19 August 2018

News Flash

एन्ट्रॉपी : वाहत्या गंगेत हात

आपला सूर्य जळत आहे आणि त्याचबरोबर तो विझतही जात आहे हे एक अटळ वास्तव आहे.

मानवी हस्तक्षेप नसताना निसर्गात सगळे आलबेल असते असे पर्यावरणवादी गृहित धरतात. ऊर्जेचा मानवी वापर अत्यल्प असतानाही डायनासॉर नष्ट होणे, अश्मेंधन उत्पात, हिमयुग, तापमानवाढ, या गोष्टी घडतच होत्या. माणसावर ठपका ठेवण्यासाठी पर्यावरणवाद्यांना विज्ञानातूनच एक गूढगोष्ट गवसली : एन्ट्रॉपी!

एन्ट्रॉपी म्हणजे डिस-ऑर्डर किंवा कु-व्यवस्था ही कल्पना मुळातच खरी नाही. जेव्हा एन्ट्रॉपी म्हणजे काय हे आपल्याला कळेल तेव्हा तिला डिस-ऑर्डर म्हणणे हे कसे चुकून झालेले आहे आणि वस्तुत: तीही एक ‘ऑर्डर’च कशी आहे हे आपल्याला समजेल. आत्ता आपण फक्त ऊर्जेचा विचार करू. (द्रव्य आणि ऊर्जा या गोष्टी एकमेकीत रूपांतरणीय आहेत हा मुद्दा आत्तापुरता बाजूला ठेवू.) उष्णता हे ऊर्जेचे सर्वात ‘नाठाळ पण अपरिहार्य’ रूप आहे. इतर रूपांचे जेव्हा काही तरी ‘हुकते’ तेव्हा ती उष्णतेतच रूपांतरित होतात.

आपला सूर्य जळत आहे आणि त्याचबरोबर तो विझतही जात आहे हे एक अटळ वास्तव आहे. सूर्य विझण्याचा काळ, आज ध्यानात घेण्याचीही गरज नाही, इतका तो दूरचा आहे. शिवाय कोणीही पर्यावरणवादी सूर्य विझण्याच्या संकटावर कोणताही उपाय सुचवू शकत नाही. सूर्य प्रचंड ऊर्जा स्वत:बाहेर टाकतो. त्यातली कितीशी ऊर्जा पृथ्वीवर येऊन आदळते? सूर्याच्या पृष्ठाच्या क्षेत्रफळातील नगण्य भागातून निघालेला झोत पृथ्वीवर पोहोचत असतो. त्यातली बरीचशी ऊर्जा पृथ्वी अवकाशात फेकतच असते. सूर्याचा बाकीचा गोलक-पृष्ठभाग जे उत्सर्जन करतो ते अवकाशात सर्व दिशांनी विखुरले जातच आहे. सूर्य हा एक किरकोळ तारा आहे आणि ऊर्जा बाहेर फेकत राहणे आणि हळूहळू विझत जाणे ही प्रक्रिया सर्वच ताऱ्यांबाबत खरी आहे. ताऱ्यांमध्ये ऊर्जेचे ‘ओज’ (पोटेन्शियल/ विभव) फारच जास्त असते. ताऱ्यांमधून बाहेर फेकल्या गेलेल्या ऊर्जेचे ओज पुढे कमी कमी होत जाते. फक्त ताऱ्यांबाबतच नव्हे तर कोणत्याही ऊर्जावान वस्तूबाबत हे खरे असते.

ऊर्जा या गोष्टीचा स्वभावच असा आहे की, विश्वाच्या ज्या तुकडय़ात ती जास्त ‘भरलेली’ असेल तिकडून ती कमी ऊर्जावान भागांकडे वाहू पाहातेच. गरम पदार्थ निवतो हे आपण अनुभवतोच. म्हणजेच स्वत:चे ओज कमी करून घेणे हाही ऊर्जेचा स्वभावच आहे. ऊर्जेची सघनता आणि दिशावानता जितकी जास्त तितके तिचे ओज (पोटेन्शियल/विभव) जास्त. विरळ आणि दिशाहीन बनणे म्हणजेच ओज कमी होणे. हे अटळपणे होतच असते. यालाच ओजक्षय अर्थात एन्ट्रॉपी म्हणतात. जेव्हा सर्व ऊर्जा सर्व अवकाशात समानपणे पसरली जाईल तेव्हा विश्वाचा मृत्यू झालेला असेल. विभव नसेल तर वैभव कोठले?

