तिमिरापासून तिमिरकणांपर्यंत

डॉ. अनिल लचके
गुरुवार, 7 सप्टेंबर 2017

गूढरम्य कृष्णद्रव्याच्या संशोधनासाठी झारखंडमध्ये 'जादूगुडा अंडरग्राउंड सायन्स लॅबोरेटरी' स्थापन झाली आहे. 'पाताळा'तील अज्ञात प्रयोगशाळेत कृष्णद्रव्य शोधणं आव्हानात्मक असलं, तरी आपले संशोधक 'डार्क मॅटर'वर ज्ञानरूपी 'प्रकाश' पाडतील, अशी आशा आहे.

विश्‍वामधील अवकाशाचा कोणताही भाग रिक्त नाही. अत्यंत विरळ स्वरूपात का होईना, पण प्रत्येक ठिकाणी द्रव्याचं अस्तित्व आहे, असं काही शास्त्रज्ञ सांगतात. मानवासाठी अवकाशाचा निरीक्षणक्षम भाग जेमतेम पाच टक्के आहे. यात वायू आणि तेजोमेघांचंच प्रमाण साडेतीन टक्के आहे. उरलेल्या दीड टक्‍क्‍यामध्ये ग्रह, उपग्रह, तारे, दीर्घिका (आकाशगंगा), कृष्णविवर, प्लाझ्मा असं सारं काही आहे. हा सर्व अंतराळाचा एक छोटासा भाग आहे. मग बाकीचं काय आहे? त्याबाबत आपण सर्वजण 'अंधारात' आहोत. आता असं लक्षात आलंय की अंतराळात 27 टक्के 'डार्क मॅटर' (कृष्णद्रव्य) आणि 68 टक्के 'डार्क एनर्जी' आहे. कुणी म्हटलंय, 'संशोधन म्हणजे एखाद्या गर्द अंधाऱ्या कोठडीत जी वस्तू मुळातच नाही, ते शोधण्याचा प्रयत्न करणं!' 'डार्क मॅटर' या नावावरूनच आपण ते कधी अवकाशात प्रत्यक्ष पाहू शकणार नाही, हे उघडच आहे. पण ते तिथं आहे, असं खगोलशास्त्रज्ञ मानतात. 

जागा व्यापणाऱ्या कोणत्याही 'चीजे'ला वस्तुमान म्हणतात. आपल्याला ज्ञात असलेलं 'मॅटर', म्हणजे वस्तुमान- हे प्रोटॉन, न्यूट्रॉन, इलेक्‍ट्रॉन, फोटॉन, म्युऑन, क्वार्क अशा अनेक महासूक्ष्म कणांनी घडलेलं असतं. 'डार्क मॅटर' मात्र या 'नेहमीच्या' कणांनी बनलेलं नसावं. ते घडतं डार्क न्यूट्रॉन, डार्क इलेक्‍ट्रॉन, न्यूट्रालिनो, ऑक्‍सिऑन आदी काही कणांनी. प्रोटॉनच्या दहा ते शंभरपट जास्त वस्तुमान असलेल्या 'मॅटर'नं कृष्णद्रव्य बनलं असावं, असेही काही निष्कर्ष आहेत. हे 'कृष्णद्रव्य' कोणताही प्रकाश प्रक्षेपित करीत नाही, की प्रकाशाचं शोषणही करीत नाही. याचा अर्थ विद्युत-चुंबकीय लहरींच्या बाबतीत ते उदासीन असतं. अशा वस्तुमानाचं सहजासहजी आणि निर्विवादपणं अस्तित्व सिद्ध करणं संशोधकांना आव्हानात्मक आहे. तथापि दुरान्वयानं ते शक्‍य आहे. दीर्घिकांमध्ये काही तारे अतिरिक्त वेगानं परिभ्रमण करतात, तर काही दीर्घिका एकमेकांभोवती अपेक्षेपेक्षा जास्त वेगानं परिभ्रमण करतात. याबाबत महत्त्वाचं संशोधन प्रो. वेरा रुबिन (1928-2016) यांनी केलं आहे. डॉ. रुबिन या जॉर्ज टाऊन युनिव्हर्सिटीमध्ये प्रदीर्घ काळ 'डार्क मॅटर'शी संबंधित संशोधन करीत होत्या. डॉ. रुबिन यांचे एक सहकारी डॉ. केंट फोर्ड यांनी 1975 मध्ये सर्पिलाकार आकाशगंगेतील वस्तुमान कसं विखुरलं गेलं आहे, यासंबंधी अभ्यास केला. त्यासाठी त्यांनी त्या आकाशगंगेतील ग्रह-तारे किती वेगात परिभ्रमण करीत आहेत, याचा विचार करून निष्कर्ष मांडले होते. काही तारे खूपच वेगात परिभ्रमण करीत असल्याचं आढळलं. त्यांचा वेग इतका होता, की ते जणू 'विलया'ला जातील, अशी शंका वाटावी. पण तसं होत नाही. हा परिणाम कृष्णद्रव्याच्या गुरुत्वाकर्षणाच्या प्रभावामुळं शक्‍य असल्याचं त्यांना दिसून आलंय. 

