नवीन लेखन...

अचूकतेची चाचणी

गॅलिलिओच्या या महत्त्वाच्या निष्कर्षाची तपासणी वेगवेगळ्या प्रकारे होत राहिली आहे. खुद्द गॅलिलिओनं सतराव्या शतकाच्या सुरुवातीला, उतरत्या फळीवरून वेगवेगळ्या वजनाचे गोळे सोडून हे प्रयोग करून पाहिले. त्यानंतर न्यूटननंही लंबकाच्या साहाय्यानं हे निष्कर्ष तपासून पाहिले. लंबकाला दिलेल्या झोक्यात, लंबकाचा गोळा वरून खाली येत असतो. कितीही वजनाचा गोळा लंबकासाठी वापरला तरी, जोपर्यंत लंबकाची एकूण लांबी बदलत नाही, तोपर्यंत लंबकाच्या झोक्याचा कालावधी तोच राहतो. दुसऱ्या शब्दांत सांगायचं तर, लंबकाचा गोळा खाली येण्यासाठी लागणाऱ्या कालावधीचा गोळ्याच्या वजनाशी संबंध नसतो. गॅलिलिओ-न्यूटनच्या काळात जे प्रयोग केले गेले, त्या प्रयोगांच्या स्वरूपावरून, संख्याशास्त्रीयदृष्ट्या हा निष्कर्ष चुकीचा ठरण्याची शक्यता एक हजारात एक इतकी असल्याचं दिसून येतं. म्हणजे हा प्रयोग जर एक हजारवेळा केला तर, या एक हजार निरीक्षणांत फक्त एकदाच हा निष्कर्ष चुकीचा ठरू शकतो. एकोणिसाव्या शतकात केल्या गेलेल्या अधिक अचूक प्रयोगांनुसार, गॅलिलिओचा निष्कर्ष चुकीचा ठरण्याची शक्यता ही एक लाख निरीक्षणांत एक इतकीच असल्याचं सिद्ध झालं.

आइन्स्टाइनच्या व्यापक सापेक्षतावादाचा पाया हा अशाच निष्कर्षावर आधारलेला असल्यानं, या निष्कर्षाची अचूकता विसाव्या शतकात, वेगवेगळ्या प्रकारचे आणि अधिकाधिक अचूक प्रयोग करून मोजली गेली. (अचूकता अधिक काटेकोरपणे मोजायची तर, प्रयोगसुद्धा अधिकाधिक काटेकोरपणे करायला हवेत!) विसाव्या शतकाच्या पूर्वार्धात हंगेरीच्या इयोट्व्हॉस यानं अंत्यंत काळजीपूर्वक केलेल्या प्रयोगात, या निष्कर्षातील चुकीची शक्यता एक अब्ज (म्हणजे एकावर नऊ शून्य) निरीक्षणांत फक्त एक, इतकी असल्याचं दाखवून दिलं. त्यानंतर विसाव्या शतकाच्या अखेरपर्यंत, वाढत्या अचूकतेनं केलेल्या प्रयोगांनुसार या निष्कर्षातील चुकीची शक्यता एक हजार अब्ज (म्हणजे एकावर बारा शून्य) निरीक्षणांत एक इतकी असल्याचं दिसून आलं. त्यानंतर याच्याही पुढची पायरी आता अंतराळात केल्या गेलेल्या प्रयोगांद्वारे गाठली गेली आहे. हे प्रयोग कृत्रिम उपग्रहावर ठेवलेल्या एका साधनाद्वारे केले गेले आहेत. ही मोहीम फ्रान्समधील सीएनइएस (नॅशनल सेंटर फॉर स्पेस स्टडीज) या संस्थेतर्फे अमलात आणली गेली.

एखादी वस्तू जेव्हा फक्त गुरुत्वाकर्षणीय बलाच्या प्रभावाखाली मार्गक्रमण करीत असते, तेव्हा त्या वस्तूच्या स्थितीला ‘मुक्त पतन’ म्हटलं जातं. उदाहरणार्थ, उंचावरून टाकलेल्या वस्तूचं जमिनीकडे येणं, हे त्या वस्तूचं मुक्त पतन असतं. एखादा कृत्रिम उपग्रह जेव्हा पृथ्वीभोवती प्रदक्षिणा घालीत असतो, तेव्हासुद्धा त्याच्यावर फक्त पृथ्वीचं गुरुत्वाकर्षण कार्यरत असतं. त्यामुळे या कृत्रिम उपग्रहाचं किंवा त्याच्या आतील वस्तूंचंही मुक्त पतनच चालू असतं. कोणत्याही मुक्त पतनातील वस्तूवर गुरुत्वाकर्षण कार्यरत असूनसुद्धा, तिला हे गुरुत्वाकर्षण जाणवत नसतं. (म्हणूनच आंतरराष्ट्रीय अंतराळ स्थानकातले अंतराळवीर व सुट्या वस्तू वजनविरहित अवस्थेत तरंगताना दिसतात.)

