आकाश निळे का दिसते?
प्रस्तुत लेख मी स्वतः मराठी मंडळी.कॉम या संस्थळावर [पुर्वी] लिहिलेला आहे.
आकाश निळे का दिसते, हे जाणून घेण्याअगोदर काही महत्वपूर्ण भौतिक संकल्पना आपण समजावून घेऊयात.
..
(सामान्यतः सुर्यापासून निघणारे) श्वेत (पांढरे) प्रकाशकिरणे जेव्हा पृथ्वीच्या वातावरणातील अतिसुक्ष्म अणुंवर पडतात (ज्यामध्ये नायट्रोजन आणि ऑक्सिजन या वायूंच्या अणुंचे प्रमाण सर्वाधिक असते.), तेव्हा ते आकाशात सर्व दिशांमध्ये विखुरले जातात, या विखुरल्या जाण्याच्या संकल्पनेला प्रकाशाचे अभिसारण असे म्हणतात.
.
अभिसारीत झालेल्या प्रकाशाची तीव्रता (I) ही वातावरणातील अतिसुक्ष्म अणुंवर पडलेल्या प्रकाशाच्या तरंग लांबीच्या (λ) ४ थ्या घातांकाशी व्यस्त प्रमाणात असते.
I ∝ १ / λ४
॑
या नियमाच्या आधारे,
» प्रकाशाची तरंग लांबी जेवढी जास्त असेल तेवढे प्रकाशाचे विखुरण (अभिसारण) कमी असते.
उदा. लाल रंगाची तरंग लांबी जास्त असल्याने तो कमी अभिसारीत होतो तर निळा रंग तरंग लांबी तुलनेने लहान असल्यामुळे अधिक प्रमाणात विखुरल्या जातो.
» ज्या सुक्ष्म-अणुंवर प्रकाश पडतो, त्यांचा आकार जर प्रकाशाच्या तरंग लांबीपेक्षाही खूप लहान असेल, तर प्रकाशाचे सर्व दिशांत अभिसारण होते.
» अभिसारण झाल्यानंतर प्रकाशाच्या तरंग लांबीमध्ये कसलाही बदल होत नाही.
» सुर्योदय आणि सुर्यास्ताच्या वेळी सुर्य तांबडा दिसतो.
» ढग पांढरे अथवा करड्या रंगाचे दिसतात.
» धोक्याच्या सुचना देणारे संदेश / संकेत / खुणा लाल रंगाने दर्शविले जातात.
» जेव्हा सुर्यापासून उत्सर्जित झालेला श्वेत प्रकाश पृथ्वीच्या वातावरणात दाखल होतो, तेव्हा वातावरणातील नायट्रोजन, ऑक्सिजन सारख्या तत्सम वायूंच्या अतिसुक्ष्म अणुंद्वारे (ज्यांचा आकार प्रकाशाच्या तरंगलांबीपेक्षा खूप कमी असतो), पाण्याचे बाष्प-कण, शिवाय अल्प प्रमाणात असलेले इतर वायू व हवेमधील अत्यल्प प्रमाणात असलेले सुक्ष्म कण जसे की धूळ, राख, परागकण, क्षार इत्यादींद्वारे त्या प्रकाशाचे अभिसारण होते. ही अभिसारणाची प्रक्रिया वर सांगितलेल्या रेलिघच्या नियमानुसार होते. अभिसारीत झालेला प्रकाश नंतर पृथ्वीच्या पृष्ठभागावर दाखल होतो.
» श्वेत रंग म्हणजेच इंद्रधनुष्यातील सात रंगांचे मिश्रण होय. हे सात रंग -- जांभळा, पारवा, निळा, हिरवा, पिवळा, नारंगी, लाल(तांबडा) होय. प्रकाश हा एका तरंग किंवा लहरीच्या स्वरूपात असतो व त्यातील प्रत्येक रंगाला ठराविक तरंग लांबी (λ) असते. प्रकाशातील या सातही रंगांची त्यांच्या तरंग लांबींनुसार जागा ठरते. म्हणजेच, जांभळा, पारवा, निळा यांच्या लहरींची लांबी लाल, नारंगी, पिवळा यांच्या लहरींच्या लांबीच्या तुलनेने कमी असते. उदा. जांभळ्या रंगाची तरंग लांबी ४०० नॅनोमीटर इतकी आहे तर लाल रंगाची ६५० नॅनोमीटर एवढी आहे.
