[પાછળ]

વિજ્ઞાનના સોપાન-૧ લેખક: તુષાર જ. અંજારિયા પદાર્થ વિજ્ઞાનની શોધખોળ તરલતાનો સિદ્ધાંત અને ઉચ્ચાલકનો સિદ્ધાંત ઈ.સ. પૂર્વે ૨૬૦માં આર્કિમીડીઝે પદાર્થ વિજ્ઞાન અને ઇજનેરીના પાયામાં રહેલા બે મૂળભૂત સિદ્ધાંતની શોધ કરી. (૧) તરલતાનો સિદ્ધાંત - પાણીમાં રહેલો પદાર્થ જેટલા બળથી પાણી ખસેડે છે તેટલા બળથી પાણી તે પદાર્થને ઉપર ઊંચકે છે. (૨) ઉચ્ચાલકનો સિદ્ધાંત - લીવર / ભાર ઉંચકવાના સાધનની એક બાજુને જેટલું બળ આપીને નીચે દબાવવામાં આવે તેટલા બળથી તેની બીજી બાજુ ઉંચકાય છે જે આ લીવરની બે બાજુઓની લંબાઈના સમપ્રમાણમાં હોય છે. આ બે સિદ્ધાંતો પરિમાણવાચક વિજ્ઞાન અને ઇજનેરી વિજ્ઞાનના પાયારૂપ સિદ્ધાંતો ગણાય છે. આ શોધ દ્વારા આર્કિમીડીઝે દુનિયાને એક ઘણો જ પ્રખ્યાત શબ્દ આપ્યો - "યુરેકા"!!! હવાનું દબાણ ઈ.સ. ૧૬૪૦માં ઇવાનજેલીસ્ટા ટોરીસેલીએ શોધ કરી કે હવા - વાતાવરણને પણ ભાર હોય છે જે આપણા પર દબાણ કરે છે. આ શોધ દ્વારા આપણને વાતાવરણ વિષે જાણકારી મળી. આના દ્વારા જ ન્યૂટન અને અન્ય વૈજ્ઞાનિકો ગુરુત્વાકર્ષણ વિષે વિચારવા પ્રેરાયા. પાછળથી ઇવાનજેલીસ્ટાએ શૂન્યાવકાશનો સિદ્ધાંત શોધ્યો અને બેરોમીટરની રચના કરી. ગુરુત્વાકર્ષણ ઈ.સ. ૧૬૬૬માં આઈઝેક ન્યૂટને શોધ કરી કે ગુરુત્વાકર્ષણ એ એક એવું આકર્ષણ બળ છે જે કોઈ પણ પદાર્થ દ્વારા અન્ય કોઈ પણ પદાર્થ ઉપર ક્રિયાશીલ થાય છે. સફરજન ઝાડ પરથી નીચે પડે છે, માણસોને વજન હોય છે, ચંદ્ર પૃથ્વીની પ્રદક્ષિણા કરે છે - આ બધું જ, ગુરુત્વાકર્ષણને લીધે જ થાય છે. આપણા ભૌતિકશાસ્ત્રની મોટા ભાગની શોધો ન્યૂટનના આ ગુરુત્વાકર્ષણના સિદ્ધાંત પર જ આધારિત છે જેમાં એણે સમજાવ્યું છે કે ગુરુત્વાકર્ષણ એ દરેક પદાર્થનો પાયારૂપ ગુણધર્મ છે. ગતિના નિયમો ઈ.સ. ૧૬૮૭માં આઈઝેક ન્યૂટને પદાર્થ, બળ અને ગતિ વચ્ચેનો પાયારૂપ સંબંધ શોધ્યો જેના પર ભૌતિકશાસ્ત્ર અને ઇજનેરી વિજ્ઞાન ખૂબ જ આધારિત છે. ન્યૂટને ગતિના ત્રણ નિયમો આપ્યા જેનાથી ભૌતિકશાસ્ત્ર અને તકનીકી વિજ્ઞાનનો પાયો નંખાયો. આ નિયમો ભૌતિકશાસ્ત્રના મૂળભૂત પ્રમેય-સિદ્ધાંત છે. વીજળીનો ગુણધર્મ ઈ.સ. ૧૭૫૨માં બેન્જામિન ફ્રાન્કલિને શોધ કરી કે કોઈ પણ સ્વરૂપે વીજળી એક સમાન જ હોય છે. વીજળી એ આપણા માટે કુદરતી ઊર્જાની બહુ મોટી સંપત્તિ છે. આ શોધ દ્વારા જ ૧૯મી સદીમાં મોટા ભાગના વૈજ્ઞાનિક અને તકનિકી સાધનો બની શક્યા. જેના લીધે બેટરી, ઇલેક્ટ્રિક મોટર, જનરેટર, લાઈટ બલ્બ જેવા ઉપકરણો અસ્તિત્વમાં આવ્યા. ઉષ્માનો ગુણધર્મ ઈ.સ. ૧૭૭૦માં કાઉન્ટ રમ્ફોર્ડે શોધ કરી કે ઉષ્મા, પદાર્થના કોઈ ભાગના રાસાયણિક ગુણધર્મને કારણે નહીં પરંતુ ઘર્ષણથી ઉત્પન્ન થાય છે. આ અગાઉ વૈજ્ઞાનિકો તો એવું માનતા હતા કે ઉષ્મા તો કેલોરિક નામનું અદૃશ્ય, ભારવિહીન પ્રવાહી છે. આ ભૂલભરેલી માન્યતાને લીધે વૈજ્ઞાનિકો ઉષ્માના ગુણધર્મો સમજી શક્યા નહોતા. ઉપચયન (ઓક્સિડેશન), જ્વલન જેવી પ્રક્રિયાની સમજણ પણ પડી શકી નહોતી જેને લીધે ઘણી વૈજ્ઞાનિક બાબતો અટકી પડી હતી. બેન્જામિન થોમ્પસન કે જે પોતાને કાઉન્ટ રમ્ફોર્ડ તરીકે ઓળખાવતા હતા એમણે ઘર્ષણના સિદ્ધાંતની શોધ કરી અને ઉષ્માના ગુણધર્મની સાચી સમજ મેળવવાના દ્વાર ઉઘાડી આપ્યા. અણુ ઈ.