प्रकाश वाकवता येतो

प्रकाश वाकवता येतो 

नरेंद्र गोळे २०२००८०२ 

हल्ली आपण सारेच मोबाईल वापरत असतो. त्याकरता काचतंतू वाहिन्यांचे जाळे (फायबर ऑप्टिक केबल नेटवर्क) जमिनीतून पसरवलेले असते. त्यात असलेल्या केसांहूनही बारीक अशा काचेच्या तंतूंतून, प्रकाशावर स्वार करून, मानवी संदेश पाठवले जात असतात. वाहिनी जमितून वळत वाकत जसजसा प्रवास करत असेल, तसाच वाकत वळत प्रकाशात्मक संदेशही प्रवास करत, आपल्यापर्यंत पोहोचत असतो. 

मात्र सहाव्या वर्गात तर आपण हे शिकतो की, प्रकाश नेहमी सरळ रेषेत प्रवास करत असतो. मग तो वळू शकतो हे खरे आहे का? कसा काय वळू शकतो? वळू शकतो हे कधी समजले? असे प्रश्न सहजच उद्भवतात. मोबाईलचे हे तंत्र एकोणिसाव्या शतकात केलेल्या एका प्रयोगामुळे संभव झाले. विकसित झाले. जॉन टिंडाल (१८२०-१८९३) हे एक आयरिश भौतिक शास्त्रज्ञ निसर्गवेत्ता व प्रशिक्षक होते. प्रकाशाला वाकवता येते हा शोध त्यांनी लावला. 

त्यांनी त्या वेळी जो प्रयोग केला होता. तोच प्रयोग आपण आज करून पाहणार आहोत. ज्यामुळे हे सिद्ध होईल की प्रकाशाला वाकवता येते. 

ह्या प्रयोगाला लागणारे साहित्य म्हणजे एक उभट डबा, ज्याला तळापासून सुमारे ३० मिलीमीटर उंचीवर १ मिलीमीटर व्यासाचे एक छिद्र पाडलेले असेल. ह्या डब्यात पाणी भरून घ्यायचे आहे. तो भरताच ताबडतोब त्याच्या छिद्रातून पाण्याची धार, परवलयी (पॅराबोलिक) पथावर बाहेर सांडू लागेल. एका बादलीत ती पडू द्यावी म्हणजे पाणी इतस्ततः सांडणार नाही. 

धार सुरू झाल्यावर धारेच्या तोंडाशी, डब्याच्या आतल्या बाजूने एक दिवा लावायचा आहे. त्याकरता एक यु.एस.बी. दिवा घेतलेला आहे. जो बॅटरी बँकवर किंवा चार्जरवर चालू शकेल. असे केल्यावर, छिद्रातून त्या दिव्याचा प्रकाश बाहेर पडू लागतो. प्रकाश जर केवळ सरळ रेषेत प्रवास करत असता, तर त्या छिद्रापासून दूरवर मात्र डब्याला लंब असलेल्या रेषेवरच तो पाहता आला असता. इथे मात्र तो पाण्याच्या परवलयी धारेसोबतच खाली बादलीत पडत असलेला दिसतो. परवलयी धारेसोबतच वाकत असलेला दिसतो. हाच तो प्रयोग आहे. ह्यावरून असे सिद्ध झाले की, प्रकाशाला वाकवता येते. आता प्रश्न राहिला की असे कसे घडते? तर छिद्रातून बाहेर पडणारा प्रकाश सहाव्या वर्गात आपण शिकतो त्यानुसार सरळच जात असतो. धार मात्र खालच्या बाजूस वळते. प्रकाश धारेच्या वरच्या भिंतीवर धडकतो. आता तो सघन माध्यम असलेल्या पाण्यातून तुलनेत विरळ माध्यम असलेल्या हवेत प्रवेश करणार असतो. मात्र तेव्हा त्याचा आपाती कोन खूपच मोठा असतो. त्यामुळे तो धारेच्या बाहेरच पडू शकत नाही. त्याचे संपूर्ण अंतर्गत परावर्तन होऊन तो धारेतच खालच्या भिंतीकडे प्रवास करू लागतो. खालच्या धारेपाशी पोहोचतो तेव्हाही असेच घडते आणि तो पुन्हा धारेच्या आतल्या बाजूस परावर्तित केला जातो. अशा रीतीने धारेच्या आतच त्याला सांभाळत धार परवलही पथावरून त्याला वाकवत, वळवत घेऊन जाते.

