ઠંડી ગલન પ્રક્રિયા: શું વિજ્ઞાન ખરેખર અશક્યને શક્ય બનાવી શકે છે?

પરમાણુ સંલયન (nuclear fusion) એ બ્રહ્માંડની સૌથી શક્તિશાળી પ્રક્રિયા છે, જે સૂર્ય અને તારાઓને ઉર્જા પૂરી પાડે છે. સામાન્ય રીતે, આ પ્રક્રિયા લાખો ડિગ્રી તાપમાન પર જ શક્ય બને છે, જેને આપણે 'હોટ ફ્યુઝન' તરીકે ઓળખીએ છીએ. પરંતુ, જો આ જ પ્રક્રિયા રૂમના તાપમાને અથવા સામાન્ય ગરમીમાં કરી શકાય તો? આ વિચારને 'કોલ્ડ ફ્યુઝન' (cold fusion) કહેવામાં આવે છે. વિકિપીડિયાના ડેટા મુજબ, આ એક એવી પરિકલ્પિત પરમાણુ પ્રક્રિયા છે જે સામાન્ય તાપમાને ઉર્જા ઉત્પન્ન કરી શકે છે, જે માનવજાત માટે ઉર્જાની સમસ્યાનો કાયમી ઉકેલ લાવી શકે તેમ છે.

આ વિષય ૧૯૮૯માં ત્યારે ચર્ચામાં આવ્યો જ્યારે યુનિવર્સિટી ઓફ ઉટાહના બે રસાયણશાસ્ત્રીઓ, માર્ટિન ફ્લેશમેન અને સ્ટેનલી પોન્સે એક આશ્ચર્યજનક દાવો કર્યો. તેમણે જણાવ્યું કે પેલેડિયમ (palladium) ધાતુના ઇલેક્ટ્રોડનો ઉપયોગ કરીને ભારે પાણી (heavy water) ના વિદ્યુત વિભાજન (electrolysis) દરમિયાન તેમણે અસાધારણ ગરમી ઉત્પન્ન થતી જોઈ છે. આ ગરમી એટલી વધારે હતી કે તેને માત્ર રાસાયણિક પ્રક્રિયા તરીકે સમજાવી શકાય તેમ નહોતી. તેમના મતે, આ ઉર્જા પરમાણુ પ્રક્રિયાનું પરિણામ હતી, જેણે સમગ્ર વિશ્વમાં સનસનાટી મચાવી દીધી હતી.

ઇતિહાસ અને પ્રારંભિક સંશોધનો

કોલ્ડ ફ્યુઝનનો વિચાર નવો નથી. વિકિપીડિયાના ઇતિહાસ વિભાગ અનુસાર, ૧૯૨૦ના દાયકામાં ફ્રેડરિક પેનેથ અને કુર્ટ પીટર્સે પેલેડિયમ દ્વારા હાઇડ્રોજનનું હિલિયમમાં રૂપાંતર કરવાનો દાવો કર્યો હતો, જોકે પાછળથી તેમણે તે પાછો ખેંચી લીધો હતો. ૧૯૨૭માં સ્વીડિશ વૈજ્ઞાનિક જોન ટેન્ડબર્ગે પણ હાઇડ્રોજનને હિલિયમમાં બદલવા માટે પેટન્ટ અરજી કરી હતી, પરંતુ ભૌતિક પ્રક્રિયા સમજાવવામાં નિષ્ફળ રહેતા તે નકારવામાં આવી હતી. 'કોલ્ડ ફ્યુઝન' શબ્દનો સૌપ્રથમ ઉપયોગ ૧૯૫૬માં ન્યૂયોર્ક ટાઇમ્સના એક લેખમાં લુઈસ અલ્વારેઝના કામના સંદર્ભમાં થયો હતો.

ફ્લેશમેન અને પોન્સના પ્રયોગમાં પેલેડિયમ ધાતુની હાઇડ્રોજન શોષવાની અદભૂત ક્ષમતાનો ઉપયોગ કરવામાં આવ્યો હતો. પેલેડિયમ પોતાના કદ કરતા સેંકડો ગણો હાઇડ્રોજન શોષી શકે છે. વૈજ્ઞાનિકોએ ધારણા કરી હતી કે પેલેડિયમની અંદર હાઇડ્રોજનના આઇસોટોપ્સ (isotopes) એટલા નજીક આવી જશે કે તેઓ કુદરતી રીતે જોડાઈને ઉર્જા મુક્ત કરશે. આ પ્રયોગ માટે તેમણે કેલરીમીટર (calorimeter) નામના ઉપકરણનો ઉપયોગ કર્યો હતો, જે પ્રક્રિયા દરમિયાન પેદા થતી ગરમીને માપે છે.

