प्रकाश म्हणजे काय आणि तो सू्र्य, चंद्र आणि तारकांपासून आपल्यापर्यंत कसा येत असेल यावर हजारो वर्षांपूर्वीपासून अनेक विद्वानांनी विचार करून तर्कांवर आधारलेली मते मांडली होती. सतराव्या शतकातल्या आयझॅक बीकमन नावाच्या शास्त्रज्ञाने तोफ उडवून त्यातून निघालेला धूर दूरवर ठिकठिकाणी ठेवलेल्या आरशांमधून पाहावा अशी कल्पना मांडली होती. त्याच काळातला थोर शास्त्रज्ञ गॅलीलिओ याने दिव्यांचा उपयोग करून प्रकाशाला दूरवर जायला किती वेळ लागतो हे पाहाण्याचे प्रयोग केले होते. प्रकाशाचा वेग खूपच जास्त असल्यामुळे हे प्रयोग यशस्वी होणे शक्यच नव्हते. त्यामुळे प्रकाशाचा वेग न मोजता येण्याइतका प्रचंड (अमित) आहे असा निष्कर्ष गॅलीलिओने काढला होता.

रोमर या डॅनिश संशोधकाने आयो या गुरूच्या उपग्रहावर जे संशोधन केले होते ते कॅसिनि नावाच्या मुख्य शास्त्रज्ञाचा साहाय्यक म्हणून केले होते. ते काम करण्यामागे कॅसिनीचा उद्देश वेगळाच होता. अॅटलांटिक महासागरामधून जात असलेल्या जहाजांना आपण नेमके कुठे आहोत हे समजण्यासाठी त्याचा उपयोग होईल असे त्याला वाटत होते, पण अशी निरीक्षणे करण्यातल्या अडचणी पाहता तो विचार बारगळला. रोमरच्या त्या संशोधनामधून प्रकाशाच्या वेगाचा शोध लागला असला तरी त्याचे तसे सांगणे कॅसिनीला पटले नाही. त्यामुळे त्या महत्त्वाच्या शोधाला मिळायला हवी होती तेवढी प्रसिद्धी दिली गेली नाही. पण त्या काळातला दुसरा प्रमुख शास्त्रज्ञ ह्यूजेन याला मात्र रोमरचे स्पष्टीकरण बरोबर वाटले आणि त्याने त्यावर स्वतः विचार आणि काम करून प्रकाशाचा वेग दर सेकंदाला अमूक इतके किलोमीटर अशा प्रकारे सर्वसामान्य वापरातल्या एकांकांमध्ये (युनिट्समध्ये) सांगितले. त्यामुळे कांही लोक या शोधाचे श्रेय ह्यूजेन्सलाही देतात. त्या काळातला सर्वांत मोठा शास्त्रज्ञ सर आयझॅक न्यूटन यांनीसुद्धा रोमरच्या विचारांना पाठिंबा दिला, त्यात स्वतःच्या संशोधनाची भर घातली आणि सूर्यप्रकाशाच्या किरणांना पृथ्वीपर्यंत पोहोचण्यासाठी सात ते आठ मिनिटे लागतात असा अंदाज सन १७०४ मध्ये लिहिलेल्या पुस्तकात व्यक्त केला.  

इंग्लंडमधल्याच जेम्स ब्रॅडली नावाच्या कुशाग्र बुद्धीच्या संशोधकाने खगोलशास्त्राचा अभ्यास करताना अॅबरेशन (aberration of light) या प्रकाशकिरणांच्या विशिष्ट गुणधर्माचा शोध लावला. पृथ्वी स्वतःच सूर्याभोंवती वेगाने फिरत असल्यामुळे दूरच्या ताऱ्यांपासून पृथ्वीवर येऊन पोहोचणारे किरण चित्रात दाखवल्याप्रमाणे किंचित वेगळ्या दिशेने आल्यासारखे वाटतात. त्यामुळे आकृतीत दाखवल्याप्रमाणे 'क' या ठिकाणी असलेला तारा 'ख' या जराशा वेगळ्या ठिकाणी दिसतो, म्हणजे तो तारा तिथे आहे असा भास होतो. पृथ्वी सूर्याभोंवती गोल गोल फिरत असल्यामुळे तिची सरळ रेषेत पुढे जाण्याची दिशा दर क्षणी बदलत असते. ती आज ज्या दिशेने जात आहे त्याच्या नेमक्या विरुद्ध दिशेने आणखी सहा महिन्यांनी जात असेल. त्यामुळे सहा महिन्यांनी तोच तारा दुसऱ्या दिशेने किंचित सरकून 'ग' या जागी गेलेला दिसेल. प्रकाशकिरणांचे हे अॅबरेशन त्यांचा वेग पृथ्वीच्या वेगाच्या तुलनेत किती आहे यावर अवलंबून असते. ब्रॅडलीने वर्षभर अत्यंत सूक्ष्म निरीक्षणे करून एका ताऱ्याचे अशा प्रकारे किंचित जागेवरून हलणे मोजले. ते एक अंशाचा सुमारे १८० वा भाग इतके सूक्ष्म होते. ब्रॅडलीने त्याचे गणित मांडून प्रकाशकिरणांचा वेग पृथ्वीच्या वेगाच्या १०२१० पट असल्याचे सिद्ध केले आणि त्यावरून गणित करून सूर्यप्रकाशाला पृथ्वीपर्यंत येऊन पोचण्यासाठी ८ मिनिटे १२ सेकंद इतका वेळ लागतो असे इसवी सन १७२९ मध्ये सांगितले.  कदाचित खरे वाटणार नाही, पण आपली पृथ्वी दर सेकंदाला सुमारे ३० किलोमीटर इतक्या मोठ्या वेगाने आपल्या कक्षेतून फिरत असते. ब्रॅडलीच्या संशोधनानुसार प्रकाशाचा वेग सेकंदाला १८३,००० मैल किंवा २९५,००० किलोमीटर इतका येतो.

