ચંદ્રશેખર, સુબ્રમણ્યમ

ચંદ્રશેખર, સુબ્રમણ્યમ [જ. 19 ઑક્ટોબર 1910, લાહોર (હવે પાકિસ્તાન); અ. 21 ઑગસ્ટ 1995, શિકાગો, અમેરિકા] : સૈદ્ધાંતિક ખગોળ-ભૌતિકશાસ્ત્રી. ‘ચંદ્રશેખર-સીમા’ (Chandrasekhar Limit) માટે જાણીતા.

ભારતીય મૂળના અને 1953માં અમેરિકાના નાગરિક બનેલા પ્રો. સુબ્રમણ્યમ ચંદ્રશેખરનો જન્મ 19મી ઑક્ટોબર 1910ના રોજ બ્રિટિશ શાસનકાળમાં લાહોરમાં થયો હતો. લાહોર ત્યારે ભારતમાં હતું અને ત્યાં તેમના પિતા શ્રી ચંદ્રશેખર સુબ્રમણ્યમ ઐય્યર (1885–1960) દક્ષિણ-પશ્ચિમ રેલ-વિભાગમાં આસિસ્ટન્ટ એકાઉન્ટન્ટ જનરલ હતા. તેમની માતૃભાષા તમિળ હતી. ચંદ્રના પિતા કર્ણાટક સંગીતમાં અને વાયોલિન વગાડવામાં નિપુણ હતા. તેમણે સંગીતશાસ્ત્રમાં કેટલાંક પુસ્તકો પણ લખ્યાં હતાં. આ ઉપરાંત વાર્તા જેવા સાહિત્યપ્રકારો પણ ખેડેલા. સંગીત અને સાહિત્યનો આ વારસો ચંદ્ર સહિત અન્ય સંતાનોમાં પણ ઊતરી આવ્યો હતો. માતાનું નામ સીતાલક્ષ્મી ઐય્યર (1891–1931) હતું. ચંદ્રના ઉછેરમાં તેમનો ફાળો પણ મહત્વનો હતો. તે ઝાઝું ભણ્યાં ન હતાં; પરંતુ પોતાના પતિ પાસે 14 વર્ષની વયે અંગ્રેજી શીખવાનું શરૂ કરી તેમાં એટલી હદે પ્રભુત્વ મેળવ્યું કે અન્ય પુસ્તકોની સાથે, ઇબ્સનના ‘Doll’s House’ પુસ્તકનું અંગ્રેજીમાંથી તમિળમાં ભાષાંતર પણ કર્યું, જે પાછળથી તમિળ શાળાઓમાં પાઠ્યપુસ્તક તરીકે સ્થાન પામ્યું હતું.

હકીકતે ચંદ્રશેખરનો પરિવાર વૈજ્ઞાનિકોનો પરિવાર છે. ચંદ્રના દાદા (પિતામહ) રામનાથન ચંદ્રશેખર (1866–1910) ગણિતમાં અસાધારણ શક્તિ ધરાવતા હતા. ચંદ્રના જન્મ પહેલાં સાત મહિના અગાઉ જ (માર્ચ 1910માં) દાદાનું અવસાન થતાં, તેમની સ્મૃતિમાં ચંદ્રનું નામ (ચંદ્રેશખર) રાખવામાં આવેલું. તેમના એક કાકા ડૉ. સી. રામસ્વામી મોસમ-વિજ્ઞાની તરીકે પ્રખ્યાત હતા, અને બીજા કાકા નોબેલ પુરસ્કાર વિજેતા સર સી. વી. રામન (1888–1970) હતા. પ્રો. ચંદ્રશેખરના ત્રણે ભાઈ પાછળથી પોતપોતાના ક્ષેત્રમાં ઉચ્ચ સ્થાને પહોંચ્યા હતા. જેમ કે, ડૉ. રામનાથન થુમ્બા અંતરિક્ષ સંશોધન કેન્દ્રમાં ઉચ્ચ કોટિના વૈજ્ઞાનિક હતા, ડૉ. બાલકૃષ્ણ પુદુચેરી-(પોંડિચેરી)ની વિખ્યાત મૅડિકલ કૉલેજ ઑબ્સ્ટેટ્રિક્સ(obstetrics)માં પ્રોફેસર હતા, તો પ્રો. વિશ્વનાથન તાતા આયર્ન અને સ્ટીલ કારખાનાના જનરલ મૅનેજર હતા.

