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.

असामान्य प्रतिभाशाली शास्त्रज्ञ स्टीफन हॉकिंग

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.

गॅलीलिओ आणि विज्ञान (सायन्स)

ज्ञान, विज्ञान, शास्त्र या संस्कृत भाषेमधील प्राचीन शब्दांना कालमानानुसार वेगवेगळे अर्थ जोडले गेले. मी शाळेत शिकत असतांना शास्त्र या नावाच्या विषयामध्ये सायन्स शिकलो होतो. आता विज्ञान हा शब्द अधिक प्रचलित झाला आहे. तरी संशोधन करणाऱ्या सायंटिस्ट लोकांना शास्त्रज्ञ असेच संबोधले जाते. मुळात सायन्स आणि सायंटिस्ट हे शब्दसुध्दा अलीकडच्या काळातलेच म्हणजे गेल्या दोन तीनशे वर्षात पुढे आलेले आहेत. आपण आज ज्यांचा समावेश सायन्समध्ये करतो त्या विषयांचा समावेश युरोपमध्ये नॅचरल फिलॉसॉफीमध्ये केला जात होता आणि तो फिलॉसॉफीचा एक भाग होता. निरनिराळे विद्वान विचारवंत त्यांच्या बुध्दीमत्तेनुसार विचार करून अनेक विषयांवर आपली मते किंवा सिध्दांत मांडत असत आणि ती भिन्न किंवा परस्परविरोधी असली तरी त्या त्या विद्वानांचे अनुयायी त्यांचा डोळे मिटून स्वीकार करून त्यांना पुढे नेत असत आणि ज्याच्या नावाचा दबदबा जास्त त्याच्या सांगण्याला मान्यता मिळत असे. फिलॉसॉफी किंवा तत्वज्ञानामध्ये हे चालत आले आहे, पण सायन्समध्ये तसे चालत नाही. यामुळे सायन्सची फिलॉसॉफीपासून फारकत करण्यात आली. इंग्रजी शिक्षणपध्दतीमधून जेंव्हा आपल्याकडे सायन्सचे शिक्षण सुरू झाले तेंव्हा त्याला शास्त्र किंवा विज्ञान अशी नावे दिली गेली, पण तो नेमका अर्थ अजूनही लोकांच्या मनात पूर्णपणे रुजलेला नाही. त्यामुळे अमूक तमूक गोष्ट शास्त्रीय आहे की नाही यावर अनेक वादविवाद होत असतात. या लेखामध्ये मी विज्ञान हा शब्द फक्त सायन्स याच अर्थाने घेतला आहे.

विज्ञान (सायन्स) म्हणजे थोडक्यात सांगायचे झाल्यास आपले जग कसे चालते याचा पध्दतशीर अभ्यास आणि त्यातून समजलेले निसर्गाचे नियम व सिध्दांत मुद्देसूदपणे मांडणे. भौतिकशास्त्र, रसायनशास्त्र, जीवशास्त्र आणि त्यांच्यापासून निघालेल्या उपशाखांचा समावेश विज्ञानात केला जातो. या विषयातले सिध्दांत प्रत्यक्ष प्रमाणाने सिध्द केले जातात. या सायन्सचा पाया घालण्यात गॅलीलिओचा मोठा वाटा आहे.

प्राचीन काळातले ऋषीमुनि आणि विद्वानांनी अनेक शास्त्रांचा विकास केला होता. मंत्रतंत्र, स्तोत्रे, कथा, पुराणे, वगैरें धर्मशास्त्रे पिढी दर पिढी पुढे दिली जात गेली. योगविद्या, आयुर्वेद, ज्योतिष वगैरे कांही शास्त्रेही टिकून राहिली. पण विज्ञानाशी संबंधित शास्त्रांना बहुधा प्राधान्य दिले जात नसावे. आर्यभट, वराहमिहिर आदि विद्वानांनी भौतिकशास्त्र, खगोलशास्त्र, गणित वगैरे विषयांवर काम केले होते. पण त्यांचे सिध्दांत आणि सूत्रे यांचा प्रसार मधल्या काळात थांबला. शास्त्रज्ञांची मालिका तयार झाली नाही. मध्ययुगाच्या काळात त्यांच्या संस्कृत ग्रंथांवर मराठी किंवा हिंदीसारख्या भाषेतही भाष्य किंवा लेखन झालेले दिसत नाही.

