एडोल्फ फिक: वह भौतिक विज्ञानी जिसने जीवन को मापा

1870 में, शरीर विज्ञान के एक प्रोफेसर वुर्ज़बर्ग की भौतिक-चिकित्सा सोसायटी के सामने खड़े हुए और अपनी उलझन स्वीकार की - अपने विचार की कठिनाई पर नहीं, बल्कि उसकी स्पष्टता पर। एडोल्फ फिक ने कमरे में मौजूद लोगों से कहा कि अभी तक कोई भी "निम्नलिखित स्पष्ट तरीके" पर नहीं पहुँचा है कि यह निर्धारित किया जा सके कि वेंट्रिकल प्रत्येक सिस्टोल के साथ कितना रक्त बाहर निकालता है। इसके बाद जो हुआ उसके लिए किसी नए उपकरण और किसी नई सर्जरी की आवश्यकता नहीं थी, केवल एक अंकगणित जो इतना साफ था कि यह धोखाधड़ी जैसा लग रहा था। डेढ़ सदी बाद, हृदय रोग विशेषज्ञ अभी भी उस अंकगणित को स्वर्ण मानक के रूप में मानते हैं जिसके खिलाफ कार्डियक आउटपुट के हर प्रतिस्पर्धी माप को आंका जाता है।

डॉक्टर का कोट पहने एक गणितज्ञ

फिक का जन्म 3 सितंबर 1829 को कासेल में हुआ था, एक ऐसे परिवार में जिसने जर्मन विज्ञान के एक से अधिक पृष्ठों पर अपना नाम दर्ज कराया। उनके भाई फ्रांज लुडविग फिक थे; उनके भतीजे, एडोल्फ गैस्टन यूजीन फिक, बाद में 1887 में अनियमित दृष्टिवैषम्य (astigmatism) के उपचार के रूप में पहले कांच के कॉन्टैक्ट लेंस में से एक को फिट करेंगे - एक शुरुआती और प्रसिद्ध रूप से असहज उपकरण जिसे लंबे समय तक नहीं पहना जा सकता था।

वह चिकित्सा में एक टेढ़े रास्ते से आए। उनका औपचारिक प्रशिक्षण गणित और भौतिकी में शुरू हुआ, और उसके बाद ही उन्होंने चिकित्सा संकाय की ओर रुख किया, 1851 में मारबर्ग विश्वविद्यालय से डॉक्टरेट की उपाधि प्राप्त की और कुछ समय के लिए एक प्रोसेक्टर के रूप में काम किया, जो शरीर रचना विज्ञान का तकनीशियन होता है जो प्रदर्शन के लिए शव तैयार करता है। संचालन का वह क्रम बाद में आने वाले करियर के बारे में लगभग सब कुछ बताता है। फिक भौतिक सादृश्य की तलाश में शरीर विज्ञान में नहीं आए; वह उन्हें पहले से ही अपने साथ लेकर आए थे, और उन्होंने अपना जीवन यह खोजने में बिताया कि शरीर उनके प्रति किस हद तक झुक जाएगा।

प्रसार पर (Ueber Diffusion)

वह पच्चीस वर्ष के थे जब उन्होंने वह शोध पत्र प्रकाशित किया जिसने नाम को स्थायी बना दिया। "प्रसार पर" (Ueber Diffusion) 1855 में Annalen der Physik, खंड 94, पृष्ठ 59 से 86 में प्रकाशित हुआ, जिसके बाद Philosophical Magazine में इसका अंग्रेजी अनुवाद आया। समस्या नई नहीं थी। थॉमस ग्राहम पहले ही प्रयोगात्मक रूप से दिखा चुके थे कि घुले हुए पदार्थ तरल के माध्यम से मापने योग्य दरों पर फैलते हैं। ग्राहम ने जो प्रदान नहीं किया था वह एक नियम था।

फिक ने सादृश्य द्वारा एक नियम प्रदान किया। गर्मी फूरियर के नियम के अनुसार तापमान ढाल (gradient) के नीचे बहती है; विद्युत आवेश ओम के नियम के अनुसार विभव ढाल के नीचे बहता है; उन्होंने तर्क दिया कि कोई कारण नहीं था कि घुला हुआ नमक एकाग्रता ढाल के नीचे बहते समय अलग तरह से व्यवहार करे। इसलिए उन्होंने संबंध लिखा - प्रवाह ढाल की ढलान के समानुपाती - और फिर यह पता लगाने के लिए बेंच पर गए कि क्या प्रकृति सहमत है। ग्राहम के उपकरण पर आधारित एक उपकरण का उपयोग करके, उन्होंने पानी से भरी नलियों से जुड़े दो जलाशयों के बीच नमक की सांद्रता और प्रसार प्रवाह को मापा। प्रकृति सहमत थी। उस समय ठोस पदार्थों में प्रसार का अध्ययन करना संभव नहीं माना जाता था, इसलिए नियम तरल पदार्थों में स्थापित किए गए और बाद में ही विस्तारित किए गए।

यह कदम उनके युग की विशेषता थी। डार्सी छिद्रपूर्ण मीडिया के माध्यम से हाइड्रोलिक प्रवाह के लिए एक समान नियम तैयार कर रहे थे; गर्मी के लिए फूरियर का नियम पहले से ही विहित था; आवेश के लिए ओम का नियम भी। फिक का योगदान पारिवारिक समानता को पहचानना और उसके लापता सदस्य का दावा करना था। झिल्लियों के पार गैस विनिमय को समझने के लिए शरीर विज्ञानी के उपकरण के रूप में जो शुरू हुआ, वह अब अर्धचालक निर्माण, दवा-रिलीज फॉर्मूलेशन, खाद्य विज्ञान और औद्योगिक रसायन विज्ञान के एक बड़े हिस्से को रेखांकित करता है।

