मॅक्स प्लँक : पुंजभौतीकीचा पाया

मॅक्स प्लँक : पुंजभौतीकीचा पाया

विसावे शतक सुरु होत असताना ऊर्जेचे उत्सर्जन हा विषय एकदम हॉट होता. ब्लॅकबॉडी मधील उत्सर्जन किंवा शोषणाचे गणितीय सूत्र मांडणे यावर "न्यूटनच्या नियमांच्या अधीन राहून" अनेक शास्त्रज्ञ ५० पेक्षा जास्त वर्ष संशोधन करत होत, पण यश येत नव्हते.. मात्र एक शास्त्रज्ञाने रँचोगीरी करत.. न्यूटनच्या नियमांच्या चाकोरी बाहेर जाऊन विचार केला.. आणि गणितीय सूत्र शोधून काढले.. पुंज भौतिकीचा पाया रचला गेला... विज्ञानाची दिशा आणि जगाचा इतिहास बदलला गेला...  तो शास्त्रज्ञ होता मॅक्स प्लँक..

मॅक्स प्लँक.. जर्मनीमध्ये एक व्यक्ती एका प्रयोगावर सोळा वर्ष काम करतो आणि तो पूर्णत्वाला आला तेव्हा त्याला समजते की याचा शोध आधीच अमेरिकेत लागला आहे.. तरी खचून न जाता " पुनश्च येशू" म्हणत😂 नवीन विषयाला हात घालतो... त्याच्या या स्थितप्रज्ञेचा अनुभव ८९ वर्षाच्या प्रदीर्घ आयुष्यात वारंवार येतो.. शिवाय दुसऱ्याला मदत करायचा त्याचा स्वभाव जर्मन विज्ञानाला विसाव्या शतकात सर्वोच्च उंचीवर जाण्यास मदत करतो.. संगीत, ट्रेकिंग सर्वच बाबतीत जीवनाचा मॅक्झीमम आनंद घेणारा हा मॅक्स, त्याला जर्मन विज्ञानाचा पितामह म्हणले तर वावगे ठरू नये.

मॅक्सचा जन्म २३ एप्रिल १८५८ रोजी जर्मनीच्या उत्तर किनाऱ्यावरील कियल या शहरात झाला. आधीच्या सावत्र आईची दोन आणि सख्ख्या आईची तीन अशी पाच मोठी भावंडे.. घर खानदानी प्राध्यापक.. पणजोबा, आजोबा तत्वज्ञानाचे आणि पप्पा कायद्याचे प्राध्यापक.. पुढे जाऊन मॅक्स पण प्राध्यापक झाला... त्याचे काय कौतुक नाही... आई एम्मा हिचादेखील शिक्षण क्षेत्रात चांगला वट होता.. मॅक्सचे पूर्ण नाव होते "कार्ल अर्नेस्ट लुडविग मॅक्स प्लँक" असे भले मोठे.. बापाचे नाव पण "जोहान ज्युलियस विल्यम प्लँक" काय कौतुक वाटायचे काय माहीत लांब लचक नावे ठेवायला...  मात्र दहाव्या वर्षी त्याने मॅक्स प्लँक म्हणून सही केली आणि मग पुढे आयुष्यभर तेच नाव वापरले.

त्याच्या लहानपणीचा काळ प्रशियात खूप धामधुमीचा होता. लढाई सुरू असायच्या.. सैनिकांच्या टोळ्या कायल बंदरावर दिसायच्या. मॅक्स नऊ वर्षांचा असताना पप्पांच्या जॉबसाठी प्लँक कुटुंब तेथून ५०० किमी लांब मूनिक शहरामध्ये स्थलांतरित झाले. तोवर याचे प्राथमिक शिक्षण स्थानिक शाळेत झाले होते. मूनिक मधील सुप्रसिद्ध मॅक्समिलन प्रशालेत त्याचा प्रवेश झाला.. ही अगदी हुशार मुलांची शाळा..(आपल्या हायझेनबर्गचे आजोबा नंतर त्या शाळेचे मुख्याध्यापक होते, हैज्या पण त्यामुळे तिथेच शिकला होता.)