1915માં ઘરમાંથી જ પ્રારંભિક શિક્ષણની શરૂઆત. 1918માં ચંદ્રશેખર પરિવાર ચેન્નાઈ (મદ્રાસ) આવ્યું. 1921માં હિંદુ હાઈસ્કૂલ(ટ્રિપ્લિકેન, ચેન્નાઈ)માં 11 વર્ષના ચંદ્રનું વિધિવત ભણતર ચાલુ થયું. ચેન્નાઈની પ્રેસિડેન્સી કૉલેજમાં 1925માં ઇંટર (સાયન્સ) અને 1930માં બી.એ.(ઑનર્સ). 1929માં ‘પ્રોસિડિંગ્ઝ ઑફ રૉયલ સોસાયટી’ અને ‘ફિલૉસૉફિકલ મૅગેઝિન’માં સંશોધન-લેખો પ્રકાશિત થયા. ઈ. સ. 1930માં વધુ અભ્યાસ માટે સરકારી શિષ્યવૃત્તિ મેળવીને 31 જુલાઈના રોજ મુંબઈથી સમુદ્રી જહાજ દ્વારા ઇંગ્લૅન્ડ ગયા અને ત્યાં કૅમ્બ્રિજ વિશ્વવિદ્યાલયમાં ટ્રિનિટી કૉલેજમાં પ્રવેશ મેળવ્યો. તે વખતે તે માત્ર 20 વર્ષના હતા. ત્રણ વર્ષની અંદર જ (1933માં) તેમણે ત્યાંથી પીએચ.ડી.ની ઉપાધિ પ્રાપ્ત કરી. આ દરમિયાન તેમણે કેટલાક શોધપત્રો લખ્યા જે પ્રસિદ્ધ વિજ્ઞાનપત્રિકાઓમાં પ્રસિદ્ધ થયા. આ જ સમયગાળામાં આર્થર એડિંગ્ટન, ઍડવર્ડ મિલ્લે, રૉલ્ફ ફાઉલર વગેરે પ્રસિદ્ધ ખગોળવિદોના પરિચયમાં આવ્યા. યુવાન ચંદ્રશેખર તેમની સાથે, ખાસ કરીને આર્થર એડિંગ્ટન (1882–1944) સાથે પોતાના શોધકાર્ય અંગે ચર્ચા કરતા હતા.

