काही कल्पना अशा असतात, की त्या विज्ञानात वापराव्या लागतात, पण त्यांचे थेट मोजमाप करता येत नाही. त्यांचा प्रत्यक्ष अनुभव घेता येत नाही. दुसर्‍या कसलेतरी मोजमाप केले जाते, आणि त्या विशिष्ट संकल्पनेबद्दल अनुमान केले जाते. या अनुमानित संकल्पना जरूर वापराव्यात, पण त्यांच्या अस्तित्वाबद्दल जिज्ञासूने काही प्रमाणात शंका जागृत ठेवावी.

हे समजण्यासाठी रसायनशास्त्रातील ज्वलनाच्या "फ्लोजिस्टॉन सिद्धांता"चा इतिहास वाचणे उपयोगी ठरावे. पदार्थांच्या ज्वलनाचे निरीक्षण करता काही रसायनशास्त्रज्ञांनी फ्लोजिस्टॉन नावाच्या पदार्थाचे अनुमान केले. साधारण शंभर-एक वर्षे (साधारण १६७०-१७७० काळ) रसायनशास्त्रात हा पदार्थ अस्तित्वात होता. नायट्रोजनचा शोध लावणारा डॅनियल रदरफोर्ड, ऑक्सिजनचा शोध लावणारा जोसेफ प्रीस्टले - यांच्यासारखे कुशल रसायनशास्त्रज्ञ असा कुठला पदार्थ खरोखर असल्याचे मानत.

पुढे त्यावेगळे अनुमान केले जाऊ शकते असे दिसून आले. फ्लोजिस्टॉन नावाचा पदार्थ आजकाल शाळेतल्या रसायनशास्त्रात शिकवला जात नाही (हे योग्यच आहे). पण वैज्ञानिक विचारसरणी कशी असावी, याबाबत ऐतिहासिक बोधकथा म्हणून ही वाचण्यासारखी आहे. विकिपीडिया मधील "फ्लोजिस्टॉन सिद्धांता"चे भाषांतर (थोडे बदलून) येथे देत आहे.

-------
फ्लोजिस्टॉन सिद्धांत

फ्लोजिस्टॉन हा शब्द "ज्वलन/अग्नि" अर्थाच्या ग्रीक शब्दांपासून येतो. योहान योखीम बेखेर याने १६६७मध्ये हा वैज्ञानिक सिद्धांत प्रथम सांगितला. त्याचे प्रतिपादन होते, की ग्रीकांच्या मूळ चार महाभूतांच्या (मूलद्रव्यांच्या) बरोबर आगीसारखे एक "फ्लोजिस्टॉन" नावाचे महाभूत (मूलद्रव्य) आहे. हे मूलद्रव्य ज्वलनशील पदार्थांत आढळते, आणि ज्वलन होत असताना त्यांच्यातून बाहेर पडते. या सिद्धांताने ज्वलन आणि गंजणे (ज्यांना आज आपण ऑक्सिडेशन म्हणतो) या प्रक्रियांचे स्पष्टीकरण द्यायचा प्रयत्न झाला.

संक्षिप्त इतिहास :
सन १६६७मध्ये योहान योखीम बेखेर याचे "फिझिकल एज्युकेशन" प्रसिद्ध झाले. त्यात फ्लोजिस्टॉन सिद्धांताचा प्रथम उल्लेख झाला. पूर्वीचे आल्केमी-रसायशास्त्रज्ञ चार महाभूते (मूलद्रव्ये) मानत : पृथ्वी, आप, तेज, आणि वायू. पुस्तकात बेखेर याने तेज आणि वायू यांना रद्द केले, आणि त्यांच्याऐवजी तीन वेगळ्या प्रकारची पृथ्वी-द्रव्ये असल्याचे सांगितले : पाषाणमय-पृथ्वी, द्रवमय-पृथ्वी, आणि घृतमय-पृथ्वी.

