पुढे चालू

दोन सूक्ष्म कणांमधील गुरुत्वाकर्षणाचे बल हे त्यांच्यामधील अंतर कितीही असले तरी त्यांच्यावर परिणाम करते. व गंमतीची गोष्ट म्हणजे हा परिणाम एकाच क्षणी होतो. आइनस्टाईनच्या सापेक्षतावादाप्रमाणे प्रकाशाच्या गतीपेक्षा जास्त गती असूच शकत नाही. त्यामुळे गुरुत्वाकर्षणाच्या बलाचा परिणाम अती विशाल अंतरांवर असलेल्या सूक्ष्म कणांवर कसा होऊ शकतो हे एक मोठे कोडे होते. याच्यावर मार्ग म्हणून आइनस्टाईनने गुरुत्वाकर्षण म्हणजे बल नसून अवकाश-कालाची वक्रता असावी अशी संकल्पना मांडली. सध्याच्या प्रचलित कल्पनांप्रमाणे गुरुत्वाकर्षण बल हे वस्तुमान नसलेल्या ‘ ग्रॅव्हिटॉन ‘ या बलवाहक सूक्ष्म कणांच्या आदान प्रदानामुळे निर्माण होते आणि या बल वाहक सूक्ष्म कणांचे आदान प्रदान दोन वस्तूंमध्ये होत नसून ते चुंबकीय क्षेत्राप्रमाणे असलेल्या एका गुरुत्वाकर्षणीय क्षेत्रामध्ये होते असे मानले जाते. परंतु ही गोष्ट मात्र सत्य आहे की आपल्याला गुरुत्वाकर्षण निर्मितीच्या यंत्रणेचे अचूक ज्ञान अजून तरी झालेले नाही.

आयझॅक न्यूटनच्या सिध्दांताप्रमाणे गुरुत्वाकर्षण हे दोन सूक्ष्म कणांच्या वस्तुमानांच्या गुणाकाराच्या सम प्रमाणात असते असे मानले गेले होते. परंतु आइनस्टाईनच्या सापेक्षतावादाप्रमाणे( उर्जा व वस्तुमान यांच्यामधील E = mc^2 या प्रसिध्द समीकरणानुसार), ते वस्तुमान नसलेल्या सूक्ष्म कणांवरही परिणामी होत असले पाहिजे असे अनुमान येते. याची प्रायोगिक सिध्दता सूर्य ग्रहणाच्या वेळी सूर्याच्या रेषेत असलेल्या दुसऱ्या तार्‍यांचे स्थलांतर (प्रकाश किरणांना वस्तुमान नसले तरी त्यांच्यावर सूर्याच्या गुरुत्वाकर्षणाचा परिणाम होतो.) होत असल्याच्या निरिक्षणामुळे करता येते. यामुळेच आता गुरुत्वाकर्षणाचे बल हे फक्त वस्तुमानांवरून न काढता त्या सूक्ष्म कणांचे वस्तुमान आणि उर्जा या दोन्हींचा विचार करून काढले जाते.

विश्वकर्म्याच्या दुसऱ्या हस्तामधील आयुध, आपल्या चांगल्याच परिचयाचे आहे. हे आयुध म्हणजे विद्युत-चुंबकीय बल हे आहे. रोजच्या जीवनातील बहुसंख्य गोष्टी या बलाद्वारेच घडू शकतात. या बलामुळेच विद्युत प्रवाह व विद्युत शक्ती निर्माण होते. या विद्युत शक्तीमुळे प्रकाश, उष्णता व चलन शक्ती निर्माण करता येते. घरातील प्रकाश योजना, पाणी तापवणे, दळणे, कपडे धुणे वगैरे रोजच्या बाबींसाठी आपण या बलावरच अवलंबून असतो. रेडिओ, दूरदर्शन, दूरभाष यांच्यासारखी संपर्क साधने, यंत्र सामग्रीमधील विद्युत मोटारी, आगगाडीची विद्युत इंजिने, मायक्रोवेव्ह ओव्हन आणि एक्स रे यंत्रे याच बलाच्या जोरावर कार्य करतात. विश्वकर्म्याच्या सर्व आयुधांत हे बल सर्वात शक्तीमान आहे . गुरुत्वाकर्षण बलाच्या, दहा वर बेचाळीस शून्ये, पट एवढी याची तीव्रता असते. गुरुत्वाकर्षण बलाप्रमाणेच विद्युत-चुंबकीय बल हे दोन सूक्ष्म कणांमधे कितीही अंतर असले तरी त्यांच्यावर परिणाम करते. व हा परिणाम गुरुत्वाकर्षण बलाप्रमाणेच अंतराच्या वर्गाच्या व्यस्त प्रमाणात असतो. मात्र विद्युत-चुंबकीय बलाचा परिणाम आकर्षण आणि अपकर्षण हे दोन्ही निर्माण करणारा असतो. दोन धन (+) किंवा दोन ऋण (-) भारित सूक्ष्म कण अपकर्षणाचे बल निर्माण करतात तर एक धन(+) व एक ऋण (-) भारित सूक्ष्म कण आकर्षण बल निर्माण करतात. ‘इलेक्ट्रॉन्स’ सारखे दोन ‘फर्मियॉन’ सूक्ष्म कण, ‘फोटॉन’ या ‘बॉसन’ चे आदान प्रदान करून विद्युत-चुंबकीय बल निर्माण करतात. गुरुत्वाकर्षण बलाप्रमाणेच विद्युत-चुंबकीय बलाचेही क्षेत्र निर्माण होते व या क्षेत्रात ‘फोटॉन्स’ ची ही आदान प्रदान होते.

