१६ आणि १७ व्या शतकातील संकल्पना क्रांती

आनंद घैसास

जोहान्स केप्लर (१५७१–१६३०) हे जर्मन खगोलशास्त्रज्ञ, गणितज्ञ आणि आधुनिक विज्ञानाचे जनक मानले जातात. त्यांनी ग्रहांच्या गतीचे तीन नियम मांडले, ज्यामुळे न्यूटनच्या गुरुत्वाकर्षण सिद्धांताला पाया मिळाला. प्राग येथे टायको ब्राहे यांच्या सहाय्यक म्हणून कार्य करताना मिळालेल्या निरीक्षणांवरून त्यांनी ग्रहगतीचे अभ्यास पूर्ण विश्लेषण केले. त्यांच्या Astronomia Nova, Harmonices Mundi आणि Epitome Astronomiae Copernicanae या ग्रंथांनी खगोलशास्त्रात क्रांती घडवली. प्रकाशशास्त्रातील Astronomiae Pars Optica या कार्यामुळे त्यांना आधुनिक प्रकाशशास्त्राचे जनक मानले जाते; त्यांनी अपवर्तक दुर्बिणीची सुधारित आवृत्ती विकसित केली. लहानपणीच्या खगोलीय घटनांच्या अनुभवामुळे त्यांची जिज्ञासा अधिक वृद्धिंगत झाली. देवाने सृष्टी एका योजनेनुसार निर्माण केली आहे, या श्रद्धेवर आधारित त्यांनी गणित, भौतिकशास्त्र आणि धर्म यांचा मेळ घालणारी दृष्टी मांडली. केप्लरच्या कार्यामुळे खगोलशास्त्राला तात्त्विक चर्चेपासून वैज्ञानिक भौतिकशास्त्राकडे

वळण्याची दिशा मिळाली आणि आधुनिक वैज्ञानिक पद्धतींची पायाभरणी झाली.

जोहान्स (किंवा पोलिश उच्चार योहान्स) केप्लर (२७ डिसेंबर १५७१ - १५ नोव्हेंबर १६३०) हे जर्मन खगोलशास्त्रज्ञ, गणितज्ञ, ज्योतिषी, नैसर्गिक तत्वज्ञानी आणि संगीतावरील लेखक होते. ते १७ व्या शतकातील वैज्ञानिक क्रांतीतील एक प्रमुख व्यक्तिमत्व मानले जातात. ते ग्रहांच्या गतीच्या नियमांसाठी आणि त्यांच्या ‘ऍस्ट्रॉनॉमी या नोव्हा’, ‘हार्मोनिस मुंडी’ आणि ‘एपिटोम ऍस्ट्रॉनॉमी या कोपर्निकाने’ या पुस्तकांसाठी प्रसिद्ध आहेत. आयझॅक (मूळ उच्चार इस्साक) न्यूटन यांचा त्यांच्यावर प्रभाव पडून त्यांनी त्यांच्या सार्वत्रिक गुरुत्वाकर्षणाच्या सिद्धांताचा पाया रचला. त्यांच्या कामाची विविधता आणि प्रभावामुळे केप्लर आधुनिक खगोलशास्त्र, वैज्ञानिक पद्धत, नैसर्गिक आणि आधुनिक विज्ञानाचे संस्थापक आणि जनक बनले. त्यांच्या ‘सोमनियम’ या कादंबरीसाठी त्यांना ‘विज्ञानाधारित कल्पक कथांचे जनक’ म्हणून वर्णन केले गेले आहे.