बेखेरच्या सिद्धांताप्रमाणे, वस्तूत पाषाणमय-पृथ्वीचा जितका अंश होता, तो उष्णतेमुळे (न जळता) वितळतो-पुन्हा घट्ट होतो. द्रवमय-पृथ्वीच्या अंशामुळे द्रवपणा, तलमपणा, बाष्पीभूत होऊन उडण्याचा गुण, आणि धातूंसारखे गुण प्राप्त होतात. घृतमय-पृथ्वीच्या अंशामुळे तेलकट, सल्फर-सारखे, आणि ज्वलनशीलतेचे गुण प्राप्त होतात. बेखेरचा विश्वास होता की घृतमय-पृथ्वी ही ज्वलनाचे वैशिष्ट्य होते, आणि ज्वलनशील वस्तू जळते तेव्हा हा पदार्थ त्यातून बाहेर पडतो.

ग्योर्ग एर्न्स्ट स्टाल या जर्मन रसायनशास्त्रज्ञाने बेखेरचा सिद्धांतात प्रगती केली. याबाबतीत १७०३-१७३१ काळात अनेक लेख प्रकाशित केले. सन १७१८ मध्ये स्टाल याने घृतमय-पृथ्वीचे "फ्लोजिस्टॉन" असे पुनर्नामकरण केले. हे नाव ग्रीक भाषेतील ज्वलन/ज्वलंत शब्दापासून आले. पदार्थ जळले, किंवा भट्टीत (चुन्यासारखे) भाजले, तर त्यात होणार्‍या बदलांमध्ये फ्लोजिस्टॉनचा काय भाग होता, त्याचे स्टालने विश्लेषण केले.

सिद्धांत :
या सिद्धांताप्रमाणे सर्व ज्वलनशील पदार्थांत फ्लोजिस्टॉनचा अंश असतो. या फ्लोजिस्टॉनला रंग, गंध, चव, किंवा वस्तुमान नसते. जळणार्‍या वस्तूतून तो बाहेर पडतो. जळलेला पदार्थ "फ्लोजिस्टॉन-विरहित" असतो, त्याचा (फ्लोजिस्टॉन-विरहित) मूळ आकार असतो - म्हणजे त्याची राख/चुना/गंज होय.

"फ्लोजिस्टॉन-असलेले" पदार्थ जळून "फ्लोजिस्टॉन-विरहित" होतात. जे पदार्थ हवेत जळू शकतात त्यांच्यात फ्लोजिस्टॉन मोठ्या प्रमाणात असतो. बंद जागेत पदार्थ लवकरच जळायचा थांबतो, यावरून हे स्पष्ट अनुमान काढता येते, की हवेत फ्लोजिस्टॉन मर्यादित प्रमाणातच मावू शकतो. हवा फ्लोजिस्टॉनने (मावू शकेल तितकी) पूर्ण भरली की त्या हवेत वस्तू जळू शकत नाही. अशा हवेत धातू भट्टीतल्यासारखा तापवला, तरी तो गंजत नाही, किंवा त्याचा चुना/राख होत नाही. फ्लोजिस्टॉन-भरलेल्या हवेत जीव तगू शकत नाही, कारण हवेचे काम श्वासोच्छ्वासावाटे फ्लोजिस्टॉनचा निचरा करणे होय. (आपण आज म्हणू की फ्लोजिस्टॉनचे गुणधर्म ऑक्सिजनच्या गुणधर्माच्या ठीक विरुद्ध होते.)