» समजा, λb आणि λr या निळ्या व लाल रंगाच्या अनुक्रमे तरंग लांबी आहेत, तसेच Ib आणि Ir या λb आणि λr या तरंग लांबींना अनुसरुन अभिसारीत प्रकाशाच्या अनुक्रमे तीव्रता आहेत. आता, रेलिघच्या नियमानुसार,
Ib ∝ १ / λb४ आणि Ir ∝ १ / λr४
म्हणून,
( Ib / Ir ) = (
λr
/ λb )४
पण, लाल रंगाची तरंग लांबी ही निळ्या रंगाच्या तरंग लांबी पेक्षा दुप्पट (अंदाजे) असते.
म्हणजेच, λr = २ λb
म्हणून,
( Ib / Ir ) = (२)४ = १६
म्हणजेच,
Ib = १६ Ir
» याअर्थी, अभिसारण पावलेल्या निळ्या रंगाची तीव्रता लाल रंगाच्या तुलनेने १६ पटीने अधिक असते. म्हणजेच, सामान्यतः (ज्या दिवशी, सर्वत्र ऊन पडलेले असते) निळाच रंग आकाशात सर्वाधिक प्रमाणात सर्वत्र विखुरलेला असतो, ज्यामुळे आकाश निळे दिसते.
» जर वातावरणातील धुलिकणांचा आकार प्रकाशाच्या तरंग लांबीपेक्षा अधिक असला तर अभिसारण पावलेल्या प्रकाशाचा रंग उदासीन असू शकतो. (म्हणजेच, पांढरा किंवा करडा). हीच बाब ढगांमध्ये दिसून येते, जे पाण्याच्या बाष्प-कणांनी बनलेले असतात, त्यामुळेच प्रकाशाचे अभिसारण झाल्यामुळे ढग पांढरे किंवा करडे दिसते.
» पृथ्वीवर सतत होत असलेल्या सक्रिय ज्वालामुखींच्या उद्रेकांमुळे त्या-त्या प्रांतांमध्ये आकाशातील रंगामध्ये बराच काळ काही प्रमाणात बदल जाणवतात. उद्रेकाच्या वेळी शेकडो टन राख ज्वालामुखीच्या मुखातून हवेत उत्सर्जित झाल्याने अभिसारणाच्या प्रक्रियेमुळे हे बदल काही काळ अनुभवायला मिळतात.
» विकिंग लँडर्स ने पाठवलेल्या छायाचित्रांवरुन मंगळावरुन दिसणारे आकाश हे गुलाबी रंगाचे आहे असे दिसते, त्याचे कारण म्हणजे तेथील धुलिकण...
» वरील संकल्पनेला एक अपवाद असू शकतो. ग्रहावरील ढगांमुळे ग्रहाचा रंग विलग असू शकतो. संशोधकांच्या मते, गुरू ग्रहावरील वातावरणात सल्फर, फॉस्फरस सारख्या असंख्य रसायनांचे ढगे असल्यामुळे तेथील आकाश सतत विविधरंगी राहत असावे.
सुर्योदय आणि सुर्यास्ताच्या वेळी सुर्य तांबडट का दिसतो?
» सुर्योदय आणि सुर्यास्ताच्या वेळी सुर्यापासून प्रकाश खुप लांब पल्ल्याचा प्रवास करुन पृथ्वीच्या वातावरणात दाखल होतो. खुप लांब अंतर कापत प्रवास केल्यामुळे आणि वाटेत अवकाशातील कचरा, पृथ्वीच्या वातावरणातील धुलिकण, इत्यादी गोष्टींमुळे रेलिघच्या नियमानुसार त्याचे अभिसारण होते. त्यामुळे लाल रंग वगळता, इतर सर्व रंग अवकाशात चौफेर विखुरले जातात. परिणामी, पाहणार्याला सुर्योदय आणि सुर्यास्ताच्या वेळी सुर्य तांबडा-नारंगी रंगाचे मिश्रण असलेल्या रंगाचा दिसतो.