સ. ૧૮૦૨માં જોહન ડાલ્ટને શોધ કરી કે અણુ એ કોઈ પણ રાસાયણિક ઘટકમાં રહેલો સૌથી સૂક્ષ્મ કણ છે. જોહન ડાલ્ટનએ અણુની વ્યાખ્યા આપી અને વૈજ્ઞાનિકોને અણુશક્તિ પર સંશોધન કરવાની તક પૂરી પાડી. બધા જ રાસાયણિક મિશ્રણ અણુઓના સંયોજનથી જ બને છે. આ શોધ માટે ડાલ્ટન આધુનિક ભૌતિક વિજ્ઞાનનો પિતામહ કહેવાય છે. પરમાણુનું અસ્તિત્વ ઈ.સ. ૧૮૧૧માં એમેડીઓ એવોગેડ્રોએ શોધ્યું કે અણુ એ એકબીજા સાથે સંલગ્ન પરમાણુઓનો સમૂહ છે. જુદા જુદા પરમાણુઓ ભેગા મળીને એક અણુ બને છે જે અસંખ્ય તત્વોમાંથી કોઈ તત્વને અલગ તારવી આપે છે. આ શોધ દ્વારા પૃથ્વી પરના અબજો તત્વોના થોડાક મૂળભૂત તત્વો સાથેના સંબંધની ચાવીરૂપ જાણકારી મળી. આ શોધ કાર્બનિક અને અકાર્બનિક રસાયણ વિજ્ઞાન માટે અત્યંત મહત્વની સાબિત થઇ. આ ઉપરાંત વાયુઓ અંગેના નિયમો બનાવવા અને પરિમાણવાચક રસાયણ વિજ્ઞાન માટે પણ ઘણી ઉપયોગી બની. વિદ્યુતચુંબકીય બળ ઈ.સ. ૧૮૨૦માં હાન્સ ઓએરસ્ટેડે શોધ કરી કે વીજપ્રવાહ ચુંબકીય ક્ષેત્ર ઉત્પન્ન કરે છે અને ચુંબકીય ક્ષેત્ર દ્વારા વીજપ્રવાહ ઉત્પન્ન થાય છે. આ શોધે આપણા અત્યારના આધુનિક જીવનને ઘડવામાં ઘણો જ મહત્વનો ભાગ ભજવ્યો છે. આપણા ઘર, ઉદ્યોગો, અને રોજિંદી જિંદગીમાં ઇલેક્ટ્રિક મોટરનો ઘણો જ વપરાશ થાય છે જે વિદ્યુતચુંબકીય બળ પર આધારિત છે. ઊર્જાનું એકમ કેલરી ઈ.સ. ૧૮૪૩માં જેમ્સ જુલે શોધ કરી કે દરેક પ્રકારની ઊર્જા અને યાંત્રિક કાર્ય એક સરખા જ છે અને એક બીજામાં રૂપાંતરિત કરી શકાય છે. ૪૦ વર્ષ પછી તે શોધ ઊર્જાના સંરક્ષણ માટેના નિયમો શોધવામાં ખૂબ જ પાયારૂપ બની. ઉષ્માગતિ વિદ્યા (થર્મોડાયનેમિક્સ)નું ક્ષેત્ર વિકસાવવામાં આ શોધ ઘણી મહત્વની સાબિત થઈ. ઊર્જાનું સંરક્ષણ ઈ.સ. ૧૮૪૭માં હર્મન વોન હેલ્મહોલ્ટ્ઝે શોધ કરી કે ઊર્જા ક્યારેય ઉત્પન્ન નથી કરી શકાતી કે તેનો નાશ પણ નથી થતો. તે એક સ્વરૂપમાંથી બીજા સ્વરૂપમાં રૂપાંતરિત કરી શકાય છે પરંતુ ઊર્જાનો કુલ જથ્થો તો અચળ જ રહે છે. આ શોધ થર્મોડાયનેમિક્સ (ઉષ્માગતિ વિદ્યા)નો પ્રથમ નિયમ બનાવે છે. ઊર્જાના વિવિધ સ્વરૂપના રૂપાંતર અને પરસ્પરના આદાનપ્રદાન વિષે સમજવામાં આ શોધ ચાવીરૂપ સાબિત થઈ છે. હર્મને વિજ્ઞાન અને તકનિકી વિદ્યાને સમજવાની પ્રક્રિયામાં ઘણા બદલાવ લાવી આપ્યા. વીજચુંબકીય વિકિરણ / ધ્વનિ તરંગો ઈ.સ. ૧૮૬૪માં જેમ્સ ક્લાર્ક મેક્સવેલે શોધ કરી કે દરેક પ્રકારના વિદ્યુત અને ચુંબકીય ઊર્જા તરંગો એ એક જ વીજચુંબકીય વર્ણપટના ભાગ છે અને સરળ ગાણિતિક નિયમોનું પાલન કરે છે. મેક્સવેલે વિદ્યુત અને ચુંબકીય ઊર્જાને સંગઠિત કરીને વીજચુંબકીય વિકિરણની વ્યાખ્યા આપી તેમજ વિદ્યુત અને ચુંબકીય ક્ષેત્રના આચરણને નિયંત્રિત કરતા ચાર સરળ સૂત્રોની શોધ કરી. આ સૂત્રો બનાવતી વખતે મેક્સવેલે એ પણ શોધ્યું કે પ્રકાશ એ વીજચુંબકીય વર્ણપટનો જ એક ભાગ છે અને તે દ્વારા એણે ધ્વનિ તરંગો, ક્ષ કિરણો અને ગામા કિરણોના અસ્તિત્વનું પણ અનુમાન કર્યું. ઈલેક્ટ્રોન (વીજાણુ) ઈ.