मात्र स्थानिक पातळीवर व काही काळापुरते ऊर्जेचे ओजवर्धन (नेगेन्ट्रॉपी) नक्कीच होऊ  शकते. किंबहुना कामाला लावण्याची ऊर्जा संपादन करणे, म्हणजेच अगोदर विखुरलेल्या स्वरूपातली ऊर्जा, सघन आणि दिशावान बनविणे! हे करण्याच्या खटपटीत जी ऊर्जा खपते तिचा ओजक्षय होतोच आणि संपादित केलेल्या ऊर्जेचा ओजक्षय, ती वापरताना होतो. म्हणजे एकुणात विश्वाचा ओजक्षय थांबलेला नसतो, तर त्यापैकी काही अंश ओजवर्धनाच्या उलटय़ा प्रवाहात जाऊन परत येतो. एन्ट्रॉपायझेशन प्रक्रिया, आपल्या आवाक्यातील क्षेत्रातून ‘बायपास’ आणि काही काळासाठी ‘पोस्टपोन’ करता येते, पण रोखता कधीच येत नाही.

नेगेन्ट्रॉपिक करामत: सजीवांची/मनुष्याची

सजीवांत ऊर्जेला रासायनिक व ओजवान बनवून स्वत:त राखण्याची, प्रसंगी वापरून टाकण्याची विशेष क्षमता असते. वनस्पती कर्बग्रहण करतात तेव्हा त्या स्वत:च्या आत ऊर्जेचे ओज वाढवतात. म्हणजेच जी सौर-ऊर्जा पृथ्वीवर आदळून परत बाहेर फेकली जात असते तिच्यातला काही भाग त्यांनी शोषून साठवायला सुरुवात केलेली असते. हे करताना वनस्पती त्यांच्या जगण्यासाठी काही ऊर्जा वापरतात त्यात ओजक्षय होतोच. तरीही वनस्पतीत ओजवान ऊर्जा शिल्लक असते. अन्नसाखळी म्हणजे कमी ओजवान जीवांना खाऊन टाकून अधिक ओजवान जीव निर्माण होणे व जगत राहणे. नागतोडे गवत खातात, बेडूक नागतोडे खातो, साप बेडूक खातो, गरुड साप खातो, माणूस काहीही खातो. माणूस निर्जीव द्रव्यांपासूनही अन्नघटक बनवितो.

जास्त गुंतागुंतीचे जास्त क्षमतावान जीव निर्माण होत जाणे अर्थात उत्क्रांती ही एक महत्त्वाची नेगेन्ट्रॉपिक म्हणजे ओजवर्धक प्रक्रिया आहे. एके काळची जीवसृष्टी गाडली, दाबली आणि तापवली जाऊन पेट्रोलियम व दगडी कोळसा साठवला गेला हा एक महान नेगेन्ट्रॉपिक अ‍ॅक्सिडण्ट (ओजरक्षक योगायोग) होता. औद्योगिक क्रांतीसाठी ओजवान-ऊर्जा-भांडवल (दगडी कोळसा, पेट्रोलियम) मिळणे यामुळेच शक्य झाले.

आपण उदाहरणार्थ धरणे बांधतो तेव्हा आपण नदीच्या खोऱ्यात विखुरलेल्या, पाण्याच्या गुरुत्व-विभव (ग्रॅव्हिटेशनल पोटेन्शियल) ऊर्जेला, सघन आणि दिशावान बनवितो. म्हणजेच नेगेन्ट्रॉपिक प्रक्रिया घडवितो. (पण धरण बांधताना काही ऊर्जा खपते.) हायड्रोइलेक्ट्रिक प्लँट हेदेखील पूर्ण ऊर्जा पुढे पाठवू शकत नाही. असे करत अंतिम ग्राहक जे काय उपकरण चालवतो त्यात उरलीसुरली सगळीच ऊर्जा एन्ट्रॉपाइझ होते. सर्व तांत्रिक विकास म्हणजे अनेकानेक ऊर्जाप्रवाहांना नेगेन्ट्रॉपिक वळसा मारून परत सोडण्याच्या प्रक्रियांचा आणि या प्रक्रियांना काबूत ठेवण्याचा इतिहास आहे!

विश्वाची एन्ट्रॉपी वाढण्यात यामुळे ना भर पडते ना घट होते. म्हणजेच विश्वाची एन्ट्रॉपी वाढण्याच्या वाहत्या गंगेत आपण फक्त हात धुऊन घेतो. धुतले नसते तरी गंगा वाहणार असतेच. ही गंगा मैली होण्याचा प्रश्न नसतो. कारण आपल्याद्वारे गेलेली एन्ट्रॉपी आणि आपल्याला बाजूला ठेवून गेलेली एन्ट्रॉपी यांच्यात काहीच फरक नसतो. एन्ट्रॉपी नेहमीच ‘शुद्ध’ एन्ट्रॉपी असते.

मग गूढगुंजन का झाले?

एन्ट्रॉपी संकल्पनेबाबत अनाकलनीयता आणि काही तरी निराशावादी भीती का बसली ते आता पाहू. पहिल्या औद्योगिक क्रांतीत इंजिने (वाफेची वा अंतज्र्वलन) बनवली गेली, पण इंजिनांत आपण जितकी रासायनिक ऊर्जा घालतो त्यामानाने यांत्रिक-ऊर्जेची निष्पत्ती बरीच कमी मिळते. ही कार्यक्षमता किंवा ऊर्जा-उत्पादकता सुधारण्यासाठी औष्णिक-यांत्रिकी (थर्मोडायनॅमिक्स) ही शाखा विकसित झाली.

