उद्दिष्ट:

मराठीमध्ये लिहिण्याची प्रेरणा ही स्वतःच्या अनुभवातून आली. माझा आत्तापर्यंतचा हा विज्ञानार्जनाचा प्रवास अतिशय सुखद आणि आनंददायी झाला. या प्रवासाच्या प्रत्येक टप्प्यात विश्वाबद्दल जाणून घेण्याची उत्सुकता आणि त्या उत्सुकतेचा टप्याटप्यात होत आलेला उलगडा हे त्या आनंदाचे स्त्रोत होते. पण या सर्वाची सुरुवात मी शाळेत असताना माझ्या हाती पडलेल्या ‘किमयागार’ व ‘मला उत्तर हवंय’ यासारख्या मराठी पुस्तकातून झाली. त्यावेळी इंग्लीशचा इतका परिचय नव्हता आणि तेंव्हा जर मला ही मराठीतली पुस्तकं मिळाली नसती, तर माझा हा प्रवास सुरूच झाला नसता! भाषेचा अडथळा हा कुतुहल आणि उत्सुकतेची तहान भागवण्यामागे नसावा यासाठी मराठी लिखाणाचा हा एक प्रयत्न.

माझे संशोधन:

संक्षिप्तपणात सांगायचे तर माझे संशोधन भौतिकशास्त्रातील काही मूलभूत प्रश्न सोडवण्यासाठी वेगवेगळ्या संगणकीय साधनांचा कसा वापर करता येईल ते शोधून काढणे.

कोणते मूलभूत प्रश्न आणि कोणती साधनं ही समजून घेण्यासाठी पहिल्यांदा विज्ञानाच्या इतिहासाचा एक थोडक्यात आढावा घेतो, त्याआधारे सध्याच्या भौतिकशास्त्रज्ञातील प्रश्न कोणते व त्यांचा काय उपयोग हे समजावण्याचा प्रयत्न करतो, आणि शेवटी माझे संशोधन या मोठ्या चित्रात कसे बसते त्याबद्दल सांगतो.

हे विश्व कशापासून बनले आहे, हा प्रश्न माणसाला नेहमीच पडलेला आहे. माणसाच्या इतिहासात या प्रश्नाचे उत्तर “पदार्थ हे अतिसूक्ष्म कणांपासून बनलेले असतात” असे दिले गेले. अनेक प्राचीन संस्कृतींमध्ये याचा उल्लेख केला आहे. कणाद ऋषीनी याचा उल्लेख वैशेषिक सूत्रात केला, तर ग्रीकांनी त्यांना अटॉमोस, म्हणजे अविभाज्य, असे म्हटले.

हे तत्त्वज्ञान हजारो वर्ष टिकून राहिले. पण खरंच अतिसूक्ष्म कण अविभाज्य आहेत का या प्रश्नाकडे 19 व्या शतकाच्या सुरुवातीला वेगळ्या दृष्टिकोनाने बघण्याची सुरुवात युरोपात झाली. हा दृष्टिकोन म्हणजे “वैज्ञानिक सिद्धांत (scientific theory)”. वैज्ञानिक सिद्धांताच्या मूलभूत पायऱ्या म्हणजे: सिद्धांत (hypothesis), अनुमान (inference), आणि प्रयोग (experiment). यानुसार, एखादा प्रश्न समजून घेण्यासाठी पहिल्यांदा त्याबद्दलचा सिद्धांत मांडला जातो. नंतर या सिद्धांताच्या आधारावर काही अनुमान बांधले जातात. हे अनुमान गणिताद्वारे किंवा तर्काद्वारे काढले जातात. शेवटी या अनुमानांवर आधारित प्रयोग केले जातात की जे या अनुमानांना चुकीचे किंवा बरोबर ठरवतात. जर प्रयोगाचे निष्कर्ष हे अनुमानांना चुकीचे ठरवणारे असतील तर सिद्धांतामध्ये बदल घडवून पुन्हा नवीन अनुमान बांधण्यात येतात आणि परत नवीन प्रयोग करण्यात येतात. पण जर का प्रयोगाचे निष्कर्ष हे अनुमानांना बरोबर म्हणणारे असतील तर ज्या सिद्धांतावरून ते अनुमान मांडले गेले त्यांना सत्य मानण्यात येत आणि त्या आधारे अजून नवीन अनुमान बांधण्यात येतात की ज्याची पडताळणी परत प्रयोगाद्वारे करता येईल. विज्ञानाची प्रगती म्हणजे या चक्रातून सतत जाणे आणि सिद्धांतांमध्ये भर घालत जाऊन सत्याचा शोध लावणे.