युरोपमध्ये पूर्वीच्या काळात ज्ञानाचा प्रसार करण्याचे काम मुख्यतः धर्मगुरूंकडेच होते. तेंव्हा विज्ञानाचा समावेश तत्वज्ञानात केला जात होता. तिकडल्या कांही ठिकाणी विद्यापीठांची स्थापना झाली होती आणि तिथे विविध विषयांवरील पुरातन ग्रंथांचा आणि इतर शास्त्रांसोबत खगोलशास्त्र व गणितासारख्या विषयांचासुध्दा अभ्यास केला जात असे. अॅरिस्टॉटल, टॉलेमी, युक्लिड, पायथॉगोरस, आर्किमिडीस आदि विद्वानांनी सांगितलेली प्रमेये, सिध्दांत, नियम वगैरे त्यांच्या नावानिशी जतन करून ठेवले गेले होते आणि त्यामध्ये रस असलेल्या विद्यांर्थ्यांना ते शिकणे शक्य होते.

गॅलीलिओ गॅलीली या इटालियन शास्त्रज्ञाने विज्ञानामधल्या निरनिराळ्या विषयांवर संशोधन केले, त्यासाठी अनेक प्रकारचे प्रयोग आणि प्रात्यक्षिके केली, त्यामधून केलेल्या निरीक्षणांचा तर्कसंगत अर्थ लावून त्यामधून निष्कर्ष काढले आणि ते सुसंगतपणे जगापुढे मांडले. यालाच शास्त्रीय पध्दत (सायंटिफिक मेथड) असे म्हणतात आणि पुढील काळातले संशोधन कार्य त्या पध्दतीने होऊ लागले. म्हणून गॅलीलिओला आधुनिक विज्ञानाचा जनक समजले जाते.

गॅलीलिओचा जन्म १५६४ साली इटलीमधल्या सुप्रसिध्द पिसा या गावात झाला. त्याचे वडील एक संगीतज्ञ होते. कुशाग्र गॅलीलिओने लहानपणी संगीत आणि त्यातले गणित आत्मसात केले. त्या काळातही डॉक्टरांची कमाई चांगली होत असे म्हणून त्याला वैद्यकीय शास्त्राच्या शिक्षणासाठी विद्यापीठात पाठवले होते. पण त्याचा ओढा विज्ञानाकडे असल्यामुळे त्याने औषधोपचाराऐवजी गणित आणि नैसर्गिक तत्वज्ञान या विषयांचा अभ्यास करून त्यात प्राविण्य मिळवले.

मेडिकलचा अभ्यास करत असतांनाच त्याचे लक्ष चर्चमध्ये टांगलेल्या झुंबरांकडे गेले. ती झुंबरे वाऱ्याने कमी जास्त झुलत होती, पण त्यांना जोराने ढकलले किंवा हळूच लहानसा झोका दिला तरी त्यांची आंदोलने तेवढ्याच वेळात होतात असे त्याला वाटले आणि त्याने आपल्या नाडीच्या ठोक्यांच्या आधारे ते झोके मोजले. त्याने घरी येऊन दोन एकसारखे लंबक तयार करून टांगले. त्यातल्या एकाला जास्त आणि दुसऱ्याला कमी खेचून सोडले तरी दोन्ही लंबक एकाच लयीमध्ये झुलत राहिले. त्यानंतर त्याने तपमान मोजणे, वजन करणे वगैरे कामे करणारी उपकरणे तयार केली आणि तत्कालिन शास्त्रज्ञांचे लक्ष स्वतःकडे वेधून घेतले.

गॅलीलिओने एकापेक्षा एक अधिक शक्तीशाली दुर्बिणी तयार केल्या आणि त्या दुर्बिणींमधून आकाशाचे खूप बारकाईने निरीक्षण केले. चंद्राला असतात तशाच शुक्रालासुध्दा कला असतात हे त्याने पाहिले. त्याने शनी ग्रहाच्या सभोवती असलेली कडी पाहिली, शनी ग्रहाच्या पलीकडे असलेल्या नेपच्यूनलाही पाहिले, पण तो सूर्याभोवती अत्यंत मंद गतीने फिरणारा ग्रह न वाटता एकादा अंधुक तारा आहे असे त्याला वाटले. गुरु या ग्रहाला प्रदक्षिणा घालणारे चार लहानसे ठिपके पाहून त्याने ते गुरूचे उपग्रह असल्याचे अनुमान केले. त्यापूर्वी शास्त्रज्ञांना फक्त तारे आणि ग्रह माहीत होते, उपग्रह ही संकल्पनाच नव्हती. पृथ्वीलाच ग्रह मानले जात नसतांना चंद्र हा फक्त चंद्रच होता. गॅलीलिओने दुर्बिणींमधून सूर्यावरचे डाग आणि चंद्रावरचे डोंगर व खळगे पाहिले. धूसर दिसणारी आकाशगंगा असंख्य ताऱ्यांनी भरलेली आहे असे सांगितले. ग्रह आणि तारे यांचे ढोबळपणे आकार मोजण्याचा प्रयत्न केला. आकाशातले सगळे तारे एकाच प्रचंड गोलाला चिकटले आहेत असे अॅरिस्टॉटलने वर्तवले होते आणि मानले जात होते. ते निरनिराळ्या अंतरावर असल्याचे गॅलीलिओने निरीक्षणांवरून सिध्द करून दाखवले.