नॅशनल सेंटर फॉर स्पेस स्टडीज या संस्थेनं आपले प्रयोग हे ज्या उपग्रहाद्वारे केले, त्या उपग्रहाचं नाव होतं ‘मायक्रोस्कोप’. हा छोटासा मानवरहित उपग्रह सुमारे दीड मीटर आकाराचा होता व त्याचं वजन ३३० किलोग्रॅम इतकंच होतं. पृथ्वीच्या पृष्ठभागापासून सुमारे ७१० किलोमीटर अंतरावरून पृथ्वीभोवती फिरणारा हा उपग्रह, शंभर मिनिटांत पृथ्वीभोवतीची एक प्रदक्षिणा पूर्ण करीत होता. सन २०१६ साली अंतराळात सोडलेल्या या उपग्रहाचा कार्यकाळ अडीच वर्षांनी संपुष्टात आला. या उपग्रहाच्या अडीच वर्षांच्या कार्यकाळात गोळा केल्या गेलेल्या सर्व माहितीचं सखोल विश्लेषण केलं गेलं व त्यांतून निघालेले निष्कर्ष अलीकडेच ‘फिजिकल रिव्ह्यू लेटर्स’ या शोधपत्रिकेत प्रसिद्ध झाले आहेत.

मायक्रोस्कोप या उपग्रहावरील प्रयोगासाठी वापरलेल्या मुख्य साधनात, एकमेकांत बसू शकतील अशा दोन पोकळ सिलिंडरचा समावेश होता. हे दोन्ही सिलिंडर वेगवेगळ्या मिश्रधातूंपासून तयार केले होते आणि त्यांची वजनं वेगवेगळी होती. या दोन सिलिंडरपैकी बाहेरचा सिलिंडर सुमारे आठ सेंटिमीटर लांबीचा व सात सेंटिमीटर व्यासाचा होता, तर आतला सिलिंडर साडेचार सेंटिमीटर लांबीचा आणि चार सेंटिमीटर व्यासाचा होता. एकातएक ठेवलेले हे दोन्ही सिलिंडर सिलिकापासून तयार केलेल्या एका ‘पिंजऱ्या’त ठेवले होते व या पिंजऱ्यावर विद्युतवहनासाठी सोन्याचा लेप दिला होता. हा पिंजरा एका बंद कुपीत ठेवून, ही कुपी निर्वात केली होती. या कुपीबरोबर तुलनेसाठी अशीच आणखी एक कुपी वापरली होती. या कुपीतही मिश्रधातूपासून तयार केलेले, वेगवेगळ्या वजनाचे दोन सिलिंडर ठेवण्यात आले होते.

प्रत्यक्ष प्रयोगात, कुपीतील सिलिकाच्या पिंजऱ्यावरील सोन्याच्या लेपातून विद्युत प्रवाह सोडून विद्युत क्षेत्राची निर्मिती केली गेली. या विद्युत क्षेत्राद्वारे निर्माण झालेल्या विद्युत बलानं, आतले मिश्रधातूचे सिलिंडर, आजूबाजूला तसंच एकमेकांना कुठेही स्पर्श न करता स्थिर अवस्थेत तरंगत ठेवले होते. या सिलिंडरचं स्थान अत्यंत संवेदनशील यंत्रणेद्वारे नोंदलं जात होतं. पृथ्वीभोवती फिरणारा हा उपग्रह व त्यातील सर्व वस्तू या मुक्त पतनाच्या स्थितीत होत्या. मुख्य कुपीतील दोन्ही सिलिंडर वेगवेगळ्या वजनाचे असले, तरीही गॅलिलिओच्या निष्कर्षानुसार दोहोंच्या स्थानांत एकमेकांसापेक्ष फरक पडणं, अपेक्षित नव्हतं. जर त्यांच्या स्थानांत फरक पडलाच तर, विद्युत क्षेत्राच्या तीव्रतेत बदल करून त्यांना मूळ जागी आणलं जाणार होतं. त्यांना मूळ जागी आणायला लागणारं विद्युत बल हे, दोघांच्या स्थानांत पडणाऱ्या फरकाचं निर्देशक असणार होतं.