जोसेफ ब्लॅक याचा शिष्य डॅनियल रदरफोर्ड याने सन १७७२मध्ये नायट्रोजनचा शोध लावला. तेव्हा गुरुशिष्यांनी त्यांच्या प्रयोगाचे स्पष्टीकरण हा सिद्धांत वापरून केले. ज्यात संपूर्ण ज्वलन झालेले आहे अशी हवा फ्लोजिस्टॉनने पुरेपूर भरली असते. (आज ज्याला आपण म्हणू - नायट्रोजन आणि कार्बन डायॉक्साइडचे मिश्रण असते.) त्या हवेला "फ्लोजिस्टॉन-पूर्ण हवा" असे म्हटले जाई. त्याच प्रकारे (जोसेफ प्रीस्टले याने) ज्याला आज आपण ऑक्सिजन म्हणतो त्या वायूचा शोध लावला. त्याला "फ्लोजिस्टॉन-विरहित हवा" असे नाव दिले. कारण त्यात साध्या हवेपेक्षा अधिक फ्लोजिस्टॉन मावू शकतो, आणि साध्या हवेपेक्षा त्याच्यामध्ये ज्वलन अधिक काळापर्यंत चालू शकते.

सिद्धांतास आह्वान आणि सिद्धांत संपुष्टात येणे :
कालांतराने, मोजमाप केलेल्या प्रयोगांमध्ये काही प्रश्न उद्भवले. मॅग्निशियम धातू जळतो, तेव्हा फ्लोजिस्टॉन त्यातून मुक्त होतो - तरी त्याचा चुना (राख) वस्तुमानाने अधिक असते. रॉबर्ट बॉइल याने म्हटले, की उष्णतेमुळे वस्तुमान वाढणे हा धातूंचा गुणधर्मच आहे. पण सन १७५३ मध्ये मिखाइल लोमोनोसोव्हने प्रयोग करून स्वतःसाठी असा निष्कर्ष काढला, की फ्लोजिस्टॉन सिद्धांत खोटा होता. त्याने आपल्या दैनंदिनीत लिहिले : "आज हवाबंद बरणीत धातू गरम करण्याचा प्रयोग केला. हे बघायचे होते की बाहेरून हवा मिळाली नाही, तर धातूंचे वस्तुमान शुद्ध उष्णतेच्या प्रक्रियेमुळे वाढते काय? प्रयोगातून दिसले की प्रसिद्ध रॉबर बॉइल यांना भ्रम झाला होता. बाहेरून हवा मिळत नसली तर जळलेल्या धातूचे वस्तुमान आधीइतकेच राहाते."

फ्लोजिस्टॉनवाद्यांपैकी काहींनी असे स्पष्टीकरण सांगितले की फ्लोजिस्टॉनला ऋण-वस्तुमान असते. काहींनी त्यामानाने साधे स्पष्टीकरण दिले - फ्लोजिस्टॉन हा हवेपेक्षा हलका आहे. पण याचे आर्किमिडीसच्या तत्त्वानुसार काळजीपूर्वक गणीत करता येते. मॅग्नीशियमचे विशिष्ट गुरुत्व, आणि त्याच्या राखेचे विशिष्ट गुरुत्व लक्षात घेतले, तर "हवेपेक्षा हलका फ्लोजिस्टॉन" मानून हिशोब लागत नाही.

तरी सुद्धा फ्लोजिस्टॉन सिद्धांत हाच प्रमुख सिद्धांत राहिला. मात्र पुढे आंत्वान-लोराँ लावोआझिए याने दाखवले की ज्वलनासाठी एक वायू लागतो, त्याला वस्तुमान असते. (त्या वायूला आपण ऑक्सिजन म्हणतो, प्रीस्टले "फ्लोजिस्टॉन-विरहित हवा" म्हणे). वायूचे वस्तुमान हवाबंद पात्रांमध्ये मोजता येते. त्याआधीचे प्रयोग उघड्या पात्रांमध्ये करत. ज्वलनातून निर्माण होणारे जे वायू उडून जात, त्यांचा हिशोब लावता येत नसे. या नव्या हवाबंद निरीक्षणांतून जुना "वस्तुमानाच्या हिशोबातला विरोधाभास" नाहिसा झाला.

