (गव्हर्नर) तयार करून त्या चाकाला जोडला. सिलंडरमध्ये पिस्टनच्या दोन्ही बाजूंना वाफ सोडण्याची योजना करून त्याची क्षमता दुप्पट केली. हे सगळे केल्यानंतर वाफेचे इंजिन हे एक आपोआप चालणारे परिपूर्ण इंजिन तयार झाले. अर्थातच त्याला प्रचंड मागण्या यायला लागल्या आणि जेम्स वॉटचे नाव जगभर झाले.

अशा प्रकारे जेम्स वॉटने मूळच्या न्यूकॉमच्या इंजिनाचे रूप पार पालटून टाकले आणि त्यात इतकी स्वतःची भर घालून अनेक नव्या सोयी करून त्याची उपयुक्तता इतकी वाढवली की वॉटनेच वाफेच्या इंजिनाचा शोध लावला असे समजले जाते. पूर्वी फक्त माणसांनी हातापायांनी चालवता येणारी किंवा पशूंच्या बळावर चालवता येणारी यंत्रे होती, कांही ठिकाणी वाहते पाणी किंवा वारा यांच्या जोरावर फिरणाऱ्या चक्क्या होत्या, पण त्या हवामानवर अवलंबून असायच्या. वाफेच्या इंजिनांमुळे त्या सगळ्या यंत्रांना चालवणारे एक हुकुमी साधन मिळाले आणि कारखानदारीला भर आला, तसेच रेल्वेगाड्या, आगबोटी यासारखी वाहतुकीची साधने निर्माण झाली. म्हणूनच युरोपमध्ये झालेल्या औद्योगिक क्रांतीचे फार मोठे श्रेय वॉटलाच दिले जाते.

लंबकाच्या घड्याळाचा शोध लावणारा ख्रिश्चन ह्यूजेन्स

ख्रिश्चन ह्यूजेन्स

लंबकाच्या घड्याळाचा शोध लावणारा ख्रिश्चन ह्यूजेन्स (किंवा हायगन)

ख्रिश्चन ह्यूजेन्स हा महान डच शास्त्रज्ञ साधारणपणे सर आयझॅक न्यूटनचा समकालीन होता. त्याचा जन्म सन १६२९ साली म्हणजे न्यूटनच्या आधी झाला होता. त्यानेसुद्धा न्यूटनप्रमाणेच गणित, भौतिकशास्त्र, खगोलशास्त्र आणि नैसर्गिक तत्वज्ञान या विज्ञानाच्या शाखांवर संशोधन केले आणि कांही महत्वाचे शोध लावले. लंबकाच्या घड्याळाचा शोध हा त्याच्या नावावरचा सर्वात मोठा शोध असला तरी त्याने केलेले इतर विषयांमधले संशोधनसुद्धा महत्वाचे आहे.

ख्रिश्चन ह्यूजेन्सचा जन्म हॉलंडमधील एका सधन कुटुंबात झाला. त्याचे वडील एक कूटनीतिज्ञ (डिप्लोमॅट) होते तसेच ते प्रतिष्ठित, सुशिक्षित आणि रसिक गृहस्थ होते. त्यांनी ख्रिश्चनच्या सगळ्या प्रकारच्या शिक्षणाची सोय करून दिली. अनेक भाषा, तर्कशास्त्र, गणित, इतिहास, भूगोल वगैरेंबरोबर संगीत, नृत्य, खेळ आणि घोडेस्वारी वगैरे निरनिराळ्या गोष्टी त्याला लहानपणीच शिकायला मिळाल्या. कायदा आणि गणित या विषयांचे शिक्षण घेण्यासाठी त्याला विद्यापीठात पाठवले होते. आपल्यासारखेच त्यानेसुद्धा पुढे कूटनीतिज्ञ व्हावे अशी त्याच्या वडिलांची इच्छा होती, पण ते शक्य झाले नाही आणि ख्रिश्चनलाही त्यात रस नव्हता. तो गणित व विज्ञानाकडे वळला.

त्याने भूमितीमधील कठिण अशी अनेक प्रमेये सोडवली. संभाव्यतेचा सिद्धांत (प्रॉबेबिलिटी थिअरी) मांडून त्या शास्त्राची सुरुवात करून दिली. कुठलीही गोष्ट घडण्याची किती टक्के शक्यता असावी याची त्याने गणिते मांडली आणि माणसाचे सरासरी अपेक्षित आयुष्य (लाइफ एक्स्पेक्टन्सी) किती असते याचा शोध घेतला. त्या काळात ही गोष्ट पूर्णपणे देवाची इच्छा आणि त्या माणसाचे नशीब यावर सोडलेली होती, पण ह्यूजेन्सला त्यावर शास्त्रीय पद्धतीने विचार करावा असे वाटले.

ह्यूजेन्सने भिंगांच्या आणि आरशांच्या गुणधर्मांचा अभ्यास करून त्यांच्यातले दोष काढले आणि स्वच्छ प्रतिमा दाखवणाऱ्या एकाहून एक शक्तिशाली दुर्बिणी तयार करवून घेतल्या, तसेच आकाशाचे निरीक्षण करणे सुरू केले. १६६१ साली एका खास प्रकारच्या दुर्बिणीमधून निरीक्षण करतांना त्याने सूर्यबिंबासमोरून जात असलेल्या लहानशा बुध ग्रहाला पाहिले. अशा प्रकारचे निरीक्षण करून ते सांगणारा तो पहिलाच संशोधक होता. त्याच्याही आधी दुसऱ्या एका शास्त्रज्ञाने शुक्राला सूर्यासमोरून जातांना पाहिले असल्याचे नमूद करून ठेवले होते, पण ते प्रसिद्ध केले नव्हते. ह्यूजेन्सने ते निरीक्षण उजेडात आणले. त्याने शनि या ग्रहाचे निरीक्षण करीत असतांना त्याच्या भोवती पातळशी कडी आहेत हे पाहिले, तसेच शनि ग्रहाचा टिटान हा एक उपग्रह ओळखला. कोपरनिकसने सांगितलेल्या आणि गॅलीलिओने उचलून धरलेल्या सूर्यमालिकेच्या कल्पनेला ह्यूजेन्सने केलेल्या अशा निरीक्षणांमधून आधार मिळत जाऊन मान्यता मिळाली.

सर आयझॅक न्यूटन यांच्याप्रमाणेच ह्यूजेन्सलासुद्धा सायन्स किंवा त्या काळातल्या नैसर्गिक तत्वज्ञानाची मुख्य गोडी होती. आपले सिद्धांत गणिताच्या आधारे सिद्ध करून सूत्रे आणि समीकरणे यांच्या स्वरूपात मांडण्याचे काम त्याने न्यूटनच्याही आधी सुरू केले होते. त्याने गोल गोल फिरणाऱ्या वस्तूंचा अभ्यास केला आणि वर्तुळाच्या केंद्रबिंदूच्या दिशेने असलेल्या अभिकेंद्री बलामुळे (Centripetal Force) त्या वस्तूला वृत्तीय गति मिळते हे सिद्ध करून त्याचे समीकरण मांडले. न्यूटनचा दुसरा नियमसुद्धा ह्यूजेन्सने वेगळ्या स्वरूपात मांडला होता. त्याने लंबकाच्या बदलत जाणाऱ्या गतीचाही अभ्यास करून त्याचे गणित मांडले होते, पण न्यूटनने ते सिंपल हार्मॉनिक मोशन या नावाने अधिक व्यवस्थितपणे मांडले. दोन समान किंवा असमान आकाराच्या वस्तू एकमेकांवर आपटल्या (इलॅस्टिक कोलिजन) तर त्यानंतर काय होईल, त्या वस्तू कोणत्या दिशेने आणि किती वेगाने जातील याचा अभ्यास करून ह्यूजेन्सने त्याचे नियम गणितामधून मांडले होते.

प्रकाशकिरण ठराविक वेगाने प्रवास करतात असे ह्यूजेन्सने प्रतिपादन केले आणि ते लहरींच्या (वेव्ह्ज) स्वरूपात असतात असेही त्याने गणितामधून मांडले होते, पण ध्वनिलहरींप्रमाणे प्रकाशलहरीसुद्धा लॉंगिट्यूडिनल असाव्यात असे त्याला वाटले होते. त्याच काळात न्यूटनने मांडलेली सूक्ष्म प्रकाशकणांची कल्पना तत्कालिन विद्वानांना अधिक पटली. मात्र शंभरावर वर्षे उलटून गेल्यानंतर ट्रान्सव्हर्स वेव्ह्जच्या स्वरूपातल्या प्रकाशलहरींना मान्यता मिळाली.

ह्यूजेन्सच्या काळापूर्वीपासून यांत्रिक घड्याळे तयार होत होती, पण त्यांचे काटे कमी अधिक वेगाने फिरत असल्यमुळे ती बिनचूक वेळ दाखवत नसत. लंबकांची आवर्तने अचूक असतात हे गॅलीलिओने केलेल्या संशोधनावरून सिद्ध झाले होते. लंबकाच्या या गुणधर्माचा उपयोग घड्याळांसाठी करण्याची कल्पना ह्यूजेन्सला सुचली आणि त्याने त्यावर काम करून त्याने घड्याळाच्या वेळेवर काटेकोर नियंत्रण ठेवणारी प्रणाली तयार करून ती अंमलात आणली. त्यावर संशोधन करत राहून त्यातल्या त्रुटींवर उपाययोजना केली, त्यासाठी खास प्रकारचे लंबक विकसित केले आणि अत्यंत अचूक अशी घड्याळे तयार केली. लहान घड्याळांसाठी बॅलन्स व्हीलची योजनाही त्यानेच केली. पुढील अडीच तीनशे वर्षे म्हणजे इलेक्ट्रॉनिक घड्याळांचा शोध लागेपर्यंत ह्यूजेन्सने डिझाइन केलेल्या प्रकारची घड्याळेच निर्माण होत राहिली आणि त्यांनी प्रयोगशाळांमध्ये चालत असलेल्या संशोधनकार्यात मोलाचा वाटा उचलला.

ह्यूजेन्सने अशा प्रकारे खूप मोठे सैद्धांतिक (थिअरॉटिकल) तसेच प्रायोगिक (प्रॅक्टिकल) काम करून ठेवले होते, पण तत्कालिन अस्थिर राजकीय परिस्थिती आणि संपर्कसूत्रांचा अभाव यामुळे त्याच्या हयातीत त्याचे त्या मानाने कमी कौतुक झाले किंवा त्याला कमी मान सन्मान मिळाला. नंतरच्या काळातल्या शास्त्रज्ञांना त्याचे महत्व पटत गेले. आधुनिक विज्ञानाचा पाया रचण्यामध्ये त्याचा मोलाचा वाटा होता हे मान्य केले गेले.

विजेचा शोध लावणारे शास्त्रज्ञ

एकोणीसाव्या शतकाच्या अखेरीला एडिसन, टेसले वगैरेंनी मोठ्या प्रमाणावर वीज तयार करून ती घराघरातल्या आणि रस्त्यांवरच्या दिव्यांपर्यंत पोचवली. त्यानंतर एक वेगळे यंत्रयुग सुरू झाले. पण त्याच्या आधी होऊन गेलेल्या तीनचार शतके एवढ्या दीर्घ कालावधीत ज्या शास्त्रज्ञांनी चुंबकत्व आणि विद्युत या निसर्गातल्या तत्वांचा अभ्यास करून त्यांचे महत्वाचे नियम शोधले अशा शास्त्रज्ञांवर मी पूर्वी लिहिलेले निरनिराळे लेख एकत्र करून या ब्लॉगवर देत आहे.

१. विजेचा आद्य संशोधक विल्यम गिल्बर्ट

स्थापत्यशास्त्र म्हणजे सिव्हिल इंजिनियरिंग हे कदाचित जगातले सर्वात जुने इंजिनियरिंगचे शास्त्र असणार. शेकडो वर्षांपूर्वी बांधलेल्या मजबूत इमारती त्याची साक्ष देतात. पिठाची गिरणी, तेलाची घाणी, यंत्रमाग, लेथ, ड्रिलिंग मशिन यासारख्या यंत्रांच्या मागे असलेले मेकॅनिकल इंजिनियरिंगसुद्धा खूप जुने आहे. निरनिराळी रसायने तयार करण्याचे केमिकल इंजिनियरिंगचे काम प्राचीन काळापासून चाललेलेच आहे. ते पाहता विद्युत अभियांत्रिकी (इलेक्ट्रिकल इंजिनियरिंग) ही शाखा सिव्हिल, मेकॅनिकल, केमिकल वगैरेंच्या तुलनेने बऱ्याच उशीराने विकसित झाली. पण तिचा पाया सुद्धा खूप आधी घातला गेला होता हे मात्र कदाचित सर्वांना तितकेसे माहीत नसते.

विल्यम गिल्बर्ट हा ब्रिटिश शास्त्रज्ञ सोळाव्या शतकात म्हणजे सर आयझॅक न्यूटन, रॉबर्ट हूक आणि रॉबर्ट बॉइल यांच्या जन्माच्याही आधीच्या काळात होऊन गेला. त्याचे नाव फारसे प्रसिद्ध झाले नसले तरी त्याने करून ठेवलेल्या मूलभूत संशोधनाच्या आधारावर पुढील काळात अनेक शोध लागत गेले. गिल्बर्टने इंग्लंडमधल्या वैज्ञानिक संशोधनाचा पाया घातला असेही कदाचित म्हणता येईल.

इसवी सन १५४४ मध्ये जन्मलेल्या विल्यम गिल्बर्टने वैद्यकीय शास्त्राचे शिक्षण घेऊन तो एक नामांकित डॉक्टर बनला आणि त्याने ते कार्य आयुष्यभर केले, त्या क्षेत्रात चांगले यश मिळवले आणि अखेरीस तर तो इंग्लंडच्या राजघराण्याचा राजवैद्य झाला होता. पण त्याला फावल्या वेळात शास्त्रीय संशोधन करण्याची आवड होती. त्या काळात निसर्गाचे तत्वज्ञान (नॅचरल फिलॉसॉफी) या नावाने ओळखल्या जात असलेल्या विज्ञानविषयावरील लॅटिन भाषेतले जुने ग्रंथ त्याने वाचून काढले. त्याच्या आधीच्या काळातल्या कोपरनिकसने लावलेले शोध लगेच सर्वमान्य झाले नव्हते. ख्रिश्चन धर्मगुरूंनी तर त्याचा कडाडून विरोध केला होता. त्याचा फारसा प्रसारही झाला नव्हता, पण आकाशातले तारे पृथ्वीभोवती फिरत नसून ते आपापल्या जागांवर स्थिर असतात असा विचार गॅलीलिओच्याही आधी गिल्बर्टने कदाचित स्वतंत्रपणे मांडला होता. त्याने त्याच्या विचाराने विश्वाचे एक वेगळे कल्पनाचित्र रेखाटले होते.

गिल्बर्टने १६०० साली लिहिलेल्या द मॅग्नेट या पुस्तकामध्ये आपले संशोधन आणि विचार मांडले आहेत. मॅग्नेटिझम आणि इलेक्ट्रिसिटी या विषयांवरील हे बहुधा सर्वात जुने पुस्तक आहे. लोडस्टोन या नावाचे दगड काही ठिकाणच्या लोखंडाच्या खनिजांमध्ये सापडतात. ते निसर्गतःच लोखंडाच्या कणांना आकर्षित करतात. अशा दगडाला दोरीला बांधून हवेत लोंबकळत ठेवले तर तो फिरतो आणि उत्तर दक्षिण दिशेने विशिष्ट प्रकारेच स्थिर रहातो. या लोडस्टोनचा उपयोग करून होकायंत्रे (कंपास) तयार केली जात असत. समुद्रात जाणाऱ्या नौकांना दिशा समजण्यासाठी त्यांचा उपयोग होत असे. गिल्बर्टने अशा लोहचुंबकांचा अभ्यास करून त्यांच्यामध्ये असलेल्या आकर्षणशक्तीच्या गुणधर्माची माहिती मिळवली. एका लोहचुंबकाचे तुकडे केले तर त्यातून अनेक लोहचुंबक तयार होतात हे दाखवले. एवढेच नव्हे तर आपली पृथ्वी हीच एक महाप्रचंड लोहचुंबक आहे आणि तिच्या चुंबकीय बलामुळे लोडस्टोनचे लहान लोहचुंबक नेहमी उत्तर दक्षिण रेषेमध्ये राहतात असे प्रतिपादन केले. लोहचुंबकाच्या या गुणधर्माचा उपयोग कंपास या उपकरणासाठी त्या पूर्वीच केला जात होता. पण त्याचा काटा आकाशातल्या ध्रुवताऱ्याच्या आकर्षणामुळे उत्तरेकडे वळत असावा अशी समजूत होती. पृथ्वीचे चुंबकीय बल खूप मोठे असते आणि आकाशातल्या चंद्रालासुद्धा या चुंबकीय बलामधून पृथ्वी स्वतःकडे ओढत असते असा अंदाज गिल्बर्टने व्यक्त केला होता. गुरुत्वाकर्षणाचा शोध लागण्याच्या आधीच्या त्या काळात त्याला तसे वाटले होते.

त्याने स्थिर विद्युत या विषयावरसुद्धा प्रयोग करून आपले निष्कर्ष मांडले होते. इलेक्ट्रिक हा शब्द त्यानेच इंग्रजी भाषेला दिला असे म्हणतात. अँबर नावाच्या मौल्यवान खड्याचा उपयोग दागिन्यांमध्ये करण्यात येतो. हा खडा चामड्यावर घासला आणि त्याच्या जवळ धरला तर तो खडा चामड्यावरील केसांना आकर्षित करतो असे निरीक्षण काही शास्त्रज्ञांनी केलेले होते. गिल्बर्टने त्याचा अभ्यास करून ते सिद्ध करून दाखवले आणि ते आकर्षण मोजण्यासाठी काही उपकरणे तयार केली. अशा प्रकारच्या आकर्षण करण्याच्या गुणधर्माला त्याने इलेक्ट्रिक असे नाव दिले.

लोडस्टोन आणि अँबर वरील हे प्रयोग त्या काळातल्या शास्त्रज्ञांना विशेष महत्वाचे वाटले नव्हते. त्या पदार्थांची चुंबकीय किंवा विद्युत आकर्षणशक्ती अत्यंत क्षीण असल्यामुळे त्या शक्तींचा रोजच्या जीवनात काहीच उपयोग नव्हता आणि भविष्यकाळात वीज किंवा चुंबकत्वाचा इतक्या मोठ्या प्रमाणात उपयोग होणार आहे असे गिल्बर्टच्या काळात कुणाला वाटणे शक्य नव्हते. यामुळे गिल्बर्ट जीवंत असतांना त्या काळातल्या विद्वानांनी त्याच्या संशोधनाकडे विशेष लक्ष दिले नाही. तो शिंपल्याला जहाज (मुंग्यांच्या वारुळाचा मेरू पर्वत किंवा राईचा पहाड) म्हणण्यासारखी अतीशयोक्ती करतो आहे असे विधान एका प्रसिद्ध शास्त्रज्ञाने केले होते. गिल्बर्टने आपल्या हयातीत एक पुस्तक प्रसिद्ध केले होते, पण त्याच्या अप्रसिद्ध संशोधनाला त्याच्या मृत्यूनंतर प्रसिद्धी मिळाली. त्याने केलेल्या संशोधनाचे महत्व जगाला कळायला आणखी दीड दोन शतके लागली.

त्यानंतरच्या तीनशे वर्षांच्या काळात स्थिर विद्युत निर्माण करणारी बॅटरी सेल्स निर्माण करण्यात आली, त्यामधून वाहणारी वीज आणि ढगामधून कोसळणारी वीज या दोन्ही एकच आहेत हे सिद्ध झाले, यंत्रांमधून कृत्रिमरीत्या वीज निर्माण करणे शक्य झाले आणि विद्युत यांत्रिकी (इलेक्ट्रिकल इंजिनियरिंग) ही विज्ञानाची एक वेगळी शाखा तयार झाली. विजेचे उत्पादन, वहन आणि विजेवर चालणारी यंत्रसामुग्री यामुळे माणसाचे जीवन बदलून गेले. वाफेच्या इंजिनांपासून सुरू झालेल्या पहिल्या औद्योगिक क्रांतीनंतर विजेमुळे ही दुसरी क्रांती झाली. विद्युत यांत्रिकी या शाखेमधून इलेक्ट्रॉनिक्स हे वेगळे शास्त्र जन्माला आले आणि त्यामधून निर्माण झालेल्या संगणक (काँप्यूटर) आणि आंतर्जालामधून (इंटरनेट) जग बदलले आणि तिसरी क्रांति झाली. या सर्वांची सुरुवात करून देणाऱ्या गिल्बर्टने केलेल्या पायाभूत संशोधन कार्याच्या स्मरणार्थ चुंबकीय बलाच्या एककाला (युनिटला) गिल्बर्ट हे नाव दिले आहे.

