పద్దెనిమిది, పంతొమ్మిది శతాబ్దాలలో భౌతిక గణిత శాస్త్రాలు

ఠక్కున పవర్‍ సప్లై పోతే, టార్చిలైటు దొరకవచ్చు కానీ – అగ్గిపుల్ల దొరక్క పోవచ్చు. ఇందులో ఆశ్చర్యం లేదు. అనూహ్యమైన రీతిలో శాస్త్ర విభాగం పరిఢవిల్లి, కొంగ్రొత్త ఆవిష్కరణలు వరసగా వచ్చిపడితే గతం పాతబడిపోతుంది. ఇటీవల కాలంలో ఈ శతాబ్దపు సైన్సు ప్రగతి పేరున పలురకాల విశ్లేషణలు వచ్చి వుండవచ్చు. అయితే నేటి సైన్స్ టార్చిలైటు వెనుక అగ్గిపుల్ల లాంటి 18, 19 శతాబ్దాల సైన్స్ పురోగతిని ఒక్కసారి పరామర్శిస్తే అది చెట్టుకు మూలమైన విత్తు గురించి తెలుసుకోవడమవుతుంది.


గత సహస్రాబ్దపు శాస్త్రవేత్త ఎవరని ప్రశ్నిస్తే ఐజాక్‍ న్యూటన్‍ లేదా అల్బర్ట్ ఐన్‍స్టీన్‍? అని మనకు సందేహం రావచ్చు. ప్రభావాన్ని పరిగణనలోకి తీసుకుంటే న్యూటన్‍ను విస్మరించలేం. పదిహేడవ శతాబ్దానికి చెందిన న్యూటన్‍ (1642-1727) ఇచ్చిన శాస్త్రవిశ్లేషణ ఆధారం గానే 18, 19 శతాబ్దాల శాస్త్ర ఆలోచన పైకి ఎగిసిందని చెప్పక తప్పదు. ప్రయోగం, పరిశీలన, సూత్రీకరణలు భౌతిక, ఖగోళ, గణిత శాస్త్రాలలో అద్భుత పురోగతికి శ్రీకారం చుట్టాయి. యాంత్రిక శాస్త్రానికి సంబంధించి న్యూటన్‍ చేసిన సూత్రీకరణలు పరిశీ లించిన అంశాలలో అతికి పోవడంతో యాంత్రిక శాస్త్రానికి గౌరవం పెరిగింది. ఖగోళశాస్త్రానికి ఆధారంగా నిలిచి, దాని పెరుగుదలకు తోడ్పడ్డాయి. అదే సమయంలో రసాయన, జీవశాస్త్రాలు కూడా మరోవైపు వృద్ధి చెందాయి. అలాగే శాస్త్ర విజ్ఞానంలో కొత్త శాఖలు చాలా బయలు దేరాయి. ప్రపంచానికి సంబంధించి న్యూటన్‍ చేసిన సూత్రీకరణలు కేవలం సైన్స్నే కాక, తాత్విక చింతనను కూడా విపరీతంగా ప్రభావితం చేశాయి. న్యూటన్‍ ప్రభవించిన శతాబ్దంలోనే పారిశ్రామిక విప్లవం కూడా ముందుకు రావడంతో ప్రపంచ ఆర్థికరంగం కూడా మార్పులకు లోనైంది. అదే సమయంలో సైన్సుతో ముడిపడిన సాంకేతిక, వాణిజ్య ప్రయోగాలనూ, ప్రయోజనాలను ఈ పారిశ్రామిక విప్లవం చవిచూసింది.


భౌతిక, గణిత శాస్త్రాలు మేళవించడం ఈ రెండు శతాబ్దాలలో జరిగిన అద్భుత పరిణామం. భౌతికశాస్త్రానికి చెందిన భావనలను వివరించడానికి గణితాత్మక నిర్మాణాలు, నమూనాలు ఎంతగానో దోహదపడ్డాయి. మరీ ముఖ్యంగా ఖచ్ఛితత్వం విషయంలో వీటి పాత్ర ఎంతో వుంది. అంతేకాదు ప్రక•తి ఎంతో గణితాత్మకమని ప్రకృతే మనకు బోధపరిచింది. దీనికి కారణం ఏమిటంటే – ప్రకృతి నడిచేది గణితాత్మకంగానే కావడం.


