क्ष किरण वक्रीभवनाच्या शोधची शतकपूर्ती

  

क्ष किरण वक्रीभवनाच्या शोधची शतकपूर्ती

डब्ल्यू. एच. ब्रॅग आणि डब्ल्यू. एल. ब्रॅग ह्या पिता पुत्रांनी शोधलेल्या  एक्स रे डिफ्रॅक्शन  समीकरणाला शंभर वर्ष पूर्ण होत आहेत. तसेच डिसेंबर २०१२ मध्ये आंतरराष्ट्रीय वैज्ञानिक समूहांनी क्रिस्टलोग्राफी व एक्स रे डिफ्रॅक्शनच्या शोधला शतकपूर्ती झाल्याने वेगवेगळे कार्यक्रम आयोजित केले होते. त्यातच भर म्हणून की काय इंटरनॅशनल युनिअन ऑफ क्रिस्टलोग्राफी यांनी २०१४ हे आंतरराष्ट्रीय क्रिस्टलोग्राफी वर्ष म्हणून जाहीर केले आहे. सलग २०१२ ते २०१४ हे तीन वर्ष एक्स रे डिफ्रॅक्शनच्या शोधाची व क्रिस्टलोग्राफीची आठवण करून देणारे वर्ष ठरत आहे. गेल्या शंभर वर्षात क्रिस्टलोग्राफी ह्या शाखेत वीस नोबेल पारितोषिके मिळाली आहेत. ह्यावरून ह्या शाखेची उपयोगीता आपल्याला लक्षात येते. एक्स रे डिफ्रॅक्शनचा शोध व ब्रॅग समीकरण ह्यामुळे रसायनशास्त्र, जीवशास्त्र, जीवरसायनशास्त्र, धातुशास्त्र ह्या विषयात मैलाचा दगड बनला आहे असे म्हटले तर वावगे ठरणार नाही. एवढेच नाही तर मंगळावर जे स्पिरीट रोव्हर पाठविण्यात आले त्यामध्येही एक्स रे स्पेक्ट्रोमीटरचा उपयोग करण्यात आला. आपल्या रोजच्या जीवनात एखाद्याचे हाड तुटले तर सहजपणे आपण एक्स रे काढण्याचा सल्ला देतो. अशा प्रकारे  एक्स रे हा शब्द व त्याचे तंत्रज्ञान आपण इतके बेमालूमपणे वापरतो परंतु ज्यांनी ह्या शोधासाठी आपले आयुष्य वेचले त्याकडे मात्र आपले लक्ष जात नाही. बऱ्याचदा आपल्याला हा शोध कसा लागतो त्यामागे शोधकर्त्याची भूमिका काय असते. ते कशा प्रकारे शोधापर्यंत पोहचतात हेच समजत नाही. ते कशा  रीतीने विचार करतात ह्याबाबत मात्र नक्कीच कुतूहल असते. तेच कुतूहल शमवण्याचा प्रयत्न ह्या ठिकाणी केला जात आहे.

