खरंतर 'विषुवदिन' हा चैतन्यामयी शेतीसाठी 'प्रकाशमान' विद्युतधारा देणारा अत्यंत महत्त्वाचा अभ्यासदिवस! यंदा २० मार्च २०२३ नंतरचा २३ सप्टेंबर २०२३ हा विषुवदिन! विषववृत्त दिवस, भूमध्यरेखा दिन आणि इक्विनॉक्स डे अशी कित्ती कित्ती नांवे! खरंतर सूर्याची प्रकाश किरणे पृथ्वीवर विषववृत्तावर लंबरूप पडणारा हा दिवस! मग दिवस आणि रात्र यांचा समसमान कालावधी असणारा असा विषुवदिन शेती व शेतकऱ्यांसाठी देखील महत्वाचाच आहे.
सप्टेंबर मधील 'शरद विषुवदिन' (Autumnal Equinox) तर मार्च मध्ये येणारा पहिला 'वसंत विषुवदिन' (Spring Equinox) असे दोन विषुवदिन! पर्यावरण रक्षणासाठी वृक्षारोपणासारखे भरगच्च कार्यक्रम राबवत जगभर आनंदोत्सव देणारा सुंदर, चैतन्यमयी दिवस!
खातरजमा पिकपाण्याची!
लंबरूपी प्रकाश किरणे ही एक भौतिकशास्त्रीय सामान्य घटना असते. मात्र लंबरूप प्रकाशाच्या या मूलभूत गुणधर्मांमुळे विविध शास्त्रीय प्रयोग, अवकाश निरीक्षणे तसेच हवामानाचे दुरोगामी परिणामांची माहिती बांधण्यासाठी महत्वाची भूमिका बजावते.
प्रकाशाचा गुणधर्म असलेले परावर्तन (Reflection) आणि अपवर्तन (Refraction) यांचा वापर करीत विषवदिनी मोठ्या आकाराच्या दुर्बिणी सारखे विविध शास्त्रीय उपकरणे हे चांगल्या प्रकारे कॅलिब्रेट करीत त्यातील एरर (त्रुटी) दूर करण्याची नैसर्गिक दुर्मिळ संधी असते. नवीन ऑप्टिकल इन्स्ट्रुमेंट डिझाइन बनविण्यासाठी देखील हे उपयुक्त ठरते. तसेच प्रकाशाचे हस्तक्षेप (Interference) आणि विवर्तन (Diffraction) या गुणधर्मामुळे परिणामांचा अभ्यास आणि विश्लेषण करणे सुलभ होते.
हवामानाची अचूक माहिती मिळविण्यासाठी प्रकाश किती वेळात व कसा वायुमंडलीय अपवर्तन (Atmospheric Refraction) करतो ही माहिती अत्यंत उपयोगी ठरते. अंतराळात तसेच वातावरण अभ्यासात हवामानाची अचूक माहिती मिळविण्यासाठी 'प्रकाश सिद्धांतावर' बनवली जाणारी लेसर (LASER: Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation) तसेच लायडर (LiDAR: Light Detection and Ranging) सारखी उपकरणे किती किफायतशीर सिद्ध होतील याची खातरजमा विषुवदिनी करता येते. म्हणूनच प्रकाश किरण समजून घेणे आव्हानात्मक आणि अत्यंत रंजक प्रवास अभ्यास म्हणजेच 'लॉजी' होय.
प्रकाश संतुलन!
