विज्ञान संग्रहालय के केंद्रीय हॉल में प्रवेश करने पर आप छत से लटके लंबे तार के सिरे पर एक भारी गोलक को धीरे-धीरे झूलते देख सकते हैं। काफी देर तक देखने पर भी लगता है कि वह बस उसी जगह आगे-पीछे आ-जा रहा है, लेकिन कुछ घंटों बाद लौटने पर उसके झूलने की दिशा पहले से बदली हुई मिलती है। जब किसी ने उसे छुआ ही नहीं, तो उसकी दिशा किसने बदल दी? इस पहेली के केंद्र में है ‘फूको का लोलक (Foucault Pendulum)’।
सरल शब्दों में, फूको का लोलक ऐसा उपकरण है जिसमें बहुत लंबे तार से एक भारी गोलक लटकाकर उसे लंबे समय तक झुलाया जाता है। भूमि के सापेक्ष उसके दोलन-तल के धीरे-धीरे घूमने से यह बात आँखों के सामने स्पष्ट होती है कि पृथ्वी अपनी धुरी पर घूमती है। इसे आकाश का अवलोकन किए बिना, भवन के भीतर पृथ्वी के घूर्णन को पहली बार प्रमाणित करने वाले प्रयोग के रूप में गिना जाता है।
इस लेख में हम क्रम से देखेंगे कि फूको के लोलक की शुरुआत कैसे हुई, उसका दोलन-तल किस सिद्धांत से घूमता है, अक्षांश के अनुसार उसकी घूर्णन गति कैसे बदलती है और आज विज्ञान संग्रहालयों में लोलक को कैसे चलाया जाता है।
पृथ्वी के घूर्णन को आँखों के सामने दिखाने वाला फूको का लोलक
1851 में, आइए पृथ्वी को घूमते देखिए
इस प्रयोग की कल्पना फ्रांसीसी भौतिक विज्ञानी लेओं फूको (Léon Foucault) ने की थी। फूको ने 1851 के 2वें महीने में पेरिस वेधशाला के मध्याह्न रेखा कक्ष में पहली बार लोलक का सार्वजनिक प्रदर्शन किया। कुछ सप्ताह बाद उन्होंने उससे कहीं बड़ा लोलक पेरिस के पांथेओं (Panthéon) के गुंबद के नीचे लटकाया। कहा जाता है कि उस समय निमंत्रण पत्र पर लिखा था, ‘आइए, पृथ्वी को घूमते देखिए’।
पांथेओं के लोलक का आकार और व्यवस्था इस प्रकार थी।
(1) 67 मीटर लंबा इस्पात का तार
तार जितना लंबा होता है, एक बार आगे जाकर वापस आने में उतना ही अधिक समय लगता है और दोलन उतनी ही देर तक जारी रहता है।
(2) 28 किलोग्राम वजनी गोलक
यह भारी गोलक सीसे का बना था और उसके ऊपर पीतल की परत चढ़ी थी, इसलिए वायु प्रतिरोध के कारण उसका दोलन आसानी से नहीं थमता था।
(3) फर्श पर रेत की पट्टिका
गोलक के नीचे लगी नुकीली सुई हर बार गुजरते हुए रेत पर निशान छोड़ती थी, जिससे कोई भी देख सकता था कि दोलन की दिशा धीरे-धीरे बदल रही है।
इस प्रयोग के इतना चर्चित होने की एक वजह थी। कोपरनिकस के बाद से पृथ्वी के घूमने का विचार व्यापक रूप से स्वीकार किया जाने लगा था, लेकिन इसके अधिकांश प्रमाण तारों और ग्रहों की गति के अवलोकन से निकाले गए निष्कर्षों पर आधारित थे। फूको के लोलक ने आकाश की ओर देखे बिना भवन के भीतर भूमि को घूमते हुए प्रत्यक्ष दिखाया, इसलिए पेरिस के बहुत से नागरिक इसे देखने उमड़ पड़े।
दोलन-तल क्यों घूमता है?
