विज्ञान म्हणजे काय? लेखांक ७ वैज्ञानिक पद्धत

 

विज्ञान म्हणजे काय?

लेखांक ७

वैज्ञानिक पद्धत  

डॉ. शंतनु अभ्यंकर, वाई.

 

जितका अचाट दावा, तितका बेफाट पुरावा हवाच की; नाही का? विज्ञानानी पुराव्याचे देखील एक विज्ञान विकसित केले आहे. एखादे विधान, कल्पना, दावा हे  खरे की खोटे हे तपासण्याच्या पद्धती आहेत.

यात अनेक युक्त्या वापरल्या जातात.

दोन भिन्न परिस्थितीची तुलना ही एक  मुख्य युक्ति आहे.  उदाहरणार्थ अ हे औषध चांगलं आहे का ब?, असा प्रश्न असेल तर काही आजारी माणसांना अ आणि काहींना ब; असं औषध देऊन दोन गटांची तुलना केली जाते.

असं सांगतात की एक शास्त्रज्ञ महाशय इतके काटेकोर होते की रोज ते  फक्त उजव्या बाजूचेच दात घासायचे. दात घासल्याने काही फायदा होतो का हे तपासण्यासाठी त्यांनी आपल्याच निम्या  दातांची तुलना उरलेल्या निम्या दातांशी करायचे ठरवले होते!

वैज्ञानिक बरेचदा प्रयोग रचतात. उदाहरणार्थ पाऱ्याचा उत्कलन बिंदु किती? असा प्रश्न असेल तर शास्त्रज्ञ काय करतात? ते  पारा घेतात आणि उकळतात. ज्या क्षणी उकळायला लागतो त्या क्षणी त्याचे तापमान मोजतात. नोंदवून ठेवतात. असं बरेचदा करतात. अनेक जणांकडून, अनेक प्रयोगशाळात तपासणी केली जाते. प्रत्येक वेळी येणारे निरीक्षण नीट नोंदवून ठेवले जाते.

पाऱ्याचा उत्कलन बिंदु ३६५.७^०से इतका आहे. पण आश्चर्य म्हणजे दरवेळी प्रयोग केला की तो नेमका ३६५.७^०से इतकाच भरेल असं नाही. अनेक कारणानी आपले निरीक्षण या तापमानाच्या किंचित वर किंवा खाली असू शकते. तापमान नोंदणाऱ्यांकडून बारीकसारिक चुका होऊ शकतात. तापमापकात काही दोष असू शकतात. घेतलेल्या पाऱ्यात काही भेसळ असू शकते.  त्या ठिकाणचा वायूभार (वातावरणीय दाब) कमी अधिक असू शकतो.  म्हणून अनेक वेळा, अनेक व्यक्तींनी, अनेक प्रयोगशाळांत, प्रमाणित वातावरणात,  तोच प्रयोग, पुनःपुन्हा  करण्याला महत्व आहे. मग या सगळ्या निरीक्षणांचा अभ्यास करून त्यांची सरासरी काढली जाते.

थोडक्यात आपल्याकडून मोजणीत कोणतीही त्रुटी राहू नये, कोणतीही चूक राहू नये, अगदी काटेकोर आणि सुयोग्य तपासणी व्हावी अशी दक्षता घेतली जाते. आपण कुठे कुठे चुकू शकतो, कुठे कुठे घोटाळा  होऊ शकतो याचा आगाऊ विचार करून वैज्ञानिक ह्या सगळ्या चुका टाळण्याचा प्रयत्न करत असतात.  

विज्ञानाची युक्ति वापरुन कोणत्याही प्रश्नाचा शोध घेता येतो. झाडे अमुक एका  रंगाच्या प्रकाशात अधिक वाढतात का? ध्वनि प्रदूषणाचे काय दुष्परिणाम होतात? तारे चमचम का करतात? आकाश निळे का दिसते? अशा कोणत्याही प्रश्नाचा वेध आपण ही युक्ति वापरुन घेऊ शकतो.