वनस्पती आणि पशुपक्षी यांना जीवन देणारा प्रकाश हा २ लाख ९९ हजार ७९२.४५८ किलोमीटर म्हणजेच सुमारे ३ लाख किलोमीटर प्रती सेकंद इतक्या वेगाने प्रकाश धावतो. प्रकाश एका वर्षात जितके अंतर कापतो त्याला एक प्रकाशवर्ष असे म्हणतात. तर आकाशगंगेतील दूर दूरची अंतरे मोजण्यासाठी ३.२६ वर्षात प्रकाश जितके अंतर कापतो ते म्हणजे एक पार्सेक असे एकक (युनिट) किंवा अंतर मोजण्याची मोजपट्टी आपण वापरतो. सूर्यापासून निघालेल्या प्रकाशाला वसुंधरेपर्यंत पोहचण्यासाठी ८ मिनिटे आणि २० सेकंद इतका कालावधी लागतो. आपल्याला माहीत आहे की पृथ्वीचा स्वतः भोवती फिरण्याचा अक्ष (परिवलन आस) हा साडे २३ अंशाने कललेला आहे. यामुळे पृथ्वीवर एकाच ठिकाणी सुर्योदय व सुर्यास्त या दोन्ही वेळा दररोज बदलतात. मात्र विषुवदिनाच्या दिवशी बरोबर अशी खगोलीय घटना घडते की पृथ्वीचे उत्तर व दक्षिण हे दोन्ही गोलार्ध सूर्यापासून समान अंतरावर असल्याने हे अद्भुत नैसर्गिक 'प्रकाश संतुलन' घडते.
ताशी १ लाख ७ हजार २०८ किलोमीटर या वेगाने पृथ्वी ही सुर्याभोवती एक फेरी ३६५.२४२२ दिवस इतक्या कालावधीत पुर्ण करते. पृथ्वीच्या स्वतःभोवती फिरण्याची एक फेरी म्हणजे एक दिवस हा २३ तास ५६ मिनिटे आणि ४.०९१ सेकंदांत इतक्या कालावधीचा असतो. परिणामी २४ तासांचा दिवस गृहित धरून दिवस आणि रात्र हे अगदी समसमान कालावघीचे म्हणजे सुमारे १२ तासांचा दिवस व सुमारे १२ तासांची रात्र असे असणारा दिन म्हणजेच 'विषववृत्त दिवस' होय.
तिमिरातून तेजाकडे...!
मानवी सभ्यतेचा प्रवास हा 'तिमिरातून तेजाकडे' असा विविध टप्प्यांची श्रृंखला असलेला प्रवास होय. पिकपाण्याचे नियोजन करतांना प्रकाशसंश्लेषणाने अन्ननिर्मितीसाठी प्रकाश किरणांचे महत्व शेतकरी जाणतो. मात्र हा प्रकाश नेमका काय आहे यावरचा अंधार पूर्णपणे अद्यापही दूर झालेला नाही हे वाचून कदाचित धक्का बसेल.
आज सोलर सेल, डिजिटल कॅमेरा, फायबर ऑप्टिक डाटाकेबलचे नेटवर्क, एलईडी लाईटनिंग, वैद्यकीय क्षेत्रात लेसर सर्जरी अशा कितीतरी स्वरूपात रंगीबेरगी प्रकाशाने दैदिप्यमान मानवी जीवन उजळून निघाले आहे. मात्र गेल्या १०० वर्षापासून अंधारात चाचपडत प्रकाशाला समजून घेण्याचा जगभरातील वैज्ञानिकांचा प्रवास महत्वाचा आहे आणि हा प्रवास अद्यापही सुरू आहे. मात्र प्रकाश नेमका कसा असतो हे आपल्याला संपूर्णपणे कळले आहे असे आपण आजही म्हणू शकत नाही म्हणजेच प्रकाशावरील अंधार अद्यापही कायम आहे.
प्रकाशावरचा अंधार!
ज्ञानसागरात डुबकी लावताना लक्षात आलेले हे काही महत्वाचे मुद्दे! गेल्या ३००० वर्षांपेक्षा जास्त कालावधीपासून प्रकाश समजून घेण्याचा प्रयत्न सुरू असल्याचे दाखले सापडतात. प्रकाश म्हणजे विद्युत चुंबकीय उत्सर्जन! आपल्याला दिसणारा प्रकाश इंद्रधनू रंगांची उधळण करत म्हणजे ३८० नॅनो मीटर या तरंगलांबी (Wavelength) पासून निळसर प्रकाशापासून सुरू होत, ७०० नॅनो मीटर असा लालसर प्रकाशापर्यंत पोहचानारा स्पेक्ट्रम किंवा वर्णपट होय, जे आपले मानवी डोळे पाहू शकतात. प्रकाशाच्या संवेदना आपल्या डोळ्यातील दृष्टीपटल आणि चेतापेशीच्या जाळ्याद्वारे मेंदूपर्यंत पोहचतात. विशेष म्हणजे अन्नधान्य निर्मिती प्रक्रियेत प्रकाशाची भुमिका महत्वपूर्ण ठरते.
