Four fundamental forces बहुत 'लोकां'सी चालवणाऱ्या बलांची चतुरंग सेना 

Primary tabs

अनिकेत कवठेकर's picture
अनिकेत कवठेकर in तंत्रजगत
1 Jun 2020 - 4:56 pm

राजा विक्रमाच्या राज्यात अभूतपूर्व अशी भीषण परिस्थिती निर्माण झाली होती. विक्रमाच्या राज्यातच नव्हे तर संपूर्ण विश्वातच एक भयंकर रोगाची साथ आली होती. नवा रोग, नवी लक्षणे, नवीन उपचार, नवीन लस या सर्वात जगाचं लक्ष तर होतंच पण या रोगामुळे तयार झालेल्या नवीन धोक्यांची नक्की काय काय तयारी करायची आणि धोका नक्की कुठून येईल हे सारंच कळण्यापलीकडे गेलं होतं. संपर्कात येणारा कोणता माणूस आपल्यासाठी तो रोगकारक विषाणू घेऊन येईल आणि त्याने आपण आजारी पडू हे सारंच हाताबाहेर गेलं होतं. खरंतर अतिशय निराशेची परिस्थिती, जगायचं कसं, कशासाठी ह्यापेक्षाही जीवंत कसं रहायचं, जीवंत राहिलं तरी आयुष्य कसं बदलणार, काय काय बदलावं लागणार  ही सारी विवंचना सर्वांनाच पोखरून टाकत होती. याही परिस्थितीत काही जणांनी ज्या प्रकारे हिम्मत केली  आणि एक प्रकारे या विषाणू विरोधात लढा उभारला त्यामुळे सर्वांनाच धीर येऊ लागला. गलितगात्र होऊन, आशा सोडली होती ती आता पुन्हा वाटू लागली. रुग्णांची सेवा करणारे डॉक्टर, परिचारिका, दवाखान्यातले इतर कर्मचारी, औषधे पुरवणारे दुकानदार, औषध शोधणारे शास्त्रज्ञ हे तर पुढे आलेच शिवाय सुरक्षेची जाबाबदारी असणारे सुरक्षा रक्षक पोलीस, समाजसेवेसाठी तत्पर असणारे सेवाभावी कार्यकर्ते, सामान्य नागरिक सारेच कोणत्या ना कोणत्या स्वरूपात उभे राहू लागले, मदत करू लागले. भुकेल्याला जेवण, वाट फुटेल तिकडे निघालेल्याला चार घास द्यायला जो तो उभा राहू लागला, संकटाची चाहूल सर्वांनाच जागरूक करू लागली, मोठ्या पदावर असणाऱ्या अधिकाऱ्यांपासून, गुरूंपासून, सैनिकी अधिकाऱ्यांपासून, कायम फिरतीवर असणाऱ्या मालविक्यांपासून ते रोजंदारीवर जगणाऱ्या मोलमजुरापर्यंत सर्वच या संकटाच्या अदृश्य धाग्याने बांधले गेले. इतर वेळी भांडणारे, एकमेकांचा दुश्वास करणारे, एकमेकाला पाण्यात पाहणारे आता एकाच पातळीवर आले आणि सर्व या संकटातून बाहेर कसं पडता येईल याचा विचार करून आपल्याबरोबरच इतरांनाही जमेल तशी मदत करू लागले. एक रोग, एक संकट, एक लहानसा विषाणू सर्वांनाच सर्व पातळ्यांवर हलवू लागला.. कुटुंबातल्या लहानात लहान कामापासून ते जागतिक हालचाली पर्यंत सारेच या लहानशा विषाणूने आणि त्यावर मात करण्यासाठी मनाच्या घेतलेल्या उभारीने पुन्हा हलू लागले.. पिंडापासून ब्रह्मांडापर्यन्त सारेच या मात करण्याच्या इच्छेने जागृत झाले, जागरुक झाले.. लहानशा ना दिसणाऱ्या मनात ही लढायची इच्छा शिरली, प्रत्येक मनात शिरली आणि जगाला पुन्हा वेगळ्या दिशेने, आशेने, उभारीने चालवू लागली.. एक ईच्छा, तिचे अनंत परिणाम, अनंत मनांनी केलेले अनंत संकल्प, त्या अनंत संकल्पातून बाहेर दिसू लागलेली अनंत कामे .. पण या सर्वांच्या मुळाशी ती एकच ईच्छा.. विक्रमाच्या डोक्यात याच पिंडापासून निघून ब्रह्माण्डाला आधार देणाऱ्या या इच्छा रूप शक्तीचाच विचार घोळत होता.. वारंवार तो विचार करून विक्रम पुनः पुन्हा रोमांचित होत होता..

