साधारणपणे आपल्या खोलीचे तापमान २५ अंश से. इतके असते. बर्फ ० अंश से. तापमानाला वितळतो. याच्या तुलनेने केवळ शून्य हे तापमान उणे २७३ अंश से. इतके कमी असते. तापमानाच्या या नीचतम पातळीपर्यंत पोहोचण्यासाठी शास्त्रज्ञांनी केलेल्या प्रयत्नांचा आढावासामान्य तापमानाला वायुरूप अवस्थेत असणाऱ्या कार्बन डायऑक्साइडसारख्या पदार्थाचे, केवळ उच्चतापमानाला वायुरूप अवस्थेत असणाऱ्या पाण्यासारख्या पदार्थापासूनचे वेगळेपण निर्दिष्ट करण्यासाठी व्हॅन हेलमाँट यांनी त्या पदार्थाना ‘गॅस’ अशी संज्ञा दिली आणि पाण्याच्या वायुरूपाला त्यांनी ‘व्हेपर्स’ असे म्हटले.१७८७ मध्ये फ्रेंच भौतिकविद जे.ए.सी. चार्लस यांनी प्रयोगाद्वारे असे दाखवून दिले की कोणाही वायूचे (गॅसचे) तापमान एक अंश सेल्शिअसने कमी केले असता त्याचे आकारमान (व्हॉल्यूम), त्याच्या शून्य अंश सेल्शिअसला असलेल्या आकारमानाच्या १/२७३ इतक्या आकारमानाने कमी होते. चार्लस यांच्या या नियमानुसार वायूचे तापमान कमीकमी करत जर उणे २७३ अंश से. पर्यंत नेले तर त्या तापमानाला त्याचे आकारमान शून्य व्हावयास हवे म्हणजे तो वायू नाहीसाच व्हावयास हवा असे आपत्तिजनक अनुमान निष्पन्न होते. परंतु रसायनविदांनी हे अनुमान फारसे मनावर घेतले नाही. कारण असे काही घडणे शक्य नाही हे त्यांना निश्चितपणे कळत होते आणि इतक्या कमी तापमानाला नेमके काय होते हे पडताळून पाहण्यासाठी उणे २७३ अंश से. इतके कमी तापमान निर्माण करणेही त्यांना शक्य नव्हते.अणुसिद्धांतानुसार पदार्थाच्या वायुरूप अवस्थेत त्याचे सर्वस्वी सुटेसुटे असे रेणू इकडेतिकडे फिरत असतात आणि वायूचे आकारमान हे रेणूंच्या या इतस्तत: फिरण्याच्या वेगावर अवलंबून असते. जेवढे तापमान जास्त तेवढा त्यांचा वेगही जास्त आणि म्हणून त्यांना वावरायला लागणारी ‘मोकळी जागा’ (एल्बो रूम) म्हणजेच त्यांचे आकारमानही जास्त. या उलट कमी तापमानाला त्यांचे आकारमानही कमी. तथापि १८६० मध्ये विल्यम थॉमसन (लॉर्ड केल्व्हिन)यांनी असा सिद्धांत मांडला की प्रत्येक अंश सेल्सिअसला रेणूंची सरासरी ऊर्जा १/२७३ ने कमी होते आणि म्हणून उणे २७३ अंश से. ला वायूचे आकारमान नव्हे तर त्याच्या रेणूंची ऊर्जा शून्य होणे अपेक्षित आहे. म्हणून उणे २७३ अंश सेल्शिअस ही तापमानाची शक्य असलेली नीचतम पातळी असावयास हवी. या तापमानालाच (अगदी बरोबर म्हणजे उणे २७३. १६ अंश से. ला) ‘अ‍ॅबसलूट् झिरो’ (केवळ शून्य) असे किंवा ‘शून्य केल्व्हिन’ (० अंश के) असे संबोधिले जाते. बर्फ ० अंश से. या तापमानाला वितळते. हे तापमान अ‍ॅबसलूट स्केलनुसार २७३ अंश के इतके असते. थॉमसन यांनी उणे २७३ अंश से. हे अंतिम लक्ष आता निश्चित