प्रकाशाबाबत किमान सहा थियरीज आहेत. यापैकी प्रामुख्याने क्लासिकल विरुद्ध क्वांटम हा वाद महत्वाचा ठरतो. एक प्रकाश हा लहरी (Wave) स्वरूपात असल्याचे सांगतो तर दुसरा प्रकाश हा कण (Particle) स्वरूपात आहे असे सांगतो. गंमतीशीर गोष्ट म्हणजे वैज्ञानिक कसोटीवर दोन्ही बरोबर ठरतात. असे प्रकाशाचे हे दुहेरी रूपडे विज्ञान जगतात स्वीकारले जाते. प्रकाशाच्या काही गुणधर्मांचा उलगडा प्रकाश कण स्वरूपात आहे असे गृहीत धरले तर होतो तर काहीं गुणधर्म हे प्रकाश म्हणजे लहरी आहेत असे मानून होतो.
शेतकरी हितासाठी...!
नवीन संशोधनानुसार ८ अब्ज पेक्षा जास्त लोकसंख्या असलेली मानवी सभ्यता पृथ्वीवरील नैसर्गिक संतुलनात हस्तक्षेप करीत आहे. झाडांची प्रचंड कत्तल करीत आहे, तसेच भूजल उपसा, प्रचंड प्रमाणात सिमेंटीकरण करीत पृथ्वीवरील विविध संसाधनांचा इतका उपसा झाला आहे की पृथ्वीचा आस हा कधी पश्चिम दिशेला तर कधी पूर्व दिशेला झुकत आहे. याचाच परिणाम म्हणजे पृथ्वीवरील विविध देशांतील पावसाचा पॅटर्न हा मानवी हस्तक्षेपामुळे अत्यंत लक्षणीयरीत्या बदलत आहे. त्यामुळे शेती, शेतकरी, शेती संलग्न उद्योगधंदे आणि एकंदर अन्नधान्य व पिकांच्या तुटवड्यामुळे अन्नसुरक्षा धोक्यात येत आहे. असेच जर होत राहिले तर ती वेळ दूर नाही जेव्हा नैसर्गिक प्रकाश खेळाचे अद्वितीय संतुलनाचे प्रतिक व प्रतिबिंब असलेला विषुवदिनाची तारीख व क्षण हे लक्षणीयरीत्या दरवर्षीच बदलू लागतील. म्हणूनच मानवी हस्तक्षेपाने पृथ्वीचे असंतुलन रोखण्यासाठी 'वसुधैव कुटुंबकम्' म्हणत एकजुटीने कृती आराखडा बनविणे तो ठोस उपाययोजना करत राबविणे गरजेचे आहे. म्हणूनच आपल्या 'संतुलीत मेंदूची झलक' पहात आत्मपरीक्षणाची संधी देखील 'विषुवदिन' देतो आहे.
किकुलॉजीचे हेही भाग वाचा
किकुलॉजी : हवामान सजग व्हायचेय, तर ओझोनच्या अद्भुत इलेक्ट्रॉनिक संरचनेची माहिती हवीच
किकुलॉजी- मान्सूनदूत 'इलेक्ट्रॉन'चे तांडव नृत्य सांगते हवामानाची माहिती, जाणून घ्या
किकुलॉजी : 'चांद्रयान ३' मोहीम, बदलणारे हवामान आणि चंद्रावरच्या शेतीची गरज
किकुलॉजी- इलेक्ट्रॉन देतो हवामान अलर्ट, वीज ठरवते पीकांची वाढ
पावसाचा 'बायोट्रॉनिक्स सेन्सर' असतो बागेतला कोकिळ, जाणून घ्या कसा?
