भौतिकशास्त्रातील अनिश्चितता तत्त्व

विषय परिचय:
पुंज सिद्धान्त (quantum theory) हा आधुनिक भौतिकशास्त्राचा पाया आहे. अनिश्चितता तत्त्व हे या सिद्धान्ताचे सारतत्त्व. ह्या तत्त्वामुळे भौतिकशास्त्राच्या विचारसरणीत कायमचे परिवर्तन घडून आले. त्याचा प्रभाव भौतिकशास्त्राच्या पलीकडे तत्त्वज्ञानात, समाजशास्त्रात आणि अन्य क्षेत्रांतही दिसून येतो. या तत्त्वाचा आणि त्याच्या प्रभावाचा आढावा घेण्याचा हा प्रयत्न. भाग 1
‘अनिश्चितता’ आणि ‘भौतिकशास्त्र’ कधी एकमेकांच्या जवळ येतील यावर अगदी सव्वाशे वर्षांपूर्वी कोणीही विश्वास ठेवला नसता. एकूणच निसर्गविषयक शास्त्रांमध्ये नियमबद्धता असते ही त्याकाळची सार्वत्रिक समजूत आजही बऱ्याच अंशी टिकून आहे. सतराव्या शतकामध्ये न्यूटनचा गुरुत्वाकर्षणाचा सिद्धान्त मांडला गेला. हा सिद्धान्त आणि न्यूटनचे गतिविषयक तीन नियम म्हणजे जणू संपूर्ण विश्वात असलेल्या नियमबद्धतेचा, मानवी बुद्धीला आकलन होईल अशा प्रकारे लिहिलेला आराखडाच होता. न्यूटनच्या नियमां-तून जी गणिती सूत्रे जन्माला आली, त्यांच्या साहाय्याने संपूर्ण विश्वाचा भूतकाल आणि भविष्यकाल जाणून घेणे —- निदान सैद्धान्तिकदृष्ट्यातरी —- शक्य आहे अशीच त्या काळच्या शास्त्रज्ञांची कल्पना होती.
विश्वाच्या या नियमबद्धतेचा अनुभव शास्त्रज्ञांना अनेकदा आला. 1843 मध्ये जॉन अॅडॅम या इंग्लिश खगोलशास्त्रज्ञाने त्या काळी ज्ञात असलेल्या ग्रहांच्या सूर्या-भोवतीच्या कक्षांचा सैद्धान्तिक अभ्यास करून असा निष्कर्ष काढला की या ज्ञात ग्रहांच्या पलीकडे आणखी एक ग्रह असलाच पाहिजे. 1846 मध्ये बरोबर अॅडमनी केलेल्या भाकितानुसार कक्षा, वस्तुमान आणि आकाशातले स्थान असणारा तो ग्रह – नेपच्यून, खगोलशास्त्रज्ञांना सापडला.
न्यूटनने जसा आधुनिक भौतिकशास्त्राचा पाया घातला. तसाच कलनशास्त्राचा (कॅलक्युलस) शोध लावून आधुनिक गणितशास्त्राचा आरंभ केला. विज्ञानाची ही प्रगती इंग्लंडमध्ये व नंतर युरोपात झालेल्या औद्योगिक क्रांतीची नांदीच होती. औद्योगिक क्रांती आणि विज्ञान परस्परपूरक ठरले. न्यूटनच्या पश्चात आणखी शंभर वर्षांत यंत्रशास्त्र, रसायनशास्त्र, जीवशास्त्र, भूगर्भशास्त्र, ऊष्मागतिकीशास्त्र यांची स्थापना व विकास होत गेला. एका बाजूला निसर्गातील अधिकाधिक गोष्टी विज्ञानाच्या साह्याने माणसाला समजत होत्या आणि दुसऱ्या बाजूला त्याच्या उपयोजनामुळे त्याच्या राहणीत, जीवनमानात बदल होत होता. यामुळे विज्ञानावरचा माणसाचा विश्वास दृढ होत गेला व त्याच्या मनात विश्वाचे विश्वाच्या स्वरूपाचे एक चित्र तयार झाले. भोवतालचे जग — त्यात मानवप्राणी आलाच — भौतिक व नियमबद्ध आहे. किंबहुना ते एखाद्या गुंतागुंतीच्या यंत्रासारखे आहे. या यंत्राची रचना समजून घेणे फार कष्टप्रद असेल, त्यासाठी आणखी बऱ्याच वैज्ञानिक परीक्षणाची आवश्यकता असेल, परंतु अखेरीस त्याचे सारे नियम निश्चित आहेत, त्याच्या एका भागातील हालचालीचा परिणाम दुसऱ्या भागावर कसा होणार हे नेमके ठरलेले आहे, अशा धारणेचे हे चित्र होते. खुद्द न्यूटनच्या डोळ्यासमोर असे चित्र होते की काय याबद्दल शंका आहे. परंतु एकोणिसाव्या शतकाच्या शेवटी, वैज्ञानिकांच्या मनात असे संशयातीत-पणे ठसले होते. न्यूटनच्या सिद्धान्ताच्या तात्त्विक परिणतीमधून निर्माण झालेल्या ह्या विचारप्रणालीला न्यूटनीय विचारप्रणाली, न्यूटनीय विश्वकल्पना असे संबोधले जाऊ लागले.