लेखात वापरल्या गेलेल्या भौतिक संज्ञा:
- Scattering - अभिसारण, प्रकाशाचे विखुरणे (जेव्हा प्रकाशकिरणे एखाद्या पृष्ठभागावर आदळतात त्यावेळी घडणारी प्रकिया)
- Molecule - अणु, कण
- Incidence - एखाद्या पृष्ठभागावर आदळणे, पडणे
- Radiation - उत्सर्जन, विकीरण
- Intensity - तीव्रता, प्रखरता
- Wavelength - तरंग लांबी, लहरीची लांबी
» धन्यवाद!
Comments
क्वालिआ
क्वालिआ ही संकल्पना विज्ञानात बसत नाही असे मला वाटते. "आपण जेंव्हा एखादी गोष्ट निळी आहे असे म्हणतो तेंव्हा आपल्या मेंदू मधे, या लाटेमुळे डोळ्यातून मेंदूकडे जो संदेश पाठवला जातो त्या संदेशप्राप्तीला, आपण निळे म्हणायचे असा प्रोग्रॅम लहानपणापासून मोठ्या माणसांच्या सांगण्यामुळे आपल्या मेंदूमधे तयार झालेला असल्याने आपण आकाशाला निळे म्हणतो" इतकेच स्पष्टीकरण असते असे मला वाटते.
पांढरा, निळा व इतर दिसणारे रंग
मी [या] प्रतिसादामध्ये देखील पांढर्या आणि काळ्या रंगाबाबत काहीसा याच अर्थाचा प्रश्न उपस्थित केला आहे, असे वाटते, मुळातम माझे देखील या प्रश्नाबाबत आजपर्यंत शंका-समाधान झालेले नाहिये. लहानपणापासून सतत कानावर पडत असल्यामुळे, सतत वाचनात आणि पाहण्यात आल्यामुळे कित्येक गोष्टींबद्दल अधिक खोलवर न जाता अमुक गोष्ट अमुक प्रकारची आहे, नि तमुक गोष्ट तमुक प्रकारची हे त्या-त्या वेळी तत्सम् गोष्टीबद्दल पुरेसे ज्ञान ज्ञात नसल्यामुळे मान्य करुन तीचा अंगिकार (काही प्रमाणात प्रतिकार करत) करण्याची प्रवृत्ती मानवात दिसते. मला तरी रंगांधळेपणासारखी विकृती नाही आणि मला ज्यांची आजवर संगत लाभली अशांनाही ही विकृती नव्हती, त्यामुळे शेतात मिरच्या तोडताना "ह्या अशा हिरव्या रंगाच्या तोडू नको रे, ह्या अशा लाल रंगाच्याच तोड." अशी घरच्यांकडून टोमणे(?) खात खात कच्चे/हिरवे-पिकलेले/लाल टोमॅटो खाताना रंगांतील भेद ओळखणे म्हणा की अनुभव व इतर सामाजिक गोष्टींचे विश्लेषण करुन मेंदूने ही रंग जाणण्याची मानलेली गोष्ट चमत्कारिक(!) वाटते.
याविषयी रिकामटेकडा यांच्या [या] प्रतिसादाशी मी सहमत आहे. जेवढ्या माहितीवरुन तत्सम् गोष्टीबद्दल अंदाज बांधता येऊ शकतात किंवा ती किमान कल्पिली जाऊ शकते किंवा साम्य आणि भेद ओळखते वेळी त्या माहितीचा उपयोग होतो, अशी त्या गोष्टीबदालची माहिती असणे सामान्यतः पुरेसे असते. अपुरे ज्ञान म्हणा किंवा शब्दांची किंवा भाषेची मर्यादा इत्यादी कारणांमुळे सर्वच गोष्टी इच्छित प्रकारे समजावून घेणे/सांगणे कधी-कधी अवघड बनते. देवाची/खूर्चीची व्याख्या-निर्मिती, इत्यादी गोष्टींबद्दल चर्चा करताना असा प्रसंग आला होता. ;)
स्पष्टीकरण
मला जो प्रश्न श्री. विशाल यांना विचारायचा आहे त्याचा आणखी थोडा खुलासा करतो.