अचूक हवामान माहितीसाठी माठ आहेत हवामान शास्त्रज्ञ!
किकुलॉजी : ढगांचा एक्सरे काढणाऱ्या रडार तंत्रज्ञानाने महाराष्ट्रातील शेतकरी कधी समृद्ध होणार?
किकुलॉजी : 'जेट स्ट्रिम'मुळे भाजून निघतेय अमेरिका, चीन आणि युरोप!
क्लासिकल विरुद्ध क्वांटम!
प्रकाश हा दोन रूपात वावरतो असे म्हटले जाते. 'क्लासिकल विरुद्ध क्वांटम' अशी जणू प्रकाशनासाठी भुमिका मांडणाऱ्या शास्त्रज्ञांची लढाई सुरू होती असे म्हटले तर वावगे ठरणार नाही. मात्र 'डबल स्लिप एक्सपेरीमेंट' नंतर एखाद्या गोष्टीचे निरीक्षण करणाऱ्या निरीक्षकानुसार‌प्रकाश आपले कारनामे बदलत कधी लहरी स्वरूपात तर कधी कण स्वरूपात वावरतो हे वैज्ञानिक निष्कर्ष धक्कादायक ठरले आहेत आणि 'प्रकाशावरचा अंधार' तसेच 'मानवी अज्ञान' किती गडद आहे याची पुरेपूर प्रचिती देतात.
तलावातील पाण्यात दगड मारल्यानंतर पाण्याच्या पृष्ठभागावर जसे तरंग उमटतात तसे प्रकाश लहरी स्वरूपात पुढे सरकतो अशी 'क्लासिकल फिजिक्स' (लहर भौतिकशास्त्र) ची थियरी आहे. तर चेंडू फेकावे तसे प्रकाश हे कण स्वरूपात एका ठिकाणावरून दुसऱ्या ठिकाणी प्रसारित होतात असे 'क्वांटम् फिजिक्स' (कण भौतिकशास्त्र) ही विज्ञानाची शाखा सांगते. विशेष म्हणजे १८६४ मध्ये जेम्स क्लर्क मॅक्सवेल या भौतिकशास्त्रज्ञाने विद्युत बल आणि चुंबकीय बल यांचा अभ्यास करत विद्युत चुंबकीय क्षेत्र म्हणजेच 'इलेक्टोमॅग्नेटिक फील्ड'ची निर्मिती होते हे सांगितले. एक महत्वाचा टप्पा म्हणजे १८८० साली हेंड्रीच हर्ड यांनी प्रयोगशाळेत रेडिओ लहरी ची निर्मिती करत मानवजातीला एकमेकांशी संपर्क साधण्यासाठी एक नवा दिशादर्शक प्रकाश दिला.
चैतन्याची विद्युत लहर!
१८१७ साली बर्जीलियस या शास्त्रज्ञाने सेलेनियमचा शोध लावला होता. मात्र ६३ वर्षांनंतर म्हणजे १८८० साली वॉर्नर वोन सिमेन्स यांना सेलेनियमच्या पृष्ठभागावर प्रकाश पडला असता विद्युत धारा (इलेक्ट्रिक करंट) वाहते या गुणधर्माचा उलगडा झाला हा क्रांतिकारक शोध होता. यानंतर मानवी जीवनात चैतन्याची विद्युत लहर अवतरली असे म्हणता येईल.
इमॅजिनेशन इज पावर!
'इमॅजिनेशन इज पावर' म्हणजे मेंदूच्या कल्पनाशक्तीत अचाट शक्ती आहे असे अल्बर्ट आईन्स्टाईन नेहमी म्हणत असे. मात्र वरीलपैकी कुठल्याही शास्त्रज्ञाला प्रकाशाच्या शोधाबाबत नोबेल पुरस्कार मिळाले नाही हे विशेष. मात्र १०० वर्षांपूर्वी म्हणजे १९२१ साली अल्बर्ट आईनस्टाईनने प्रकाशाचे स्वरूप काय व कसे असते याबाबत केलेल्या संशोधनाला नोबेल पुरस्कार मिळाला.
