जुन्या किलोची नवी गोष्ट (सुरेंद्र पाटसकर)

फ्रान्समधल्या व्हर्साय इथं वजनं आणि मापं यासंदर्भातल्या आंतरराष्ट्रीय परिषदेत "आंतरराष्ट्रीय मापन पद्धतीत' (एसआय) बदलाचा ऐतिसाहिक निर्णय नुकताच घेण्यात आला. त्यानुसार किलोग्रॅम, अँपिअर, केल्व्हिन आणि मोल या चार एककांची व्याख्या नव्यानं करण्यात येणार आहे. पुढील वर्षी 20 मेपर्यंत सुधारित व अचूक व्याख्या आणि मानकं अस्तित्वात येतील.

आपण आपले दैनंदिन व्यवहार करत असताना अनेक एककांचा वापर करत असतो. भाजी आणायची असो वा धान्य, अगदी आपलं स्वतःचं वजन किती, हे पाहायचं असेल तरी त्याला काही तरी परिमाण वापरतो. कोणतंही मोजमाप करायचं झालं, की एककं अपरिहार्य असतात. मग ती पूर्वीची कालमापनासाठी वापरली जाणारी घटका-पळं-प्रहर-दिवस असोत की आजची सेकंद-मिनिट-तास... लांबी-रुंदीसाठी वापरली जाणारी वीत-हात-योजने असोत, वा सेंटिमीटर-मीटर-किलोमीटर...तसेच वजनासाठी वापरली जाणारी रत्तल-तोळा-पायली-शेर असोत, वा ग्रॅम-किलो-क्विंटल! मात्र, आपण करत असलेलं मोजमाप हे दुसऱ्याला कळलं तरच आपण एका पातळीवर येऊन व्यवहार करू शकू. उदाहरण द्यायचं झालं तर आपण बाजारात गेलो आणि "पायलीभर तांदूळ द्या' असं दुकानदाराला सांगितलं, तर त्याच्याकडं ते माप असले पाहिजे ना? दुकानदार किलोग्रॅममध्ये मोजणार असेल तर आपला आणि त्याचा व्यवहार व्हायचा तरी कसा? त्यामुळे तर दोघं वापरत असलेली एककं ही एकमेकांबरोबर अचूकपणे जुळणं आवश्‍यक आहे. त्यासाठी एकसारखीच मोजमापं किंवा एककं वापरली पाहिजेत.

मोजमापांमध्ये अचूकता येण्यासाठी काही बदल करण्याचा निर्णय जगभरातल्या शास्त्रज्ञांनी व्हर्साय इथं पार पडलेल्या वजनं आणि मापंविषयक परिषदेत गेल्या शुक्रवारी (ता 16 नोव्हेंबर) घेतला. तब्बल 60 देशांच्या प्रतिनिधींनी एकमुखानं या बदलाला मान्यता दिली. शिक्कामोर्तब जरी आता झालं असले, तरी याची चर्चा गेली दोन दशकं सुरू होती. या निर्णयानुसार एक किलोग्रॅम वजन मोजण्याची आजवरची पद्धत रद्द करून किलोग्रॅमची विद्युतप्रवाहावर आधारित नवी व्याख्या करण्यात येणार आहे. अतिसूक्ष्म किंवा खूप जास्त वजनं मोजताना या नव्या व्याख्येचा फायदा होणार आहे. मात्र, त्यानं जगभरच्या बाजारांत आणि दैनंदिन व्यवहारांत वापरल्या जाणाऱ्या एक किलोच्या वजनावर काही परिणाम होणार नाही.