प्रकाश आणि बुद्धिमत्ता दडून राहत नाही, छोट्या मॅक्सच्या बुद्धिमत्तेची चुणूक तेथील मुलर नावाच्या शिक्षकांनी ओळखली. मुलर हे अतिशय चांगले शिक्षक होते, शिकवताना भौतिकशास्त्राचे सर्व नियम विद्यार्थ्यांच्या डोळ्यापुढे उभे करण्यात त्यांचा हातखंडा होता. त्यांनी मॅक्सचे गणित, खगोलशास्त्र आणि यांत्रिकी यांचे स्पेशल क्लास घेतले. त्यांच्याकडेच मॅक्स "ऊर्जा अक्षय्यतेचा नियम" शिकला आणि भौतिकशास्त्राशी त्याची नाळ जोडली गेली. याशिवाय मॅक्सला शास्त्रीय संगीतामध्ये देखील विशेष गती होती. (गणित आणि संगीताचे नक्कीच नाते असावे बर का, आईन्स्टाईन, फाइनमन, हायझेनबर्ग, मॅक्स प्लँक कितीतरी उदाहरणे आहेत) मॅक्स पियानो तसेच गायनात निष्णात होता❤️

वयाच्या १७ व्या वर्षी पदवी मिळवली. मॅक्सने जेव्हा  भौतिकशास्त्रात संशोधक होण्याची महत्वाकांक्षा बोलून दाखवली तेव्हा त्याचे शिक्षक फिलीप जॉली यांनी त्याला सांगितले की भौतिकशास्त्रात सगळं काही संशोधन करून झालंय. तू काय शोधणार वेगळं. त्यावर त्यावर मॅक्सने उत्तर दिले की "मी नवीन काय शोधणार नाही मात्र आजवर शोधले सगळे अभ्यास करेल" विज्ञानाचे शिक्षक जर विहिरीतील बेडूक असतील तर त्यांना विहीर हेच जग वाटणार ना.. बरे झाले मॅक्सने त्यांचे मनावर नाही घेतले.😂

खरे तर संगीताकडे देखील त्याचा ओढा तितकाच होता, मात्र त्याने निर्णय घेतला की पूर्णवेळ शास्त्रज्ञ म्हणायचं आणि फावल्या वेळात संगीतसेवा.. अनेक वेळा तो गमतीने माझा हा निर्णय चुकला असे म्हणायचा.. शास्त्रामध्ये देखील प्रॅक्टिकल करायला त्याला आवडायचे नाही. उपजत गणितीय बुद्धिमुळे केवळ सैद्धांतिक मांडणी मध्ये तो रमायचा.  कॉलेजमध्ये असताना त्याने विद्यापीठ गीत गायले तसेच एक संगीतिका देखील रचली.

१८७७ मध्ये एक वर्षासाठी बर्लिन विद्यापीठात किरचॉफ आणि हर्मन यांच्या मार्गदर्शनाखाली अध्ययन केले. किरचॉफमुळेच त्याला थर्मोडायनॅमिक विषयाची गोडी लागली. सुट्टीमध्ये इटलीची ट्रीप काढली, सोबत होता गणितज्ञ मित्र कार्ल रंज. रंजने प्रश्न विचारला की ख्रिस्ती धर्माचा विज्ञानाला उपयोग होतो की त्रास.. या प्रश्नाने मॅक्स चपापला. त्या दिवसापासून त्याने आपल्या संबंधित घटनांची चिकित्सा करणे सुरू केले. जरी तो शेवट पर्यंत श्रद्धावान राहिला तरी इतर धर्म आणि पंथ याबाबत तो कमालीचा सहिष्णू झाला.  

फेब १८७९ मध्ये त्याने Ph.D साठी प्रबंध सादर केला. तीन महिन्यांनी viva होता. २१ वर्षाच्या मॅक्सने विचारलेल्या प्रश्नांना अशी फाडफाड उत्तरे दिली की त्याला सर्वोत्तम ग्रेड देऊन Ph.D. प्रदान करण्यात आली. मॅक्स गमतीने म्हणतो, "त्यांनी ज्या पद्धतीचे प्रश्न विचारले त्यावरून माझ्या तेव्हाच लक्षात आले होते की यांना थिसीस मधलं काहीच कळलं नाही😭" पाठोपाठ थर्मोडायनॅमिक विषयावर अजून एक प्रबंध सादर करून प्राध्यापकीसाठी पात्र देखील झाला.२२ वर्षाचा मॅक्स मूनिक विद्यापीठात बिनपगारी व्याख्याता म्हणून काम करू लागला. अँट्रोपीवरच्या संशोधनासाठी भरपूर वेळ देऊ लागला. सोळा वर्ष त्याने यावर संशोधन केले बरं का.. पण सगळे मातीत गेले.. याच्या आधीच अमेरिकेत शोध लागून झाला होता😟