केप्लर ‘ग्राझ’मधील एका सेमिनरी स्कूलमध्ये गणिताचे शिक्षक होते, जिथे ते ‘प्रिन्स हान्स उलरिच फॉन एगनबर्ग’ यांचे सहकारी बनले. नंतर ते प्रागमधील खगोलशास्त्रज्ञ ‘टायको ब्राहे’ यांचे सहाय्यक बनले आणि अखेर ‘सम्राट रुडॉल्फ दुसरा’ आणि त्यांचे दोन उत्तराधिकारी ‘मॅथियास’ आणि ‘फर्डिनांड दुसरा’ यांचे शाही गणितज्ञ बनले. त्यांनी ‘लिन्झ’ मध्ये गणित देखील शिकवले आणि शिवाय ते ‘जनरल वॉलेनस्टाईन’ यांचे सल्लागार होते. याव्यति रिक्त, त्यांनी प्रकाशशास्त्राच्या (ऑप्टिक) क्षेत्रात मूलभूत कार्य केले, त्यामुळे त्यांना आधुनिक प्रकाशशास्त्राचे जनक म्हणूनही ओळखले गेले, विशेषतः त्यांच्या ‘ऍस्ट्रॉनॉमी या पार्स ऑप्टिका’ ग्रंथासाठी. त्यांनी अपवर्तक दुर्बिणीची सुधारित आवृत्ती, ‘केप्लरियन दुर्बिणी’चा शोध लावला, जो आधुनिक अपवर्तक दुर्बिणींच्या रचनेचा पाया बनला, तर गॅलिलिओ गॅलीली यांनी केलेल्या दुर्बिणीच्या रचनेमध्येही सुधारणा केली, ज्यांनी त्यांच्या कामात केप्लरच्या शोधांचा उल्लेख केलेला दिसतो. ते ‘केप्लर अनुमान’ मांडण्यासाठी देखील ओळखले जातात.

केप्लर अशा काळात राहत होते, जेव्हा खगोलशास्त्र आणि ज्योतिषशास्त्र यांच्यात स्पष्ट फरक नव्हता, परंतु खगोलशास्त्र (उदारमतवादी कलांमधील गणिताची शाखा) आणि भौतिकशास्त्र (नैसर्गिक तत्वज्ञानाची शाखा) यांच्यात एक मजबूत विभागणी होती. केप्लरने त्यांच्या कामात धार्मिक युक्तिवाद आणि तर्क यांचा समावेश केला, कारण ‘देवाने जगाची निर्मिती एका सुगम योजनेनुसार केली आहे आणि ती तर्काच्या नैसर्गिक प्रकाशाद्वारे सहज उपलब्ध आहे’ या धार्मिक दृढनिश्चयाने आणि श्रद्धेने प्रेरित होऊन त्यांनी त्यांच्या नवीन खगोलशास्त्राचे वर्णन ‘खगोलीय भौतिकशास्त्र’, ‘ऍरिस्टोटलच्या तत्त्वज्ञानातील एक सफर’ आणि ‘ऍरिस्टोटलच्या‘ऑन द हेवन्स’ ला पूरक विचार’ असे सादर केले, ज्यामुळे खगोलशास्त्राला सार्वत्रिक गणितीय भौतिकशास्त्राचा भाग म्हणून हाताळून भौतिक विश्व विज्ञानाच्या प्राचीन परंपरेत बदल झाला.

वयाच्या सहाव्या वर्षी, केप्लरने १५७७ चा महान धूमकेतू पाहिला आणि लिहिले होते की ‘त्याला त्याच्या आईने ते पाहण्यासाठी एका उंच ठिकाणी नेले होते.’ इ.स. १५८० मध्ये, वयाच्या नवव्या वर्षी, त्याने आणखी एक खगोलीय घटना, म्हणजे खग्रास चंद्रग्रहण पाहिले, ज्यामध्ये त्याने नोंदवले की त्याला ते पाहण्यासाठी ‘घराबाहेर बोलावले’ गेले होते आणि तेव्हा चंद्र ‘खूप लाल दिसला’ हे त्याला आठवते. तथापि, बालपणातील देवीच्या (स्मॉल पॉक्स) संसर्गा मुळे त्याला कमकुवत दृष्टी आणि हात काही प्रमाणात अपंग झाले होते, ज्यामुळे खगोलशास्त्राच्या निरीक्षणात्मक पैलूंमध्ये त्यांची क्षमता काही प्रमाणात मर्यादित झाली होती. असो.

त्यांच्या काही पहिल्या शोधनिबंधांच्या चर्चेमधूनच, खरे तर थोड्या विसंवादातूनच त्यांचा टायको ब्राहींसोबत संबंध आला. टायकोंसोबत काम करण्याची त्यांची इच्छा प्रथमदर्शनी काही मान्य झाली नव्हती. पण नंतर सहाय्यक म्हणून त्यांची नेमणूक झाली. त्याचा मोठा फायदा झाला, कारण टायकोंनी घेतलेली विविध निरीक्षणे प्रत्यक्षात हाती आली आणि त्यावर संशोधनात्मक काम केप्लरना करता आले.