केले होते. अर्थात त्या आधीपासूनच आत्यंतिक थंडावा निर्माण करण्याचे मानवाचे प्रयत्न चालूच होते. वायूंचे द्रवीभवन घडवून आणणे हा त्या प्रयत्नांचाच एक भाग होता. मायकेल फॅरॅडे यांनी १८२० पर्यंत क्लोरीन, सल्फर डायऑक्साइड आणि अमोनिया या वायूंवर केवळ दाब देऊन त्यांचे द्रवीभवन घडवून आणले होते. अशा या द्रवरूपातील वायूचा थंडावा निर्माण करण्याचे साधन (कूलिंग एजंट) म्हणून उपयोग केला जातो.द्रवीभूत केलेला हा वायू ज्या भांडय़ात ठेवला आहे त्या भांडय़ाचा संपर्क जर सभोवतालाशी येऊ दिला नाही (इफ वेल इन्सुलेटेड) आणि त्या द्रवावरील दाब कमी करून त्या द्रवाचे जर पुन्हा वाफेत (वायूत) रूपांतर होऊ दिले तर वाफ होण्यासाठी लागणारी उष्णता त्या द्रवामधूनच घेतली जाते व त्याचे तापमान कमीकमी होत जाऊन तो द्रव अधिकाधिक थंड होत जातो. या तंत्राचाच उपयोग आधुनिक वातानुकूलन प्रणालीमध्ये केलेला असतो. (आपले बोट जर ओले असेल आणि त्यावर जर फुंकर मारली तर बोटावरील पाण्याची वाफ होते आणि त्यासाठी लागणारी उष्णता बोटातूनच घेतली जाऊन बोटाला थंडपणाची जाणीव होते. वरील प्रक्रियेत असेच काहीतरी घडते.) या वातानुकूलन तंत्राचा वापर करून १८३५ पर्यंत उणे ११० अंश से. (१६३ अंश के) तापमानापर्यंत पोहचण्यात भौतिकविद यशस्वी झाले होते.तथापि हायड्रोजन, ऑक्सिजन, नायट्रोजन आणि इतर काही वायू या कमी तापमानाला प्रचंड दाब देऊनही द्रवीभूत होऊ शकले नाहीत. शेवटी निराश होऊन त्यांना ‘कायमस्वरूपी वायू (परमनंट गॅसेस) असे नाव देऊन त्यांचा नाद सोडून देण्यात आला.परंतु १८६९ मध्ये आयरिश भौतिकविद थॉमस अ‍ॅन्ड्रय़ुस यांनी प्रयोग करून असे दाखवून दिले की, प्रत्येक वायूला त्याचे स्वत:चे असे एक ‘निर्णायक तापमान’ (क्रिटिकल टेंपरेचर) असते की, तो वायू जर त्यापेक्षा जास्त तापमानाला असेल तर त्याच्यावर कितीही प्रचंड दाब प्रयुक्त केला तरी त्याचे द्रवीभवन होणे शक्य होत नाही. त्यांच्या या सर्व प्रत्योगिक निरीक्षणांना पुढे डच भौतिकविद जे. डी. वॉडर वॉलस यांनी मजबूत सैद्धांतिक पाया प्रदान केला आणि त्यांच्या या कार्यासाठी त्यांना १९१०चे भौतिकशास्त्राचे नोबेल पारितोषिक देण्यात आले. म्हणून ज्या वायूचे द्रवीभवन घडवून आणावयाचे असेल तो वायू प्रथम त्याच्या ‘निर्णायक तापमानाच्या’ खालील तापमानाला आहे ना याची खात्री करून घ्यावयास हवी. अन्यथा सारेच श्रम फुकट जायचे.