इ.स. 1890 ते 1930 या 40 वर्षांच्या कालावधीत अशा काही घटना भौतिकशास्त्राच्या क्षेत्रात घडल्या की त्यानी विज्ञानाचा चेहरामोहराच बदलून टाकला. या झंझावातापुढे न्यूटनीय विचारप्रणाली टिकून रहाणे अशक्य ठरले. या शोधांमध्ये सर्वात महत्त्वाची घटना म्हणजे पुंज सिद्धान्ताचा (quantum theory) शोध. लौकिकार्थाने हायजेनबर्ग या सुप्रसिद्ध जर्मन वैज्ञानिकाच्या नावाने उल्लेखिले जाणारे अनिश्चिततातत्त्व (uncertainty principle) पुंज सिद्धान्तांचे सार, प्रातिनिधिक तत्त्व म्हटले जाते. या तत्त्वाद्वारे विज्ञानाच्या दालनातच अनिश्चिततेच्या —- न्यूटनीय विश्वचित्राच्या गृहीत प्रमाणाच्या नेमक्या विरुद्ध संकल्पनेचा प्रवेश झाला. अर्थात पुंज सिद्धान्तांमुळे विज्ञानातील संकल्पना बदलून टाकल्या गेल्याच, परंतु त्याचे पडसाद पाश्चात्त्य जगातील तत्त्वज्ञान, अर्थशास्त्र व इतिहास अशी समाजशास्त्रे, साहित्य या क्षेत्रातही उमटले. या विविध क्षेत्रातील प्रस्थापित संकल्पनांचा विचार नव्याने घडून आला.
विज्ञानातील प्रस्थापित, आपण सहज गृहीत धरतो अशा संकल्पनांना धक्का देणारा दुसरा महत्त्वाचा, परंतु पुंज सिद्धान्तापेक्षा वेगळा सिद्धान्त म्हणजे आइन्स्टाइनचा सापेक्षता सिद्धान्त. सापेक्षता सिद्धान्ताने, मनुष्याच्या अवकाश व काल यांच्या कल्पना बदलून टाकल्या. त्या अर्थी ह्या सिद्धान्ताने विज्ञानात परिवर्तन घडवून आणले हे निश्चित. तसेच ह्या परिवर्तनाचे इतर क्षेत्रातून प्रतिसाद उमटले हे ही खरे! परंतु न्यूटनीय विश्वकल्पनेच्या गाभ्याशी —- निश्चिततेच्या संकल्पनेशी (concept of determinacy) ह्या सिद्धान्तामुळे विसंगती निर्माण झाली नाही. म्हणून सापेक्षता सिद्धान्ताचा विचार येथे केलेला नाही.
पुंज (क्वांटम) सिद्धान्ताची सुरुवात विसाव्या शतकाच्या अगदी प्रारंभी प्लांक या जर्मन शास्त्रज्ञाने केली असे म्हणता येईल. ऊष्मागतिकीशास्त्रातील काही प्रायोगिक निष्कर्षाचा तत्कालीन भौतिकशास्त्राद्वारे उलगडा होत नव्हता. प्लांकने मोठ्या नाईलाजाने ऊर्जा ही पुंज रूपात टाकली जाते असे मानून एक सूत्र मांडले व ऊष्मागतिकीशास्त्रातील एक गहन कोडे सुटले. त्यामुळे तत्कालीन अभिजात भौतिकशास्त्राची अपूर्णता मात्र उघड झाली. एकोणिसाव्या शतकाच्या सुरुवातीला डाल्टनने अणुसिद्धान्त मांडला होता. त्यानुसार सर्व वस्तुमान, द्रव्यसंचय, अणूंचा बनलेला असतो. हे अणू व विविध वस्तूंची अण्विक संरचना माहीत करून घेतली की विश्वातील पदार्थ कसे व कशाचे बनले आहेत हे कळेल, व तेवढेच कार्य भौतिकशास्त्रांत शिल्लक आहे अशा त-हेची आत्मसंतुष्टता या एकोणिसाव्या शतकाच्या शेवटी वैज्ञानिकांत पसरली होती. क्ष किरणांचा तसेच किरणोत्सर्गांचा शोध, इलेक्ट्रॉनचा शोध आणि या बरोबरच पुंज संकल्पना यामुळे या आत्म-संतुष्टेला कायमचे तडे गेले.
कोणत्याही धातूवर आवश्यक ऊर्जेचे प्रकाशकिरण पडल्यास त्या धातूतून इलेक्ट्रॉन बाहेर पडतात व विद्युत प्रवाह दिला जातो. यासंबंधीच्या निरीक्षणाचा अतिशय समाधानकारक खुलासा करताना आइन्स्टाइनने (इ.स. 1905) पुंज संकल्पना वापरली. ही संकल्पना अणुरचनेच्या बोर सिद्धान्तामध्ये (इ.स. 1913) आढळून येते. ही संकल्पना जशी दृढ होत जात होती तशी ती जुन्या अभिजात भौतिकशास्त्रापासून दूर जात होती. जुन्या व आधुनिक भौतिकशास्त्रातील दुवा लौकरच निर्णायकपणे तुटला. 1925 मध्ये लुई द ब्रोग्ली यांनी तरंग व कण यांच्या द्वित्वाचा सिद्धान्त (wave particle duality) मांडला. प्रकाशिकरणासारखी ऊर्जा तरंगस्वरूपात असते व इलेक्ट्रॉन सारखे द्रव्यकण कण स्वरूपात असतात हे आपल्या परिचयाचे आहे. द ब्रोग्लीने असे सुचविले की द्रव्य व ऊर्जा या दोन्हींना कण व तरंग ही दोन्ही रूपे असतात. ह्या सिद्धान्ताची प्रायोगिक प्रचीति सूक्ष्मकणांच्या, उदाहरणार्थ इलेक्ट्रॉन, बाबतीत देता येईल. थोडक्याच कालावधीत इलेक्ट्रॉन कणांचे तरंग स्वरूप प्रायोगिकरीत्या सिद्ध झाले. तरंग-कण द्वित्व गृहीत धरून श्रोडिंगर, हायजेनबर्ग, बॉर्न, डिरॅक, पॉली यांसारख्या प्रतिभावंत शास्त्रज्ञांनी गणिती सूत्रे मांडली आणि त्यांच्या सहाय्याने अणूच्या प्रांतातील आतापर्यंत न सुटलेल्या अनेक कूट समस्यांची सहज उकल केली. ह्या त्यांच्या प्रयत्नांतून भौतिकशास्त्राची एक नवीन सर्जनशील शाखा उदयाला आली, तीच पुंज यांत्रिकी (quantum mechanics) होय.