एकच ऊर्जा पण अनेक परिणाम

"होरे विक्रमा हा असा विषाणू, वायरस खरोखरच घातकच की रे.. कुठून, कुठे, कसा, कधी, कोणाला गाठेल काहीच अंदाज नाही. सारं अंदाजपंचे आणि रामभरोसेच समजायचं. पण तुझी प्रजा, किंवा एकंदरीत मानवजातीचं मात्र कौतुक केलं पाहिजे असं वाटतं अशा वेळी.. इतर वेळी एकमेकांचा जीव घेणारे, एकमेकाला जगणं मुश्किल करून टाकणारे तुम्ही लोक असं जीवावर काही बेतलं तर मात्र लगेच गुडबॉय सारखे वागू लागता, जीवाची, मरणाची भीती ती हीच. पण तुम्हा मानवांची ईच्छा की काय ती म्हणालास, जगण्याची, जिवंत राहण्याची आणि त्यातही पुन्हा शक्यतो पुन्हा इतरांवर कुरघोडी करत राहायची, राजकारण करत राहायची ती मात्र काही जात नाही.. पण अशीच साऱ्या विश्वाला चालवणारी, सगळीकडे असणारी, अदृश्य असूनही दृश्य जगाला हलवणारी, चालवणारी, तसं पाहायला गेलं तर हाताला न सापडणारी अशी ती आशा, ईच्छा यासारखी विश्व व्यापक, विश्व् चालक अशी काही गोष्ट तुमच्या फिजिक्स मध्ये आहे का रे? जग इकडचं तिकडं करुवूनही नामनिराळी राहणारी अशी काही अदृश्य, अलौकिक, अतर्क्य गोष्ट.. "

"आहे वेताळा, आहे अशी गोष्ट. दिसत नसूनही परिणाम दाखवणारी, हाताला-नाकाला-जिभेला-त्वचेला न लागता, डोळ्यांना न दिसताही आपल्या जगण्याला, अस्तित्वाला, आपल्या लहानात लहान पेशिंपासुन अगदी सूर्य-ताऱ्यांपर्यंत सर्वांना एकाच सूत्रात बांधणारी, सर्व दृश्य अदृश्य, सजीव निर्जीव जगाला सतत हलवत चालवत राहणारी ही गोष्ट म्हणजेच ऊर्जा energy.. ऊर्जा नष्ट होत नाही, निर्माण करता येत नाही, सतत रूपे बदलत राहते असे आपण यापूर्वी बोललो होतो, त्या नियमाचे नाव law of conservation of energy असे आपण म्हटले होते..  "

"होरे मग पुन्हा तेच काय सांगतोयस? मी तुला विचारले होते की फिजिक्स मध्ये असे`काय आहे जे सर्वामध्ये सारखे आहे?"

"वेताळा तेच तर मी सांगतोय की हि ऊर्जा किंवा energy हाच तो समान धागा आहे. अणूमधले इलेक्ट्रॉन, न्यूट्रॉन, प्रोटॉन यांना अतिशय लहानशा जागेत एकत्र ठेवणाऱ्या आण्विक ऊर्जा atomic energy, रेणू म्हणजे molecule मधल्या अणूंना एकत्र ठेवणाऱ्या स्थितिज ऊर्जा potential energy पासून..  "

"अरे विक्रमा यालाच रासायनिक ऊर्जा किंवा chemical energy पण म्हणतात ना?"