वाया जाणारी सर्व ऊर्जा, कोणत्या न कोणत्या स्वरूपात इंजिनमधून बाहेर पडलेली आढळली असती, तर तिच्याबाबत कोडे पडले नसते, पण काही ऊर्जा आतल्या आत जिरून जाते आहे हा मोठाच धक्का होता. कारण ऊर्जा नष्ट होत नाही, फक्त रूपांतरित होते हा नियम आहे. मग ही आतल्या आत जिरून जाणारी ऊर्जा कशात खपते? उष्णता ही ऊर्जा, द्रव्यातील अनेक रेणूंवर स्वार झालेली असते. रेणूंचा थरथराट, चलनवलन वा आदळआपट म्हणजेच तापमान असते. परंतु हे तापमान सरासरी असते. एकेका रेणूची हालचाल वेगवेगळी कमी/अधिक असते. पाणी न तापवतासुद्धा त्याचे बाष्पीभवन १०० अंश सें.च्या बरेच खाली (जसे की समुद्राचे पाणी) का होते? कारण जास्त हलणारे रेणू सटकू शकतात!

ऊर्जेचे धारकांवर झालेले वितरण वैविध्यपूर्ण असते. इंजिनाच्या अवस्थांत हे वितरण-वैविध्य बदलले जाते आणि वैविध्य बदलण्यापायीसुद्धा काही ऊर्जा खर्ची पडते म्हणून ती जिरते. रेणूंतील वितरण-वैविध्याचे गणित बोल्ट्झमनने मांडले. त्यात त्याने संभाव्यता-गणित (प्रोबेबिलिटी) वापरले. पण याचा अर्थ असा नव्हे की, गणिताचे उत्तर अनिश्चित होते! सूक्ष्मातल्या संभाव्यतेवरून स्थूलात निश्चितच उत्तरे निघतात! संभाव्यता म्हणजे अनागोंदी नव्हे! पण ‘डिसऑर्डर’ हा चुकीचा शब्द वापरला गेला. जी इंजिनाच्या आतल्या आत जिरते, तितकीच ऊर्जा एन्ट्रॉपाइझ होत नसून सर्वच ऊर्जा निरनिराळ्या मार्गानी एन्ट्रॉपाइझ होत असते. हे थर्मोडायनॅमिक्सपुरते खरे नसून एकुणातच ऊर्जेबाबत खरे आहे. थर्मोडायनॅमिक्समध्ये एन्ट्रॉपीचे आकलन प्रथम झाले इतकेच. ओजक्षय हा निसर्गनियम आहे. हे आपण वर पाहिलेच आहे, पण त्यावरून ‘माणूस डिसऑर्डर वाढवतोय’ अशी बोलवा उमटली.

अगदी अस्ताव्यस्त खोली, ही आपल्या प्रयोजनांसाठी जरी अस्ताव्यस्त असली, तरी भौतिकीच्या दृष्टीने कारणमीमांसा करताना, ती ऑर्डरच असते. आपल्या गैरशिस्तपणाचा एन्ट्रॉपीशी काहीही संबंध नसतो. तसेच उदाहरणार्थ पत्त्यांचा बंगला बांधणे अवघड असते, पण मोडणे सोपे असते किंवा रांगोळी काढणे अवघड असते, पण फिसकटणे सोपे असते. विधायकता आणि विघातकता यांच्यातली ही असममिती (अ‍ॅसिमेट्री) हा एक स्वतंत्र विषय आहे. महत्त्वाचाही आहे, पण त्यालाही एन्ट्रॉपी गणून मोकळे होणे हे चुकीचे आहे.

ओजक्षय हा मर्यादित विषय सोडून एन्ट्रॉपी हा शब्द इतर अनेक क्षेत्रांत आलंकारिक अर्थाने वापरला गेला. आपले आलंकारिक वक्तव्य हे निसर्गाचे अचूक वर्णन नसते. त्यामुळे एन्ट्रॉपीत भिण्यासारखे काहीही नाही, पण भयगंड पसरवण्यात पर्यावरणवाद्यांचे हितसंबंध गुंतलेले असल्याने ‘एन्ट्रॉपी’ शब्दाचा दुरुपयोग झाला इतकेच.

लेखक तत्त्वज्ञान व सामाजिक शास्त्रांचे ‘स्वातंत्र्य—समृद्धी—सवरेदय—वादी’ आंतरविद्याशाखीय अभ्यासक आहेत. ई-मेल :  rajeevsane@gmail.com

First Published on February 7, 2018 5:15 am

Web Title: rajiv sane article on entropy