पण दर सेकंदाला दोन तीन लाख किलोमीटर एवढ्या प्रचंड वेगाने कुठलाही कण, मग तो प्रकाशाचा का असेना, प्रवास करू शकेल यावर त्या काळातले लोक विश्वास ठेवायला तयार नव्हते आणि त्या काळात प्रकाशाच्या वेगाला आताइतके महत्त्वही मिळालेले नव्हते. तरीही काही संशोधक त्यावर काम करत राहिले. हिप्पोलिट फिझू (Hippolyte Fizeau) आणि लिआँ फोकॉल्ट (Léon Foucault) या फ्रेंच शास्त्रज्ञांनी प्रकाशाचा वेग मोजण्यासाठी एक खास यंत्र तयार केले आणि त्याच्या साहाय्याने प्रयोग करून तो दर सेकंदाला ३१५,००० किलोमीटर इतका असल्याचे सन १८४९ मध्ये दाखवले.

जेम्स क्लार्क मॅक्सवेल या स्कॉटिश शास्त्रज्ञाने सन १८६५ मध्ये एक क्रांतिकारक असा शोध लावला. विद्युत (electric), चुंबकीय (magnetic) आणि प्रकाश या सर्वांच्या एकसारख्या लहरी असतात आणि त्या निर्वात पोकळीमधून सारख्याच वेगाने जातात असे त्याने आधी तर्कांच्या साहाय्याने सिद्ध केले. त्याने विजेच्या वहनावर प्रयोग करून तिचा म्हणजेच प्रकाशाचा वेग दर सेकंदाला ३१०,७४०,००० मीटर्स इतका असतो असे सांगितले. त्यानंतर मात्र प्रकाशकिरण आणि विद्युत लहरींच्या वेगाला अनन्यसाधारण महत्त्व प्राप्त झाले. आपल्या डोळ्यांना दिसणारा प्रकाश (Visible spectrum) हा गॅमा किरणां(रेज)पासून ते रेडिओ लहरींपर्यंतच्या अनेक प्रकारच्या किरणांमधला एक लहानसा भाग आहे. निरनिराळ्या संशोधकांनी हे इतर प्रकारचे अदृष्य किरण नंतरच्या काळात शोधून काढले. या सर्वांना आता विद्युतचुंबकीय विकिरण (Electromagnetic radiation) या एकाच नावाने ओळखले जाते.  

आल्बर्ट मायकेलसन या अमेरिकन शास्त्रज्ञाने लांबच लांब सरळ नळ्या जोडून आणि ठिकठिकाणी भिंगे बसवून एक विशाल आकाराचे खास उपकरण तयार केले. चित्रावरून त्याची कल्पना येऊ शकेल. तो त्यात वेळोवेळी सुधारणा करून प्रयोग करत राहिला. त्याने १८७९ मध्ये प्रकाशाचा वेग दर सेकंदाला २९९,९४४ ± ५१ किलोमीटर इतका सांगितला तर १९२६ मध्ये तो २९९,७९६  ±४  किलोमीटर इतका अचूक असल्याचे सांगितले. त्यानंतरही अनेक प्रकारांनी हा वेग मोजण्याचे प्रयत्न होत राहिले. निर्वात पोकळीमध्ये प्रकाशाचा वेग दर सेकंदाला २९९,७९२,४५८ मीटर इतका असतो असे १९७५ साली जगातल्या सर्व शास्त्रज्ञांनी मिळून ठरवले आहे. हाच आकडा आजपर्यंत अचूक समजला जातो.

-आनंद घारे 

[email protected]

 

प्रकाशाचा वेग कुठल्या शास्त्रज्ञाने आणि कसा ठरवला ? वाचा आनंद घारे यांच्या लेखात.

प्रकाशाचा वेग कुणी शोधला? - भाग १