સ. ૧૮૯૭માં જે.જે. થોમસને ઈલેક્ટ્રોન (વીજાણુ)ની શોધ કરી. અણુ કરતાંય સુક્ષ્મ હોય એવો આ સૌ પ્રથમ કણ શોધાયો હતો. ઈલેક્ટ્રોન (વીજાણુ) એ પદાર્થનો એવો કણ છે જે અણુ કરતાંય નાનો હોય. આ શોધથી વિદ્યુત પરિવહન કરતા એકમનો સૌ પ્રથમ પુરાવો મળ્યો અને એનું વર્ણન કરી શકાયું. થોમસનના પ્રયોગોથી વિજ્ઞાનની એક નવી જ શાખાનો ઉદ્‌ભવ થયો. કિરણોત્સર્ગ ઈ.સ. ૧૯૦૧માં મેરી ક્યુરીએ શોધ કરી કે અણુઓ એ ઘન પદાર્થનું સૌથી સૂક્ષ્મ કણ નથી પરંતુ તેની અંદર પણ અસંખ્ય સૂક્ષ્મ કણો રહેલા છે. આ શોધ વિજ્ઞાનના મહત્વના બદલાવ માટે ચાવીરૂપ બની. પદાર્થ વિજ્ઞાનનું જાણે કે સ્વરૂપ જ બદલાઈ ગયું. મેરી ક્યુરીની આ શોધ પછીનું પદાર્થ વિજ્ઞાન પહેલાં કરતાં સાવ જ અલગ બની ગયું અને તેમાં અણુ કરતાંય સુક્ષ્મ કણોની વણશોધાયેલી દુનિયાનો સમાવેશ થયો. કિરણોત્સર્ગના ભય વિષે કોઈ સમજ મળી તે પહેલાં જ ક્યુરીએ રેડીયમ જેવા કિરણોત્સર્ગી તત્વના સંશોધન પર કામ કર્યું હતું. એમના મૃત્યુ બાદ અનેક વર્ષો પછી પણ એમની નોંધપોથીઓમાં ઘણા પ્રમાણમાં કિરણોત્સર્ગની અસર દેખાણી હતી. E = mc2 ઈ.સ. ૧૯૦૫માં આલ્બર્ટ આઇન્સ્ટાઇને પદાર્થ અને ઊર્જા વચ્ચેના સંબંધની સચોટ માહિતી આપી. આઇન્સ્ટાઇને માનવીય ઈતિહાસના પ્રખ્યાત સૂત્ર E = mc2 દ્વારા પદાર્થ અને ઊર્જા વચ્ચેનો સંબંધ સમજાવ્યો. આ અગાઉ પદાર્થ અને ઊર્જા અલગ છે એવી માન્યતા હતી પરંતુ આઇન્સ્ટાઇને સમજાવ્યું કે આ બંને વચ્ચે પરસ્પર આદાનપ્રદાન થઇ શકે છે. એટલે કે પદાર્થમાંથી ઉર્જા અને ઉર્જામાંથી પદાર્થમાં રૂપાંતર થાય છે. આ સૂત્રે પદાર્થ વિજ્ઞાનના સંશોધનને નવી દિશા આપી. આ સૂત્રને આધારે માઈકલસને ઈ.સ. ૧૯૨૮માં પ્રકાશના વેગની ગણતરી આપી અને આ સૂત્ર દ્વારા જ અણુબોંબ અને અણુઊર્જા વિકસાવવામાં આવ્યા. સાપેક્ષતાવાદ ઈ.સ. ૧૯૦૫માં આલ્બર્ટ આઇન્સ્ટાઇને શોધ કરી કે સમય અને અવકાશ ભેગા મળીને બ્રહ્માંડની એક ગુંથેલી ચાદર બનાવે છે જેનાથી ગુરુત્વાકર્ષણથી આકાર મળે છે. સાપેક્ષતાવાદથી આઇન્સ્ટાઇને સમજાવ્યું કે ગતિ માત્ર સાપેક્ષ છે અને શૂન્યાવકાશમાં પ્રકાશની ગતિ સ્થિર હોયછે. આઇન્સ્ટાઇનના સાપેક્ષતાવાદથી આપણી બ્રહ્માંડ બાબતની માન્યતા તેમજ પૃથ્વી અને મનુષ્યનું બ્રહ્માંડમાં શું સ્થાન છે તેની સમજ બદલાઈ ગઈ. ૨૦મી સદીમાં વિજ્ઞાન, તકનિકી અને ગણિતમાં જે પ્રગતિ થઇ છે તેનો પાયો આઇન્સ્ટાઇનની શોધોને આભારી છે. બીજા કોઈ પણ વૈજ્ઞાનિક કરતાં આઇન્સ્ટાઇને આપણી જિંદગી પર સૌથી વધુ અસર કરી છે. સુપર કંડક્ટીવિટી ઈ.સ. ૧૯૧૧માં હિક કામેરલીંઘ ઓનેસે શોધ કરી કે અતિ નીચા તાપમાને કેટલાક પદાર્થ વીજપ્રવાહ સામે પ્રતિકારકતા ગુમાવી દે છે. સુપર કંડક્ટીવિટીની શોધ થકી ખૂબ જ કાર્યક્ષમ ઇલેક્ટ્રિક અને મેગ્નેટિક મોટર્સની ઉપલબ્ધિ શક્ય બની. હજારો માઈલ સુધી અંતરાય વગરનો વીજપ્રવાહ શક્ય બન્યો અને સૌને સસ્તો અને કાર્યક્ષમ વીજપ્રવાહ આપવાનું સ્વપ્ન સાકાર થયું. અણુઓનું બંધારણ ઈ.