अगदी तुमच्या मनीमाऊला गोल आकाराची बिस्किटे आवडतात का चौकोनी? याही प्रश्नाचे उत्तर तुम्ही शोधू शकाल. ‘माझ्या मनीमाऊला गोल बिस्किटे आवडत नाहीत’; असं एक वाक्य तुम्ही मनात धरायचं. मग तुम्ही प्रयोग रचायला    सुरवात करायची. पण हे वाटतं तितकं सोप्पं नाही.

मनीला एक दिवस गोल आणि एक दिवस चौकोनी बिस्किटे देऊन ती कोणती बिस्किटे अधिक खाते हे मोजता येईल. पण रोज तीची भूक वेगवेगळी असणार. एके   दिवशी तिनी आधीच एखादा उंदीर मटकावला असेल तर ती बिस्किटे कमीच खाईल. आपले निरीक्षण चुकेल. आपला प्रयोग फसेल.  

यावर असं करता  येईल की दोन बशा शेजारी शेजारी ठेवायच्या.   एका बशीत गोल आणि एक बशीत चौकोनी बिस्किटे ठेवायची. कोणती जास्त खाते ते बघायचं. पण समजा  तिनी दोन्ही बशांकडे नीट न पहाता जी बशी जवळ आहे त्यातल्या बिस्किटांचा फडशा पाडला तर?  

म्हणजे एकाच बशीत दोन्ही प्रकारची बिस्किटे ठेवायला हवीत. तीही फक्त आकार वेगवेगळा असेल अशी. बाकी रंग, वास, चव, जाडी  अगदी समान हवं. ही बिस्किटे बशीत ठेवताना आधी एक प्रकारची बिस्किटे आणि त्यावर दुसरी असं करून चालणार नाही. बिस्किटांची चांगली सरमिसळ असली पाहिजे. म्हणजे जर मनीला गोल बिस्किटे अधिक आवडत असतील तर ती आपोआपच त्यातून शोधून शोधून गोल बिस्किटे खाईल. शिवाय हा प्रयोग बरेचदा करायला हवा. आठ दहा दिवस तरी नक्कीच. शिवाय सर्व दिवशी एकाच प्रकारची बिस्किटे हवीत. आज क्रीमची, उद्या ग्लुकोज, परवा  घरी केलेली,  असं करून चालणार नाही.  

एखादा प्रयोग रचायचा म्हणजे किती गोष्टींचा विचार करावा लागतो हे तुमच्या लक्षात आलंच असेल.

येणेप्रमाणे सारी सिद्धता झाल्यावर आठ ते दहा   दिवस तुम्हाला नीट निरीक्षणे करून नोंदवायला हवीत. मनीनं गोल बिस्किटे अधिक खाल्ली का चौकोनी हे आता तुमच्या लक्षात येईल. तुमचे पहिले विधान होते, ‘माझ्या मनीमाऊला गोल बिस्किटे आवडत नाहीत’, हे वाक्य  चूक का बरोबर हे आता तुम्हाला ठरवता येईल.

या साऱ्या छोट्या आणि साध्याश्या प्रयोगात तुम्ही विज्ञानाची एक अत्यंत उपयुक्त पद्धत वापरली आहे.

आधी तुम्ही एक प्रश्न संशोधनासाठी घेतला. (हो! तुम्ही जे केलं ते संशोधनच होतं बरं!!)

हा प्रश्न होता, मांजराची बिस्किटाची आवड बिस्किटांच्या आकारावर अवलंबून असते का?

मग त्या बाबतीत तुम्ही एक विधान मनात धरलंत. ते विधान होतं, ‘माझ्या मनीमाऊला गोल बिस्किटे आवडत नाहीत’.  ह्याला म्हणतात मूळ गृहीतक (Null Hypothesis).

मग हे गृहीतक सत्य की असत्य हे ठरवण्यासाठी तुम्ही प्रयोग (Experiment) केलात. त्यात काहीही त्रुटी राहू नये म्हणून आटोकाट काळजी घेतलीत.