लोलक एक बार झूलना शुरू कर दे, तो बाहर से कोई ऐंठने वाला बल न लगने तक वह उसी तल में आगे-पीछे झूलते रहने की प्रवृत्ति रखता है। यदि तार के लटकने का बिंदु स्वतंत्र रूप से घूम सकने वाला बनाया जाए, तो भवन के घूमने पर भी लोलक अपने मूल दोलन-तल को बनाए रखने का प्रयास करता है।
इसे उत्तरी ध्रुव पर सबसे आसानी से समझा जा सकता है। वहाँ लोलक लटकाने पर उसका दोलन-तल अंतरिक्ष के सापेक्ष स्थिर रहता है, जबकि उसके नीचे भूमि एक दिन में एक चक्कर घूमती है। इसलिए भूमि पर खड़े व्यक्ति को लोलक का दोलन-तल एक दिन में विपरीत दिशा में एक चक्कर घूमता हुआ दिखाई देता है।
- उत्तरी गोलार्ध (Northern Hemisphere): ऊपर से देखने पर दोलन-तल घड़ी की सुइयों की दिशा में घूमता है।
- दक्षिणी गोलार्ध (Southern Hemisphere): इसके विपरीत, दोलन-तल घड़ी की सुइयों की उलटी दिशा में घूमता है।
अंततः घूमने वाला लोलक नहीं है, बल्कि उसे देखने वाले हम पृथ्वी के साथ घूम रहे हैं।
अक्षांश के अनुसार बदलती घूर्णन गति
दोलन-तल को एक चक्कर पूरा करने में लगने वाला समय उस स्थान के अक्षांश पर निर्भर करता है जहाँ लोलक लटकाया गया है। ध्रुवों पर इसमें लगभग 23 घंटे 56 मिनट लगते हैं, जो पृथ्वी के एक बार अपनी धुरी पर घूमने का समय है। भूमध्य रेखा के निकट जाने पर इसकी गति धीरे-धीरे कम होती जाती है। गणना का सूत्र है, ‘एक चक्कर का समय = 23 घंटे 56 मिनट ÷ sin(अक्षांश)’।
- पांथेओं (Paris): लगभग 48.9 डिग्री उत्तरी अक्षांश पर स्थित होने के कारण इसका दोलन-तल एक घंटे में लगभग 11.3 डिग्री घूमता था और एक चक्कर पूरा करने में लगभग 31 घंटे 50 मिनट लगते थे।
- सोल (Seoul): लगभग 37.6 डिग्री उत्तरी अक्षांश पर एक चक्कर पूरा करने में लगभग 39 घंटे लगते हैं।
- भूमध्य रेखा (Equator): दोलन-तल बिल्कुल नहीं घूमता, इसलिए लोलक के माध्यम से पृथ्वी के घूर्णन की पुष्टि नहीं की जा सकती।
दोलन-तल कितना घूमता है, यह तार की लंबाई या गोलक के वजन से स्वतंत्र होकर केवल अक्षांश से निर्धारित होता है। तार की लंबाई केवल एक बार आगे जाकर वापस आने का समय तय करती है। पांथेओं के लोलक को एक पूरा दोलन करने में लगभग 16 सेकंड लगते थे।
इस घूर्णन का मूल वही है जो कोरिऑलिस प्रभाव (Coriolis Effect) का है। इस प्रभाव में पृथ्वी के घूर्णन के कारण गतिशील वस्तुएँ बगल की ओर मुड़ती हुई दिखाई देती हैं। लेकिन यह प्रभाव बहुत छोटा होता है और बदलाव दिखाई देने के लिए दोलन लंबे समय तक जारी रहना चाहिए। इसलिए लंबे तार और भारी गोलक वाले लोलक का उपयोग करना पड़ता है और उसे कई घंटों तक देखना होता है।
आज का फूको लोलक
फूको के लोलक आज भी दुनिया भर के विज्ञान संग्रहालयों, विश्वविद्यालयों और सार्वजनिक भवनों में झूल रहे हैं। हालांकि, इन्हें वास्तव में बनाकर देखें तो यह काम अपेक्षा से अधिक पेचीदा है।
लोलक को लंबे समय तक झुलाने के तरीके
- वायु प्रतिरोध (Air Resistance): हवा से टकराने के कारण दोलन धीरे-धीरे कम होता जाता है, इसलिए गोलक को भारी और चिकना बनाया जाता है।
- दीर्घवृत्तीय दोलन (Elliptical Motion): शुरुआत में छोड़ते समय गोलक को बगल की ओर हल्का धक्का लग जाए, तो वह लंबे अंडाकार पथ पर चलने लगता है और उसकी दिशा अनचाहे ढंग से बदलती है। इसलिए पहले गोलक को धागे से बाँधकर रखा जाता था और फिर धागे को आग से जलाकर उसे बिना झटका दिए गति दी जाती थी।
- विद्युतचुंबकीय सहायता (Electromagnetic Drive): आजकल प्रदर्शनी में लगाए जाने वाले लोलकों के गोलक को हर बार गुजरते समय फर्श में लगा विद्युतचुंबक हल्का बल देता है, जिससे वे पूरे दिन समान आयाम से झूलते रहते हैं।
पांथेओं में इस्तेमाल किए गए मूल गोलक को पेरिस के कला और शिल्प संग्रहालय (Musée des Arts et Métiers) में ले जाकर प्रदर्शित किया गया था। 2010 में तार टूटने से वह नीचे गिर गया और उसे काफी नुकसान पहुँचा।
फूको के लोलक ने किसी जटिल दूरबीन या गणना के बिना, केवल एक तार और एक गोलक से यह दिखा दिया कि जिस भूमि पर हम खड़े हैं, वह लगातार घूमती रहती है। जिस घूर्णन का अनुमान पहले केवल तारों और सूर्य की गति से लगाया जाता था, उसकी पुष्टि अब कोई भी रेत पर बने निशानों से कर सकता था।
धीमे दोलन में छिपी विशाल गति केवल उसी को दिखाई देती है जो उसे लंबे समय तक देखता है। सामान्य लगने वाली घटनाओं का धैर्यपूर्वक अवलोकन करना ही प्रकृति की छिपी व्यवस्था खोजने की दिशा में विज्ञान का पहला कदम है।