સ. ૧૯૧૩માં નીલ બોહરે સૌ પ્રથમ રજૂઆત કરી કે વિજાણુ કેવી રીતે ઊર્જા પ્રાપ્ત કરે છે, તેને સાચવી રાખે છે કે ગુમાવે છે તેમજ તે અણુના કેન્દ્ર ફરતે કેવી રીતે પરિભ્રમણ કરે છે. આ શોધ પહેલાં એ નક્કી થઈ શકતું નહોતું કે અણુના બંધારણમાં શું રહેલું છે અને તેનું કાર્ય કેવી રીતે થાય છે. આ શોધ દ્વારા અણુના કેન્દ્ર ફરતે રહેલા વિજાણુ વિષે જાણી શકાયું. તેમનું સ્થાન, ગતિ, તેમાંથી કેવી રીતે વિકિરણો નીકળે છે, તેમાંથી કેવી રીતે ઊર્જા સ્થળાંતર કરે છે આ તમામ હકીકતો સ્પષ્ટ બની. અણુયુગમાં આગળ વધવા માટે આ શોધ આશીર્વાદરૂપ સાબિત થઈ. ક્વોન્ટમ પ્રક્રિયા ઈ.સ. ૧૯૨૫માં મેક્સ બોર્ને અણુઓની વર્તણૂકને ચોક્સાઈપૂર્વક સમજાવી શકાય એવી ગાણિતિક પદ્ધતિની શોધ કરી. ક્વોન્ટમ પ્રક્રિયાની આ શોધથી અણુવિજ્ઞાન અને ભૌતિકશાસ્ત્રને એક નવી જ દિશા મળી. આ શોધની મદદથી જ આપણે પદ્ધતિસર અણુઓની વર્તણૂક દર્શાવી શક્યા છીએ. પ્રકાશનો વેગ ઈ.સ. ૧૯૨૮માં આલ્બર્ટ માઈકલસને પ્રકાશનો વેગ ચોક્કસાઈપૂર્વક શોધી કાઢ્યો જે એક સર્વમાન્ય અચળાંક છે. આલ્બર્ટ આઇન્સ્ટાઇને એમનું પ્રખ્યાત સૂત્ર E = mc2 આપ્યું તે પછી એમાં આવતો અચળાંક "c", અનેક ગણતરીઓ માટે અત્યંત આવશ્યક બની ગયો. તાત્કાલિક એનું સચોટ મૂલ્ય શોધવાની જરૂર ઉભી થઈ. ભૌતિકશાસ્ત્ર માટે આ અચળાંક ખૂબ જ મહત્વનો છે. એની ગણતરીમાં ૧૦૦મા ભાગની ભૂલ આવે તો પણ પરિણામમાં ઘણો ફરક આવી જાય. ૫૦ વર્ષો સુધીના અથાક પ્રયત્નો અને કેટલાંય સાધનો બનાવ્યા પછી આલ્બર્ટ માઈકલસનને પ્રકાશનો વેગ ચોક્સાઈપૂર્વક માપવામાં સફળતા મળી. આ શોધ બદલ એમને પ્રખ્યાત નોબેલ ઇનામ મળ્યું. આ ઇનામ મેળવનાર તે સૌ પ્રથમ અમેરિકન વૈજ્ઞાનિક હતા. ન્યુટ્રોન ઈ.સ. ૧૯૩૨માં જેમ્સ ચેડવિકે અણુના કેન્દ્રમાં રહેતા પ્રોટૉન જેટલા જ દ્રવ્યવાળા પણ વિદ્યુતભાર વિનાના પ્રાથમિક સ્થિતિના કણની શોધ કરી જે ન્યુટ્રોન તરીકે ઓળખાય છે. આ શોધથી અણુઓની રચના વિષે સમજ મળી. વિદ્યુતભાર ન હોવાને લીધે ન્યુટ્રોન, પરમાણુભંજનની પ્રક્રિયા સમજવા માટે અને અણુઓની રચના સમજવા માટે ઘણા જ ઉપયોગી કણો છે. અણુ વિભાજન અને અણુ બોમ્બ બનાવવા માટે તે ઘણા જ ઉપયોગી થયા છે. અણુ વિભાજન ઈ.સ. ૧૯૩૯માં લીસ મેઈટનરે યુરેનિયમનું વિભાજન કરીને એમાંથી વિપુલ માત્રામાં ઊર્જા મેળવવાની પ્રક્રિયા શોધી. અણુ વિભાજનની આ પ્રક્રિયા કે જેમાં યુરેનિયમનું વિભાજન કરીને ઊર્જા ઉત્પન્ન કરવામાં આવે છે તે ૨૦મી સદીની પદાર્થ વિજ્ઞાનની ઘણી મોટી શોધ છે. આ શોધ અણુ ઊર્જા અને અણુ શસ્ત્રો માટે પાયારૂપ બની. આ શોધ બદલ લીસને ૨૦મી સદીની "સૌથી મહાન સ્ત્રી વૈજ્ઞાનિક" માનવામાં આવે છે. સેમીકન્ડક્ટર ટ્રાન્ઝીસ્ટર ઈ.સ. ૧૯૪૭માં જોહન બર્ડીન અને સાથીદારોએ ટ્રાન્ઝીસ્ટરની શોધ કરી. તેમણે શોધ્યું કે વીજળી માટે સેમીકન્ડક્ટર હોય તેવા પદાર્થને અમુક સ્થિતિમાં જ થોડી ક્ષણો માટે સુપરકન્ડક્ટર એટલે કે ઉત્તમ વીજવાહક બનાવી શકાય છે. કોમ્પ્યુટર, કેલ્ક્યુલેટર અને અસંખ્ય અન્ય સાધનોમાં વપરાતી ઈલેક્ટ્રોનિક ચીપમાં ટ્રાન્ઝીસ્ટર ઘણા જ આધારરૂપ છે. ટ્રાન્ઝીસ્ટરે ઈલેક્ટ્રોનિક્સની દુનિયામાં ક્રાંતિ લાવી દીધી. ઈલેક્ટ્રોનિકસ સાધનોમાં એનો વપરાશ અત્યંત આવશ્યક બની ગયો. આ શોધે વિજ્ઞાનના દરેક ક્ષેત્રમાં મહત્વનું પ્રદાન આપ્યું છે. અણુકેન્દ્રનું સંયોજન - ફ્યુઝન ઊર્જા ઈ.