चलचित्रण श्रेयः सौ. संजीवनी गोळे 

चित्रात दर्शवल्या-नुसार आपाती कोन q₁ कायमच क्रांतिक कोनाहून मोठा राहतो आणि प्रकाशाला धारेबाहेर पडण्याची संधीच मिळत नाही. 

आता तुम्ही स्वतःच अनुभवले आहे की पाणी प्रकाशास अशाप्रकारे संपूर्ण अंतर्गत परावर्तनाद्वारे वाहून नेऊ शकते हे कळल्यावर आपले पूर्वज आश्चर्यचकित झाले असणार. मात्र हा आविष्कार नीट लक्षात आल्यावर त्यांनी पाणी व हवा ह्या माध्यमांऐवजी काचतंतू अथवा प्रत्यास्थतंतू (प्लास्टिकचे धागे) आणि हवा ह्या माध्यमांचा उपयोग करून पाहिला. तोही यशस्वी झाला. मग हे तंतू, खूप तंतूंचे गुच्छ करून त्याच्या वाहिन्या (केबल्स) बनवून जमिनीखालून नेऊ लागले. तत्त्व समजून घेतल्याने आज आपण शेकडो उपयोग असणारे दर्शक तंतूंचे अद्ययावत तंत्र विकसित करू शकलो आहोत. 

दर्शकतंतू हा एक तन्य पारदर्शी काच (सिलिका) वा अप्रत्यास्थातून (प्लास्टिक मधून) काढलेला तंतू असतो. ह्याचा व्यास मानवी केसाच्या व्यासाहून काहीसाच मोठा असतो. बहुतेकदा हे तंतू दोन टोकांदरम्यान प्रकाश पाठवण्याकरता उपयोगात आणले जातात. दर्शकतंतू आधारित संचारार्थ प्रणाली विस्तृत प्रमाणात वापरल्या जातात. त्याकरता ते विद्युतवाहिनींच्या मानाने उच्च दराने विदाप्रेषण (डाटा ट्रान्समिशन) शक्य करतात. 

धात्विक तारांऐवजी इथे दर्शक तंतूंवर संकेतवहन केले जाते. त्यात संकेतांचा र्‍हासही कमी होतो. तंतू विद्युतचुंबकीय अडथळ्यांसाठी असंवेदनशील असतात. दर्शकतंतू उजेड आणि चित्रांकनांकरताही उपयोगात येतात. त्यांना बहुधा वेटोळ्यांत गुंडाळून ठेवतात. प्रकाशवहनार्थ वापरता येतात. तंतूदर्शकातील उपयोगानुसार बंदिस्त जागांतून चित्रे बाहेर आणण्यासाठीही त्यांचा उपयोग होत असतो. विशेषकरून अभिकल्पित तंतू दर्शकतंतू संवेदक आणि दर्शकतंतू लेझर्ससारख्या विविध उपायोजनांकरताही वापरले जातात. 

औद्योगिक दर्शक तंतू आणि उत्तेजित प्रारणोत्सर्जनाद्वारे केलेले प्रकाशवर्धन ह्यांच्या संयोगाने अविश्वसनीय नवीन अवजारे निर्मिली जाऊ शकतात ज्यामुळे विज्ञानाला व अंतिमतः समाजाला लाभ होऊ शकतो. 

हृदयधमनी रुंदीकरण शस्त्रक्रियाही दर्शकतंतू आणि उत्तेजित प्रारणोत्सर्जनाद्वारे केलेल्या प्रकाशवर्धनाच्या अनेक उपायोजनांपैकी केवळ एक उपायोजन आहे. ह्या शस्त्रक्रियेत एक बारीक दर्शक संवेदक मानवी धमन्यांत स्थलदर्शन व धमन्यांत आणि हृदयांत नेमकेपणाने शल्यक्रिया करण्यासाठी वापरला जातो.