ख्रिस्टियान होयगेन्स
Christiaan Huygens
डच भौतिकशास्त्रज्ञ
जन्म : 14 एप्रिल, 1629
मृत्यू : 8 जून, 1695

बहुआयामी व्यक्तिमत्त्व

गॅलिलिओ आणि न्यूटन या जगप्रसिद्ध शास्रज्ञांच्या कार्यकाळाच्या मधल्या कालखंडात महत्वपूर्ण संशोधन करणाऱ्या वैज्ञानिकांत ख्रिश्चन होयगेन्स या शास्त्रज्ञाचे नाव प्रामुख्याने समोर येते. होयगेन्स जरी प्रकाशविषयी तरंग सिध्दांतासाठी प्रसिद्ध असले तरी ते एक उत्तम गणिती, खगोलसंशोधक, निसर्ग वैज्ञानिक आणि चतुरस्त्र शोधक होते. हॉलंडची राजधानी असलेल्या दिहाग या शहरात जन्मलेल्या होयगेन्स यांचे वडील एक शासकीय अधिकारी आणि साहित्यातील मान्यवर व्यक्ती होते. कॉलेजमध्ये प्रवेश घेईपर्यंत होयगेन्स यांचे शिक्षण घरीच खाजगी शिक्षकांच्या मार्गदर्शनाखाली झाले. सन 1654मध्ये लिडेन विद्यापीठात कायदा व गणित शिकून 1649 साली त्यांनी पदवी प्राप्त केली. नंतर दिहाग येथे परत आल्यानंतर त्यांच्या उल्लेखनीय कार्याला सुरूवात झाली.
आपल्या भावाबरोबर खगोलशास्रीय अभ्यास करताना त्यांनी त्याकाळी उपलब्ध असलेल्या टेलिस्कोपमधील भिंगामध्ये सुधारणा करून गुणात्मकदृष्ट्या चांगला टेलिस्कोप बनविला. 1656 मध्ये प्रथम शनीच्या निरीक्षणातून त्याभोवतीच्या चपट्या कड्यांचे वर्णन केले. तसेच 1659 साली शनीच्या अभ्यासावर पुस्तक प्रसिद्ध करून त्यात शनीचा उपग्रह ‘टायटन’ या त्यांनी शोधलेल्या चंद्राची माहिती खगोलशास्त्रज्ञांसमोर मांडली. खगोलशास्त्राचा अभ्यास करताना अचूक वेळ मोजण्याची गरज असते, हे त्यांच्या लक्षात आले. म्हणूनच उत्तम घड्याळ बनविण्याचे त्यांनी ठरविले. त्याकाळी घड्याळे चक्रांची सांगड-जोडण आणि त्याला लावलेली वजने यावर चालत असत. पण ती घड्याळे बिनचूक वेळ दर्शवित नसत. पन्नास वर्षांपूर्वी गॅलिलिओने लंबकाची गती हरात्मक (Harmonic) असते हे सिद्ध केले होते. या तत्त्वाचा वापर करून होयगेन्स यांनी लंबकाची सतत आवर्ते आणि दंतचक्र (Gears) यांची सांगड घालून पहिले लंबकाचे घड्याळ बनवले. हे घड्याळ युरोपभर लोकप्रिय झालेच शिवाय विविध मापन कार्यासाठी वैज्ञानिकांना अचूक वेळ दाखविण्यासाठी ते उपयुक्त ठरले. नंतर या घड्याळामध्ये जास्त काटेकोरपणा आणण्याकरता घड्याळ्याच्या यांत्रिक रचनेमध्ये तोलचक्र (Balance wheel) वापरून आणखीन सुधारणा केली. यामुळे होयगेन्स यांच्या लौकिकात भर पडली.