સ. ૧૯૫૧માં લીમેન સ્પીત્ઝરે અણુવિભાજનથી વિરુદ્ધની પ્રક્રિયા અણુકેન્દ્રના સંયોજનની શોધ કરી કે જેમાં બે અણુઓ ભેગા મળીને એક વિશાળ અણુ બને છે અને વિપુલ પ્રમાણમાં ઊર્જા - ફ્યુઝન ઊર્જા છૂટે છે. ફ્યુઝન ઊર્જા એ સૂર્યની શક્તિ છે. આ ઊર્જા અખૂટ છે કારણકે તે હાઈડ્રોજન અને લિથિયમમાંથી ઉત્પન્ન કરી શકાય છે. આ બે તત્વો પૃથ્વી પરના ખડકોમાંથી સરળતાથી મેળવી શકાય છે. ફ્યુઝન ઊર્જા સ્વચ્છ, પ્રદુષણરહિત છે અને પર્યાવરણને નુકસાન નથી કરતી. પરંતુ આ અણુ સંયોજનની પ્રક્રિયા ઊર્જા સ્ત્રોત માટે ઉપયોગમાં લેવાને બદલે હાઈડ્રોજન બોમ્બ બનાવવા વપરાઈ. ઊર્જા તરીકેના ઉપયોગ માટે તે હજી સુધી માત્ર પ્રયોગશાળા સુધી જ સીમિત રહી છે. જો તેને ઊર્જાના રોજિંદા સ્ત્રોત તરીકે ઉપયોગમાં લેવાય તો આપણને હજારો વર્ષો સુધી અખૂટ ઊર્જા મળતી રહે. પ્રાથમિક કણમાં રહેલા ઘટક તત્વો ઈ.સ. ૧૯૬૨માં મુરે ગેલ-મેને પ્રોટોન અને ન્યુટ્રોન બનાવતા સુક્ષ્મ અણુ કણો શોધ્યા. તેને ક્વાર્ક નામ આપ્યું. આ શોધ વિજ્ઞાનને, પ્રોટોન અને ન્યુટ્રોનમાં રહેલી વિક્ષિપ્ત અને અજાણી એવી ક્વોન્ટમની દુનિયામાં લઈ ગઈ. એવી વિચિત્ર દળવાળી દુનિયા કે જેમાં દળ નથી અને જેમાં દળ અને ઊર્જાની એકબીજામાં મુક્તપણે અદલબદલ થાય છે! ગુરુત્વાકર્ષણ તરંગોની સાબિતી છેક ઈ.સ. ૧૯૧૫માં આલ્બર્ટ આઇન્સ્ટાઇને ગુરુત્વાકર્ષણ તરંગોની શોધ કરી હતી, જે સમય-અવકાશ રૂપી ચાદરમાં સળ-લહેર જેવા છે. એમણે બ્રહ્માંડની એવી કલ્પના કરી હતી કે જેમાં સમય અને અવકાશ એકબીજામાં ગૂંથાયેલા અને ગતિશીલ છે તેમજ તણાઈ શકે છે, સંકોચાઈ શકે છે અને ધીમા આંચકા પણ ખાઈ શકે છે. પરંતુ લગભગ ૧૦૦ વર્ષો સુધી આ શોધ માત્ર એક સિદ્ધાંતરૂપે જ રહી હતી. છેવટે દુનિયાભરના વૈજ્ઞાનિકોએ એક સાથે મળીને એક જબરો પ્રયોગ શરૂ કર્યો જેને લીગો - LIGO એવું નામ આપ્યું અને આ શોધ વિષે વધુ જાણવા પ્રયત્ન કર્યો. ફેબ્રુઆરી ૨૦૧૬માં આ વૈજ્ઞાનિકોએ જાહેર કર્યું કે એમણે અબજો પ્રકાશવર્ષ દુર રહેલા બે બ્લેક હોલની અથડામણથી ઉત્પન્ન થયેલા અવાજને રેકોર્ડ કર્યો છે. જો સમય-અવકાશની જે ચાદરની કલ્પના કરી છે તેમાં સળ-લહેરો હોય તો જ આવું શક્ય બને. આમ આઇન્સ્ટાઇને શોધેલા ગુરુત્વાકર્ષણ તરંગોનો એક સદી પછી સૌ પ્રથમ પુરાવો મળ્યો. ભારત દેશ માટે પણ આ એક ગૌરવની ક્ષણ હતી કેમકે આ જબરા પ્રયોગમાં લગભગ ૬૦ ભારતીય વૈજ્ઞાનિકો પણ સંકળાયેલા હતા. ભવિષ્યમાં આ શોધ દ્વારા આપણે બ્રહ્માંડ અને બ્લેક હોલ્સ વિષે વધારે જાણકારી પ્રાપ્ત કરી શકશું. રસાયણ વિજ્ઞાનની શોધખોળ બોયલનો નિયમ ઈ.