પ્રયોગની પદ્ધતિ અને વિજ્ઞાન

ફ્લેશમેન-પોન્સ પ્રયોગમાં ભારે પાણી એટલે કે ડ્યુટેરિયમ ઓક્સાઈડનો ઉપયોગ કરવામાં આવ્યો હતો. ડ્યુટેરિયમ (deuterium) એ હાઇડ્રોજનનો એક ભારે પ્રકાર છે. જ્યારે પેલેડિયમ કેથોડ (cathode) પર વિદ્યુત પ્રવાહ આપવામાં આવે છે, ત્યારે ડ્યુટેરિયમના અણુઓ પેલેડિયમની જાળીદાર રચના (lattice structure) માં જમા થાય છે. સંશોધકોએ નોંધ્યું કે શરૂઆતમાં તાપમાન ૩૦ °C પર સ્થિર હતું, પરંતુ અચાનક તે વધીને ૫૦ °C થઈ ગયું, જે બે દિવસ સુધી ચાલ્યું હતું.

વૈજ્ઞાનિકોએ દાવો કર્યો હતો કે આ પ્રક્રિયામાં ન્યુટ્રોન (neutron) અને ટ્રિટિયમ (tritium) જેવા પરમાણુ આડપેદાશો પણ જોવા મળ્યા હતા. સામાન્ય રીતે, પરમાણુ સંલયન થાય ત્યારે આવા કણો મુક્ત થાય છે. જોકે, આ કણોની સંખ્યા એટલી ઓછી હતી કે અન્ય વૈજ્ઞાનિકોએ તેના પર શંકા વ્યક્ત કરી હતી. વિકિપીડિયા મુજબ, કુદરતી સ્ત્રોતો અને કોસ્મિક કિરણોને કારણે પણ વાતાવરણમાં ન્યુટ્રોન અને ટ્રિટિયમના અંશો જોવા મળે છે, જે પ્રયોગમાં ભૂલ પેદા કરી શકે છે.

વિવાદ અને વૈજ્ઞાનિક પ્રતિભાવ

માર્ચ ૧૯૮૯માં જ્યારે આ જાહેરાત કરવામાં આવી, ત્યારે વિશ્વભરના ભૌતિકશાસ્ત્રીઓએ તેને ફરીથી કરવાનો પ્રયાસ કર્યો. કેલિફોર્નિયા ઇન્સ્ટિટ્યૂટ ઓફ ટેકનોલોજીના પ્રોફેસર નાથન લુઈસ અને CERN ના વૈજ્ઞાનિક ડગ્લાસ મોરિસન જેવા નિષ્ણાતોએ આ પ્રયોગનું પુનરાવર્તન કરવામાં નિષ્ફળતા મેળવી. મોટાભાગના પ્રયોગોમાં કોઈ વધારાની ગરમી જોવા મળી નહોતી. આના કારણે વૈજ્ઞાનિક સમુદાયમાં ભારે રોષ જોવા મળ્યો અને કોલ્ડ ફ્યુઝનને 'પેથોલોજીકલ સાયન્સ' (pathological science) એટલે કે ભ્રામક વિજ્ઞાન તરીકે ઓળખવામાં આવ્યું.

યુનાઇટેડ સ્ટેટ્સ ડિપાર્ટમેન્ટ ઓફ એનર્જી (DOE) એ ૧૯૮૯માં એક સમીક્ષા કરી અને તારણ કાઢ્યું કે વધારાની ગરમીના પુરાવા ખાતરીપૂર્વકના નથી. ૨૦૦૪માં બીજી એક સમીક્ષા કરવામાં આવી હતી, પરંતુ તેમાં પણ કોઈ નક્કર પરિણામ મળ્યું નહોતું. પરિણામે, મુખ્ય પ્રવાહના વૈજ્ઞાનિક સામયિકોમાં આ વિષય પરના લેખો છપાવાનું બંધ થઈ ગયું. ફ્લેશમેન અને પોન્સ પર પદ્ધતિસરની ભૂલો અને ઉતાવળે જાહેરાત કરવાનો આરોપ લાગ્યો, જેના કારણે તેમણે અમેરિકા છોડીને ફ્રાન્સમાં પોતાનું સંશોધન ખસેડવું પડ્યું હતું.

