मायक्रोस्कोप आणि रस्का (Ernst Ruska)
मानवाला निरनिराळ्या गोष्टी पाहण्याची आणि त्या नजरेत साठवून ठेवण्याची फारच आवड. म्हणूनच तर आज आपण अनेक दृश्य, चित्रं पाहून ती आपल्या मोबाईल फोनमध्ये संग्रही ठेवतो. तसं करण्यासाठी वैज्ञानिकांनी बरीच तंत्र विकसित केली. पण आपण जर का भूतकाळात डोकावून पाहिलं तर, निसर्ग आणि इतर गोष्टी पाहण्यासाठी आपल्याकडे एकच साधन होत ते म्हणजे डोळा. त्यात अडचण अशी की या डोळ्यांना फार दूरच आणि जवळ असूनही सूक्ष्म वस्तू दिसत नाहीत. मग कुतुहलापोटी ते पाहण्यासाठी चष्म्याचा शोध लावला. पण त्यालाही मर्यादा होत्या. कालांतराने मानवाच्या लक्षात आलं की आपण काहीतरी अस बनवायला पाहिजे ज्याने आपणाला सूक्ष्म वस्तूही पाहता येतील. त्यासाठी म्हणून मग आपण सूक्ष्मदर्शक म्हणजेच मायक्रोस्कोप (Microscope) बनवला. मुळात मायक्रोस्कोप हा शब्द ग्रीक भाषेतला. मायक्रोस (micros) म्हणजे लहान आणि स्कोपस (skopos) म्हणजे बघणे. लहान वस्तू मोठ्या करून पहायच्या असतील तर मायक्रोस्कोप वापरतात आणि त्यातून बघितलेल्या वस्तूंचा अभ्यास करणे म्हणजेच मायक्रोस्कोपी (microscopy).
खरतर या मायक्रोस्कोपीचा शोध अनावधानाने लागला. त्याच झाल असं. हॉलंडमध्ये १७ व्या शतकात १६०८ साली हंन्स लीपर्शे या व्यक्तीच भिंगाच, चष्म्याच दुकान होतं. एके दिवशी तो आणि त्याचे वडील, जॉन लिपर्शे दुकानात काम करत असताना दोन भिंग समोरासमोर ठेवली आणि त्यातून पाहिल्यावर ते दोघेही चकित झाले त्यांच्या लक्षात आलं की वस्तू आहे त्यापेक्षा मोठी दिसते आणि त्यातूनच मायक्रोस्कोपचा जन्म झाला. मग त्याला नाव दिलं, कंपाऊंड (Compound) मायक्रोस्कोप. त्यानंतर मायक्रोस्कोप या विषयावर मल्पिगी, ग्रु, स्वामरडम, लेवेन हूक आणि रॉबर्ट हूक या पाच शास्त्रज्ञांनी खूपच काम केलं. त्यात त्यांनी अनेक वस्तू मायक्रोस्कोप खालून तपासून पाहिल्या जस की रक्त, पेशी, पाण्याचा थेंब, जिवाणू ई. आणि त्यांच्या असं लक्षात आलं की तपासलेल्या वस्तू आहे त्यापेक्षा काहीएक पटीन मोठ्या दिसताहेत. मायक्रोस्कोप मध्ये दोन गोष्टी प्रामुख्याने वापरल्या जातात एक म्हणजे प्रकाश (Light) आणि दुसरं म्हणजे भिंग (Lens) म्हणूनच त्या मायक्रोस्कोपला ऑप्टिकल (Optical) किंवा लाईट (Light) मायक्रोस्कोप म्हणतात. या ऑप्टिकल मायक्रोस्कोपलाही मर्यादा येत होत्या जस की एखादी वस्तू त्यामध्ये पहायची असेल तर तिचा आकार साधारणपणे २५० नॅनोमीटर पेक्षा कमी नसावा. किंबहुना त्या वस्तूची तरंगलांबी (Wavelength), व्हीसिबल लाईट (Visible Light) पेक्षा कमी नसावी. मग वैज्ञानिकांना प्रश्न पडला की लहान, सूक्ष्म वस्तूंचा अभ्यास कसा करायचा, त्या पहायच्या कशा? याच उत्तर मिळायला अनेक वर्षे गेली आणि अखेर १९३३ साल उजाडलं. त्या वर्षी जर्मनीतल्या एका शास्त्रज्ञाने मायक्रोस्कोप बनवला पण तो ऑप्टिकल मायक्रोस्कोप नव्हता तो होता इलेक्ट्रॉन (Electron) मायक्रोस्कोप, बनवणाऱ्या शास्त्रज्ञाचं नाव अर्न्स्ट रस्का.