प्रागमध्ये राहायला आल्यानंतर, टायकोने केप्लरला थेट पाठिंबा दिला, ज्याने त्याला ग्रह निरीक्षणांचे विश्लेषण करण्याचे आणि टायकोचा (पण त्यावेळचा मृत) प्रतिस्पर्धी ‘उर्सस’विरुद्ध एक पत्रिका लिहिण्याचे काम सोपवले. सप्टेंबरमध्ये, टायकोने त्याला सम्राटाला प्रस्तावित केलेल्या नवीन प्रकल्पावर सहयोगी म्हणून कमिशन मिळवून दिले: ‘इरास्मस रेनहोल्डच्या प्रुटेनिक टेबल्स’ची जागा घेणारे ‘रुडोल्फिन टेबल्स’ तयार करण्याचे. २४ ऑक्टोबर १६०१ रोजी टायकोच्या अनपेक्षित मृत्यूनंतर दोन दिवसांनी, केप्लरला त्याचे अपूर्ण काम पूर्ण करण्याची जबाबदारी देऊन शाही गणितज्ञ म्हणून आणि टायकोचा उत्तराधिकारी म्हणून नियुक्त करण्यात आले. शाही गणितज्ञ म्हणून केप्लरने पुढील ११ वर्षे त्याच्या आयुष्यातील सर्वात महत्त्वाचे संशोधनात्मक कार्य केले.

सध्या चुकीचे वाटणारे काही सिद्धांत बरोबर आणि योग्य ठरवण्याचा प्रयत्न त्यावेळी टायकोच्या निरिक्षणांमधून मिळवायचा खरे तर केप्लरचा प्रयत्न होता. त्या काळात ॲस्ट्रॉनॉमी आणि ॲस्ट्रॉलॉजी यांची सीमारेखा फारच धूसर होती. त्यामुळे वैश्विक गोष्टींचा परिणाम पृथ्वीवर, तिच्या वातावरणावर, हवामानावर होत असावा, ग्रहांकडून काही विशिष्ट अशा लहरी प्रसारित होत असाव्या, (या काही प्रमाणात संगीतात असणाऱ्या स्वरांप्रमाणे विवक्षित असाव्यात अशीही एक संकल्पना त्यात होती) त्यांचाही परिणाम इथल्या घटनांवर आणि ग्रहांमध्ये आपसातही होत असावा, असाही त्यांचा एक सिद्धांत होता. त्यामुळे निरीक्षणांमधून मिळालेले ग्रहस्थानांचे आकडे, संख्या यांच्यातून काही ठरावीक कक्षास्थानांचे, रचनाकृतींचे त्यांच्या चलनांचे आकृतीबंध मिळतात काय याकडे त्यांचे अधिक लक्ष होते.

त्यावरूनच चंद्राच्या चलनावर पृथ्वीचा काहीतरी खास प्रभाव किंवा त्याचे बंधन कार्य करत असावे असा त्यांचा एक तर्क होता. या सगळ्यात मंगळाच्या चलनाच्या नोंदी जेव्हा हाती आल्या, तेव्हा त्यातून मंगळाचे चलन हे पूर्वी ठरवल्याप्रमाणे सर्व ग्रहांसारखे वर्तुळाकार नसून लंबवर्तुळाकार आहे, हे त्यांच्या स्पष्टपणे लक्षात आले. मग त्या चलनांच्या आकृतीबंधावरून जेव्हा भाकीतही करता आले, की मंगळ त्या लंबवर्तुळाकार कक्षेत भविष्यात नक्की केव्हा - कुठे असेल, आणि ते जेव्हा खरे ठरायला लागले, त्यातून केप्लरचा पहिला नियम जन्माला आला. नंतर इतर ग्रहांच्या निरीक्षणांशी तुलना केली गेली आणि त्यातून दुसरा आणि मग तिसरा नियम जन्माला आला. तोपर्यंत न्यूटनचे गुरुत्वाकर्षणाचे नियमही हाती येत गेले आणि त्यातून सूर्याचे लंबवर्तुळाकार कक्षांचे विकेंद्रीस्थान आणि त्या लंबवर्तुळांची मध्यमांची (सेमी मेजर ॲक्सिस) अंतरे हे सारे समजून येत गेले. प्रत्येक खगोलीय वस्तूला असणारी गती ही ठरावीक असल्यावरच ती अशा कक्षेत फिरत राहणार, तेही केंद्रापासून किती अंतरावर, ते त्या वस्तूची आणि केंद्राशी असणाऱ्या मुख्य वस्तूच्या वस्तुमानांवर अवलंबून असणार, या सर्वांचा आता मेळ घालता येऊ लागला. त्यातूनच गैरलागू संकल्पना आपोआप गळून पडायला मदत झाली. त्यामुळे हा कालखंड खगोलीय संकल्पनांच्या दृष्टीने फार महत्वाचा धरला जातो.