वर एका ठिकाणी म्हटल्याप्रमाणे हायजेनबर्ग यांनी 1928 मध्ये मांडलेले अनिश्चितता तत्त्व पुंज भौतिकशास्त्राचे लौकिकरीत्या प्रातिनिधिक तत्त्व मानले जाते. पुंज सिद्धान्ताच्या खोलीत न शिरता हे तत्त्व काय आहे हे तपासून पाहिल्यास उपयुक्त ठरेल. ह्या तत्त्वाचे विधान असे करता येईल, ‘कोणत्याही कणाचे स्थान व त्याच क्षणी असलेली त्याची गती (अधिक अचूकपणे त्याचा संवेग) यांच्या आपल्याला होणाऱ्या ज्ञानामध्ये अपरिहायर्पणे काही अनिश्चितता असते व अशा स्थान व गतीतील कमीत कमी अनिश्चिततांचा गुणाकार नेहमी स्थिर असतो.’ याचा अर्थ असा की कोणत्याही कणाचे स्थान व गती ह्या दोन मूलभूत गोष्टी एकाच वेळेस संपूणर्पणे निश्चित करता येत नाही. म्हणजेच तो कणनेमका कोठे आहे व तो किती वेगाने कोणत्या दिशेने जात आहे या दोहोंची माहिती कोणत्याही क्षणी शंभर टक्के अचूकपणे मिळविणे अशक्य आहे. याचा परिणाम म्हणून त्या कणाच्या नंतरच्या स्थिति-गतीविषयी भाकित करणे अशक्य आहे.
उदाहरणार्थ, एखाद्या इलेक्ट्रॉनचे स्थान अधिकाधिक बिनचूकपणे निश्चित करण्यासाठी काय करावे लागेल? हायजेनबर्गने त्यासाठी एका साध्या, पंरतु काल्पनिक प्रयोगाचे उदाहरण दिले. समजा इलेक्ट्रॉनवर प्रकाश टाकून सूक्ष्मदर्शक यंत्रातून त्याच्याकडे बघितले तर काय होईल. प्रयोग काल्पनिकच असल्याने इलेक्ट्रॉनसारखा सूक्ष्मकणही दिसू शकेल अशा सूक्ष्मदर्शकाची व निरीक्षणात जो थोडीदेखील चूक करणार नाही अशा काटेकोर निरीक्षकाची कल्पना करता येते. परंतु तरीही या प्रयोगात काय घडेल?
हायजेनबर्गने असे निदशर्नास आणून दिले की प्रकाश जेव्हा इलेक्ट्रॉनवर पडेल तेव्हा त्याच्या धक्क्याने इलेक्ट्रॉन आपल्या मूळ स्थानापासून ढळेल. म्हणजे परावर्तित प्रकाशाच्या निरीक्षणाने इलेक्ट्रॉनच्या मूळ स्थानाचे नेमके ज्ञान होणार नाही. धक्क्याचा नेमका परिणामही सांगता येत नाही. त्यामुळे धक्क्यानंतरची इलेक्ट्रॉनची गती — तिची दिशा व स्थान — काय असेल हे भाकीत शंभर टक्के खात्रीपूर्वक करता येत नाही. आणि म्हणूनच इलेक्ट्रॉनचा नतंरचा मार्ग गणिती सूत्रांद्वारे काढता येणे शक्य नाही. इलेक्ट्रॉनला दिलेल्या धक्क्यानंतर प्रकाश सूक्ष्मदर्शकात शिरला तर त्याच्या साह्याने एका मर्यादेपर्यंत —- अनिश्चिततेने —- इलेक्ट्रॉनची धक्क्याच्या क्षणीची गती वर्तविता येईल. इलेक्ट्रॉनच्या स्थानाची अनिश्चितता प्रकाशाच्या तरंग लांबीच्या पदामध्ये सांगता येईल, व दोन्ही (गती व स्थान यांच्या) अनिश्चितता हायजेनबर्ग तत्त्वानुसार असतील.
हायजेनबर्गने असे दाखवून दिले की आदर्श उपकरणांच्या साहाय्याने आदर्श प्रयोग केले आणि गणिताचे कोणतेही सूत्र वापरले तरीदेखील इलेक्ट्रॉनच्या वा तत्सम कणाच्या गती व स्थान ह्यांमध्ये त्याच्या तत्त्वानुसार अनिश्चितता राहणे अपरिहार्य आहे. कारण ही अनिश्चितता उपकरणाच्या मर्यादेतून आलेली नाही, तर ती निसर्गाचा एक मूलभूत सिद्धान्त आहे.
मार्गक्रमणाबद्दलची अनिश्चितता प्रकर्षाने जाणवते, आणि सूक्ष्मकणाचे ‘क्वांटम’ जग न्यूटनीय विश्वापासून किती दूर गेले आहे हे ध्यानात येते. पुंज सिद्धान्तामुळे भौतिकशास्त्रात व त्याकरवी मानवी दृष्टिकोनात परिवर्तन कसे घडून आले असेल याचा अंदाज येतो. ह्या सिद्धान्तामुळे प्रदीर्घकाळ अस्वस्थ करणारे अनेक सैद्धान्तिक प्रश्न वैज्ञानिकांपुढे, तत्त्वज्ञांपुढे उभे राहिले. यांतील काही मुख्य प्रश्नांची चर्चा करण्यापूर्वी अनिश्चितता तत्त्वाची व्याप्ती व उपयोजनीयता यासंबंधीच्या काही बाबींचा उल्लेख करावयास हवा.