गॅलीलिओला खगोलशास्त्राची खूप आवड होती आणि त्याने गणितातही प्राविण्य मिळवले होते. त्याने कोपरनिकस आणि केपलर यांनी केलेल्या संशोधनाचा आणि किचकट आकडेमोडीचा अभ्यास केला. त्यांनी मांडलेली सूर्यमालिकेची कल्पना गॅलीलिओला पटली आणि त्याने ती उचलून धरली. सूर्य एका जागी स्थिर असून पृथ्वी त्याच्याभोवती फिरते हे मत बायबलमधल्या काही ओळींच्या विरोधात जात होते. धर्मगुरूंनी ते खपवून घेतले नाही आणि गॅलीलिओने या विषयावरचे काम ताबडतोब थांबवावे असा आदेश दिला. त्याने तो आदेश पाळला आणि आपले मत बदलले नसले तरी ते उघडपणे मांडणे टाळले. तरीही सोळा वर्षांनंतर पुन्हा एकदा त्याच्यावर खटला भरून त्याला नास्तिकपणाच्या विचारांचा प्रसार करण्याच्या गुन्ह्यासाठी आजन्म स्थानबध्दतेची शिक्षा फर्मावली गेली.

भौतिकशास्त्र आणि अभियांत्रिकी या विषयांमध्येसुध्दा गॅलीलिओने मोलाची भर घातली. उंचावरून खाली पडत असलेल्या वस्तूंच्या गतीच्यासंबंधी त्याने केलेल्या निरीक्षणांचा आणि मांडलेल्या विचारांचा पुढे न्यूटनला उपयोग झाला. गॅलीलिओने ध्वनींची कंपनसंख्या आणि प्रकाशाचा वेग मोजण्याचे प्रयत्न केले. भूमिती आणि निरीक्षणासाठी लागणाऱ्या कंपॉसपासून ते दुर्बिण आणि सूक्ष्मदर्शक यंत्रापर्यंत अनेक प्रकारची उपकरणे गॅलीलिओने तयार केली, बाजारात विकली आणि संशोधनासाठी स्वतः वापरली.

या सर्वांपेक्षा अधिक मोलाची गोष्ट म्हणजे त्याने जगाला एक वैज्ञानिक दृष्टी दिली. त्याने प्रयोग, प्रात्यक्षिक आणि गणित यांची सांगड घालून कुठलाही तर्कशुध्द निष्कर्ष काढणे किंवा तपासून पाहणे आणि तो रूढ समजुतींना धक्का देणारा असला तरीही निर्भीडपणे आणि सुसंगतपणे मांडणे याची एक वैज्ञानिक चौकट घालून दिली. विज्ञान किंवा सायन्स आणि सायंटिफिक मेथड या शब्दांचा उपयोग गॅलीलिओच्या काळात होत नव्हता, ते रूढ व्हायला आणखी शंभर दीडशे वर्षे लागली असली तरी त्या विचारांना गॅलीलिओने आधी चालना दिली. त्यामुळे त्याला आधुनिक विज्ञानाचा जनक ही सार्थ पदवी दिली गेली.