अवकाशात 27 टक्के असलेलं 'डार्क मॅटर' हे आकाशगंगांच्या अंतर्गत भागातही आहे, आणि अनेक दीर्घिकांच्या आसमंतातही आहे. कृष्णद्रव्याला गुरुत्वाकर्षण आहे. त्याच्या अमलामुळे आपला सूर्य-चंद्र-पृथ्वी, तसेच विश्वातील ग्रह-गोल-आकाशगंगा आदी नियंत्रणात शिस्तबद्धपणे परिक्रमा करतात. मग ते ग्रह-तारे आंतरतारकीय असोत अथवा आंतरदीर्घिकीय असोत, ते नेमून दिलेल्या कक्षेतच असतात. भलतीकडं भरकटत जात नाहीत. 

विश्‍वाची उत्पत्ती महाविस्फोटामधून झाली आणि तेव्हापासून विश्‍व हे सतत वेगानं विस्तारत जात आहे. या विश्‍वामध्ये कृष्णद्रव्य खूप मोठ्या प्रमाणात असेल, तर ते विश्‍वाच्या विस्तारण्याचा वेग त्याच्या गुरुत्वाकर्षणाच्या जोरावर कमी करू शकतं. खरंच तसं झालं, तर विश्‍व पुन्हा संकुचित होऊ लागेल. सतत आकुंचन पावेल. याचा अर्थ विश्‍व 'लयाला' जाऊ द्यायचं की नाही, हे कृष्णद्रव्याचं प्रमाण काही प्रमाणात तरी ठरवू शकतं! 

अशा गूढरम्य कृष्णद्रव्याचं संशोधन आपले भारतीय संशोधक साधारण 1960 ते 1992 पर्यंत करत होते. ही प्रयोगशाळा कर्नाटकातील कोलारमधील सोन्याच्या खाणीच्या आत 2700 मीटर खोल होती. त्यांचे प्रयोग वैश्‍विक किरण-म्युऑन संबंधित होते. हे प्रयोग खोल जमिनीच्या अंधारात केले की अनावश्‍यक वैश्‍विक किरणांचं प्रारण (किरणोत्सर्जन) थोपवून धरता येतं. सुदैवानं कोलार खाणीमधील दगडांची घनता आणि रासायनिक जडणघडण अशा प्रयोगांसाठी अनुकूल आहे. तेथे न्यूट्रिनोबाबतही 'टीआयएफआर'चे संशोधक, तसेच डरहॅम युनिव्हर्सिटी (ब्रिटन) आणि ओसाका युनिव्हर्सिटी (जपान) मधील संशोधकांनी चांगले संशोधन केले. मात्र गेली 25 वर्षे या संशोधनात अडथळे येत गेले. ती खाण बंद झाल्यामुळं तेथील जमिनीत खोलवर असलेल्या प्रयोगशाळेचं कार्य ठप्प झालं. 

आता ही समस्या सुदैवानं सुटली आहे. झारखंडमधील जमशेदपूरपासून तीस किलोमीटर दूर असणाऱ्या जादूगुडा या गावात युरेनियमची एक खाण आहे. या खाणीत 550 मीटर खोलीवर 'जादूगुडा अंडरग्राउंड सायन्स लॅबोरेटरी' स्थापन झाली आहे. तिचं उद्‌घाटन दोन सप्टेंबर रोजी झालं. 'युरेनियम कॉर्पोरेशन ऑफ इंडिया' आणि 'साहा इन्स्टिट्यूट ऑफ न्यूक्‍लिअर फिजिक्‍स' (कोलकता) यांनी त्यासाठी संयुक्तपणे प्रयत्न केले. 'पाताळा'तील अज्ञात प्रयोगशाळेत कृष्णद्रव्य शोधणं आव्हानात्मक आहे. कारण कृष्णद्रव्याबाबत आपण अंधारात आहोत. ज्ञात असलेल्या गोष्टीपासूनच अज्ञानाचा शोध घेता येतो. आपले तरुण संशोधक तिमिराकडून तिमिरकणांपर्यंत जायला उत्सुक आहेत. 'डार्क मॅटर'वर ते ज्ञानरूपी 'प्रकाश' पाडतील, अशी अपेक्षा करायला हरकत नाही! 

(लेखक विज्ञानाचे अभ्यासक आहेत)