हे सर्व करतानाच त्यांनी खगोलशास्त्रीय निरीक्षणेदेखील केली आणि प्रथमच मंगळाच्या पृष्ठभागाची निरीक्षणे प्रसिद्ध केली. सन 1663 मध्ये होयगेन्स यांची रॉयल सोसायटीचे सभासद म्हणून निवड झाली. नंतर काही काळ त्यांनी फ्रान्समध्येदेखील संशोधन करण्याकरता वास्तव्य केले. होयगेन्स यांनी लंबकाच्या गतीवरही सखोल संशोधन केले आणि यासंबंधी मोठा प्रबंध लिहिला. यामध्ये केंद्रोत्सारी आणि केंद्रोत्सर्गी बलांविषयीच्या संकल्पना विस्तृतपणे मांडल्या. या संकल्पना नंतर आयझॅक न्यूटनच्या जगप्रसिद्ध नियमातील गुरुत्वाकर्षणाच्या सिद्धांताचा अविभाज्य घटक बनल्या. गणिताच्या पद्धतींची वापर करून भौतिकप्रणाली (Physical Systems) चे विश्लेषण करणे शक्य आहे. हे देखील त्यांनी मांडले. भौतिक शास्त्रातील संशोधनात ते गणिती पद्धतींचा वापर नेहमीच करत असत.
या संशोधनाच्या बळावर होयगेन्स मान्यताप्राप्त वैज्ञानिक झाले होते. परंतु त्यांची कीर्ती विज्ञानजगात पसरली ती त्यांच्या प्रकाशाविषयीच्या तरंग सिध्दांताने. भौतिकशास्त्रज्ञांमध्ये प्रकाशकिरणांचे भौतिक विश्लेषण करण्याकरिता आणि प्रकाश म्हणजे नक्की काय असते, हे जाणून घेण्यासाठी संशोधन सुरू होते. 1666 साली न्यूटनने पहिल्यांदा महत्वाचे प्रयोग केले. त्याने अंधाऱ्या खोलीत एका छोट्या छिद्रामधून येणारा प्रकाशकिरण काचेच्या त्रिकोणी लोलकावर तिरपा पाडला. लोलकाच्या दुसऱ्या बाजूकडून बाहेर पडणारा प्रकाश त्याने पांढऱ्या कागदावर घेतला असता त्याला एक रंगीत पट्टा आढळला. जो तांबडा, नारिंगी, पिवळा, हिरवा, निळा, पारवा आणि जांभळ्या रंगाचा होता. याला स्पेक्ट्रम अथवा रंगपटल असे नाव दिले. न्यूटननी मांडले की, प्रकाश हा सूक्ष्म कणांचा बनलेला असून तो अतिशय वेगाने प्रवास करतो. त्यामुळेच तो सरळ रेषेत जातो आणि वस्तूंवर आदळता तर छाया पडते. तसेच आरशावर प्रकाशकिरणे पडली तर ती परावर्तित होतात. कारण त्यातील सूक्ष्म कण आरशावर आदळून परत फेकले जातात. तसेच पाणी अथवा काचेतून जाताना हे कण जास्त वेगाने जातात म्हणून त्यांचे वक्रीभवन होते. या प्रकाशविषयक संकल्पनेला प्रकाशाचा ‘कण सिद्धांत’ (Corpuscular Theory of Light) असे म्हणतात. न्यूटननी 1675 साली रॉयल सोसायटीमध्ये एका व्याख्यानात हा सिध्दांत मांडला. याबद्दल पुष्कळ चर्चा झाली. परंतु प्रकाश जर कणांचा बनलेला असेल तर हिरव्या प्रकाशपट्ट्यातील कणांचे पिवळ्या पट्ट्यातील कणांपेक्षा जास्त वक्रीभवन (Refraction) का होते, प्रकाशकिरणांचे दोन झोत एकमेकांना आडवे आले तर त्यातील कण एकमेकांवर कसे आदळत नाहीत, अशा