कोपरनिकसचे संशोधन – सूर्यमालिका

सूर्यास्त होऊन काळोख पडल्यानंतर लक्षावधी चांदण्या आकाशात लुकलुकतांना दिसायला लागतात. सूर्यास्तानंतर पूर्व दिशेच्या क्षितिजापाशी चमकणाऱ्या चांदण्या पहाट होईपर्यंत पश्चिमेच्या क्षितिजापाशी जाऊन पोचलेल्या असतात आणि रात्रीच्या सुरुवातीला आभाळभर पसरलेल्या बहुतेक चांदण्या पहाट होईपर्यंत अस्ताला जाऊन त्यांच्या जागी वेगळ्याच चांदण्या आलेल्या असतात. ध्रुवतारा मात्र आपल्या जागी स्थिर असतो आणि सप्तर्षी, शर्मिष्ठा वगैरे कांही तारकापुंज त्याच्या आसपास दिसतात. गच्चीवर झोपणारा माणूस अंथरुणात पडल्या पडल्या एवढ्या गोष्टी पाहू शकतो. पण प्राचीन काळातील अनेक ऋषीमुनींनी वर्षानुवर्षे खर्ची घालून आकाशातल्या अगणित तारकांचे खूप बारकाईने निरीक्षण केले आणि त्यांचा सूक्ष्म अभ्यास केला. मेष, वृषभ, मिथुन आदि बारा राशी आणि अश्विनि, भरणी यासारखी सत्तावीस नक्षत्रे यांची योजना करून त्यांनी संपूर्ण आकाशगोलाचा एक प्रकारचा नकाशा तयार केला.

प्रत्येक राशी किंवा नक्षत्रामधली प्रत्येक चांदणी नेहमीच तिच्या स्थानावरच दिसते. पण मंगळ, बुध, गुरु, शुक्र आणि शनि हे पांच ग्रह मात्र आपापल्या गतीने स्वतंत्रपणे फिरतांना दिसतात. प्राचीन भारतीयांनी सूर्य आणि चंद्र यांची गणनासुध्दा ग्रहांमध्येच केली होती. त्यांनी सूर्य आणि चंद्र यांना अनुक्रमे पहिले आणि दुसरे स्थान दिले आणि राहू व केतु या नांवाचे दोन अदृष्य ग्रह धरून नवग्रह बनवले. आज रात्री जे ग्रह ज्या राशींमधल्या तारकांच्या सोबत दिसतात त्यांच्याच सोबत ते पुढच्या महिन्यात किंवा वर्षी दिसणार नाहीत. चंद्र तर रोजच सुमारे पाऊण तास उशीराने उगवतो आणि मावळतो आणि वेगळ्याच नक्षत्रासोबत असतो. सूर्याच्या प्रखर प्रकाशापुढे आकाशातल्या मिणमिणत्या चांदण्या दिवसा दिसत नाहीत, पण सूर्योदयाच्या आधी पूर्व दिशेच्या क्षितिजावर किंवा सूर्यास्ताच्या नंतर पश्चिमेला ज्या राशी दिसतात त्यावरून सूर्य कोणत्या राशीसोबत आहे याचा अंदाज करता येतो. तो सुमारे ३०-३१ दिवसांमध्ये रास बदलत असतो आणि वर्षभरात सगळ्या बारा राशींमधून फिरून पुन्हा पहिल्या राशीत परत येतो. हे चक्र विश्वाच्या निर्मितीपासून अव्याहत चालत आले आहे.

प्राचीन काळातल्या विद्वानांनी राशी आणि नक्षत्रांच्या संदर्भात सूर्य, चंद्र आणि या पाच ग्रहांच्या भ्रमणाचा अत्यंत बारकाईने अभ्यास करून त्यातल्या प्रत्येकाच्या गतींसंबंधी अचूक माहिती गोळा केली. त्या सर्वांच्या गति समान नसतातच, शिवाय त्या बदलत असतात. काही ग्रह मधूनच घूम जाव करून थोडे दिवस मागे मागे सरकतांना दिसतात. या चलनाला त्यांचे वक्री होणे असे नाव दिले गेले. पूर्वी आकाशातल्या ग्रहांची गणना स्वर्गातल्या देवतांमध्ये होत होती. ते सतत पृथ्वीवर लक्ष ठेऊन असतात आणि त्यांची कृपा किंवा अवकृपा झाल्यामुळे आपल्या आयुष्यात निरनिराळ्या चांगल्या किंवा वाईट घटना घडत असतात असा लोकांचा ठाम विश्वास होता. असे हे शक्तीशाली ग्रह त्यांना वाटले तर हळू चालतील नाही तर जलद, कधी वक्री होतील आणि कधी मार्गी लागत असतील. त्यावर जास्त चिकित्सा करायचे धाडस होत नसेल आणि कोणी तसे प्रयत्न केले असलेच तरी कदाचित ते संशोधन काळाच्या ओघात नष्ट होऊन गेले असेल. प्राचीन काळात खगोलशास्त्राचा विकास ग्रहताऱ्यांच्या सूक्ष्म निरीक्षणापर्यंत झाला होता, पण त्या निरीक्षणांची चिकित्सा करण्याचा फारसा प्रयत्न झाला नसावा. त्यापुढचा प्रवास ग्रहताऱ्याच्या स्थानांवरून शुभ अशुभ काळ ठरवणे, भविष्य वर्तवणे या दिशेने होत गेला.