वर उल्लेखिलेल्या त्या कायमस्वरूपी हट्टी वायूंना नमविण्यासाठी अगदी कमी तापमान निर्माण करण्याचे प्रयत्न चालूच होते. सरतेशेवटी पायरीपायरीने तापमान कमी करत नेणारी ‘कॅसकेड’ (कॅसकेड) पद्धत याकामी यशस्वी ठरली. प्रथम बाष्पीभवन पद्धतीने थंड केलेल्या द्रव सल्फर डायऑक्साइडचा उपयोग करून कार्बन डायऑक्साइडचे द्रवीभवन करण्यात आले. आणि मग कार्बन डायऑक्साइड द्रवाचा उपयोग करून क्रमाक्रमाने अधिकाधिक हट्टी वायूंचे द्रवीभवन करण्यात यश मिळाले. १८०० मध्ये स्विस भौतिकविद आर. पिक्टेट यांनी ऑक्सिजन या वायूचे उणे १४० अंश से. (१३३ अंश के) या तापमानाला ५०० वातावरणीय दाबाखाली द्रवीभवन घडवून आणले. नंतर पुढे सामान्य वातावरणीय दाबाखाली ऑक्सिजनचे उणे १८० अंश से. (९० अंश के), कार्बनामोनॉक्साइडचे उणे १९० से (८३ अंश के.) आणि नायट्रोजनचे उणे १९५ अंश से. (७८ अंश के) या तापमानांना द्रवीभवन होते असे आढळून आले.तथापि १९०० पर्यंत कोणत्याही पद्धतीने हायड्रोजन वायूचे द्रवीभवन करण्यात शास्त्रज्ञ यशस्वी झाले नाहीत. बाहेरून उष्णता आत येऊ न दिल्यास केवळ प्रसरण पावल्यामुळे वायू थंड होतो ही बाब विल्यम थॉमसन आणि जे. पी. ज्यूल यांनी निदर्शनास आणून दिली होती. स्कॉटिश रसायनविद जे. दिवार यांनी या तत्त्वाचा उपयोग करून दाबाखालील हायड्रोजन, द्रव नायट्रोजनने वेढलेल्या भांडय़ात ठेवून, त्याच्यावर प्रसरण पावणे आणि त्यामुळे थंड होणे ही प्रक्रिया चक्रिय पद्धतीने पुन:पुन्हा घडवून आणली. या ज्यूल-थॉमसन परिणामामुळे सरतेशेवटी उणे २४० अंश से. (३३ अंश के) इतके कमी तापमान निर्माण होऊन त्या तापमानाला हायड्रोन वायू द्रवीभूत झाला. इतकेच नव्हे तर त्यापेक्षाही कमी तापमान निर्माण करून त्याचे घनीभवनही करण्यात आले. (हे अतीथंड द्रवरूप वायू जतन करून ठेवण्यासाठी दिवार यांनी विशिष्ट प्रकारच्या काचेच्या भांडय़ांची निर्मिती केली. ही भांडी दुहेरी भिंत असलेली होती. त्या दोन भिंतींचे एकमेकांकडील पृष्ठभाग चांदीचा मुलामा देऊन चकचकीत केले होते आणि त्यांच्यामधील जागा तेथील हवा काढून घेऊन निर्वात केली होती की जेणे करून कोणत्याही पद्धतीने बाहेरची उष्णता आता येऊ नये. त्यांची ही भांडी ‘दिवार फ्लास्क’ म्हणून प्रसिद्ध आहेत आणि आजकाल घराघरात वापरात असलेल्या थर्मास फ्लास्क भांडय़ांची ती पूर्वज आहेत.)द्रव किंवा घन हायड्रोजन मिळविणे हे काही अंतिम लक्ष नव्हते. याच सुमारास हेलियम, निऑन, अरगॉन इ. उदासीन वायूंचा शोध लागला होता. यापैकी सर्वात हलका असलेला हेलियन हा फराच हट्टी निघाला. तथापि १९०८ मध्ये डच भौतिकविद एच. के. ओन्स यांनी द्रव हायड्रोजनचा उपयोग करून दाबाखाली असलेल्या हेलियमला दिवार यांच्या पद्धतीने उणे २५५ अंश से (१८ अंश के) तापमानापर्यंत प्रथम थंड केले आणि मग त्याला प्रसरण पावावया लावून त्याला अधिकच थंड व्हावयास लावून त्याचे द्रवीभवन घडवून आणले. नंतर या द्रव हेलियमचे बाष्पीभवन होऊन देऊन इतके कमी तापमान निर्माण केले की, त्या तापमानाला सामान्य वातावरणीय दाबाखालीही हेलियमचे द्रवीभवन करणे शक्य झाले व या पद्धतीने ०.