२७ वर्षाचा असताना कियल विद्यापीठात त्याला सहयोगी प्राध्यापकाची नोकरी मिळाली. आता छानशी छोकरी मिळवून संसार थाटायचा. मित्राची बहिण होती मेरी.. मस्त लग्न झाले, दोन जुळ्या मुलींसह चार लेकरे झाली.  कियल विद्यापीठात मात्र मॅक्स जास्त सेवा देऊ शकला नाही. संशोधनामध्ये खूप घासली तरी काही बाहेर पडले नाही. 😭 मात्र १८८९ मध्ये किरचॉफ सरांचे निधन झाल्याने बर्लिन विद्यापीठात मोकळी झालेली जागा ह्याला देऊ केली गेली. (सेटिंग शिवाय तिकडं पण काय होत नसावे का 🤔😁)

बर्लिनमध्ये आल्यावर मॅक्सने तिथे असलेल्या लहान लहान संशोधन संस्था एकत्र एका छत्राखाली आणल्या. ज्याला फायदा विज्ञान संस्कृतीचा प्रसार होण्यास झाला. अनेक विद्यार्थ्यांना संशोधक म्हणून घडविण्यात वाटा उचलणारे प्राध्यापक मॅक्स प्लँकगुरुजी एकदम फेवरेट सगळ्यांचे. लिझ माईटनर म्हणते "नोट्स, पुस्तक काही हातात ना घेता, तरीही एक देखील चूक न करता प्लँकगुरुजींनी दिलेले व्याख्यान सर्वोत्तम असायचे" १८९४ मध्ये प्लँकने संशोधनासाठी ब्लॅकबॉडी हा विषय घेतला. त्याचे गुरू किरचॉफ यांनी १८५९ मध्ये ब्लॅकबॉडी वर प्रयोग करताना पाहिले होते की तापमान वाढले तर ब्लॅकबॉडीतून बाहेर पडणारे उत्सर्जन रंग बदलत असते. त्यानंतर अनेक लोकांनी हा प्रयोग करून पाहिला, मात्र येणाऱ्या निष्कर्षाना गणितीय सूत्रात बसवणे कुणालाच जमले नव्हते. तेव्हा विज्ञानावर न्यूटनबाबा आणि त्याच्या नियमांचा एवढा पगडा होता की " बाबा वाक्य प्रमाणम" त्यापलीकडे कोणी विचार करू शकत नव्हते. प्लँकने देखील भीतभीतच आपला सिद्धांत मांडला.

ब्लॅकबॉडीचा वापर या प्रयोगात करतात कारण ब्लॅकबॉडी इन्फ्रारेड, अल्ट्रावायलेट, एक्स रे अशा सर्व प्रकारच्या रेडिएशन फ्रिक्वेंसी ग्रहण आणि उत्सर्जन करते.ब्लॅकबॉडीचे तापमान वाढवत नेले तसे उत्सर्जन देखील वाढत गेले. आधी दिसत असलेला लाल रंग नंतर तांबडा, निळा शेवटी पिवळसर पांढरा झाला. जेव्हा आपण कोणताही पदार्थ तापवतो तेव्हा त्याला अधिकची उर्जा पुरवत असतो, तेव्हा त्यातील इलेक्ट्रॉन ही मिळणारी ऊर्जा शोषून घेतात. जेव्हा इलेक्ट्रॉन ऊर्जा शोषून घेतो तेव्हा तो ज्या आतल्या कक्षेमध्ये असतो त्या कक्षेतून तो बाहेरच्या कक्षेत उडी मारतो आणि तेथेच काही क्षण स्थिरावतो. त्याचप्रमाणे जेव्हा एखादा इलेक्ट्रॉन ऊर्जा उत्सर्जित करतो तेव्हा तो बाहेरच्या कक्षेतून आतल्या कक्षेत उडी मारतो.