या अर्न्स्ट रस्काचा जन्म हायडेलबर्ग, जर्मनी इथे झाला. रस्काचे पूर्वज कधीकाळी इटलीवरून जर्मनीला स्थलांतरित झाले होते. रस्का कुटुंबाची आर्थिक आणि शैक्षणिक पार्श्वभुमी चांगली होती. अर्न्स्टचा, एक मॅक्स वोल्फ नावाचा काका तर फार मोठा खगोशास्त्रज्ञ होता. अर्न्स्टचे वडील ज्युलियस रस्का विद्वान प्राध्यापक होते. हायडेल्बर्ग शहरात त्यांचं छानस घर होत त्या घरामधील वातावरण मुलांच्या शिक्षणासाठी पोषक होत. आपल्या मुलांमध्ये कर्तव्य, परिश्रम, अभ्यासुवृत्ती ही मूल्य कशी रुजतील यावर ते भर देत. त्यासाठी त्यांनी त्याच घरामध्ये दोन वेगळ्या खोल्या केल्या होत्या. एकामध्ये विज्ञानाची आवड निर्माण व्हावी म्हणून रसायशास्त्र, वनस्पतीशास्त्र, खानिजशास्त्र यांची पुस्तकं आणि त्यासंबंधीच्या काही वस्तू तर दुसऱ्या खोलीत तत्वज्ञानाच्या अभ्यासाचं साहित्य. रस्काची आई मात्र खूपच धार्मिक होती. तस असलं तरी ती आपल्या मुलांनी आज्ञाधारक, नम्र, आणि काटकसरी असावं याबाबत आग्रही असायची. रस्काच्या वडिलांच्या अभ्यासखोलीत एक साधा मायक्रोस्कोप होता पण वडिलांच्या परवानगी शिवाय मुलांना त्या वस्तूला हात लावता येत नसे. अर्न्स्ट आणि त्याचा लहान भाऊ हेल्मट (पुढे जाऊन तो डॉक्टर झाला) दोघे खूपच खोडकर, दंगामस्ती करत, वडिलांच्या कामात, अभ्यासात व्यत्यय आणत. तस रस्काचे वडील कडक शिस्तीचे होते. त्याचा प्रत्यय अर्न्स्टला १९२५ साली आला जेव्हा तो ग्रज्युएट झाला, तो कॉलेजचा शेवटचा दिवस असल्याने आनंदीत झालेल्या अर्न्स्टने नदीच्या पुलावर उभ राहून आपली बॅग उघडली आणि अतिउत्साहाच्या भरात त्याने त्यातील काही वस्तू नदीत फेकून दिल्या. हे त्याच्या वडिलांना समजल्यावर त्यांनी त्याच्या कानशिलात मारली होती. त्याने तो वडीलांकडून खाल्लेला शेवटचा मार अस रस्काने एका ठिकाणी नमूद करून ठेवलंय. लहापणापासूनच रस्काला वडिलांकडे असलेल्या मायक्रोस्कोप बद्दल कुतूहल वाटायच आणि तो त्याला हाताळता येत नाही म्हणून आकर्षणही. पण जेव्हा केव्हा त्याचे वडील अभ्यास करत, काही काम करत तेव्हा तो ते अत्यंत बारकाईन न्याहाळत. रस्काच्या वडिलांना आपल्या मुलांनी धर्माच्या भानगडीत पडू नये, त्यापेक्षा त्यांनी निसर्गाच्या सानिध्यात राहावं, विज्ञानाची कास धरावी, त्याबद्दल प्रश्न विचारावे असच वाटायच. त्याचा फायदा रस्काला पुढे खूप झाला. त्याच्या पुढील आयुष्यात तो कधीही राजकीय किंवा धार्मिक वादात न पडता आपलं पूर्ण आयुष्य त्यानं विज्ञानाच्या कामात झोकून दिलं.