---

२. लोकप्रिय नेता असलेला अमेरिकन शास्त्रज्ञ बेंजामिन फ्रँकलिन

सतराव्या शतकामधील पास्कल, न्यूटन, हूक, बॉइल, ह्यूजेन्स आदि शास्त्रज्ञांनी केलेल्या कामामधून युरोपमधील देशांमध्ये विज्ञानावरील संशोधनाला गति आली होती. अमेरिकेत स्थाईक होण्यासाठी गेलेले बहुतेक लोक युरोपमधून गेले होते. त्यांनी आपल्याबरोबर ख्रिश्चन धर्म आणि युरोपमधील संस्कृतिसुद्धा तिकडे नेली होती. युरोपमध्ये होत असलेल्या बदलांकडे त्यांचे लक्ष होते. यामुळे विज्ञानाच्या अभ्यासाचे लोणसुद्धा अमेरिकेत पोचले. तिथेसुद्धा प्रयोगशाळा बांधल्या गेल्या आणि त्यात शास्त्रीय संशोधन सुरू झाले. या प्रक्रियेमधून प्रसिद्ध शास्त्रज्ञ बेंजामिन फ्रँकलिन हा पहिला मोठा अमेरिकन शास्त्रज्ञ तयार झाला.

बेंजामिन फ्रँकलिनचा जन्म बोस्टन येथील एका सर्वसाधारण कुटुंबात झाला. त्याच्या वडिलांना झालेल्या १७ मुलांपैकी तो दहावा होता. त्याने चर्चमध्ये शिक्षण घेऊन धर्मगुरु व्हावे अशी त्याच्या वडिलांची इच्छा होती म्हणून त्या उद्देशाने त्याला बोस्टनच्या शाळेत घातले होते, पण ते शिक्षण परवडत नसल्याने दोन वर्षांनंतर थांबले. बेंजामिन अत्यंत तल्लख बुद्धीचा आणि मेहनती होता. त्याने पुस्तके आणून आणि ती वाचून आपला अभ्यास सुरू ठेवला. बारा वर्षाचा असतांना त्यांने आपल्या मोठ्या भावाच्या छापखान्यात काम करायला सुरुवात केली आणि अवघा पंधरा वर्षाचा असतांना त्या भागातले पहिले वर्तमानपत्र सुरू केले. ते काम सोडून कांही वर्षे इकडे तिकडे नोकऱ्या केल्या. त्याच्या भावाचा मृत्यू झाल्यानंतर त्याने भावाचा छापखाना चालवायला घेतला आणि तो लेखनही करायला लागला. त्याने अनेक वर्तमानपत्रे काढून त्यांची साखळी तयार केली. त्यात लेख लिहून आणि व्यंगचित्रे काढून तो समाजाचे प्रबोधन करत राहिला. तो आपली मते प्रांजलपणे आणि धीटपणे मांडून चांगल्या गोष्टींसाठी आग्रह धरायचा. त्याने अनेक समाजसेवा करणाऱ्या संस्थांमधून समाजाच्या उन्नतीसाठी काम केले. एक विचारवंत, प्रतिभाशाली आणि तळमळीने काम करणारा लेखक म्हणून समाजात त्याचा मान वाढत गेला. पोस्टमास्टर जनरल, अमेरिकेचा राजदूत आणि पेन्सिल्व्हानिया राज्याचा अध्यक्ष यासारखी मोठी पदे त्याने भूषवली. इंग्रजांना लढाईत पराभूत करून घालवून दिल्यानंतर अमेरिकेतल्या निरनिराळ्या स्टेट्सनी एकत्र येऊन संयुक्तपणे युनायटेड स्टेट्स असे राष्ट्र उभारावे यासाठी फ्रँकलिनने खूप प्रयत्न करून ते घडवून आणले. यामुळे जॉर्ज वॉशिंग्टन, थॉमस जेफरसन वगैरेंच्या समवेत बेंजामिन फ्रँकलिन याचेही नाव फाउंडर्समध्ये घेतले जाते.

बेंजामिन फ्रँकलिनचे हे सगळे सामाजिक आणि राजकीय काम चाललेले असतांनाच तो विज्ञानात नवनवे संशोधन करून क्रांतिकारक असे शोध लावून गेला यावरून त्याच्या कर्तृत्वाची कल्पना येईल. विल्यम गिल्बर्टने दाखवून दिलेल्या स्ठिर विद्युतभारावर पुढील शंभर वर्षे हळूहळू संशोधन होत होते. बेंजामिन फ्रँकलिन याने कांच आणि शिशाच्या चपट्या पट्ट्यांपासून विजेचा भार (चार्ज) साठवून ठेवण्याचा एक कपॅसिटर तयार केला. हा भार ऋण (निगेटिव्ह) आणि धन (पॉझिटिव्ह) अशा दोन वेगळ्या प्रकारचा असतो हे सांगितले. या संशोधनासाठी त्याला मानद (ऑनररी) डिग्री मिळाली आणि रॉयल सोसायटीची फेलोशिप (एफ आर एस) दिली गेली. आकाशात चमकणारी वीज आणि स्थिर विद्युत या दोघी एकच असतात असे भाकित करून ते सिद्ध करण्यासाठी त्याने एक प्रयोग करवला. एका पतंगाला वादळी हवेत उंच उडवले गेले. त्याला जोडलेल्या तारेमधून ढगांमधली वीज खाली उतरली आणि तिने ठिणगी पा़डली. त्या विजेचा भार कपॅसिटरमध्ये गोळा करण्याचे प्रयोग सुद्धा त्याने केले. हे करत असतांना विजेचा धक्का बसू नये यासाठी बेंजामिनने पूर्ण काळजी घेतली. तसे प्रयोग करून पाहणारे इतर कांही संशोधक मात्र प्राणाला मुकले. इमारतींवर वीज कोसळू नये यासाठी बेंजामिनने लाइटनिंग रॉड (अरेस्टर) तयार केला.

बेंजामिन फ्रँकलिनने इतरही निराळ्या प्रकारचे संशोधन केले. अॅटलांटिक महासागरामधील अंतर्गत प्रवाह आणि वारे यांच्यामुळे युरोप ते अमेरिका प्रवास करणाऱ्या जहाजांना कमी अधिक दिवस लागतात हे दाखवून त्यांचा योग्य मार्ग कसा असावा हे सांगितले. वारे आणि तापमान यांच्या त्याने केलेल्या अभ्यासामधून हवामानखाते सुरू होण्याला मदत झाली. जोराच्या वाऱ्यात मोठमोठे पतंग उडवून त्यांच्या सहाय्याने माणसांना आणि नौकांना पाण्यातून ओढून नेण्याची कल्पना करून त्यावर प्रयोग केले. लोकसंख्यांमधील वाढीचा अभ्यास करून अमेरिकेत त्याचे प्रमाण सर्वात जास्त आहे हे दाखवले आणि त्याच्या मागची कारणे शोधली. ख्रिश्चन ह्यूजेन्सने मांडलेल्या प्रकाशाच्या लहरींच्या सिद्धांताला बेंजामिन फ्रँकलिनने उचलून धरले होते, पण न्यूटनच्या प्रभावामुळे त्या काळात तिला मान्यता मिळाली नाही. भिजलेले कपडे घातलेल्या माणसाला कोरडे कपडे घातलेल्यापेक्षा जास्त थंडी वाजते यावरून त्याने थर्मॉमीटरच्या बल्बला ईथरमध्ये भिजवून प्रयोग केले आणि तसा ओला थर्मॉमीटर कमी तापमान दाखवतो हे दाखवून दिले.

बेंजामिन फ्रँकलिनने काही महत्वाच्या गोष्टी सांगितल्या. कुठलाही निर्णय घेण्याच्या आधी त्यावर साधक बाधक विचार करतांना दोन्ही बाजूंचे मुद्दे आधी मांडून घ्यावे आणि एक एक करून त्यांची तुलना करावी अशी पद्धत त्याने सांगितली. नाण्यांच्या ऐवजी कागदावर छापलेल्या नोटा वापरण्याचा आग्रह केला, एवढेच नव्हे तर आपल्या छापखान्यात त्या छापून दिल्या. तो चांगला संगीतज्ञ होता, कांही वाद्ये वाजवण्यात पारंगत होता आणि त्याने ग्लास हार्मॉनिका नावाचे एक वाद्य तयार केले. तो उत्कृष्ट बुद्धीबळपटू होता आणि त्याने त्या खेळावर निबंध लिहिले. त्याने आयुष्यातली अनेक वर्षे इंग्लंड आणि फ्रान्समध्ये घालवली. तिथे असतांनासुद्धा आपल्या हुषारी आणि कर्तबगारीमुळे त्याला मानसन्मान मिळत गेले. शालेय शिक्षणसुद्धा पूर्ण न केलेल्या बेंजामिन फ्रँकलिनने पुस्तके वाचून, त्यांचा अभ्यास करून आणि संशोधन करून इतके ज्ञान मिळवले, त्यावर अनेक पुस्तके लिहून ते दाखवून दिले की ऑक्सफर्डसारख्या प्रसिद्ध विद्यापीठाने त्याला डॉक्टरेटची मानद पदवी दिली. त्याचे चित्र असलेली पोस्टाची तिकिटे अमेरिकेमध्ये अनेक वेळा छापली गेली.

असा हा एक अष्टपैलू माणूस एक महान शास्त्रज्ञही होऊन गेला.

३. विजेच्या बॅटरीचा शोध लावणारा शास्त्रज्ञ व्होल्टा

विजेचा टॉर्च, मोबाइल फोन, मोटारगाडी वगैरेंसाठी आपण बॅटरी वापरतो ती अमूक इतक्या व्होल्टची असावी लागते. घरातल्या किंवा कारखान्यातल्या विजेच्या व्होल्टेजचा उल्लेख आपल्या बोलण्यात किंवा वाचनात नेहमी येतो. हा व्होल्ट हा शब्द कुठून आला याचे कदाचित कुतुहल असेल. ते एका जुन्या काळातल्या युरोपियन शास्त्रज्ञाने नाव आहे.

आकाशात चमकणारी वीज माणसाला अनादि काळापासून माहीत होती. विल्यम गिल्बर्ट या सोळाव्या शतकात होऊन गेलेल्या ब्रिटिश शास्त्रज्ञाने अँबरचा खडा चामड्यावर घासून प्रथमच स्थितिक विद्युत (Static Electricity) तयार केली. या प्रकाराला इलेक्ट्रिक असे नाव त्यानेच दिले. निरनिराळे विशिष्ट पदार्थ एकमेकांवर घासल्यामुळे त्यांच्यात धन किंवा ऋण विद्युत प्रभार (Positive or Negatve Electric Charge) तयार होतात. पण या विद्युत प्रभाराने फार फार तर एकादे हलके पीस किंवा हातावरले केस किंचित हलवले जातील इतके ते क्षीण असतात. तसल्या त्या सौम्य विजेचा कशासाठीही उपयोग होत नव्हता किंवा तिच्यामुळे कुणालाही त्रास नव्हता यामुळे त्या नैसर्गिक प्रकाराला विशेष महत्व द्यावे असे त्या काळातल्या कोणालाही वाटले नसेल.

सतराव्या शतकातले काही शास्त्रज्ञ कुतूहलापोटी या विषयावर संशोधन करायला लागले. ओटो व्हॉन गेरिक या शास्त्रज्ञाने सन १६७२ मध्ये गंधकाच्या एका मोठ्या गोलकाला घासून त्यातून कृत्रिम वीज निर्माण केली आणि तिच्यामुळे होणारे आकर्षण (Attraction) आणि प्रतिकर्षण (Repulsion) प्रयोगामधून दाखवून दिले. त्यानंतर धन आणि ऋण प्रभार यांच्यामध्ये ठिणगी पडते आणि त्यातून विद्युत् विमोच (Electric Discharge) होतो हे शास्त्रज्ञांना समजले. अठराव्या शतकातल्या बेंजामिन फ्रँकलिन याने १७५०च्या सुमाराला कांच आणि शिशाच्या चपट्या पट्ट्या वापरून विजेचा प्रभार (Charge /चार्ज) साठवून ठेवण्याचे एक संधारित्र (Capacitor कपॅसिटर) तयार केले. तसेच आकाशात चमकणारी वीज आणि स्थिर विद्युत या दोघी एकच असतात असे प्रयोगाने सिद्ध करून दाखवले. सन १७६७ पर्यंत या विषयावर इतके संशोधन झाले होते की जोसेफ प्रीस्टली याने ते गोळा करून विजेचा एक सविस्तर इतिहास ग्रंथ लिहिला होता. प्रीस्टलीनेच हा प्रभार वाहून नेणारे वाहक (Conductor) आणि वाहून न नेणारे दुर्वाहक (bad conductor) यांचे शोध लावले. अशा प्रकारे वीज या विषयावरील संशोधनात खूप हळूहळू प्रगति होत होती, पण विजेचा प्रवाह तयार करणारे साधन मात्र अजून निघाले नव्हते.

अलेसँडर व्होल्टा या इटालियन शास्त्रज्ञाने १७७५ मध्ये विद्युत प्रभार निर्माण करण्यासाठी इलेक्ट्रोफोरस नावाचे उपकरण बनवले. यामुळे विजेवर अधिक संशोधन करायला मदत झाली. त्याने विजेच्या प्रभाराला साठवून ठेवणारा गुणधर्म विद्युत धारिता (Electric Capacitance) या विषयावर संशोधन करून संधारिकांवरील विजेचा दाब त्यातील पदार्थाच्या विद्युत धारितेच्या सम प्रमाणात असतो हे दाखवून दिले. या नियमाला व्होल्टाचा नियम असेच नाव आहे. व्होल्टाचा समकालीन शास्त्रज्ञ गॅल्व्हानी हा मृत बेडकांवर संशोधन करत होता. प्रयोग करतांना त्याला एक आश्चर्यकारक गोष्ट दिसली. त्याने एका बेडकाला तांब्याच्या तारेने बांधून ठेवले होते आणि त्याच्या पायाला लोखंडाचे अवजार लागताच तो पाय एकदम शॉक लागल्यासारखा आखडला. यावरून प्राण्यांच्या शरीरात वीज निर्माण होते असा निष्कर्ष गॅल्व्हानीने काढला आणि त्याला अॅनिमल इलेक्ट्रिसिटी असे नाव ठेवले. या संशोधनामधून प्राण्यांच्या शरीरांच्या अभ्यासाला एक वेगळी दिशा मिळाली.

पण व्होल्टाने यावर वेगळा विचार केला. त्याने तांबे, लोखंड, शिसे, जस्त आदि निरनिराळ्या धातूंची अवजारे वापरून बेडकावर प्रयोग केल्यावर त्याला वेगवेगळी निरीक्षणे मिळाली. त्यामुळे या बाबतीत फक्त प्राण्याच्या शरीराचा गुणधर्म नसून धातूंचासुद्धा सहभाग आहे असे त्याने ओळखले. त्याने त्यानंतर निरनिराळ्या धातूंचे तुकडे वेगवेगळ्या रसायनांमध्ये बुडवून प्रयोग केले आणि बेडकाशिवायही वीज निर्माण करून दाखवली. प्रत्येक धातूचे एक विद्युत विभव (Electric Potential) असते हे त्याने पाहिले आणि या विभवाप्रमाणे धातूंची विद्युतरासायनिक मालिका (Electrochemical Series) तयार केली. त्यासंबंधीच्या नियमालाही व्होल्टाचेच नाव आहे. (Volta’s Law of the electrochemical series) दोन भिन्न धातूंचे इलेक्ट्रोड रसायनामध्ये बुडवून ठेवले तर त्याच्यामध्ये एक विद्युतगामक बल (Electromotive Force) तयार होते हे दाखवून ते विद्युत विभवामधील फरकाच्या समप्रमाणात असते असा नियम सांगितला. जगातल्या सर्व विजेच्या बॅटऱ्या या तत्वावर काम करतात.

व्होल्टाने कृत्रिमरीत्या विजेचा प्रभार निर्माण करणारे असे व्होल्टाइक पाइल हे साधन तयार केले. त्यात जस्त आणि तांब्याच्या चपट्या चिपा आणि रसायनांत भिजवलेले पुठ्याचे तुकडे आलटून पालटून एकावर एक ठेऊन त्यांचे अनेक थर केले आहेत. यातल्या प्रत्येक थरांमध्ये थोडा थोडा प्रभार तयार होऊन साठत जातो. व्होल्टाने अशा प्रकारे प्रथमच रासायनिक पद्धतीने वीज तयार करून दाखवली हे या प्रगतीमधले एक मोठे पाऊल होते. अशा प्रकारे साठवलेला विजेचा प्रभार तारेमधून वाहून नेला तर लगेच नवा प्रभार तयार होतो. यामुळे सलगपणे काही वेळ वाहणारा विजेचा प्रवाह तयार करणे प्रथमच शक्य झाले. तोपर्यंत स्थायिक विजेमधून फक्त एक ठिणगी पाडणेच शक्य झाले होते, व्होल्टाने पहिल्यांदाच विजेला प्रवाही करून दाखवले.

याशिवाय व्होल्टाने वायूंच्या रसायनशास्त्रावर संशोधन करून मीथेन या वायूचा शोध लावला. मीथेन हा वायू निसर्गातसुद्धा तयार होत असतो. व्होल्टाने त्याला बंद पात्रामध्ये साठवून आणि त्यात विजेची ठिणगी टाकून त्याला पेटवून दाखवले. त्याने विजेवर केलेल्या अत्यंत मौलिक संशोधनाचा मान ठेऊन विद्युत विभव (Electric Potential) आणि विद्युतगामक बल (Electromotive Force) यांच्या एककाला व्होल्ट असे नाव दिले आहे. विजेचा दाब व्होल्टेजमध्येच व्यक्त केला जातो आणि त्याचा उल्लेख प्रत्येक उपकरणाच्या बाबतीत होत असल्यामुळे व्होल्टेज हा शब्द आपल्या चांगल्या परिचयाचा आहे.

४. वीज शास्त्रज्ञ ऑर्स्टेड, अँपियर आणि ओह्म

व्होल्टाच्या पाइलला वीजनिर्मितीमध्ये मिळालेल्या यशानंतर एकाद्या लहान मुलाला एक नवे खेळणे मिळावे तसे त्या काळातल्या शास्त्रज्ञांना संशोधन करण्यासाठी एक नवे अद्भुत साधन उपलब्ध झाले. युरोपमधील इतर संशोधकांनीसुद्धा आपले लक्ष तिकडे वळवले आणि निरनिराळी रसायने आणि धातू यांचेवर प्रयोग करून रासायनिक क्रियांमधून वीज निर्माण करण्याचे प्रयत्न सुरू केले. त्यांना त्यात यश मिळाल्यानंतर त्यातून तयार होणाऱ्या विजेचे गुणधर्म आणि तिचा संभाव्य उपयोग यांचा कसून अभ्यास सुरू केला. त्यामधून रसायनशास्त्र आणि भौतिकशास्त्र या दोन्ही शाखांमधील संशोधनाला चालना मिळाली. सर हम्फ्री डेव्ही याने या विजेच्या सहाय्याने रसायनांचे पृथःकरण करून काही मूलद्रव्ये प्रथमच त्यांच्या शुद्ध स्वरूपात तयार केली ही रसायनशास्त्रातली मोठी झेप होती, त्याचप्रमाणे विजेच्या प्रवाहामधून ऊष्णता आणि प्रकाश निर्माण होऊ शकतात हे भौतिकशास्त्रातले महत्वाचे टप्पेही त्याने प्रयोगातून दाखवून दिले. ऑर्स्टेड, अँपियर आणि ओह्म या शास्त्रज्ञांनी मुख्यतः विजेच्या गुणधर्मांवर संशोधन करून त्या शास्त्रातील मूलभूत नियमांचे शोध लावले.

हॅन्स ख्रिश्चन ऑर्स्टेड या डॅनिश शास्त्रज्ञाचा जन्म सन १७७७ मध्ये एका लहान गावात झाला. हुषार हॅन्स शिक्षणासाठी कोपनहेगनला गेला आणि त्याने डॉक्टरेटपर्यत शिक्षण घेतले. व्होल्टाच्या संशोधनाने त्याला विजेच्या अभ्यासाकडे आकर्षित केले. तीन वर्षांची शिष्यवृत्ती घेऊन तो युरोपमध्ये गेला आणि त्याने फ्रान्स, जर्मनी आदि निरनिराळ्या देशांमध्ये फिरून तिथल्या प्रयोगशाळांमध्ये काम केले. विज्ञानातले पुष्कळ बहुमोल ज्ञान आणि अनुभव यांचे संपादन करून तो मायदेशी परत गेला.