काही हद्दीत आपण असे म्हणू शकतो की फ्लोजिस्टॉन सिद्धांत हा आधुनिक ऑक्सिजन सिद्धांताच्या नेमका उलट होता. फ्लोजिस्टॉन सिद्धांतात ज्वलनशील पदार्थांत फ्लोजिस्टॉन असतो, जळताना तो हवेत मुक्त होतो, उर्वरित "फ्लोजिस्टॉन-विरहित" शुद्ध पदार्थ खाली राहातो. आधुनिक सिद्धांतात ज्वलनशील पदार्थ (आणि न गंजलेले धातू) "ऑक्सिजन-विरहित" असतात तेव्हा शुद्ध असतात, आणि जळतात तेव्हा ऑक्सिजनशी संयुक्त होतात. फ्लोजिस्टॉन मानायचा तर गडबड होते. एकीकडे फ्लोजिस्टॉनला एक तर धन वस्तुमान आहे असे मानावे लागते. (कारण अनेक वस्तूंची राख मूळ वस्तूपेक्षा कमी वस्तुमानाची असते, फ्लोजिस्टॉन उडाला त्यातला...). दुसरीकडे फ्लोजिस्टॉनचे वस्तुमान शून्य/ऋण मानावे लागते. (कारण गंजलेल्या धातूच्या तुकड्याचे वस्तुमान न गंजलेल्या धातूच्या तुकड्यापेक्षा अधिक असते, ऋण वस्तुमानाचा फ्लोजिस्टॉन उडून गेला त्यातला...) आहे तरी काय या फ्लोजिस्टॉनचे वस्तुमान धन की ऋण? - या अंतर्गत विरोधामुळे फ्लोजिस्टॉन सिद्धांत बाजूला सारणे भाग पडते. ऑक्सिजन सिद्धांतात मात्र हा विरोधाभास नाही.

-----------------------------------
टीप : फ्लोजिस्टॉन सिद्धांताने कितीतरी काळ प्रयोगांचे जमेल तितके उत्तम वर्णन होत होते. त्या काळच्या प्रयोगांत वायूमय पदार्थांच्या वजनाचा हिशोब नीट केला जाऊ शकत नसे. पण घन पदार्थांचा हिशोब नीट केला जाऊ शके. त्यामुळे जरी फ्लोजिस्टॉनचे थेट मोजमाप करता येत नसले, तरी उरलेल्या वस्तूंचे मोजमाप करून फ्लोजिस्टॉनचे अनुमान बर्‍यापैकी स्पष्टपणे करता येत होते. आधुनिक प्रयोगशाळेतले प्रयोग त्या काळातल्या प्रयोगांपेक्षा वायूंचा हिशोब ठेवण्यात सुधारले आहेत. पण भविष्यात असे म्हटले जाऊ शकेल की आजच्या आपल्या प्रयोगशाळांतले प्रयोगही कुठल्यातरी बाबतीत हिशोब ठेवण्यात कमी पडत असावेत. जोवर त्या त्या काळातल्या निरीक्षणांचे बर्‍यापैकी स्पष्टीकरण मिळत आहे, तोवर थेट न मोजल्या जाणार्‍या अनुमानित पदार्थांचा विचार जरूर करावा. फ्लोजिस्टॉन विचारात ठेवून रदरफोर्ड आणि प्रीस्टले यांनी खूपच मोठी मजल मारली, त्यांना दोष देण्याचे माझ्यासारख्या रसायनशास्त्रात "ढ" माणसाचे काम नाही. पण फ्लोजिस्टॉनसारखा अनुमानित पदार्थ विचारात घेताना "तो खरा असेल किंवा नसेल" अशीच कल्पना असणे सुज्ञ. त्याच प्रकारे, आजच्या वैज्ञानिक संकल्पनेत असे काही "पदार्थ/संकल्पना" आहेत, जे थेट मोजता येत नाहीत. केवळ अनुमानित करता येतात. ते पदार्थ, त्या संकल्पना "असतील किंवा नसतील" असे साशंकता मनात ठेवणेच सुज्ञ.