किलोग्रॅमचा इतिहास
एक किलो म्हणजे किती? 1000 ग्रॅम किंवा 2.20462 पौंड किंवा 0.0685 स्लग! ब्रिटिशांनी रूढ केलेली ही पद्धत (इम्पिरिअल ग्रॅव्हिटेशनल सिस्टिम). मात्र, हे नेमकं माप आलं कुठून किंवा प्रत्येक जण सारखंच माप वापरत आहे, याची खात्री कशी देणार?
जगभर ब्रिटिशांचं साम्राज्य असण्याच्या काळात त्यांनी इंग्लंडमध्ये चालत असलेली वजन-मापाची पद्धत, त्यांचं राज्य असलेल्या प्रत्येक देशात सुरू केली. या पद्धतीला "एफपीएस' (फूट-पौंड-सेकंद) पद्धत असं म्हणतात. पुढं फ्रान्सनं दशमानपद्धतीचा (मेट्रिक पद्धत) वापर सुरू केल्यावर जगभरात वैज्ञानिक मापनांसाठी "सीजीएस' (सेंटिमीटर-ग्रॅम-सेकंद) ही पद्धत सुरू झाली. यातली सेंटिमीटर आणि ग्रॅम ही एककं फार लहान असल्यामुळे मोजमापांचे आकडे फार मोठे असायचे. त्यामुळे दशमानपद्धतीतच किंचित सुधारणा करून मोजमापनाची "एसआय' नावाची आंतराराष्ट्रीय मापनपद्धत (एसआय) लागू करण्यात आली. या आंतरराष्ट्रीय मापनपद्धतीनुसार, सीजीएस पद्धतीऐवजी एमकेएस (मीटर-किलोग्रॅम-सेकंद) ही लांबी-वस्तुमान-काळ मोजण्याची नवी मूल एककं वापरात आली.

इंटरनॅशनल सिस्टम ऑफ युनिट्‌स या स्वीकृत आंतरराष्ट्रीय पद्धतीनुसार एकूण सात मूलभूत एककं निश्‍चित केली आहेत ः मीटर (लांबी), सेकंद (वेळ), किलोग्रॅम (वस्तुमान), केल्व्हिन (तापमान), ऍम्पिअर (विद्युतप्रवाह), मोल (कणसंख्या) आणि कॅंडेला (प्रकाशदीप्ती). या एककांवर आंतरराष्ट्रीय सर्वसहमती आहे. थोडक्‍यात, एक मीटर लांबी किंवा एक किलोग्रॅम वस्तुमान हे सर्व जगभर एकसमानच भरते. या मापदंडांच्या बळावरच आज आवश्‍यक असलेल्या माहितीची अचूक देवाण-घेवाण शक्‍य आहे. इतर साऱ्या मोजमापांची एककं- उदाहरणार्थ ः वेग (मीटर प्रतिसेकंद), घनता (किलोग्रॅम प्रतिघनमीटर) आदी - ही या वरील सात मूलभूत एककांच्या संदर्भाद्वारे निश्‍चित करता येतात. याला अपवाद अमेरिकी पद्धतीचा आहे. मूळच्या ब्रिटिश पद्धतीतून पुढं आलेल्या दशमान पद्धतीपेक्षा वेगळी पद्धत अमेरिकेत रूढ करण्यात आली आहे.

वस्तुमान आणि वजन
वस्तुमान आणि वजन या दोन भौतिक राशींत बऱ्याचदा गल्लत केली जाते. वस्तुमान म्हणजे एखाद्या पदार्थामध्ये असणारं द्रव्याचं प्रमाण. वस्तुमान हा पदार्थाचा मूलभूत गुणधर्म आहे, तर पदार्थाचं वजन म्हणजे तो पदार्थ ज्या गुरुत्वीय क्षेत्रात असेल, त्या गुरुत्वीय क्षेत्रानं त्या पदार्थावर लावलेलं गुरुत्वाकर्षण बल. वस्तू कितीही सूक्ष्मातिसूक्ष्म असली, तरी त्या वस्तूला काही तरी वस्तुमान हे असतंच आणि वस्तुमान असलं म्हणजे वजनही असतंच. वस्तुमानच नाही अशी कोणतीही वस्तू अस्तित्वात नाही. स्थानपरत्वे वजन बदलू शकतं. कारण, स्थानपरत्वे गुरुत्वाकर्षण बदलू शकतं; परंतु विश्वात त्या पदार्थाचं वस्तुमान मात्र आहे तेच निश्‍चित राहतं.