डेन्मार्कमध्ये परतल्यानंतर त्याला कोपनहेगन विद्यापीठात प्राध्यापकाची जागा मिळाली. तिथे त्याने आपले विजेवरील संशोधन सुरू ठेवले. पाइल किंवा बॅटरीला जोडलेल्या सर्किटमध्ये विजेचा प्रवाह सुरू किंवा बंद केला जात असतांना त्याच वेळी टेबलावर ठेवलेल्या होकायंत्राची सुई आपोआप हलत असतांना त्याला दिसली. या दोन संपूर्णपणे वेगळ्या दिसणाऱ्या आणि कुठेही एकमेकींशी न जोडलेल्या गोष्टींमध्ये काही तरी अदृष्य असा परस्पर संबंध असणार असे चाणाक्ष ओर्स्टेडच्या लक्षात आले. त्याने या गोष्टीवर लक्ष केंद्रित करून अनेक प्रयोग केले आणि तारेमधून जाणाऱ्या विजेच्या प्रवाहामुळे तिच्या आजूबाजूला एक चुंबकीय क्षेत्र तयार होते असे सन १८२० मध्ये सिद्ध केले.

आकाशामधील वीज आणि जमीनीवरील स्थिर विद्युत एकच आहेत हे बेंजामिन फ्रँकलिन याने त्यापूर्वीच दाखवले होते. ओर्स्टेडच्या संशोधनामुळे पृथ्वीमधील चुंबकत्वाचा विजेशी संबंध असल्याचे सिद्ध झाले. अशा प्रकारे आकाशाशी धरणीमातेचे आणखी एक नाते जुळले गेले.

ओर्स्टेडचा समकालीन फ्रेंच शास्त्रज्ञ आंद्रे मारी अँपियर याचा जन्म सन १७७५ मध्ये एका सधन फ्रेंच कुटुंबात झाला आणि त्याचे पालनपोषण आणि शिक्षण व्यवस्थित चालले होते, पण फ्रेंच राज्यक्रांतीच्या धामधुमीत त्याच्या वडिलांचा बळी गेला. तशा परिस्थितीतून मार्ग काढत आंद्रेने शिक्षण घेतले. तो पॅरिसला स्थाइक झाला आणि त्याने तिथल्या विद्यापीठात अध्यापन व संशोधन केले. त्याने ओर्स्टेडच्या सिद्धांतावर अधिक संशोधन करून त्याला सैद्धांतिक आधार दिला. एकाच वेळी दोन समांतर ठेवलेल्या तारांमधून विजेचा प्रवाह सोडला तर त्या एकमेकांना आकर्षित करतात किंवा दूर सारतात आणि हे त्या विजेच्या प्रवाहाच्या दिशेवर अवलंबून असते असे त्याने सप्रयोग दाखवून दिले. अँपियरने त्याच्या संशोधनामधील निरीक्षणांचे विश्लेषण करून त्यातून ‘अँपियरचा नियम’ नावाचा सिद्धांत मांडला. “वीज वाहून नेणाऱ्या दोन तारांमधील चुंबकीय आकर्षण किंवा अपकर्षण त्या तारांची लांबी आणि विजेचा प्रवाह यांच्या समप्रमाणात असते.” वीज आणि चुंबकत्व या दोन तत्वांना जोडणारे बरेच शास्त्रीय तत्वज्ञानही अँपियरने आपल्या पुस्तकात विशद केले. त्यांना जोडणाऱ्या शास्त्राला अँपियरने Electrodynamic Phenomena असे नाव दिले होते. पुढे जाऊन त्या शास्त्राचे नाव विद्युतचुंबकत्व (Electromagnetism) असे रूढ झाले.

जॉर्ज ओह्म या जर्मन शास्त्रज्ञाचा जन्म सन १७८९ मध्ये झाला. त्याच्या वडिलांनीच त्याला गणित, विज्ञान आणि तंत्रज्ञानाचे शिक्षण देऊन पुढील शिक्षणासाठी स्विट्झर्लँडला पाठवले. ते घेऊन झाल्यानंतर त्याने जर्मनीला परत जाऊन अध्यापन आणि संशोधनात रस घेतला आणि अनेक शोधनिबंध प्रकाशित केले. एकाच बॅटरीला जोडलेल्या निरनिराळ्या धातूंच्या आणि निरनिराळ्या जाडीच्या तारा किंवा पट्ट्यांमधून जाणारा विजेचा प्रवाह समान नसतो याचा खोलवर अभ्यास करून त्याने असे पाहिले की निरनिराळे धातू निरनिराळ्या प्रमाणात विजेच्या प्रवाहाला विरोध करतात आणि तार किंवा पट्टीमधून होणारा विरोध तिची जाडी आणि लांबी यावर अवलंबून असतो. सर्किटमध्ये विजेचा प्रवाह किती होईल हे या सर्वांवरून ठरते. सन १८२७ मध्ये त्याने आपला सुप्रसिद्ध ‘ओह्मचा नियम’ सांगितला. त्या नियमाप्रमाणे विद्युतचुंबकीय बल (व्होल्टेज) हे विजेचा प्रवाह (करंट) आणि त्याला होणारा विरोध (रेझिस्टन्स) या दोघांच्या गुणाकाराच्या एवढे असते. (V = I X R). सर्किटवर असलेले विद्युतचुंबकीय बल वाढवले तर विजेचा प्रवाह त्या प्रमाणात वाढतो आणि प्रवाहाला होणारा विरोध वाढला तर तो प्रवाह कमी होतो. अनेक सेल एकमेकांना जोडून विद्युतचुंबकीय बल वाढवता येते, तसेच वेगवेगळ्या धातूंच्या निरनिराळ्या आकारांच्या तारा किंवा पट्ट्या वापरून विरोध कमीजास्त करता येतो आणि त्यानुसार प्रवाह वाढतो किंवा कमी होतो.

विजेवरील संशोधन करणाऱ्या या शास्त्रज्ञांच्या काळात व्होल्टेज, करंट आणि रेझिस्टन्स यापैकी कुठलीच गोष्ट प्रत्यक्ष मोजण्याचे मीटर उपलब्ध नव्हते. त्यांनी हे नियम तर्क आणि विश्लेषणाच्या आधाराने मांडले होते आणि अॅमीटर, व्होल्टमीटर, ओह्ममीटर वगैरे उपकरणे त्यांच्या या नियमांच्या आधारावर नंतरच्या काळात तयार होत गेली हे पाहिल्यास त्या नियमांचे महत्व लक्षात येईल.

ज्या काळात नियमित किंवा अखंड वीजपुरवठा करणारे जनरेटर अजून तयार झाले नव्हते त्या काळात व्होल्टाज पाईलमधून मिळणाऱ्या अपुऱ्या विजेच्या आधाराने या तीन शास्त्रज्ञांनी या विषयामधील पायाभूत संशोधन केले. त्यांची आठवण ठेऊन ऑर्स्टेड याचे नाव चुंबकीय प्रेरणाच्या (Magnetic Induction), अँपियरचे नाव विद्युतप्रवाहाच्या (Electric Current) आणि ओह्मचे नाव विद्युतविरोधाच्या (Electrical Resistance) एककाला दिले आहे. या शास्त्रज्ञांच्या प्रयत्नांमुळे एकोणीसाव्या शतकाच्या सुरुवातीला विजेवरील संशोधनाला गति मिळाली.

---

५.महान विद्युतशास्त्रज्ञ मायकेल फॅरेडे

महान विद्युतशास्त्रज्ञ मायकेल फॅरेडे याचा जन्म सन १७९१मध्ये इंग्लंडमधील एका गरीब कुटुंबात झाला. बिकट आर्थिक परिस्थितीमुळे त्याचे शालेय शिक्षण धडपणे झाले नाही. चौदा वर्षांचा असतांना तो एका बुकबाइंडिंग आणि पुस्तकांची विक्री करणाऱ्याकडे नोकरीला लागला. पण ज्ञान संपादन करण्याची त्याच्या मनातली इच्छा इतकी तीव्र होती की तो बाइंडिंगसाठी आलेल्या आणि दुकानात ठेवलेल्या पुस्तकांची पाने वाचूनच त्यातून अनेक विषयातील ज्ञानाचे मिळतील तितके कण जमा करत राहिला आणि त्यामधून मिळालेली शिकवण अंमलात आणत राहिला. या अशा वाचनातूनच त्याच्या मनात विज्ञान आणि विशेषतः विद्युत् या विषयाबद्दल ओढ निर्माण झाली.

वीस वर्षांचा असतांना फॅरेडेने हम्फ्री डेव्ही या प्रख्यात शास्त्रज्ञाची व्याख्यानमाला लक्षपूर्वक ऐकली, त्याच्या नोट्स काढून त्यांचे बाइंडिंग करून एक पुस्तक तयार केले आणि अभिप्रायासाठी डेव्हीकडे पाठवले. त्याने केलेले ते काम डेव्हीला आवडले. पुढे सन १८१३मध्ये एका प्रयोगात झालेल्या अपघातात डेव्हीची दृष्टी अधू झाल्यामुळे त्याला प्रयोगशाळेत काम करण्यासाठी एका सहाय्यकाची गरज भासली तेंव्हा त्याने फॅरेडेला बोलावून घेतले. नंतरच्या काळात डेव्हीने त्याला आपल्यासोबत दोन वर्षांच्या दौऱ्यावर फ्रान्सलाही नेले. त्या वेळी फॅरेडे डेव्हीला प्रयोगशाळेत मदत करायचा तसेच त्याची इतर कामेही करायचा. डेव्हीच्या बायकोने तर त्याला गड्यासारखे वागवले. फॅरेडेने डेव्हीची मनोभावे सेवा केली त्याचप्रमाणे त्याच्या प्रत्येक प्रयोगामध्ये समरस होऊन लक्षपूर्वक सहभाग घेतला. यातून त्याने प्रात्यक्षिक कामामध्ये विलक्षण नैपुण्य मिळवलेच, विज्ञान या विषयामध्येसुध्दा प्राविण्य मिळवले. पुढील काही वर्षांमध्ये डेव्हीने केलेल्या संशोधनामध्ये फॅरेडेचा महत्वाचा वाटा होता.

रसायनांवर प्रयोग करत असतांना झालेल्या एका स्फोटात डेव्ही आणि फॅरेडे हे दोघेही जखमी झाले होते, पण हिम्मत न सोडता ते आपले संशोधन करत राहिले. फॅरेडेने काही नवे वायू तयार केले. क्लोरिनसारख्या काही वायूंना थंड करून द्रवरूपात आणता येते हे दाखवले. बेंझीन या महत्वाच्या रसायनाचा शोध लावला. असे असले तरी फॅरेडेचे नाव त्याने विजेवर केलेल्या क्रांतिकारक संशोधनामुळेच प्रसिध्द झाले आणि त्या क्षेत्रामधील अग्रगण्य शास्त्रज्ञांमध्ये घेतले जाते.

फॅरेडेने स्वतःची व्होल्टाइक पाईल तयार करून त्यावर रसायनांच्या पृथःकरणाचे प्रयोग सुरू केले. इलेक्ट्रॉलिसिस या क्रियेमधील उपकरणांचे अॅनोड, कॅथोड, इतेक्ट्रोड (“anode”, “cathode”, “electrode”) यासारखे शब्द त्याने प्रचारात आणले. त्याने सांगितलेले या विद्युतरासायनिक क्रियेचे नियम त्याच्या नावाने प्रसिध्द आहेत. रसायनामधून जात असलेल्या विजेच्या प्रवाहाच्या सम प्रमाणात रासायनिक क्रिया घडते. असा हा नियम आहे.

ऑर्स्टेडने विद्युतचुंबकीयत्वाचा (electromagnetism) शोध लावल्यानंतर डेव्ही आणि वोलॅस्टन या ब्रिटिश संशोधकांनी त्यावर संशोधन सुरू केले, पण त्यांना घवघवीत यश मिळत नव्हते. फॅरेडेने त्यावर अधिक प्रयोग करून जगातली पहिली इलेक्ट्रिक मोटर तयार केली. त्यासाठी त्याने एक लोहचुंबक पाऱ्यामध्ये ठेऊन त्याच्या बाजूला एक इलेक्ट्रोड टांगून ठेवला. त्यामधून विजेचा प्रवाह सोडल्यावर तो इलेक्ट्रोड हळूहळू फिरायला लागला. विजेपासून गति निर्माण करण्याचा हा पहिलाच यशस्वी प्रयोग होता.

फॅरेडेने आपले हे संशोधन स्वतंत्रपणे प्रसिध्द केलेले डेव्हीला आवडले नाही. त्याने फॅरेडेचे कौतुक तर केले नाहीच, उलट त्याला फैलावर घेतले. यामुळे पुढील काही वर्षे फॅरेडेने विजेवर संशोधन न करता पारदर्शक काच बनवण्याच्या शास्त्रावर काम केले. त्यात त्याने जगातली पहिली पोलॅराइड काच बनवली तसेच प्रकाशकिरण व विद्युतचुंबकीयत्व यांच्यातल्या संबंधावर प्रकाश टाकला.

डेव्हीच्या मृत्यूनंतर फॅरेडे पुन्हा आपल्या आवडत्या कामाला लागला. विद्युतचुंबकीय प्रवर्तन (electromagnetic induction) हा सर्वात महत्वाचा शोध त्याने लावला. लोखंडाच्या कडीभोवती गुंडाळलेल्या तारांच्या दोन वेगवेगळ्या वेटोळ्यांपैकी एकीमध्ये विजेचा प्रवाह सोडला की इंडक्शनमुळे दुसरीमध्ये क्षणभर वीज चमकून जाते हे त्याने दाखवले. तारेच्या वेटोळ्यामधून जर लोहचुंबक नेला किंवा लोहचुंबकाच्या भोवती तारेचे वेटोळे वर खाली नेले तर एक विजेचा प्रवाह निर्माण होऊन त्या तारेतून जातो असेही त्याने दाखवून दिले. त्याने या तत्वावर चालणारा जगातला पहिला डायनॅमो किंवा जनरेटर तयार केला. आजसुध्दा जगातले बहुतेक सगळे जनरेटर, ट्रान्स्फॉर्मर आणि सगळ्या विजेच्या मोटारी फॅरेडेच्या या साध्या यंत्रांच्या मागे असलेल्या मूलभूत तत्वांवरच चालतात यावरून त्यांचे महत्व लक्षात येईल. मायकेल फॅरेडेच्या सन्मानार्थ धारिता (Capacitance) या विजेच्या गुणधर्माच्या एककाचे नाव फॅरड (farad) असे ठेवले गेले आहे.

तत्कालीन इंग्लंडमधील जनतेच्या अनेक अडचणींकडे लक्ष देऊन त्यातून मार्ग सुचवण्याचे समाजकार्यही फॅरेडे याने केले. त्याने केलेल्या महत्वपूर्ण योगदानासाठी त्याला सरदारपद देऊ केले गेले होते, पण आपल्याला कोणी ‘सर फॅरेडे’ म्हंटल्यापेक्षा ‘मि.फॅरेडे’ असेच म्हंटलेले आवडेल असे सांगून त्याने ते नम्रपणे नाकारले.

सर आयझॅक न्यूटन आणि त्यांचे संशोधन

कित्येक लोकांच्या मते सर आयझॅक न्यूटन हे आजवर होऊन गेलेल्या शास्त्रज्ञांमध्ये सर्वश्रेष्ठ समजले जातात. त्यांनी लावलेल्या क्रांतिकारक शोधांमुळे विज्ञानाचे स्वरूपच बदलून गेले आणि त्याच्या पुढील प्रगतीला मोठा वेग आला. या महान शास्त्रज्ञाचा जन्म १६४२ मध्ये इंग्लंडमधल्या एका लहान गावात झाला. त्यांच्या जन्माच्या आधीच त्यांच्या वडिलांचा मृत्यू झाला होता आणि ते तीन वर्षाचे असतांनाच त्यांच्या आईने दुसरे लग्न केले आणि ती तिच्या दुसऱ्या नवऱ्याकडे रहायला गेली. त्यामुळे त्यांचे संगोपन आणि शालेय शिक्षण त्यांच्या आजीने तिला जमेल त्याप्रमाणे केले. कांही वर्षांनंतर न्यूटनची आई विधवा होऊन परत आली आणि तिने आयझॅकला शेतीकडे लक्ष द्यायला सांगितले. अशा परिस्थितीत न्यूटनला लहानपणीच अनेक अडथळ्यांना तोंड द्यावे लागले. कॉलेजच्या शिक्षणासाठी पडतील ती लहान सहान कामे करून त्याने ते सुरू ठेवले. पुढे त्याच्या हुषारीमुळे त्याला चांगली शिष्यवृत्ती मिळाली आणि त्याने एमए पर्यंतचे शिक्षण सुरळीतपणे पूर्ण केले. गणितावर अभ्यास करताकरताच तो विज्ञानाच्या इतर शाखांकडे वळला. त्याने लावलेल्या प्रत्येक शोधात गणिताचा मोठा वाटा आहे. त्याने सांगितलेले सगळे नियम समीकरणांमध्ये सूत्रबद्ध केले. त्याने केलेल्या संशोधनावर मी लिहिलेले तीन लेख इथे एकत्र करून खाली दिले आहेत.

१. न्यूटनच्या सफरचंदाची गोष्ट

मी एकदा एका कीर्तनाला गेलो होतो. ते कथेकरी बुवा आपल्या रसाळ वाणीमध्ये सांगत होते, “अहो एक रिकामटेकडा इंग्रज माणूस सफरचंदाच्या झाडाखाली डुलक्या घेत बसला होता. एक लहानशी वाऱ्याची झुळुक आली, त्या झाडाची पानं सळसळली, झाडावरून एक फळ निसटलं आणि दाणकन त्या माणसाच्या टाळक्यावर येऊन आपटलं. तो दचकून जागा झाला पण त्या वेळी मिळालेल्या जोरदार फटक्यासरशी त्याला झर्रकन एक साक्षात्कार झाला आणि तो आनंदाने उड्या मारायला लागला.”
लोकांनी त्याला विचारले, “अरे काय झालं?”
तो म्हणाला, “मला आत्ताच गुरुत्वाकर्षणाचा शोध लागला.”
“म्हणजे रे काय?”
“अहो ही आपल्या पायाखालची जमीन सारखी या झाडांवरच्या फळांना खाली ओढत असते म्हणून ती वरून खाली पडतात.”
झालं, लोकांना त्याच्या हुषारीचं खूप कौतुक वाटलं आणि त्यांनी त्या माणसाला डोक्यावर घेतलं. त्याला सरदारकी दिली आणि त्या शोधामुळे तो एक महान शास्त्रज्ञ सर आयझॅक न्यूटन या नावाने प्रसिध्द झाला.”
कीर्तनकार बुवा पुढे म्हणाले, ” अहो हे गुरुत्वाकर्षण, ग्रॅव्हिटी, बिव्हिटी वगैरे सगळं काही आपल्या पूर्वजांना आधीपासूनच चांगलं ठाऊक होतं. तुम्हाला एक उदाहरण सांगतो. रावणाच्या अशोकवनात बसलेल्या सीतामाईंना मारुतीरायांनी शोधून काढलं, श्रीरामाची आंगठी दाखवून आपली ओळख पटवली आणि त्यांचं महत्वाचं बोलणं झाल्यावर ते म्हणाले, “माते, मी खूप दुरून उड्डाण करून आलो आहे, मला जोरात भूक लागली आहे. मला काही खायला देशील का?”
त्यावर सीतामाई म्हणाल्या, “अरे, ही बाग, इथली झाडं, त्यावरची फळं वगैरे माझ्या मालकीची नाहीत, पण ही झाडंच पिकलेली फळं जमीनीला अर्पण करतात, त्या फळांनाही जमीनीची ओढ असते, अशी जमीनीवर पडलेली फळं धरतीमातेची म्हणजे माझ्या आईची होतात, तुला वाटलं तर ती खाऊन तू आपली भूक भागवून घे.”
हनुमंतांनी ती पडत्या फळाची आज्ञा ऐकली. त्यांनी एक जोराने बुभुःकार करताच सगळी झाडं गदागदा हालली आणि त्यावरची फळं धडाधड खाली पडली. याचाच अर्थ मारुतीरायांनासुद्धा गुरुत्वाकर्षण माहीत होतं आणि त्याचा उपयोग करून त्यांनी फळांचा पाऊस पाडला होता. अहो हा फळांचा वर्षाव कुठं आणि त्या न्यूटनच्या डोक्यावर पडलेलं एक सफरचंद कुठं? त्याचं एवढं कसलं कौतुक आलंय? पण तुम्हाला काय सांगू? ते इंग्रज लोक तर करतातच, आपले मोठे शास्त्रज्ञ म्हणवणारे लोकसुध्दा अजून त्या न्यूटनचंच कौतुक करताय्त.अहो, आपल्या देशाला स्वातंत्र्य मिळालं, इंग्रज त्यांच्या घरी परत गेले, पण आपल्या लोकांच्या मनातली गुलामगिरी काही अजूनसुध्दा गेलेली नाही. “

यावर सगळ्या श्रोत्यांनी माना डोलावल्या आणि टाळ्या वाजवल्या, त्यात कांही चांगले सुशिक्षित लोकसुध्दा दिसत होते. ते तरी आणखी काय करणार म्हणा, कारण त्यांनाही न्यूटनची तेवढीच गोष्ट माहीत होती. पण ती तर फक्त सुरुवात होती. त्याच्या पुढची गोष्ट मी या लेखात सांगणार आहे.

