'भौतिक' जीवन होणार सुकर (डॉ. संजय ढोले)

डॉ. संजय ढोले sanjay@physics.unipune.ac.in
रविवार, 23 सप्टेंबर 2018

मानवाच्या जीवनात भौतिकशास्त्र किंवा पदार्थविज्ञान महत्त्वाची भूमिका बजावतं आणि पुढंही बजावत राहणार आहे. ऊर्जा भरपूर आणि रास्त दरात तयार करणं, कर्करोगासारख्या वेगवेगळ्या आजारांचा मूळ कारणांचं उच्चाटन करणं, वेगवेगळे घटक तयार करणं अशा किती तरी गोष्टी नवीन संशोधनामुळं शक्‍य होणार आहेत. ग्राफिन पदार्थ, रेण्वीय पातळीवर कर्करोगाचं निदान करण्याचं तंत्रज्ञान, हॅड्रॉन चिकित्सा अशा अनेक गोष्टी मानवाचं भविष्य सुकर करणार आहेत. या सर्व गोष्टींचा वेध.

मानवाच्या जीवनात भौतिकशास्त्र किंवा पदार्थविज्ञान महत्त्वाची भूमिका बजावतं आणि पुढंही बजावत राहणार आहे. ऊर्जा भरपूर आणि रास्त दरात तयार करणं, कर्करोगासारख्या वेगवेगळ्या आजारांचा मूळ कारणांचं उच्चाटन करणं, वेगवेगळे घटक तयार करणं अशा किती तरी गोष्टी नवीन संशोधनामुळं शक्‍य होणार आहेत. ग्राफिन पदार्थ, रेण्वीय पातळीवर कर्करोगाचं निदान करण्याचं तंत्रज्ञान, हॅड्रॉन चिकित्सा अशा अनेक गोष्टी मानवाचं भविष्य सुकर करणार आहेत. या सर्व गोष्टींचा वेध.

भौतिकशास्त्र किंवा पदार्थविज्ञान हा विषय सर्वसमावेशक आहे. त्याच वेळी निसर्गातल्या रहस्यांचा भेद घेणारं ते प्रभावी साधनही आहे. म्हणूनच त्याचा जीवशास्त्र, वनस्पतीशास्त्र, रसायन, औद्योगिक, वैद्यकीय, पर्यावरण, वातावरण, अंतराळ या अशा विविध आंतरशाखीय विषयांमध्ये मुक्त संचार होताना दिसत आहे. ही सगळीच क्षेत्रं भौतिकशास्त्राशिवाय अपूर्ण आहेत. किंबहुना विविध उपशाखा आणि शास्त्रांची निर्मिती आणि प्रगती केवळ भौतिकशास्त्रामुळंच होत आहे. वेगवेगळी तंत्रं आणि उपकरणं भौतिकशास्त्रानं दिली नसती, तर या विषयांचा विकास होऊ शकला नसता. म्हणूनच एकोणिसाव्या शतकाच्या शेवटी आणि विसाव्या शतकात भौतिकशास्त्रानं मोठीच मजल मारली आणि हे विश्‍व कवेत घेतलं. आधुनिक विज्ञानाचा पाया त्यामुळं घट्ट रोवला जाऊ शकला. त्यामुळंच भौतिकशास्त्राची अस्पष्टशी पावलं हळूच एकविसाव्या शतकाच्या उंबरठ्यावर येऊन ठेपली आणि पुढं ती पावलं वेगानं ठळक होताना दिसत आहेत. क्षितिजावरील काही संशोधनाच्या छाया विस्तृतपणे एकविसाव्या शतकात लंबकार होत आहेत. त्यात प्रामुख्यानं सौरऊर्जा, नाभिकीय उर्जा, कर्करोग निदानाचं तंत्र, हॅड्रॉन चिकित्सा, अतिसूक्ष्म विज्ञान-तंत्रज्ञान, लार्ज हॅड्रॉन कोलायडर, न्यूट्रिनो ऑब्झर्व्हेटरी, पृथ्वीसदृश ग्रह आणि परग्रहावरील जीवसृष्टीचा शोधाचा समावेश आहे. येत्या वीस-पंचवीस वर्षात या पाऊलखुणा निश्‍चितच स्पष्ट आणि ठळक होणार आहेत. याचे पडसाद मानवी जीवनावर खोलवर रुजणार आहेत, एवढं मात्र निश्‍चित.