प्रमाणीकरणाची सुरवात
किलोग्रॅमचे पहिलं वजन (सुरवातीला त्याला ग्रेव्ह असंही संबोधलं जात असे) सन 1793 मध्ये "फ्रेंच ऍकॅडमी ऑफ सायन्स'नं तयार केले. वजनासाठी पारंपरिकरीत्या वापरल्या जाणाऱ्या धान्याच्या ऐवजी एक स्थिर मानक तयार करण्यात यावं अशी त्यामागची भूमिका होती. एक घन डेसिमीटर पाण्याचं (चार अंश सेंटिग्रेड तापमान असलेलं डिस्टिल वॉटर, प्रमाणित स्थितीत या तापमानाला पाण्याची घनता सर्वाधिक असते) वस्तुमान म्हणजे एक किलो असं ठरवण्यात आलं. याचा फायदा असा झाला की किमान साधनं असलेल्या प्रयोगशाळेत हे माप तयार करता येऊ शकत होतं. नंतर या वस्तुमानाचा पितळेचा ठोकळाही तयार करण्यात आला. याला एक मर्यादा होती आणि ती म्हणजे मीटर या दुसऱ्या एककावर किलोचं वजन अवलंबून होतं. त्या वेळी उत्तर ध्रुवापासून विषुववृत्तापर्यंतचं अंतर मोजण्याचा प्रयत्न केला गेला होता व त्यासाठी मीटर हे एकक वापरण्यात आलं होतं. ज्या वेळी मीटर आणि तापमानाचं अधिक अचूक मोजमाप करता येऊ लागलं, त्या वेळी किलोग्रॅमचं मापही बदलावं लागलं आणि नवं माप प्लॅटिनममध्ये तयार करण्यात आलं. नंतर हे माप "इंटरनॅशनल प्रोटोटाईप किलोग्रॅम'मध्ये (आयपीके) रूपांतरित करण्यात आलं. हेच माप आतापर्यंत वापरात आहे.

"आंतरराष्ट्रीय वजनं व मापं परिषदे'चे सदस्य असलेल्या देशांनी सन 1889 मध्ये एक किलोग्रॅमचं वजन निश्‍चित करण्यासाठी धातूच्या ठोकळ्याचा (दंडगोल) वापर करण्याचं निश्‍चित केलं. प्लॅटिनम आणि इरिडियम या धातूंपासून बनवलेला विशिष्ट उंचीचा दंडगोल हा एक किलो असेल, असं निश्‍चित झालं. तेव्हापासून हा दंडगोल फ्रान्सच्या सेवरे शहरातल्या "इंटरनॅशनल ब्यूरो ऑफ वेट्‌स अँड मेजर्स' (बीआयपीएम) इथं ठेवण्यात आला असून, त्याला "ले ग्रॅंड के' या नावानंही ओळखलं जातं. अशा प्रकारचे जगभरात सहा प्रमाण ठोकळे आहेत. त्यातला एक ठोकळा दिल्लीतही "राष्ट्रीय भौतिक प्रयोगशाळे'त ठेवण्यात आला आहे. त्याला "क्रमांक 57' असं म्हणतात. देशभरातलं किलोग्रॅम वजन "क्रमांक 57' शी तुलना करून वापरलं जातं.

किरकोळ घटीचं कारण
फ्रान्सच्या प्रयोगशाळेत ठेवलेला ठोकळा 30 ते 40 वर्षांनी बाहेर काढून त्याची जगभरात वापरण्यात येणाऱ्या ठोकळ्यांशी तुलना केली जाते. त्यानुसार, सर्वानुमते किलोग्रॅमच्या वजनाला मान्यता दिली जाते. गेल्या वेळी जेव्हा मोजमाप केलं गेलं तेव्हा त्यात 30 मिलिग्रॅमचा फरक आढळून आला होता. याचा आपल्या दैनंदिन व्यवहारात फारसा फरक पडत नसला तरी औषधनिर्माण क्षेत्रासह अनेक क्षेत्रांत या बदलाचे परिणाम दिसू शकतात. तसेच आणखी 100 वर्षांनी त्यात आणखी घट नोंदवली जाऊ शकते, असा निष्कर्ष शास्त्रज्ञांनी काढला. त्यामुळे गेल्या दोन दशकांपासून किलोग्रॅमच्या नव्या व्याख्येबद्दल विचार सुरू होता. नैसर्गिक स्थिरांकाच्या आधारे याचं मोजमाप कसं करता येऊ शकतं, याबाबत बराच खल झाल्यानंतर प्लॅंक स्थिरांकाच्या साह्यानं नवी व्याख्या तयार करण्यात येणार आहे. पुढील वर्षी 20 मेपर्यंत ती अस्तित्वात येईल.