ग्रीक मायथॉलॉजीमध्ये सुध्दा सूर्य, चंद्र आणि ग्रहांना देव किंवा देवी मानले गेले होते, पण ख्रिश्चन धर्माच्या प्रसारानंतर त्यांचे देवपण नाहीसे झाले. त्या धर्माच्या शिकवणीनुसार ईश्वराने हे सारे विश्व पृथ्वीवरील मनुष्यप्राण्यासाठी निर्माण केले असल्यामुळे सर्व तारे आणि ग्रह पृथ्वीभोवती फिरतात याबद्दल कोणाच्या मनात शंका नव्हती. साध्या नजरेला तसेच दिसते, टॉलेमीसारख्या प्रकांडपंडितांनी शेकडो वर्षांपूर्वी तसे लिहून ठेवले होते आणि शेकडो वर्षे तसे मानले जात होते.

आकाशातसुध्दा सगळेच काही दिसते तसे नसते असे काही जुन्या विद्वान शास्त्रज्ञांनाही वाटले होतेच. “ज्याप्रमाणे अनुलोमगतीने जाणारा आणि नावेत बसलेला मनुष्य अचल असा किनारा विलोम जातांना पाहतो, त्याप्रमाणे लंकेमध्ये अचल असे तारे पश्चिम दिशेस जातांना दिसतात.” असे आर्यभटीयामधल्या एका श्लोकात लिहिले आहे. आर्यभटाला स्वतःला ही कल्पना सुचली असेल किंवा कदाचित त्यापूर्वीच कुणीतरी मांडलेले मत त्याने वाचले किंवा ऐकले असेल. पण “प्रवह वायूकडून सतत ढकलला जाणारा सग्रह (ग्रहांसहित असा) भपंजर (तार्‍यांचे जाळे अथवा पिंजरा) (पूर्वेकडून) पश्चिमेकडे वाहून नेला जातो (किंवा तसा भास होतो).” असेही आर्यभटाने पुढच्या श्लोकात लिहिले आहे. “उदोअस्तुचे नि प्रमाणे…जैसे न चालता सूर्याचे चालणे…” असे एक उदाहरण ज्ञानेश्वरांनी दिले आहे. अशी आणखी उदाहरणेही असतील. प्राचीन काळातल्या लेखनांमध्ये अशा प्रकारचे काही सूचक उल्लेख मिळतात, पण त्यात पृथ्वी हा शब्द आलेला नाही किंवा तिच्या स्वतःभोवती फिरण्याबद्दल स्पष्ट विधान दिसत नाही. पृथ्वीच्या गिरकी घेण्यामुळे दिवस आणि रात्र होतात असे पूर्वीच्या काळी मानले जात असल्याचे दिसत नाही. जी विधाने मिळतात ती कशाच्या आधारावर केली गेली असतील याचा खुलासाही मिळत नाही. या शास्त्रज्ञ आणि विद्वानांचे या बाबतीतले शास्त्रीय ज्ञान परंपरागत पध्दतींमधून आपल्यापर्यंत येऊन पोचले नाही.

सोळाव्या शतकाच्या सुरुवातीच्या काळात पोलंड या देशात निकोलाय कोपरनिकस नावाचा एक विद्वान माणूस चर्चमध्ये सेवा करत होता. तो अत्यंत बुध्दीमान, अभ्यासू आणि चिकित्सक वृत्तीचा होता. त्याने इतर काही शास्त्रांबरोबर खगोलशास्त्राचाही छंद जोपासला होता आणि उपलब्ध ग्रंथांचा अभ्यास केला होता. पण प्रत्यक्ष केलेल्या निरीक्षणामधून त्याच्या चाणाक्ष नजरेला काही वेगळे दिसल्यामुळे त्यातल्या कांही गोष्टींबद्दल त्याच्या मनात शंका निर्माण झाल्या.