सौरऊर्जा ः पारंपरिक आणि काही अपारंपरिक उर्जास्रोतांना मर्यादा आहेत, हे स्पष्ट झालं आहे. औष्णिक, पवन, जलविद्युत, लाटा, जैविक या माध्यमातून निर्माण होणाऱ्या ऊर्जेला काहीशा मर्यादा येऊ लागल्या आहेत. औष्णिक ऊर्जेचा वापर आधिक प्रमाणात होत असला, तरी येत्या चाळीस-पन्नास वर्षांत खनिजसाठा संपुष्टात येणार आहे, ही मात्र वस्तुस्थिती आहे. म्हणूनच शास्त्रज्ञ सौर आणि नाभिकीय या अपारंपरिक ऊर्जास्रोतांचा सखोल अभ्यास करत आहेत. सूर्य हा अखंड ऊर्जा देणारा स्रोत असून, त्याचाच पूर्ण क्षमतेनं वापर करण्याचा प्रयत्नात संशोधक आहेत. सक्षम आणि कार्यक्षम सौरघटकांची निर्मिती हे मुख्य ध्येय सध्या शास्त्रज्ञांचं आहे. यात सिलिकॉनसारख्या अर्धवाहक पदार्थाचा वापर करून, पहिल्या पिढीची सौरघटनिर्मिती करून इतिहास घडवला; पण त्याची कार्यक्षमता चांगली असली, तरी मोठ्या प्रमाणात ऊर्जा निर्माण करण्यासाठी महागडी ठरू लागली. म्हणून नंतर ऍमर्फस सिलीकॉन, कॅडनिअम टेलेरॉइड व कॉपर-इंडिअम गॅलिअम डायसेलेनाईडसारख्या संयुगाचा प्रभावी वापर केला गेला. चौथ्या पिढीत मात्र कार्यक्षम नसले, तरी पॉलिमर-ऑरगॅनिक आधारीत डाय सेंसिटाईस सौरघटांची मुबलक आणि स्वस्त दरात निर्मिती करणं शक्‍य झालं. मात्र, आता सौरघटांची सक्षम निर्मिती संपूर्ण सौर स्पेक्‍ट्रम शोषला जाऊन, वेगवेगळे थर आणि नॅनोट्यूबचा वापर करण्यावर संशोधकांचा भर आहे. त्यामुळं उपलब्ध सौरऊर्जेचा वापर पूर्ण क्षमतेनं भविष्यात शक्‍य होणार असून, काही अंशी ऊर्जेची भूक निश्‍चितपणे भागवली जाणार आहे.

अणुऊर्जा ः जगाची ऊर्जेची गरज पाहता अणुऊर्जा हाही एक मोठा पर्याय सध्या आपल्याजवळ उपलब्ध आहे. अजूनही युरेनिअम, थोरिअमचे साठे मुबलक प्रमाणात उपलब्ध आहेत आणि त्याचा उपयोग विविध प्रकारच्या अणूभट्ट्यामध्ये होऊ शकतो आणि तशा अणूभट्ट्या विकसित करणं हेच खरं आव्हान पुढच्या काळात आहे. अणुऊर्जा युरेनिअमच्या अणुविखंडन प्रक्रियेतून मोठ्या प्रमाणात मिळवली जाते आणि पृथ्वीवरच्या सर्व अणूभट्ट्या या अणुविखंडन पद्धतीवरच अवलंबून आहेत. मात्र, यातही एक दोष आहे. अणुऊर्जा घेताना, प्रचंड प्रमाणात किरणोत्सारी नाभिकीय कचरा निर्माण होतो व त्याचा निचरा करणं ही मोठीच डोकेदुखी होऊन बसली आहे. त्याची विल्हेवाट लावली जाते; पण तो रास्त पर्याय नाही, हे शास्त्रज्ञांच्या लक्षात आलं. कारण वर्षागणिक अब्जावधी टन नाभिकीय कचरा निर्माण होतोय. याच कचऱ्याचा पुनर्वापर करून अणुऊर्जा निर्माण कशी करता येईल, याचा विचार होऊ लागला. म्हणजेच हा कचराच इंधनासारखा वापर करण्याची कल्पना आली आणि त्याचं भंजन करण्यासाठी उच्च शक्ती असलेल्या प्रोटॉन प्रवेगकाची कल्पना मांडण्यात आली. यावर जोमानं संशोधन सुरू असून, ऍक्‍सिलरेटर-ड्रीव्हन सबक्रिटिकल सिस्टिमचा जन्म झाला. यात साधारण 240 मेगावॉट ऊर्जा अपेक्षित असून, यापैकी 60 मेगावॉट प्रवेगक चालू ठेवण्यासाठी वापरली जाऊ शकेल आणि पुढं सातत्यानं उर्जानिर्मिती करणं शक्‍य होणार आहे. अब्जावधी रुपये खर्च करून ही एक मोठी अक्षय ऊर्जा भविष्यात मिळू शकेल.