સ. ૧૬૫૦માં રોબર્ટ બોયલે શોધ્યું કે વાયુનું કદ એના પર દબાણ કરતા બળના વિરુદ્ધ પ્રમાણમાં હોય છે. આ શોધ દ્વારા વાયુઓના રસાયણિક પૃથક્કરણ અને પરિમાણવાચક અભ્યાસનો પાયો નંખાયો. વાયુઓનું આચરણ સમજાવતું આ સૌપ્રથમ પરિમાણવાચક સૂત્ર હતું. બોયલના આ નિયમે રસાયણશાસ્ત્ર માટે પાયાની સમજ આપી. અણુઓની સંખ્યા અનુસાર રસાયણિક તત્વોનું કોષ્ટક ઈ.સ. ૧૮૮૦માં દ્‌મીત્રી મેન્ડેલીયેવે પૃથ્વી પરના મૂળભૂત રસાયણિક તત્વોની સૌપ્રથમ સંઘટિત રચના શોધી. આ શોધ પછી અનેક નવા તત્વોની શોધ થઇ શકી. આ શોધ રસાયણશાસ્ત્રીઓ માટે મૂળભૂત તત્વોના ગુણધર્મો અને પરસ્પરના સંબંધો સમજવા માટે ચાવીરૂપ સાબિત થઇ. રસાયણવિજ્ઞાન ભણતા દરેક વિદ્યાર્થી માટે આ કોષ્ટક સમજવું આવશ્યક છે. આ કોષ્ટકમાં ડિસેમ્બર ૨૦૧૫થી નવા ચાર તત્વો પણ ઉમેરાયા છે. કોષ્ટકમાં ૧૧૩, ૧૧૫, ૧૧૭ અને ૧૧૮ ક્રમાંકના આ ચાર તત્વો અતિભારે તત્વો ગણાય છે. આ સાથે કોષ્ટકની સાતમી હાર સંપૂર્ણ થઇ છે - નાભિમાં એક પ્રોટોન ધરાવતા ક્રમાંક ૧ના હાઇડ્રોજન અને નાભિમાં ૧૧૮ પ્રોટોન ધરાવતા ક્રમાંક ૧૧૮ના તત્વ વચ્ચેના તમામ તત્વો શોધાઇ ગયા છે. પ્રાણવાયુ ઈ.સ. ૧૭૭૪માં જોસેફ પ્રિસ્ટલીએ એક વાયુને જુદો પાડી તેને એક અદ્વિતીય તત્વ તરીકે ઓળખાવ્યો. તેનું નામ ઓક્સિજન આપ્યું. પ્રિસ્ટલીએ કરેલી ઓક્સિજનની શોધે રસાયણ વિજ્ઞાનમાં ક્રાંતિ આણી દીધી.આપણે જેને "હવા" તરીકે જાણીએ છીએ તે વાયુઓના મિશ્રણમાંથી આ પ્રાણ વાયુના તત્વને છૂટો પાડી આપનાર તે સૌપ્રથમ વૈજ્ઞાનિક હતા. દહનક્રિયામાં ઓક્સિજનનો મુખ્ય ભાગ હોવાથી આ શોધથી દહનક્રિયાની વિશેષ સમજ મળી. રસાયણિક પ્રતિક્રિયામાં ભૌતિક પદાર્થનું ઊર્જામાં કેવી રીતે પરિવર્તન થાય છે એની જાણકારી મળી. ખગોળ વિજ્ઞાનની શોધખોળ સૂર્ય બ્રહ્માંડમાં કેન્દ્ર સ્થાને છે સૌ પ્રથમ ઈ.સ. ૧૫૨૯માં નિકોલસ કોપરનિક્સે શોધ કરી કે સૂર્ય બ્રહ્માંડમાં કેન્દ્ર સ્થાને છે અને પૃથ્વી એની આસપાસ ફરે છે. કોપરનિક્સનું આ કાર્ય બ્રહ્માંડ વિષેની આપણી સમજ અને આધુનિક ખગોળશાસ્ત્રનો પ્રારંભ છે. આ વૈજ્ઞાનિક હકીકત સાબિત કરવા માટે વૈજ્ઞાનિક આધારનો સહારો લેનાર કોપરનિક્સ સૌપ્રથમ વૈજ્ઞાનિક હતા. એમના પહેલાં સૂર્ય, ગ્રહો અને બ્રહ્માંડ માટે માત્ર તર્ક અને અનુમાનનો જ આધાર લેવાતો. આ રીતે કોપરનિક્સે આધુનિક વૈજ્ઞાનિક પદ્ધતિનો ઉપયોગ કરવાની પણ શરૂઆત કરી. ગ્રહોની ગતિ ઈ.સ. ૧૬૦૯માં જોહન્સ કેપ્લરે શોધ કરી કે ગ્રહો સૂર્યની ફરતા વર્તુળાકારે નહીં પણ લંબગોળાકારે ફરે છે. આ શોધ દ્વારા સૂર્યમાળાના ગ્રહોના ચોક્કસ સ્થાન અને પ્રક્રિયા વિષે સચોટ માહિતી મળી. આટલા વર્ષો પછી હજી પણ આ પદ્ધતિ ચોક્કસ ગણાય છે. પૃથ્વીથી સૂર્યનું અંતર ઈ.સ. ૧૬૭૨માં જીઓવેન્ની કેસિનીએ પૃથ્વીથી સૂર્યના અંતરની, સૂર્યમાળાના પરિમાણની અને બ્રહ્માંડના પરિમાણની શોધ કરી. કેસિનીની આ શોધ થકી બ્રહ્માંડનું સાચું પરિમાણ જાણી શકાયું અને એ પણ ખ્યાલ આવ્યો કે આપણી પૃથ્વી તેમાં કેટલી બધી નાની અને મામુલી છે. આ શોધ થઇ તે પહેલાં વૈજ્ઞાનિકો માનતા હતા કે ગ્રહો-તારાઓ આપણાથી અમુક કરોડ માઈલ દૂર છે. પરંતુ કેસિનીની આ શોધ બાદ તેમને ખ્યાલ આવ્યો કે આપણી સૌથી નજીકના ગ્રહો-તારાઓ પણ આપણાથી અબજો માઈલ દૂર છે! સૂર્ય બ્રહ્માંડમાં કેન્દ્ર સ્થાને નથી! ઈ.સ. ૧૭૫૦માં થોમસ રાઈટ અને વિલિયમ હર્શેલે શોધ કરી કે સૂર્ય એ બ્રહ્માંડમાં કેન્દ્ર સ્થાને નથી પરંતુ તે તો અવકાશમાં વિહારી રહેલા વિશાળ રકાબી આકારના તારાઓના ઝૂમખાંનો માત્ર એક ભાગ જ છે. આ શોધ દ્વારા વિશાળ બ્રહ્માંડને સમજવાની એક નવી જ દિશા મળી અને ખ્યાલ આવ્યો કે આ અખિલ બ્રહ્માંડમાં આપણા સૂર્ય અને આપણી પૃથ્વી તો માત્ર એક નાના સુક્ષ્મ કણ જેવા જ છે. વર્ણપટ (સ્પેક્ટ્રમ)ના અદૃશ્ય કિરણો ઈ.સ. ૧૮૦૦માં ફ્રેડરિક હર્શેલે વર્ણપટના લાલ રંગના છેડાની પછીના અદૃશ્ય કિરણો (ઇન્ફ્રારેડ)ની શોધ કરી. ઈ.સ. ૧૮૦૧માં જોહન્ન રિટરએ વર્ણપટના નીલા રંગના છેડા પછીના અદૃશ્ય કિરણો (અલ્ટ્રા વાયોલેટ)ની શોધ કરી. એમણે શોધ્યું કે સૂર્ય અને અન્ય તારાઓ, વર્ણપટના દૃશ્ય રંગોની બહારની બાજુએ ઉર્જા ફેલાવે છે. આ શોધ દ્વારા વિજ્ઞાનને વર્ણપટના દ્રશ્ય કિરણોની પેલે પારની સમજ મળી. રેડીઓ તરંગો અને ગામા તરંગોની શોધ થઈ. ઇન્ફ્રારેડ કિરણો ખગોળની અનેક શોધોમાં ચાવીરૂપ બન્યા. અલ્ટ્રાવાયોલેટ દ્વારા કિરણોત્સર્ગ અને વર્ણપટની શક્તિશાળી ઉર્જાવાળા ભાગની માહિતી મળી જેમાં ક્ષ કિરણો, સૂક્ષ્મ તરંગો અને ગામા તરંગોનો સમાવેશ થાય છે. ડોપ્લરનો સિદ્ધાંત ઈ.સ. ૧૮૪૮માં ક્રિશ્ચયન ડોપ્લરે શોધ કરી કે અવાજ અને પ્રકાશના તરંગોના આવર્તન (કંપન સંખ્યા) દૃ‌ષ્ટાથી જેમ નજીક કે દૂર થાય છે તેમ તેમની સંખ્યામાં વધ-ઘટ થાય છે. ડોપ્લરનો સિદ્ધાંત એ ખગોળશાસ્ત્રની એક ક્રાંતિકારી શોધ ગણાય છે. આ શોધ થકી વૈજ્ઞાનિકો, કરોડો પ્રકાશવર્ષ દૂરના તારાઓ અને આકાશગંગાઓનો વેગ અને દિશા માપી શકે છે. આ શોધે બ્રહ્માંડના અનેક રહસ્યો ઉકેલી આપ્યા અને એની મદદથી ડાર્ક મેટરની શોધ પણ થઈ શકી. તેમજ બ્રહ્માંડની વય અને ગતિ જાણી શકાયા છે. વાતાવરણના સ્તર ઈ.સ. ૧૯૦૨માં લિઓન ફિલિપ બોર્ટે શોધ કરી કે પૃથ્વીના વાતાવરણમાં હવાના જુદા જુદા સ્તર છે અને તે દરેક સ્તર એના પોતાના અલગ તાપમાન, ઘનતા, ભેજ અને અન્ય ગુણધર્મ ધરાવે છે. આ શોધે આપણા વાતાવરણની ચોક્કસ સમજ આપી અને આપણા માટે પવન, વાદળ, વાવાઝોડું જેવી હવામાનશાસ્ત્રની ઘટનાઓ સમજવા માટેનો પાયો નાખ્યો. વાતાવરણના છેક ઉપલા સ્તર સુધી ઊંચે વૈજ્ઞાનિક સાધનો લઇ જનાર બોર્ટ સૌપ્રથમ વૈજ્ઞાનિક હતા. બ્લેક હોલ ઈ.સ. ૧૯૧૬માં કાર્લ શ્વાર્ઝચાઈલ્ડે એક ભાંગતા તારાની શોધ કરી. તે એટલું અત્યંત શક્તિશાળી ગુરુત્વાકર્ષણ બળ અને ઘનતા ધરાવતો હતો કે જેને લીધે તેમાંથી પ્રકાશ પણ છટકી ન શકે. અંધકારભર્યા બ્રહ્માંડમાં આવા તારાઓ બ્લેક હોલ - અંધકારપટ જેવા ગણાય. આ શોધ દ્વારા વિજ્ઞાને બ્રહ્માંડ સમજવા માટે એક વિશાળ ડગલું માંડ્યું. બ્લેક હોલ એ નવા બ્રહ્માંડનું સંભવિત જન્મસ્થાન પણ હોઈ શકે. આ શોધે આઈનસ્ટાઇનના સાપેક્ષતાવાદને મજબૂત અનુમોદન આપ્યું છે. બીગ બેંગ - બ્રહ્માંડનો વિસ્ફોટક જન્મ! ઈ.