बदलांची सुरवात
वेळ आणि अंतर यांच्या नव्या पद्धतीनुसार व्याख्या अगोदरच करण्यात आल्या आहेत. म्हणजे पृथ्वीच्या परिवलनावर सेकंद अवलंबून नाहीये. सिसीयम-133 च्या अणूतून उत्सर्जित होणाऱ्या ऊर्जेशी याचा संबंध आहे. अचूकपणे सांगायचे झाले तर सिसियम-133 च्या अणूची 9,192,631,770 आवर्तने म्हणजे एक सेकंद.
मीटरचीही अशीच निश्‍चित व्याख्या करण्यात आली आहे. मीटरचे सुरुवातीचे माप हे पृथ्वीचे धृव आणि विषुववृत्त यातील अंतराच्या 1/10,000,000 एवढे अंतर असे मानले जात असे. नवी व्याख्या निर्वात पोकळतील प्रकाशाच्या वेगावर आधारीत आहे. निर्वात पोकळीमध्ये प्रकाश एका सेकंदात 299,792,458 मीटर अंतर पार करतो. म्हणजे एक एक मीटर म्हणजे एका प्रकाश-सेकंदाचा 1/ 299,792,458 एवढा भाग.

प्लॅंकच्या स्थिरांकाचा आधार
किलोग्रॅमची नवी व्याख्या करताना प्लॅंकच्या स्थिरांकाचा वापर करण्यात येणार आहे. सध्या वजनाच्या मोजमापाला कोणताही स्थिरांक अथवा आधारभूत परिमाण नव्हतं. त्यामुळे प्लॅंक स्थिरांकाचा वजनाच्या मोजमापासाठी वापर करावा असं भौतिक शास्त्रज्ञांना वाटलं. प्लॅंकचा स्थिरांक हा 6.626176 * 10 (-34) ज्यूल्स इतका असतो, म्हणजे एका फोटॉनची ठराविक वारंवारितेपर्यंत ऊर्जा वाहून नेण्याची क्षमता होय. सर्वसामान्यपणे स्थिरांक हा ज्यूल्स प्रतिसेकंद असा मोजला जातो; परंतु तो किलोग्रॅम चौरसमीटर प्रतिसेकंद असाही मांडता येऊ शकतो. सेकंद आणि मीटरचं स्थिरांकाच्या साह्यानं मोजमाप कसं करायचं याची माहिती आहे; त्यामुळे ही दोन्ही परिमाणं प्लॅंक स्थिरांकाच्या बरोबरीनं वापरल्यास किलोग्रॅमची नवी व्याख्या काढता येऊ शकते.

इतर एककं
नवी एककं तयार करण्यासाठी एवढा वेळ घेण्याचं कारण म्हणजे अत्यंत अचूकपणे प्लॅंकचा स्थिरांक मोजण्यासाठीची यंत्रं शास्त्रज्ञांना तयार करावी लागणार होती. ही प्रक्रिया थोडीशी वादग्रस्त होण्याचं कारण म्हणजे नव्या व्याख्येनुसार, किलोग्रॅमचा इतर "एसआय' एककांशी असलेला संबंध संपुष्टात येणार आहे. विशेषतः मोल या एककाशी असलेला संबंध. कोणत्या प्रकारच्या किती अणूंपासून पदार्थ बनला आहे, हे सांगण्याचं काम मोल हे एकक करतं. त्यामुळे इतर एककांसाठीही नवे पर्याय पुढं आले. त्यामुळे आता मोल, केल्व्हिन, ऍम्पिअर आणि कॅंडेला यांच्या व्याख्या बदलण्यात येणार आहेत.