पोलंडसारख्या उत्तरेकडल्या देशात ध्रुवाचा तारा क्षितिजापासून बराच उंचावर दिसतो आणि सूर्य कधीच डोक्यावर येत नाही. डिसेंबरच्या अखेरीला तर तो उगवल्यावर तिरकस रेषेत थोडा वर येतो आणि तसाच तिरका खाली उतरत लवकरच अस्ताला जातो. त्यानंतर सतरा अठरा तासाच्या रात्रीमध्ये उगवून मावळणाऱ्या अनेक तारकांचे आकाशातले मार्ग निरखून पहायला मिळतात. कोपरनिकसने असे पाहिले की हे ग्रह तारे पूर्वेकडून सरळ पश्चिमेकडे जात नाहीत. ध्रुव ताऱ्याला केंद्रस्थानी ठेऊन मोठमोठी काल्पनिक वर्तुळे काढली तर सर्व तारे अशा वर्तुळाकार वाटांवरून मार्गक्रमण करत असतात असे त्याच्यातल्या गणितज्ञाच्या लक्षात आले. म्हणजेच हे सगळे तेजस्वी तारे एका लहानशा ध्रुवाभोंवती फिरतांना दिसतात. (आकृती १ पहा)

तारकांचा आकाशातला मार्ग

कोपरनिकसला हे जरा विचित्र वाटले. आपण स्वतःभोवती गिरकी घेतो तेंव्हा आपल्या आजूबाजूच्या स्थिर असलेल्या वस्तू आपल्याभोवती फिरत आहेत असे आपल्याला वाटते. त्याचप्रमाणे कदाचित हे तारे आपापल्या जागेवरच स्थिर रहात असतील आणि पृथ्वी स्वतःभोवती फिरत असली तर पृथ्वीवरून पहातांना आपल्याला मात्र ते तारे आकाशातून फिरतांना दिसत असतील असे होणे शक्य होते. अशाच प्रकारे स्वतःभोवती फिरत असतांना पृथ्वीचा जो अर्धा भाग सूर्याच्या समोर येत असेल तिथे दिवसाचा उजेड पडेल आणि उरलेला अर्धा भाग अंधारात असल्यामुळे तिथे रात्र असेल. (आकृति २)

दिवस रात्र

कोपरनिकसला हा विचार पूर्णपणे पटला आणि त्याने तो ठामपणे मांडून गणितामधून सिध्द करून दाखवला. भारतीय किंवा युरोपमधील इतर विद्वानांनी त्याच्या आधी तसे केलेही असले तरी ते सिध्दांत आता उपलब्ध नाहीत. कोपरनिकसने एवढ्यावर न थांबता पुढे जे संशोधन केले ते अत्यंत क्रांतिकारक होते. खरे तर त्यामुळेच त्याचे नांव अजरामर झाले.

कोपरनिकसने मांडलेल्या विचाराप्रमाणे आकाशातले असंख्य तारे आपापल्या जागी स्थिर आहेत असे मानले तरी सूर्य, चंद्र आणि इतर ग्रह तर तसे स्थिर दिसत नाहीत. ते एकेका राशीमधून पुढच्या राशीमध्ये जातांना दिसतातच. कोपरनिकस मुख्यतः त्यांच्या भ्रमणावर सखोल संशोधन करत होता. ते केंव्हा उगवतात किंवा मावळतात, कोणच्या राशीत किती अंशांवर दिसतात वगैरे या गोलकांच्या भ्रमणासंबंधी जेवढी माहिती मिळाली ती त्याने पिंजून काढली, वर्षानुवर्षे स्वतः निरीक्षणे करून ती पडताळून घेतली, त्यात नवी भर घातली आणि ती सगळी आंकडेवारी गणितामधून सुसंगतपणे मांडायचा प्रयत्न केला. पण त्यात अडचणी येत होत्या. सूर्यनारायण राशीचक्रामधून जवळजवळ समान वेगाने फिरतो. बुध हा ग्रह नेहमी सूर्याच्या मागे किंवा पुढे पण अगदी जवळ दिसतो आणि शुक्र हा ग्रह सुध्दा थोडा दूर जात असला तरी सूर्याच्या आगेमागेच असतो. हे दोन ग्रह एक तर पहाटे पूर्व दिशेला सूर्याच्या आधी उगवतात किंवा संध्याकाळी पश्चिम दिशेला काही वेळ चमकून मावळून जातात. ते कधीही मध्यरात्रीच्या वेळी आकाशात नसतात आणि कधीही डोक्यावर आलेले दिसत नाहीत. गुरु आणि शनि हे ग्रह अत्यंत संथ गतीने राशीचक्रामधून फिरत एक परिभ्रमण अनुक्रमे १२ आणि ३० वर्षांमध्ये पूर्ण करतात. मंगळ हा ग्रह बराच अनियमित दिसतो, तो कधी खूप तेजस्वी असतो तर कधी मंद वाटतो, कधी वेगाने पुढे सरकतो तर कधी वक्री होऊन मागे मागे सरकतो.