प्रथमतः हे नमूद करावयास हवे की अनिश्चितता तत्त्वामुळे भौतिकशास्त्रात ‘अनिश्चितता’, ‘अंदाधुंदी’ माजली आहे असे बिलकुल नाही. हायजेनबर्गने अनिश्चितता तत्त्वही सूत्ररूपात मांडले, आणि ह्या सूत्रामागे पुंज यांत्रिकी ही समग्र ज्ञानशाखा विस्तारून उभी आहे. एखाद्या कणाचे स्थान व गती या विषयी नेमके भाकीत करता येत नसले तरी याविषयीच्या संभाव्यता वर्तविता येतात. एखाद्या प्रयोगाच्या अखेरीस एखादा कण कोणत्या स्थानावर असण्याची शक्यता किती आहे, कोठे ती सर्वाधिक वा सर्वात कमी आहे, तसेच त्या कणाची ऊर्जा किंवा तत्सम इतर गुणधर्म यांच्या बाबतीतील शक्यता काय आहेत इत्यादी निष्कर्ष शास्त्रज्ञ गणिताने निश्चित करू शकतात. थोडक्यात कणाच्या स्थिती-गतीविषयी निश्चित विधाने करता येत नसली तरी त्यांच्या संभाव्यता काय आहेत हे सांगता येते. आधुनिक पुंज यांत्रिकी म्हणजे ह्या संभाव्यता वर्तविणारे शास्त्र. ते आज अतिशय प्रगत झाले आहे व मूलकणांचा अभ्यास पुंज यांत्रिकीशिवाय निव्वळ अशक्य आहे.
दुसरी महत्त्वाची गोष्ट म्हणजे न्यूटनीय यांत्रिकीच्या उपयोजनीयतेबाबतची. विश्वाच्या रचनेसंबंधीचे चित्र पार बदलून गेले असले तरी न्यूटनच्या गतिविषयक सिद्धान्तांचे महत्त्व कमी झालेले नाही. या सिद्धान्ताचा व त्यातील सूत्राचा वापर दैनंदिन विज्ञानामध्ये पूर्वीइतकाच व तेवढ्या प्रभावीपणे केला जातो याचे कारण हायजेनबर्गने सांगितलेली अनिश्चितता कणांच्या वस्तुमानाच्या व्यस्त प्रमाणात असते. त्यामुळे अत्यंत सूक्ष्मकणांच्या (ज्याचे वस्तुमान अतिशय कमी असते) संदभार्तच, अणुरेणूंच्या प्रांतातच, ही अनिश्चितता व तिचे परिणाम महत्त्वाचे ठरतात. अणुरेणूपासून आपण जसजशा कणांच्या वस्तुमानाच्या दृष्टीने पायऱ्या चढू लागतो तसतशी अनिश्चितता तत्त्वाच्या परिणामाची लक्षणीयता कमीकमी होत जाते. दैनंदिन जीवनांतील वस्तुमाने विचारात घेता यांना अनिश्चितता तत्त्व लागू करण्याची काहीच जरूरी नसते. असेही म्हणता येईल की हे तत्त्व ज्या यांत्रिकीचा पाया आहे ती पुंज यांत्रिकी व न्यूटनीय यांत्रिकी यांच्या निष्कर्षात वस्तुमान मोठे असल्यास काही फरकच राहत नाही. न्यूटनीय यांत्रिकी पुंज यांत्रिकीचा उपविभाग आहे. तिच्यात समाविष्ट झाली आहे असेच वैज्ञानिक धरून चालतात. या दृष्टीने या दोन यांत्रिकीमध्ये विसंगती तर नाहीच, परंतु पुंज यांत्रिकी आपल्या निसर्गविषयक ज्ञानाचा न्यूटनीय यांत्रिकीचा पुढचा, अधिक सखोल (अर्थात अंतिम नव्हे!) टप्पा आहे. वर उल्लेख केलेल्या सैद्धान्तिक प्रश्नांची व तसेच सक्रिय वैज्ञानिकांच्या अनिश्चितता तत्त्वासंबंधीच्या व्यावहारिक दृष्टिकोनाची चर्चा लेखाच्या पुढच्या भागात करू या.
भाग 2
वर आपण अनिश्चितता तत्त्वाचे स्वरूप काय आणि त्यामुळे भौतिकशास्त्रा-मध्ये परिवर्तन कसे घडून आले व त्याचे पडसाद इतर क्षेत्रांत उमटले हे पाहिले. येथे या तत्त्वापासून उद्भवलेल्या काही तात्त्विक प्रश्नांचा परामर्श घेण्याचा प्रयत्न करा-वयाचा आहे.