झाडावरून सुटलेली फळे, पाने आणि फुले खाली पडत असतात, तसेच जमीनीवरून वर फेकलेला दगडदेखील खालीच येऊन पडतो, हातामधून निसटलेली वस्तू सरळ खाली जमीनीवर पडते, ढगात निर्माण झालेले पाण्याचे थेंब पावसाच्या रूपाने खाली येऊन पडतात यासारखे रोजच्या जीवनातले अनुभव सर्वांनाच येत असतात. “खाली जमीनीवर येऊन पडणे हा सर्व जड वस्तूंचा स्वभावधर्मच असतो.” असे पूर्वीच्या काळातल्या कांही शहाण्या लोकांनी सांगितले आणि तेवढे कारण सर्वसामान्य लोकांना पुरेसे वाटले. “आपली धरणीमाता सर्व भार सहन करून सगळ्या वस्तूंना आधार देते, झाडे आणि घरे यांना घट्ट धरून ठेवते, कोणी तिला लाथ मारून हवेत उडी मारली तरी तो पुढच्या क्षणी पुन्हा जमीनीवरच परत येतो तेंव्हाही ती त्याला प्रेमाने जवळ घेते, उंच आभाळात उडणारे पक्षीसुध्दा तिथे अधांतरी स्थिर राहू शकत नाहीत, त्यांना जमीनीवर परत यायचीच ओढ असते.” अशा प्रकारचे उल्लेख पुरातन काळातल्या साहित्यामध्ये मिळतात. “पृथ्वीकडे एक अद्भुत प्रकारची आकर्षणशक्ती असते, ती सगळ्या वस्तूंना स्वतःकडे ओढून घेत असते.” असे प्राचीन काळातल्या कांही भारतीय शास्त्रज्ञांनी त्यांच्या ग्रंथांमध्ये लिहिले होते. काही युरोपियन विद्वानांनीसुध्दा तसे तर्क केले होते. न्यूटन हा एक हुषार विद्यार्थी असल्यामुळे या गोष्टी त्याच्या वाचनात आल्या असतीलही. त्यामुळे “झाडावरले सफरचंद पृथ्वीच्या आकर्षणामुळे खाली जमीनीवर येऊन पडते.” एवढेच सांगणे हा त्या काळातसुध्दा नवा विचार किंवा शोध नव्हता. मग न्यूटनने केले तरी काय?

न्यूटनच्या जागी दुसरा कोणी असता तर त्याने ते झाडावरून खाली पडलेले ताजे सफरचंद गट्ट करून टाकले असते, पण न्यूटनने पट्कन वर पाहिले. तिथे झाडावर तर कोणीच नव्हते. न्यूटननेच गतिच्या नियमांवरसुध्दा संशोधन केले होते. त्यातल्या पहिल्या नियमाप्रमाणे कुठलीही स्थिर वस्तू तिला दुसऱ्या कुणीतरी हलवल्याशिवाय जागची हलत नाही. मग या फळाला जर वरून कोणी खाली ढकलत नसेल तर खालची जमीनच त्याला आपल्याकडे खेचून घेत असणार. त्या फळाला खाली ओढणारी पृथ्वीची अदृष्य आकर्षणशक्ती कशा प्रकारची असेल, तिचा प्रभाव कसा आणि किती दूरपर्यंत पोचत असेल यावर त्याने विचार केला. हातातून खाली पडलेल्या वस्तूपेक्षा उंचावरून पडलेली वस्तू जास्त जोरात पडते, ती जितक्या जास्त उंचीवरून खाली पडेल तितक्या जास्त वेगाने ती खाली पडते म्हणजेच उंचावरून खाली पडता पडता तिचा वेग सतत वाढत जातो हे न्यूटनच्या लक्षात आले. यासंबंधी काही संशोधन गॅलीलियो आणि इतर शास्त्रज्ञांनी केलेले होते. न्यूटनने त्याची समीकरणे, आलेख वगैरे तयार करून पृथ्वीचे त्वरण (अॅक्स्लरेशन) किती आहे याचे गणित मांडले. हा पहिला भाग झाला.

कितीही उंच झाडाच्या अगदी शेंड्यावरून आणि कितीही उत्तुंग मनोऱ्याच्या शिखरावरून सुटलेल्या गोष्टी खाली जमीनीवर पडतातच. त्यांच्याही वर आकाशात ढग असतात त्यातूनसुध्दा पाणी आणि गारा खाली येऊन जमीनीवर पडतात म्हणजे हे आकर्षण तिथपर्यंत आहेच. मग ते त्याच्याही पलीकडे दूर चन्द्रापर्यंत पोचत असेल कां? तसे असले तर मग आकाशातला चन्द्रसुध्दा जमीनीवर येऊन कां पडत नाही? तो पृथ्वीभोंवती गोल गोल का फिरत राहत असेल?

यावर आणखी विचार केल्यावर न्यूटनला त्या प्रश्नातच त्याचे उत्तर सापडले. त्यानेच सांगितलेल्या गतिच्या नियमानुसार चंद्राने एकाच वेगाने सरळ रेषेत दूर चालले जायला हवे होते, पण गुरुत्वाकर्षणामुळेच तो प्रत्येक क्षणाला थोडा थोडा खाली म्हणजे पृथ्वीकडे येत असतो व त्यामुळेच तो क्षणोक्षणी आपल्या प्रवासाची दिशा बदलून पृथ्वीभोंवती प्रदक्षिणा घालत राहतो हे त्याच्या लक्षात आले. हवेत फेकलेल्या वस्तु (Projectiles) कशा दूर जाऊन खाली पडतात याचा सविस्तर अभ्यास गॅलीलिओने केला होता, त्याला न्यूटनने समीकरणांमध्ये मांडले. एकादा दगड जमीनीला समांतर रेषेमध्ये वेगाने फेकला तर तो समोरच्या बाजूला जातांजातांच गुरुत्वाकर्षणामुळे खाली येत जातो आणि वर दिलेल्या चित्रातील आकृति क्र.१ मधील क्रमांक १, २ व ३ या वक्ररेषांनी दाखवलेल्या मार्गांनी कांही अंतरावर जमिनीवर पडतो. या उदाहरणांत वस्तूच्या फेकण्याचा वेग वाढत गेला तर त्याचे जमीनीवर पडण्याचे अंतर वाढलेले दिसते. या उदाहरणांत वस्तूच्या फेकण्याचा वेग वाढत गेला किंवा ती अधिकाधिक उंचावरून फेकली तर त्याचे जमीनीवर पडण्याचे अंतर वाढते.

खालील जमीन वक्राकार असेल तर सपाट जमिनीच्या मानाने ती वस्तू अधिक दूरवर जाते हे आकृती क्र. २ वरून स्पष्ट होते. यावरून सर आयझॅक न्यूटन यांना एक कल्पना सुचली. पृथ्वीवरील एकाद्या खूप उंच, म्हणजे हिमालयाच्याही अनेकपट इतक्या उंच पर्वताच्या शिखरावर एक मोठी तोफ ठेऊन त्यातून प्रचंड वेगाने गोळे सोडले तर ते कुठपर्यंत जाऊन खाली पडतील याची गणिते त्यांनी मांडली. त्यांनी त्यासाठी कदाचित शेकडो वेगवेगळी उदाहरणे घेतली असतील, मी या आकृतीमध्ये नमून्यादाखल फक्त पाच उदाहरणे दाखवली आहेत. तोफेच्या गोळ्याचा वेग वाढवत नेला तर काय होईल? त्यातील पहिले चार गोळे वळत वळत जात पृथ्वीवर दूर दूर जाऊन पडतील, पण पाचवा गोळा इतका वळत जाईल की एका वर्तुळाकार कक्षेमध्ये पूर्ण पृथ्वीप्रदक्षिणा करून तो सोडल्या जागी परत येईल आणि त्यानंतर तो पृथ्वीभोवती फिरत राहील.

न्यूटनच्या काल्पनिक तोफेने उडवलेल्या गोळ्याप्रमाणेच आकाशातून विशिष्ट वेगाने आणि सरळ रेषेतल्या मार्गाने पुढे जात असलेली कोणतीही खरीखुरी वस्तूसुध्दा पृथ्वीच्या जवळून जात असतांना गुरुत्वाकर्षणामुळे ती पृथ्वीकडे ओढली जाते आणि त्यामुळे तिचा मार्ग वक्राकार होतो आणि ती पृथ्वीच्याभोवती फिरत राहते. चंद्राचे पृथ्वीभोवती होत असलेले भ्रमण अशाच प्रकारे आकृती क्र. ४ मध्ये दाखवल्याप्रमाणे होत असते.

या कल्पनेचा विस्तार करून त्याने चन्द्राच्या पृथ्वीभोवती फिरण्याच्या वेगाचे गणित मांडले. पृथ्वीपासून चन्द्राचे अंतर किती आहे, पृथ्वीभोवती ३६० अंशाची एक प्रदक्षिणा पूर्ण करण्यासाठी चंद्राला किती अंतर चालावे लागते, ते अंतर तो किती दिवसात पार करतो, यावरून तो एका सेकंदात किती अंतर कापतो, किंवा एका सेकंदात तो किती अंश फिरतो, ते करत असतांना त्याला सरळ रेषेमध्ये पुढे जाण्याऐवजी पृथ्वीभोवती फिरण्यासाठी दर सेकंदाला पृथ्वीकडे किती वळावे लागते. त्यावरून त्याचे किती त्वरण (अॅक्स्लरेशन) किती असते, त्यासाठी किती बलाची (आकर्षणाची) आवश्यकता असते वगैरेंची गणिते न्यूटनने मांडली आणि सोडवली.

पृथ्वीच्या पृष्ठभागावर जिथे आपण राहतो तिथे उंचावरून खाली पडणाऱ्या वस्तूचा वेग दर सेकंदाला कसा वाढत जातो याचा अभ्यास करून त्यासाठी लागणारे बल (आकर्षण) किती असते याचा अंदाज मांडला. या दोन अंकांचा भागाकार सुमारे ३६०० इतका येतो. याचे कारण चंद्र हा पृथ्वीपासून खूप दूर आहे. पृथ्वीपासून चन्द्राचे अंतर पृथ्वीच्या त्रिज्येच्या सुमारे ६० पट आहे. ३६०० हा आकडा ६० चा वर्ग म्हणजे ६० गुणिले ६० इतका आहे. या दोन्ही गणितांवरून गुरुत्वाकर्षणाचा जोर दोन वस्तूंमधील अंतराच्या वर्गाच्या व्यस्त प्रमाणात असणार असा निष्कर्ष निघतो. कुठल्याही वस्तूला जागचे हलवण्यासाठी त्याच्या वस्तुमानाच्या सम प्रमाणात जोर लावावा लागतो हे सुध्दा न्यूटननेच सांगितलेले होते. त्याअर्थी गुरुत्वाकर्षणाचा जोर वस्तुमानांच्या समप्रमाणात वाढत असणार.

या दोन्ही गोष्टींची सांगड घालून त्याने आपला सुप्रसिध्द सिध्दांत मांडला तो असा होता. “या विश्वामधील प्रत्येक वस्तु इतर प्रत्येक वस्तूला स्वतःकडे ओढत असते. या आकर्षणाचे बल त्या दोन वस्तूंच्या वस्तुमानांच्या समप्रमाणात आणि त्या दोन वस्तूंमधील अंतराच्या वर्गाच्या व्यस्त प्रमाणात असते.” (F = G.m1.m2/r.r)
या सिध्दांतानुसार फक्त पृथ्वीच चंद्राला आपल्याकडे ओढत नाही तर चंद्रसुध्दा पृथ्वीला त्याच्याकडे ओढतच असतो. हा मात्र सर्वस्वी नवा विचार होता. सर आयझॅक न्यूटन यांनी पुरेशा स्पष्टीकरणासह या सिध्दांताच्या स्वरूपात गुरुत्वाकर्षणाचा शोध जगापुढे मांडला म्हणून त्यांना त्याचे श्रेय दिले जाते.

वर उल्लेखल्याप्रमाणे पृथ्वी आणि चंद्र यांचे आकारमान, वस्तुमान, चंद्र आणि जमीनीवरील खाली पडणाऱ्या वस्तू यांच्या गति वगैरे अनेक प्रकारच्या माहितीचा उपयोग हा शोध लावण्यासाठी करावा लागला होता. यातली कोणतीही माहिती त्या काळात सहजपणे उपलब्ध नसायची. पृथ्वी आणि चंद्र यांच्यासंबंधातली अंतरे प्रत्यक्ष मोजणे तर शक्यच नसते. त्यासाठी इतर अनेक प्रकारचे प्रयोग करून उपलब्ध झालेल्या माहितीवरून अंदाज करावा लागतो. सर आयझॅक न्यूटन यांनी पूर्वीच्या आणि समकालीन अशा अनेक विद्वान शास्त्रज्ञांनी केलेल्या संशोधनाचा आणि त्यांनी लिहिलेल्या ग्रंथांचा कसून अभ्यास करून त्यातून सुसंगत अशी सर्व माहिती स्वतः पुन्हा तपासून पहात गोळा केली. “मी माझ्या वडिलधारी लोकांच्या खांद्यावर उभा आहे म्हणून मला अधिक दूरवरचे दिसत आहे.” अशा शब्दांमध्ये त्यांनी हे ऋण व्यक्त केले होते. त्या माहितीचे विश्लेषण करण्यासाठी त्यांनी अंकगणित, बीजगणित, भूमिति, त्रिकोणमिति आदि गणिताच्या विविध शाखांचा उपयोग केला होताच, त्या कामामधून कॅल्क्युलस ही एक नवीन शाखा तयार झाली. हे किचकट काम करण्यासाठी त्यांना तब्बल वीस वर्षांइतका कालावधी लागला होता. विज्ञानामधले मोठे शोध कधीच सहजासहजी लागत नसतात. त्यासाठी त्या शास्त्रज्ञाने केलेल्या कठोर तपश्चर्येचे ते फळ असते. न्यूटनच्या सफरचंदाची गोष्ट सन १६६६ मध्ये घडली आणि त्यावरील त्यांचे पुस्तक १६८७ मध्ये प्रसिध्द झाले.

न्यूटनच्या आधीच्या काळातल्या विज्ञानामधील संशोधनामध्ये पृथ्वीवरील पदार्थांसंबंधीचे नियम आणि अंतरिक्षामधील ग्रहताऱ्यांच्या भ्रमणाचे नियम यांचा अभ्यास वेगवेगळा होत असे. गुरुत्वाकर्षणाचा नियम हा पहिलाच वैश्विक नियम त्या दृष्टीने क्रांतिकारक ठरला. आर्किमिडिजपासून ते केपलर, गॅलीलिओपर्यंत अनेक शास्त्रज्ञांनी केलेल्या निरीक्षणांवरून पूर्वी मांडलेल्या नियमांना गुरुत्वाकर्षणाने एक सैध्दांतिक आधार मिळवून दिला. लाकडे पाण्यावर का तरंगतात, समुद्राला भरती ओहोटी का येते, झोपाळा का झुलत राहतो, पृथ्वी, गुरु, शुक्र, शनि आदि ग्रह सूर्याभोवती कसे फिरतात वगैरे अनेक प्रश्नांची उत्तरे या शोधामुळे मिळाली. असे असले तरी मुळात हे गुरुत्वाकर्षण कशामुळे निर्माण होते याचे गूढ मात्र अजूनही पूर्णपणे उलगडलेले नाहीच.

न्यूटनसारख्या शास्त्रज्ञांनी सांगितलेले नियम फक्त इंग्रजी किंवा ख्रिश्चन लोकांसाठी नसतात, ते सर्वांना समान असतात. त्यांनी लावलेल्या शोधाचा उपयोग सर्वांना होत असतो. यामुळे ते शास्त्रज्ञ सर्व जगाचे असतात, विद्वान सर्वत्र पूज्यते म्हणतात त्याप्रमाणे जगभरातले लोक त्यांच्याकडे आदराने पाहतात.

---

२. न्यूटनने सांगितलेले गतीचे कायदे

“कायदा पाळा गतीचा, काळ मागे लागला, थांबला तो संपला।” असे विष्णुशास्त्री चिपळुणकरांनी शंभर वर्षांपूर्वी त्यांच्या कवितेत लिहिले होते. माणसाने काळाची पावले ओळखून त्याच्याबरोबर रहायला हवे. काळ कोणासाठी थांबत नाही, तो पुढे जातच असतो आणि त्याच्यासोबत न जाणाऱ्याची फरफट होते अशा अर्थाने त्यांनी जीवनाचे हे तत्वज्ञान सांगितले होते. निसर्गामधल्या गतीचा कायदा खरोखरच काटेकोर आहे. कोणतीही गतिमान वस्तू काळाबरोबर पुढे पुढे जातच असते. ती स्वतःहून थांबूही शकत नाही. कोट्यवधी वर्षांपासून चंद्र पृथ्वी भोवती फिरत राहिला आहे आणि पृथ्वी स्वतःभोवती गिरकी घेतघेत सूर्याला प्रदक्षिणा घालत आली आहे. त्यांचे हे भ्रमण इतके अचूक असते की दिवसातले तास, मिनिटे आणि सेकंद आणि दिवसांचे आठवडे, महिने आणि वर्षे वगैरे कालावधी त्यांच्यावरून ठरवले जातात. अत्यंत बलिष्ठ समजले जाणारे गुरु, शुक्र, मंगळ, शनि आदि ग्रह सुद्धा कोट्यावधी वर्षांपासून ठराविक कक्षांमधून ठराविक वेगाने सूर्याभोंवती प्रदक्षिणा घालत राहिले आहेत. ते वाटेत क्षणभर थांबू शकत नाहीत किंवा त्याची कक्षा सोडून किंचितही इकडे तिकडे जाऊ शकत नाहीत.

सर आयझॅक न्यूटन यांनी हे सगळे स्पष्टपणे, ठामपणे आणि धीटपणे सांगितले एवढेच नव्हे तर तत्कालिन शास्त्रज्ञ आणि विद्वज्जनांना ते समजावून आणि पटवून दिले. त्यांनी ते मान्य करून आपल्या शिष्यांना शिकवले आणि पुढे त्याचा जगभर प्रसार होत राहिला. आजसुद्धा विज्ञान आणि तंत्रज्ञानाचे जगभरातले कोट्यावधी विद्यार्थी न्यूटनने सांगितलेल्या गतिविषयक नियमांचा अभ्यास करतात आणि आपल्या कामात त्यांचा उपयोगसुद्धा करतात. काही प्राचीन भारतीय शास्त्रज्ञांच्या ग्रंथांमध्ये गतिविषयक निरीक्षणे किंवा नियमांचे सूचक उल्लेख सापडतात, पण ते ज्ञान किंवा विज्ञान काळाच्या ओघात वाहून गेले होते. आता शेकडो वर्षांनंतर त्यांच्या पुरातनकाळातल्या लेखनांचा शोध घेऊन आणि त्यांचे अर्थ लावून ते समजून घेण्याचे प्रयत्न होत आहेत. पण त्यामुळे न्यूटनने केलेल्या कामाचे मोल कमी होत नाही.

आपल्या आजूबाजूला अनेक प्रकारच्या हालचाली चाललेल्या असतांना नेहमीच दिसतात. सूर्य, चंद्र आणि चांदण्या आकाशात हळूहळू पूर्वेकडून पश्चिमेकडे सरकत जात असतात, तर जमीनीवर वारे आणि नद्या वहात असतात आणि आपल्याबरोबर आणखी कांही वस्तूंना ओढून नेत असतात. टेकड्या, डोंगर, पर्वत वगैरे अचल गोष्टी कधीच आपली जागा सोडत नाहीत. माणसे आणि पशुपक्षी वगैरे जीव कधी इकडून तिकडे जात असतात, तर कधी ते एका जागी बसलेले असतात. रस्त्यांवरून अनेक प्रकारची वाहने धावत असतात आणि कारखान्यांमध्ये किवा घरोघरी निरनिराळ्या यंत्रांची चाके फिरत असतात. या सर्व गोष्टी निसर्गाच्या कांही विशिष्ट नियमांनुसारच घडत असतात. सर आयझॅक न्यूटन यांच्या आधी होऊन गेलेल्या कांही शास्त्रज्ञांनीसुद्धा पदार्थांच्या स्थिर आणि गतिमान अवस्था यांचा अभ्यास करून कांही निरीक्षणे केली होती आणि त्यावरील आपले विचार मांडले होते. न्यूटनने त्यांचा सखोल आणि पद्धतशीर अभ्यास करून त्यामधून सुसंगत असे निसर्गाचे मूलभूत नियम शोधून काढले, त्यांची सुसंगत अशी समीकरणे तयार केली आणि ती गणितामधून सिद्ध केली. त्यांनी त्याचे विवेचन आपल्या Mathematical Principles of Natural Philosophy या नावाच्या पुस्तकात व्यवस्थितपणे मांडले.

