सृष्टीरंग

प्रकाशाच्या वेगाची कहाणी

लहानपणी “सूर्य नसता तर” असा निबंध परीक्षेत नेहमी येत असे. आता बहुधा हा विषय नसतो. पण आम्ही अगदी कोणकोणती स्वप्ने रंगवून हा निबंध लिहित असू. जेव्हा खगोलशास्त्राचा अभ्यास सुरु झाला तेव्हा या प्रकाशाची अफाट किमया लक्षात आली. प्रकाश ही जगातील कदाचित सर्वात अधिक विस्मयकारक आणि अजूनही अत्यंत गूढ गोष्ट असावी. लहान असतना प्रकाश म्हणजे उजेड, वस्तू दिसतात, प्रकाशसंश्लेषण हेच माहीत असायचे. प्रकाशाचा एक मोठा गुणधर्म आहे त्याचा अफाट वेग! या वेगवरच अवघ्या विश्वाची कोडी उमजायला लागतात. अगदी आईनस्टाईनला देखील याचे अतिशय आकर्षण होते. यातूनच सापेक्षता सिद्धांत जन्माला आला.

प्रकाशाचा वेग शोधण्याची कामे अनेक शास्त्रज्ञांनी केली आहेत. सतराव्या शतकाच्या पूर्वीपासून हे प्रयत्न चालूच होते. पण त्यावेळी प्रकाशाला “वेग” असतो हेच मुळी वैज्ञानिकांना मान्य नव्हते. प्रकाश हा अगदी क्षणार्धात कितीही अंतर पार पाडू शकतो असे त्यांचे म्हणणे होते. पण हा किडा काही वैज्ञानिकांना स्वस्थ बसू देत नव्हता.

१६३८ मध्ये गलिलिओने असे सांगितले की प्रकाशाचा वेग हा ध्वनीपेक्षा किमान दहापट तरी जास्त आहे. प्रकाशाचा वेग शोधण्याचा प्रयत्न करणारा पहिला वैज्ञानिक म्हणून गलिलिओला श्रेय दिले जाते. त्याची पद्धत फार साधी होती. त्याने काय केलं? गलिलिओ आणि त्याचा सहकारी अशा दोघांनी दोन दिवे घेतले. दोघांनी दोन्ही पेटत्या दिव्यांना झाकून ठेवले. गलिलिओने त्याच्या दिव्यावर कव्हर काढले की त्याचा सहकारी दिव्यावरचे कव्हर काढायचा. या दोन्ही क्रियांमधला वेळेचा फरक आणि दिव्यांमधले अंतर नोंदवले जायचे. याचे अनेक प्रयोग केले गेले. यामधून आपल्याला प्रकाशाचा वेग समजेल असे त्याचे म्हणणे होते. त्याने असा निष्कर्ष काढला की तत्क्षणी पोहोचत नसला तरी प्रकाशाचा वेग हा असाधारण जलद आहे. ध्वनीच्या वेगापेक्षा किमान दहापट असावा असा अंदाज वर्तवला होत १६७५ मध्ये ओले रोमर नावाच्या वैज्ञानिकाने हा वेग सेकंदाला दोन लाख किलोमीटर असावा असे सांगितले. ओले रोमर हा डॅनिश खगोलशास्त्रज्ञ होता. याने गुरु ग्रहांच्या उपग्रहांचे निरीक्षण केले. त्याने असे सांगितले की पृथ्वी आणि गुरु या दोन ग्रहांच्या सापेक्ष स्थितीवर गुरु ग्रहांची ग्रहणे अवलंबून असतात. जर पृथ्वी जवळ असेल तर गुरुच्या उपग्रहांची कक्षेमध्ये फिरण्याची गती वाढते आणि जर पृथ्वी लांब असेल तर ही गती कमी होते. ग्रहणे हा प्रकाश आणि सावल्यांचा खेळ असतो. त्याने असे सांगितले की गुरुच्या उपग्रहांच्या गतीवर होणारा परिणाम हा पृथ्वी दूर असताना प्रकाशाला पोहोचण्यासाठी लागणाऱ्या अतिरिक्त वेळेचा प्रभाव आहे. पृथ्वीच्या कक्षेचा व्यास लक्षात घेऊन त्याने असा निष्कर्ष काढला की प्रकाशाचा वेग हा सेकंदाला दोन लाख किलोमीटर इतका आहे. त्याने केलेली गणिते ही गुंतागुंतीची होती. ही संख्या बरोबर नाही हे आज आपल्याला माहित असले तरी हा अगदी ठोस प्रयत्न होता आणि म्हणून हा महत्त्वाचा ठरतो.