यापैकी एक महत्त्वाचा प्रश्न म्हणजे सूक्ष्मकणांना इच्छास्वातंत्र्य असते का. एकाच वेगाचे इलेक्ट्रॉन हे सूक्ष्मकण एकापाठोपाठ एक असे एका सूक्ष्म फटीतून पाठवले तर काय होईल? योग्य साधनांच्या साह्याने असा प्रयोग शास्त्रज्ञ सहज करू शकतात. फटीच्या पलीकडे एखादा योग्य पडदा ठेवल्यास त्यावर हे इलेक्ट्रॉन पोहोचतात ते एका विशिष्ट आकृतिबंधानुसार; यालाच विवर्तन आकृतिबंध (diffraction pattern) म्हटले जाते. त्यानुसार सगळे इलेक्ट्रॉन हे सरळ रेषेत जात नाहीत. (त्यांच्या कणप्रकृतीप्रमाणे हे घडावयास हवे) काही इलेक्ट्रॉन या रेषेच्या डाव्या वा उजव्या बाजूला कमीअधिक प्रमाणात गेलेले आढळून येतात. ह्या प्रमाणांचा, म्हणजेच ह्या आकृतिबंधाचा उलगडा, इलेक्ट्रॉनना तरंगप्रकृती आहे असे मानून सुव्यवस्थित करता येतो. (किंबहुना याच त-हेचे प्रयोग विसाव्या शतकाच्या तिसऱ्या दशकामध्ये करण्यात आले व त्याद्वारे इलेक्ट्रॉनसारख्या सूक्ष्मकणांना कण व तरंग अशा दोन्ही त-हेची प्रकृती असते हे सिद्ध झाले.)
इलेक्ट्रॉन-किरणशलाकेमधील एक इलेक्ट्रॉन सरळ जातो. दुसरा थोडा डावीकडे, तिसरा उजवीकडे, असे घडत विवर्तन आकृतिबंध तयार होतो. (हाच प्रयोग एका-पाठोपाठ लगोलग जाणाऱ्या इलेक्ट्रॉन-कणांद्वारा केला तरी निष्कर्ष तोच राहतो.) असे असले तरी एक ‘व्यवहारज्ञानाचा’ प्रश्न राहतोच. प्रयोगाच्या त्याच मांडणीमध्ये आणि त्याच परिस्थितींतून जाताना एक इलेक्ट्रॉन उजवीकडे, तर दुसरा डावीकडे का वळतो? भोवतालच्या परिस्थितीत कोणताही फरक न होतादेखील इलेक्ट्रॉन वेगवेगळ्या मार्गाने का जातात?
अनेक शास्त्रज्ञांच्या मते आपण निरीक्षण करू शकतो त्यापुरतेच आपले निष्कर्ष मर्यादित असावेत. इलेक्ट्रॉनकणांची किरणशलाका किती रुंदीच्या फटीतून जाते हे माहीत असल्याने किती अंतरावरील पडद्यावर कसा विवर्तन आकृतिबंध दिसेल एवढेच पुंज यांत्रिकीची (भौतिकशास्त्राची) समीकरणे सांगतात, कारण हा आकृतिबंध निरीक्षिता येतो, असा हा दृष्टिकोन. इलेक्ट्रॉनचा फटीपासून पडद्यापर्यंत पोहोचण्याचा मार्ग काय? हा प्रश्न गौणच नव्हे, अस्थानी आहे. हा मार्ग कोणत्याही त-हेने निरीक्ष्य (observable) नाही. म्हणून चर्चेत तो येण्याचेही प्रयोजन नाही. वरील त-हेचा युक्तिवाद ज्याला निरीक्षणवाद — ऑपरेशनॅलिझम — म्हणतात त्या वैज्ञानिक तत्त्वज्ञानावर आधारित आहे. हा युक्तिवाद अनिश्चिततातत्त्व प्रस्थापित झाल्यानंतर काही काळातच प्रबळ झाला. काही जुन्या परंतु जाणत्या वैज्ञानिकांना मात्र (त्यात आइन्स्टाइनचा समावेश होता) हा सगळाच प्रकार अस्वीकरणीय वाटत होता. ‘निसर्ग फासे उडवून खेळत नसतो’ (‘Nature does not play with dice!’) हे आइनस्टाइन यांचे ह्या संबंधातील उद्गार सुप्रसिद्ध आहेत. त्यांनी अनिश्चितता तत्त्व व पुंज भौतिकशास्त्र कसे चुकीचे आहे हे दाखिवण्याचा कसून प्रयत्न केला. परंतु त्यात त्यांना यश आले नाही (इतकेच नव्हे तर त्या काळच्या आइन्स्टाइनी युक्तिवादावर आधारित, पुंज भौतिकशास्त्राची खोलवर तपासणी करू शकतील असे काही प्रयोग अगदी अलीकडे करण्यात आले व या प्रयोगांचे निष्कर्षही पुंज सिद्धान्तालाच अनुकूल आहेत हे नमूद केले पाहिजे.)
आइन्स्टाइन किंवा इतर थोरामोठ्यांचे अनेक आक्षेप यशस्वीपणे दूर सारून, त्यांना समर्पक उत्तरे देऊन पुंज भौतिकशास्त्राने आपली वाटचाल चालूच ठेवली. अणुरेणूंच्या जगतात निर्वेध संचार करू शकणारी, मूलकणांची ‘प्रकृती’ तपासू शकणारी अशी एकच ज्ञानशाखा म्हणून ती विस्तार व मान्यता पावली. (याचा उल्लेख मागील भागात आलाच आहे.) आणि तरीही निरीक्षणवाद सर्वमान्य झालेला नाही. कारण या वादानुसार सर्व सैद्धान्तिक वैज्ञानिक कार्य केवळ निरीक्षणांचे वर्णन व खुलासा करण्या-पुरते, घटनाशास्त्रापुरते (phenomenology) मर्यादित होईल. वस्तुमात्रांची प्रकृती, त्यांचे गुणधर्म, त्यांचे एकमेकांशी संबंध, या विषयीची साकल्यपूर्वक, सर्वांगीण जाण व त्यातून आणखी निरीक्षणांची शक्यता वर्तविण्याची क्षमता असलेले कार्य, असे त्याचे स्वरूप राहणार नाही. तसेच इतर विज्ञानशाखांमध्ये जेथे सूक्ष्मकणांच्या वर्तणुकीचा विचार होणे आवश्यक नसते तेथे आणि दैनंदिन व्यवहारामध्ये सिद्धान्ताची जरूरी निर्विवाद आहे. सिद्धान्त आणि प्रयोग ही दोन्ही विज्ञानाच्या वाटचालीची परस्परपूरक अविभाज्य अंगे आहेत. असे असताना केवळ प्रयोगांना, तेही वस्तुमात्राच्या प्रकृतीचा, ‘सत्या’चा विचारही अस्थानी आहे असे म्हणत, अवाजवी महत्त्व देणारा ‘निरीक्षणवाद’ सर्वसंमत होत नाही यात नवल नाही.
