Discovery of the Atomic Nucleus – शोध अणुगर्भाचा!

Discovery of the Atomic Nucleus : आपण सभोवताली पाहत असलेले हे संपूर्ण विश्व, डोंगर, नद्या, अथांग समुद्र, झाडे, प्राणी आणि आपण स्वत:ही ज्या अतिसूक्ष्म घटकांनी बनलो आहोत, तो घटक म्हणजे ‘अणू’ (Atom)! सूक्ष्म धूलिकण पाहून प्राचीन मानवालाच हे विश्व सूक्ष्म कणांपासून बनले आहे याची जाणीव होऊ लागली होती.

कणादासारख्या भारतीय तत्ववेत्त्यांनी अणूची संकल्पना सैद्धांतिक पातळीवर मांडली असली तरी प्रत्यक्षात अणू डोळ्यांनाही दिसू शकत नाही याची त्यांना कल्पना नव्हती. एवढेच नाही तर अणूच्यांही आत एक विशाल पोकळी असून त्यातही अतिसूक्ष्म परमाणू असतात, याची कल्पना असण्याचेही कारण नव्हते. कारण तशी साधनेही नव्हती. ग्रीक तत्त्वज्ञ डेमोक्रिटसने अणूला अविभाज्य कण मानले होते. १८०८ मध्ये जॉन डाल्टन या वैज्ञानिकाने अणूचा आधुनिक सिद्धांत मांडताना सांगितले की, अणू हा एखाद कडक लाकडी किंवा धातूच्या गोळ्यासारखा असतो, ज्याचे विभाजन करता येत नाही.

विसाव्या शतकाच्या सुरुवातीपर्यंत अणू हाच द्रव्याचा सर्वात लहान आणि अविभाज्य कण आहे, असाच जगाचा समज होता. पण, या सूक्ष्म अणूच्याही पोटात एक महाकाय रहस्य दडलेले आहे आणि त्याच्या अगदी केंद्रस्थानी संपूर्ण अणूचे हृदय म्हणजेच ‘अणुगर्भ’ धडधडत आहे, याचा शोध लागला आणि मानवजातीच्या विज्ञानाची आणि राजकारणाचीही दिशा कायमची बदलून गेली. १८९७ मध्ये जे. जे. थॉमसनने अणूतील इलेक्ट्रॉन या ऋणात्मक भार असलेल्या सूक्ष्म कणाचा शोध लावला. त्यांनी अणूची तुलना आपल्याकडच्या कलिंगडाशी केली. कलिंगडाच्या लाल भागात जशा काळ्या बिया पसरलेल्या असतात, तसेच धनप्रभारित अणूंमध्ये ऋणभारीत इलेक्ट्रॉन पसरलेले असतात असे थॉमसनने मानले. परंतु, अणूचे केंद्र नेमके कसे असते हे रहस्य अजूनही अस्पष्टच होते.

अणूच्या पोटात काय दडले आहे हे शोधण्याचे ऐतिहासिक कार्य न्यूझीलंडमध्ये जन्मलेल्या आणि ब्रिटनमध्ये कार्यरत असलेल्या भौतिकशास्त्रज्ञ अर्नेस्ट रुदरफोर्डने केले. रुदरफोर्ड जे. जे. थॉमसन यांचाच शिष्य होता. १९११ मध्ये रुदरफोर्डने आपल्या हांस गायगर आणि अर्नेस्ट मार्स्डन या सहकाऱ्यांच्या मदतीने विज्ञानाच्या इतिहासातील सर्वात प्रसिद्ध सोन्याच्या अत्यंत पातळ पत्र्याचा प्रयोग केला. या प्रयोगात त्यांनी सोन्याच्या अत्यंत बारीक व पातळ पत्र्यावर वेगाने धावणाऱ्या धनप्रभारित अल्फा कणांचा मारा केला. रुदरफोर्डची अपेक्षा होती की थॉमसनच्या सिद्धांतानुसार सर्व अल्फा कण सोन्याचा पत्रा भेदून सरळ पुढे निघून जातील. परंतु, प्रयोगाचे निष्कर्ष आले तेव्हा रुदरफोर्ड स्वत: चक्रावून गेले! बहुतांश अल्फा कण सोन्याचा पत्रा भेदून सरळ निघून गेले असले तरी काही अल्फा कण आपल्या मार्गावरून अचानक मोठ्या कोनात वळले आणि काही तर ज्या दिशेने गेले होते त्याच दिशेने माघारी फिरले!