చలనాన్ని వివరించడానికి న్యూటన్‍ కలన గణితం ఆవిష్క రించాడు. చలనసూత్రాలు, గురుత్వాకర్షణ నియమం గణితాత్మకంగా వివరించబడింది. అలాగే మొత్తం యాంత్రికశాస్త్రం గణితంగా రూపుమార్చుకుంది. టేలర్‍, మెక్‍లారిన్‍ (1968-1746)లు అనంత శ్రేణులకు సంబంధించి చేసిన కృషి కేవలం గణితానికే కాక భౌతిక శాస్త్రానికి ఎంతో దోహదం చేసింది. అలాగే యూలర్‍ (1707-1783) మహాశయుడు గణితాత్మక విశ్లేషణ, ప్రమేయ సిద్ధాంతం, ఇంకా యితర అంశాల మీద చేసిన కృషి గణితశాస్త్రంలో ఎంతో పరిశోధనకు దారులు తీసింది. గొప్ప గణిత శాస్త్రజ్ఞులలో ఒకరైన జోసెఫ్‍ లెగ్రాండ్‍ (1736-1813) రూపొందించిన అవకలన సమీకరణాలు, కలన గణితం, యాంత్రికశాస్త్రానికి పటిష్టమైన పునాదులు వేశాయి. ఈ శాస్త్రవేత్తే శక్తినిత్యత్వ నియమానికి గణిత రూపం తయారుచేశాడు. సౌర వ్యవస్థ గురించి ఊహలు చేసిన పియరి తిలాప్లాస్‍ (1749-1827) న్యూటన్‍ ‘ప్రిన్సిపియా’ భావనలను అనంత సూక్ష్మకలన గణితంగా వివరించగలిగాడు. ఇతనే సాపేక్షతా సిద్ధాంతానికి సంబంధించి ఎంతో కృషి చేశాడు.


ద్రవ్యరాశి, బలానికి సంబంధించి మాత్రమే న్యూటన్‍ సూత్రాలు వివరించాయి. అయితే ద్రవ్యరాశి మీద ఆధారపడని కాంతి, విద్యుత్తు, అయస్కాంతత్వం, ఉష్ణం వంటి ఇతర విషయాలు కూడా ఉన్నాయి. న్యూటన్‍ తర్వాత రెండు వందల సంవత్సరాలలో ఈ రంగాలలో అమోఘమైన కృషి జరిగింది. యాంత్రికశాస్త్రం తర్వాత వృద్ధిచెందిన శాఖ విద్యుత్తు, అయస్కాంతత్వం, ఘర్షణ విద్యుత్తు, అయస్కాంతశక్తి గురించి ఎంతో కాలంగా తెలిసినా – వాటి ధర్మాలను ఎవరు సరిగా అవగతం చేసుకోలేదు. విద్యుత్తు ప్రసారం కాగలదని స్టీఫాన్‍ గ్రే కనుక్కొన్నాడు. అలాగే కొన్ని పదార్థాలు విద్యుత్తును బాగా ప్రసరింప చేస్తాయనీ, మరికొన్ని ప్రసరింప చేయలేవని వివరించాడు. పద్దెనిమిదో శతాబ్దం మధ్యలో లెడెన్‍ జాడిని కనుగొన్నాడు. ఫ్రాంక్లిన్‍ (1706-1780) తన గాలి పటాల ప్రయోగం సాయంతో మేఘాల నుంచి విద్యుత్తును భూమికి దింపగలిగాడు. అంతేకాదు, విద్యుత్తు రెండు రకాలు – ధన విద్యుత్తు, రుణ విద్యుత్తుగా వుంటుందని గుర్తించాడు. ఫ్రాంక్లిన్‍ చేసిన విద్యుత్‍ ప్రయోగాలు పిడుగును పరిహరించే తటిదండం తయారికి దోహదపడ్డాయి. విద్యుదావేశాన్ని కొలిచి, విరుద్ధ ఆవేశాల మధ్య ఆకర్షణను వివరించే సూత్రాన్ని కులూంబ్‍ (1738-1806) ఆవిష్కరించాడు. ఈ నియమం గురుత్వాకర్షణ నియమాన్ని పోలి వుండటం విశేషం. ఫలితంగా న్యూటన్‍ రూపొందించిన యాంత్రిక శాస్త్ర గణిత నమూనాలను విద్యుత్తుకు అనువర్తించే సౌలభ్యం కలిగింది. అయితే విద్యుత్‍ బలాలు ఒక రకం కాకుండా ధనాత్మక, రుణాత్మక బలాలు. అంతే తేడా.