આધુનિક સંશોધન: LENR અને ગૂગલનો પ્રયાસ

ભલે ૧૯૮૯માં આ વિષયને નકારી દેવામાં આવ્યો હતો, પરંતુ સંશોધકોનો એક નાનો સમૂહ હજુ પણ તેના પર કામ કરી રહ્યો છે. હવે આ ક્ષેત્રને 'લો-એનર્જી ન્યુક્લિયર રિએક્શન' (low-energy nuclear reactions - LENR) અથવા 'કન્ડેન્સ્ડ મેટર ન્યુક્લિયર સાયન્સ' (CMNS) તરીકે ઓળખવામાં આવે છે. Quanta Magazine ના અહેવાલ મુજબ, શું કોલ્ડ ફ્યુઝનમાં નિષ્ફળતા અને છેતરપિંડી સિવાય પણ કંઈક વધુ છે તે જાણવા માટે આધુનિક ટેકનોલોજીનો ઉપયોગ થઈ રહ્યો છે.

૨૦૧૯માં 'Nature' સામયિકમાં ગૂગલ દ્વારા ભંડોળ પૂરું પાડવામાં આવેલ એક સંશોધન પ્રકાશિત થયું હતું. આ અભ્યાસમાં વૈજ્ઞાનિકોએ અત્યંત ચોકસાઈ સાથે ફ્લેશમેન-પોન્સના પ્રયોગનું પુનરાવર્તન કરવાનો પ્રયાસ કર્યો હતો. જોકે આ પ્રયાસમાં પણ પરમાણુ સંલયનના કોઈ ચોક્કસ પુરાવા મળ્યા નહોતા, પરંતુ તેણે ધાતુઓની અંદર હાઇડ્રોજનની વર્તણૂક વિશે નવી સમજ પૂરી પાડી હતી. આ સંશોધન સૂચવે છે કે ભલે જૂના દાવા ખોટા હોય, પણ અણુ સ્તરે કંઈક અજ્ઞાત પ્રક્રિયાઓ થઈ રહી હોઈ શકે છે.

ભવિષ્યની સંભાવનાઓ અને પડકારો

કોલ્ડ ફ્યુઝન અથવા LENR જો સફળ થાય, તો તે વિશ્વને સસ્તું, સ્વચ્છ અને અખૂટ ઉર્જા સ્ત્રોત આપી શકે છે. તેમાં માત્ર દરિયાના પાણીનો બળતણ તરીકે ઉપયોગ થાય છે અને કોઈ હાનિકારક રેડિયોએક્ટિવ કચરો પેદા થતો નથી. પરંતુ, અત્યાર સુધી કોઈ પણ સ્વીકૃત સૈદ્ધાંતિક મોડેલ (theoretical model) નથી જે સમજાવી શકે કે રૂમના તાપમાને પરમાણુ કેન્દ્રો વચ્ચેનું અપાકર્ષણ બળ કેવી રીતે દૂર કરી શકાય.

ભૌતિકશાસ્ત્રના મૂળભૂત નિયમો મુજબ, બે પરમાણુ કેન્દ્રોને જોડવા માટે પ્રચંડ ઉર્જાની જરૂર પડે છે કારણ કે બંને ધન વીજભાર ધરાવે છે અને એકબીજાને દૂર ધકેલે છે. હોટ ફ્યુઝનમાં આ ઉર્જા લાખો ડિગ્રી તાપમાન દ્વારા પૂરી પાડવામાં આવે છે. કોલ્ડ ફ્યુઝનના સમર્થકો માને છે કે ધાતુની જાળીદાર રચનામાં ક્વોન્ટમ અસરોને કારણે આ શક્ય બની શકે છે, પરંતુ આ વાત હજુ સાબિત થવાની બાકી છે.

નિષ્કર્ષમાં, કોલ્ડ ફ્યુઝનનો ઇતિહાસ વિજ્ઞાનની દુનિયા માટે એક પાઠ સમાન છે. તે દર્શાવે છે કે કેવી રીતે ઉતાવળમાં કરવામાં આવેલી જાહેરાતો અને પુરાવા વગરના દાવાઓ વૈજ્ઞાનિક વિશ્વસનીયતાને નુકસાન પહોંચાડી શકે છે. તેમ છતાં, LENR ના નામે ચાલી રહેલા સંશોધનો એ આશા જીવંત રાખે છે કે કદાચ ભવિષ્યમાં આપણે પરમાણુ ઉર્જા મેળવવાની કોઈ નવી અને સરળ પદ્ધતિ શોધી શકીશું. વિજ્ઞાન હંમેશા પ્રશ્નો પૂછવા અને પ્રયોગો કરવા વિશે છે, અને કોલ્ડ ફ્યુઝન એ પ્રક્રિયાનો એક વિવાદાસ્પદ પણ રસપ્રદ ભાગ છે.