या व्यतिरिक्त तीन टप्यांतल्या ऊर्जानिर्मितीचा उपक्रम सध्या सुरू आहे, कारण जगात भारतात मोठ्या प्रमाणात योरिअमचा साठा उपलब्ध आहे. त्यासाठी भारताला स्वतःलाच तंत्रज्ञान विकसित करावं लागणार असून, इतर देशांचं सहकार्य मिळणं दुरापास्त ठरणार आहे. कारण इतर देशानं तंत्रज्ञान विकसित केलं, तर इंधनासाठी त्यांना भारतावरच अवलंबून राहावं लागणार आहे आणि हे परावलंबीपण त्यांना नको आहे. मात्र, जिद्दीनं भारतीय शास्त्रज्ञांनी तीन टप्प्यांचा उपक्रम आखला असून, पहिल्या अणूभट्टीत युरेनिअमच्या माध्यमातून विखंडन पद्धतीनं ऊर्जा निर्माण करून, दुसऱ्या टप्प्यात थोरिअमचं ब्रीडिंग करून, युरेनिअम-233 मध्ये रूपांतर करण्याची योजना आहे. तिसऱ्या टप्प्यात त्याचा वापर इंधन म्हणून विखंडन पद्धतीनं ऊर्जानिर्मिती करणं शक्‍य होणार आहे. सध्या दोन टप्पे पूर्ण करण्यात आलेले आहेत. तिसरा टप्पा अजून काही वर्षांत पूर्ण होऊन, पुढील हजार वर्षं नगण्य दरात आपण ऊर्जाक्षेत्रात स्वयंपूर्ण होऊ, असं शास्त्रज्ञांना वाटतं.

पृथ्वीवरच्या सर्व अणूभट्ट्या युरेनिअमच्या अणुविखंडन पद्धतीवर अवलंबून आहेत; पण अणुसम्मीलन भट्टी अजून निर्माण होऊ शकलेली नाही. यात ड्युटेरिअम हे इंधन म्हणून वापरलं जातं. पृथ्वीवर मोठ्या प्रमाणात ड्युटेरिअम उपलब्ध आहे; पण अणुसम्मीलन घडवून आणण्यासाठी प्रचंड तापमानाची गरज भासते आणि त्यात निर्माण होणारा प्लाझ्मा पकडून ठेवणं सध्याच्या कुठल्याही पदार्थांना शक्‍य नाही. त्यामुळे पर्यायानं मोठ्या प्रमाणात ऊर्जा निर्माण करणं शक्‍य होत नाही. सध्या सूर्य हा एकमेव अणुसम्मीलनद्वारे ऊर्जा निर्माण करणारा नैसर्गिक स्रोत असून, प्रचंड गुरुत्वाकर्षणामुळे प्लाझ्मा पकडून ठेवणं शक्‍य आहे. आता वीस देश एकत्र येऊन टोकॅमॅकची निर्मिती करून सुपरकंडक्‍टिंगच्या साह्यानं प्रचंड चुंबकीय क्षेत्र निर्माण करून, प्लाझ्मा पकडून ऊर्जा घेण्याचा प्रयत्नात आहेत. मात्र, यात मोठ्या प्रमाणात पदार्थांतल्या संयुगाचा अभ्यासाची आवश्‍यकता आहे. अणुसम्मीलन भट्टी झालीच, तर कोट्यवधी वर्षं जगाची ऊर्जा भागवू शकेल, एवढं इंधन ड्युटेरिअमच्या स्वरुपात उपलब्ध आहे. हेही कदाचित भविष्यात प्रत्यक्षात येऊ शकेल.