प्रयोगाच्या नोंदींचा (Observations) विचार करून तुम्ही मनीला कोणती बिस्किटे आवडतात हे ठरवले. तीने गोल बिस्किटे जास्त खाल्ली असतील तर तिला गोल बिस्किटे जास्त आवडतात, चौकोनी खाल्ली असतील तर चौकोनी जास्त आवडतात. ह्याला म्हणतात निष्कर्ष (Conclusion) काढणे. ह्या नुसार तुम्ही मूळ गृहीतक सत्य की असत्य हे ठरवू शकता. इतकंच नव्हे तर तुमचा निष्कर्ष बरोबर असेल तर त्यावर आधारित काही भविष्यवाणी तुम्ही खात्रीने करू शकता. उदाहरणार्थ मनीला जर गोल बिस्किटे आवडतात असा निष्कर्ष आला तर घरी आणलेला गोल बिस्किटांचा पुडा लवकर संपेल.  

 

ह्या प्रयोगात आणखीही बऱ्याच खाचाखोचा  आहेत बरं. समजा एकूण १०० बिस्किटांपैकी मनीने  ५१  गोल आणि ४९ चौकोनी बिस्किटे खाल्ली   (५१+४९=१००). ५१ विरुद्ध ४९, असा स्कोअर आला तर काय निष्कर्ष काढाल बरं? ५१ विरुद्ध ४९  म्हणजे सामना जवळजवळ बरोबरीतच सुटला असं म्हणायला हवं, नाही का? स्कोअर मधे किती फरक असला तर तो महत्वाचा (लक्षणीय) मानायचा?    या प्रश्नाचं उत्तर आहे.  पण अवघड आहे. ह्या प्रश्नाचं उत्तर शोधता येतं ते संख्याशास्त्राच्या मदतीने. अशा फरकाला ‘संख्याशास्त्रीय दृष्ट्या लक्षणीय फरक’ असं म्हणतात.

गृहीतक, प्रयोग, निरीक्षणे आणि ते  गृहीतक  योग्य वा  अयोग्य असा निष्कर्ष ही विज्ञानाची पद्धत आहे. आपणच मनात धरलेलं मूळ गृहीतक हरप्रकारे, हिरीरीनं खोडून काढायचा प्रयत्न करणे ही विज्ञानाची पद्धत आहे. असे सर्व शक्तिनिशी केलेले सर्व प्रयत्न करूनही ते  गृहीतक नाशाबित करता  आलं नाही, तरच ते मान्य केलं जातं. 

अशा पद्धतीने काढलेल्या निष्कर्षाचा आणखी एक फायदा होतो. त्यावर आधारित बिनचूक भविष्यवाणी करता  येते. इथे भविष्यवाणी म्हणजे ज्योतीष नाही हं.

 

क्रिकेटमधील शास्त्रीय भविष्यवाणी.

क्रिकेटमध्ये एलबीडब्लू झाला अथवा नाही हे थर्ड अंपायर मंडळी स्क्रीनवर त्या चेंडूचा संभाव्य प्रवास पाहून ठरवतात. तो चेंडू दांडी गुल करणार होता का नाही ह्याचं नेमकं दर्शन स्क्रीनवर होत असतं. गतीच्या नियमांचा  आधार घेऊनच तर हा प्रकार चालतो. विज्ञानाच्या आधारे केलेली ही भविष्यवाणीच आहे. गतीचे नियम, गुरुत्वाकर्षणाचा नियम वगैरे अतिशय नेमके आणि बिनचूक आहेत ह्याचा  हा पडताळा. असा पडताळा पहाता  येणं   हे देखील विज्ञान नावाच्या युक्तिचं एक व्यवच्छेदक लक्षण आहे.  (व्यवच्छेदक हा जरा अवघड शब्द मी इथे मुद्दाम वापरला आहे. व्यवच्छेदक म्हणजे ज्या शिवाय ही युक्ती अपुरी ठरेल असं लक्षण.)