निरीक्षणवाद बाजूला ठेवला तर इलेक्ट्रॉन-विवर्तन-प्रयोगांतील वास्तवाच्या, इलेक्ट्रॉनच्या वास्तव स्वरूपाच्या प्रश्नाकडे दुर्लक्ष करता येत नाही. बहुतेक सक्रिय वैज्ञानिक, निरीक्षणवादी नसूनही, अशा त-हेचा प्रश्न विचारीत नाहीत. कारण ज्या समीकरणांच्या साह्याने विवर्तन-आकृतिबंधाचा उलगडा होतो, पडद्यावर कोणत्या स्थानी एखादा इलेक्ट्रॉन आढळण्याची संभाव्यता काय हे वर्तविले जाते, त्या समीकरणांमध्ये इलेक्ट्रॉनची तरंगप्रकृती अटळपणे विहित, गुंतलेली असते. तरंगप्रकृतीचा विचार करताना इलेक्ट्रॉनच्या मार्गाचा विचार करता येणार नाही. कारण मार्ग ही संकल्पना वापरताना आपण इलेक्टॉनच्या केवळ कणप्रकतीविषयी विचार करीत असतो. वास्तव हे ह्या कण व तरंग दोन्ही प्रकृतीपलीकडचे आहे; किंबहुना कण व तरंग ह्या परस्परविरोधी आणि तरीही पूरक प्रकृतींचे एक प्रकारचे संश्लेषण (synthesis) आहे. आणि म्हणूनच ज्या प्रयोगामध्ये कणप्रकृतीचे गुणधर्म मोजण्यासाठी प्रायोगिक संरचना केली जाते त्या प्रयोगात इलेक्ट्रॉनची व तत्सम सूक्ष्मकणांची कणप्रकृती दृष्टीस येते; त्याचप्रमाणे तरंगप्रकृती तपासण्यासाठी केलेल्या प्रयोगात तरंगप्रकृती—-कणप्रकृती नव्हे—-आढळून येते.
सूक्ष्मकणांच्या या कण व तरंगप्रकृतीच्या पलीकडच्या —- ‘परा’वास्तव स्वरूपाचे योग्य भौतिकी व गणिती वर्णन पुंज यांत्रिकी करू शकते. हे स्वरूप जसजसे विज्ञान —- प्रायोगिक व सैद्धान्तिक —- पुढे जाईल, तसतसे अधिकाधिक स्पष्ट होत जाईल. पुंज भौतिकशास्त्राच्या आधी विज्ञानाच्या इतिहासात असे अनेक वेळा घडले आहे. डाल्टनच्या अणुसिद्धान्ताच्यावेळची आत्मसंतुष्टता विज्ञानाला पुन्हा नको आहे. आणि त्यामुळेच आजचे कोणतेही उत्तर ‘अंतिम’ आहे असे मानले जात नाही. परंतु त्याचबरोबर विज्ञानाचा प्रवास अनेकपदरी वास्तवाचे एकेक अंतःपदर उलगडत चाललेला असतो असा विश्वास मात्र वैज्ञानिक बाळगतात.
इलेक्ट्रॉन विवर्तन प्रयोगातील वैयक्तिक इलेक्ट्रॉनच्या मार्गाचा या दृष्टीने विचार करताना एक जाणकार वैज्ञानिक म्हणतात, की ज्या संकल्पना आपण न्यूटनीय-अभिजात -भौतिकशास्त्रांत वापरतो, उदाहरणार्थ, कण, कणाचे स्थान, कणाचा संवेग इत्यादी, त्या तशाच्या तशा ज्या ठिकाणी न्यूटनीय भौतिकशास्त्र उपयोजनीय नाही त्या ठिकाणी (म्हणजेच सूक्ष्मकणांच्या विज्ञानात) वापरणे योग्य नाही. त्या वापरण्याच्या आग्रहामुळे वर उल्लेखिलेल्या त-हेच्या अडचणी व ‘अनावश्यक’ प्रश्न निर्माण होतात. न्यूटनीय भौतिकशास्त्राला आपण इतके रुळलेलो असतो की असा आग्रह आपण नकळत धरत असतो. न्यूटनीय भौतिकशास्त्र आपल्या नेहमीच्या अनुभवाजवळचे, म्हणून अधिक चित्रणीय आणि अधिक वास्तव वाटते. आपल्याला इलेक्ट्रॉनचा मार्ग कळावयासच हवा असा आग्रह धरायचा असल्यास आपल्याला वास्तवाचे स्वरूप अधिक सखोलपणे ज्ञात व्हावयाला हवे.