ग्राफिन पदार्थाचा झंझावात ः खऱ्या अर्थानं ग्राफिन पदार्थ एकविसाव्या शतकाला मोठी देणगी आहे, असं म्हणायला हरकत नाही. ग्राफिन म्हणजेच द्विमितीत असलेला कार्बन अणूंचा एकमेव थर. त्याची उंची एका अणूएवढीच असते. आतापर्यंत हा सर्वांत सशक्त आणि पातळ पदार्थ शोधला गेला. त्याचं श्रेय अर्थातच ऍड्रे जेइम व नोवोसेलोव्ह यांना जातं. 2004 मध्ये अतिशय सोप्या पद्धतीनं ग्राफिनची निर्मिती करून, या दोघांनी त्याचे औष्णिक, दृश्‍य, इलेक्‍ट्रॉनिक, यांत्रिक आणि जैविक गुणधर्म कमालीचे असून ते प्रचंड स्थिर असल्याचं सिद्ध केलं. ग्राफिनचा वावर सर्वच शास्त्रांमध्ये होत असून, आरोग्य आणि सुरक्षेत त्याचे बहुमूल्य उपयोग गृहीत धरले आहेत. येत्या काही वर्षांत निश्‍चितपणे ग्राफिनवर आधारित घटकांची निर्मिती होऊन विविध क्षेत्रांत मुक्त संचार होणार आहे. त्यात प्रामुख्यानं अभंग स्मार्टफोन, अंगावर घालण्यास योग्य तंत्रज्ञान, क्रीडा उपकरणं, वेगवान चार्जेबल बॅटरीज, किरणोत्सारी कचरा, पिण्यायोग्य क्षारयुक्त पाणी, भव्य बुलेटप्रूफ अंगरखा, चिरकाल टिकाणारं औद्योगिक वंगण, लवचिक विजेरी, संगणक चकती, वैद्यकीय शोध, विद्युतीय वाहन, सौरशक्तीसोबतच संवेदक, सुपर कपॅसिटरच्या समावेश आहे. मानवी शरीराचाही ताबा हा भव्य पदार्थ येत्या काही काळात घेऊ शकेल.