"तू कसा काय चुकू शकतोस वेताळा! हो ते रेणू जेव्हा covalent bond ने बांधलेले असतात तेव्हा त्याला chemical energy असेच म्हणतात. शिवाय एखाद्या तांब्याच्या तारेच्या एका बाजूला अधिक विद्यतदाब electric potential दिला आणि दुसऱ्या टोकाला कमी विद्युतदाब दिला तर त्या वाहकातले इलेक्ट्रॉन्स विशेषतः बाहेरील कक्षेतले इलेक्ट्रॉन्स आपली एक आघाडीच निर्माण करतात आणि कमी दाब असणाऱ्या बाजूला पळायला सुरुवात करतात. जेव्हा असे इलेकट्रोन्स अशी रांग लावून पळापळ सुरु करतात तेव्हा आपण म्हणतो तो विजेचा प्रवाह flow of electrical energy.. शिवाय समुद्रात एक ठिकाणी कमी वायुदाब झाला तर दुसरीकडून तिकडे वारा वाहू लागतो ती झाली लाटेची ऊर्जा tidal energy, मोठमोठ्या डोंगरावर बसवलेल्या पावनचक्क्यांना जेव्हा वारा ढकलू लागतो त्या वाऱ्यात असते ती वाऱ्याची ऊर्जा wind energy.. "

"एक मिनिट, एक मिनिट विक्रमा तेच ते सांगू नकोस पुन्हा.. पण तू म्हटला होतास की या जगात ऊर्जा एकच आहे.. मग त्यात पुन्हा प्रकार का?"

ऊर्जेच्या परिणामांवरून बळाचे प्रकार

"कसं आहे वेताळा, ऊर्जा एकच आहे पण ती साधारण किती अंतरावर पसरलीय आणि ती किती प्रभावी आहे यावर या ऊर्जेने  केलेल्या परिणाम स्वरूप बलाचे  मुख्य प्रकार आहेत..गुरुत्व किंवा gravity.. अर्थात यावर आईन्स्टाईन ने नंतर वेगळे संशोधन केले हा भाग वेगळा.. शिवाय दुबळे केंद्रीय बळ weak nuclear force, हेच बळ न्यूट्रॉन चे प्रोटॉन वगैरे बनवत राहते, शिवाय विद्युत चुंबकीय बळ किंवा electromagnetism, आणि मी आधीच म्हटले तसं अणूमधल्या न्यूट्रॉन्स आणि प्रोटॉन्स ना एकत्र ठेवते, त्यापेक्षाही प्रोटॉन्स आणि न्यूट्रॉन्स ज्या क्वार्कस quarks ने बनलेले असतात त्या क्वार्कस ना एकत्र ठेवण्याचा पराक्रम करते ते प्रबळ केंद्रकीय बळ strong nuclear force.. जगात ऊर्जा एकच आहे आणि त्या ऊर्जेने जे अणू सारख्या अतिसूक्ष्म जागेपासून ग्रह तार्यांमधल्या अवाढव्य अंतरांपर्यंत जी बळे लावली आहेत ती मुख्य चारच प्रकारची आहेत.."

"थांब थांब, जरा नीट सांग.. सुरुवातीपासून सांग .."