      १८९७ ह्या वर्षी रॉन्टजेन हे  विकिरणाचे प्रयोग करीत असताना अचानक काही किरणे बाहेर पडताना दिसली, ते काय आहेत हे माहीत नसल्याने त्यांनी त्यास एक्स रे हेच नाव दिले. त्यांनी त्याचे गुणधर्म शोधण्याचा प्रयत्न केला. त्यांना तो कधी वेव्ह वाटला तर कधी पार्टिकल, अशा व्दिधा मनस्थितीत त्यांना त्यावर पूर्णपणे स्वताचे मत नोंद्वता आले नाही. १९१२ हे साल येईपर्यंत एक्सरेचे गुणधर्म पूर्णता समजले नव्हते. त्याचदरम्यान मुनीच विद्यापीठात मॅक्स वॉन लाऊ हे समरफिल्ड ह्या शास्त्रज्ञासमवेत संशोधन करीत होते. तेव्हा प्रकाशाचे डिफ्रॅक्शन हे ग्रेटींगच्या साह्याने होते हे त्यांना माहित होते. त्यामागील नक्की कारण काय आहे हे त्यांनी समजाऊन घेतले. त्यांना लक्षात आले की प्रकाशाची वेव्हलेंग्थ व ग्रेटींगमधील अंतर प्रमाणात असेल तर डिफ्रॅक्शन होऊ शकते. डिफ्रॅक्शन म्हणजे प्रकाशाचे वक्रीभवन जर प्रकाश एका पदार्थावर पडला तर त्याची सावली ठिपक्यांच्या स्वरुपात फोटोग्राफिक प्लेटवर दिसते. रुदरफोर्डने नुकतेच अणूचा आकार एक अॅगस्ट्राँम एवढा काढला होता. एक्स रेची  वेव्हलेंग्थ  सुद्धा तेव्हा माहित नव्हती. पण त्यांनी विचार केला की प्रकाशाच्या ऐवजी आपण एक्स रेचा मारा एका स्फटिकावर केला तर त्याचे ठिपके दिसतील. तसेच स्फटिक अणुपासून बनलेले असावे  व अणूमध्ये नक्कीच अंतर असले पाहिजे असा अंदाज केला. जर त्यामध्ये अंतर असतील तर ते आपणास नक्कीच  रांगोळीच्या ठिपक्याप्रमाणे दिसेल व त्यांना  जोडून ठराविक आकृती तयार करता येऊ शकते. स्फटिक निवडण्याचा उद्देश हा की तो ग्रेटींगप्रमाणे कार्य करेल व चांगले डिफ्रॅक्शन पॅटर्न मिळतील. ह्या सर्व विचारांती त्यांनी कॉपर सल्फेटवर एक्स रेचा मारा केला तेव्हा त्यांना काही संमिश्र ठिपके दिसले. नंतर त्यांनी झिंक सल्फाईड स्पटिकाचे  डिफ्रॅक्शन पॅटर्न घेतले. त्यातून जे दिसले हे सर्व अचंबित करण्यासारखे होते. पॅालिक्रोमॅटीक एक्स रेचे विभाजन होऊन त्या स्फटिकाचे सिमेट्रिक काळे ठिपके मिळाले. ह्या प्रयोगातून दोन महत्वाचे निष्कर्ष निघाले एक म्हणजे एक्स रे हे वेव्ह आहेत तर स्फटिकामधील अणूची रचना रांगोळीच्या ठीपक्याप्रमाणे असुन त्याची पुनरावृत्ति होते ही संकल्पना समजण्यास मदत मिळाली. अशा सिमेट्रिक अणुपासून युनीट सेल तयार होते त्याच्या पुनरावृत्तिने स्फटिक तयार होते. अशा रीतीने स्फटीकाच्या अंतरंगात डोकावण्याचे काम एक्स रे मुळे शक्य झाले.

      ब्रॅग पिता पुत्रांनी ह्या डिफ्रॅक्शन पॅटर्नला  नवी दिशा देण्याचे काम केले. विल्यम एच. ब्रॅग हे अॅडलेड विद्यापीठात शिकवत होते, नंतर त्यांनी लीड विद्यापीठात अध्यापन चालू केले. तेव्हा लॅाऊ यांचे एक्स रेवरील निष्कर्ष आले होते. त्याच दरम्यान मुलगा ब्रॅग ज्युनियर केंब्रीज विद्यापीठात ग्रॅज्युएशन करण्यासाठी आला. त्याला केंव्हडिश प्रयोगशाळेत जे. जे. थॅाम्सन यांच्या समवेत संशोधन करण्याची संधी मिळाली. त्यानंतर दोघांनी  एक्स रे स्पेक्ट्रोमीटरमध्ये बऱ्याच सुधारणा केल्या. त्यांनी फोटोग्राफिक फिल्म ऐवजी आयोनाझेशन चेंबर वापरले. त्यांनी दाखवून दिले की हिरा आणि ग्राफाईट हे दोन्ही कार्बनचे प्रतिरूप असले तरी त्यांची संरचना वेगळीच आहे. तसेच सोडीअम क्लोराईडमधील अणू हे ठराविक पॅटर्नप्रमाणे असतात. १९१३ मध्ये रॉयल सोसायटी लंडन येथे आपले संशोधन मांडले. ह्या शोधानंतर दोनच वर्षात नोबेल पारितोषिक मिळाले. एक्स रेच्या शोधामुळे १९१४ साली लॅाऊ यांना तर ब्रॅग समीकरणाच्या शोधला १९१५ साली ब्रॅग्ज यांना भैातिकशास्त्रात नोबेल पारितोषिक मिळाले. वडीलांना व मुलाला एकत्रितपणे नोबेल पारितोषिक मिळणे हा एक योगायोगच आहे. आपल्या शरीरात एन्झाईम, हामोर्न्स, हिमोग्लोबिन हया  जीवरसायनांची संरचना समजणे एक आव्हानच होते. त्यासाठी एक्स रे डिफ्रॅक्शन ह्या तंत्राचा वापर करण्यात  आला. रोझलॅन्ड फ्रॅकलीन, जेम्स वॅाटसन आणि फ्रान्सीस क्रीक यांनी डी. एन. ए. ची संरचना शोधण्यासाठी ह्याच तंत्राचा वापर केला. अशा रीतीने विज्ञान क्षेत्रात ह्या शोधाने नवीन क्रांतीच घडवून आणली.

 

                                    शामकुमार देशमुख