त्याआधी १८९७ साली जे जे थॉमसन या भौतिकशास्त्रज्ञाने प्रत्यक्ष प्रयोग केलेत. हवा नसलेल्या (निर्वात पोकळी असलेल्या) काचेच्या नळीत धातूच्या पत्र्याचे इलेक्ट्रॉड वापरत ‘कॅथोड रे’ बनविलेत. परिणामी इलेक्ट्रॉन या ऋणभारीत मूलभूत कणांचा शोध लागला. त्यानंतर आठ वर्षांनी आइन्स्टाइन यांनी 'ऊर्जेचे उन्माळे' (एनर्जी पॅकेटस्) हे फोटॉनचे कण असल्याची संकल्पना मांडली तसेच 'फोटो-इलेक्ट्रिक इफेक्ट'चे स्पष्टीकरण देखील दिले.
महानायक!
कुठल्याही पद्धतीचा प्रत्यक्ष प्रयोग न करताही केवळ गणितीय आकडेमोड करत प्रकाशाचे स्वरूप मांडत चक्क १९२२ चे नोबेल पुरस्कार पटकावणारा बहाद्दूर पठ्ठा म्हणजे आइनस्टाईन! इतर शास्त्रज्ञांनी केलेल्या कामाचा लेखजोखा एकत्र करणारा आईनस्टाईन म्हणजे 'आयत्या बिळावर नागोबा' अशी टीका झाली पण आईन्स्टाईन अपने ही दुनिया में मस्त मौला! 'इग्नोर इट' म्हणत व मेंदूत यत्किंचितही अंधार दाटू न देता अगदी खुल्या मनाने प्रकाशा वरचा अंधार दूर करण्यासाठी शोध घेणारा पृथ्वीवरील महानायक म्हणजे आईनस्टाईन!
'ज्ञानदेवाने रचला पाय तुका झालासे कळस' या उक्तीप्रमाणे जे जे थॉमसन ने इलेक्ट्रॉन शोधत रचिला पाया आणि नोबेल पारितोषिक पटकावत आईनस्टाईन झाला कि हो कळस! 'इमॅजिनेशन इज पावर' (Imagination is Power) म्हणत कागदावर गणिती आकडेमोड करत प्रकाशाचा शोध घेणारा माणूस म्हणजे अल्बर्ट आईनस्टाईन! मात्र संपूर्ण प्रकाश समजण्याचे शिखर गाठणे अद्याप बाकी आहे हे शाश्वत वैज्ञानिक सत्य होय.
प्रकाशाला समजून घेण्यात मानवाला अद्याप पूर्णत्व प्राप्त झालेले नाही आणि प्रकाशावरील अंधार दूर करण्यासाठी संशोधन क्षेत्रातील आव्हाने पेलणे हेच सर्वात मोठे व गरजेचे आव्हान आहे. मानवी कल्पनांचा आणि चंचल मनाचा वेग हा प्रकाशाच्या वेगापेक्षा जास्त आहे की नाही या बाबत कदाचित वाद असू शकतील मात्र प्रकाशाचे दोहरे रूप नेमके काय आहे हा संपूर्ण उलगडा अद्याप झालेला नाही हे सत्य आहे. सजीव असलेल्या वनस्पतींवर प्रकाशाचे विविध रंग हे वेगवेगळ्या स्वरूपात प्रभाव पाडते. शेतकऱ्यांच्या फायद्यासाठी अन्नधान्य तसेच पिक उत्पादन हे प्रकाशाच्या विविध रंग-ऊर्जा स्वरूपात भिन्न भिन्न प्रभाव कसा व कोणत्या कालावधीत टाकते याबद्दल भारतात देखील अधिक अभ्यास संशोधन करण्याची गरज आहे.
-प्रा. किरणकुमार जोहरे
के.टी.एच.एम. कॉलेज, इलेक्ट्रॉनिक सायन्स विभाग, नाशिक,
मो. नं. 9168981939, 9970368009
kirankumarjohare2022@gmail.com