ब्रह्मांडव्यापी बळे

"हेबघ वेताळा, अगदी लाखो अब्जावधी वर्षांपूर्वी कधीतरी म्हणे हे इतकं पसरलेलं, सजीव निर्जीवांनी भरलेलं विश्वच नव्हतं. सारं कसं शांत शांत.. आजकालच्या भाषेत सांगायचं झालं तर सारं विश्व् हे अतिशय लहानशा जागेत बंदिस्त होऊन लॉक डाउन झाल्यासारखं जखडून टाकून , कुलूप लावून बंदिस्त चिडीचूप पडलेलं होतं. मग त्यात काहीतरी असं घडलं काहीजण महाविस्फोट (big bang), म्हणतात काही नवनिर्मिती ची प्रक्रिया सुरु झाली म्हणतात, वैशेषिका नुसार कल्पांतानंतर सुरु झालेला ब्रह्माचा दिवस म्हणतात आणि हे जखडून पडलेलं विश्व् एखादं महाकाय अंडं फुटावं तसं फुटलं.. हे अंडं फुटावं असं कोणाला वाटलं हा विषय बाजूला ठेवू. मग या फाटाफुटीला सुरवात झाल्यावर ज्या महाकाय, विराट जखडणाऱ्या बळाने त्यांना बांधलेलं होतं, बाटलीत कोंडून ठेवलेल्या महाकाय राक्षसाने मोकळं होताच सैराट सुटावं तसं  त्या बळाने आपला परिणाम दाखवला आणि या अंड्यातल्या वस्तूंवर त्याचे वेगवेगळे परिणाम दिसू लागले. हेच ते बलाचे चार प्रकार.. जेव्हा हे बळ थोडेसे निस्तेज, क्षीण असूनही अतिशय लांब लांब अंतरावर असणाऱ्या वस्तूंवर ते प्रभाव गाजवत होते त्यात गुरुत्व किंवा gravitational force  होते आणि विद्यतचुंबकीय किंवा electromagnetic force होते. gravitation बद्दल आपण बरेच बोललो आहे. त्यात आईन्स्टाईन ने केलेल्या सुधारणांवर पण बोललो आहे. पण electromagnetic force म्हणजे आपल्या भोवतीच्या बहुतेक साऱ्या लहरी waves यात रेडिओ, मायक्रोवेव्ह, आजकालच्या मोबाईल मधून निघणाऱ्या वेव्ह, आवाज, प्रकाश किरणे, उष्णता Infrared waves पासून ते अणुस्फोटातून बाहेर पडणाऱ्या अल्फा, बीटा, गॅमा या किरणांपर्यंत सारीच किरणे येतात.. म्हणूनच बलांचे हे दोन प्रकार अख्या विश्वात फिरणारे, विश्व् व्यापी, ब्रह्माण्डव्यापी असे आहेत.. त्यातही गुरुत्वबळाला वाहून नेणारेही काही  कण आहेत त्यांना गुरुत्वकण graviton असे म्हणतात तर विद्युतचुंबकीय बळाला वाहून नेणारे कण म्हणजे फोटॉन किंवा प्रकाशकिरण होत.. हे झाले विश्वव्यापी, ब्रह्माण्डव्यापी बळांविषयी cosmic forces.. दुसरी दोन आहेत ती अणूव्यापी किंवा atomic forces "

"अरे वा विक्रमा, आज बरीचशी नवीन माहिती देतोयस.. हा सांग सांग.. "

"वेताळा यातले गुरुत्व बळ सोडले तर बाकी इतर बळांविषयी अधिक अभ्यास आणि संशोधन हे १९व्या शतकाच्या शेवटी शेवटी आणि २०व्या शतकाच्या दोन तीन दशकांपर्यंत झाले. भारतात साधारण ज्यावेळी १८५७ चा राष्ट्रीय उठाव झाला,  मग दयानंद सरस्वती, स्वामी विवेकानंद होते, त्यांनतर टिळक होते, मग गांधी आले  त्या काळामध्ये म्हणजे १८५० ते १९३० या काळात युरोपात या चार बलांच्या अनुषंगाने महाप्रचंड संशोधन चालू होते. देशोदेशीचे अनेक शास्त्रज्ञ यात अविरत कार्यमग्न होते.  म्हणूनच हे तसेही नवीनच ज्ञान आहे. याकाळात खूपच मूलगामी संशोधने झाली. हि संशोधने जशी गुरुत्वबळ gravitation आणि विद्युतचुंबकीय बळ electromagnetic force या विश्वव्यापी बळांविषयी झाली तशीच अणूच्या आतल्या बळांविषयीचा सुद्धा बराचसा अभ्यास या काळात झाला. त्यासंदर्भाने येणारे सूक्ष्म आकारातील घडामोडींचा अभ्यास करण्यासाठीचे quantum physics सुद्धा याच काळात विकसित झाले हा निव्वळ योगायोग नाही.. "

"हो आणि या सूक्ष्म किंवा अणूमधल्या बळाचा अंदाज आल्यावर, e =  m. c^२ अशा सूत्रांच्या आधारे अणुस्फोटाच्या महाविनाशकतेचा अंदाज आल्यावर ऑगस्ट १९४५ मध्ये जपानच्या हिरोशिमा आणि नागासाकी शहरांवर अणुबॉम्ब पडले आणि महाविनाश झाला हाही योगायोग नव्हेच.. पण म्हणजे या अणूला व्यापणाऱ्या atomic बलांमुळेच हा विनाश झालाना? त्या अणुव्यापी बळांविषयी सांग.. "

अणूच्या आतली बळे

"हो वेताळा, अणूमध्ये दोन प्रकारची बळे असतात.. एक एकत्रित ठेवणारे बाळ strong nuclear force आणि विभाजित करणारे बळ weak nuclear force.."