इलेक्ट्रोनिक्स मध्ये ऑसिलेटर नावाचे एक सर्किट असते. या सर्किटच्या सहाय्याने कोणत्याही एका वारंवारितेच्या विद्युत चुंबकीय लहरी निर्मित करता येतात. समज मी दोन ऑसिलेटर असे बनवले की ज्यांपासून निर्मित होणार्या विद्युत चुंबकीय लहरी अती नील किंवा अती रक्त या वर्गात बसणार्या वारंवारितेच्या आहेत मात्र दोन्ही मधे थोडासा फरक आहे. आता मानवी डोळ्याला या दोन्ही प्रकारच्या विद्युत चुंबकीय लहरींचे ज्ञानच होत नसल्याने या दोन ऑसिलेटर्सच्या मधून निर्मित लहरींच्या वारंवारितेमधला फरक समजणारच नाही. समजा या दोन लहरींना आपण अ व ब असे नाव देऊ. म्हणजे अ व ब या लहरींच्या रंगांबद्दल आपल्याला काहीच ज्ञान हो ऊ शकत नाही. कोणत्या पदार्थामधे अ लहरी शोषल्या जात आहेत व त्यामुळे ती वस्तू ब रंगाची दिसते आहे वगैरे आपल्याला काहीच कळणार नाही.
असे जर असले तर रंग या संकल्पनेला भौतिकीमधे काही खरा अर्थ आहे का? तो पदार्थाचा मूलभूत गुणधर्म असू शकत नाही. मग रंग म्हणजे काय? हा माझा प्रश्न आहे.
चन्द्रशेखर
Learning is not compulsory... neither is survival.
ह्म्म...
तुम्ही वर उपस्थित केलेल्या प्रश्नाबाबत भौतिकशास्त्रात उत्तर सापडते. अनेक प्रयोगांद्वारे आपण अतिनील, अवरक्त, रेडिओ लहरी, वैश्विक किरण, गॅमा किरण इत्यादींमधील फरक जाणू शकतो. प्रयोगांतील निरिक्षणांतून या विविध तरंगलांबी असलेल्या रंगांमुळे डोळ्यांना दिसू शकतील असे बदल पाहता येतात. यासंदर्भात श्री. रिकामटेकडा आणि श्री. धनंजय अधिक माहिती पुरवून खुलासा करु शकतील, असे वाटते.
तथापि अवांतर जरी असले तरी: ब्लॅक होल जरी डोळ्यांनी दिसत नसले तरी त्यांच्या प्रचंड गुरुत्वीय शक्तिमुळे ते शोधता येऊ शकतात, अतिशय मोठाले ब्लॅक होल हे त्या-त्या आकाशगंगांच्या केंद्रभागी असतात, असा समज प्रचलित आहे. पण विश्व प्रसरण पावत आहे ह्या नवीन निरिक्षणांती माहित झालेल्या निष्कर्षामुळे—डार्क मॅटर, डार्क एनर्जी या नवीन गोष्टींना जन्म दिला आहे, यांचे अस्तित्व काय? असे सांगितले जाते की, दोन आकाशगंगांमधील पोकळी म्हणजेच डार्क मॅटर, याची ग्रॅव्हिटी ब्लॅक होल तथा आजवर माहित असलेल्या इतर गोष्टींपेक्षाही अधिक आहे. डार्क मॅटर केवळ यंत्राद्वारे (दुर्बिणी इत्यादी) घेण्यात आलेल्या अवकाश-निरिक्षणांतील फरकांचे निरिक्षण करुन निष्कर्ष काढून सांगीतले गेले आहे (याबाबतीत माहितीपूर्ण दुवे मिळाल्यास उत्तम), जरी ते डोळ्यांना वा शरीराच्या कुठल्याच अवयावाला जाणवत नाही किंवा त्याची संवेदनाही होत नाही; त्याचप्रमाणे वरील न दिसणार्या रंगांबाबतसुद्धा आहे आणि त्यांचे अस्तित्व छोट्या-मोठ्या प्रयोगांद्वारे अनुभवता येऊ शकते.