७ के इतके कमी तापमान निर्माण करता आले. त्यांच्या या कार्यासाठी ओन्स यांना १९१३ चे भौतिकशास्त्राचे नोबेल पारितोषिक देण्यता आले.जर्मन भौतिकविद एच. डब्ल्यू. नन्स्र्ट यांनी १९०५ मध्ये असे दाखवून दिले की, ‘केवळ शून्य’ तापमानाला पदार्थाची ऊर्जा शून्य होते असे नसून त्या ऊर्जेशी अगदी जवळचा संबंध असलेला ‘एन्ट्रॉपी’ नावाचा गुणधर्म शून्यवत होतो. त्यांच्या या कार्यासाठी त्यांना रसायनशास्त्राचे १९२० चे नोबेल पारितोषिक देण्यात आले. एन्ट्रॉपी म्हणजे नेमके काय हे सामान्यांना समजावून सांगणे अवघड आहे. एन्ट्रॉपी म्हणजे पदार्थामध्ये असलेल्या ऊर्जेचा असा काही अंश की जो अनउपयुक्त अशा उष्णता रूपात (नॉन युजफुल हीट) पदार्थामध्ये पडून राहतो आणि ज्याचा पूर्णपणे निचरा होणे शक्य होत नाही. समजा असे काही घडलेच तर तो पदार्थ ० अंश के तापमानाला पोहोचलेला असेल! हेलियम वायू हेलियम उणे ३ आणि हेलियम उणे ४ या दोन प्रकारात निसर्गात आढळतो. त्यांच्या गुणधर्मामधील फरक तसेच चुंबकीय क्षेत्राचा प्रभाव अशा काही नवीन तंत्रांचा उपयोग करून ०.०००००१ अंश के. इतक्या कमी तापमानापर्यंत पोहोचणे आता शक्य झाले आहे. तर मग आता ‘केवळ शून्याच्या’ इतके जवळ पोहोचल्या नंतर एन्ट्रॉपीच्या त्या शिल्लक राहिलेल्या अल्पशा अंशापासून मुक्ती मिळवून भौतिकविदांना ते अंतिम लक्ष असलेल्या ‘केवळ शून्या’पर्यंत पोहोचणे शक्य होईल का?नाही! नन्स्र्ट यांच्या विवेचनानुसार ‘केवळ शून्यापर्यंत’ पोहोचणे अशक्यप्राय असे आहे. कारण तापमान कमी करण्याच्या कोणत्याही प्रयत्नात काही हिस्सा एन्ट्रॉपीच पदार्थामधून काढून टाकली जाऊ शकते. पदार्थाची एन्ट्रॉपी निम्मी करणे हे त्या पदार्थात एकूण किती एन्ट्रॉपी आहे यावर अवलंबून नसते. म्हणून ३०० अंश के पासून १५० अंश के पोहोचणे जितके अवघड असते तितकेच ते १० अंश के पासून ५ अंश के पर्यंत पोहोचण्यात असते आणि असेच पुढे ते शेवटपर्यंत अवघड अवघड होत जाते. ‘केवळ शून्याच्या’ एकदशलक्षांश अंश इतके जवळ जरी तुम्ही पोहोचला असलात तरी तेथून पुढे अर्धा दशलक्षांशापर्यंत पोहोचणे हे ३०० अंश के ते १५० अंश के पर्यंत पोहोचण्याइतकेच अवघड असते. आणि समजा तुम्ही तेथपर्यंत पोहोचला आहात. तर तेथून पुढे पावदशलक्षांशापर्यंत पोहोचणे हेही तितकेच कठीण असते आणि ही अवघड वाट कधीच संपत नाही. आपण ‘केवळ शून्याच्या’ कितीही जवळ जाण्यात यशस्वी होत गेलो तरी आपल्यापासून ते अन-उल्लंघनीय अशा अनंत अंतरावर स्थित असते! अबसोल्यूट झिरो इज अनअट्टेनेबल!!प्रा. डॉ. आ. नी. दामले