प्रत्येक कक्षेमध्ये फिरणाऱ्या इलेक्ट्रॉनची उर्जा किती ते प्लँकने  स्थिरांक वापरून काढता येते वापरून काढता येते हे सिद्ध केले.E = hν या समीकरणात E म्हणजे ऊर्जा आणि v म्हणजे विद्युतचुंबकीय उत्सर्जनाची फ्रिकवेन्सी तर h म्हणजे प्लँक स्थिरांक. प्लँकचा स्थिरांक 6.626 x 10^-34 J s. एवढा कमी आहे. या सिद्धांतात प्लँकने दाखवून दिले की ऊर्जा ही प्रवाही बाहेर पडत नाही, तर पुंजक्या पुंजक्याने बाहेर पडते. या पुंजक्याला त्याने क्वांटा हे नाव दिले. भौतिकशास्त्रामध्ये तेव्हापासून ‘पुंजभौतिकी’ म्हणजेच quantum physics  ही नवीन शाखा उदयाला आली.

प्लँकचा सिद्धांत वापरून अल्बर्ट आइन्स्टाइनने प्रकाश विद्युत परिणाम (photo electric effect) स्पष्ट केला. त्याचप्रमाणे या सिद्धांताच्या आधारेच नील्स बोहरने अणूरचनेचे स्पष्टीकरण दिले. हायजेनबर्गचे अनिश्चिति तत्त्व देखील या सिद्धांतावर आधारित आहे. इलेक्ट्रॉनचे स्थान अचूकपणे निश्चित करण्याचा प्रयत्न केला की संवेग निश्चित करता येत नाही; तसेच संवेग अचूकपणे निश्चित करण्याच्या प्रयोगात इलेक्ट्रोनचे स्थान निश्चित करता येत नाही. प्लँक स्थिरांक अतिशय लहान असल्यामुळे नेहमीच्या व्यवहारात या अनिश्चिततेचा परिणाम आढळून येत नाही. या सिद्धांताच्या यशस्वी उपयोजनामुळे मॅक्स प्लँकला १९१८ मध्ये भौतिकशास्त्रातील नोबेल पुरस्काराने गौरविण्यात आले.❤️

पुंजभौतिकीने आजवर अडलेल्या अनेक प्रश्नांची उत्तरे विज्ञानाला दिली. काही शास्त्रज्ञांना हा सिद्धांत संभाव्य विश्वनिर्मितीचे मूळ स्वरूप निदर्शित करतो असे वाटते. देव संकल्पनेला बाद करणारी..  १९१८ मध्ये प्लँकला नोबेल मिळाले. प्लँकची लोकप्रियता एवढी वाढली की जर्मन राजकुमारीनंतर सर्वात लोकप्रिय व्यक्ती म्हणून प्लँकची गणना व्हायला लागली. प्लँकचे घर इतर सर्व शास्त्रज्ञांना आपलेच वाटायचे. सांस्कृतिक केंद्रच जणू.. विशेषतः लिझ माईटनर, अल्बर्ट आईन्स्टाईन हे त्याचे नेहमीचे पाहुणे. त्यांचा चांगला पाहुणचार करणे, संगीत ऐकवणे, बागेत खेळ खेळणे हे प्लँक दांपत्याचे आवडीचे काम. कधी आइन्स्टाइन व्हायोलिन वर आणि हा पियानो वर अशी तुफान जुगलबंदी रंगायची. कधी बाहेरून संगीतकार बोलावून मैफिल फुलवायची..  

शिस्तीचा तर एवढा भोक्ता होता की याची क्रिया पाहून घड्याळ सेट करावे. बरोबर सकाळी ८ वाजता नाष्टा, बारा वाजेपर्यंत काम. बाकीच्या दिवसभरात वाचन, भाषण, जेवण, पियानो, चालायला जाणे, आराम घेणे, मित्रांना वेळ देणे सगळे काटेकोर पने होणारच... जणू काही माणूस नाही, घड्याळ आहे. पर्वतारोहण करतांना अगदी दम घेणे नाही, स्वतःला आराम मिळणार नाही याचीच दक्षता तो घ्यायचा. ट्रेकिंगची एवढी आवड होती की वयाची ८० पार केली तरी अवघड अवघड ट्रेक पूर्ण केले

