Quantum Physics : भाग २: प्रकाशाचे ते अजब रूप आणि एका कारकुनाचा चमत्कार

 तुम्ही आजपर्यंत ऐकले असेल की प्रकाश हा पाण्याच्या लाटेसारखा प्रवास करतो. पण जर मी तुम्हाला सांगितले की प्रकाश हा वास्तविक पाहता लहान लहान गोळ्यांसारखा तुमच्यावर आदळतो, तर तुमचा विश्वास बसेल का?

मागील लेखात आपण पाहिले की मॅक्स प्लँक यांनी ऊर्जेचे छोटे छोटे तुकडे असतात हे शोधून भौतिकशास्त्रात एक खळबळ माजवून दिली होती. त्यांनी पेटवलेली ती वात पुढे घेऊन जाण्याचे काम एका अतिशय सामान्य वाटणाऱ्या तरुणाने केले.

वर्ष होते १९०५. स्वित्झर्लंडच्या एका पेटंट ऑफिसमध्ये एक २६ वर्षांचा तरुण तिसऱ्या श्रेणीचा कारकून म्हणून काम करत होता. त्याला कुठेही प्राध्यापकाची नोकरी मिळत नव्हती. दिवसा पेटंटचे अर्ज तपासायचे आणि रात्री खोलीत बसून विज्ञानाचा अभ्यास करायचा, हा त्याचा दिनक्रम होता. पण याच वर्षात त्याने चार असे संशोधन पेपर प्रसिद्ध केले, ज्यांनी विज्ञानाचा इतिहास बदलला. हा तरुण दुसरा कोणी नसून अल्बर्ट आईन्स्टाईन होता!

आईन्स्टाईन एका वेगळ्याच समस्येचा अभ्यास करत होते, ज्याचे नाव होते फोटोइलेक्ट्रिक इफेक्ट. जेव्हा प्रकाशाची किरणे विशिष्ट धातूवर पडतात, तेव्हा त्या धातूधून इलेक्ट्रॉन (म्हणजे विजेचे छोटे कण) बाहेर फेकले जातात. जुन्या नियमांनुसार, प्रकाश जर एक लाट असेल, तर जितका प्रखर आणि मोठा प्रकाश टाकाल, तितक्या वेगाने इलेक्ट्रॉन बाहेर पडायला हवे होते. पण प्रयोगात काहीतरी उलटेच घडत होते!

तुम्ही कितीही मोठा आणि प्रखर लाल रंगाचा प्रकाश टाकला, तरी एकही इलेक्ट्रॉन बाहेर सापडत नव्हता. पण अगदी मंद असलेला जांभळा प्रकाश टाकला, की इलेक्ट्रॉन लगेच बाहेर उडायचे! हे कसे शक्य होते? लाटेच्या नियमाने याचे उत्तर देणे अशक्य होते.

इथे आईन्स्टाईन यांनी एक अत्यंत धाडसी विचार मांडला. प्लँक यांनी फक्त ऊर्जेच्या उत्सर्जनासाठी तुकड्यांचा विचार केला होता, पण आईन्स्टाईन म्हणाले की प्रकाश स्वतःच मुळात छोट्या पाकिटांच्या स्वरूपात प्रवास करतो! या प्रकाशाच्या पाकिटांना पुढे जाऊन फोटॉन हे नाव देण्यात आले.

जांभळ्या प्रकाशाच्या एका फोटॉनमध्ये लाल प्रकाशाच्या फोटॉनपेक्षा जास्त ऊर्जा असते. जेव्हा हा फोटॉन धातूतील इलेक्ट्रॉनवर आदळतो, तेव्हा त्यांच्यात एकीस-एक अशी लढत होते. जांभळा फोटॉन आपल्या ताकदीने इलेक्ट्रॉनला एका झटक्यात बाहेर काढतो. पण लाल फोटॉन कितीही संख्येने आले, तरी त्यांच्यात ती ताकद नसते. जसे की एक मजबूत धक्का जे काम करू शकतो, ते हजारो हलके स्पर्श करू शकत नाहीत!

या शोधामुळे विज्ञान जगतात एक भयंकर गोंधळ उडाला. प्रकाश हा लाट आहे हे थॉमस यंग आणि मॅक्सवेल यांनी आधीच हजारो प्रयोगांतून सिद्ध केले होते. आणि आता आईन्स्टाईन म्हणत होते की प्रकाश हा कणांचा समूह आहे! दोन्ही गोष्टी एकाच वेळी कशा खऱ्या असू शकतात? यालाच विज्ञानात वेव्ह-पार्टिकल ड्युअॅलिटी म्हणजेच लहरी आणि कणांचे दुहेरी रूप म्हटले गेले. निसर्गाचे हे पहिले विचित्र रूप होते.

स्वतः मॅक्स प्लँक यांनाही आईन्स्टाईनचा हा विचार पटला नव्हता. त्यांनी आईन्स्टाईनची शिफारस करताना लिहिले होते की, आईन्स्टाईन हा उत्तम शास्त्रज्ञ आहे, पण प्रकाशाच्या कणांचा त्याचा विचार चुकीचा आहे! पण आईन्स्टाईन बरोबर होते आणि याच शोधासाठी त्यांना पुढे नोबेल पुरस्कार मिळाला.

आता प्रकाश तर दुहेरी रूप दाखवू लागला होता. पण मग आपल्या अवतीभवती असणारे पदार्थ आणि अणूचे काय? अणूच्या आत नक्की काय चालले होते? जेव्हा वैज्ञानिकांनी अणूच्या आत डोकावून पाहिले, तेव्हा त्यांना समजले की अणू स्थिर राहणेच असत्य आणि अशक्य आहे! अणूचा हा विनाश रोखण्यासाठी एका शांत डॅनिश शास्त्रज्ञाने निसर्गाचे सर्व जुने नियम मोडीत काढले. तो अजब नियम काय होता?

प्रकाशाचे हे दुहेरी रूप ऐकून तुम्हाला निसर्गाच्या रचनेबद्दल आश्चर्य वाटते का?

©संतोष कारखानीस

#QuantumPhysics #AlbertEinstein #Photon #ScienceStory #MarathiScience