नवीन लेखन...

‘शून्य’ तापमानाकडे

 

पदार्थातील अणू-रेणूंची ऊर्जा ही त्या पदार्थाच्या तापमानाची द्योतक असते. पदार्थाचं तापमान कमी करत गेल्यास, त्यातील अणू-रेणूंकडची ऊर्जा कमी होत जाते. परिणामी, त्यांची हालचालही मंदावत जाते. वायूच्या स्वरूपात असलेल्या पदार्थातील रेणूंची हालचाल जास्तीत जास्त असते. (म्हणूनच वायू सहजपणे प्रसरण पावतो.) द्रव पदार्थातील रेणूंची हालचाल त्याहून कमी असते. घन पदार्थातील अणू-रेणूंची हालचाल तर त्यापेक्षाही कमी असते. पदार्थाचं तापमान आणखी कमी करत गेल्यास, या अणू-रेणूंची हालचाल आणखी कमी-कमी होत जाऊन, अखेर एका विशिष्ट तापमानाला ती पूर्णपणे थांबणं हे अपेक्षित आहे. अणू-रेणूंना पूर्णपणे ‘थंडावणारं’ हे तापमान शून्याखाली २७३.१५ अंश सेल्सियस इतकं आहे. या विशिष्ट तापमानाला ‘निरपेक्ष शून्य’ तापमान म्हटलं जातं.

शून्याखालील २७३.१५ अंश सेल्सियचं तापमान म्हणजे भौतिकशास्त्रात संशोधन करणाऱ्या अनेक शास्त्रज्ञांच्या जिव्हाळ्याचा विषय आहे. कारण पदार्थाचं तापमान जसंजसं या विशिष्ट तापमानाच्या जवळ जातं, तसे त्या पदार्थाच्या गुणधर्मांत आश्चर्यकारक बदल होत जातात. निरपेक्ष शून्य तापमानाच्या जवळ त्या पदार्थाचं एका नव्या स्थितीत रूपांतर होतं. या स्थितीत, त्या पदार्थातले सर्व रेणू एकत्रित होऊन, त्या सर्वांचा एक मोठा रेणू झाल्यासारखा भासतो. पदार्थाची ही स्थिती अत्यंत विस्मयकारक आहे. या स्थितीबद्दल शास्त्रज्ञांना मोठं कुतूहल आहे. ही स्थिती अभ्यासण्यासाठी, शास्त्रज्ञ या निरपेक्ष शून्याच्या अधिकाधिक जवळ पोचण्याचा प्रयत्न करीत आहेत. यासाठी आतापर्यंत निर्माण केलं गेलेलं सर्वांत कमी तापमान हे निरपेक्ष शून्याच्या वर, अंशाचा सुमारे तीस हजारावा भाग, इतकं होतं. परंतु, आता तर जर्मनी आणि फ्रांसमधील संशोधकांच्या एका गटानं निरपेक्ष शून्याच्या वर, अंशाचा फक्त सुमारे तीस अब्जावा भाग, इतकं कमी तापमान निर्माण करून दाखवलं आहे. क्रिस्टिआन डेपनर व त्यांच्या इतर सहकाऱ्यांनी केलेल्या या संशोधनाचे निष्कर्ष ‘फिजिकल रिव्ह्यू लेटर्स’ या शोधपत्रिकेत अलीकडेच प्रसिद्ध झाले आहेत.

अणू-रेणूंचं तापमान निरपेक्ष शून्याजवळ नेण्यासाठी ज्या पद्धती वापरल्या जातात, त्यातल्या एका पद्धतीत चुंबकत्वाचा वापर केला जातो. ज्या मूलद्रव्यांना वा संयुगांना क्षीण स्वरूपाचे चुंबकीय गुणधर्म असतात, त्या मूलद्रव्यांसाठी वा संयुगांसाठी ही पद्धत वापरता येते. प्रथम, जो पदार्थ अतिथंड करायचा तो द्रवरूपी हेलियमच्या सान्निध्यात ठेवून, त्याचं तापमान निरपेक्ष शून्याच्या बरंच जवळ आणलं जातं. त्यानंतर या पदार्थाभोवती तीव्र चुंबकीय क्षेत्र निर्माण केलं जातं. क्षीण चुंबकत्व असणारे हे सर्व अणू वा रेणू, मुळात विस्कळीत स्वरूपात विविध दिशांना रोखलेले असतात. त्यांच्यावर तीव्र चुंबकत्व लादलं की, हे अणू-रेणू चुंबकीय क्षेत्राच्या दिशेशी स्वतःला जुळवून घेतात. यानंतर हे चुंबकीय क्षेत्र काढून घेतलं जातं. चुंबकीय क्षेत्राच्या अभावी, हे अणू-रेणू पुनः काही प्रमाणात विस्कळीत होतात. विस्कळीत होण्यासाठी, या अणू-रेणूंकडून स्वतःचीच ऊर्जा वापरली जाते व त्यांच्या ऊर्जेत घट होते. ऊर्जेतील ही घट म्हणजे अर्थातच या अणू-रेणूंच्या तापमानातील घट!