सहमत
रंग ही पूर्णपणे मानवी संवेदना आहे, ती भौतिकशास्त्रीय संकल्पना नाही. आपल्यालाही, काळजीपूर्वक पाहिल्यास, एकाच वस्तूचे रंग दोन डोळ्यांना थोडेथोडे वेगळे दिसतात. मोतिबिंदूची शस्त्रक्रिया झाल्यावर दृष्टी (लहान मुलांच्या दृष्टीप्रमाणे) निळसर होते. "अतिनील आणि अवरक्त किरणांना रंग नाही" हे विधान पटते परंतु मोतिबिंदूची शस्त्रक्रिया झालेल्यांना अतिनील किरण निळेच दिसतात.
गोधळ
माझ्या प्रश्नाचे उत्तर भौतिकी मधे सापडणे कठिण आहे. कारण रंग हा पदार्थाचा मूलभूत गुणधर्म होऊच शकत नाही.माजी नोबेल पारितोषिक विजेते सी.व्ही रामन याच विषयावर आपल्या आयुष्याच्या अखेरीस संशोधन करत होते. परंतु त्यांचे ते संशोधन अपूर्ण राहिले. त्या नंतर कोणी केले असल्यास मला माहित नाही. मला विद्युत चुंबकीय लहरींच्या वर्णपटाबद्दल पुरेशी माहिती आहे. माझ्या प्रश्नाचा डार्क मॅटर, कृष्ण विवरे या गोष्टींशी काहीही संबंध नाही व हे विषय येथे उपस्थित करण्याचे प्रयोजन काय हे मला समजले नाही. विद्युत चुंबकीय लहरींच्या वर्णपटातील लहरी त्यांच्या वारंवारितेप्रमाणे दुसर्या अणूंवर परिणाम करत असतात. पण हा सगळा निराळा विषय झाला. माझा प्रश्न सोपा आहे. रंग म्हणजे काय? चन्द्रशेखर
Learning is not compulsory... neither is survival.
बरोबर आहे, विषयांतर झालेले दिसते
मलादेखील समजले नाही! :P
---
पंक्तिंचा (स्पेक्ट्रा) संच किंवा विशिष्ट तरंगलांबी जी डोळ्यांवर पडल्यामुळे डोळ्यांना संवेदना जाणवून ते रंगाचे विश्लेषण करीत असावेत.
प्रश्न फारच कठिण आहे किंवा संदिग्ध आहे
"रंग म्हणजे काय" प्रश्न फारच कठिण आहे.
विद्युत्-चुंबकीय लहरींवरून "अमुक वस्तूला तमुक रंगाचे म्हटले जाते" हे कोरिलेशन सांगता येते. मात्र "रंगाची संवेदना" असा काही तुमचा विषय असल्यासारखे वातते. म्हणजे स्वप्नामध्ये रंग दिसतात, तेव्हा मेंदूत काही विशेष होते काय? अशा प्रकारच्या विवेचनाचा तुमच्या प्रश्नाशी संबंध आहे काय?
अशाच प्रकारचा प्रश्न "स्पर्श म्हणजे काय?" असा आहे काय...
भौतिकामध्ये स्पष्टीकरण असते : पिंडांचा टणकपणा, त्वचेला पिंडाचा "स्पर्श" होता त्वचा दबली जाणे, मज्जातंतू चेतावणे, वगैरे घडते....
मात्र या सगळ्या बाबतीत असे विचारले जाऊ शकते "हे सगळे एखाद्या यंत्रानेही होऊ शकते, असे असता 'गुबगुबीत', 'टणक' हे स्पर्शगुण मुळात आहेत तरी काय?"
काही प्रमाणात हे भौतिकशास्त्राच्या मर्यादेबाहेर असतील, पण काही प्रमाणात हे "हार्ड सायन्सेस"च्या मर्यादेतही आहेत. बघा - विलयनूर रामचंद्रन यांचे कार्य. छाटलेल्या अवयवांच्या ठिकाणी होणार्या स्पर्शसंवेदनेबाबत संशोधन आहे. अशा प्रकारे रंगांबद्दलही विचार होऊ शकतो.
तसे नसावे
त्यांचे सिनेस्थेशिया इ. कार्य पाहून मला इतकाच निष्कर्ष मिळतो की संवेदना आणि लहरींचे काहीतरी कोरिलेशन आहे.