ग्रहांच्या बाबतीतली ही अनियमितता कोपरनिकसला आवडली नाही. ईश्वराने निर्माण केलेले हे अवघे विश्व अगदी निर्दोषच (पर्फेक्ट) असणार असा त्याचा विश्वास होता. पृथ्वीवरून आपल्याला हे ग्रह असे वेगाने किंवा सावकाश आणि वक्री किंवा मार्गी दिशांना फिरतांना दिसत असले तरी प्रत्यक्षात ते तसे नसू शकेल या विचाराने त्याला घेरले. त्याच्या आधी काही शास्त्रज्ञांनी हेलिओसेंट्रिक म्हणजे सूर्याला केंद्रस्थानी मानून विश्वाची कल्पना केली होती, त्या कल्पनेत तारेसुध्दा सूर्याभोंवती फिरतात असे गृहीत धरलेले होते, तिचा विस्तार केला नव्हता किंवा तिला सिध्द करून दाखवले नव्हते.

कोपरनिकसने फक्त सूर्य आणि ग्रह यांचा वेगळा विचार केला. त्यांचे भ्रमण पृथ्वीवरून कसे दिसते याची माहिती एकमेकांशी जुळवून पाहिली, बरीच किचकट आंकडेमोड केली, हे ग्रह पृथ्वीऐवजी जर सूर्यासभोवती फिरत असतील तर ते कोणत्या मार्गाने फिरतील याचा विचार केला. त्यातले बुध आणि शुक्र हे नेहमी सूर्याजवळ दिसणारे ग्रह त्याच्या जवळ राहून प्रदक्षिणा घालत असणार असे दिसत होते. गुरु व शनि यांना एकेका भ्रमणासाठी कित्येक वर्षे लागतात यावरून ते सूर्यापासून खूप दूर अंतरावरून फिरत असणार असे त्याला वाटले. मंगळ हा ग्रह त्या मानाने जवळ असावा. पृथ्वी आणि सूर्य हे गोल अवकाशात निरनिराळ्या ठिकाणी असतांना पृथ्वीवरून ते इतर ग्रह आकाशात कुठे कुठे दिसतील हे त्याने प्रयोग किंवा विचार करून पाहिले. कोपरनिकसच्या काळात पृथ्वी किंवा सूर्यापासून निरनिराळे ग्रह किती अंतरावर असतात ही माहिती उपलब्ध नसेलच. त्यामुळे त्याने अंदाजाने काही अंतरे गृहीत धरून पुन्हा पुन्हा गणिते मांडली असणार. बरेच प्रयत्न केल्यानंतर त्याला असे दिसले की जर पृथ्वी सूर्याभोंवती फिरत असली तर त्या ग्रहांच्या भ्रमणात बरीचशी सुसंगति आणता येते. त्याने हे गणितामधून सिध्द केले.

पण कोपरनिकसला हवे होते तितके तंतोतंत हिशोब लागत नसल्यामुळे त्या गणितामधून त्याचे स्वतःचे पूर्ण समाधान झाले नव्हते. त्याने सर्व ग्रहांच्या कक्षा वर्तुळाकार धरल्या होत्या पण त्या लंबवर्तुळाकार असल्यामुळे त्याची गणिते थोडी चुकत होती. शिवाय सूर्य आणि सगळे ग्रह पृथ्वीभोवतीच फिरतात ही प्रस्थापित समजूत मोडून काढून वेगळे काही तरी भलतेच सांगणे त्या काळात धार्ष्ट्याचे होतेच. कोपरनिकसला आपले समाजातले प्रस्थापित आदराचे स्थान सोडायचे नव्हते, त्याच्या स्वभावात बंडखोरपणा नसेलच. अशा अनेक कारणांमुळे त्याने कांही गाजावाजा न करता आपले सगळे संशोधन हस्तलिखित स्वरूपातच ठेवले आणि अगदी जवळच्या मोजक्या विश्वासू शिष्यांनाच ते दाखवले. कदाचित त्यांनासुध्दा ते खात्रीलायक वाटले नसेल किंवा त्यांच्या मनातही त्याबद्दल शंका असतील.