न्यूटन या शास्त्रज्ञाचा गुरुत्वाकर्षणाचा नियम जितका प्रसिध्द आहे तितकेच त्याने सांगितलेले गतिचे तीन नियमसुध्दा आहेत. या अत्यंत महत्वाच्या दोन्ही शोधांमध्ये परस्परसंबंध आहेत आणि न्यूटनने ते एकत्रच प्रसिद्ध केले होते. यातले कांही नियम आपल्या सामान्यज्ञानाला धरून आहेत, तर कांही त्याच्या पलीकडले, पण सहज पटण्यासारखे आहेत.
गतिचा पहिला नियम असा आहे.
१. कोणतेही बाह्य बल (Force) कार्य करत नसेल, तर प्रत्येक वस्तू स्थिर राहते किंवा स्थिर वेगाने एकाच दिशेने मार्गक्रमण करत राहते.
पदार्थांच्या या गुणधर्माला जडत्व (Inertia) असे म्हणतात. जमीनीवर पडलेल्या एकाद्या दगडाला जोपर्यंत दुसरा कोणी हलवत नाही तोपर्यंत तो तिथेच पडून राहतो हे सर्वांनाच अनुभवामधून माहीत असते. त्यामुळे या नियमातला पहिला भाग हे एक सामान्य निरीक्षण आहे. धनुष्यामधून सोडलेला वेगवान बाण किंवा बंदुकीतून निघालेली गोळी एकाच वेगाने सरळ रेषेत पुढे पुढे जात राहते आणि आपल्या लक्ष्याचा वेध घेते असेच सर्वसाधारणपणे दिसते. पण पुढे जात असलेली वस्तू हळू हळू होत होत अखेर आपल्या आप थांबते किंवा कधीकधी आपली दिशा बदलत असते असे होतांनाही आपल्याला दिसते. उदाहरणार्थ चेंडूला हळूच जमीनीसरपट टोलवले तर तो कांही अंतरावर जाऊन थांबतो आणि हवेत वर उडवला तरी तो वळत वळत खाली जमीनीवर येऊन पडतो. इथे जमीनीवरून सरपटत जाणाऱ्या चेंडूचे जमीनीशी होत असलेले घर्षण त्याच्या गतिला विरोध करून त्याचा वेग कमी करत असते. यामुळे तो वेग कमी होत होत शून्यावर आला की तो चेंडू तिथेच थांबतो. हवेत उडवलेल्या चेंडूचे सुध्दा हवेशी थोडेसे घर्षण होत असते, पण पृथ्वीच्या गुरुत्वाकर्षणामुळे तो चेंडू खाली खेचला जात असतो. त्यामुळे वर किंवा समोर जाता जाता तो चेंडू खालच्या बाजूने वळत जातो आणि आपल्याला त्याचा मार्ग वक्राकार होतांना दिसतो. अशा प्रकारे या दोन्ही उदाहरणांमध्ये बाह्य बलाचा प्रभाव होत असतो. हे बाह्य जोर नसते तर बॅट्समनने मारलेला प्रत्येक जमीनीलगतचा फटका न्यूटनच्या पहिल्या नियमाप्रमाणे वाटेत कुठेही न थांबता सीमारेषेच्या पार गेला असता आणि हवेत उडवलेला चेंडू तर आभाळात उंच उंच उडून पार अदृष्य होऊन गेला असता. झाडावरले सफरचंद आपली जागा सोडून खाली कां आले याचा बोध या नियमामुळे होतो.

२. गतिचा दुसरा नियम असा आहे.
गतिमान वस्तूवरील बाह्य बलाच्या प्रमाणात त्याच्या वेगामध्ये त्या बलाच्या दिशेने बदल होतो.
हा नियम समीकरणाच्या किंवा सूत्राच्या स्वरूपात असा आहे. बल = वस्तुमान x त्वरण. वस्तूवर कार्य करत असणाऱ्या बलांची सदिश बेरीज ही त्या वस्तूचे वस्तुमान आणि तिचे त्वरण यांच्या गुणाकाराइतकी असते. सोप्या भाषेत सांगायचे झाल्यास एकाद्या वस्तूला जास्त जोर लावून ढकलले तर ती वस्तू अधिक वेग घेते आणि कमी जोर लावला तर कमी, तसेच जर लावलेला जोर समान असला तर जास्त जड वस्तू कमी वेग घेते आणि तुलनेने हलकी असली तर जास्त. हे नैसर्गिकच आहे नाही का?
गतिमान वस्तूला जर तिच्या गतिच्या दिशेनेच कोणी ढकलले किंवा ओढले तर त्या प्रमाणात तिचा वेग वाढत जातो. उदाहरणार्थ उंचावरून खाली पडत असलेल्या वस्तूला पृथ्वीचे गुरुत्वाकर्षण खाली ओढत असते. त्यामुळे तिचा खाली पडण्याचा वेग वाढत जातो, उलट दिशेने जोर लावला तर तिचा वेग कमी होत जातो जसा जमीनीवरून सरपटत पुढे जाणारा चेंडू घर्षणामुळे हळू हळू होत थांबतो. चंद्रावरील पृथ्वीचे गुरुत्वाकर्षण त्याची दिशा बदलत राहून त्याला पृथ्वीभोवती फिरवत ठेवते म्हणजेच तिसऱ्याच दिशेने जोर लावला तर ती वस्तु त्या दिशेने वळते. या नियमाचाही गुरुत्वाकर्षणाच्या नियमाच्या शोधात उपयोग झाला होता.

३. गतिचा तिसरा नियम असा आहे.
प्रत्येक क्रियेला तितकीच पण विरुध्द दिशेने प्रतिक्रिया असते. किंवा जेव्हा एक वस्तू दुसऱ्या वस्तूवर बल लावते, त्याच वेळी, दुसरी वस्तूदेखील पहिल्या वस्तूवर उलट दिशेने तितकेच बल लावते. एक वस्तू दुसऱ्या वस्तूला जेवढ्या जोराने ढकलते किंवा ओढते तितक्याच जोराने ती दुसरी वस्तु पहिल्या वस्तूला विरुध्द दिशेने ढकलते किंवा ओढते. आपण चालतांना जमीनीला पायाने मागे ढकलतो त्याची प्रतिक्रिया म्हणून ती जमीन आपल्याला तितक्याच जोराने पुढे ढकलते म्हणून आपण पुढे चालत जातो. आपण उभे राहून भिंतीवर हाताने दाब दिला तर ती भिंत आपल्या हाताला विरुध्द दिशेने दाबते. त्या वेळी पायाखालची जमीन जर फार निसरडी असली तर त्यामुळे आपला पाय घसरून आपण मागे सरकतो. ज्याप्रमाणे पृथ्वी चंद्राला आपल्याकडे ओढत असते त्याचप्रमाणे चंद्रसुध्दा पृथ्वीला आकर्षित करत असतो. चंद्र आणि सूर्य यांच्या या गुरुत्वाकर्षणामुळे समुद्राला भरती आणि ओहोटी येते. थोडक्यात म्हणजे या जगात एकटे बल असतच नाही. सगळी बले परस्परविरुद्ध दिशेने लावलेल्या बलांच्या जोडीच्या रूपात असतात. गुरुत्वाकर्षण हे दोन पदार्थांमधले परस्परांना एकमेकांकडे ओढणे असते हे या नियमाला धरूनच आहे.

भोंवरे किंवा चक्रे स्वतःभोंवती गोल गोल फिरत असतात. चंद्र पृथ्वीभोंवती आणि ग्रह सूर्याभोंवती प्रदक्षिणा घालत असतात. याला वृत्तीय गति (Circular Motion) असे म्हणतात. न्यूटनने सरळ रेषेमधील गतिप्रमाणेच वृत्तीय गतिचाही अभ्यास करून हे तीन्ही नियम तिला सुद्धा कसे लागू पडतात हे दाखवून दिले. सरळ रेषेमधून पुढे जाणारी वस्तू काही फूट किंवा मीटर्स पुढे जाते, पण गोल फिरणारी वस्तू अंशांमध्ये पुढे जाते. ३६० अंशांचे एक पूर्ण वर्तुळ बनते आणि पुढच्या आवर्तनाची सुरुवात करते. ज्याप्रमाणे बलाचा रेषीय गतिशी (Linear Motion) संबंध असतो त्याच प्रमाणे आघूर्णाचा (Torque) वृत्तीय गतिशी (Circular Motion) असतो.. वर्तुळाच्या केंद्रबिंदूच्या दिशेने असलेल्या अभिकेंद्री बलाच्या प्रभावामुळे (Centripetal Force) त्या वस्तूला वृत्तीय गति मिळते आणि त्याची प्रतिक्रिया म्हणून त्या वस्तूला केंद्रापासून दूर नेऊ पाहणारे अपकेंद्री बल (Centrifugal Force) तयार होते. मेरी गो राउंडमध्ये आपल्याला त्याचा अनुभव येतो.

न्यूटनचे हे तीन नियम इतके प्रसिद्ध झाले की विज्ञानाशिवाय इतर साहित्यातसुद्धा त्याची उदाहरणे दिली जातात. आळशी ठोंब्याला कोणी हलवल्याशिवाय तो जागचा हलणार नाही किंवा सतत काम करत राहणाऱ्याला दुसऱ्या कुणीतरी थांबवावे लागते. (नियम १). अधिक जोर लावला तर कामे लवकर होतात आणि ढील दिली तर ती सुस्त गतिने होतात. (नियम २). ठोशाला ठोसा, जशास तसे (नियम ३).

या तीन नियमांबरोबरच न्यूटनने विस्थापन (Displacement), वेग (Velocity) आणि त्वरण (Acceleration) यांचेमधील संबंधाविषयीची तीन समीकरणे सांगितली. न्यूटनने सरळ रेषेमधील गतिप्रमाणेच वृत्तीय गतिचाही अभ्यास करून त्याविषयीची समीकरणे मांडली. त्यात रेषीय संज्ञांच्या ऐवजी वृत्तीय संज्ञा असतात एवढेच. ही मुख्य समीकरणे वरील चित्रात दिली आहेत.

हे नियम आणि ही समीकरणे यांच्यापासून स्थितिगतिशास्त्र (Mechanics) ही विज्ञानाची एक नवीन शाखा आणि स्थितिशास्त्र (Statics), गतिकी (Dynamics), शुद्धगतिकी (Kinematics), अनाधुनिक स्थितिगतिशास्त्र (Classical Mechanics) आदि त्याच्या उपशाखा निर्माण झाल्या आणि इंजिनियरिंगमधील गणिते सोडवता येणे शक्य झाले. विज्ञान आणि गणितशास्त्र यांच्यामधले संबंध त्यापुढे घट्ट होत गेले. यामधून औद्योगिक क्रांतीला चालना मिळाली.

३. आयझॅक न्यूटनचे इतर संशोधन

न्यूटनचे शोध म्हणजे गुरुत्वाकर्षण आणि अॅक्शन रिअॅक्शन असेच अनेक लोकांना वाटते. त्यांना असलेली माहिती सफरचंद किंवा इतरही गोष्टींचे पृथ्वीच्या गुरुत्वाकर्षणामुळे जमीनीवर पडणे इथपर्यंतच मर्यादित असते. सूर्य, चंद्र, गुरु, मंगळ, शनि या सगळ्यांना पृथ्वी तिच्याकडे खेचत असते आणि ते सर्व गोल पृथ्वीला तसेच एकमेकांना स्वतःकडे ओढत असतात हे बहुतेकांच्या गांवी नसते. गुरुत्वाकर्षण आणि गतिचे नियम या दोन संशोधनांमुळे न्यूटनने विज्ञानाच्या विकासाला चालना दिल्यामुळे त्याला खूप उंचीवर नेऊन ठेवले असले तरी न्यूटनने केलेले इतर विषयांमधील, विशेषतः गणितातील संशोधनसुद्धा अत्यंत महत्वाचे आहे.

गणित हा विषय न्यूटनच्या अत्यंत आवडीचा होता. त्याने या विषयाला वाहून घेऊन त्याच्या निरनिराळ्या शाखांमध्ये प्रावीण्य मिळवलेच, त्यातल्या प्रत्येक शाखेत त्याने नवी भर टाकली. त्याच्या आधी होऊन गेलेल्या पास्कल आदि शास्त्रज्ञांनी मांडलेल्या विचारांच्या आधाराने त्याने सर्वंकष स्वरूपातला बायनॉमियल थिरम मांडला. क्ष अधिक य अशा दोन संख्यांच्या बेरजेचा वर्ग, घन इत्यादि कितीही घातांकाचे मूल्य या सूत्राचा उपयोग करून काढता येते. त्यातली एक संख्या मोठी म्हणजे १००० यासारखी असली आणि त्यात १, २ किंवा ३ अशी एकादी लहान संख्या मिळवली तर १००१, १००२, १००३ अशी बेरीज येईल. त्या बेरजेचा वर्ग किंवा घन केला तर तो १००० या संख्येच्या वर्ग किंवा घनाहून किती प्रमाणात मोठा असतो अशा प्रकारची बरीच आकडेमोड करून त्यातून त्याने निश्चित असे निष्कर्ष काढले. एकाद्या चौरसाची किंवा चौकोनी ठोकळ्याची एक बाजू किंचित म्हणजे १ किंवा २ सहस्रांशपटीने इतकी वाढवली तर त्या चौरसाचे क्षेत्रफळ किंवा ठोकळ्याचे घनफळ किती सहस्रांशपटीने वाढेल अशा प्रकारच्या गणितात त्याचा उपयोग होतो. न्यूटनने याला वाढीचे शास्त्र असे नाव दिले होते. त्या अभ्यासामधूनच कॅल्क्युलस या गणिताच्या नव्या शाखेचा उदय झाला.

न्यूटनच्या आधी होऊन गेलेल्या कोपरनिकस, गॅलिलिओ आणि केपलर या शास्त्रज्ञांनी सूर्य आणि ग्रह यांच्या आकाशात दिसणाऱ्या भ्रमणाचे सूक्ष्म निरीक्षण करून खगोलशास्त्राचा भरपूर अभ्यास केला होता, त्यावरून खूप माहिती गोळा करून ठेवली होती, त्याच्या आधाराने सूर्यमालिकेची कल्पना मांडली होती. केपलरने तर ग्रहांच्या सूर्याभोवती होणाऱ्या परिभ्रमणाविषयी काही महत्वाचे नियम सांगितले होते. न्यूटनने त्यांचा सखोल अभ्यास केला, गुरुत्वाकर्षणाच्या सिद्धांताची जोड देऊन ते नियम गणितामधून सिद्ध केले आणि विश्वाच्या केंद्रस्थानी पृथ्वी नसून पृथ्वीसहित सारे ग्रहच सूर्याभोवती फिरतात या त्यांनी मांडलेल्या सिद्धांतांवर पक्के शिक्कामोर्तब करून त्यावर कायमचा पडदा पाडला. पाश्चिमात्य देशातल्या सर्व विद्वांनांनी ते मान्य केले. गुरुत्वाकर्षण आणि गतिविषयक नियम यांवर न्यूटनने केलेल्या संशोधनाची माहिती मी याआधीच्या दोन लेखांमध्ये विस्ताराने दिली आहे. त्याने या व्यतिरिक्त विज्ञानाच्या इतर शाखांमध्येसुद्धा आपला ठसा उमटवला होता.

प्रकाशिकी (ऑप्टिक्स) या विषयावर न्यूटनने भरपूर संशोधन केले. पांढऱ्या शुभ्र सूर्यप्रकाशात सात रंग असतात आणि प्रिझममधून तो प्रकाश आरपार जातो तेंव्हा अपवर्तनामुळे (रिफ्रॅक्शन) ते रंग वेगळे होतात इतकेच नव्हे तर त्यांना एका भिंगामधून पुन्हा एकत्र आणून पांढरा प्रकाश निर्माण करता येतो हे त्याने प्रयोगामधून दाखवून दिले. भिंगांमधून प्रकाशकिरण जात असतांना अपवर्तन होते ते टाळण्यासाठी त्याने परावर्तनी दुर्बीण (रिफ्लेक्टिव्ह टेलिस्कोप) तयार केली आणि त्यामधून आकाशातल्या ताऱ्यांचे अधिक चांगल्या प्रकारे स्वच्छ निरीक्षण केले. न्यूटनने एका अंधाराने भरलेल्या खोलीत निरनिराळ्या रंगीत वस्तू ठेऊन त्यांच्यावर निरनिराळ्या रंगांचे प्रकाशझोत टाकले आणि त्या प्रकाशात त्या कशा वेगळ्या दिसतात हे पाहून असा निष्कर्ष काढला की रंगीत वस्तू विशिष्ट रंगाचे प्रकाशकिरण जास्त प्रमाणात परावर्तित करत असतात. तो पदार्थ आणि त्यावर पडणारे प्रकाशकिरण या दोन्हींच्या संयोगाने त्याचा रंग ठरतो. याला न्यूटनचा रंगाचा सिद्धांत असे म्हणतात. अतिसूक्ष्म अशा कणिकांपासून (कॉर्पसल्स) प्रकाशकिरण तयार होतात असे न्यूटनने सांगितले होते. त्या तत्वानुसार प्रकाशाचे परावर्तन आणि अपवर्तन या दोन्ही गुणांचे स्पष्टीकरण देता येत होते. पुढील काळात प्रकाशाच्या लहरी असतात हे सिद्ध करण्यात आले आणि क्वॉँटम थिअरीनुसार तो एकाच वेळी लहरी आणि कणिका अशा दोन्ही स्वरूपात असतो असेही सांगितले गेले.

प्रकाश हे जसे ऊर्जेचे एक रूप आहे त्याचप्रमाणे ऊष्णता हे दुसरे एक रूप आहे. न्यूटनने यावरसुद्धा संशोधन केले. अत्यंत तापलेला पदार्थ अधिक वेगाने निवतो पण कोमट पदार्थ हळूहळू थंड होतो या निसर्गाच्या नियमाचे पद्धतशीर संशोधन करून न्यूटनने तो एका समीकरणाच्या स्वरूपात असा मांडला. “वस्तूचे तापमान बदलण्याचा वेग त्या वस्तूचे तापमान आणि सभोवतालच्या वातावरणाचे तापमान यांच्यामधील फरकाच्या समप्रमाणात असतो.” बर्फासारखे थंडगार पाणी किंवा उकळते पाणी भांड्यांमध्ये भरून ठेवले तर ते किती वेळात सामान्य तापमानावर येऊन पोचेल याचे गणित या नियमानुसार करता येते.

पृथ्वीचा आकार सपाट नसून गोलाकार आहे हे न्यूटनच्या आधीच्या काळातच सर्वमान्य झालेले होते. पण तो चेंडूसारखा नसून त्याचा विषुववृत्ताजवळचा मध्यभाग फुगीर आहे आणि दोन्ही ध्रुवांकडचा भाग चपटा आहे असे न्यूटनने सांगितले. अशा प्रकारचे अनेक विचार किंवा शोध त्याने जगाला दिले.

न्यूटनच्या जीवनकालातच इंग्लंडमध्ये काही राजकीय उलथापालथी झाल्या होत्या पण त्याची प्रत्यक्ष झळ त्याच्या संशोधनाला फारशी लागली नाही. त्याच कालावधीत इंग्लंडमध्ये तसेच जर्मनीसारख्या पाश्चात्य देशांमध्येसुद्धा इतर अनेक शास्त्रज्ञ गणित आणि भौतिकशास्त्रावर संशोधन करत होते. त्यामुळे न्यूटनने लावलेल्या कांही शोधांवर आणखी काही शास्त्रज्ञांनी ते लावले असल्याचा दावा केला आणि त्यावर वादविवाद होत राहिले. त्या काळातली संपर्कसाधने आजच्यासारखी वेगवान नसल्यामुळे प्रकाशित झालेल्या पुस्तकांशिवाय इतर काही मार्ग नव्हते. ती पुस्तकेसुद्धा लॅटिनसारख्या सामान्य लोकांना अगम्य भाषेत असायची आणि ती सहजासहजी उपलब्ध होण्यासारखी नव्हती. कोणत्या शास्त्रज्ञाने कोणत्या काळात नेमके काय लिहून ठेवले आणि त्याने ते स्वतंत्रपणे सांगितले की दुसऱ्याने लिहिलेले वाचून सांगितले हे ठरवणे कठीणच आहे आणि आता त्यामुळे कांही फरक पडत नाही. कोणाच्या का प्रयत्नाने होईना, विज्ञानामध्ये भर पडत गेली हे महत्वाचे आहे. न्यूटनच्या संशोधनांचा एकंदर आवाका पाहता त्यानेच त्यात प्रमुख भाग घेतला असणार असे वाटते.