గెల్వాని (1737-1798) విద్యుత్తు ధర్మానికి సంబంధించి మరో పార్శ్వం జోడించాడు. రెండు రకాల లోహాలకు కప్పకాళ్ళు తగిలినప్పుడల్లా కాలు సంకోచిస్తోందని గుర్తించాడు. ఇది విద్యుత్‍ ప్రసారం తప్ప మరోటి కాదు. అంటే ప్రవాహ విద్యుత్తును ఆవిష్కరించాడన్న మాట. మరికొంత కాలానికి వోల్టా (1745-1827) ఒక ద్రావకంలో రెండు లోహపు పలకలుంచి విద్యుత్తును ఎలా ఉత్పత్తి చేయగలమో వివరించాడు. ఫలితంగా ఎప్పుడు కావాలంటే అప్పుడు విద్యుత్తును ఉత్పత్తి చేయగలిగే సదుపాయం కలిగింది. ప్రయోగశాలలో యిది ఒక తప్పనిసరి పరికరంగా మారింది.


విద్యుత్ప్రవాహం అయస్కాంత సూచిని కదిలించగలదని గమనించి అయర్‍స్ట్డ్‍ (1757-1851) విద్యుత్తు, అయస్కాంతత్వాల మధ్య సంబంధాన్ని వివరించడానికి దారి ఏర్పరచాడు. ఈ పరిశోధన ప్రాయోగిక, సైద్ధాంతిక కృషికి ఆయువుపట్టు అయ్యింది. విద్యుత్ప్రవా హానికి, అయస్కాంతాలకు సంబంధించి ఎన్నో అనువర్తనాలు వెలుగు చూశాయి. ఆంపియర్‍, గేస్‍, ఓం, ఫారడే వంటివారు చేసిన కృషికి విద్యుదయస్కాంతత్వాన్ని అవగతం చేసుకోవటానికి ఎంతో తోడ్పడింది.


అంతవరకు విద్యుదయస్కాంతత్వం గురించి జరిగిన పరిశోధనలను సంకలన పరుస్తూ మేక్స్వెల్‍ (1831-1879) రూపొందించిన సమీకరణాలు ఒక వెలుగు పుంజంలా ఆశ్చర్యం కలిగిస్తాయి. యాంత్రికశాస్త్రంలో న్యూటన్‍ చలనసూత్రాలు, గురుత్వాకర్షణ నియమం ఎంత ప్రాధాన్యత గలిగి ఉన్నాయో, విద్యుదయస్కాంతత్వంలో ఈ మేక్‍వెల్‍ సమీకరణాలు అంతే ప్రాముఖ్యతను కలిగివున్నాయి. ఈ సమీకరణాలు అంతే ప్రాముఖ్యతను కలిగివున్నాయి. ఈ సమీకరణాలలోని సౌందర్యాన్ని చూసి, విస్మయం చెందిన ఒక భౌతిక శాస్త్రవేత్త ‘‘వీటిని దేముడు రాశాడా’’ అని ముక్కున వేలేసుకున్నాడు. తర్వాత ఎంతో పరిశోధనకూ, మరెన్నో ఆవిష్కరణలకు ఈ సమీకరణాలు కారణభూతమయ్యాయి. మరోరకంగా చెప్పాలంటే న్యూటన్‍ యాంత్రిక శాస్త్రసమీకరణాలు, మేక్స్వెల్‍ విద్యుదయస్కాంత సమీకరణాలు కలిసి – 20వ శతాబ్దపు సాపేక్షతా సిద్ధాంతానికి, క్వాంటం మెకానిక్స్కు పురిటిగడ్డగా మారాయి.