कौटुंबिक जीवनात मात्र प्लँकला  खूप आघात सोसावे लागले. १९०९ साली क्षयरोग होऊन मेरी मेली आणि घराला अवकळा आली. दोन वर्षांनी मेरीचीच भाची मार्गा सोबत त्याने दुसरे लग्न केले, पण पहिल्या महायुद्धात १९१६ मध्ये एक मुलगा कार्ल मारला गेला. एक मुलगा एर्विन फ्रेंच सैनिकांनी पकडुन नेला.. एक मुलगी १९१७ मध्ये बाळंतपणात मेली. तिच्या विधुर नवऱ्याशी दुसऱ्या मुलीचे लग्न लावले तर ती पण बाळंतपणात मेली. दुसऱ्या महायुध्दात बॉम्ब हल्ल्यात याचे घर उध्वस्त झाले,  १९४५ मध्ये पहिल्या बायकोची एर्विन रूपी शेवटची निशाणी पण नष्ट झाली..  "हिटलरचा खून करण्याचा कट रचला" या आरोपाखाली त्याला सजा ए मौत देण्यात आली होती. सरकारी अधिकारी असलेला एर्विन गेस्टापोंच्या हाती सापडला. हिटलरवर झालेल्या बॉम्ब हल्ल्यात काही अधिकारी जखमी झाले होते, या हल्ल्यासाठी माणसे निवडायचे काम एर्विनने केले होते. प्लँकने त्याला वाचवायचा प्रयत्न केला .. पण निष्फळ.. 😔

प्लँक शास्त्रज्ञ किंवा शिक्षक म्हणून जेव्हढा चांगला होता, तेव्हढाच माणूस म्हणून देखील. जेव्हा कोणी विचारत नव्हते तेव्हा आइन्स्टाइनला आधार देणारा हाच होता. आता असे म्हणतात की पुंज भौतिकी हा प्लँकचा दुसरा मोठा शोध आहे, पहिला आहे आइन्स्टाइन ला शोधले तो 😁 आइन्स्टाइनने जेव्हा जनरल रिलेटिविटी सिद्धांत मांडला तेव्हा त्याचा पेपर एडिट करून देणे तसेच त्याचे समर्थन करणारा प्लँक होता. पुढे जेव्हा जर्मनीमध्ये शास्त्रज्ञांचे दोन गट झाले..आणि आइन्स्टाइन अमेरिकेला जात असताना प्लँकने त्याला थांबवायचे प्रयत्न केले नाहीत, तरी या दोघांचा संबंधात कधी कटुता आली नाही. 

प्लँकचा एक किस्सा सगळीकडेच सांगितला जातो. नोबेल मिळाल्यावर त्याला अनेक ठिकाणी भाषणाला बोलावले गेले. आता लोकांना त्याच विषयावर भाषण हवे असायचे, ज्यासाठी त्याला नोबेल मिळाले आहे. त्याच त्याच पाट्या टाकून प्लँकच नाही तर त्याचा ड्रायव्हर पण बोर झाला. एकदिवस तो प्लँकला बोलला की तुमचे भाषण मला पाठ झाले आहे, तुम्ही आज माझी टोपी घालून बसा, मी भाषण देतो. आणि खरच त्याने भाषण छान दिले. मात्र प्रश्नोत्तराच्या सत्रात पहिल्याच प्रश्नाला याची विकेट उडाली. मात्र प्रसंगावधान राखत तो बोलला, हा प्रश्न एवढा सोपा आहे की याचे उत्तर माझा ड्रायव्हरपण देईल.. आणि चेंडू प्लँककडे तटवला 😂😂

एक म्हण आहे, " कोणताही तत्वज्ञ सुखाने मरत नाही" ही म्हण प्लँकबाबत शब्दशः खरी ठरली. त्याचा शेवटचा काळ खूप दुःखात गेला. १९३३ साली जेव्हा हिटलर जर्मनीचा हुकूमशहा बनला तेव्हा प्लँकचे वय होते ७४.  ज्यू शास्त्रज्ञांना तरी वाईट वागणूक देऊ नये यासाठी प्लँक हिटलरला भेटला. मात्र हिटलरने त्याला "सर्व ज्यू साम्यवादी असतात, आणि ते माझे शत्रू असतात" असे सांगून त्याची बोळवण केली. अनेक चांगले शास्त्रज्ञ देश सोडून जात असताना हतबल होऊन पाहण्या पलीकडे प्लँक काही करू शकत नव्हता.