त्याकरता विज्ञानाची, पुंज यांत्रिकीच्या तात्त्विक पायाची अधिक प्रगती होण्यासाठी थांबायला हवे. असे थांबायची तयारी नसलेले काही अधीरजन मात्र इलेक्ट्रॉन डावी उजवीकडे ‘स्वतःच्या मनाप्रमाणे’ जातात, प्रत्येक इलेक्ट्रॉनला इच्छास्वातंत्र्य आहे असा निष्कर्ष काढून मोकळे होतात. (असा निष्कर्ष काढला तर त्याचे परिणाम काय असतील, ते पडताळून पाहता येतील का, या निष्कर्षाला आणखी पुष्टी कोठून मिळेल, येथे प्रत्येक इलेक्ट्रॉनला इच्छास्वातंत्र्य असेल तर मग विवर्तनाचा एक ठराविक आकृतिबंध का येतो, हा आकृतिबंध यादृच्छिक का नसावा, इत्यादी प्रश्नांचा ते विचारही करीत नाहीत.) काही तत्त्वज्ञ तर याहीपुढे जाऊन सूक्ष्मकणांच्या ‘इच्छास्वातंत्र्यामध्ये’ मानवी इच्छास्वातंत्र्याचा उगम पाहतात. नोबेल पारितोषिक विजेते जीववैज्ञानिक जॉर्ज वॉल्ड यांनी यासंबंधात 1965 साली लिहिलेला एक निबंध अजूनही कालबाह्य झालेला नाही. या निबंधात त्यांनी इलेक्ट्रॉन, प्रोटॉन अशा मुक्तकणांच्या बाबतीत अतिशय महत्त्वाची असलेली अनिश्चितता याच कणांपासून बनणाऱ्या पदार्थांचे आकार आणि आकारमान जसजसे प्रकट होत जाते तसतशी निश्चिततेला अधिकाधिक जागा कशी देते आणि त्यातून रोजचे (न्यूटनीय) विशाल (macro) जग कसे निर्माण होते याचा विचार केला आहे.
मुक्त (ज्यावर कोणतेही प्रेरक बल नाही अशा) सूक्ष्मकणांच्या बाबतीत स्थान व गती यांच्या अनिश्चिततेमुळे आकार व आकारमान ह्या संकल्पनांचा विचार करणेही गैरलागू आहे. परंतु इलेक्ट्रॉन, प्रोटॉन, न्यूट्रॉन या सूक्ष्मकणांपासूनच अणु, रेणू, विशाल रेणू बनतात आणि त्यातूनच निर्जीव व सजीव पदार्थाची निर्मिती होते. पदार्थ बनण्याच्या वरवरच्या पातळीवर आपण जसे जातो तसतसे एकीकडे आकार व आकारमान ह्या संकल्पना सार्थ होत जातात, व दुसरीकडे अनिश्चितता तत्त्वाची लक्षणीयता कमी होत जाते. पदार्थ जरी सूक्ष्मकणांचे बनलेले असले तरी हे कण मुक्त नसतात, बद्ध असतात आणि म्हणून प्रत्येक कणाच्या नव्हे तर सबंध पदार्थाच्या अनिश्चिततेचा विचार करावा लागतो. तथापि संबंध पदार्थाचे वस्तुमान सूक्ष्मकणांच्या तुलनेने इतके मोठे असते की ही अनिश्चितता अतिशय क्षुल्लक, दुलर्क्षणीय ठरते. (लेखाच्या पहिल्या भागांतही वेगळ्या संदर्भात ही विधानपरंपरा आली आहे.) सारांशाने असे म्हणता येईल की मुक्त सूक्ष्म-कणांच्या बाबतीत अतिशय महत्त्वाची असलेली अनिश्चितता याच कणांपासून बनणाऱ्या बद्ध प्रणालीचे — पदार्थांचे — आकार व आकारमान जसजसे प्रकट होत जाते, तसतशी अधिकाधिक निश्चिततेला जागा देते व त्यातूनच रोजच्या व्यवहारातले न्यूटनीय विशाल जग निर्माण होते.
वरील पार्श्वभूमीवर इलेक्ट्रॉनसारख्या सूक्ष्मकणांच्या अनिश्चिततेचे, ‘इच्छा-स्वातंत्र्या’चे नाते मानवी मेंदूतील प्रक्रियांशी, म्हणजेच पयार्याने मानवी मनोव्यापारांशी जोडणे, या अनिश्चिततेत मानवी इच्छास्वातंत्र्याचा उगम शोधणे, फारच धाडसाचे ठरेल. मानवी इच्छास्वातंत्र्याचा वैज्ञानिकदृष्ट्या उगम कशात आहे असा प्रश्न मात्र वरील विवेचनानंतर शिल्लक राहतोच. या ठिकाणी हे स्पष्ट केले पाहिजे की या प्रश्नाचे ‘अंतिम’ उत्तर वैज्ञानिकांना मिळालेले नाही, परंतु त्याचा विचार, समाधानकारक उत्तर शोधण्याचा प्रयत्न, त्यांनी जरूर केला आहे. जॉर्ज वॉल्ड यांचे यासंबंधात काय म्हणणे आहे हे अतिसुलभीकरणाचा दोष पत्करूनही थोडक्यात मांडावेसे वाटते.
वॉल्ड प्रथम मनुष्याच्या इच्छास्वातंत्र्याचा नेमका अर्थ काय, त्याची व्याप्ती काय याची चर्चा करतात. त्यांच्या मते मनुष्याचे इच्छास्वातंत्र्य दृग्गोचर होते ते माणसाच्या वागणुकींच्या, आचारविचारांच्या अभाकितीयतेद्वारा (unpredictability). एकाच परिस्थितीत सर्व माणसे एकाच प्रकारे वागत नाहीत. किंबहुना एकच माणूस एका परिस्थितीत पूर्वी जसा वागला होता तसाच तो परत वागेल असे ठाम भाकित करता येत नाही. व्यक्ति-व्यक्तिगणिक वा एकाच व्यक्तीची वेगवेगळ्या वेळी परिस्थितीला सामोरे जाण्यासंबंधीच्या निर्णयांची निवड बदलत का जाते? हे निर्णय ‘अभाकितीय’ का असतात?