 

आणखी दोन उदाहरणे

सूर्य आणि ग्रह पृथ्वीभोवती फिरताहेत असं आपण रोजच पहातो. पण शाळेत आपल्याला शिकवतात की हा तर फक्त आभास. प्रत्यक्षात पृथ्वी आणि इतर ग्रह सूर्याभोवती फिरत आहेत. सूर्य पृथ्वीभोवती फिरला काय किंवा पृथ्वी सूर्याभोवती फिरली काय; आपल्याला सूर्य आपल्याभोवती फिरतोय असंच भासणार नाही का? तेंव्हा कोण कुणाभोवती फिरते आहे हा एक मोठाच गहन प्रश्न होता.

थोडक्यात, सूर्य आणि इतर ग्रह  पृथ्वीभोवती फिरत आहेत  असं एक गृहीतक होतं.  पृथ्वी आणि सर्व ग्रह  सूर्याभोवती फिरत आहेत; असं दुसरं गृहीतक होतं. यातलं कोणतं तरी एकच खरं होतं. मग ग्रहांच्या हालचालींचा अभ्यास केला गेला. त्यात असं लक्षात आलं की सूर्य स्थिर आहे असं गृहीत धरलं तर गणितं, अधिक नेमकी येतात. पंचांग, ग्रहणे, ग्रहगती अधिक नेमकेपणानी सांगता  येते. ग्रहांच्या स्थितीवरून जहाजांचे स्थान निश्चित करता  येते. समुद्रभ्रमण सुलभ होते.   या उलट  पृथ्वी स्थिर आहे आणि सूर्य तिच्याभोवती फिरतोय असं गृहीत धरलं तर गणित किचकट तर होतंच पण उत्तरेही मोघम येतात. त्यामुळे ज्या गृहीतकानी बिनचूक भविष्यवाणी शक्य झाली ते बरोबर असणार अशी अटकळ बांधली गेली. सूर्य स्थिर आणि बाकी मंडळी त्या भोवती फेर धरून आहेत हे मान्य झालं.  सूर्य स्थिर असल्याचे इतर पुरावे आपल्याला नंतर स्पष्ट झाले.   

या लेखमालेतील चौथ्या लेखांकात मेंडेलिव्हच्या आवर्तसारीणीबद्दल मी लिहिले होते. या तक्त्यात सर्व मूलद्रव्ये त्यांच्या गुणधर्मानुसार संगतवार मांडली आहेत. मेंडेलिव्हच्या काळी (१८६९) सर्व मूलद्रव्ये ठाऊक नव्हती. अज्ञात रसायनांच्या जागा त्याने मोकळ्या ठेवल्या आणि त्या रिक्त जागांवरील रसायनांचे गुणधर्मही त्यांनी आधीच वर्तवून ठेवले. पुढे जेंव्हा या अज्ञात मूलद्रव्यांचा शोध लागला, तेंव्हा त्यांचे गुणधर्म, मेंडेलिव्हच्या भाकीताशी, तंतोतंत जुळत असल्याचे आढळले. भाकीत बिनचूक आल्याने मेंडेलिव्हने मांडलेली रचना शास्त्रशुद्ध असल्याचे सिद्ध झाले.

 

थोडक्यात वैज्ञानिक पद्धत म्हणजे;    

·       गृहीतक मनात धरणे (Null Hypothesis)

·       प्रयोग (Experiment)

·       निरीक्षणे (Observations)

·       निष्कर्ष (Conclusion)

·       त्यानुसार मूळ गृहीतकाचा स्वीकार अथवा  नकार.

·       तुमचे मूळ गृहीतक बरोबर ठरले तर त्यावर आधारित भविष्यवाणी तुम्ही खात्रीने करू शकता.

·       आणि तुमचे मूळ गृहीतक जर चूक ठरलं तर नाउमेद न होता; ‘नवे गृहीतक नवा प्रयोग’, हा विज्ञानाचा खेळ खेळायला तुम्ही पुन्हा तैय्यार असता!!

 

पूर्वप्रसिद्धी

किशोर मासिक

जुलै २०२१