वैज्ञानिक सिद्धांतानुसार “विश्व कशापासून बनलेले आहे” या प्रश्नाकडे पाण्याची पहिली पायरी “हेनरी कॅवेंडिश (Henry Cavendish)” या ब्रिटिश शात्रज्ञाने रचली. त्याने प्रयोगाद्वारे पाण्याचे घटक वेगळे करून त्यापासून हायड्रोजन आणि ऑक्सिजन बनवले. त्यामुळे प्राचीन ग्रीक आणि भारतीय संस्कृतीमध्ये जे पदार्थ मूलभूत समजले जात होते, ते आता मूलभूत नाही राहिले. यानंतर “लाव्हूझे (Lavoisier)” या फ्रेंच शास्त्रज्ञाने पदार्थाचे वस्तुमान कायम राहते असा सिद्धांत मांडला. या सिद्धांताधारे त्याने अनेक पदार्थांचे विघटन केले आणि दाखवून दिले की विघटन केलेल्या पदार्थांच्या वस्तुमानाची बेरीज ही सुरुवातीच्या पदार्थाच्या वस्तुमानाएवढी होती. त्यानुसार त्यांनी असे दाखवले की पाण्यापासून हायड्रोजन आणि ऑक्सिजन वेगळे केल्यानंतर त्या हायड्रोजन आणि ऑक्सिजन चे अजून पुढे विघटन करता येत नाही. त्याने मग मूलद्रव्य म्हणजे असे पदार्थ ज्यांचे विघटन करता येत नाही, अशी मूलद्रव्यांची व्याख्या केली. तिथून पुढे मग मूलद्रव्य कोणते याचा शोध सुरू झाला. मेंडेलिव्ह (Mendeleev) या रशियन शास्त्रज्ञाने त्यांचे वर्गीकरण केले आणि काही न शोधलेल्या मूलद्रव्यांचा अंदाज लावला. मेंडेलीव्हच्या अंदाजानुसार त्यातली काही मूलद्रव्ये नंतरच्या काळात सापडले.

या सर्व मूलद्रव्यांमध्ये हायड्रोजन हे सगळ्यात हलके मूलद्रव्य होते आणि त्यापेक्षा हलके अजून काही सापडले नव्हते. त्यामुळे, अशी समजूत होती की मूलद्रव्यांचे विघटन होऊ शकत नाही, आणि हायड्रोजन हे सगळ्यात हलके मूलद्रव्य आहे. पण 1898 मध्ये “जे जे थॉमसन (J. J. Thomson)” या ब्रिटिश शास्त्रज्ञाने कॅथोड रे ट्यूब या उपकरणाद्वारे एक नवीन मूलभूत कण शोधून काढला ज्याचे वस्तुमान हायड्रोजनपेक्षा जवळपास हजार पटीने कमी होते. हा मूलभूत कण म्हणजे इलेक्ट्रॉन ज्याच्यामुळे आजचं सगळं इलेक्ट्रॉनिक्स उपकरणं शक्य झाली. आणि ज्या कॅथोडे ट्यूब चा वापर इलेक्ट्रॉन शोधण्यात केला त्यातून पुढे टीव्हीचा शोध लागला.

इलेक्ट्रॉनच्या शोधामुळे असे कळाले की मूलद्रव्यांपेक्षा पण हलकी गोष्ट या विश्वामध्ये आहे. मग हा प्रश्न पडला की हे हलके कण मूलद्रव्यांमध्ये कसे पसरलेले आहे. या प्रश्नाचे उत्तर शोधण्यासाठी “रदरफोर्ड (Rutherford)” या थॉमसनच्या शिष्याने एक नवीन युक्ती काढली. त्याने असा विचार केला की जर का हलक्या कणांचा मारा मूलद्रव्यांवर केला तर ते हलके कण कशा पद्धतीने विखुरले जातील याचा अभ्यास करून मूलद्रव्यांची अंतर्गत रचना समजून घेता येईल. या प्रयोगाने त्याने असे दाखवून दिले की मूलद्रव्यांच्या अणूतील बहुतांशी जागा ही रिकामी आहे आणि त्याचे जवळपास सगळे वस्तुमान एका केंद्रकामध्ये केंद्रित झालेले आहे. या केंद्रकाला त्याने अणुकेंद्र असे म्हटले आणि दाखवून दिले की हे केंद्र धनप्रभारित आहे. त्याने मग धन केंद्रकापासून सगळ्यात छोटा धनकेंद्रित मूलभूत कण बाजूला केला त्याला त्याने प्रोटॉन (proton) असे नाव दिले.

पण रुदरफोर्डची खरी  हुशारी ही त्याने वापरलेल्या पद्धतीमध्ये होती. ही पद्धत म्हणजे दोन पदार्थांची जोरात टक्कर केली की त्यातून जे बाहेर पडते त्याचा अभ्यास करून आपल्याला पदार्थांची अंतर्गत रचना समजून घेता येते. या पद्धतीचा वापर नंतर प्रोटॉनची अंतर्गत रचना समजून घेण्यासाठी करण्यात आला. प्रोटॉनचे वस्तुमान हे इलेक्ट्रॉनच्या वस्तुमानापेक्षा हजार पटीने जास्त होते. मग हा प्रश्न विचारात आला की हे प्रोटॉन कशापासून बनलेले आहेत का? याचे उत्तर शोधण्यासाठी स्टॅनफर्ड (Stanford) या अमेरिकेतल्या विद्यापीठांमध्ये 1968-1971 दरम्यान केलेल्या प्रयोगात इलेक्ट्रॉनचा जोरदार मारा या प्रोटॉन्स वरती करण्यात आला आणि त्यातून विखुरणाऱ्या इलेक्ट्रॉनचा अभ्यास करून असे कळाले की प्रोटॉन्स हे अजून छोट्या घटकांपासून बनलेले आहेत. त्यांना क्वार्क असे नाव देण्यात आले. तिथून पुढच्या दोन ते तीन दशकांमध्ये याच पद्धतीचा वापर करून वेगवेगळ्या कणांमधील टक्कर घडवून इतर मूलभूत कणांचा शोध लागला. सध्याच्या ज्ञानानुसार विश्व हे 17 मूलभूत कणांपासून बनलेले आहे. या कणांचे वर्गीकरण खाली दिलेल्या टेबल मध्ये दाखवले आहे. हे वर्गीकरण कसे आहे आणि कोणते कोणते कण आहेत हे आता आपण समजून घेऊ.