विद्युत-चुंबकीय बलाचे दृष्य परिणाम आपल्याला माहिती असतात. परंतु खरे बघितल्यास, विद्युतचुंबकीय बल, सर्व भौतिकी पदार्थांच्या निर्मितीसाठीच अत्यंत आवश्यक असते. आपण वर बघितलेच आहे की सर्व भौतिकी पदार्थ ‘अणू’ या एककापासून बनलेले असतात. या अणूच्या अंर्तभागात एक गाभा असतो जो धन (+) विद्युत भारित असतो. या गाभ्याभोवती ऋण (-) विद्युत भारित ‘ इलेक्ट्रॉन’ हा सूक्ष्म कण सतत भ्रमण करत असतो. हा ‘इलेक्ट्रॉन’ गाभ्याकडे विद्युत-चुंबकीय बलाच्या आकर्षणामुळे खेचला जात असतो. व पृथ्वी सूर्याच्या गुरुत्वाकर्षणाच्या बलाची प्रतिक्रिया म्हणून जशी त्याच्याभोवती सतत भ्रमण करत असते त्याच प्रमाणे ‘इलेक्ट्रॉन’ हा गाभ्याभोवती एका ठराविक कक्षेत भ्रमण करत राहतो. या भ्रमण कक्षेमुळे अणूला एक विविक्षित मोजमाप येते व अशा असंख्य अणूंच्या रचनेने भौतिकी पदार्थ तयार होतात.

या बलाला विद्युत-चुंबकीय बल असे दिलेले नाव प्रत्यक्षात थोडे गोंधळात टाकणारे आहे. प्रत्यक्षात हे बल अनेक स्वरूपात आपल्याला अनुभवता येते. रेडिओ किंवा फ्लॅश लाइट मधील बॅटरीकडून मिळणारी एक दिशा असलेली विद्युत शक्ती, घरात उपलब्ध होणारी व सेकंदाला वारंवारितेची 50 आवर्तने असलेली, द्वि दिशा असलेली विद्युत शक्ती, रेडिओ लहरी, दृष्य प्रकाश लहरी, एक्स रे आणि गॅमा रे ही सर्व या बलामुळे निर्माण होणार्‍या उर्जेची विविध रूपे आहेत.

कोणत्याही भौतिकी पदार्थाच्या रचनेत त्या पदार्थाचे असंख्य अणू एका रांगेत रचलेले असतात. एकत्र कुटुंबात, घरातील वस्तू जश्या सामाईक उपयोगाच्या असतात, त्याच प्रकारे या रचनेमधील शेजारी शेजारी असलेले अणू, ‘इलेक्ट्रॉन्स’ वर सामाईक मालकी दर्शवितात. यामुळे ही अणूंची रचना बांधलेली व स्थिर राहते. काही वेळा निरनिराळया पदार्थांचे अणू ही ‘इलेक्ट्रॉन्स’ वर अशी सामाईक मालकी दर्शवितात व संयुगे आणि सेंद्रीय पदार्थांची एकके म्हणजे ‘मॉलिक्यूल्स’ तयार होतात. हे ‘मॉलिक्यूल्स’ पूर्णपणे निराळे गुणधर्म दर्शवित असल्याने असंख्य प्रकारचे पदार्थ निर्माण होतात. प्रत्यक्षात, संपूर्ण रसायनशास्त्र व सजीव जीवनाच्या निर्मितीच्या मागे विद्युत-चुंबकीय बलच असते. अणूंच्या या रचनेवर प्रकाश किरणांच्या स्वरूपातले फोटॉन्स आदळले तर उष्णता निर्मिती किंवा परावर्तनासारखे परिणाम आपल्याला दिसतात. अगदी रोजच्या व्यवहारात जाणवणारे, दोन वस्तूंमधील घर्षण हे सुध्दा, त्या दोन वस्तूंच्या अणूंमधील इलेक्ट्रॉन्स एकमेकावर जे विद्युत चुंबकीय बल दर्शवितात त्याचाच परिणाम असते.

शास्त्रीय ज्ञान प्राप्तीचा इतिहास बघितला तर अगदी अलीकडच्या काळापर्यंत म्हणजे इ. स. 1967 पर्यंत, या वरील दोन प्रकारच्या बलांचीच माहिती आपल्याला होती.त्यामुळे अनेक प्रश्न अनुत्तरीत रहात होते. अणूच्या गाभ्यामधे असलेले धन (+) विद्युत भारित ‘प्रोटॉन्स’ व कोणताही विद्युत भार नसलेले ‘न्यूट्रॉन्स’ एकमेकाला चिकटून कसे रहातात ? अणूच्या गाभ्यात असलेल्या या दोन सूक्ष्म कणांची संख्या बदलली की निरनिराळी मौले तयार होतात पण ही संख्या का बदलते ? क्वार्क्स हे सूक्ष्म कण एकमेकाला चिकटून का रहातात ? किरणोत्सर्गी पदार्थांच्या नष्ट होण्याच्या क्रियेत काही वेळा न्यूट्रॉन नष्ट होऊन एक प्रोटॉन व एक इलेक्ट्रॉन हे कसे तयार होतात ? सूर्य किंवा इतर तारे यांच्यापासून उर्जा निर्मिती कशी होते ? या प्रश्नांची उत्तरे ,प्रचलित ज्ञानाच्या आधारे , देण्याचा अनेक शास्त्रज्ञांनी प्रयत्न करून बघितला पण त्यात त्यांना यश आले नाही. हे स्पष्ट दिसत होते की काहीतरी मूलभूत असे ज्ञान आपल्याजवळ नव्हते.

क्रमश: