भारतात १९८६ पासून २८ फेब्रुवारी हा ‘राष्ट्रीय विज्ञान दिवस’ म्हणून घोषित करण्यात आला आहे. रमण प्रभावाचा (रामन इफेक्ट) शोध याच दिवशी लागला होता त्याचे औचित्य साधून हा दिवस निवडण्यात आला. कोणत्याही राष्ट्राची प्रगती व आर्थिक सत्ता बनण्याचे उद्दिष्ट्य विज्ञान व तंत्रज्ञानाशिवाय पूर्ण होऊच शकत नाही.
१९२१ साली सर सी. वी. रमण यांनी एका चर्चासत्रात भाग घेण्यासाठी पहिल्यांदाच आपल्या हयातीत परदेशगमन केले. भारतातून इंग्लंडला जाण्यासाठी त्याकाळी बहुतकरून जहाजाने प्रवास केला जात असे. या प्रवासात ते जहाजावर फेरफटका मारण्यासाठी जेव्हा येत तेव्हा चोहोकडे दिसणाऱ्या पाण्याच्या विशिष्ट रंगाने ते भारावून जात असत. भूमध्य समुद्रावरून जाताना तर पाण्याच्या व काही हिमनगाच्या गहिऱ्या निळ्या रंगाने त्यांना विचारात पाडले. ते महासागराच्या निळ्या रंगाने फार प्रभावित झाले व हाच रंग का पाण्यावर चढला या विचारात गढून गेले. त्या काळात काही वैज्ञानिकांनी पाण्याचा रंग निळाच का याचे विश्लेषण करून त्याचे उत्तर दिले होते. त्यात अग्रेसर होते रॅले सारखे शास्त्रज्ञ. त्यांनी सांगितलं होतं की महासागराचे पाणी आकाशाच्या रंगाला परावर्तित करतात त्यामुळे ते निळे भासतात. पण रमण यांना हे स्पष्टीकरण भावले नाही. त्यांना हे स्पष्टीकरण पटले नाही. निळ्या रंगामागची नेमकी कारणमीमांसा काय असू शकेल याबाबत ते विचार करू लागले.
जहाजावरील प्रयोग
या प्रवासात रमण यांच्याकडे विपुल वेळ होता व निवांतपणाही होता. त्यांनी त्यांच्याबरोबर काही भौतिकी उपकरणे नेली होती. त्यात दिशादेशक दुर्बीण, विश्लेषक व विवर्तन जाळी होती. या साधनांच्या मदतीने त्यांनी जहाजावरच काही प्रयोग पार पाडले. त्यांनी त्यांच्या प्रयोगात पारदर्शी बर्फ व पाऱ्याच्या बल्बचा वापर केला व त्यांच्यातील परस्परसंबंध कसा व कोणत्या प्रकारे आहे हे तपासण्यात ते गर्क झाले. या प्रयोगादरम्यान त्यांना आढळले की त्या पारदर्शी बर्फातून जेव्हा प्रकाशकिरण बाहेर पडतात तेव्हा तरंगदुरीच्या स्वभावानुसार विवर्तन जाळीत काही रेषा दिसतात. या रेषांनाच रमण प्रभाव (रामन इफेक्ट) असे म्हटले जाते. त्याचाच अर्थ असा होतो कि एखादा रंग जो आपल्या डोळ्यांना दिसतो तो खरेतर प्रकाशाच्या तरंगदुरीवर अवलंबून असतो. त्यामुळे पाण्याचा रंग निळाच का दिसतो हे त्यांनी केलेल्या प्राथमिक प्रयोगातून त्यांच्या लक्षात आले होते.
रमण वर्णपट
भारतात परत आल्यानंतर याच रंगाच्या विषयावर अधिक संशोधन करण्याचे रमण व त्यांच्या सहकार्यांनी ठरवले. त्यासाठी त्यांनी आपल्या प्रयोगशाळेत काही घन व जलीय घटकांवर सूर्यप्रकाशाचा किंवा इतर प्रकाश प्रारणांचा मारा करायचे ठरवले. त्या घटकातून प्रकाश विकिरण कशा प्रकारे बाहेर पडते याचा पद्धतशीर अभ्यास सुरू केला. त्यांच्या या प्रयोगात त्यांनी आघात करणाऱ्या किरणांच्या व विकिरण प्रारणांच्या मधल्या जागेत एक प्रकाश गाळणी ठेवली. अशा प्रकारे प्रयोग केल्यानंतर एक विकिरण वर्णपट तयार होतो. या निर्माण झालेल्या वर्णपटाचा सखोल अभ्यास केल्यानंतर रमण व त्यांचे एक महत्त्वाचे सहकारी डॉ. के. एस. कृष्णन यांच्या लक्षात आले की त्या मुख्य वर्णपटात आणखी एक दुय्यम प्रारण अस्तित्वात आहे. त्यांना या गोष्टीचे खूप आश्चर्य वाटले कारण या दुय्यम प्रारणाची कंप्रता आधीच्या प्रारणात अस्तित्वातच नव्हती. मग ही नवीन कंप्रता कशी निर्माण झाली हा त्यांच्या उत्सुकतेचा विषय ठरला.