रस्का शालेय विद्यार्थी असताना त्यांच्या कुटुंबात एक वाईट घटना घडली. त्याच्या मोठ्या भावाच्या म्हणजे हंसच्या वर्गातील काही मित्र पाहिल्या महायुद्धात मारले गेले हे हंसला सहन न झाल्यामुळे त्याने घरातल्या पोटमाळ्यावर आत्महत्या केली. हंसच्या जाण्याने रस्का कुटुंब अक्षरशः कोलमडून गेलं. मानसिकरीत्या ते एवढं खचल की त्यांनी राहत घर विकून ते दुसरीकडे राहायला गेले. याचा परिणाम खोडकर रस्कावर खूपच झाला. त्यानंतर तो एकदम शांत व अभ्यासुवृत्तीने वागू लागला. नियमित शाळेत जाऊ लागला आणि शाळेतली प्रगतीही आणखी चांगली झाली. वयाच्या १२ वर्षापासून त्याला इलेक्ट्रिक बोर्ड अशा काही विविध गोष्टींची आवड निर्माण झाली. तो मग लहान भावाच्या मदतीनं काही धातूपासून मशीन बनवत. एकदा एक ग्रीक शिक्षक त्याच्या घरी आले असता त्यांनी त्याला भेट म्हणून इंजिनियर असलेल्या मॅक्स इथ लेखकाच पुस्तकं दिलं ते वाचून अर्न्स्टची इंजिनियर बनण्याची इच्छा दृढ झाली.
ग्रज्यूएट झाल्यावर रस्काने पुढील शिक्षणासाठी टेक्निकल युनिव्हर्सिटी ऑफ बर्लिनला प्रवेश घेतला. तिथे खऱ्या अर्थाने त्याची कॅथोड रे ऑस्कीलोस्कोप या शब्दाची ओळख झाली आणि प्रोफेसर मॅथीस यांच्या सांगण्यावरून त्याला एका प्रोजेक्ट वर कामही करता आलं. प्रोजेक्ट होता इलेक्ट्रिक ट्यूब बनविण्याचा. काम करत असताना कॅथोड धातूच्या पट्टीमधून इलेक्ट्रॉन किरण बाहेर फेकले जातात हे त्याच्या ध्यानात आलं. जस ऑप्टिकल मायक्रोस्कोप मध्ये प्रकाशकिरण असतात आणि इथे इलेक्ट्रॉन किरण मग त्याच्या लक्षात आलं की प्रकाशकिरण भिंगातून जाताना जसा वागतो तसा इलेक्ट्रॉन किरण चुंबकीय क्षेत्रातून (Magnetic Field) जाताना वागतो. नंतर त्याच्या डोक्यात कल्पना आली की आपण प्रकाशकिरणाऐवजी इलेक्ट्रॉन किरण आणि काचेच्या भिंगाऐवजी चुंबकीय भिंग वापरलं तर?. पुढे तो डॉक्टरेट करण्यासाठी बर्लिनमध्ये टेक्निकल इन्स्टिट्युट ऑफ बर्लिन इथे मॅक्स क्नॉल (Max Knoll) नावाच्या संशोधकाकडे गेला. तिथे त्याने आपली इलेक्ट्रॉन किरण कल्पना वापरून इलेक्ट्रॉन मायक्रोस्कोप बनवला. या मायक्रोस्कोप मध्ये वस्तू जवळजवळ सतरा पट मोठी दिसायची. हे काम पूर्ण करून त्याने डॉक्टरेटचा प्रबंध Magnetic objective for the electron microscope या विषयावर पूर्ण केला. डॉक्टरेट पूर्ण झाल्यावर तो सिमेन्स कंपनीत कामाला लागला नंतर त्याने सगळं लक्ष इलेक्ट्रॉन मायक्रोस्कोप वर केंद्रीत केलं आणि १९३५ मध्ये वस्तू सात हजार पट मोठी दिसेल असा इलेक्ट्रॉन मायक्रोस्कोप बनवला. त्या शतकातला हा मोठा शोध होता.