न्यूटनची अनेक महत्वाच्या पदांनर नेमणूक करण्यात आली होती. शास्त्रीय संशोधनासाठी काम करणाऱ्या रॉयल सोसायटीवर तर त्याने अनेक पदे भूषवली पण सरकारी टांकसाळीसारख्या जागासुद्धा सांभाळल्या आणि त्या काळात तयार करण्यात आलेल्या नाण्यांची गुणवत्ता सुधारली. सार्वजनिक क्षेत्रात अनेक मानाची स्थाने भूषवली, त्यात खासदारपदसुद्धा होते. तो मनाने धार्मिक प्रवृत्तीचा होता आणि त्याने धर्मगुरूंना दुखावले नाही. एवढेच नव्हे तर त्याचा अतींद्रिय अद्भुत शक्ती किंवा चमत्कार यांचेवरसुद्धा विश्वास होता आणि त्याने बराच काळ कृत्रिमरीत्या सोने तयार करणाऱ्या परीसाचा शोध घेण्यातही घालवला होता. त्या प्रयत्नात त्याने रसायनशास्त्रातसुद्धा काम केले होते. तीनशे वर्षांपूर्वीच्या काळात हे अनपेक्षित नव्हते.

थोडक्यात सांगायचे झाल्यास सर आयझॅक न्यूटन हे एक अतीशय बुद्धीमान, अभ्यासू, कष्टाळू आणि कल्पक असे संशोधक होऊन गेले. गणित, भौतिकशास्त्र आणि खगोलशास्त्र या विषयांमध्ये त्यांनी मौलिक शोध लावले. प्रायोगिक आणि सैद्धांतिक अशा विज्ञानाच्या दोन्ही बाजू त्यांनी उत्तम सांभाळल्याच, आपले संशोधन अत्यंत व्यवस्थितपणे सादर करून त्याला विद्वानांकडून मान्यता मिळवली. बुद्धीमत्तेच्या बाबतीत काही लोकांना न्यूटनपेक्षा आइन्स्टाइन उजवे वाटतात, पण ज्यांच्या शास्त्रीय संशोधनामुळे विज्ञानाच्या प्रगतीला प्रचंड वेग मिळाला आणि त्यामुळे जगाच्या इतिहासावर किंवा मानवजातीच्या जीवनावर परिणाम करणारी औद्योगिक क्रांति सुरू झाली अशा वैज्ञानिकांमध्ये अजूनही न्यूटनचाच पहिला क्रमांक लागतो.

असामान्य प्रतिभाशाली शास्त्रज्ञ स्टीफन हॉकिंग

मी हा लेख चार वर्षांपूर्वी लिहिला होता.

स्टीफन हॉकिंग या असामान्य प्रतिभाशाली शास्त्रज्ञाचे नुकतेच निधन झाले. त्याच्या जीवनाबद्दल आणि दुर्दम्य आजाराबद्दल बरेचसे लिहिले गेले आहे. त्याने केलेल्या जटिल शास्त्रीय संशोधनासंबंधी सोप्या भाषेत थोडक्यात माहिती देण्याचा प्रयत्न मी या लेखात केला आहे.

स्टीफन हॉकिंग हा मुख्यतः सैध्दांतिक (थिऑरेटिकल) काम करणारा भौतिक शास्त्राचा संशोधक होता, अर्थातच यासाठी अत्यंत उच्च प्रकारच्या गणिताची आवश्यकता असल्याने त्याने गणितात प्राविण्य मिळवले होते. भौतिक शास्त्रामधील कॉस्मॉलॉजी म्हणजे अंतरिक्षामधील ताऱ्यांविषयीचे विज्ञान या शाखेवर त्याने संशोधन केले आणि त्यात मोलाची भर टाकली. प्रखर बुध्दीमत्ता, अभ्यासू वृत्ती आणि उत्क़ष्ट आकलनशक्ती हे शास्त्रज्ञ होण्यासाठी लागणारे गुण त्याच्यात होतेच, शिवाय आपले संशोधन चांगल्या प्रकारे मांडण्याचे कौशल्यही होते. यामुळे त्याची गणना सर्वोच्च कोटीच्या शास्त्रज्ञांमध्ये केली जाते.

ब्रह्मांडाची उत्पत्ती, स्थिति आणि संभाव्य लय यावर स्टीफन हॉकिंगने बरेच काम केले. परमेश्वराला इच्छा झाली किंवा त्याची लीला दाखवावी असे वाटले म्हणून त्याने क्षणार्धात किंवा अमूक इतक्या दिवसात सगळ्या जगाची उत्पत्ती केली असे सगळ्या धर्मांच्या पुरातन ग्रंथांमध्ये लिहिले आहे आणि हे सोपे स्पष्टीकरण सर्वसामान्यलोक मानतात. पण पूर्वी माहीत नसलेले आणि डोळ्यांना न दिसणारे असे अंतरिक्षामधील असंख्य सू्र्य आणि त्यांचे ग्रह, उपग्रह आता निरनिराळ्या प्रकारच्या दुर्बिणींमधून पाहतांना नोंदले गेले आहेत. त्यामुळे या विश्वाचा पसारा किती महाप्रचंड आहे याची जाणीव झाली आहे. पण हे इतके मोठे विश्व कसे, कधी आणि कशामुळे जन्माला आले यावर शास्त्रज्ञ लोक तर्क आणि चर्चा करत असतात. अब्जावधी वर्षांपूर्वी कधी तरी एक महाविस्फोट किंवा बिग बँग झाला आणि त्यामधून असंख्य कण प्रचंड वेगाने सगळ्या बाजूंना फेकले गेले. गुरुत्वाकर्षणामुळे त्या कणांमधून पुंजके तयार झाले आणि त्यामधून तारे, ग्रह, उपग्रह वगैरे तयार झाले. तरीही ते सगळे प्रचंड वेगाने एकमेकांपासून दूर जात असल्यामुळे या विश्वाचा सतत विस्तार होत आहे (एक्स्पांडिंग युनिव्हर्स) अशा प्रकारची कल्पना मांडली गेली आणि स्टीफन हॉकिंगने त्याचा पाठपुरावा केला. पण त्या बिगबँगच्या आधी काय परिस्थिती होती याचा थांगपत्ता लागत नव्हता. त्यामुळे काळसुध्दा त्या क्षणानंतरच सुरू झाला असेल का असा विचारही मांडला गेला. वस्तुमान आणि अंतर यांच्याप्रमाणे काळ ही संकल्पनासुध्दा सापेक्ष असते एवढे आइन्स्टाइनने सिध्द करून दाखवले होते, पण काळाचे अस्तित्वच नसणे हे आकलनाच्या पलीकडे आहे. त्यामुळे हे विश्व अनादिच नाही तर अपरंपार आहे. त्याला आपण वेळ आणि जागा (टाइम आणि स्पेस) यांच्या मर्यादा घालू शकत नाही अशा निष्कर्षावर स्टीफन हॉकिंग अखेरीला पोचला होता. म्हणजे कदाचित बिग बँग झालाही असेल, पण त्याच्या आधी काय होते ते मात्र सांगता येणार नाही.

सूर्यासारखे तेजस्वी असे असंख्य तारे या जगात आहेत, पण ते सगळे एकासारखे एक मात्र नाहीत. त्यांचेमधून निघणारे प्रकाशकिरणसुध्दा निरनिराळ्या प्रकारचे असतात. त्या सर्वांची गणना कॉस्मिक रेडिएशनमध्ये होते. त्यांच्या अभ्यासामधून ताऱ्याच्या अंतरंगात कोणत्या क्रिया घडत असतात त्यातून कोणते किरण बाहेर निघतात हे समजते. यातले तारे आकारमानाने लहान, मोठे, प्रचंड किंवा अतिप्रचंड असतात. ताऱ्यांचे आकारमान आणि त्यांचेमधून निघणारे प्रकाशकिरण यांचेनुसार त्या ताऱ्यांचे वर्गीकरण केले गेले. त्यावरून त्यांच्या वयोमानाचाही अंदाज बांधला जातो. काही तारे असेही आहेत की त्यांच्यामधून कोणतेही प्रकाशकिरण बाहेर पडतच नाहीत. याचा अर्थ ते थंडगार आहेत असे नाही, उलट ते इतके शक्तीशाली असतात, त्यांची गुरुत्वाकर्षणशक्ती इतकी मोठी असते की ते प्रकाशकिरणालासुध्दा बाहेर पडू देत नाहीत. अशा ताऱ्यांना कृष्णविवर किंवा ब्लॅक होल असे नाव दिले आहे. त्यांच्या जवळपास कोणताही दुसरा तारा आला तर हे कृष्णविवर त्याला गिळून टाकते आणि मोठे होते. स्टीफन हॉकिंगने त्यांचा कसून अभ्यास केला, ही कृष्णविवरे कशामुळे निर्माण होतात आणि पुढे त्यांचे भवितव्य काय असेल याचा विचार केल्यानंतर त्याने असे मत मांडले की त्यांच्यामधूनसुध्दा काही विशिष्ट किरण बाहेर पडू शकतात. अशा किरणांना स्टीफन हॉकिंगचेच नाव दिले गेले.

भौतिक शास्त्रानुसार या विश्वात गुरुत्वाकर्षण, विद्युतचुंबकीय, अशक्त आणि सशक्त न्यूक्लीय बले या नावांची चार प्रकारची मूलभूत बले आहेत. ( gravity, the electromagnetic force, the weak nuclear force and the strong nuclear force) त्यांचेसाठी निरनिराळ्या थिअरी आहेत. या सर्वांना गणितामधून जोडून एकमेव संयुक्त ( unified) सिध्दांत मांडता येईल अशी आशा स्टीफन हॉकिंगला वाटत होती आणि या दृष्टीने त्याचे कसून प्रयत्न चालले होते. या विषयावर A Theory of Everything नावाचा चित्रपटही निघाला होता.

स्टीफन हॉकिंगने विज्ञानविषयावर अनेक पुस्तके लिहिली. सामान्य वाचकाला पुरेशा अभ्यासाशिवाय ती नीटशी समजत नसली तरीसुध्दा अत्यंत वाचनीय मात्र आहेत. त्याने लिहिलेले A Brief History of Time हे पुस्तक तर त्या वर्षातले सर्वाधिक खपाचे (बेस्ट सेलर) ठरले होते. सुलभ आणि प्रवाही भाषाशैली आणि मजेदार उदाहरणे वगैरेंमधून ती पुस्तके रुक्ष न वाटता वाचकाला खिळवून ठेवतात. आपल्याला विश्वाची एकामागून एक रहस्ये उलगडून सांगत जातात.

हे विश्व कदाचित ईश्वराने निर्माण केलेही असेल, पण ते चालवत ठेवण्यासाठी त्याची आवश्यकता नाही, कदाचित त्यानेच केलेले विज्ञानाचे नियम त्यासाठी पुरेसे आहेत, तो स्वतः सुध्दा हे नियम कधीही मोडत नाही. अशी मते स्टीफन हॉकिंगने आपल्या लिखाणात मांडली आहेत. त्याची अनेक सुवचने (Quotes) प्रसिध्द आहेत. त्यातली काही खाली दिली आहेत.
बदलाशी जुळवून घेण्यात बुध्दीमत्ता असते. Intelligence is the ability to adapt to change.
अज्ञान हा ज्ञानाचा सर्वात मोठा शत्रू नाही, ज्ञानाचा असल्याचा भ्रम (हा मोठा शत्रू) आहे. The greatest enemy of knowledge is not ignorance, it is the illusion of knowledge.
प्रत्येक घटना ही आधीपासून ठरलेली असते, त्यात आपण कसलाही बदल करू शकत नाही असे सांगणारे लोकसुध्दा रस्ता (आजूबाजूला) पाहून ओलांडतांना मला दिसले आहेत. I have noticed even people who claim everything is predestined, and that we can do nothing to change it, look before they cross the road.

स्टीफन हॉकिंग इ.स.१९४२मध्ये जन्माला आला. तो एक अत्यंत बुद्धीमान विद्यार्थी होता आणि विद्यापीठात चमकत होता. अशावेळी वयाच्या फक्त एकविसाव्या वर्षी त्याला मज्जासंस्थेचा एक असाध्य आजार होऊन तो थोड्याच काळात पूर्णपणे पंगू झाला. तोंडाने बोलताही येत नाही, पायाने चालताही येत नाही आणि हाताने लिहिताही येत नाही अशा परिस्थितीत त्याने इतक्या उच्च दर्जाचे संशोधन केले, अनेक पुस्तके लिहिली आणि व्हीलचेअरमध्ये बसून देशोदेशी प्रवास करून विद्वान शास्त्रज्ञांच्या सभा गाजवल्या. यात त्याचे असामान्य श्रेष्ठत्व आणि मनाचा खंबीरपणा तर आहेच, पण विज्ञानात झालेल्या प्रगतीमुळे हे साध्य झाले हेसुद्धा महत्वाचे आहे.

तर असा होता स्टीफन हॉकिंग. असा स्टीफन हॉकिंग पुन्हा होणे नाही.

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

सफर विज्ञानाची या फेसबुकावरील समूहावर आलेला लेख

वंदन महान शास्त्रज्ञाला

मार्च महिन्याचा 14 वा दिवस अर्थात 14मार्च हा दिन भौतिक शास्त्रज्ञांसाठी आणि खगोल शास्त्रज्ञांसाठी अत्यंत महत्तवाचा आहे . याच दिवशी 2019 साली खगोल भौतिकीचा महान शास्त्रज्ञ स्टीफन हाँकिग्न आपल्यातून कायमस्वरूपासाठी निघून गेले
स्टिफन हाँकिग्न यांनी खगोल भौतिकाच्या मंदिराचा कळस रचला , खगोल भौतिकाच्या मंदिराचा पाया आयझाँक न्युटन यांनी रचला , त्याचा भिंती आल्बट आइन्साटाईन यांनी रचल्या आणि यावरचा कळस रचला तो स्टिटिन हाँकिग्न यांनी असे म्हटल्यास वावगे ठरु नये. आयझँक न्युटन यांच्यानंतर 400वर्षांनी आलेल्या स्टिफन हाँकिग्न यांनी खगोल भौतिकीला वेगळ्या उंचीवर पोहोचवले. त्यांच्यामुळे खगोल भौतिकी शास्त्रात अनेक महत्तवाचे शोध लागले.
विश्वाची निर्मिती कशी झाली? त्याचा मृत्यू कसा होवू शकतो? कृष्णविवरांची निर्मिती कशी झाली? तसेच आइन्सटाइन यांच्या सापेक्षतावादावरील आधारीत संशोधन त्यांनी पुढे नेले. स्टींग थिअरीच्या संशोधनात त्यांचा मोठा वाटा होता. हेग्स बोसाँन कण(देव कण /god partials) च्या संशोधनात देखील त्यांचा सिहांचा वाटा होता. स्टिफन हाँकिग्न यांनी निव्वळ संशोधन न करता विज्ञान जनसामन्यापर्यत पोहोचवण्यासाठी देखील प्रयत्न केले. त्याचे brife history of Time हे पुस्तक विश्वनिर्मिती, विश्वाचा अंत, विश्वाचे परीचालन, कृष्ण वस्तुमान (Black matter), कृष्ण ऊर्जा (Black Engry), आदींबाबत सहजसोप्या भाषेत विस्तृत माहिती देते. मुळच्या इंग्रजी भाषेच्या या पुस्तकाचा मराठी भाषेत सुद्धा अनुवाद करण्यात आला आहे. मी मुळचे इंग्रजी भाषेतील पुस्तक वाचले आहे .पुस्तकाची भाषा सहजसोपी समजणारी आहे. तर मराठीत अनुवादीत पुस्तकाची भाषा कृत्रिम, बोजड मराठी आहे , असे ऐकले आहे. मी मराठी भाषेतील पुस्तक वाचलेले नाही.असो .
स्टिफन हाँकिग्न यांनी केवळ केवळ खगोल भौतिकीमध्येच संशोधन केले असे नाही. तर पर्यावरणाचा प्रश्नावर देखील आवाज उठवला. त्यांनी वेगाने ढासळणाऱ्या पर्यावरणावर मांडलेल्या मतांमुळे बरीच खळबळसुद्धा उडाली. त्यांचा मते सध्या सुरु असलेला पर्यावरणीय विनाश असाच सुरु राहिला , तर येत्या 100 वर्षात पृथ्वी मानवासाठी राहण्यासाठी लायक राहणार नाही. परीणामी मानव जातीने पर्यावरणाच्या रक्षणासाठी आताच प्रयत्न करणे आवश्यक असल्याचे मत त्यांनी मांडले.
स्टिफन हाँकिग्न यांनी खगोल भौतिकीची केलेली सेवा खरोखरीच अवर्णीय आहे. काही जण त्यांचा दूर्धर आजारामुळे त्यांना अधिक पसंती मिळते, असा आरोप करतात. मात्र माझ्यामते यात तथ्य नाही. स्टिफन हाँकिंग्न यांनी देवाचे अस्तिव नाकारले होते.
स्टिफन हाँकिग्न यांच्या तिसऱ्या पुण्यतिथी निमित्त त्यांना विनम्र आदरांजली व्यक्त करुन सध्यापुरते थांबतो,नमस्कार .
अजिंक्य तरटे

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.

शास्त्रज्ञ रॉबर्ट बॉइल आणि त्याची स्वप्ने

शास्त्रज्ञ लोक फक्त अज्ञाताचे संशोधनच करतात असे नाही. तसे असते तर ते अंधारात चाचपडण्यासारखे होईल. मग त्यातून क्वचित कुणाच्या हाती काही लागले तर लागले. त्या काळापर्यंत झालेल्या प्रगतीचा आढावा घेऊन त्यामधून पुढे आणखी काय काय होण्याची शक्यता आहे याचा विचार करणे हे फक्त मनामध्ये चांगल्या इच्छा बाळगण्यापेक्षा वेगळे आहे. महान शास्त्रज्ञ रॉबर्ट बॉइल याने स्वतः संशोधन करून कांही महत्वाचे शोध लावलेच, भविष्यात कोणकोणत्या दिशेने प्रगति व्हायला हवी याच्या इच्छा व्यक्त केल्या. त्याच्या हयातीत ते घडणे शक्य वाटत नसल्यामुळे ती त्याची स्वप्ने होती असे म्हणता येईल. एक दोन अपवाद वगळता ती सगळी स्वप्ने पुढील काळात प्रत्यक्षात उतरली.

सतराव्या शतकाच्या सुरुवातीला युरोपमधील सामाजिक परिस्थिती बदलायला लागली होती. गॅलीलिओने इटलीमध्ये सुरू केलेल्या पध्दतशीर संशोधनावरून प्रेरणा घेऊन टॉरिसेली, पास्कल, ओटो व्हॉन गेरिक आदि अनेक शास्त्रज्ञ युरोपमधील फ्रान्स, जर्मनी वगैरे इतर देशांमध्येही निरनिराळे प्रयोग करू लागले होते आणि त्यातून मिळालेले नवे ज्ञान प्रसिध्द करू लागले होते. विज्ञानातील म्हणजेच त्या काळातल्या नैसर्गिक तत्वज्ञानामधील संशोधनाचे वारे इंग्लंडकडेही वहात गेले. सर फ्रान्सिस बेकनसारख्या विद्वानांनी त्याला पोषक असे तर्कशुध्द विचारसरणीचे वातावरण तयार करायला सुरुवात केली होती. इटलीमधल्या समाजावर कट्टर धर्मगुरूंचा पगडा होता तसा तो इंग्लंडमध्ये राहिला नव्हता. परंपरागत समजुतींना आव्हान देणारे वेगळे विचार मांडण्याचे धैर्य दाखवणे तिथे शक्य होत होते. त्यामुळे त्या देशात वैज्ञानिक संशोधनाने मूळ धरले आणि त्यामधून पुढे अनेक मोठमोठे शास्त्रज्ञ निर्माण झाले. रॉबर्ट बॉइल हा त्याच्या सुरुवातीच्या काळातला एक महान शास्त्रज्ञ होता. आधुनिक विज्ञानाचा आणि त्यातही आधुनिक रसायनशास्त्राचा पाया घालण्यात त्याचा मोठा वाटा होता.

रॉबर्ट बॉइलचा जन्म एका श्रीमंत आयरिश कुटुंबात झाला. आयर्लंड आणि इंग्लंडमध्ये त्यांची गडगंज संपत्ती होती. त्याने इंग्लिश आणि आयरिश शिवाय लॅटिन, फ्रेंच, ग्रीक आदि भाषांचे शिक्षण घेतले, परदेशांचा प्रवास केला आणि विविध विषयांमधील ज्ञान संपादन केले. इंग्लंडला परत जाईपर्यंत त्याच्या मनात विज्ञानाची तीव्र ओढ निर्माण झाली होती. बॉइलने तिकडे गेल्यानंतर प्रयोगशाळांमध्ये निरनिराळे प्रयोग करून पहाणे सुरू केले. त्याने ओटो व्हॉन गेरिकच्या हवेच्या पंपाचा अभ्यास केला आणि तशा प्रकारचा पंप तयार करून त्यात कांही सुधारणा केल्या, त्याला न्युमॅटिकल इंजिन असे नाव दिले. बॉइलने त्या यंत्राचा उपयोग करून हवेच्या दाबाचा अभ्यास करण्यासाठी अनेक प्रयोग केले आणि गेरिक आणि पास्कल यांनी सुरू केलेले हवेच्या गुणधर्मांचे संशोधन आणखी पुढे नेले. त्याला मिळालेल्या माहितीच्या अभ्यासावरून वायुरूप पदार्थांवरील दाब विरुध्द त्यांचे आकारमान यांच्यामधला थेट संबंध सिध्द केला आणि त्याबद्दलचा आपला सुप्रसिध्द नियम मांडला. हवेवर दाब दिला की ती दाबली जाऊन कमी जागेत मावते अशा प्रकारचे निरीक्षण बॉइलच्या आधीच कांही शास्त्रज्ञांनी केले होते, पण त्यावर पध्दतशीर प्रयोग करून, सारी मोजमोपे घेऊन, सविस्तर आकडेवारी, कोष्टके आणि आलेख वगैरेंचा उपयोग करून तो नियम समीकरणाच्या रूपात मांडण्याचे काम रॉबर्ट बॉइलने केले.

