पाऊली यांचा वगळ सिद्धांत

पाऊली यांचा वगळ सिद्धांत
(अर्थात पाऊलीज एक्सक्लुजन प्रिन्सिपल)

त्या काळी एन्रिको फर्मी, वुल्फगँग पाऊली ह्या ऑस्ट्रियन भौतिकशास्त्रज्ञाच्या, अलीकडील एका संशोधनाबाबत विचार करत होते. पाऊली एकेकाळी मॅक्स बॉर्न ह्यांचे सहकारी होते. केंद्रकाभोवती फिरणाऱ्या आण्विक विजकांच्या हालचालींचा अभ्यास करत असतांना, पाऊलींनी असे निरीक्षण केलेले होते की, एका कक्षेत केवळ एकच विजक असतो. दुसऱ्या शब्दांत सांगायचे तर, कुठलेही दोन विजक एकाच कक्षेचा अवलंब करत नाहीत.

फर्मींना हे समजले की, ही घटना प्रत्येक अणूत, याआधी लक्षात न आलेली आणखी एखादी व्यवस्था अस्तित्वात असल्याचे सूचित करत आहे. वायूतील अणू हे घनातील अणूच्या मानाने अभ्यासास जास्त सोपे असतात, म्हणून त्यांनी वायूतील अणू आणि त्यांतील कणांच्या हालचालींवर लक्ष केंद्रित केले. फार फार पूर्वी त्यांनी "परिपूर्ण" वायूची कल्पना केलेली होती. खरेखुरे वायू अनिश्चित स्वरूपाच्या बाह्य बलांनी बाधित होतात. त्याउलट "परिपूर्ण" वायू स्थिरपद राहत असावेत अशी त्यांची कल्पना होती. अशाप्रकारचा "परिपूर्ण" वायू, अणू आणि विजकांच्या वर्तनांचा अभ्यास करण्यासाठी आदर्श पर्यावरण ठरू शकतो. प्रारणांनी उत्सर्जित ऊर्जेचे त्यात निरीक्षण करता येते आणि ती मोजताही येते. पण अशा वायूचे नियमन कुठल्या नियमांनी होत असावे? त्या नियमांत आणि पाऊलींच्या संशोधनात काय संबंध असावा?

गप्पा मारत मारत, फर्मी आणि त्यांचे मित्र फ्रँको रासेट्टी एव्हाना डबक्यापाशी पोहोचलेले होते. त्यांनी त्यांचे सोबत दोन लांब दांडे आणलेले होते. प्रत्येकाच्या टोकाशी रेशमी दोरीचा सरफास बांधलेला होता आणि त्याच्या टोकाशी मासेमार लोक बांधतात तशा पद्धतीने लहान सहान किटकांचे आमिषही बांधलेले होते. ते डबक्याच्या कडेला भुकेल्या सरड्यांनी आमिषांवर झडप घालण्याची वाट पाहत बसून राहिले.

"सरडा अगदी समोरच आहे," रासेट्टी कुजबुजले. "ईशान्येकडे सरकत आहे. वेग शून्य दशांश एक सात नॉटस्."

फर्मींनी तेवढ्यात असे काही पाहिले होते, ज्याकडे रासेट्टींचे लक्षच गेलेले नव्हते. दुसरा एक लहान सरडा, त्याच आमिषाकडे समांतरपणे सरकत होता. त्यांनी एकाच वेळी झेप घेतली. मोठ्या सरड्याने आमिष पकडले. रासेट्टींनी दोऱ्याला झटका दिला, फास आवळला आणि मोठा सरडा गिरफ्तार झाला. मात्र झेपावणारा लहान सरडा थोडा कमी पडला. आणि मागे वळून पळून गेला.

हो! खरेच आहे!! कुठलेही दोन विजक एकाच कक्षेत राहू शकत नाहीत. कारण कुठल्याही दोन विजकांची पुंज स्थिती सारखीच नसते. दुसऱ्या शब्दात सांगायचे तर, ते एकाच आकाराचे नसतात. किंवा त्यांचे तापमान सारखेच नसते, किंवा त्यांचेवरील विद्युत अधिभार सारखाच नसतो, अथवा ह्या तीन्ही गोष्टी असतात. हेच काही मुद्दे विजकांची कक्षा ठरवत असतात.

फर्मींचे मन धावत होते. आधीच ते त्या "परिपूर्ण" वायूच्या संदर्भात विचार करत होते, जो त्यांनी एकल अणूचा मानला होता. त्याच्या अणूतील विजक कसे वागत असावेत. मग फायरेंझमध्ये परतल्यावर पुन्हा, त्यांनी लगेचच "परिपूर्ण एकल वायूच्या पुंजीकरणाबाबत" नावाचा शोधनिबंध लिहायला घेतला.

त्या शोधनिबंधात काढलेले निष्कर्ष आजही धातुवैज्ञानिक आणि अभियंते अनुसरत आहेत. इतर गोष्टींसोबतच, त्यात विविध धातू किती चांगल्या वा वाईट प्रकारे उष्मा वा विद्युत वहन करतात ते निश्चित करण्याबाबत मार्गदर्शक तत्त्वे दिलेली आहेत. फर्मींचे निष्कर्ष वैध होते आणि आजही आहेत. एवढेच नव्हे तर आणखीही एका शास्त्रज्ञांनी -पॉल डिरॅक ह्यांनी- स्वतंत्रपणे तेच आकडे शोधून काढले होते. ह्याच सूत्रांना अजूनही "फर्मी-डिरॅक संख्यांकने -Fermi-Dirac Statistics-" म्हणून ओळखले जाते आणि त्यांच्या नियमांचे अनुसरण करणाऱ्या वायूकणांना "फर्मिओन्स" म्हटले जाते.

हा लेख, “एन्रिको फर्मी: अणुयुगाचा प्रणेता [१]” ह्या पुस्तकातील एका उतार्‍याचा मराठी अनुवाद आहे.
पूर्वप्रसिद्धीः मनोगत डॉट कॉम ०६-०२-२००८

[१] एन्रिको फर्मी: अणुयुगाचा प्रणेता (Enrico Fermi: Pioneer of Atomic Age), मूळ इंग्रजी लेखक: टेड गॉटफ्रीड, मालिका: आधुनिक युगाचे कर्ते (Makers of the Modern Age), प्रकाशक: युनिव्हर्सिटी प्रेस, प्रकाशन काल: १९९९, वितरक: ओरिएंट लाँगमन लिमिटेड, किंमत: रु.१२५/- फक्त.