मानवी निर्णयांची उपपत्ती शोधताना असे आढळून येते की प्रत्येक व्यक्तीची सामाजिक व वैयक्तिक पार्श्वभूमी वेगळी असते. पूर्वजांच्या संस्कारांचा प्रभाव आणि भोवतालच्या सामाजिक परिस्थितीने घडवलेले परिणाम यातून बरेचसे निर्णय ठरतात. काही निर्णयांचे मूळ या दोन कारणात नसले तरी त्यांच्यामागे वंशसातत्य आणि स्वसंरक्षण या दोन प्रबळ जैविक प्रेरणा असतात. म्हणजे बहुतांशी मानवी निर्णय ‘ठरलेले’ असतात. खऱ्या अर्थाने त्यातील ‘अभाकितीयता’ अतिशय मर्यादित असते. वॉल्ड पुढे म्हणतात की, ‘मानवी इच्छास्वातंत्र्य अनेक प्रभावांनी सीमित झालेले आहे, त्याची व्याप्ती फार मर्यादित आहे, आणि म्हणूनच त्याचे मूल्य फार मोठे आहे.’
आपल्या युक्तिवादाच्या दृष्टीनेही मानवी निर्णयामध्ये, मर्यादित स्वरूपात का होईना दिसून येणारी अभाकितीयता महत्त्वाची आहे. या अभाकितीयतेचा म्हणजे समान परिस्थितीमध्ये माणसांनी घेतलेल्या वेगवेगळ्या निर्णयाचा संबंध त्यांच्या वेगवेगळ्या, स्वतंत्र व्यक्तिमत्त्वाशी आहे. प्रत्येकाच्या या स्वतंत्र व्यक्तिमत्त्वाच्या (individuality) घडणीचे —- पयार्याने मानवी इच्छास्वातंत्र्याचे —- मूळ जीवशास्त्रात शोधता येईल. सर्व सजीव हे पेशींचे बनलेले आहेत. एका पेशीपासून विभाजनाने दुसऱ्या पेशी निर्माण होतात. त्या प्रक्रियेत मूळ पेशीचे गुणधर्म नव्या पेशींना मिळतात. मात्र अगदी सूक्ष्म प्रमाणात का होईना नवी पेशी जुन्या पेशीची तंतोतंत नक्कल नसते, तिच्यापेक्षा वेगळी असते. पेशींमधले हे बदल कसे घडून येतात, त्यांचे स्वरूप आणि परिणाम काय आहेत हे वैज्ञानिकांना चांगल्या प्रकारे ज्ञात झाले आहे. या बदलात कोणतीही भौतिक अनिश्चितता नाही. तरीही कोणत्या पेशीमध्ये कोणता बदल केव्हा घडेल हे सांगता येत नाही. कारण पेशींची आणि त्यांच्यात घडून येऊ शकणाऱ्या बदलांची संख्या प्रचंड असते. या ठिकाणी नियमांची निश्चित उपयोजनीयता असूनही सांख्यिकी योगामुळे उद्भवलेली अभाकितीयता आहे. पेशीपेशींच्या अशा त-हेने निर्माण झालेल्या वेगळेपणातून अखेर जीवाजीवांचे, प्राण्याप्राण्याचे, माणसामाणसाचे वेगळेपण साकारते. ह्या भौतिक वेगळेपणाला प्रत्येकाच्या वेगळ्या अनुभवाची, इतिहासाची जोड मिळते आणि प्रत्येकाचे खास ‘मीपण’ तयार होते.
थोडक्यात, मानवाच्या इच्छास्वातंत्र्याचा उगम जीवशास्त्राच्या अभ्यासाद्वारा समजून येणाऱ्या, सांख्यिकी योगातून संभवणाऱ्या अभाकितीयतेत आहे. हा उगम समजून घेण्यासाठी हायजेनबर्गच्या अनिश्चितता तत्त्वाची आवश्यकता नाही. त्यामुळे अर्थातच इलेक्ट्रॉनसारख्या मूलकणांच्या ‘इच्छास्वातंत्र्याशी’ मानवी इच्छास्वातंत्र्याची सांगड घालणे हा फारच धाडसी आणि अनावश्यक कल्पनाविलास ठरतो.
समारोपाच्या निमित्ताने क्षणभरच वैज्ञानिक काटेकोरपणा बाजूला ठेवून एक विधान करण्याचा अनावर मोह वाटतो. माणसाला ‘माणूसपण’ देणाऱ्या इच्छास्वातंत्र्याच्या उद्गमाचे वॉल्ड यांनी रंगविलेले हे चित्र आधुनिक विज्ञानाशी सुसंगत असूनही ‘अभिजात न्यूटनीय’ भौतिकशास्त्रांतून उद्भवलेल्या यांत्रिकी वर्तणूकवादी चित्रापेक्षा अधिक व्यापक, समाधानकारक, मानवतावादी आणि म्हणूनच आशादायक नाही का?
[संदर्भ : George Wald – ‘Determinacy, Individuality and the Problem of Free Will’ in New Views of the Nature of Man, Ed. John R. Platt, The University of Chicago Press. Chicago (1965). थिंकर्स अकादमी जर्नलच्या जुलै-ऑगस्ट व सप्टेंबर-ऑक्टोबर 1993 च्या अंकात प्रसिद्ध झालेल्या लेखांची सुधारित आवृत्ती.]
संचालक, Board of College and University Develpment, मुंबई विद्यापीठ
होमी भाभा सेंटर फॉर सायन्स एज्युकेशन,
TIFR, वि. ना. पुरव मार्ग, मानखुर्द, मुंबई — 400 088

तुमचा अभिप्राय नोंदवा

Your email address will not be published. Required fields are marked *