मॅक्स प्लँक
Max Planck
जर्मन भौतिकशास्त्रज्ञ
जन्म : २३ एप्रिल, १८५८
मृत्यू : ४ ऑक्टोबर, १९४७

क्रांतिकारी सिध्दांत मांडणारा प्लँक

विसाव्या शतकात भौतिकीशास्त्रातील मूलभूत संकल्पनांना धक्का देणाऱ्या आणि विज्ञानाच्या या शाखेची मूळ चौकटच बदलून टाकणाऱ्या सिध्दांतापैकी पुंज (क्वांटम) हा एक महत्त्वाचा सिध्दांत. या सिध्दांताचा जनक होता मॅक्स प्लँक. बाल्टिक समुद्र किनाऱ्यावरील कील या बंदरात मॅक्स कार्ल अर्नस्ट लुडविग प्लँक यांचा जन्म झाला. त्यावेळी डेन्मार्क देशात असलेले कील नंतर जर्मनीमध्ये समाविष्ट झाले. म्युनिचमध्ये शालेय शिक्षण घेऊन म्युनिच विद्यापीठातून मॅक्स प्लँक यांनी १८७९ मध्ये वयाच्या २१ व्या वर्षी भौतिकीशास्त्रात डॉक्टरेट प्राप्त केली. या शास्त्रातील थर्मोडायनॅमिक्ससारख्या मूलभूत विषयात त्यांनी डॉक्टरेटसाठी संशोधन केले. १८८९ मध्ये प्लँक बर्लिन विद्यापीठात प्राध्यापक झाले आणि तेथेच त्यांनी १९२८ सालापर्यंत म्हणजे ३९ वर्षे संशोधन केले.
१९ व्या शतकाच्या अखेरच्या काळात भौतिकीशास्त्रज्ञांना कोड्यात पाडणारा प्रश्न होता तो ‘काळ्या वस्तूपासून होणाऱ्या उत्सर्जनाचा’. कोणतीही वस्तू जेव्हा तापते तेव्हा तिच्यापासून उत्सर्जन होते. (येथे उत्सर्जन ही संज्ञा प्रकाशाच्या संदर्भात वापरलेली आहे.) काळ्या वस्तू उत्सर्जनाच्या दृष्टीने आदर्श मानल्या जातात. काळ्या रंगाची वस्तू प्रकाश अजिबात परावर्तित करीत नाही तर ती सर्व प्रकाश (म्हणजेच प्रकाशाचा संपूर्ण रंगपटल) शोषून घेते. असे जरी असले तरी काळ्या वस्तूमधून प्रकाशाचे उत्सर्जन होत असते. १८७९ मध्ये जोसेफ स्टिफन या ऑस्ट्रियन शास्त्रज्ञाने सिद्ध केले की, कोणत्याही वस्तूपासून होणारे उत्सर्जन हे त्या वस्तूच्या स्वरूपावर अवलंबून नसून, वस्तूच्या तापमानावर अवलंबून असते. त्या काळी वैज्ञानिकांना हे ज्ञात होते की, वस्तूचे तापमान जसजसे वाढते तसतसे प्रकाशाच्या लघु- तरंगांचे उत्सर्जन जास्त होते. उदा. पोलादाचा तुकडा जेव्हा तापविला जातो, तेव्हा प्रथम इन्फ्रारेड प्रकाश (जो रंगपटलाच्या पट्टयातील तांबड्या रंगाच्या खाली डोळ्यांना न दिसणारा असतो) उत्सर्जित होतो. नंतर पोलादाचा रंग लालसर, लालभडक, नारिंगी, पिवळट, पांढरा आणि शेवटी बाष्पीभवन टाळल्यास निळसर पांढरा होतो. (तांबडी छटा दीर्घ तरंगलांबीची असते व निळसर पांढरी छटा लघु तरंगलांबी असते.)
१८९३ मध्ये विल्हेल्म विएन या जर्मन भौतिकशास्त्रज्ञाने एक संकल्पना मांडून काळ्या वस्तूंपासून होणाऱ्या उत्सर्जनातून निर्माण होणाऱ्या ऊर्जेच्या वितरणाचे गणिती सूत्र मांडले. रंगपटलातील जांभळ्या पट्ट्याच्या जवळील छटांबाबत मात्र ते चुकीचे ठरत होते. एकीकडे ही स्थिती, तर दुसऱ्या बाजूला लॉर्ड रॅले आणि जेम्स जीनस या इंग्लिश शास्त्रज्ञांनी मांडलेले सूत्र फक्त तांबड्या छटांच्याबाबत लागू होते, पण जांभळ्या छटांबाबत मात्र ते चूक ठरत होते. अशा प्रकारे उत्सर्जनातून निर्माण होणारी ऊर्जा ही रंगपटलावरील तांबड्या छटेच्या टोकापासून ते जांभळ्या छटेच्या टोकापर्यंत किती व काय प्रमाणात वितरित होते याचे सर्व छटांच्या संदर्भात लागू होणारे सूत्र वैज्ञानिकांना मिळत नव्हते, या संदर्भातील संशोधन या टप्प्यावरच असे अडकून पडल्याने मोठा तिढा निर्माण झाला होता.