रेण्वीय पातळीवरच्या कर्करोग निदानाचं तंत्र ः सध्या मानवी जीवनात कर्करोगाचं संक्रमण मोठ्या प्रमाणात होत आहे. काही कर्करोग कुठल्याही चिकित्सेला दाद देताना दिसत नाहीत. म्हणूनच शास्त्रज्ञ रक्ताच्या नमुन्यातच कर्करोगाचं निदान करण्याचे प्रयत्न करत आहेत. त्यामुळं गंभीर स्वरूप धारण करण्याआधीच त्याचा निचरा करणं शक्‍य होणार आहे. त्यासाठी सरफेस एन्हान्स्ड रमण स्प्नेक्‍ट्रोस्कोपीचा खुबीनं वापर करण्याचा प्रयत्न होतो आहे. यात लेझर बीम वापरून रमण विकिरण घडवून, रेण्वीय पातळीवरची माहिती घेणं शक्‍य होईल आणि दहा सेकंदांतच कर्करोगासाठी कारणीभूत असणारे घटक कळतील. याशिवाय सिंगल फोटॉन डिटेक्‍शन तंत्रही विकसित होत असून, एका कर्करोगबाधित पेशीचं इमेजिंग करून, शोध घेणं शक्‍य होईल आणि वेळीच ती पेशी गंभीर स्वरूप धारण करण्याआधी तिचा नायनाट करता येईल.
हॅड्रॉन चिकित्सेचा बिगुल ः कर्करोगाचा निचरा आणि नायनाट करायला विविध किरणांचा उपयोग खुबीनं होताना दिसतो आहे. पूर्वी आणि आजही गॅमा किरणांचा उपयोग केला जातो; पण भारांकित मूलकण म्हणजेच इलेक्‍ट्रॉन, प्रोटॉन यांचाही उपयोग आता शास्त्रज्ञ करू लागले आहेत. इलेक्‍ट्रॉन, प्रोटॉन चिकित्सेमध्ये प्रोटॉन जास्त प्रभावी असल्याचं आढळलं. कारण इलेक्‍ट्रॉनचं वस्तुमान कमी असून, शरीरात विकरित होऊन, इतर चांगल्या पेशींचाही नायनाट करतात. मात्र, प्रोटॉन सरळमार्गी जाऊन लक्ष्यस्थळी ऊर्जा आणि मात्रा विसर्जित करतो आणि कर्करोगांच्या पेशींचा नायनाट करतो. आता मात्र प्रोटॉनऐवजी मूलद्रव्यं वापरण्याची संकल्पना पुढं येऊ लागली आहे. त्यात कार्बन मूलद्रव्याचा वापर प्रभावीपणे होऊ शकतो, असं शास्त्रज्ञांना वाटतं. कारण कार्बन मूलद्रव्याचं वस्तुमान प्रोटॉनपेक्षा बारा पटीनं असून, त्याची ऊर्जा शेवटच्या प्रवासात उत्सर्जित होते. म्हणूनच खोलवर असलेली कर्करोगाची गाठ चांगल्या पेशी अबाधित ठेवून नष्ट करण्याची क्षमता कार्बन आयनमध्ये आहे. यालाच "ब्रॅग कर्व्ह' असंही म्हणतात. याशिवाय कार्बन आयनच्या साह्यानं एका कर्करोग पेशीला शोधून, बाहेरूनच नायनाट करणं शक्‍य होणार आहे. येत्या काही वर्षांमध्ये कार्बन चिकित्सेचा वापर वाढणार आहे आणि कार्बनऐवजी ऑक्‍सिजन आयनाचाही वापर करण्याचा शास्त्रज्ञ प्रयत्न करणार आहेत. सर्व प्रकारच्या आणि तिसऱ्या टप्प्यातल्या कर्करोगाची चिकित्सा यामुळं यशस्वीपणे करणं शक्‍य होणार आहे.
लार्ज हॅड्रॉन कोलायडर ः 2012 मध्ये महाकाय ऊर्जा असणारे दोन प्रोटॉन बीम एकमेकांवर आदळून, महास्फोटांचा इतिहास निर्माण केला गेला. त्यातून हिग्ज बोसॉन मूलकणांच्या वेधापाठोपाठ इतर वेगवान मूलकणांचा शोध घेण्यात आला. अजूनही त्याचं पृथक्करण चालू आहे. नुकतेच शास्त्रज्ञ लार्ज हॅड्रॉन कोलायडरच्या साह्यानं शिशाचे अणू प्रकाशाच्या वेगाला प्रवेगित करण्यात यशस्वी झाले आहेत. ही चाचणी आणि प्रयोग अतिशय उत्साहवर्धक असून, कृष्णपदार्थासोबतच नवीन पदार्थांचा शोध घेण्यासाठी उपयुक्त ठरणार आहेत. मुख्यत्वे लार्ज हॅड्रॉन कोलायडर हा प्रवेगक प्रोटॉन बीम प्रवेगित करण्यास प्रचलित असून, 27 किलोमीटर परिघ असलेल्या लांब टनेलमधून प्रवाहित करून, मिश्रण घडवून आणलं आणि विचित्रच विस्मयकारक मूलकणांचा शोध घेतला. कदाचित हिग्ज बोसॉनसोबतच, एखादा प्रकाशाच्या वेगापेक्षा जास्त वेगानं धावणारा मूलकणही शोधला जाऊ शकेल. असं झालं, तर येत्या काळात त्यावर आधारित वेगळं तंत्रज्ञान निर्माण होऊन हे विश्‍व अधिक जवळ आलेलं असेल. शिवाय कृष्णपदार्थांचा वेध घेऊन, वेगळ्या ऊर्जास्रोतांचा अभ्यास होताना दिसतो आहे. यातूनच गॅमा फॅटरी, म्युऑन बीमची निर्मितीही शक्‍य आहे. पुढचा टप्पा मात्र फ्युचर सर्क्‍युलर कोलायडरचा असून, त्याचा परिघ 80 किलोमीटर असणार आहे. याचा मुख्य हेतू कृष्णपदार्थाव्यतिरिक्त वस्तू, प्रतिवस्तू, न्युट्रिनोचे स्रोत आणि विस्तारित ऊर्जेचा शोध हा आहे. हा अतिशय भव्य आणि महत्त्वाकांक्षी प्रकल्प असून, पुढच्या पन्नास वर्षांत विश्‍वातली रहस्यं बारकाईनं शोधणं शक्‍य होणार आहे.

भौतिकशास्त्रातले महत्त्वाचे टप्पे ठरणारे हे प्रकल्प आणि संशोधन अथक परिश्रमानं पुढं जात आहेत. पाया तर भक्कम झाला आहे. पुढं विश्‍वाच्या आणि पर्यायानं पदार्थांतल्या विविध रहस्यांचा उलगडाही होणार आहे. शिवाय या संशोधनातून एखाद्या नवतंत्रज्ञानाचा उगम होऊन मानवी जीवनच बदलून जाणार आहे. फक्त मानव या बदलास आणि तंत्रज्ञानाच्या मानसिकतेच्या आधारावर कसा सामोरा जाणार आहे, हे जाणून घेणं रोचक ठरणार आहे. कारण कालानुरूप मानवी जनुकात बदल होऊन, आमूलाग्र बदल होताना दिसेल आणि एक वेगळी प्रजात विज्ञान-तंत्रज्ञानामुळं उदयास येऊ शकेल एवढं मात्र निश्‍चित.


स्पष्ट, नेमक्या आणि विश्वासार्ह बातम्या वाचण्यासाठी 'सकाळ'चे मोबाईल अॅप डाऊनलोड करा
Web Title: dr sanjay dhole write Physics article in saptarang