ડૉ. ચંદ્રશેખર તે દિવસોમાં શ્વેત વામન (White dwarf) નામના તારા અંગે સંશોધન કરતા હતા. આવા તારા કદમાં નાના, પણ વજન(દ્રવ્યમાન)માં બહુ ભારે હોય છે, અર્થાત્ તેમનું ઘનત્વ અત્યધિક હોય છે. તેમાંથી જો એકાદ ચમચી જેટલું પણ લઈએ તો તેનું વજન એક હાથી કરતાં પણ વધુ થાય ! હકીકતે 1930માં ઇંગ્લૅન્ડ જતી વખતે સમુદ્રી-યાત્રા દરમિયાન જ તેમણે ગણતરી કરીને જાણી લીધું હતું કે કોઈ તારાને શ્વેત વામન બનવા માટે કેટલું દ્રવ્યમાન જોઈએ. બીજી રીતે કહીએ તો, તેમણે એ શોધી કાઢ્યું કે શ્વેત વામન બનવા માટે તારાના દ્રવ્યમાનની માત્રા કેટલી જોઈએ. શ્વેત વામન તારા બનવા માટે દ્રવ્યમાનની આ સીમા, હદ કે મર્યાદાને આજે ખગોળમાં તેમના માનમાં ‘ચંદ્રશેખર-સીમા’ (Chandrasekhar Limit) કહેવાય છે. આ એક તદ્દન મૌલિક વિચાર હતો. કારણ કે તે પહેલાં ખગોળવિદો એવું માનતા હતા કે બધા જ તારા બળતણ ખલાસ થઈ જતાં અંતમાં સંકોચાઈને શ્વેત વામન તારા બની જાય છે, પણ ચંદ્રશેકરે કહ્યું કે બધા જ તારા કાંઈ શ્વેત વામનમાં ફેરવાતા નથી. અત્યંત જટિલ ગણતરીઓ કરીને તેમણે સાબિત કર્યું કે જે તારાનું દ્રવ્યમાન આપણા સૂર્યના દ્રવ્યમાનથી આશરે સવા ગણું હોય છે, તે જ તારા અંતમાં શ્વેત વામન બની શકે છે; પરંતુ જે તારાનું દ્રવ્યમાન સૂર્યના દ્રવ્યમાનથી લગભગ દોઢ ગણાથી વધુ હોય (1.5 અથવા ચોકસાઈથી કહીએ તો, 1.44 સૂર્યદળથી વધુ હોય), તેવા તારા જીવનવિકાસના અંતિમ તબક્કામાં શ્વેત વામન નહીં બને. બલકે આવા તારા હજુ અધિક સંકોચાતા જશે, અને છેવટે ક્યાં તો અતિસઘન ન્યૂટ્રૉન તારા બનશે કે પછી બ્લૅક હોલ કે કૃષ્ણ-વિવર (Black hole) એટલે કે ‘અર્દશ્ય તારા’ બની જશે. બ્લૅક હોલને શ્યામલ વેહ પણ કહી શકાય. આકાશમાં અબજો-ખર્વો સંખ્યામાં તારાઓ છે. આમાંથી ઘણા તારા આપણા સૂર્યથી અધિક મોટા છે, તો કોઈ ઘણા નાના પણ છે. ડૉ. ચંદ્રશેખરે તારાઓની ઉત્ક્રાન્તિ અંગે – તેમના જીવનક્રમ અંગે એક નવો વિચાર, એક નવો સિદ્ધાંત, રજૂ કર્યો.

ટૂંકમાં, ડૉ. ચંદ્રશેખરે ગણિતની ગણતરીઓ દ્વારા સિદ્ધ કર્યું કે જો તારાનું દ્રવ્યમાન સૂર્યના દ્રવ્યમાનથી આશરે 1.44 ગણાથી વધુ હોય, તો તેનુ સંકોચન શ્વેત વામનની અવસ્થાથી પણ આગળ ચાલુ રહેશે (સૂર્યથી 1.44 ગણા દ્રવ્યમાનને ‘ચંદ્રશેખર-સીમા’નું નામ આપવામાં આવ્યું છે.) જે તારામાં ચંદ્રશેખર-સીમાથી અધિક દ્રવ્ય હોય, તેવા તારા છેવટે અતિસઘન ન્યૂટ્રૉન તારા અથવા તો પછી બ્લૅક હોલ બની જશે.

ચંદ્રશેખરે આ અંગેનો શોધલેખ તૈયાર કરીને ઇંગ્લૅન્ડની રૉયલ ઍસ્ટ્રોનૉમિકલ સોસાયટીની જાન્યુઆરી, 1935ની એક બેઠકમાં રજૂ કર્યો. તે વખતે તેમની વય ચોવીસ વર્ષની હતી. તેમને આશા હતી કે પોતાની આ નવી શોધને વધાવી લેવાશે. પરંતુ તેમના આશ્ચર્ય વચ્ચે તેમના ગુરુ સમા આર્થર એડિંગ્ટને જ તેનો જબ્બર વિરોધ કર્યો ! આવા સમર્થ ખગોળવિદે વિરોધ કર્યો એટલે પછીનાં ઘણાં વર્ષો સુધી તેમની આ શોધ અસ્વીકૃત રહી. પણ નાહિંમત થઈને બેસી રહેવાને બદલે તેમણે આ દરમિયાન પોતાની શોધને વિસ્તારીને તારાઓની સંરચના અને વિકાસને લગતું એક પુસ્તક લખ્યું. સન 1939માં પ્રસિદ્ધ થયેલા આ પુસ્તકનું નામ હતું ‘An Introduction to the Study of Stellar Structure’. પાછળથી, પંદર-વીસ વર્ષ બાદ, ચંદ્રશેખરની આ શોધને સ્વીકૃતિ મળી અને તેમનું આ પુસ્તક સમગ્ર વિજ્ઞાનઆલમમાં મશહૂર થયું. તારાઓની સંરચના અને વિકાસ સંબંધિત શોધ કરવા બદલ 1983માં તેમને ભૌતિકવિજ્ઞાનનું નોબેલ પારિતોષિક પણ એનાયત થયું. આમ તેમણે કરેલી શોધનું લગભગ 50 વર્ષ બાદ ઉચિત સંમાન થયું ! આ સંબંધી એક વાત યાદ રાખવા જેવી એ છે કે ડૉ. ચંદ્રશેખરને આ નોબેલ પુરસ્કાર એ શોધ માટે મળ્યો કે જે તે સમયે (ઈ. સ. 1930–35) તેમણે કરી હતી જ્યારે તે ભારતીય નાગરિક હતા અને તત્કાલીન ભારત સરકારની શિષ્યવૃત્તિ મેળવીને ઇંગ્લૅન્ડમાં આગળ અભ્યાસ કરવા ગયા હતા.

