Quantum Physics : भाग ३: अणूचे कोसळणारे घर आणि नील बोरचा अजब नियम

 विचार करा की आपले घर अचानक काही सेकंदात स्वतःहून नष्ट झाले तर? आपल्या विश्वातील प्रत्येक अणू classical भौतिकशास्त्राच्या नियमांनुसार काही मायक्रोसेकंदात नष्ट व्हायला हवा होता, पण आपण सुरक्षित आहोत! हे कसे घडले?

मागील लेखात आपण पाहिले की अल्बर्ट आईन्स्टाईन यांनी प्रकाशाचे दुहेरी रूप म्हणजेच तो लहरी आणि कण दोन्ही आहे हे सिद्ध केले होते. आता विज्ञानाची लढाई अणूच्या अंतर्गत संरचनेकडे वळली होती.

१९११ च्या सुमारास अर्नेस्ट रुदरफोर्ड नावाच्या शास्त्रज्ञाने एक प्रसिद्ध प्रयोग केला. सोन्याच्या अतिशय पातळ पापुद्र्यावर त्यांनी लहान कणांचा मारा केला. त्यांना असे आढळले की अणूचा बहुतेक भाग हा पोकळ आहे आणि त्याच्या केंद्रस्थानी एक अत्यंत लहान पण वजनदार भाग आहे, ज्याला न्यूक्लियस (केंद्रक) म्हटले गेले. आणि इलेक्ट्रॉन या केंद्रकाभोवती फिरत असतात. हे अगदी आपल्या सूर्यमालेसारखे दिसत होते, जिथे सूर्य केंद्रस्थानी असतो आणि ग्रह भोवती फिरतात.

पण यात एक फार मोठी अडचण होती. जुन्या भौतिकशास्त्राच्या नियमांनुसार, जेव्हा कोणताही विजेचा कण वर्तुळाकार गतीने फिरतो, तेव्हा तो स्वतःची ऊर्जा प्रकाशाच्या स्वरूपात बाहेर टाकतो. जर इलेक्ट्रॉन केंद्रकाभोवती फिरताना सतत ऊर्जा गमावत राहिला, तर तो गोल फिरत फिरत शेवटी केंद्रकावर जाऊन आदळायला हवा होता!

हिशोह केला तर अवघ्या एका सेकंदाच्या अब्जाव्या भागात विश्वातील प्रत्येक अणू स्वतःला नष्ट करून बसला असता. पण तसे होत नाही. तुम्ही, मी, तारे, संपूर्ण ब्रह्मांड स्थिर आहे. मग रुदरफोर्डच्या मॉडेलमधील ही चूक कशी सुधारायची?

इथे एंट्री झाली नील बोर या डॅनिश शास्त्रज्ञाची. नील बोर हे अत्यंत शांत, सावकाश विचार करणारे पण अचूक निर्णय घेणारे शास्त्रज्ञ होते. बोर यांनी जुन्या नियमांमध्ये दुरुस्ती करण्याचा प्रयत्न केला नाही. त्यांनी थेट सांगितले की, अणूच्या आत जुने नियम लागूच होत नाहीत! निसर्गाचे तिथे वेगळेच नियम आहेत.

१९१३ मध्ये बोर यांनी एक नवीन सिद्धांत मांडला. त्यांनी सांगितले की इलेक्ट्रॉन केंद्रकाभोवती कुठेही फिरू शकत नाहीत. त्यांच्यासाठी काही ठराविक कक्षा (orbits) ठरवून दिलेल्या आहेत. जोपर्यंत इलेक्ट्रॉन आपल्या ठरलेल्या कक्षेत फिरत असतो, तोपर्यंत तो कोणतीही ऊर्जा बाहेर टाकत नाही!

इलेक्ट्रॉन पहिल्या कक्षेत असू शकतो किंवा दुसऱ्या कक्षेत असू शकतो, पण तो दीड किंवा अडीच व्या कक्षेत कधीच असू शकत नाही. यालाच क्वांटाइज्ड कक्षा म्हणतात. जेव्हा इलेक्ट्रॉनला वरच्या कक्षेत जायचे असते, तेव्हा तो ऊर्जेचे एक पाकीट शोषून घेतो आणि थेट तिथे उडी मारतो. आणि जेव्हा तो खाली येतो, तेव्हा तो नेमकी तितकीच ऊर्जा प्रकाशाच्या स्वरूपात बाहेर टाकतो.

या उडीलाच वैज्ञानिक भाषेत क्वांटम लीप किंवा क्वांटम जंप म्हणतात. इलेक्ट्रॉन एका कक्षेतून दुसऱ्या कक्षेत जाताना मधल्या जागेतून प्रवास करत नाही, तो एका जागेवरून नाहीसा होतो आणि थेट दुसऱ्या जागेवर प्रकट होतो! हे ऐकायला जादू वाटेल, पण हायड्रोजन गॅसमधून निघणाऱ्या प्रकाशाचा अभ्यास केला असता, बोर यांचे हे गणित अगदी तंतोतंत खरे ठरले.

बोर यांनी अणूला स्थिर तर केले, पण शास्त्रज्ञांना एक नवीन प्रश्न पडला. इलेक्ट्रॉन केवळ ठराविक कक्षांमध्येच का फिरू शकतो? तो मधल्या जागेत का राहू शकत नाही? याचे उत्तर शोधण्यासाठी एका खऱ्याखुऱ्या राजपुत्राने विज्ञानाच्या मैदानात उडी घेतली आणि एक भन्नाट विचार मांडला. तो राजपुत्र कोण होता?

एका कक्षेतून गायब होऊन दुसऱ्या कक्षेत प्रकट होणाऱ्या इलेक्ट्रॉनची ही जादू तुम्हाला कशी वाटली?

©संतोष कारखानीस

#QuantumPhysics #NielsBohr #AtomStructure #ScienceInMarathi #MarathiWriter