प्रकारचे प्रश्न उभे राहिले आणि त्याला समर्पक उत्तरे या सिध्दांताच्या आधारावर मिळत नव्हती. यादृष्टीने वरील सिध्दांताचे विश्लेषण करण्यास होयगेन्स यांनी सुरूवात केली आणि 1678 साली प्रकाशाविषयीचा नवा सिध्दांत मांडला. ज्यामध्ये कणांचे अस्तित्व नाकारलेले होते. त्यांनी मांडले की, ‘प्रकाश हा कणांचा बनलेला नसून तरंग व लहरींच्या रूपात असतो.’ हवेपेक्षा जास्त घन माध्यमातून (उदा. पाणी, काच) जाताना प्रकाशाचा वेग मंदावतो तसेच रंगपटलावरील वेगवेगळ्या रंगांची तरंग लांबी भिन्न असते आणि म्हणूनच त्यांचे कमी जास्त वक्रीभवन होते, या आधारावर ही भूमिका मांडली. याचाच अर्थ असा होतो की, जास्त वक्रीभवन होणारा रंग कमी तरंगलांबीचा असतो. म्हणजेच रंगपटलातील जांभळा रंग हा निळ्या रंगापेक्षा आणि निळा रंग हिरव्या रंगापेक्षा कमी तरंग लांबीचे असतात. तसेच तरंग लांबीच्या वेगळेपणामुळे आपले डोळे वेगवेगळे रंग ओळखू शकतो. प्रकाश तरंगांचा बनलेला असल्यामुळे दोन प्रकाशकिरण एकमेकांना आडवे गेले तरी ते एकमेकांत अडखळत ऩाहीत, जसे तरंगांच्या बनलेल्या लहरीदेखील अडखळत नाहीत आणि प्रत्येक तरंग वा लहर स्वतंत्र अस्तित्व टिकवून ठेवतो.
परंतु होयगेन्स यांच्या तरंग सिध्दांताद्वारे काही प्रश्न अनुत्तरीतच राहिले. उदा. प्रकाशकिरण सरळच का जातात? किंवा वाटेत एखाद्या वस्तूचा अडथळा आल्यास ध्वनीलहरी त्या अडथळ्याला वळसा घालून जातात पण प्रकाशलहरी मात्र त्या वस्तूवर आदळून सावली पाडते. परंतु, त्या अडथळ्याला वळसा घालून कशा जात नाहीत? याशिवाय जर प्रकाश तरंगांचा बनलेला असेल तर ते तरंग निर्वात पोकळीतून कसे जातात? ज्या अर्थी सूर्यप्रकाश पृथ्वीवर पोहोचतो त्याअर्थी पृथ्वीच्या वातावरणाच्या पलीकडे असलेल्या निर्वात पोकळीतून हे किरण पृथ्वीवर कसे पोहोचतात? या सर्व प्रश्नांची उत्तरे मिळणे अवघड जात होते आणि म्हणूनच ‘कण सिध्दांत’ आणि ‘तरंग सिध्दांत’ यातील वाद अनेक वर्षे जवळपास एक शतक कायम राहिला. तसेच ‘कण सिध्दांत’ जास्त सुलभ व तर्क संगत वाटत होता. न्यूटनने तो मांडला होता म्हणून तो जास्त प्रमाण मानला गेला. नंतर 1800 साली थॉमस यंग नावाच्या इंग्लिश शास्त्रज्ञाने प्रयोगाद्वारे तरंग सिध्दांताच्या बाजूने पुरावे दाखविले आणि 1970 मध्ये मॅक्स प्लँक आणि नंतर 1906 मध्ये आईनस्टाईन यांच्या संशोधनातून प्रकाशाचा वेगळाच असा एक क्वाटंम (Quantum) सिध्दांत मान्यता पावला. वरवर पाहता यामध्ये न्यूटन आणि होयगेन्स या दोघांच्या मूळ सिध्दांताचा समावेश मर्यादित स्वरुपात या नवीन सिध्दांतात केला गेला आहे.