*ओळख क्वांटम मेकॅनिक्स ची* (भाग ६)

क्वांटम मेकॅनिक्स चे हिरो-

१)हायजेंबर्ग- क्वांटम मेकॅनिक्स मध्ये सर्वात महत्वाची मानली गेलेली संकल्पना किंवा नियम म्हणजे हायजेंबर्ग चे अनिश्चिततेचे तत्व (uncertainty principle). त्याचसोबत त्याने इलेक्ट्रॉन च्या स्थितीची निश्चिती करण्यासाठी मॅट्रीक्स मेकॅनिक्स नावाचा नवीनच प्रकार शोधला. परंतु क्वांटम मेकॅनिक्स या विज्ञान शाखेला खऱ्या अर्थाने दिशा देण्याचं काम या अनिश्चिततेच्या तत्वाने केलं. हायजेंबर्ग ने त्याचं अनिश्चिततेचं तत्व १९२७ साली वयाच्या केवळ २६व्या वर्षी त्याच्या प्रबंधात मांडलं. त्यात त्याने सांगितलं, की आपण अणूमधील कोणत्याही इलेक्ट्रॉन ची स्थिती आणि गती (position and momentum) एकाच वेळी मोजू शकत नाही. उदाहरण द्यायचं तर आपण एखाद्या इलेक्ट्रॉनला बघायचं योजलं. तर त्यासाठी आपण त्यावर एखादा प्रकाश सोडल्याशिवाय तो आपल्याला दिसत नाही. प्रकाश किरण हे फोटॉन पासून तयार झालेले असतात हे आपण यापूर्वी बघितलंच आहे. तर जेव्हा आपण असा एखादा किंवा काही फोटॉन इलेक्ट्रॉन बघण्यासाठी त्यावर सोडतो तेव्हा तो त्यावर आदळल्यावर आपल्याला त्याची स्थिती समजते पण तो फोटॉन त्यावर आदळल्यामुळे इलेक्ट्रॉन ला बसलेल्या धक्क्यामुळे त्याची गती बदलते. तसच जर आपण त्याची गती (वेग) बघण्यासाठी प्रयत्न केले तर आपल्याला त्याची गती समजेल पण स्थिती समजणार नाही. म्हणजेच यामध्ये स्थितीची अनिश्चितता कमी असेल तर गती समजण्याची अनिश्चितता वाढते आणि तसच जर स्थिती समजण्याची अनिश्चितता जास्त असेल तर गती समजण्याची अनिश्चितता कमी होते. यातून अनिश्चितता म्हणजे अनसर्टनटी प्रिन्सिपल तर समजतेच पण हेही लक्षात येते की प्रकाशाला कण स्वरूप मानले तरच आपण ह्याची सिद्धता देऊ शकतो आणि त्यामुळे याही प्रयोगामुळे कण स्वरूपावर शिक्कामोर्तब झाला. अनिश्चिततेच्या तत्वाने खऱ्या अर्थाने क्वांटम थिअरी ला आधार मिळवून दिला आणि त्यामुळेच हे तत्व हे क्वांटम मेकॅनिक्स चा पाया मानले जाते.

२) श्रॉडिंजर- श्रॉडिंजर हा हायजेंबर्गचाच समकालीन होता. दोघांमध्ये नेहमी वाद होत असत. कारणेही तशीच होती. हायजेंबर्ग हा इलेक्ट्रॉन ला पार्टिकल मानत असे, तर श्रॉडिंजर हा इलेक्ट्रॉन ला वेव्ह मानत असे. दोघेही पक्के भौतिकशास्त्रज्ञ होते त्यामुले प्रखर अशा बुद्धिमत्तेमुळे कोणीच मागे हटत नसे. त्याने १९२६ साली एकूण सहा प्रबंध लिहिले.यातून त्याने क्वांटम मध्ये महत्वाचे मानले जाणारे वेव्ह मेकॅनिक्स मांडले. त्याचसोबत क्वांटम मेकॅनिक्स मध्ये अत्यंत मुलभूत मानल्या गेलेल्या काही समीकरणांमध्ये श्रॉडिंजर ने मांडलेली मुख्य दोन आणि काही इतर समीकरणे ही पायाभूत मानली जातात ( (इथेही फार खोल शिरायला नको). त्याच्या संशोधनामुळे क्वांटम मेकॅनिक्स मधली वेव्ह फंक्शन ची संकल्पना पक्की झाली. आजच्या घडीला क्वांटम मेकॅनिक्स शिकताना सुरवातीला आपल्याला श्रॉडिंजरची समीकरणे आणि त्यांची सिद्धता हे शिकल्याशिवाय पुढे जाता येत नाही.