अचूक मोजमापासाठी...
या सगळ्या बदलांचा आपल्या दैनंदिन आयुष्यात फारसा फरक पडणार नाही. एका किलोमध्ये जेवढी साखर येते तेवढीच साखर नव्या बदलांनंतरही मिळणार आहे.
आता पर्यंत आपण वापरत असलेल्या किलोचं वजन धूळ, माती आदी साठून वाढू शकतं किंवा विघटनामुळं कमी होऊ शकते. हा बदल एक अब्ज भागांत केवळ 50 भागांइतका म्हणजे पापणीच्या केसापेक्षा कमी वजनाचा असेल, तर त्यानं आतापर्यंत फारसा फरक पडला नाही. मात्र, इथून पुढं हे चालणार नाही. औषधनिर्माण, नॅनो तंत्रज्ञान, सूक्ष्म अभियांत्रिकी अशा क्षेत्रांत अतिसूक्ष्म वजनांचं महत्त्व वाढत आहे. त्यामुळे शास्त्रज्ञांनी ही नवी पद्धत स्वीकारली आहे.

किबल तराजू
नव्या पद्धतीत किलोग्रॅममधल्या ग्रॅमचं प्रमाण वगैरे बदलणार नाही; पण त्याची मात्रा ठरवण्यासाठी पॅरिसमधील "ग्रॅंड के'वर विसंबून राहावं लागणार नाही. विद्युतचुंबकाच्या मदतीनं लोखंडाचं भंगार उचलले जातं, तेव्हा लोखंडाचं वजन पेलण्यासाठी ठराविक विद्युत्‌प्रवाह चुंबकातून वाहतो. म्हणजेच विद्युत्‌प्रवाह आणि वजनाचा संबंध आहे. या तत्त्वावरून किलोग्रॅमची नवी व्याख्या केली जात आहे.
विद्युत्‌चुंबकाच्या मदतीनं एक किलो धातूच्या ठोकळ्याचं नेमकं वजन मोजण्यासाठी डॉ. ब्रायन किबल यांनी तराजू तयार केला आहे. त्याला "किबल बॅलन्स' असं म्हणतात. एका बाजूला एक किलोचा धातूचा ठोकळा लावून दुसऱ्या बाजूकडच्या विद्युत्‌चुंबकात तराजू एका पातळीत येईपर्यंत विद्युत्‌प्रवाह सोडला जातो, तसेच विद्युत्‌वाह आणि वजन यातील संबंध ठरवताना प्लॅंक स्थिरांक वापरतात. जर्मन शास्त्रज्ञ मॅक्‍स प्लॅंक यांच्या नावानं हा स्थिरांक बनवण्यात आला आहे. यानुसार आता एक किलोची विद्युत्‌प्रवाहावर आधारित व्याख्या केली जात आहे. प्लॅंकचा स्थिरांक 0.000001 टक्के अचूकतेपर्यंत मोजणं शास्त्रज्ञांना शक्‍य झालं आहे.

आता विविध देशांना त्यांची एक किलोची वजनं फ्रान्समधल्या धातूच्या ठोकळ्याशी ताडून पाहावी लागणार नाहीत, तर किबल तराजूच्या आधारे कोणताही देश आपापली एक किलोची वजनं तपासून पाहू शकेल. पुढील वर्षी सर्व परिमाणांच्या नव्या व्याख्या निश्‍चित झाल्यानंतर त्यांच्या मोजमापासाठी नवी उपकरणंही बाजारात येतील. मात्र, त्यासाठी थोडा वेळ द्यावा लागेल.

यांच्या व्याख्या बदलणार
- किलोग्रॅम - प्लॅंकच्या स्थिरांकानुसार (h)
- ऍम्पिअर - एलिमेंटरी इलेक्‍ट्रिक चार्जनुसार (e)
- केल्व्हिन - बोल्टझमन स्थिरांकानुसार (k)
- ऍव्होगाड्रो स्थिरांकानुसार (NA)