या अभूतपूर्व प्रसंगाचे वर्णन करताना रुदरफोर्ड उद्गारले होते की ‘हा अनुभव असा होता, जणू तुम्ही १५ इंची तोफेचा गोळा एखाद्या टिशू पेपरवर डागावा आणि तो गोळा त्या कागदावर आदळून माघारी यावा नि तुमच्यावरच धडकावा!’ या प्रयोगाच्या आधारे रुदरफोर्ड यांनी एका क्रांतिकारी सिद्धांताला जन्म दिला. त्यांनी स्पष्ट केले की अणूचा बहुतांश भाग आतून पोकळ आहे, म्हणूनच बहुतांश अल्फा कण थेट सरळ निघून गेले. अणूच्या अगदी केंद्रस्थानी अत्यंत सूक्ष्म, घट्ट आणि धनप्रभारित असा एक भाग केंद्रित झालेला आहे, ज्यावर आदळून अल्फा कण मागे फिरले. या अतिसूक्ष्म केंद्राला त्यांनी ‘न्यूक्लियस’ म्हणजेच ‘अणुगर्भ’ असे नाव दिले! अणूचे जवळजवळ सर्व वजन या चिमुकल्या अणुगर्भातच सामावलेले असून या अणुगर्भाभोवती इलेक्ट्रॉन अगदी सूर्याभोवती ग्रह फिरावेत तसे फिरत असतात, असा क्रांतिकारी निष्कर्ष त्यांनी काढला.

रुदरफोर्ड यांनी लावलेला हा शोध इतका सूक्ष्म होता की, जर आपण एखाद्या अणूला महाकाय फुटबॉल स्टेडियमएवढे मोठे मानले, तर त्याचा ‘अणुगर्भ’ हा स्टेडियमच्या मध्यभागी ठेवलेल्या एका लहानशा वाटाण्याच्या दाण्याएवढा किंवा माशीएवढाच असतो! पण, आश्चर्य म्हणजे संपूर्ण स्टेडियमचे (अणूचे) ९९.९% वजन मात्र त्या वाटाण्याच्या दाण्यातच (अणुगर्भात) सामावलेले असते.

अणुगर्भाचा शोध लागल्यानंतर शास्त्रज्ञांना समजले की यात अजूनही काहीतरी गूढ आहे. १९१९ मध्ये रुदरफोर्डने स्वत: सिद्ध केले की, अणुगर्भात प्रोटॉन नामक धनप्रभारित कण असतात. पण, केवळ प्रोटॉनच्या वजनाने अणूच्या वजनाचा ताळमेळ बसत नव्हता. अखेर १९३२ मध्ये रुदरफोर्डच्या जेम्स चॅडविक या शिष्याने अणुगर्भात कोणत्याही प्रभाराशिवाय असणाऱ्या न्यूट्रॉन कणाचा शोध लावला. यामुळे अणूची पूर्ण रचना स्पष्ट झाली. अणुगर्भात प्रोटॉन आणि न्यूट्रॉन एकत्र बांधलेले असतात आणि त्यांच्याभोवती इलेक्ट्रॉन फिरत असतात!

अणुगर्भाच्या शोधाने मानवी इतिहासाला एक प्रचंड मोठे वळण दिले. अणुगर्भाला बांधून ठेवणारी स्ट्राँग न्यूक्लियर फोर्स ही निसर्गातील सर्वात शक्तिशाली ऊर्जा असते. जेव्हा अणुगर्भ फोडला जातो किंवा दोन अणुगर्भ एकत्र जोडले जातात तेव्हा त्यातून प्रचंड ऊर्जा बाहेर पडते. यातूनच पुढे अणुबॉम्बचा जन्म झाला आणि दुसऱ्या महायुद्धात हिरोशिमा-नागासाकीवर झालेल्या अणुहल्ल्याने संपूर्ण जग हादरून गेले.
दुसऱ्या बाजूला, याच अणुगर्भाच्या ऊर्जेचा वापर करून आज जगातील अनेक देशांत अणुऊर्जा प्रकल्पांतून लाखो मेगावॉट वीज तयार केली जात आहे. तसेच कर्करोगासारख्या महाभयंकर आजारांवर उपचारासाठी आणि वैद्यकीय निदानासाठी अणुगर्भाचे विज्ञान वरदान ठरले आहे. आता तर अणुगर्भातील अतिसूक्ष्म कणांपेक्षा सूक्ष्म कणांवर संशोधन सुरू असून त्यातूनच क्वांटम फिजिक्स या ज्ञानशाखेचा उदय झाला आहे, जी संपूर्ण विज्ञानाचा चेहरा बदलू शकेल.

रुदरफोर्ड यांनी सोन्याच्या पात्रावर केलेल्या त्या एका साध्या प्रयोगाने माणसाला पदार्थाच्या सर्वात खोल अंतरंगात डोकावण्याची चावी दिली. अथांग अवकाशातील ताऱ्यांचे आणि सूर्याचे चमकणेही याच अणुगर्भातील ऊर्जेमुळे चालते, हे आज आपल्याला समजले आहे. अणूच्या पोटात दडलेल्या या सूक्ष्म शक्तीचा वापर मानवजात स्वत:च्या कल्याणासाठी करते की विनाशासाठी, हा प्रश्न मात्र आजही तितकाच जिवंत आहे!

संजय सोनवणी
संपर्क : ९८६०९९१२०५

Read About : Ancient Indian Monsoon – हजारो वर्षांपूर्वी भारतात होता तीव्र मान्सून!
E-Paper : Punyanagari E-Paper