સન 1936માં પહેલી વાર અમેરિકાની સફરે ગયા. પણ ત્યાં લાંબું ન રોકાતા તે જ વર્ષે સ્વદેશ પાછા ફર્યા અને પૂર્વ-પરિચિત યુવતી લલિતા સાથે 11 સપ્ટેમ્બરના રોજ લગ્ન કર્યાં. ભારતમાં તેમની સ્થાયી થવાની ઇચ્છા હોવા છતાં કોઈ યોગ્ય પદ ન મળ્યું. ઇંગ્લૅન્ડથી પણ મન ભરાઈ ગયું હતું એટલે ત્યાં જવાની પણ તેમની ઇચ્છા ન હતી. તે અરસામાં અમેરિકાની શિકાગો યુનિવર્સિટીમાંથી આમંત્રણ મળતાં ઈ. સ. 1936માં પત્ની સાથે ત્યાં ગયા. પહેલાં તો યર્કીઝ વેધશાળામાં જોડાયા અને પછી શિકાગો વિશ્વવિદ્યાલયમાં પ્રાધ્યાપક નિમાયા. ત્યાંથી જીવનના અંતિમ દિવસ સુધી ડૉ. ચંદ્રશેખર અમેરિકામાં જ રહ્યા. ઑક્ટોબર, 1953માં પતિ-પત્ની અમેરિકાના નાગરિક બન્યાં હતાં.

ચંદ્રશેખરનું મૂળ સંશોધનક્ષેત્ર, મુખ્યત્વે તારાઓના બંધારણનો અભ્યાસ અને એમના ક્રમિક વિકાસ એટલે કે તારક ઉત્ક્રાંતિ (stellar evolution) સંબંધિત તથા તારાઓની અંદર ચાલતી ઊર્જાના સ્થાનાંતરની પ્રક્રિયાઓ(process of energy transfer)ના અભ્યાસને લગતું રહ્યું છે. તારક ઊર્જાના વિકિરણ (radiation of stellar energy) સંબંધિત એમનાં સંશોધનોએ તથા શ્વેત-વામન (white dwarf) તરીકે ઓળખાતા એક પ્રકારના તારાઓ અંગેના સૈદ્ધાંતિક સંશોધનોએ અને ખાસ તો, શ્વેત-વામન તારા બનવા માટેના દ્રવ્યની એમણે શોધી કાઢેલી મર્યાદાએ (જે તેમના માનમાં ‘ચંદ્રશેખર-સીમા’ તરીકે ઓળખાય છે) એમને વિશિષ્ટ ખ્યાતિ અપાવી છે.