ध्वनीवरून त्रिमिती प्रतिरूप (मॉडेल) बनविण्यासाठी वटवाघळे मेंदूचा जो भाग वापरतात तोच आपण डोळ्यांशी जोडला आहे. त्यामुळे, त्यांचे कान आपल्या मेंदूशी जोडले तर आपल्याला थेट 'दिसेल' असा काहीतरी 'हार्ड सायन्सेस' चा निष्कर्ष आहे असे वाटते. परंतु त्यातून क्वालिआ प्रकारच्या प्रश्नांची उत्तरे मिळतात काय?
हे चंद्रशेखर यांनी सांगणे आहे
हे चंद्रशेखर यांनी सांगणे आहे.
त्यांचा प्रश्न "क्वालिया"बद्दल आहे की "सायकोफिजिक्स"बद्दल आहे, हे अजून कळलेले नाही. सायकोफिजिक्स बद्दल असेल, तर "रंग" बद्दल अधिक विवरणे-स्पष्टीकरणे शक्य आहेत.
सहमत
जरी विज्ञानाशी तारतम्य साधणारी नसली तरी क्वालिआ ही संकल्पना एकार्थी पटते. समोरच्याला लाल रंगाबाबत आतापर्यंत कसलिही माहिती नाही, अशावेळी त्याला लाल रंग समजावून सांगणे खूपच अवघड असते. लाल रंग भडक, उष्ण प्रकारचा असतो किंवा ७०० नॅनोमीटर तरंगलांबी डोळ्यांवर पडली तर लाल रंगाची संवेदना डोळ्याला होते, अशी माहिती व इतर वर्णन तुम्ही करु शकाल. पण लाल रंग एवढ्या माहितीवरुन समजणे फारच कठिण आहे. अशावेळी लाल रंग समोरच्याला प्रत्यक्षात दाखवण्याशिवाय इतर पर्याय शिल्लक राहत नाहीत. क्वालिआ संकल्पनेमध्ये डोके दुखणे, रंगाबद्दल माहिती समजावून घेणे/सांगणे, पोटात किंवा इतर स्नायूंमध्ये कळा चमकणे, चक्कर येणे, आणि काही प्रकारचे फोबिया (भितीयुक्त प्रसंग) इत्यादींचा समावेश होत असावा. या गोष्टींबद्दल/स्थितींबद्दल विज्ञानाचा आधार घेऊन यथार्थ विश्लेषण करुन व्याख्यारुपात माहिती सांगणे अवघड वाटते. बहुतेकांच्या बाबतीत ह्या गोष्टी अनेकदा घडतात, काहीवेळा अनुभव मात्र निराळे असु शकतात. हा "सायको-"प्रकार असावा, असं मला तरी नाही वाटत. कारण क्वालिआची लक्षणे असलेल्या बाबी निश्चितच अपवादात्मक, अस्वाभाविक किंवा असाधारण नसतात, तर बहुतेक सर्वसामान्यांची या गोष्टींचे वर्णन सांगायला लावल्यावर त्यांची गोची(?) होताना दिसते.
क्वालिया
क्वालिया संदर्भात रामचंद्रन यांची एक चित्रफित.
--
अनुदिनी : मै और मेरे पाहुणे..
http://rbk137.blogspot.com/
छान
धन्यवाद. चित्रफितीतील विचार पटले. (रामचंद्रन यांनी "क्वालिया हा भास आहे" असेच मत व्यक्त केले आहे असे मला वाटते.)
संपादकांना विनंती: क्वालिया हा विषय येथे अवांतर आहे. चंद्रशेखर यांच्या या प्रतिसादाला आणि त्यापुढील इतरांच्याही सर्वच प्रतिसादांना (केवळ १ आणि २ हे अपवाद वगळता) चंद्रशेखर यांच्या रंग म्हणजे काय? या धाग्यात हलवावे.
चांगली चर्चा
चर्चा चांगली आहे. विशाल तेलंग्रे यांचे उपक्रमावर मनःपूर्वक स्वागत. असेच माहितीपूर्ण लेख येऊ द्या.
वाचते आहे
लेखाबद्दल धन्यवाद. तूर्तास लेख आणि प्रतिसाद वाचते आहे.