बॉइलच्या नियम असा आहे की तापमान स्थिर असल्यास बंदिस्त जागेत साठवलेल्या आदर्श वायुरूप पदार्थांचे आकारमान आणि त्यावरील दाब एकमेकांशी व्यस्त प्रमाणात असतात किंवा आकारमान आणि दाब यांचा गुणाकार स्थिर असतो. (P x V = C, P1V1=P2V2). एका बंद सिलिंडरमध्ये भरलेल्या हवेवर दट्ट्याने दाब दिला की तिचे आकारमान कमी होते तसा दाब वाढतो आणि त्या दट्ट्याला बाहेर ओढून हवेचे आकारमान वाढवले की त्या हवेवरचा दाब त्याच प्रमाणात कमी होतो. उदाहरणार्थ आकारमान अर्धे केले की दाब दुप्पट होतो, एक तृतीयांश केले की तिप्पट आणि एक चतुर्थांश केले की चौपट होतो. अर्थातच हे काही मर्यादित कक्षेमध्ये घडते. शून्य किंवा अगणित अशा संख्यांना हा नियम लागू पडत नाही.

इंग्लंडमध्ये रॉयल सोसायटीची स्थापना होताच खुद्द तिथल्या राजाकडून रॉबर्ट बॉइलला त्या संस्थेचा सभासद म्हणून नेमण्यात आले. त्याच्या विद्वत्तेची दखल घेतली गेली आणि एक आघाडीचा शास्त्रज्ञ असा त्याचा नावलौकिक झाला. त्या काळामधील इतर शास्त्रज्ञांप्रमाणे बॉइलनेसुध्दा निरनिराळे सामान्य पदार्थ आणि धातू यांचेपासून सोनेचांदी यासारख्या मूल्यवान धातू तयार करण्यासाठी दीर्घकाळ प्रयत्न केले. पदार्थांमध्ये अशा प्रकारचे बदल होणे शक्य आहे असे तो सुध्दा समजत होता. प्रत्यक्षात तसे कांही घडले नाही, पण त्या प्रयोगांमधून अनेक पदार्थांविषयी खूप नवी माहिती उजेडात आली आणि पुढील काळातल्या रसायन शास्त्रज्ञांना तिचा उपयोग झाला. पाण्याचा बर्फ होतांना त्याचे प्रसरण झाल्यामुळे पडणारा दाब, विशिष्ट गुरुत्व (स्पेसिफिक ग्रॅव्हिटी), प्रकाशाचे अपवर्तन (रिफ्रॅक्शन), हवेमधून होणारा ध्वनीचा प्रसार, स्फटिके, वायुरूप आणि द्रवरूप पदार्थांचे गुणधर्म, आईवडिलांकडून त्यांच्या मुलांना मिळणारे आनुवंशिक गुण इत्यादि अनेक निरनिराळ्या प्रकारच्या विषयांवर बॉइलने संशोधन आणि चिंतन केले. त्याने मिश्रणे आणि रासायनिक संयुगे यांच्यामधला फरक दाखवला, ज्वलन आणि श्वासोछ्वास यांच्यात काही संबंध आहे असे सांगितले. अशा प्रकारे त्याने अनेक विषयांवर चौफेर संशोधन करून ते लिहून ठेवले किंवा प्रसिध्द केले. वैज्ञानिक संशोधनामधून नवे ज्ञान संपादन करणे हेच आपले एक मुख्य ध्येय असे तो मानत होता, एका प्रकारे विज्ञानामधील मूलभूत संशोधनावर त्याचा भर होता, पण त्या ज्ञानाचा प्रत्यक्षात उपयोग करण्यालाही त्याचा विरोध नव्हता आणि तो त्यासाठी मदतही करत होता.

रॉबर्ट बॉइल अत्यंत धर्मनिष्ठ होता आणि ख्रिश्चन धर्माचा प्रसार करणे हेसुध्दा त्याचे एक ध्येय होते. विज्ञानाच्या अभ्यासामधून देवाचे अस्तित्व निर्विवादपणे सिध्द करता येईल अशी त्याची श्रध्दा होती. त्याने यासाठीसुध्दा जमतील तेवढे प्रयत्न केले. त्या काळात विज्ञान हा तत्वज्ञानाचाच भाग असल्यामुळे बॉइलने लिहिलेल्या काही पुस्तकांमधून त्याने धार्मिक विषयांवरील आपले विचार मांडले होते.

रॉबर्ट बॉइलने चोवीस संभाव्य शोधांची एक इच्छांची यादी (विश लिस्ट) बनवली होती. माणसाचे आयुष्यमान वाढवणे, हवेत उड्डाण करणे, न विझणारा दिवा, न बुडणारी नाव, वेदना कमी करणारी, झोप किंवा जाग आणणारी, कल्पनाशक्ती आणि स्मरणशक्ती वाढवणारी, मन शांत करणारी अशी औषधे अशांचा त्यात समावेश होता. त्या काळातल्या इतर कोणी कदाचित अशा कल्पनाही केल्या नसतील. ती बॉइलच्या कुशाग्र बुध्दीची आणि कल्पनाशक्तीची झेप किंवा त्याचा द्रष्टेपणा असेही म्हणता येईल. त्याने व्यक्त केलेल्या बहुतेक इच्छा पुढील काळात पूर्ण झाल्या. कृत्रिम रीत्या सोने बनवणे मात्र कधीच शक्य होणार नव्हते, पण तशी कल्पना करणारा तो काही एकटाच नव्हता. परीस खरोखरच अस्तित्वात असतो असे भारतासकट जगभरामधील लोकांना वाटत होते.

ओटो व्हॉन गेरिक – रिक्तता आणि स्थिर विद्युत

ओटो व्हॉन गेरिक हा जर्मन शास्त्रज्ञ सतराव्या शतकातला एक प्रमुख संशोधक आणि इंजिनियर होता. तो इटलीमधील गॅलीलिओ आणि टॉरिसेली तसेच फ्रान्समधील पास्कल यांचा समकालीन होता. त्या काळात चांगली संपर्कसाधने उपलब्ध नसतांनासुध्दा हे निरनिराळ्या भाषा बोलणारे वेगवेगळ्या देशातले रहिवासी असलेले शास्त्रज्ञ एकमेकांशी थोडा संवाद साधत, एकमेकांची कामे पहात आणि त्यानुसार स्वतःचे संशोधन करत होते. काही बाबतीत त्यांचे संशोधन एकमेकांना न सांगता समांतरही चालत होते. त्या काळात युरोपातले सगळे पांडित्य लॅटिन भाषेत लिहिले जात असल्यामुळे त्याचा थोडा फायदा मिळत असावा. गेरिकने रिक्तता किंवा निर्वात पोकळी (Vacuum) आणि स्थितिक विद्युत (Static Electricity) या क्षेत्रात मोलाचे संशोधन करून नवी माहिती जमवली, सिध्दांत मांडले, तसेच टॉरिसेली आणि पास्कल यांच्या संशोधनाला प्रात्यक्षिके आणि प्रयोगांची जोड देऊन पुष्टी दिली. गेरिकने जमवलेल्या शास्त्रीय माहितीचा पुढील काळातल्या शास्त्रज्ञांना खूप फायदा झाला.

ओटो व्हॉन गेरिक याचा जन्म मॅग्डेबर्ग या शहरातल्या एका धनाढ्य जमीनदार कुटुंबात झाला. त्या काळात जर्मनी हा एक स्वतंत्र देश नव्हता. रोमन साम्राज्याच्या अंतर्गत निरनिराळ्या सुभेदारांमध्ये होत असलेल्या भांडणांमुळे त्या भागात अस्थिर राजकीय वातावरण होते. तशातच गेरिकने वेगवेगळ्या विद्यापीठांमध्ये गणित, भौतिकी (फिजिक्स) आणि इंजिनियरिंग या विषयांचा अभ्यास केला, तसेच काही काळ इंग्लंड आणि फ्रान्स या देशांमध्ये घालवला. त्यानंतर तो मॅग्डेबर्गला परत येऊन तिथे स्थायिक झाला आणि तिथल्या राजकारणात भाग घेऊन नगराध्यक्षपदापर्यंत पोचला.

त्याचा मूळ पिंड शास्त्रज्ञाचा असल्यामुळे त्याचा विज्ञानाचा अभ्यास चालतच राहिला. त्याला प्रात्यक्षिके आणि प्रयोग करण्यात विशेष रस होता आणि तो एक कुशल प्रशासक असल्यामुळे त्याला संशोधन करण्यासाठी साधनसामुग्री मिळवणे शक्य झाले. टॉरिसेलीने वर्तवलेल्या रिक्ततेच्या (व्हॅक्यूम) शक्यतेला इतर विद्वानांकडून मान्यता मिळवून देण्यात ओटो व्हॉन गेरिक याच्या संशोधनाचा मोठा वाटा आहे. गेरिकने पाणी उपसण्याच्या हातपंपामध्ये सुधारणा करून त्याला इतके सक्षम बनवले की बंद पात्रांमधली हवा बाहेर खेचून घेऊन त्यात कृत्रिमरीत्या निर्वात पोकळी तयार करणे शक्य झाले. त्या कामासाठी निरनिराळ्या आकारांच्या भांड्यांवर प्रयोग करून पाहतांना त्यासाठी गोलाकार हा सर्वात चांगला असतो असे गेरिकच्या लक्षात आले. त्याने मॅग्डेबर्ग इथे केलेला प्रयोग प्रसिध्द आहे. या प्रयोगात त्याने दोन अर्धगोल पात्रांना जोडून त्यांच्या आतली हवा पंपाने उपसून बाहेर काढली. बाहेरील हवेच्या दाबामुळे ते अर्धगोल इतके घट्ट बसले की अनेक घोड्यांची शक्तीसुध्दा त्यांना एकमेकांपासून विलग करू शकली नाही. या एका प्रयोगामुळे वतावरणातील हवेला दाब असतो हे प्रयोगाने सिध्द झालेच, व्हॅक्यूम पंप हे एक संशोधकांसाठी उपयुक्त असे नवे यंत्र मिळाले.

ओटो व्हॉन गेरिकने या पंपाचा उपयोग करून रिक्ततेवर बरेच संशोधन केले. त्यामधून रिक्ततेचे भौतिक शास्त्र (फिजिक्स ऑफ व्हॅक्यूम) तयार झाले. निर्वात पोकळीमधून प्रकाशकिरण आरपार जाऊ शकतात पण ध्वनिलहरींच्या वहनासाठी हवेसारख्या माध्यमाची आवश्यकता असते हे गुणधर्म गेरिकने सांगितले. निर्वात अवकाशाची (स्पेस) कल्पना गेरिकने पहिल्यांदा मांडली. यामुळे पृथ्वीच्या सभोवती फक्त काही किलोमीटर्सपर्यंतच वातावरण असते आणि त्याच्या पलीकडील अनंत विश्वात निर्वात अशी पोकळी आहे, आपल्या डोळ्यांना सूर्य, चंद्र, ग्रहतारे वगैरे दिसतात पण त्यांचा आवाज कां ऐकू येत नाही वगैरे गोष्टी पुढील शास्त्रज्ञांना सांगता आल्या.

ओटो व्हॉन गेरिकने स्थितिक विद्युत (Static Electricity) या विषयावरसुध्दा संशोधन केले. गंधकाच्या एका गोलकावर घासून त्याने सर्वात पहिल्यांदा कृत्रिम वीज निर्माण केली आणि विद्युतभारांमुळे होणारे आकर्षण आणि प्रतिकर्षण (रिपल्शन) प्रयोगामधून दाखवून दिले. त्यावेळी कुणालाही स्थितिक विद्युत ही संकल्पनासुध्दा माहीत नसेल. यामध्ये महत्वाची गोष्ट ही होती की एकाद्या वस्तूला स्पर्श न करता तिला आपल्याकडे ओढता किंवा आपल्यापासून दूर ढकलता येणे हीच मुळी एक नवीन कल्पना होती. पृथ्वीकडेसुध्दा अगम्य अशी पण प्रचंड आकर्षण आणि प्रतिकर्षणशक्ती आहे अशी कल्पना ओटो व्हॉन गेरिकने मांडली. तोपर्यंत लोहचुंबकाबद्दल काही माहिती होती पण गुरुत्वाकर्षणाचा शोध लागलेला नव्हता. त्या काळात हा सगळा तत्वज्ञानाचा भाग होता, सगळी काही ईश्वराची अपरंपार लीला आहे अशा विचारांचा काळ होता हे लक्षात ठेवले पाहिजे.

अशा प्रकारे ओटो व्हॉन गेरिक या शास्त्रज्ञाने अनेक नव्या कल्पना मांडल्या आणि त्यांना प्रात्यक्षिक आणि सैध्दांतिक पाठबळ देऊन त्यांचा पाठपुरावा केला. सतराव्या शतकाच्या काळात रूढ समजुतींना धक्का देणारे काही सांगणेसुध्दा मोठ्या धाडसाचे काम होते. गॅलीलिओसह कांही शास्त्रज्ञांना तर त्यासाठी अनन्वित छळ सोसावा लागला होता. हे पाहता ओटो व्हॉन गेरिक याच्या धडाडीचे कौतुक करावे लागेल. आधुनिक विज्ञानयुगाचा पाया घालण्यात त्याचाही मोठा वाटा आहे.

पाण्याच्या दाबाचा संशोधक ब्लेझ पास्कल

या आधीचा लेख : वातावरणामधील हवेचा दाब
https://anandghare2.wordpress.com/2021/10/07/%e0%a4%b5%e0%a4%be%e0%a4%a4%e0%a4%be%e0%a4%b5%e0%a4%b0%e0%a4%a3%e0%a4%be%e0%a4%ae%e0%a4%a7%e0%a5%80%e0%a4%b2-%e0%a4%b9%e0%a4%b5%e0%a5%87%e0%a4%9a%e0%a4%be-%e0%a4%a6%e0%a4%be%e0%a4%ac/

अनेक जुन्या काळातल्या चित्रांमध्ये गोपालकृष्णाला पिचकारीमधून गोपिकांवर रंग उडवत असतांना दाखवले असते. रंग उडवण्याची पिचकारी खूप पूर्वीपासून प्रचलित झाली आहे. डॉक्टरांची इंजेक्शन देण्याची सुई, रंग उडवणारी पिचकारी आणि मोठाले दगडधोंडे उचलून इकडून तिकडे टाकणारी किंवा मोटारीच्या बॉडी तयार करण्यासाठी लोखंडाच्या पत्र्यांना आकार देणारी अवजड यंत्रे हे सारे ज्या शास्त्राच्या तत्वांवर काम करतात त्याचे नांव आहे द्रव चालिकी (हैड्रॉलिक्स). यातील सिलिंडरमध्ये एक द्रव पदार्थ घेऊन त्यावर दट्ट्याने दाब दिला जातो आणि त्या दाबामुळे पिचकारीमधील पाणी जोरात बाहेर फेकले जाते किंवा इंजेक्शनच्या सिरिंजमधील औषध शरीरात ढकलले जाते. यंत्रामधील तरफांचे दांडे या दाबाच्या शक्तीमुळे अवजड वस्तू उचलतात किंवा त्यांचेवर जोराने दाब देतात. या शास्त्रात पाणी आणि इतर द्रव पदार्थांच्या गुणधर्मांचा शास्त्रशुध्द अभ्यास केला जातो. धरण, तलाव, विहीर यासारख्या स्रोतांपासून आपल्या घरातल्या नळाच्या तोटीपर्यंत होणारा पाणीपुरवठा, तसेच औषधे, रसायने वगैरेंचे कारखाने, तेलशुध्दीकरणकेंद्रे (रिफायनरीज), विद्युतकेंद्रे (पॉवर स्टेशन्स) वगैरे ठिकाणी जे पंप, व्हॉल्व्ह, टाक्या वगैरे असतात, पाइपांचे जाळे असते त्या सर्वांचे डिझाइन हैड्रॉलिक्सच्या नियमांच्या आधाराने केले जाते. यावरून मानवाच्या विकासाच्या दृष्टीने हे शास्त्र किती महत्वाचे आहे हे लक्षात येईल.

प्राचीन कालापासून नद्यांवरील बंधारे आणि तलावांचे बांधकाम केले जात आले आहे. पिचकारी, हापसा (हँडपंप) यासारखी साधी यंत्रे खूप पूर्वीपासून उपयोगात होती. मात्र सतराव्या शतकात होऊन गेलेल्या ब्लेझ पास्कल या फ्रेंच शास्त्रज्ञाने त्यामागे असलेल्या विज्ञानाचा पध्दतशीर अभ्यास करून त्यासंबंधीचे नियम आणि सिध्दांत पहिल्यांदा व्यवस्थितपणे मांडले. तो गॅलीलिओ आणि टॉरिसेली या इटालियन शास्त्रज्ञांच्या काळातला होता आणि त्यांच्या संपर्कात होता. त्याला सुध्दा गणित हा विषय अत्यंत प्रिय होता. त्याने गणितात विशेष प्राविण्य मिळवले होते आणि गणितातल्या काही संकल्पनांना त्याचे नाव दिले आहे. त्याने एक यांत्रिक कॅलक्युलेटर तयार केला होता. तो संगणकांचा एक पूर्वज होता असे म्हणता येईल. याची आठवण ठेवून सुरुवातीच्या काळातल्या एका संगणकीय आज्ञावलीच्या (कॉंप्यूटर प्रोग्रॅमिंगच्या) भाषेला पास्कलचे नाव दिले होते.

पाण्यात बुडून खोलवर जातांना त्या जलतरणपटूला वरील पाण्याचा वाढत असलेला दाब चांगला जाणवतो. पाण्याच्या पृष्ठभागापासून खाली जातांना हा दाब खोलीच्या समप्रमाणात वाढत जातो असे पास्कलला दिसले. म्हणजे पाण्याच्या पातळीच्या पाच मीटर खाली त्याचा जितका दाब असतो त्याच्या दुप्पट इतका दाब दहा मीटर खाली असतो. आकृती क्र.१ मध्ये दाखवल्याप्रमाणे पाण्याने भरलेल्या एका उंच टाकीच्या तीन नळांमधून पाणी बाहेर पडत असले तर सर्वात खालच्या नळामधून जोरात बाहेर पडलेले पाणी दूरवर जाते आणि उंचावरील नळातून बाहेर निघालेले पाणी जवळच खाली पडते. पास्कलने असेही दाखवून दिले की कुठल्याही ठिकाणी तो दाब फक्त खालच्या पाण्यावर पडत नसून तो सर्व बाजूंना सारखा असतो. वर असलेले पाणी त्याच्या वजनामुळे खालच्या पाण्याला वरून खाली ढकलत असले तरी ते पाणी इतर बाजूंनाही ढकलले जाते. ज्या पात्रात ते पाणी ठेवले असेल त्यामधून आकृती १ मध्ये दाखवल्याप्रमाणे या अंतर्गत दाबामुळे ते सर्व बाजूंनी जिथे वाट मिळेल तिथून वेगाने बाहेर येते.

पास्कलने सांगितलेली महत्वाची गोष्ट म्हणजे पाण्यावरला हा दाब त्याच्या स्तंभाच्या उंचीवर अवलंबून असतो. आपला सिध्दांत सिध्द करून दाखवण्यासाठी त्याने एक प्रयोग केला. आकृती २ पहा. खाली एका मोठ्या टाकीत पाणी भरून त्यात एक लहान व्यास असलेला पण उंचच उंच पाइप उभा करून तो त्यात वरून पाणी ओतत गेला. तसतसा खालील टाकीमधल्या पाण्यावरचा दाब वाढत गेला. जवळ जवळ तीन मजले इतक्या उंचीवर पाणी पोचल्यावर त्या पाण्याने निर्माण केलेला दाब खालच्या टाकीला सहन झाला नाही आणि ती गळायला लागली. इथे तसे पाहता पाइपातल्या पाण्याचे वजन फार जास्त नव्हते, पण त्याचा दाब वजनाच्या प्रमाणात न वाढता तो उंचीच्या प्रमाणात वाढत गेला. पास्कलने असे प्रतिपादन केले की बंदिस्त द्रवाच्या एका भागातल्या दाबात झालेला बदल इतर सर्व भागांमध्ये तितकाच पसरतो. त्यामुळे उभ्या पाइपाच्या खाली असलेल्या पाण्यावर पडलेला दाब टाकीमध्ये सगळीकडे पसरला आणि ती कडेने गळायला लागली. या तत्वाचा उपयोग करून पास्कलने पहिली हैड्रॉलिक प्रेस तयार केली. यात एक लहान आकाराचे आणि दुसरे मोठ्या आकाराचे पात्र तळाशी एकमेकांना जोडले होते. लहान पात्रातल्या दट्ट्याला हाताने दाबून पाण्यावर दाब दिला की त्या दाबाने मोठ्या पात्रातल्या दट्ट्यावर ठेवलेली जड वस्तू सहजपणे उचलली जात होती. ही एक प्रकारची नवी तरफ पास्कलने तयार करून त्यातून एक नवे यंत्र जगाला दिले. कापसाचे गठ्ठे करण्यासाठी त्याचा उपयोग होऊ लागला.

