तुम्ही लहानपणी जत्रेतून घेतलेला तो लाल रंगाचा लेझर दिवा आठवतोय? एक छोटासा सेल टाकून बटन दाबले, की त्याची लाल ठिपक्याची रेघ कित्येक किलोमीटर लांब असलेल्या भिंतीवर जाऊन चकाकायची! आपल्या घरातला साधा टॉर्च लावला की त्याचा प्रकाश काही अंतरावरच पसरून धूसर होतो, मग या लेझरच्या प्रकाशात अशी कोणती जादू असते जी त्याला अजिबात पसरू देत नाही?
हा साधा खेळण्यातील दिवा वाटत असला, तरी याच्या मागे दडलेले आहे क्वांटम फिजिक्सचे एक अत्यंत शक्तिशाली रहस्य!
मागील भागात आपण पाहिले की क्वांटम एन्टँगलमेंटच्या भुताटकीच्या खेळाने संगणक विश्वात कशी क्रांती आणली आहे. आज आपण पाहणार आहोत की क्वांटम नियमांना जेव्हा आपण प्रकाशाच्या गराड्यात उतरवतो, तेव्हा मानवाच्या हाती 'लेझर' (LASER) सारखे एक अमोघ अस्त्र कसे लागते.
या शोधाची सुरुवात सुद्धा थेट अल्बर्ट आयन्स्टाईन यांच्या एका संकल्पनेतून झाली होती. आयन्स्टाईन यांनी १९१७ मध्ये एक गणित मांडले होते. आपण तिसऱ्या भागात पाहिले की अणूच्या आत असलेला इलेक्ट्रॉन जेव्हा वरच्या कक्षेतून खालच्या कक्षेत उडी मारतो, तेव्हा तो स्वतःहून प्रकाशाचा एक कण (फोटॉन) बाहेर टाकतो. याला वैज्ञानिक 'स्पॉन्टेनियस एमिसन' म्हणतात. आपल्या घरातील नेहमीचे बल्ब याच नियमाने चालतात, जिथे कोट्यवधी इलेक्ट्रॉन वेगवेगळ्या वेळी, वेगवेगळ्या दिशांना आणि वेगवेगळ्या रंगांचे फोटॉन बाहेर टाकतात. त्यामुळे हा प्रकाश विस्कळीत होतो.
पण आयन्स्टाईन यांनी एक भन्नाट कल्पना मांडली—जर एखादा इलेक्ट्रॉन आधीच वरच्या कक्षेत असेल, आणि आपण बाहेरून नेमकी तितकीच ऊर्जा असलेला एक फोटॉन त्याच्याजवळ पाठवला, तर तो फोटॉन त्या इलेक्ट्रॉनला खाली उडी मारण्यासाठी भाग पाडतो!
या प्रक्रियेला 'स्टिम्युलेटेड एमिशन' (Stimulated Emission) म्हणतात. जादू म्हणजे, जेव्हा तो इलेक्ट्रॉन खाली उडी मारतो, तेव्हा तो आधीच्या फोटॉनसारखाच हुबेहूब दिसणारा, त्याच रंगाचा, त्याच दिशेने जाणारा आणि त्याच गतीने चालणारा दुसरा फोटॉन बाहेर टाकतो! हे अगदी एकाच वेळी जुळ्या भावांनी कदमताल करत चालण्यासारखे आहे.
१९६० च्या दशकात शास्त्रज्ञांनी आयन्स्टाईन यांच्या याच क्वांटम सिद्धांताचा वापर करून प्रयोगशाळेत एका विशिष्ट काचेच्या किंवा वायूच्या नळीमध्ये कोट्यवधी अणूंना एकाच वेळी वरच्या कक्षेत नेऊन ठेवले (याला पॉप्युलेशन इन्व्हर्जन म्हणतात). त्यानंतर जेव्हा एक फोटॉन सोडला गेला, तेव्हा त्याने दुसऱ्याला, दुसऱ्याने तिसऱ्याला असे करत फोटॉनची एक प्रचंड मोठी आणि शिस्तबद्ध 'फौज' तयार केली! याच फौजेला आपण म्हणतो 'LASER' (Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation).
लेझरचा प्रकाश हा 'कोहेरंट' (Coherent) असतो, याचा अर्थ त्याचे सर्व कण एकाच तालात, एकाच लहरीवर चालतात. म्हणूनच हा प्रकाश कित्येक किलोमीटर गेला तरी आपली शक्ती गमावत नाही की पसरत नाही.
आज लेझर तंत्रज्ञान आपल्या आयुष्याचा इतका अविभाज्य भाग बनले आहे की त्याशिवाय आधुनिक जग थांबेल!
वैद्यकीय क्षेत्र: डोळ्यांचे ऑपरेशन (Lasik) असो किंवा शरीरातील ट्यूमर काढणे, लेझरच्या मदतीने डॉक्टर एका रक्ताचा थेंबही न सांडता अत्यंत सूक्ष्म शस्त्रक्रिया करतात.
उद्योग जगतात: हिऱ्यासारख्या जगातील सर्वात कठीण पदार्थाला अचूक आकार देणे किंवा जाड लोखंडी पत्रे कापण्यासाठी लेझर कटर वापरले जातात.
इंटरनेट आणि डेटा: तुम्ही सुपरमार्केटमध्ये जाता तेव्हा बारकोड स्कॅनर लेझरवर चालतो. एवढेच नाही तर महासागरांच्या तळाशी पसरलेल्या ऑप्टिकल फायबर केबल्समधून लेझरच्या स्वरूपातच इंटरनेटचा डेटा सेकंदाला करोडो किलोमीटरचा प्रवास करतो!
मॅक्स प्लँक यांनी उष्णतेच्या कणांमधून शोधलेले क्वांटमचे नियम आज लेझरच्या रूपाने मानवाच्या हातातील सर्वात अचूक आणि शक्तिशाली प्रकाश बनले आहेत.
पण ही लेखमाला इथेच संपत नाही! सुरुवातीला मी ही लेखमाला सहा भागांची ठरवली होती, पण क्वांटमचे हे अथांग विश्व पाहता आता ती नऊ भागांची झाली आहे. आता पुढच्या म्हणजेच शेवटच्या भागात आपण पाहणार आहोत की हे लेझर, हे ट्रान्झिस्टर आणि क्वांटम एन्टँगलमेंट एकत्र करून आपला 'भारत' देश जगाच्या पाठीवर 'नॅशनल क्वांटम मिशन'द्वारे काय इतिहास रचत आहे!
प्रकाश कणांच्या या शिस्तबद्ध फौजेची म्हणजेच लेझरची क्वांटम कथा वाचून तुम्हाला भारतीय विज्ञानाच्या उज्ज्वल भविष्याबद्दल काय वाटते?
©संतोष कारखानीस
#QuantumPhysics #LaserTechnology #EinsteinTheory #QuantumScience #MarathiScience #TechInnovation
No comments:
Post a Comment