१७२८ मध्ये जेम्स ब्रॅडली या वैज्ञानिकाने हा वेग निर्वातामध्ये तीन लाख एक हजार किलोमीटर प्रती सेकंद इतका आहे असे सांगितले. जेम्स ब्रॅडली हा ब्रिटीश भौतिकशास्त्रज्ञ होता. हा खूप महत्त्वाचा टप्पा होता. प्रकाशाची गती मोजण्यासाठी त्याने ताऱ्याच्या विचलनाचा उपयोग करून घेतला. पृथ्वी सुर्याभावती फिरत असल्याने ताऱ्यांच्या विचलनामुळे ताऱ्यांचे दृश्य स्थान बदलते. ताऱ्याचे विचलन म्हणजे पृथ्वीचा सूर्याभोवती फिरण्याचा वेग आणि प्रकाशाचा वेग यांचे गुणोत्तर होय. पृथ्वीचा सूर्याभोवती फिरण्याचा वेग जेम्स ब्रॅडलीला माहित होता. तसेच ताऱ्याच्या विचलनाचा कोन माहित होता. यावरून त्याने प्रकाशाचा वेग शोधला. हा वेग आज माहित असलेल्या वेगाच्या अगदी जवळ जाणारा आहे.

हिप्पीलाईट लुई फुझेऊ नावाचा फ्रेंच भौतिकशास्त्रज्ञ होता. त्याच्या गणिताप्रमाणे हा वेग तीन लक्ष तेरा हजार किलोमीटर प्रतीसेकंद इतका होता. हा शोध त्याने १८४९ मध्ये लावला. त्याने दात असलेले एक चाक घेतले. चाकाच्या दोन दातांमधून प्रकाशाला सोडले. त्या चाकापासून साधारण ८ किलोमीटर अंतरावर एक आरसा ठेवला होता. त्यातून हा प्रकाश परावर्तीत होऊन त्याच फटीमध्ये परत आला. या चाकाला सुमारे शंभर दात होते. चाक एका सेकंदाला १०० फेऱ्या पूर्ण करीत होते. यामुळे सेकंदाचा सूक्ष्म भाग मोजणे शक्य होते. चाकाचा वेग बदलून प्रकाशाच्या वेगामध्ये काही फरक पडतो आहे का हे त्याने तपासले. त्याला प्रकाश किती अंतराने आणि किती वेळात परत आला हे माहीत होते. यावरून वेगाची संख्या काढणे सोपे होते. आणि ही संख्या वास्तव वेगाच्या अगदी जवळ जाणारी होती.

फ्रेंच भौतिकशास्त्रज्ञ, लिओन फॉउल्ट, याने देखील फझेऊसारखीच पद्धत वापरली. त्याने फिरत्या आरशाचा आणि स्थिर आरशाचा वापर केला. आरसा फिरता असल्याने परत येणाऱ्या एका किरणापेक्षा दुसऱ्या किरणाच्या परिवर्तित प्रकाशामधील कोन भिन्न असायचा. याचा उपयोग करून लिओन फॉउल्ट याने अनेक प्रयोग करून, १८६२ मध्ये प्रकाशाचा वेग २९९,७९६ किलोमीटर प्रती सेकंद आहे असे सांगितले. ही संख्या मोघम नव्हती तर बऱ्यापैकी अचूकतेच्या जवळ जाणारी होती. आज आपल्याला अचूक संख्या माहीत आहे ती म्हणजे २९९,७९२.४५७४ ± ०.००११ किलोमीटर प्रती सेकंद !

अमेरिकन नॅशनल ब्युरो ऑफ स्टँडर्डस्ने मान्य केलेला वेग आहे २९९,७९२.४५७४ किलोमीटर प्रती सेकंद, तर ब्रिटिश राष्ट्रीय भौतिक प्रयोगशाळेने मान्य केलेला वेग आहे २९९,७९२.४५९० किलोमीटर प्रती सेकंद!

आज जगामध्ये प्रकाशाचा वेग २९९,७९२.४५८ किलोमीटर प्रती सेकंद हा मान्य केला आहे. पुढे जाऊन प्रकाशाचा वेग हे खगोलशास्त्रामधे मोठे एकक झाले, अनेक शोधांचे जनक झाले. आज दूरवरच्या म्हणजे अब्जावधी प्रकाशवर्षे दूर असलेल्या अवकाशीय वस्तूंच्या शोधांचे मूळ प्रकाशाच्या वेगात आहे. (क्रमशः)

– सुजाता बाबर