टॉरिसेलीने तयार केलेल्या दाबमापकावर (बॅरोमीटरवर) पास्कलने पुढे संशोधन केले. ते एकाच जागी ठेवून हवेचा दाब वेळोवेळी कसा बदलतो, उंच जागी नेल्यावर तो कसा कमी होतो वगैरे निरीक्षणे करून तिच्यावरून काही निष्कर्ष काढले आणि प्रसिध्द केले. त्यामागची शास्त्रीय कारणे तेंव्हा माहीत नव्हती, पण वातावरणाच्या अभ्यासाला त्यामधून दिशा मिळाली. बॅरोमीटरमधील पाऱ्याच्या स्तंभाच्या वर असलेल्या पोकळीत कुठला तरी अदृष्य वायू भरलेला असणार असे त्या काळातल्या शास्त्रज्ञांना वाटत होते. ते निर्वात पोकळीची कल्पनाही करू शकत नव्हते. पास्कलने प्रयोग, निरीक्षणे आणि तर्कशुध्द विचार यांच्या जोरावर असे सिध्द करून दाखवले की त्या जागेत काहीही असणे शक्यच नाही, ती पूर्णपणे रिकामी निर्वात अशी पोकळी (व्हॅक्यूम) असणार. त्यामधून एक नवे शास्त्र आणि तंत्रज्ञान उदयाला आले.

गॅलीलिओ, टॉरिसेली, पास्कल वगैरेंच्या काळात विज्ञान (सासन्स) या नावाची ज्ञानाची वेगळी शाखा नव्हती. तत्वज्ञानाच्या अंतर्गत नैसर्गिक तत्वज्ञान या नावाखाली ते शिकले व शिकवले जात असे. संशोधन, प्रयोग, निरीक्षण, तर्कसंगत विवेचन वगैरेंमधून निसर्गाच्या नियमांचा पध्दतशीर अभ्यास करणे, त्यामधून निघालेल्या सिध्दांतांची प्रात्यक्षिके करून पडताळणी करणे याची जी वैज्ञानिक पध्दत (सायंटिफिक मेथड) गॅलीलिओने घालून दिली तिचा पास्कलने अधिक विकास केला. त्यामधून हळूहळू विज्ञान हे एक वेगळे वैशिष्ट्यपूर्ण शास्त्र तयार होत गेले, तसेच तंत्रज्ञानाला पायाभूत सिध्दांतांची जोड मिळत गेल्याने त्याच्या विकासालाही वेग आला. द्रवरूप किंवा वायुरूप अशा प्रवाही पदार्थांना (फ्लूइड्सना) लागू पडणारे दाबाविषयीचे पायाभूत नियम पास्कलने मांडले होते. याची आठवण ठेवून आता जागतिक प्रमाणानुसार (एसआय सिस्टिमनुसार) दाब (प्रेशर) हा प्रवाही पदार्थांचा गुणधर्मच पास्कल या एककात (युनिट्समध्ये) मोजला किंवा व्यक्त केला जातो.

वातावरणामधील हवेचा दाब

आपल्या आजूबाजूला चहूकडे हवा पसरलेली असते, पण ती संपूर्णपणे पारदर्शक असल्यामुळे आपल्या डोळ्यांना दिसत नाही. तिला रंग, गंध किंवा चंवसुध्दा नसते. त्यामुळे डोळे, नाक, कान, जीभ आणि त्वचा या आपल्या बाह्य ज्ञानेंद्रियांना तिच्या अस्तित्वाचे ज्ञान होत नाही. पण या हवेला पंख्याने जरासे हलवलेले मात्र आपल्या त्वचेला लगेच समजते, उन्हाचा कवडसा पाहतांना त्यातल्या हवेतले धूलिकण हलतांना दिसतात, उदबत्तीचा गंध हवेमधून पसरतो आणि घ्राणेंद्रियांना तो लगेच समजतो, जोरात वारा आला तर त्याचा सूँ असा आवाज कानांना ऐकू येतो. श्वासोच्छ्वास करतांना किंवा फुंकर मारतांना तर आपल्याला हवेचे अस्तित्व जाणवते आणि श्वासाला हवा कमी पडली तर लगेच आपला जीव कासावीस होतो. अशा प्रकारे ही हवा आपल्या चांगल्या ओळखीची असते.

ही अदृष्य हवा वजनाने इतकी हलकी असते की वजनाच्या काट्यावर उभे राहून आपण दीर्घ श्वास घेतला आणि पूर्णपणे बाहेर सोडला तरी तो काटा तसूभरही जागचा हलत नाही. पण हवेलाही अत्यंत कमी असले तरी निश्चितपणे वजन असते. आपल्या वजनापेक्षाही जास्त भरेल इतके मोठे हवेचे ओझे आपण सतत आपल्या डोक्यावर आणि खांद्यावर वहात असतो आणि आपल्या अंगावर सतत सर्व बाजूंनी त्या वजनाचा दाब पडत असतो यावर मात्र कदाचित आपला विश्वास बसणार नाही.

जमीनीपाशी तर सगळीकडे हवा असतेच, या हवेत उंच उडणारे पक्षी आणि त्यांच्यापेक्षाही उंचावरील आभाळात वाऱ्याबरोबर पुढे पुढे सरकणारे ढग दिसतात. आकाशात अमूक उंचीपर्यंत हवा पसरलेली आहे आणि तिच्यापुढे ती अजीबात नाही अशी स्पष्ट सीमारेषा नसते. जसजसे जमीनीपासून दूर जाऊ तसतशी ती अतीशय हळू हळू विरळ विरळ होत जाते. यामुळे ती आकाशात कुठपर्यंत पसरली आहे हे नजरेला दिसत नाही. मग जमीनीवरली हवा ढगांच्या पलीकडल्या अथांग आकाशात पार सूर्यचंद्र, ग्रहतारे यांच्यापर्यंत पसरलेली असते का? कदाचित नसेल असा विचार प्राचीन काळातल्या विचारवंतांच्या मनातसुध्दा आला असणार. कदाचित म्हणूनच या विश्वाची रचना ज्या पंचमहाभूतांमधून झाली आहे असे मानले जात होते त्यात पृथ्वी, आप (पाणी), तेज यांच्यासोबत वायू (हवा) आणि आकाश अशी दोन वेगळी तत्वे त्यांनी सांगितली होती.

सतराव्या शतकातले कांही पाश्चात्य संशोधक पाण्याच्या प्रवाहावर संशोधन करत होते. ते काम करतांना त्यांना हवेच्या दाबाचा शोध लागला अशी यातली एक गंमतच आहे. त्या काळातल्या युरोपमध्ये कांही शास्त्रज्ञांनी खोल विहिरींमधून पाणी उपसायचे पंप तयार केले होते, धातूंच्या नलिकांमधून (पाइपांमधून) पाणी इकडून तिकडे वाहून नेले जात होते आणि त्यात कांही जागी एकादा उंचवटा पार करून जाण्यासाठी वक्रनलिकेचा (सायफनचा) उपयोगसुध्दा केला जात होता. त्या काळात हवेचा दाब ही संकल्पनाच कुणालाही माहीत नव्हती आणि गुरुत्वाकर्षणाचे नियमही अजून सांगितले गेले नव्हते. हे पंप किंवा वक्रनलिका भौतिकशास्त्राच्या कोणत्या नियमांनुसार काम करत असतील याची स्पष्ट कल्पना त्यांचा उपयोग करणाऱ्यांनाही नव्हतीच. पण अनेक प्रयोग करून पाहतांना त्यातला एकादा सफल झाला, त्याचा उपयोग करून घेतला, त्या अनुभवावरून आणखी प्रयोग केले, त्यातला एकादा यशस्वी झाला किंवा त्या प्रयोगामधून योगायोगाने नवीन माहिती प्राप्त झाली, नवीन कल्पना सुचली अशा पध्दतीने हळू हळू माणसांच्या ज्ञानात वाढ होत होती, तसेच त्यांचे काम सोपे होत होते. विज्ञानाच्या क्षेत्रात त्या काळापर्यंत झालेली बरीचशी प्रगति अशा प्रकारे झाली होती.

पाणी उपसण्याच्या पंपांवर काम करत असलेल्या काही शास्त्रज्ञांना असा अनुभव आला की सुमारे दहा मीटर खोल विहिरींमधले पाणी कितीही जोर लावला तरी कांही केल्या वरपर्यंत येऊन पोचतच नाही. तसेच दहा मीटर उंचवटा पार करून जाणाऱ्या वक्रनलिकेमधून पाणी वहात पुढे जातच नाही. अशा प्रकारच्या तांत्रिक तक्रारी त्या काळातले श्रेष्ठ इटॅलियन शास्त्रज्ञ गॅलिलिओ यांच्याकडे आल्या. त्यांनाही लगेच या कोड्याचे उत्तर मिळाले नाही, पण इव्हाँजेलिस्ता तॉरिचेली (Evangelista Torricelli (Italian: [evandʒeˈlista torriˈtʃɛlli]) या नावाचे त्यांचे एक हुषार सहकारी होते त्यांनी मात्र या अनुभवांवर खोलवर विचार करून त्याचे उत्तर शोधण्याचा प्रयत्न केला.

आपण हाताने एकादी दोरी धरून ओढू शकतो तसे पाण्याला आपल्याकडे ओढता येत नाही. मग पंपाने तरी ते नळीमधून वरच्या बाजूला कां खेचले जावे असा प्रश्न तॉरिचेलीला पडला. पाण्याला ओढून वर काढणे शक्य नसेल तर कोणीतरी त्याला खालून वर ढकलत असले पाहिजे असा सयुक्तिक तर्क त्याने केला. तॉरिचेलीच्या काळातलाच पास्कल नावाच्या फ्रेंच शास्त्रज्ञ द्रवरूप किंवा वायुरूप अशा प्रवाही पदार्थांमधील (फ्लुइड्समधील) दाब या विषयावर संशोधन करीत होता. विहिरीच्या पाण्यावर जी हवा असते ती हवा जर तिच्या वजनाइतका दाब पाण्यावर देत असली तर त्यामुळे पाण्यामध्ये सर्व दिशांनी दाब निर्माण होईल आणि त्यात बुचकळलेल्या नळीमधले पाणी त्या दाबामुळे वर उचलले जाईल असा रास्त विचार तॉरिचेलीने केला. पाणी उचलले जाण्याला दहा मीटर्सची मर्यादा कशामुळे येत असेल हा जो मूळ प्रश्न होता, त्याचे कारण हवेचा पाण्यावरला दाब फक्त इतकाच मर्यादित असेल असे उत्तर त्याला मिळाले. पण त्याला सुचलेल्या या विचाराची खातरजमा करून घेणे अत्यंत आवश्यक होते.

तॉरिचेलीने एक लांबलचक सरळ नळी घेऊन ती पाण्याने पूर्णपणे भरली आणि तिला दोन्ही बाजूंनी झाकणे लावून बंद केली, एका लहानशा उघड्या टाकीत पाणी भरून त्या नळीला त्यात उभे केले आणि हळूच त्या नळीच्या तळातले झाकण उघडले. त्यासरशी त्या नळीमधले थोडे पाणी खाली असलेल्या टाकीमध्ये उतरलेले दिसले पण बाकीचे पाणी उभ्या नळीतच राहिले. नळीमध्ये उरलेल्या पाण्याच्या स्तंभाची उंची सुमारे दहा मीटर्स भरली. यावरून त्याने असा निष्कर्ष काढला की दहा मीटर उंच पाण्याचा स्तंभ खालच्या टाकीमधल्या पाण्यावर जेवढा दाब देईल तेवढाच हवेचा दाब पाण्यावर पडत असला पाहिजे. पण दहा बारा मीटर इतकी लांब नळी त्याच्या घरात मावत नसल्यामुळे ती छपराच्या वर जात होती आणि वातावरणातल्या हवेचा दाब कमी जास्त होत असल्यामुळे तिच्यातले पाणी खाली वर होतांना दिसत होते. नळीमधील पाण्याची पातळी खालूनच दिसावी म्हणून त्याने त्यावर एक लाकडाची भावली तरंगत ठेवली होती. ही भावली घराच्या आतबाहेर होत असल्याचे पाहून हा माणूस कांही जादूटोणा चेटुक वगैरे करत असल्याची शंका त्याच्या शेजाऱ्यांना आली. त्यामुळे त्याने हा प्रयोग थांबवला.

हवेच्या दाबाच्या अस्तित्वाबद्दल तॉरिचेलीची खात्री पटली होती. आपण सगळेजण हवेने भरलेल्या एका विशाल महासागराच्या तळाशी रहात आहोत असे त्याने एका पत्रात लिहून ठेवले होते. समुद्राच्या तळाशी गेल्यावर जसा पाण्याचा प्रचंड दाब शरीरावर पडतो तसाच हवेचा दाब आपल्यावर सतत पडत असतो असे त्याने सांगितले. त्या काळातल्या इतर शास्त्रज्ञांना ती अफलातून कल्पना पटायची नाही. आपले सांगणे प्रात्यक्षिकामधून सिध्द करून दाखवण्यासाठी तॉरिचेलीने एक वेगळा प्रयोग केला. त्याने पाण्याच्या तेरापट जड असलेला पारा हा द्रव एक मीटर लांब कांचेच्या नळीत भरून ती नळी पारा भरलेल्या पात्रात उभी करून धरली. त्याच्या अपेक्षेप्रमाणे नळीमधला पारा खाली येऊन सुमारे पाऊण मीटर (७६ सेंटीमीटर) उंचीवर स्थिरावला. पाऊण मीटर पाऱ्याच्या स्तंभाचे वजन दहा मीटर पाण्याच्या स्तंभाइतकेच असते. इसवी सन १६४३ मध्ये तॉरिचेलीने तयार केलेला हा जगातला पहिला वायुभारमापक (बॅरोमीटर) होता. नळीमधला पाऱ्याच्या वर असलेला भाग पूर्णपणे रिकामा होता, बाहेरची हवा तिथे जाण्याची शक्यता नव्हती. अशी निर्वात पोकळी (व्हॅक्यूम) हा सुध्दा त्या काळात एक नवा शोध होता. अशी पोकळी असू शकते याची कल्पना कोणीही करू शकत नव्हता. तत्कालिन शास्त्रज्ञांना ते सत्य पटवून देण्यासाठी पास्कल या फ्रेंच शास्त्रज्ञाला बरेच प्रयोग आणि प्रयत्न करावे लागले. पृथ्वीवर तॉरिचेलीने त्याच्या बॅरोमीटरमध्ये निर्वात पोकळी निर्माण केली होती या गोष्टीची आठवण ठेऊन निर्वात पोकळीमधील दाबाचे मोजमाप करण्यासाठी तॉरिचेलीच्या सन्मानार्थ टॉर हे युनिट धरले जाते.

समुद्रसपाटीवर प्रत्येक एक वर्ग सेंटिमीटर इतक्या लहानशा क्षेत्रफळावर उभ्या असलेल्या कांही किलोमीटर उंच अशा हवेच्या स्तंभाचे सरासरी वजन सुमारे एक किलोग्रॅम (1.01 Kg/sq.cm) इतके असते. म्हणजेच सुमारे ७६ सेंटीमीटर पारा किंवा १० मीटर पाणी यांना तोलून धरण्यासाठी १०१ किलोपास्कल 101 kN/m2 (kPa) म्हणजेच 10.1 N/cm2 इतका हवेचा दाब लागतो असे गणितातून सिध्द होते. जर्मनीमधील मॅग्डेबर्ग या शहराचा नगराध्यक्ष असलेल्या ओटो व्हॉन गेरिक या शास्त्रज्ञाने हवेचा दाब किती शक्तीशाली असतो आणि त्याने तयार केलेला व्हॅक्यूम पंप किती चांगले काम करतो हे प्रत्यक्ष प्रमाणाने दाखवण्यासाठी एक अजब प्रयोग केला. त्याने तांब्याचे दोन मोठे अर्धगोल तयार करून त्यांना एकमेकांमध्ये बसवले आणि त्यांना फक्त ग्रीज लावून सील केले. त्यानंतर त्या गोलाकार डब्यामधली शक्य तितकी हवा व्हॅक्यूम पंपाद्वारे बाहेर काढून टाकली. बाहेरील वातावरणामधल्या हवेच्या दाबामुळे ते अर्धगोल इतके घट्ट बसले की दोन्ही बाजूला जुंपलेल्या अनेक घोड्यांनी ओढूनसुध्दा ते एकमेकापासून वेगळे झाले नाहीत. त्या अर्धगोलांना लावलेली झडप उघडताच बाहेरील हवा आत शिरली आणि ते सहजपणे वेगळे झाले. हे अर्धगोल आणि हा प्रयोग मॅगेडेबर्गच्या नावानेच प्रसिध्द आहे.

आपल्या शरीरावरसुध्दा बाहेरच्या हवेचा इतका मोठा हवेचा दाब पडत असतोच, पण ज्या प्रमाणे पाण्यात बुडवलेल्या वस्तूला पाणी उचलून धरत असते असे आर्किमिडीजने सांगितले होते त्याप्रमाणे हवासुध्दा आपल्याला वर उचलतही असते. शरीराच्या अंतर्गत भागांमधल्या पोकळ्यांमधली हवा बाह्य वातावरणाशी संलग्न असल्यामुळे शरीराच्या आतल्या इंद्रियांमध्ये सुध्दा तेवढाच दाब असतो. तो आपल्या इंद्रियांना आणि कातडीला आतून बाहेर ढकलत असतो. यामुळे आपल्याला वातावरणातल्या हवेचा दाब एरवी जाणवत नाही. पण विमानात किंवा कांही प्रयोगशाळांमध्ये हवेच्या दाबाचे मुद्दाम नियंत्रण केले जाते. तिथे आपल्या कानाच्या पडद्यांना तो फरक लगेच जाणवतो.

पुढील काळात निरनिराळ्या संशोधकांनी हवेचा दाब मोजण्यासाठी पाऱ्याच्या वायुभारमापकाशिवाय इतर प्रकारची अनेक सोयिस्कर उपकरणे तयार केली आणि निरनिराळ्या वेळी निरनिराळ्या जागी हवेचा दाब मोजून पाहिला. वातावरणाचा अभ्यास करण्याचे ते एक मुख्य साधन झाले. समुद्रसपाटीला हवेचा सर्वात जास्त दाब असतो आणि जसजसे आपण उंचावर जाऊ तसतसे त्या ठिकाणाच्या वर असलेल्या हवेचा थर पातळ होत जातो आणि त्या जागी वातावरणामधील हवेचा दाब कमी कमी होत जातो. हिमालयातल्या उंच पर्वतशिखरांवर तो खूपच कमी असतो. तिथे जाणाऱ्या गिर्यारोहकांना श्वास घेतांना पुरेशी हवा न मिळाल्यामुळे धाप लागते. त्यांना हवेचा विरळपणा प्रत्यक्षात जाणवत होताच. तिथल्या हवेचा दाब मोजून तो किती कमी आहे हे पहाण्याचे एक साधन मिळाले. समुद्रसपाटीपासून पर्वतशिखरापर्यंत कुठल्याही ठिकाणच्या हवेचा दाब नेहमीच स्थिर नसतो. तिथल्या तपमानात होत असलेल्या बदलांमुळे हवा आकुंचन किंवा प्रसरण पावते आणि त्यातून तिथल्या हवेचा दाब कमी जास्त होत असतो. त्यामुळे ज्या ठिकाणी हवेचा दाब जास्त असेल तिथली हवा कमी दाब असलेल्या भागाकडे वाहू लागते. याचा सखोल अभ्यास केल्यावर वारे नेहमी ठराविक दिशेने कां वाहतात हे समजले. हवेच्या दाबाच्या अभ्यासावरूनच वादळांची पूर्वसूचना मिळू लागली.

मोटारींच्या किंवा कारखान्यातल्या स्वयंचलित इंजिनांना हवेची आवश्यकता असते, तसेच विमान हवेने उचलून धरल्यामुळेच हवेत उडते. हवेला दाब असतो हे सिध्द झाल्यानंतर आणि तो मोजण्याची साधने उपलब्ध झाल्यानंतर विज्ञान आणि तंत्रज्ञानाची अनेक नवी दालने उघडली.