हा तिढा सोडविण्याचे आव्हान मॅक्स प्लँक यांनी स्वीकारले. त्यासाठी लागणारे सूत्र त्यांनी शोधून काढले. हे करताना प्लँक यांनी एक अत्यंत नवी कल्पना मांडली. त्यांनी असे मानले की, जसे सर्व पदार्थ अणूंचे बनलेले असतात त्याचप्रमाणे उत्सर्जनदेखील छोट्या छोट्या एककांचे बनलेले असते. अशा प्रत्येक एककाला त्यांनी ‘क्वांटम’ वा ‘पुंज’ असे नाव दिले. अशा प्रत्येक पुंजातील ऊर्जा ही उत्सर्जनाच्या तरंगलहरीच्या लांबीवर अवलंबून असते. जेवढी तरंगलहरी लघु तेवढी ‘क्वांटम’मधील ऊर्जा जास्त, तरंगांची वारंवारिता (frequency) हीदेखील तरंगलांबीच्या व्यस्त प्रमाणात असते, हे तेव्हा ज्ञात होते. प्लँक यांनी याचा संबंध ‘क्वांटम’शी जोडून असे मांडले, की तरंगांची वारंवारिता आणि ‘क्वांटम’मधील ऊर्जा या दोन्ही गोष्टींचे तरंगलहरीशी असणारे प्रमाण व्यस्त असते. याचाच अर्थ की तरंग वारंवारिता आणि ‘क्वांटम’धील ऊर्जा एकमेकांशी सम प्रमाणात असतात. याच आधारावर प्लँक यांनी त्यांचे आता प्रसिद्ध असलेले समीकरण मांडले ते असे- Q = hv ( Q म्हणजे क्वांटमची ऊर्जा, V “न्यू’ हे ग्रीक अक्षर म्हणजे तरंगची वारंवारिता, h म्हणजे एक स्थिरांक ज्याला प्लँकचा स्थिरांक असे म्हणतात)
h चे मूल्य अत्यल्प असते, तसेच ‘क्वांटम’ चे मूल्यदेखील इतके अल्प असते की प्रकाश हा सलग असल्यासारखाच भासतो; परंतु प्रत्यक्षात मात्र प्रकाश हा ऊर्जेच्या अनेक सूक्ष्म पुंजांचा बनलेला असतो. (जसे प्रत्येक पदार्थ जरी सूक्ष्म अणूंचा बनलेला असला तरी तो सलगच भासतो तसे.)
या सिध्दांतामुळे काळ्या वस्तूंच्या उत्सर्जनासंबंधीचा तिढा पूर्णपणे सोडविला गेला. एवढेच नव्हे तर नंतर या सिध्दांताच्या आधारावर अणू, अणूमधील इलेक्ट्रॉन व केंद्रकातील न्युक्लिऑन यांचे भौतिक वर्तन समजणेदेखील शक्य झाले. अशा प्रकारे हा सिध्दांत भौतिकीशास्त्रातील एक अत्यंत महत्वाचा टप्पा ठरला.
क्वांटम सिध्दांताचे क्रांतिकारक परिणाम इतके महत्त्वपूर्ण होते की स्वत: प्लँक आणि नंतर आईनस्टाईनदेखील अचंबित झाले. प्लँक यांनी ‘क्वांटम’चा सिध्दांत १९०० मध्ये प्रथम जेव्हा मांडला, तेव्हा बहुतेक भौतिकीशास्त्रज्ञांना तो मान्य झाला नाही: परंतु 1905 मध्ये अल्बर्ट आईनस्टाईन यांनी क्वांटमचे अस्तित्व पडताळून मान्य केल्यानंतर प्लँक यांचा सिध्दांत विज्ञानजगतात स्वीकारला गेला. या वैज्ञानिक मांडणीसाठी- ‘क्वांटम’ सिध्दांतासाठी 1918 मध्ये मॅक्स प्लँक यांना नोबेल पारितोषिक बहाल केले गेले.