ద్రవ్యం వినాశనం కాకుండా వుంటుందని వివరించే ద్రవ్య నిత్యత్వ నియమం యాంత్రికశాస్త్రంలో ఆధారభూత నియమంగా నిలిచింది. చలనంతో నిమిత్తం లేకుండా ద్రవ్యం స్థిరంగా వుంటుందని బోధపడింది. అలాగే శక్తి నాశనం కాదని వివరించే శక్తి నిత్యత్వ నియమం 19వ శతాబ్దంలో ఆవిష్కరించబడింది. ఫలితంగా విద్యుత్‍, రసాయన, యాంత్రిక, ఉష్ణశక్తుల వివిధ రూపాలని, అవసరమైతే ఇవి ఒక రూపం నుండి మరో రూపంలోకి మారగలవు గానీ- వ్యవస్థలోని మొత్తం శక్తి మాత్రం స్థిరంగా వుంటుందని బోధపడింది. దీనితో ప్రకృతిలో సంభవించే ఎన్నో క్రియలు వివరించబడ్డాయి. అలాగే పని, శక్తి మధ్య వుండే తుల్యతను వివరించే జౌల్‍ (1818-1888) ప్రయోగాలు శక్తి నిత్యత్వ నియమాన్ని మరింత వివరించాయి. ఫలితంగా వాయు చలన సిద్ధాంతం రూపుదిద్దుకుంది. వాయు అణువుల కదలికలు చాలా అస్తవ్యస్థంగా వుంటాయనీ, వాయువుల భౌతిక ధర్మాలైన పీడనం, ఉష్ణోగ్రతలను, అణువుల చలనాల ఆధారంగా గణితాత్మకంగా వివరించడం సాధ్యమయింది. అంతకు ముందు విడిగా రూపొందించబడిన సంభావ్యతా సూత్రాలు ఈ అణుచలన సిద్ధాంతానికి యాంత్రికశాస్త్ర నియమాలతో అనుసంధింప బడ్డాయి.


ఈ రెండు శతాబ్దాలలో జరిగిన శాస్త్ర కృషి కేవలం సైద్ధాంతికంగా మాత్రమే మిగిలిపోక ఉష్ణాన్ని యాంత్రికమైన పనిగా మార్చగల ఉష్ణయంత్రాలురూపొందించబడటానికి తోడ్పడింది. ఈ ఉష్ణయంత్రాల మీద జరిగిన అధ్యయనం- సామర్థ్యం పెంచడానికి జరిగిన కృషి- ఉష్ణగతిక శాస్త్రం అభివృద్ధి చెందడానికి ఎంతో తోడ్పడింది. శక్తి నిత్యత్వ నియమం ఉష్ణగతిక శాస్త్రపు తొలినియమం అయ్యింది. ఫలితంగా వాయు అణువులకు విడిగా కాకుండా సామూహికంగా వివరించబడింది.


భౌతిక, గణిత శాస్త్రాలలో 18, 19 శతాబ్దాలలో జరిగిన ఈ కృషిని – ఈ పరిశోధనల అంతర్గత సంబంధాన్ని పరిశీలిస్తే-ఇటు అణుగర్భం నుంచి అటు అంతరిక్షం దాకా పరిశోధనల సమాహారానికి మూలాలు అవగతమవుతాయి.

డా. నాగసూరి వేణుగోపాల్‍
9440732392

Leave a Comment

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