क्रिस्टिआन डेपनर व त्यांच्या इतर सहकाऱ्यांनी आपल्या संशोधनात, पूर्वीपासून वापरात असलेल्या याच तंत्राचा, परंतु वेगळ्या प्रकारे वापर केला. हा प्रयोग जर्मनीतल्या ब्रेमेन विद्यापीठातील ‘ब्रेमेन ड्रॉप टॉवर’ या मनोऱ्यात केला गेला. हा मनोरा वजनविरहित अवस्थेतील प्रयोग करण्यासाठी उभारला आहे. त्याची उंची सुमारे १२० मीटर इतकी आहे. कोणतीही वस्तू उंचावरून सोडून दिली की, अर्थातच ती गुरुत्वाकर्षणाच्या प्रभावामुळे खाली जाऊ लागते. सोडून दिलेली अशी वस्तू खाली पडू लागते तेव्हा, त्या वस्तूवर जरी गुरुत्वाकर्षण कार्यरत असलं तरी, खूद्द त्या वस्तूला ते गुरुत्वाकर्षण जाणवत नाही. कारण, त्या वस्तूवरचं गुरुत्वाकर्षण आणि त्या वस्तूनं स्वतःच्या जडत्वाद्वारे गुरुत्वाकर्षणाला केलेला विरोध, हे सारखेच भरतात. त्यामुळे या वस्तूला आपलं स्वतःचं वजन जाणवत नसतं. ज्या प्रयोगांसाठी वजनविरहित अवस्थेची आवश्यकता असते, असे प्रयोग या मनोऱ्यात करता येतात. यासाठी ज्यावर प्रयोग करायचे आहेत, ती वस्तू मनोऱ्यात वरून खाली टाकली जाते; आणि खाली पडताना त्या वस्तूवर किंवा त्यात ठेवलेल्या इतर वस्तूंवर प्रयोग केले जातात.

गुरुत्वाकर्षणाचा प्रभाव अणू-रेणूंना अधिक प्रमाणात विखुरण्यास कारणीभूत ठरतो. गुरुत्वाकर्षण नसल्यास अणू-रेणूंचं, या बाहेरील कारणामुळे विखुरणं टाळलं जातं. मग त्यांचं विखुरणं (प्रसरण) सुरू राहतं, ते स्वतःच्या गतीमुळे. क्रिस्टिआन डेपनर आणि त्यांच्या सहकाऱ्यांनी, अणू-रेणूंच्या हालचालींवर होणारा गुरुत्वाकर्षणाचा परिणाम टाळण्यासाठीच, आपला प्रयोग ब्रेमेन ड्रॉप टॉवरमध्ये केला. त्यांनी या प्रयोगासाठी अत्यंत सूक्ष्म प्रमाणात रुबिडिअम हे मूलद्रव्य वापरलं. प्रयोगात वापरलेल्या रुबिडिअमच्या अणूंची संख्या फक्त एक लाख इतकीच होती.

क्षीण चुंबकत्व असणाऱ्या या अणूंना प्रथम, चुंबकीय क्षेत्राचाच वापर करून जखडून ठेवण्यात आलं. त्यानंतर त्यांना खाली सोडण्यात आलं. हे अणू गुरुत्वाकर्षणामुळे खाली जाऊ लागले, परंतु त्यांची स्वतःची स्थिती ही वजनविरहित होती. त्यांच्यावर गुरुत्वाकर्षणाचा परिणाम होत नव्हता. त्यानंतर, त्यांच्या भोवतीचं चुंबकत्व आलटून पालटून बंद व चालू केलं गेलं. या प्रकारात, रुबेडिअमच्या अणूंची ऊर्जा कमी कमी होत गेली. अखेर ती इतकी कमी झाली की, रुबिडिअमच्या अणूंचं विखुरणंही जवळजवळ थांबलं. यावेळी रुबिडिअमच्या अणूंची ऊर्जा, निरपेक्ष शून्य तापमानाच्या वर, अंशाच्या फक्त सुमारे तीस अब्जाव्या भागाइतक्या तापमानाला जितकी असायला हवी, तितकी कमी झाली होती. दुसऱ्या शब्दांत सांगायचं तर, या रुबिडिअमच्या अणूंचं तापमान निरपेक्ष शून्याच्या वर, अंशाच्या फक्त सुमारे तीस अब्जाव्या भागाइतकं कमी झालं होतं. प्रयोगांद्वारे आतापर्यंत निर्माण केलं गेलेलं हे सर्वांत कमी तापमान ठरलं! किंबहुना, इतकं कमी तापमान खगोलशास्त्रज्ञांकडूनही विश्वात इतरत्र कुठे नोंदवलं गेलेलं नाही.

क्रिस्टिआन डेपनर व त्यांच्या सहकाऱ्यांना आपल्या या संशोधनाद्वारे, निरपेक्ष शून्य तापमानाच्या अधिक जवळ जाणं शक्य झालं आहे. त्यामुळे पदार्थाच्या, निरपेक्ष शून्य तापमानाजवळच्या गुणधर्मांच्या अभ्यासाला गती येणार आहे. असेच प्रयोग पृथ्वीभोवती फिरणाऱ्या आंतरराष्ट्रीय अंतराळस्थानकावरही केले जात आहेत. अंतराळस्थानकावरही वजनविरहित परिस्थिती असते. तिथेही एका वेगळ्या पद्धतीद्वारे, अत्यंत कमी तापमान निर्माण केलं जात आहे. मात्र ब्रेमेन ड्रॉप टॉवरमध्ये आता निर्माण केलं गेलेलं तापमान हे त्याहूनही कमी आहे. आताचे हे प्रयोग अंतराळस्थानकावर केल्या जाणाऱ्या प्रयोगांना पूरक ठरणार आहेत. क्रिस्टिआन डेपनर व त्यांचे सहकारी करीत असलेल्या या प्रयोगांचं महत्त्व लक्षात घेऊन, ‘जर्मन एअरोस्पेस सेंटर’सारख्या संस्थांनी या संशोधनाला आर्थिक मदत केली आहे.

चित्रवाणी

— डॉ. राजीव चिटणीस.

छायाचित्र सौजन्य: LMU/MPQ-Munich, CuttyP/Wikimedia

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..