याच कालखंडात केप्लरसोबत, किंबहुना थोड्या आधीच्या कालखंडात होऊन गेलेल्या, खगोलशास्त्रज्ञाचे नाव घ्यावेच लागेल, तो म्हणजे कोपर्निकस. त्याने मांडलेल्या सूर्यकेंद्रित विश्व रचनेला ख्रिश्चन चर्चकडून, धर्मगुरूंकडून कडाडून विरोध केला जाईल कारण बायबलच्या म्हणण्यानुसार पृथ्वी म्हणजे पर्यायाने आपण या विश्वाच्या केंद्रस्थानी आहोत अशी संकल्पना त्याकाळी प्रचलित होती. सूर्याला मधे घेतला, तर पृथ्वी केंद्रस्थानी राहणारच नाही. हे धार्मिक लोकांना पटणार नाही त्यामुळे कोपर्निकसने त्याचा सूर्यकेंद्री विश्वाचा सिद्धांत फारसा प्रकाशात आणला नाही. कारण कोपर्निकस काही या धर्मगुरूंच्या, जनमानसाच्या विरोधात जाण्यास मानसिकरित्या तयार नव्हता. त्यामुळे ‘सूर्यकेंद्री विश्व ही एक पर्यायी गणितीय संकल्पना आहे. गणितात असे गृहीत धरले तर बऱ्याच ग्रहगतींच्या मोजमापांसाठी आणि नंतर त्यांची भाकिते करण्यासाठी ते उपयुक्त ठरते’ असा काहीसा युक्तीवाद त्याने त्याच्या लिखाणात केलेला दिसतो. त्यामुळे त्याचे पुस्तक छापण्याचे कामही त्याने सतत पुढे ढकलत ठेवले, तेवढे लक्ष देऊन केले नाही. तो मृत्यूशय्येवर असतानाच त्यातली छपाई झालेली काही पाने त्याला दाखवली गेली आणि काही तासातच त्याचा मृत्यू झाला अशी एक दंतकथा प्रचलित आहे. पण त्याच विधानांचा पाठपुरावा करणाऱ्या गॅलिलिओला मात्र चर्चचा रोष पत्करून माफी तर मागावी लागली होतीच, शिवाय नजरकैदही भोगावी लागली. कोपनिर्कसने दुर्बिणीचा वापर केला होता की नाही हे नक्की माहीत नाही. तीच गोष्ट टायको ब्राहीची. त्यानेही दुर्बिणीशि वायच अनेक निरीक्षणे केलेली दिसतात. पण गॅलिलिओने आणि केप्लरने मात्र दुर्बिणींचा खऱ्या अर्थाने वापर केला आणि त्यांच्या सुधारणेतही सहभाग घेतला. तरीही या त्यांच्या अपवर्ती दुर्बिणी जेतमेम चार इंच व्यासाच्या वस्तुभिंग असणाऱ्या होत्या. त्यामुळे शनीला कडी असतात हेही त्यातून ओळखता आले नव्हते. ते आले ‘न्यूटनच्या परावर्ती पद्धती’च्या दुर्बिणी वापरात आल्यावर. शनीच्या निरीक्षणांचे मोठेच काम ‘कॅसिनी’ने बनवलेल्या मोठ्या व्यासाच्या दुर्बिणीतून झाले. ते पुढील भागात पाहूया.

(लेखक हे होमी भाभा विज्ञान शिक्षण केंद्र, मानखुर्द, मुंबई येथून सेवानिवृत्त वैज्ञानिक अधिकार आहेत.)