पहिल्या महायुद्धाच्या वेळी जर्मन राष्ट्रवादाचे भरते होते, तेव्हा प्लँकसह ९३ शास्त्रज्ञांनी (आपल्याकडे अनुपम खेर छाप लोकांनी मागे केले होते तसे) पत्रक काढून सरकारला पाठींबा दिला होता. तसेच पहिल्या महायुद्धानंतर जर्मनीला पुन्हा सक्षम बनविण्याच्या मोहिमेत सक्रिय सहभाग देखील घेतला होता. मात्र काळाच्या ओघात हे पुण्य वाहून गेले. हुकूमशाहीमध्ये त्यांच्या मते तुम्ही एकतर या टोकाला असता नाहीतर त्या टोकाला....प्लँकने नाझी पक्षात सामील व्हायचे नाकारले म्हणून नवराष्ट्रवादात प्लँककडे संशयाने पाहायला सुरुवात झाली होती.त्यात त्याने त्याचा पुतण्या हर्मन क्रानोल्ड याला लंडनला पळून जाण्यात मदत देखील केली होती. आधी डेरींग दाखवली थोडी...नंतर मात्र त्याने सपशेल शरणागती पत्करली.. 

ज्यू संशोधकांना संस्थेतून काढू नये यासाठी आपण निदर्शने करू असे ओट्टो हानने सुचवले तेव्हा प्लँक त्याला म्हणाला, "आपण आज ३० लोक जमवू, उद्या ते १५० लोक जमवतील, मोक्याच्या नोकऱ्या मटकवण्यास ते कधीच टपून बसले आहेत." नाझी साम्राज्याशी दोन हात करणे, एका अर्थाने भिंतीला धडका देणे प्लँकच्या नेतृत्वाखालील कैसर विल्यम सोसायटीने पूर्णतः टाळले

हिटलरने हुकूम काढला की कोणत्याही भाषणाची सुरुवात हात वर घेऊन "हेल हिटलर" म्हणून करायची. प्लँक वर आधीच संशयाचा भोवरा, कारण तो ज्यू लोकांनी मांडलेले सिध्दांत मान्य करतो, त्यामुळे जेव्हा प्लँकवर भाषण करायची वेळ आली तेव्हा.. एकदा हात अर्धवट उचलला, मात्र खाली घेतला, परत उचलला आणि "हेल हिटलर" बोलून खाली आला . या प्रसंगाचा फोटो प्रसिद्ध झाला.. आणि प्लँकचे नाव ज्यू विरोधी शास्त्रज्ञांत घेतले गेले. 

जेव्हा महायुद्ध संपले तेव्हा १९४५ मध्ये बायको मार्था आणि तिच्यापासून झालेला हर्मन घेऊन प्लँक गोटिंगन ला परतला. पुढे दोनच वर्षात ४ ऑक्टोबर १९४८ रोजी ८९ वर्षाच्या प्लँकने शेवटचा श्वास घेतला. त्याच्या मृत्युनंतर कैसर विल्यम सोसायटीचे नाव बदलून मॅक्स प्लँक सोसायटी असे करण्यात आले. आज तिच्या ८३ संस्था पसरल्या आहेत. याशिवाय विविध एकके, अंतरिक्षयाने यांना त्याचे नाव देण्यात आले आहे.. अर्थात याचा त्याला आता काय उपयोग..  त्यापेक्षा शेवटचा दिस गोड झाला असता तर....😟

प्लँक एकटा नाही, असे अनेक शास्त्रज्ञ आहेत जे नाझी काळात खोट्या राष्ट्रवादाला अनुकूल होऊन टिकून राहिले, आणि नंतर त्यांच्यावर पश्चाताप करायची वेळ आली. हिटलरने तरी काय मिळवले, ज्यू द्वेष केला नसता तर आइन्स्टाइन, लिझ माईटनर सारखे मोठे शास्त्रज्ञ देशात राहिले असते, तर कदाचित जर्मनी बलाढ्य राष्ट्र झाला असता.. पण तेव्हा विचार कोण करणार... सत्तेवर होता केवळ उन्माद...  आणि उन्मादाच्या खांद्यावर डोके नसते😬

#richyabhau

#max Planck