ચંદ્રશેખરના સંશોધનની એક વિશિષ્ટતા એ રહી છે કે કોઈ પણ વિષયનો અભ્યાસ શરૂ કરે પછી તેમાં પૂરેપૂરા ઓતપ્રોત થઈ જાય અને છેવટે એ વિષય ઉપર પોતાના અભ્યાસનાં નવાં પરિણામો સમાવતું એક પુસ્તક લખીને અભ્યાસ પૂરો કરે. આ મુજબ તેમનાં સંશોધનોને જુદા જુદા સ્પષ્ટ સમયના ગાળામાં વહેંચી શકાય. જેમ કે, ઈ. સ. 1929થી 1939 દરમિયાન તેમણે તારક સંરચના (stellar structure) સંબંધિત સંશોધનોમાં શ્વેત વામન (white dwarfs) અંગેની થિયરી આવરી લીધી; અને ત્યારપછી 1939થી 1943 દરમિયાન તારક ગતિક (stellar dynamics) ઉપર ધ્યાન કેન્દ્રિત કર્યું. તે પછી 1943થી 1950 વચ્ચેના સમયગાળામાં ‘Theory of radiative transfer’ અને ‘Quantum theory of the negative ion of hydrogen’ ઉપર સંશોધન કર્યું. 1950થી 1961 વચ્ચે તેમણે ‘Hydrodynamic’ અને ‘Hydromagnetic stability’ ઉપર કામ કર્યું. 1960ના દસકામાં ‘Equilibrium and stability of ellipsoidal figures of equilibrium’ તથા વ્યાપક સાપેક્ષવાદ (general theory of relativity) ઉપર પણ કામ કર્યું. તે પછી, 1971થી 1983ના સમયગાળામાં બ્લૅક હોલની ગાણિતિક થિયરી પર, અને આખરે, 1980ના દસકાના અંતમાં સંઘટ્ટની ગુરુત્વીય તરંગોના વાદ (theory of colliding gravitational waves) ઉપર સંશોધન કર્યું.

ચંદ્રશેખરના નામ સાથે ‘ચંદ્રશેખર-સીમા’ (મર્યાદા) ઉપરાંત, એક બીજી મર્યાદા સંકળાયેલી છે, જેને ‘ચંદ્રશેખર-શેનબર્ગ લિમિટ’ (Chandrasekhar-Schonberg limit) કહે છે. મુખ્ય ક્રમ (main sequence) તારાઓમાંના કેન્દ્ર ભાગમાંનો હાઇડ્રોજન, એમાંના મૂળ દ્રવ્યમાન કે દળ(mass)ના 10થી 15 % જેટલા હિલિયમમાં રૂપાંતર પામી ચૂક્યો હોય, ત્યારે મુખ્યત્વે હિલિયમનો બનેલો કેન્દ્રગર્ભ કે અંતર્ભાગ (helium core) સંકોચાવા લાગે છે અને તેની ફરતે વીંટળાયેલું મુખ્યત્વે હાઇડ્રોજનનું આવરણ (hydrogen envelope) ઝડપથી વિસ્તરણ પામે છે અને તારો લાલ-વિરાટ (red giant) પ્રકારના તારામાં રૂપાંતરિત થાય છે. કેન્દ્રસ્થ ગર્ભમાંના જથ્થાની ઉપરની મર્યાદાને ચંદ્રશેખરે, પોલૅન્ડના એરિખ શેનબર્ગની સાથે શોધી કાઢેલી હોવાથી તે બંનેના સંયુક્ત નામે તે ઓળખાય છે.

સંશોધન લેખો, પુસ્તકો લખવા ઉપરાંત 19 વર્ષ (1952થી 1971) સુધી ‘The Astrophysical Journal’ નામના પ્રસિદ્ધ વિજ્ઞાન સામયિકનું સંપાદન પણ કર્યું અને તેને નવી ઊંચાઈએ પહોંચાડ્યું. આ સામયિકમાં પણ તેમણે પ્રવાહી સ્ફટિક(liquid crystal)થી માંડીને વસ્તીવધારાની સમસ્યાઓ જેવા વિષયો ઉપર પણ તલસ્પર્શી લેખો લખ્યા.

તેમણે અનેક પુસ્તકો લખ્યાં છે, જેમાં આગળ જેનો ઉલ્લેખ કર્યો તે ‘Introduction to the Study of Stellar Structure’ (1939) ઉપરાંત, ‘Principles of Stellar Dynamics’ (1942), ‘Radiative Transfer’ (1950), ‘Plasma Physics’ (1960), ‘Hydrodynamic and Hydromagnetic Stability’ (1961), ‘Ellipsoidal Figures of Equilibrium’ (1969), ‘The Mathematical Theory of Black Holes’ (1983), ‘Truth and Beauty’ (1987), કે પછી સામાન્ય વાચક માટે લોકભોગ્ય શૈલીમાં લખાયેલું ‘Newton’s Principia for the Common Reader’ (1995) વગેરેનો સમાવેશ થાય છે. આમાંથી ઘણાં બધાં પુસ્તકોની એકથી વધુ આવૃત્તિઓ થઈ છે અને રશિયન સહિત બીજી અનેક ભાષાઓમાં અનુવાદ થયા છે.