या दुय्यम कंप्रतेचा शोध फारच महत्वाचा होता. पण जगासमोर मांडण्यासाठी त्यांना आणखी काही प्रयोग करून आणखी काही पुरावे सादर करणे आवश्यक होते. त्यासाठी त्यांनी वेगवेगळ्या पदार्थांवर प्रयोग करून मिळणाऱ्या वर्णपटाचा अभ्यास सुरू केला. या अभ्यासातून त्यांना दुसराही एक शोध लागला. तो शोध असा की काही ऍरोमॅटिक किंवा अलिफ्याटीक प्रकारच्या जल पदार्थांचा विकिरण वर्णपट दिशादिष्ट असतो. या दुय्यम दिशादिष्ट प्रारणाला रमण प्रभाव म्हणतात. या शोधाचे दूरगामी परिणाम व उपयोग जाणकारांच्या लक्षात आले होते. रमण याना सुद्धा हा शोध किती महत्त्वाचा आहे याची जाणीव होती. त्यांना आपल्या शोधाचा फार अभिमान व आत्मविश्वास होता. त्यांना खात्री होती की त्यावर्षीचे नोबेल पारितोषिक त्यांनाच मिळणार. त्यासाठी त्यांनी नवीन कपडेही शिवून घेतले होते. पण त्यांना त्यावर्षी नोबेल पारितोषिक मिळाले नसले तरी दोन वर्षानंतर नोबेल कमिटीने त्यांना पारितोषिक घेण्यासाठी सन्मानाने बोलावले होते. त्यांनी रमण प्रभावाचा शोध २८ फेब्रुवारी १९२८ साली लावला व त्यांना नोबेल पारितोषिक मिळाल्याची घोषणा १९३१ साली करण्यात आली. हा मान पहिल्यांदाच एका भारतीयाला व अश्वेत रंगाच्या मानवाला मिळाला.
रमण प्रभाव व त्याचे उपयोग
रमण प्रभाव हा अगदीच सोप्या शब्दात सांगायचा म्हणजे ते एकप्रकारचे ऊर्जेचे स्थानांतरण आहे. प्रकाशकिरण जेव्हा एका माध्यमातून जातात तेव्हा त्या माध्यमातील अणुरेणू त्या प्रकाशकिरणांना थोडेसे वाकवतात. त्यामुळे त्यांची ‘चाल’ बदलते. हे जे स्थानांतरण घडते ते अस्वाग्रही किंवा स्थितिस्थापक आघातामुळे होते. प्रकाश अणूरेणूला फोटॉन म्हटले जाते. जेव्हा फोटॉनचा आघात एखाद्या पदार्थाच्या अणूवर होतो तेव्हा फोटॉनची ऊर्जा त्या अणूत सामावते. असे झाल्याने त्या अणूची ऊर्जा पातळी वाढते. पण हा ऊर्जा बदल उलटा सुद्धा होऊ शकतो. अणूची ऊर्जा फोटॉनमध्येही स्थानांतरित होऊ शकते. असे झाले तर त्या अणूची ऊर्जा पातळी कमी होते. त्यामुळे प्रकाश आघात झालेले अणू आपली कंप्रता बदलतात व हा बदल दोलायमान कंपन (व्हायब्रेशनल) व वळण (रोटेशनल) कंपनाच्या समान असतो. त्यामुळे रमण प्रभाव वापरून प्रत्येक पदार्थाचा गुणधर्म समजण्यास मोलाची मदत मिळते. हा प्रभाव वापरूनच विमानतळावर सामान तपासले जाते व अवकाशातील तारेतारकांचे रासायनिक पृथःकरण केले जाते.