३) पॉल डिरॅक-  डिरॅकने क्वांटम मेकॅनिक्स ला एक मुख्य असा गणितीय आणि सांख्यिकी (mathematical and statistical) असा आधार दिला. त्याने श्रॉडिंजर आणि हायजेंबर्ग यांच्या संशोधनाची सांगड घातली आणि दोन्हीतून मिळणारे परिणाम हे सारखेच असू शकतात हे सांगितलं. डिरॅकने स्वतः ‘क्वांटम इलेक्ट्रोडायनॅमिक्स’ ला जन्म दिला, परंतु त्याची मांडणी ही सदोष ठरली त्यामुळे पुढे Q.E.D चा विस्तार रिचर्ड फाईनमन वगैरे मंडळींनी केला आणि ती यशस्वी करून दाखवली. इलेक्ट्रॉन हे निगेटिव्ह चार्ज असलेले कण असतात हे सर्वांना माहित होतच पण डिरॅकने पॉझिट्रॉन ह्या पॉझिटिव्ह चार्ज असलेल्या इलेक्ट्रॉन च्या प्रतिकणाची कल्पना मांडली. पॉझिट्रॉन हे इलेक्ट्रॉन चे प्रतिकण आहेत आणि ते काळासोबत भविष्यात न जाता त्याच्या विरुद्ध दिशेने भूतकाळात जाऊ शकतात असं सांगितलं. प्रत्येक पदार्थाला म्हणजेच मॅटर ला त्याचा एक अँटीमॅटर असतो अशी त्याने कल्पना मांडली. हे मॅटर आणि अँटीमॅटर कण एकत्र आले तर एकमेकांवर आदळून नष्ट होतात असही त्याने सांगितलं. अशा वेगवेगळ्या विषयात मुलभूत असं संशोधन आणि मांडणी डिरॅकने केली,
म्हणूनच श्रॉडिंजर, हायजेंबर्ग आणि डिरॅक या तिघांना १९३३ साली नोबेल पारितोषिक मिळालं.

४) वोल्फगँग पाउली- पाउली हा त्याच्या ‘पाउलीज एक्सक्लुजन प्रिन्सिपल’ साठी ओळखला जातो. यापूर्वी आपण बघितल्याप्रमाणे अणूकेंद्राभोवती इलेक्ट्रॉन वेगवेगळ्या कक्षेत फिरत असतात. त्या इलेक्ट्रॉन्स चा आकार, त्याची उर्जा, त्याची कक्षा त्याचा स्पिन वगैरे गोष्टी या ज्या आकड्यावरून सांगता येतात त्याला ‘क्वांटम नंबर’ असं म्हटलं जातं. असे एकूण चार प्रकारचे क्वांटम नंबर असतात. पाउली ने संशोधन करून असं सिद्ध केलं की अणूमधील कोणत्याही दोन इलेक्ट्रॉन चे चारही क्वांटम नंबर हे सारखेच असू शकत नाहीत. त्यातील तीन क्वांटम नंबर पूर्वी शास्त्रज्ञांना माहित होते, पण चौथ्या ‘स्पिन क्वांटम नंबर’ चा शोध पाउली ने लावला. त्याच्या या शोधाबद्दल त्याला १९४५ साली नोबेल पारितोषिक मिळाले.

५) मॅक्स बॉर्न- बॉर्न हा खरेतर क्वांटम मधल्या सर्व संशोधकांचा गुरु म्हणता येईल. कारण वर दिलेल्या प्रत्येकाच्या संशोधनामध्ये त्याचे काही ना काही सहकार्य होतेच. मॅक्स बॉर्न आणि हायजेंबर्ग यांनी एकत्रच मॅट्रीक्स मेकॅनिक्सवर काम केले होते. श्रॉडिंजर आणि मॅक्स बॉर्न यांनी मुख्यतः वेव्ह मेकॅनिक्स मधील वेव्ह फंक्शन वर संशोधन केले. हा प्रकार समजायला फारसा अवघड नाही. डी ब्रोग्ली ने सांगितलेल्या लहरीचे(वेव्ह चे) चित्रण करणारे एक प्रमाण म्हणजे वेव्ह फंक्शन (ψ) असं आपण सोप्या भाषेत म्हणू शकतो. ते साय(ψ) ने दर्शवले जाते. एखाद्या विशिष्ट ठिकाणी एखादा कण (particle, ज्याबद्दल आपण एवढं सगळं यापूर्वी बघितलं) , असण्याच्या संभाव्यतेचं परिमाण म्हणजे वेव्ह फंक्शन. हे सर्वप्रथम बॉर्न याने १९२६ साली मांडलं. आणि पुढे हायजेंबर्ग आणि बोहर यांनी यावर काम केले. मॅक्स बॉर्न याने केलेल्या मुलभूत अशा संशोधनाबद्दल त्याला १९५४ साली नोबेल पारितोषिक मिळाले.

   वरील ५ जणांना हिरो म्हणायचे कारण या लोकांनी या नवीन स्थापन झालेल्या भौतिकशास्त्रातल्या शाखेला भक्कम असा पाया रोवला ज्याच्यावर सगळं क्वांटम मेकॅनिक्स उभं आहे. या आणि अशा अनेक शास्त्रज्ञांनी क्वांटम मेकॅनिक्स मध्ये भरपूर संशोधन करून या शाखेला भरभराटीला आणलं. आजच्या घडीला मुलभूत अशा कणांवर मोठ्या प्रमाणात संशोधन सुरु आहे. त्यातूनच आपल्याला विश्वाचे गूढ उकलण्यासाठी मदत होईल. आपण जेवढे जास्तीत जास्त क्वांटम म्हणजेच सूक्ष्म पातळीचा अभ्यास करू तेवढे जास्त आपण ज्ञानाने समृद्ध होत जाणार आहोत. त्यामुळे ही फक्त क्वांटम मेकॅनिक्स ची छोटीशी ओळख होती. यामध्ये अजून बरच काही आहे कारण या विषयाचा आवाका छोट्या स्वरूपाचा असला तरी फार मोठा आहे. हे असं ज्ञान आहे जे आपल्या कल्पनेच्या पल्ल्याडचं आहे. त्याबद्दलही माहिती घेऊ, पुन्हा कधीतरी....

समाप्त:

-पुष्कराज घाटगे

संदर्भ-
१)किमयागार-अच्युत गोडबोले
२)मला उत्तर हवंय-मोहन आपटे
३)12वी फिजिक्स पाठयपुस्तक
४)प्रकाशवेध- डॉ. माधुरी ठाकुरदेसाई