पण त्याची ही कल्पना कोणी स्वीकारत नव्हत कारण इलेक्ट्रॉन हे प्रकाशाप्रमाणे लहरीसारखे वागू शकतात ही लुई द ब्रोग्लीची कल्पना लोकांना रुचत नव्हती. पण जेव्हा त्या इलेक्ट्रॉन मायक्रोस्कोप मधून सूक्ष्म वस्तू दिसायला लागल्या त्यानंतरच जगाने तो मायक्रोस्कोप स्विकारला आणि रस्काही. त्याची ही कल्पना घेऊन पुढे जाऊन जर्मनीच्या जर्ड बिनिंग आणि स्वित्झर्लंडच्या हायनरीच रोहरर यांनी स्कॅनिंग टनेलींग मायक्रस्कोपी (STM) आणि अटोमिक फोर्स मायक्रोस्कोपी (AFM) याचा शोध लावला. रस्काने बनवलेल्या इलेक्ट्रॉन मायक्रोस्कोपची वैशिष्ट अशी होती की त्यामध्ये अतिसूक्ष्म वस्तूं सुध्दा पाहता येऊ शकत होत्या. हा मायक्रोस्कोप ऑप्टिकल पेक्षा कसा वेगळा आहे यासाठी त्यातील दोन संज्ञा अधोरेखीत करता येतील एक म्हणजे त्याच विस्तृतीकरण (magnification) आणि दुसरं दोन वस्तू मधला फरक (resolution). या मायक्रोस्कोपच मग्निफिकेशन हजार ते काही लाख पट इतक वाढवता येत आणि दुसरं म्हणजे याची resolution ताकद खूपच जास्त आहे. त्याच कारण इलेक्ट्रॉनची तरंगलांबी (Wavelength) लाईट पेक्षा खूपच कमी असते. हे resolution म्हणजे थोडक्यात एखाद्या वस्तूच्या जवळ जाणे आणि त्यातील फरक जाणणे. जस की आपण आपल्या मोबाईल वर एखाद चित्र किंवा त्यातील बारकावे ठळकपणे पाहण्यासाठी झूम करतो अगदी तसच. ढोबळपणे उदाहरण द्यायचं झालं तर एखाद झाड दुरून बघितल तर आपल्याला फक्त त्या झाडाची एक प्रतिकृतीच दिसते जवळ गेल तर समजत त्याला फांद्या आहेत, अजून थोड जवळ गेल तर समजत पानं, फुलं सगळं वेगळ आहे. आणखी दुसरं उदाहरण सांगायचंच तर रात्रीच्या वेळेस दूरवरून येणाऱ्या गाडीला एकच हेडलाईट असल्याच जाणवत पण गाडी जशी जवळ येते तेव्हा समजत एक नसून दोन हेडलाईट आहेत. या इलेक्ट्रॉन मायक्रोस्कोपीचे फायदे विज्ञानातल्या प्रत्येक क्षेत्रात आहेत. अगदी आपण तोंडाला लावतो त्या पावडर मध्ये असणाऱ्या लहान लहान कणांचा आकार, जाडी किंवा ते सगळे कण एकसंध (Homogenous) आहेत का हे सगळं या मायक्रोस्कोप मधून समजत. एखादा विषाणू त्याचा आकार हेदेखील लक्षात येतो. इतकच काय आपल्याला अगदीच लहान वाटणारा केस हा ८० हजार नॅनोमीटर आकाराचा आहे हेदेखील समजत. आज या इलेक्ट्रॉन मायक्रोस्कोपच आधुनिक रूप म्हणजे ट्रान्समिशन इलेक्ट्रॉन मायक्रोस्कोप (TEM). या आजच्या आधुनिक इलेक्ट्रॉन मायक्रोस्कोपी मधून ०.२ नॅनोमीटर इतका सूक्ष्म आकार असलेला छोटासा कणही पाहता येतो. एखाद्या पदार्थाच्या बाह्यरंगाबरोबरीने त्याच अंतरंगही पाहता येत. वैज्ञानिकांना आकर्षित करतील असे अनेक फायदे या मायक्रोस्कोपमध्ये आहेत.
१९८६ ला रस्काला त्यानं बनवलेल्या इलेक्ट्रॉन मायक्रोस्कोप कामाबद्दल नोबेल पारितोषिक देण्यात आले. २० व्या शतकातील हा एक महत्वाचा शोध आहे अस त्याच्या कार्याच कौतुक करताना नोबेल समितीने उदगार काढले. पण आपल्या नोबेल पुरस्काराचा आनंद त्याला फार काळ मिरवता आला नाही. पुढील वर्षभरात जगाला सूक्ष्म दृष्टी दाखवणारा रस्का मरण पावला. पण आज मायक्रोस्कोप म्हणजे जणू अर्न्स्ट रस्काच हे समीकरण झालंय…..
शेअर करा..