ડૉ. ચંદ્રશેખર ટેલિસ્કોપનો ઉપયોગ કરનારા નહીં, પણ કાગળ-પેન્સિલવાળા ખગોળશાસ્ત્રી હતા. તેમની ગણના 20મી સદીના એક મહાન સૈદ્ધાંતિક ખગોળ-ભૌતિકવિદ તરીકે થાય છે. 1962માં ભારતીય રાષ્ટ્રીય વિજ્ઞાન અકાદમીએ ‘રામાનુજન સ્વર્ણ-પદક’થી તેમને સંમાનિત કર્યા. ભારત સરકારે 1968માં તેમને ‘પદ્મ વિભૂષણ’થી અલંકૃત કર્યા. ભારત સહિત અનેક દેશોએ તેમનું સંમાન કર્યું. જેમ કે, 1944માં રૉયલ સોસાયટીએ પોતાના ફેલો બનાવ્યા. 1953માં રૉયલ ઍસ્ટ્રોનૉમિકલ સોસાયટીએ તેમને સુવર્ણ ચંદ્રક અર્પણ કર્યો. 1966માં અમેરિકાએ ‘નૅશનલ મૅડલ ઑફ સાયન્સ’ આપી તેમનું સંમાન કર્યું. 1983માં તેમને અમેરિકાના ખગોળભૌતિક વિજ્ઞાની વિલિયમ આલ્ફ્રેડ ફાઉલર સાથે ભૌતિકશાસ્ત્રનો નોબેલ પુરસ્કાર સંયુક્ત રીતે એનાયત કરવામાં આવ્યો. 1984માં લંડનની રૉયલ સોસાયટીએ ‘કોપલે ચંદ્રક’ (Copley Medal) એનાયત કર્યો.

તેમના માનમાં નાસા(અમેરિકા)એ 23 જુલાઈ, 1999ના રોજ એક નવા પ્રકારનું ટેલિસ્કોપ અંતરિક્ષમાં પ્રક્ષેપિત કર્યું હતું. આ વિશાળ દૂરબીનને તેમનું નામ – ‘ચંદ્રા’ (ચંદ્રશેખરનું સંક્ષિપ્ત નામ) આપવામાં આવ્યું છે. બ્રહ્માંડમાં એક્સ-રેના (ક્ષ-કિરણોના) સ્રોતની શોધ કરવા માટે તેને તરતું મૂકવામાં આવ્યું છે. આ ટેલિસ્કોપે સન 2002માં એકમેક સાથે ટકરાતા બે તારાવિશ્વોના મધ્યભાગમાં બે સક્રિય બ્લૅક હોલ આવેલા હોવાની શોધ કરી છે. આ ઉપરાંત તેણે બીજા પણ કેટલાક બ્લૅક હોલની શોધ કરી છે.

એક લઘુગ્રહને તેમના માનમાં ‘1958 ચંદ્ર’ નામ આપવામાં આવ્યું છે.

ચુંબકીય દ્રવગતિકી(magnetohydrodynamics)ની એક અગત્યની પરિમાણરહિત સંખ્યા(dimensionless number)ને તેમનું નામ (The Chandrasekhar number) આપવામાં આવ્યું છે.

ભારતે પણ હાન્લે (લદ્દાખ) ખાતે 4570 કિમી. ઊંચાઈ પર આવેલી વેધશાળાના મુખ્ય ટેલિસ્કોપને ડૉ. ચંદ્રશેખરના માનમાં ‘હિમાલય ચંદ્ર દૂરબીન’ નામ આપ્યું છે. ઑગસ્ટ 2001થી તે કાર્યરત છે. આટલી ઊઁચાઈએ ખગોળવિદો કાયમ રહી શકે નહીં, તેથી આ દૂરબીનનું સંચાલન સુદૂર બૅંગાલુરુ(બેંગલોર)થી થાય છે.

સુશ્રુત પટેલ