मायक्रोस्कोपच्या सुमारे अडीच वर्षांच्या कार्यकाळात, एकूण सुमारे सोळाशे प्रदक्षिणांदरम्यान हे प्रयोग केले गेले व त्यातून या सिलिंडरच्या स्थानांत पडणारे फरक नोंदले गेले. या माहितीचं त्यानंतर विश्लेषण केलं जाऊन, त्यावरून दोन्ही सिलिंडरच्या स्थानांत फरक पडण्याची संख्याशास्त्रीय शक्यता काढली गेली. ही शक्यता इतकी अल्प होती की, संख्याशास्त्रीयदृष्ट्या दोन्ही सिलिंडरच्या स्थानांत दहा लाख अब्ज (म्हणजे एकावर पंधरा शून्य) प्रयोगांत फक्त एकदाच फरक पडू शकणार होता! तात्पर्य, वेगवेगळ्या वजनाच्या दोन्ही सिलिंडरच्या स्थानांत फरक पडण्याची शक्यता जवळजवळ नगण्य होती. आइनस्टाइनच्या व्यापक सापेक्षतावादाचा पाया अतिशय मजबूत असल्याचं या निरीक्षणांतून नक्की झालं.

गुरुत्वाकर्षणाच्या प्रभावाखालील दोन वस्तूंच्या वर्तनातली ही समानता ज्या तत्त्वाचा परिपाक आहे, ते तत्त्व ‘समतुल्यतेचं तत्त्व’ म्हणून ओळखलं जातं. समतुल्यतेचं तत्त्व इतकं अचूक असल्याचं स्पष्ट होऊनही, मायक्रोस्कोप माहिमेत सहभागी झालेले संशोधक याहून शंभरपट अचूक मापन करण्याची योजना आखत आहेत. असं मापन करण्याची आवश्यकता संशोधकांना भासते आहे; कारण अवघ्या विश्वावरची गणितं मांडणारा व्यापक सापेक्षतावादाचा सिद्धांत, अतिसूक्ष्म आकाराच्या वस्तूंना लागू होणाऱ्या पुंजवादाशी जुळवून घेत नसल्याचं सर्वज्ञात आहे. तेव्हा दोन्ही सिद्धांताना सामावून घेणारा नवा सिद्धांत भविष्यात अस्तित्वात आला तर, त्याला किती अचूकतेची आवश्यकता आहे, हे शोधण्याचा संशोधकांचा मनोदय आहे. त्याबरोबरच व्यापक सापेक्षतावादाच्या सिद्धांताच्या मर्यादाही अशा प्रयोगातून अधिक स्पष्ट होतील. त्यामुळे नजीकच्या भविष्यात ‘अचूकतेची चाचणी’ ही अधिकाधिक अचूकतेने करण्याचा संशोधकांचा प्रयत्न चालूच राहणार, हे निश्चित!

चित्रवाणीः मायक्रोस्कोप मोहीम

— डॉ. राजीव चिटणीस.

-छायाचित्र सौजन्य : – CNES – (मायक्रोस्कोप उपग्रह)

Be the first to comment

Leave a Reply

Your email address will not be published.


*


महासिटीज…..ओळख महाराष्ट्राची

रायगडमधली कलिंगडं

महाराष्ट्रात आणि विशेषतः कोकणामध्ये भात पिकाच्या कापणीनंतर जेथे हमखास पाण्याची ...

मलंगगड

ठाणे जिल्ह्यात कल्याण पासून 16 किलोमीटर अंतरावर असणारा श्री मलंग ...

टिटवाळ्याचा महागणपती

मुंबईतील सिद्धिविनायक अप्पा महाराष्ट्रातील अष्टविनायकांप्रमाणेच ठाणे जिल्ह्यातील येथील महागणपती ची ...

येऊर

मुंबई-ठाण्यासारख्या मोठ्या शहरालगत बोरीवली सेम एवढे मोठे जंगल हे जगातील ...

Loading…

error: या साईटवरील लेख कॉपी-पेस्ट करता येत नाहीत..