रमण प्रभाव शोधाचे दूरगामी परिणाम
जेव्हा रमण यांनी रमण प्रभाव वैज्ञानिक लेखाच्या स्वरूपात सर्वांसमोर मांडला तेव्हा त्यांचे जागतिक स्तरावर फार कौतुक करण्यात आले. या विषयातील तज्ज्ञ या शोधाचे किती दूरगामी परिणाम होणार आहेत हे जाणून होते. त्याचे किती व कसे फायदे आहेत हे अनेकांना मात्र त्याकाळी ध्यानातच आले नव्हते. पण प्रोफेसर वूड सारख्या क्वान्टम क्षेत्रात काम करणाऱ्या धुरंदरांनी हा शोध क्वान्टम सिद्धांताला बळकटी देतो हे जाहीररीत्या कबूल केले होते. रमण यांना सुद्धा आपल्या शोधाबद्दल व त्याच्या उपयुक्ततेबद्दल खात्री होती. नोबेल पारितोषिक स्वीकारल्यानंतरच्या भाषणात त्यांनी सांगितले की “विकिरण प्रारणाच्या गुणवैशिष्ट्यावरून विकिरण पदार्थाच्या मूळ संरचनेची माहिती मिळेल”.
या शोधाने जागतिक स्तरावर अनेक वैज्ञानिकांची उत्सुकता ताणली गेली व कित्येक ठिकाणी या प्रभावावर सक्रिय संशोधन सुरू झाले. पण काही कारणास्तव काही वर्षानंतर हा विषय बाजूला पडला. मात्र दरम्यानच्या काळात काही रसायन तज्ज्ञांनी रमण प्रभावाचा उपयोग आपल्या संशोधनात केला होता. १९३०च्या दशकात कार्बनी व अकार्बनी संयुगांचे रासायनिक पृथःकरण करण्यासाठी या प्रभावाचा उपयोग केला जात होता. या पदार्थातील भेद शोधण्यासाठी ही पद्धती अतिशय सोपी होती, त्यात त्या पदार्थाला कोणतीही हानी होत नव्हती, व त्यात कोणतेही रासायनिक अथवा भौतिक बदल घडत नसत.
रमण प्रभाव पद्धतीचा उपयोग दुसऱ्या महायुद्धानंतर फार मोठ्या प्रमाणावर कमी झाला होता. त्यादरम्यान उपारून (इन्फ्रारेड) पद्धतीचा उदय झाला होता. तसेच, आधुनिक सेन्सर, डिटेक्टर व इलेकट्रोनिक उपकरणात प्रचंड मोठी उत्क्रांती सुरू झाली होती. त्यामुळे त्यांचा उपयोग वाढत होता. रमण प्रभाव अधोरेखित करण्यासाठी कुशल कारागीर व अंधाऱ्या खोल्यांची गरज असायची. बहुदा, त्यासाठीच ही पद्धती मागे पडली. पण ही परिस्थिती लेझर तंत्रज्ञान अवतरण्याने पूर्णतः बदलली. त्याकाळी रमण प्रभाव प्रभावीपणे किंवा ठळकपणे दिसण्यासाठी एका शक्तिशाली प्रकाशस्रोताची गरज असायची. छोट्याश्या लेझरमध्ये त्या मोठ्या प्रकाशस्रोताची शक्ती सामावलेली होती. त्यामुळे १९८०च्या दशकानंतर एक नवीन रमण वर्णपट पद्धत अस्तित्वात आली. ही पद्धत आजही औषध व पेट्रोकेमिकल उद्योगक्षेत्रात वापरली जात आहे. गांजा, हेरॉईन सारखे अंमली पदार्थ व ज्वलनशील पदार्थ पॅकिंग न फोडताही रमण प्रभावाने शोधून काढता येतात. विमानतळावर हे सर्रास आपल्याला पाहावयास मिळतं. अणू कचरा शोधून काढण्यासाठीसुद्धा या प्रभावाचा वापर केला जातो. सध्या या पद्धतीचा महिमा जीवशास्त्रीय जगतातही वाढू लागल्याचे दिसत आहे.
भारतात १९८६ पासून २८ फेब्रुवारी हा ‘राष्ट्रीय विज्ञान दिवस’ म्हणून घोषित करण्यात आला आहे. रमण प्रभावाचा शोध याच दिवशी लागला होता त्याचे औचित्य साधून हा दिवस निवडण्यात आला. कोणत्याही राष्ट्राची प्रगती व आर्थिक सत्ता बनण्याचे उद्दिष्ट्य विज्ञान व तंत्रज्ञानाशिवाय पूर्ण होऊच शकत नाही. आपण सर्व भारतीयांनी वैज्ञानिक विचारसरणी अंगीकारणे व वैज्ञानिक जाणिवा आपल्या दैनंदिन जीवनात व आपल्या संस्कृतीत सामावून घेणे गरजेचे आहे. नव्हे ते आपल्या सर्वांचे आद्यकर्तव्यच आहे.
डॉ. प्रवीण गवळी, भारत सरकारच्या विज्ञान व तंत्रज्ञान विभागाच्या अधीन नवी मुंबई येथील भारतीय भूचुंबकत्व संस्थेत, वैज्ञानिक म्हणून कार्यरत आहेत.
COMMENTS