कोपरनिकस मृत्युशय्येवर पोचला असतांना यातल्या काही शिष्यांनीच पुढाकार घेऊन ते संशोधन पुस्तकरूपाने प्रसिध्द केले, पण वादविवाद टाळण्यासाठी तो एक किचकट गणितामधला तात्विक अद्भुत चमत्कार असल्याचे भासवल्यामुळे ते लगेच फारशा प्रकाशझोतात आले नाही. पुढील सुमारे शंभर दीडशे वर्षांच्या काळात होऊन गेलेल्या टायको ब्राहे, केपलर आणि गॅलिलिओ आदि शास्त्रज्ञांनी मात्र कोपरनिकसच्या लेखनाचा अभ्यास आणि पाठपुरावा केला, त्यासाठी छळसुध्दा सोसला आणि अधिक संशोधन करून त्यात अनेक सुधारणा केल्या. त्या काळात युरोपमधील सामाजिक परिस्थितीत बदल झाले, पोप आणि इतर धर्मगुरूंचा दरारा थोडा कमी झाला, नव्या संशोधकांसाठी अनुकूल वातावरण तयार झाले. त्यानंतरच्या काळात म्हणजे दीडदोनशे वर्षांनंतर कोपरनिकसने मांडलेल्या सूर्यमालिकेच्या कल्पनेला सर्वमान्यता मिळाली.

सूर्यमालिका

पृथ्वीच्या स्वतःभोवती फिरण्यामुळे दिवसरात्र होतात हा कोपरनिकसच्या सांगण्याचा एक भाग होता. सूर्य हा एक तारा असून तो आपल्या जागी स्थिर असतो आणि मंगळ, बुध, गुरु, शुक्र व शनि हे ग्रह त्याच्याभोंवती फिरतात, इतकेच नव्हे तर आपली पृथ्वीसुध्दा त्या सूर्याभोवती फिरते असे प्रतिपादन सर्वात आधी कोपरनिकसने त्याच्या लेखांमध्ये केले. हे ग्रह बुध, शुक्र, पृथ्वी, मंगळ, गुरु आणि शनि या क्रमाने सूर्यापासून दूर आहेत असे सांगितले. आज आपण ते चित्र मॉडेलमधून पाहू शकतो, पण त्या ग्रहांना सूर्याभोंवती फिरतांना प्रत्यक्षात पहायचे झाल्यास सूर्यमालिकेपासून कोट्यवधि किलोमीटर दूर जावे लागेल. तसे करणे आजही शक्यतेच्या कोटीत नाही. कोपरनिकसने पाचशे वर्षांपूर्वी पृथ्वीवरून आकाशाकडे पाहून केलेल्या निरीक्षणांवरून तसे ठामपणे सांगितले आणि फक्त गणिताच्या सहाय्याने ते सिध्द करून दाखवले यात त्याची विद्वत्ता आणि बुध्दीमत्ता दिसते. त्याने सूर्यमालिकेचे स्वरूप सांगितले असले तरी ते असे कां आहे याचे स्पष्टीकरण त्याच्याकडे नव्हते. सर आयझॅक न्यूटन यांनी ते दोनशे वर्षांनंतर दिले. दुर्बिणीमधून आकाशाचे संशोधन करणे सुरू झाल्यानंतरच्या काळात शनिच्याही पलीकडे युरेनस, नेपच्यून आणि प्लूटो अशा तीन ग्रहांचे शोध लागले. त्यातला प्लूटो आकाराने फारच लहान असल्याकारणाने आता त्याला ग्रह मानायचे नाही असे ठरवले गेले आहे.

चंद्र हा मात्र पृथ्वीभोवतीच फिरणारा एक गोल आहे याबद्दल सर्व शास्त्रज्ञांचे एकमत झालेले होते. पण एकटा तोच असा का फिरतो याचे गूढ वाटत होते. गॅलिलिओ या शास्त्रज्ञाने दुर्बिणीमधून निरीक्षणे करून गुरु या ग्रहाभोंवती फिरणारे उपग्रह असतात हे सिध्द केले. त्यावरून उपग्रह या संकल्पनेला मान्यता मिळाली. त्यानंतर इतर ग्रहांभोवती फिरत राहणारे अनेक चंद्र (उपग्रह) सापडत गेले आणि सूर्यमालिकेत भर पडत गेली. अचानक प्रगट होणारे धूमकेतूसुध्दा सूर्याभोवती फिरतात हे सिध्द केले गेल्यानंतर धूमकेतूंचाही समावेश सूर्यमालिकेत होत गेला. मंगळ आणि गुरु यांच्या दरम्यान असंख्य छोट्या छोट्या अॅस्टेरॉइड्सचे एक विशाल कडे असलेले दिसले. सूर्य, ग्रह, उपग्रह, अॅस्टेरॉइड्स, धूमकेतू वगैरे मिळून आपली सूर्यमालिका होते. अशा अगणित मालिका या विश्वात आहेत यावरून ते किती विशाल आहे याची कल्पना येते.