"हे काय पुन्हा एकत्रित करणारे आणि विभाजित करणारे बळ? आता मुंगीच्या केसाच्या टोकावर जिथे लाखो-करोडो-अब्जावधी अणू बसतात इतक्या लहान जागेत कोण जोडायला आणि फोडायला येतोय?"

"हे बघ वेताळा, अणूच्या केंद्रकावर संशोधन झाल्यावर त्यात प्रोटॉन आणि न्यूट्रॉन असतात हे माहिती झालं होतं. आता या केंद्रकात अनेक प्रोटॉन आणि अनेक न्यूट्रॉन दाटीवाटीने बसतात हे माहिती असलं तरीही सारेच प्रोटॉन सारख्या स्वभावाचे positively charged असतात.. सारख्या स्वभावांच्या माणसात भांडण व्हायला हवे likes repel each other.. पण अणूचे केंद्रक तर फुटलेले नाही म्हणजे या प्रोटॉन्स ना बळजबरीने एकत्र दामटून, बळजबरीने बसवून ठेवणारा कोणीतरी असला पाहिजे किंवा कोणतेतरी बळ असले पाहिजे ते बळ म्हणजे एकत्रित करणारे बळ किंवा strong force. नवीन संशोधनानुसार प्रत्येक प्रोटॉन हा पुन्हा क्वार्क्स quarks चा बनलेला असतो हे कळल्यावर या भांडून लांब जाऊ पाहणाऱ्या प्रोटॉन्स ना म्हणजे क्वार्क्सच्या झुंडींना जणू डिंकाने चिटकवते ते एकत्र करणारे बळ strong nuclear force आणि या चिटकवण्याची दखल घेतच या बळाला जे वाहून नेणारे कण मानले गेलेत त्यांना gluon म्हणजे जणू चिकटवून ठेवणारे चिकटकण म्हटलंय.."

"बर म्हणजे धरून ठेवणारे strong nuclear forces आणि त्यांना वाहून नेणारे gluons बद्दल सांगितलंस.. मग आता घर भेदी, फूट पडणाऱ्या, फुटीरवादी किंवा ज्यांना अलगाववादी म्हणतात त्या बंडखोर बलांबद्दल पण सांग.. "

"हो नक्कीच. एखाद्या अणुकेंद्रकाचं विघटन होण्याला त्या केंद्रकातच असणारी काही बळे कारणीभूत ठरतात. सर्वसाधारण अणूंची केंद्रके ही स्थिर असल्याने त्यांच्यामध्ये असे विघटनाचे म्हणजे फुटण्याचे प्रकार दिसत नाहीत. पण युरेनियम केंद्रकाचे थोरियम केंद्रकात रूपांतर होणे आणि या प्रक्रियेत अनेक अल्फा कण बाहेर पडणे हे अणूंच्या केंद्रकात असणाऱ्या या फुटीर बलाचे किंवा weak nuclear force चे लक्षण. दुसरं म्हणजे स्ट्रॉन्शिअम ९० सारख्या केंद्रकातील न्यूट्रॉन्स हे प्रोटॉन्स मध्ये परिवर्तित होत असल्याने बाहेर पडणारे इलेक्ट्रॉन किंवा पॉझिट्रॉन हे बीटा कण बाहेर पडणे हे याच फुटीर बलांचे लक्षण. आणि तिसरे म्हणजे गामा किरणांचे उत्सर्जन हे सुपरनोवा चे स्फोट, चेर्नोबील मधली गळती किंवा हिरोशिमा-नागासाकीचे अणुस्फोट यांसारख्या घटनांमधून होतात. शिवाय पृथ्वीबाहेरील विश्वनीळ किरण cosmic rays पृथ्वीच्या वातावरणात घुसल्यावर सुद्धा गॅमा किरण निघतात, पण वातावरणाचा सर्वोच्च स्तर त्यांना आत येऊ देत नाही. या विघटनाकारी बलांना वाहून नेणाऱ्या कणांचे नाव बोसॉन boson हे असून त्यांतही w+,w - boson आणि z boson हे प्रकार आहेत.. "