સ. ૧૯૪૮માં જ્યોર્જ ગેમોવે શોધ કરી કે બ્રહ્માંડનો ઉદ્‌ભવ અમર્યાદ ઘનતાવાળા અણુના કદના દ્રવ્ય બિંદુમાંથી પ્રચંડ વિસ્ફોટ દ્વારા થયો હતો. ગેમોવનું આ કાર્ય બ્રહ્માંડના ઉદ્‌ભવનું વૈજ્ઞાનિક અને બુદ્ધિગમ્ય વર્ણન કરવાનો સૌ પ્રથમ પ્રયાસ હતો. ગેમોવે આ વિસ્ફોટક ઉદ્‌ભવને "બીગ બેંગ" નામ આપ્યું જે શબ્દ આજ સુધી વપરાય છે. ગેમોવ કરોડો વર્ષો પહેલાંના બ્રહ્માંડની સ્થિતિનું ગાણિતિક રીતે સર્જન કરવામાં સફળ થયા હતા અને તે દ્વારા એમણે પ્રતિપાદિત કર્યું કે તે વખતની સ્થિતિમાંથી અત્યારનું વર્તમાન બ્રહ્માંડ કેવી રીતે સર્જાયું હશે. આ શોધ થકી આપણા બ્રહ્માંડના શરૂઆતના તબક્કાનો વૈજ્ઞાનિક અભ્યાસ શક્ય બન્યો. વાતાવરણનું મૂળ સ્વરૂપ ઈ.સ. ૧૯૬૦માં એડ લોરેન્ઝે શોધ કરી કે વાતાવરણ સાવ અસ્તવ્યસ્ત અને કોઈ પણ અનુમાન ન કરી શકાય એવું હોય છે. લોરેન્ઝે એવા બળોની શોધ કરી કે જેના લીધે વાતાવરણનું અનુમાન કરવું અશક્ય બની જાય છે. એ પછી એણે "સંપૂર્ણ અવ્યવસ્થા"નો તર્ક રજુ કર્યો જેના દ્વારા અસ્તવ્યસ્ત અને અનુમાન ન કરી શકાય એવી રચનાઓનો અભ્યાસ કરી શકાય. એણે હવામાનનો સચોટ વર્તારો કરવામાં આવતા અવરોધો જણાવ્યા. ક્વેઝાર અને પલ્સાર ઈ.સ. ૧૯૬૩માં એલન રેક્ષ સેન્ડેજે ક્વેઝારની શોધ કરી. ક્વેઝાર એટલે જેમાંથી તીવ્ર કિરણોત્સર્ગ થાય છે એવો એક વિદ્યુત ચુંબકીય તારા જેવો પદાર્થ. ઈ.સ. ૧૯૬૭માં એન્ટોની હેવીશ અને જોસેલિન બેલે પલ્સારની શોધ કરી. પલ્સાર એટલે નિયમિતપણે અને ઝડપથી કંપ પામતા રેડિયો સંકેતોનું મૂળ. આ બંને અવકાશમાં અત્યંત દૂર રહેલા ગીચ ઘનતાવાળા પદાર્થો છે. આ શોધ દ્વારા તારાઓના જન્મ અને મૃત્યુ વિષે સમજવાની નવી દિશા મળી. આના દ્વારા ગીચ ઘનતાવાળા પદાર્થો, ગુરુત્વાકર્ષણ અને પ્રચંડ ચુંબકીય ક્ષેત્ર જેવા ખગોળશાસ્ત્રના નવા વિષયો મળ્યા. ડાર્ક મેટર ઈ.સ. ૧૯૭૦માં વેરા રૂબીને બ્રહ્માંડમાં એક એવા પદાર્થની શોધ કરી કે જેમાંથી પ્રકાશ કે વિકિરણ પસાર ન થઈ શકે. આ શોધ થઈ ન હતી ત્યાં સુધી બ્રહ્માંડનું વિસ્તરણ, દૂરની આકાશગંગાના તારાઓનો વેગ, બ્રહ્માંડની વય ગણના જેવી અનેક વૈજ્ઞાનિક ગણતરીઓ ખોટી પડતી હતી આથી વૈજ્ઞાનિકો અત્યંત મૂંઝવણ અનુભવતા હતા કેમકે આ બધી ગણતરીઓમાં શું ભૂલ થાય છે તેની તેમને ખબર પડતી ન હતી. વેરા રૂબીને આ પદાર્થને ડાર્ક મેટરનું નામ આપ્યું છે. તે એક એવો પદાર્થ છે જે અસ્તિત્વ તો ધરાવે છે પરંતુ તેમાંથી પ્રકાશ કે વિકિરણ પસાર થઇ શકતા નથી જેથી વૈજ્ઞાનિકો તેને જોઈ શકે નહિ. ખગોળશાસ્ત્રીઓ અને ભૌતિક વૈજ્ઞાનિકો હવે એવું માનવા લાગ્યા છે કે બ્રહ્માંડનો ૯૦% જથ્થો આ ડાર્ક મેટરનો જ છે. પ્રવેગિત બ્રહ્માંડ ઈ.સ. ૧૯૯૮માં સોલ પર્લમટરે શોધ કરી કે આપણું બ્રહ્માંડ માત્ર વિસ્તારિત જ નથી થતું પરંતુ તે જે વેગથી વિસ્તાર પામી રહ્યું છે તે વેગ પણ વધી રહ્યો છે. પહેલાં એવું માનવામાં આવતું હતું કે બ્રહ્માંડના વિસ્તરણનો આ વેગ ઘટી રહ્યો છે. આ શોધ દ્વારા બ્રહ્માંડના વર્તમાન, ભૂતકાળ અને ભવિષ્યને સમજવા માટેના વૈજ્ઞાનિક અભિગમમાં આમૂલ પરિવર્તન આવ્યું છે. આના લીધે બીગ બેંગની ગણતરી તેમજ બ્રહ્માંડ શેનાથી ઉદ્‌ભવે છે તે અંગેના વૈજ્ઞાનિક દૃષ્ટિકોણને પણ અસર થઇ છે.

[પાછળ]     [ટોચ]