प्रकाशाचा वेग – मोजला तरी कसा जातो?



प्रकाशाचा वेग मोजण्यासाठी सुरूवातीच्या काळात खगोलशास्त्र उपयोगात आणलं गेलं. गुरूच्या चंद्रांच्या गुरूभोवतीच्या प्रदक्षिणेचा कालावधी हा गुरू-पृथ्वी अंतरानुसार बदलत असल्याचं इ.स. १६७६ साली ओले रोमर या डॅनिश शास्त्रज्ञाच्या लक्षांत आलं. प्रदक्षिणेच्या कालावधीतला हा बदल हा, या चंद्रांकडून निघालेल्या प्रकाशाला पृथ्वीपर्यंत पोहोचायला लागणार्या वेळेतील बदलामुळे घडून येतो हे

लक्षांत घेऊन रोमरने आपलं गणित मांडलं. या गणितानुसार प्रकाशाचा वेग सेकंदाला सुमारे सव्वादोन लक्ष किलोमीटर इतका भरला. यानंतर इ.स. १७२८ साली जेम्स ब्रॅडली या इंग्लिश खगोलज्ञाने खगोलशास्त्राचाच वापर करून पण वेगळ्या पद्धतीने प्रकाशाचा वेग काढला. हा वेग सेकंदाला सुमारे दोन लक्ष पंचाण्णव हजार किलोमीटर इतका होता.

प्रकाशाच्या वेगाचं प्रत्यक्ष मापन हे इ. स. १८४९ साली फिजॉ या फ्रेंच शास्त्रज्ञाने सर्वप्रथम केलं. फिजॉच्या प्रयोगात दिव्यापासून निघालेले प्रकाशकिरण एका दंतूर चाकांवरील खाचांतून पार होऊन काही हजार मीटर दूर ठेवलेल्या आरशावर आदळून परावर्तित व्हायचे. चाक स्थिर असताना हे किरण चाकावरील त्याच खाचेतून पार होऊन पुन: निरीक्षकाकडे यायचे. चाकाला गती दिल्यावर मात्र आरशावरून परावर्तित होऊन परतलेले प्रकाशकिरण, चाकावरची खाच पुढे सरकल्यामुळे अडवले जायचे. चाकाची गती पुरेशी वाढली की दुसरी खाच समोर येऊन प्रकाशाचा मार्ग पुन: मोकळा व्हायचा. चाकाच्या फिरण्याच्या या वेगावरून फिजॉला प्रकाशकिरणाला आरशावर आदळून परत यायला लागणारा कालावधी काढता आला. हा कालावधी आणि प्रकाशानं पार केलेलं अंतर, यावरून फिजॉने काढलेला प्रकाशाचा वेग आजच्या स्वीकृत वेगापेक्षा चार टक्क्य़ांनी अधिक भरला.

यानंतर इ. स. १८६२ साली फुको या दुसऱ्या फ्रेंच शास्त्रज्ञाने अशाच प्रकारच्या प्रयोगात दंतूर चाकाऐवजी उभ्या अक्षात फिरणारा आरसा वापरला. या प्रयोगातला हा आरसा ठराविक वेगाने स्वत:भोवती फिरत असला तरच त्या आरशावरून आदळणारे प्रकाशकिरण हे निरीक्षकाच्या दिशेने परावर्तित व्हायचे. या प्रयोगावरून फुको याने काढलेल्या प्रकाशाच्या

वेगातली त्रुटी एक टक्क्य़ाहून कमी होती. इ. स. १९२६ साली अशीच पद्धत वापरताना अल्बर्ट मायकेल्सन या अमेरिकन शास्त्रज्ञाने या प्रयोगातील आरसा हा ३५ कि.मी. दूरच्या पर्वतावर ठेवला. मायकेल्सनच्या या प्रयोगातून काढलेल्या प्रकाशाच्या वेगातली त्रुटी अवघी एक सहस्रांश टक्का इतकी होती.

आधुनिक पद्धतीनुसार प्रकाशाचा वेग प्रथम सूक्ष्मलहरी वापरून काढला गेला. सूक्ष्मलहरी यासुद्धा दृश्य प्रकाशाप्रमाणेच एक प्रकारच्या विद्युतचुंबकीय लहरी असल्याने या लहरींचा वेगही दृश्यप्रकाशाइतकाच असतो. विशिष्ट तरंगलांबीच्या सूक्ष्मलहरी मुद्दाम निर्माण करून त्यांची कपंनसंख्या प्रयोगाद्वारे मोजण्यात आली. या कंपनसंख्येच्या आणि तरंगलांबीच्या गुणाकारानुसार काढलेला सूक्ष्मलहरींचा वेग हा सेकंदाला सुमारे २९९,७९२ कि.मी. भरला. यानंतर लेसर किरणांच्या साहाय्याने अशाच प्रकारचा प्रयोग केला गेला. अशा प्रयोगानंतर प्रकाशाच्या वेगाच्या मूल्यातली त्रुटी काही मीटरपुरती मर्यादित राहिली.

(कुतूहल या लोकसत्तेतील मराठी विज्ञान परिषदेतर्फे चालवल्या जाणार्‌या सदरातील इ.स. २००९ साली प्रकाशित झालेल्या लेखांवर आधारित)

— डॉ. राजीव चिटणीस (मराठी विज्ञान परिषद, मुंबई)