"म्हणजे विक्रमा अणूपासून ब्रह्मांडापर्यंत सर्वांना व्यापणाऱ्या आणि सर्वत्र संचारणाऱ्या ऊर्जेमुळे energy मुळे विविध ठिकाणी वेगवेगळे परिणाम होत असून त्यातून गुरुत्व gravity, विद्युतचुंबकीय electromagnetic, अणुकेंद्रकातले धरून ठेवणारे शक्तिशाली बळ strong nuclear force आणि अणुकेंद्रकाला फोडू पाहणारे फुटीरवादी पण दुबळे असणारे weak nuclear force    या चार प्रकारची बळे कार्यरत असतात असे सांगितलेस, त्यातही ग्रॅव्हिटोन्स हे गुरुत्व किंवा gravity चे वाहक, फोटॉन्स किंवा प्रकाश हे विद्युतचुंबकीय बळाचे किंवा electromagnetism चे वाहक सर्वत्र संचार करतात, अनंत अंतरे कापतात. पण ग्लूऑन्स हे अणुकेंद्रकाला धरून ठेवणाऱ्या strong nuclear force चे वाहक असून बोसॉन्स हे अणुकेंद्रकाला फोडू पाहणाऱ्या weak nuclear force चे वाहक आहेत पण त्यांची धाव अणू पुरतीच.. पण काय रे विक्रमा या चारही तुलना केली तर कोण ताकदवान ठरतो? तुमच्या त्या strong nuclear force ला मोकळे सोडले तर इतका महाविनाश कसा होतो? शिवाय विद्युतचुंबकीय बळाबद्दल तर तू काहीच माहिती दिली नाहीस.. इतका पसारा सांगितलास पण प्रश्नच जास्त निर्माण केलेस बघ.. पण आता वेळ संपली.. रात्रीचा लोकडाऊन उठवून सृष्टी अनलॉक करायला सूर्य येतोय. मला आता माझ्या घरी लवकर पोहोचायला हवं.. येतो विक्रमा पुन्हा नवीन प्रश्न घेऊन तुझ्या मानगुटीवर बसायला..

हा∫ हा∫∫हा∫∫∫ "

(क्रमश:)

बलाचे प्रकार, उपयोग आणि बरंच काही 

मुखपृष्ठ 

बारावी नंतरचं फिजिक्स

गोष्टींची पूर्ण यादी

आधुनिक फिजिक्स 

प्रतिक्रिया

प्रमोद देर्देकर's picture

1 Jun 2020 - 8:01 pm | प्रमोद देर्देकर

हे मात्र जरा अवघड गेलं समजायला.
बहुतेक तुम्हाला संपर्क करावा लागणार वाटतं.

अनिकेत कवठेकर's picture

1 Jun 2020 - 10:20 pm | अनिकेत कवठेकर

बरोबर आहे तुमचं, हे संशोधन तसं नवीनच आहे, लेख तसा मोठाच झालाय. पण आता त्यात चार सेक्सन्श केली आहेत आणि सेक्शन हेडिंग्ज टाकली आहेत, बघा सोपं होतंय का ते. या बलांविषयी अधिक लिखाण वाचाल त्यातून ही सोपेपणा येईल.

गोंधळी's picture

21 Jun 2020 - 2:56 pm | गोंधळी

हे मात्र जरा अवघड गेलं समजायला.

सहमत

कठीण विषयाला हात घालून त्यावर छान विवरण केल्याबद्दल अभिनन्दन.

मला जितके समजले त्यावरून, "अणूचे केंद्रक तर फुटलेले नाही म्हणजे या प्रोटॉन्स ना बळजबरीने एकत्र दामटून, बळजबरीने बसवून ठेवणारा कोणीतरी असला पाहिजे किंवा कोणतेतरी बळ असले पाहिजे" यातले हे कोणतेतरी बळ म्हणजेच अणुस्फोटातून निघणारी ऊर्जा - की जी विघातक वा विधायक पद्धतीने वापरता येते.

काही काळापूर्वी God Particles चा देखील शोध जाहीर झाला होता. हे कण कुठले?

अनिकेत कवठेकर's picture

1 Jun 2020 - 10:32 pm | अनिकेत कवठेकर

याविषयी मला सखोल माहिती नाही, अभ्यास नाही, माहिती मिळताच इथे देईन.