बायोफिज़िक्स की पहली किताब

एक साल बाद, 1856 में, उन्होंने Die medizinische Physik - "मेडिकल फिजिक्स" प्रकाशित की - जिसे आमतौर पर शायद अब तक लिखी गई पहली बायोफिज़िक्स पाठ्यपुस्तक माना जाता है। उस शीर्षक में लगाया गया दावा मामूली नहीं था। इसने दावा किया कि जीवित शरीर अपने स्वयं के विशेष व्याख्यात्मक सिद्धांतों की मांग करने वाला क्षेत्र नहीं है, बल्कि एक भौतिक प्रणाली है, जो माप के लिए, अंतर समीकरणों के लिए और भौतिकी व्याख्यान कक्ष के सामान्य फर्नीचर के लिए उपलब्ध है। उन्होंने मांसपेशियों के शरीर विज्ञान पर भी काफी काम किया, जो विषय की वह शाखा है जहां यांत्रिक माप सबसे कठिन होता है।

हृदय का बहीखाता

1870 की विधि द्रव्यमान के संरक्षण पर टिकी है और कुछ नहीं। रक्त ऑक्सीजन ले जाकर ऊतकों तक पहुंचता है और कम ऑक्सीजन लेकर निकलता है; वह अंतर, गुजरने वाले रक्त की मात्रा से गुणा करने पर, शरीर द्वारा खपत की गई ऑक्सीजन के बराबर होना चाहिए। पुनर्व्यवस्थित करें, और कार्डियक आउटपुट ऑक्सीजन की खपत को धमनी-शिरापरक ऑक्सीजन अंतर से विभाजित करने के बराबर हो जाता है। मापें कि एक रोगी कितनी ऑक्सीजन जलाता है, धमनी और शिरापरक रक्त की ऑक्सीजन सामग्री का नमूना लें, विभाजित करें - और आपके पास उस हृदय का आउटपुट है जिसे आपने कभी नहीं छुआ।

यह कट्टरपंथी था क्योंकि इसने अंग को पूरी तरह से दरकिनार कर दिया था। हृदय के काम को तौलने के पिछले प्रयासों में हृदय तक पहुंचना शामिल था। फिक का सिद्धांत परिसंचरण को एक सीलबंद बॉक्स के रूप में मानता है और बाहर से पूछताछ करता है, एक ऐसी मात्रा तक पहुंचने के लिए लेखांकन का उपयोग करता है जिसे प्रत्यक्ष अवलोकन नहीं कर सकता था।

यह एक आदर्श उपकरण नहीं है, और इसने कभी ऐसा होने का नाटक नहीं किया है। जहां धमनी-शिरापरक अंतर संकीर्ण है, वहां छोटी नमूनाकरण त्रुटियां बुरी तरह बढ़ जाती हैं। इंट्राकार्डियक शंट ऑक्सीजन मूल्यों को भ्रष्ट करते हैं। निमोनिया में, फेफड़ों द्वारा स्वयं खपत की गई ऑक्सीजन गणना किए गए आउटपुट को 13 से 15 प्रतिशत तक बढ़ा सकती है। स्थिर-अवस्था धारणा हेमोडायनामिक रूप से अस्थिर रोगी में विफल हो जाती है। सीधे और सावधानीपूर्वक किए जाने पर भी, प्रत्यक्ष फिक विधि सत्य के लगभग आठ प्रतिशत के भीतर आती है। यह वैसे भी संदर्भ मानक बना हुआ है, क्योंकि बाकी सब कुछ इसके खिलाफ कैलिब्रेट किया जाता है।

वुर्ज़बर्ग में इकतीस साल

1868 से 1899 तक फिक ने वुर्ज़बर्ग में जूलियस-मैक्सिमिलियन विश्वविद्यालय में शरीर विज्ञान की कुर्सी संभाली - एक विभाग में तीन दशक, जर्मन शरीर विज्ञानियों की एक पीढ़ी को अपनी मात्रात्मक छवि में ढालने के लिए पर्याप्त समय। विश्वविद्यालय द्वारा स्थापित कपुज़िनरस्ट्रैस पर एक पट्टिका अभी भी उस घर को चिह्नित करती है जहां वह रहते थे। 21 अगस्त 1901 को फ्लेमिश तट पर ब्लैंकेनबर्ज में इकहत्तर वर्ष की आयु में उनका निधन हो गया।

एडोल्फ को जीनियस क्यों कहा जाता है

फिक के सर्वश्रेष्ठ काम में प्रदर्शित गुणवत्ता कच्ची कम्प्यूटेशनल शक्ति या तथ्यों का विश्वकोश आदेश नहीं है। यह संरचनात्मक दृष्टि का एक विशेष प्रकार है: एक क्षेत्र में अनसुलझी समस्या को देखने और यह पहचानने की क्षमता कि यह औपचारिक रूप से दूसरे में हल की गई समस्या के समान है। उन्होंने ऐसा उच्चतम स्तर पर दो बार किया। प्रसार एक अलग चर के साथ फूरियर का गर्मी समीकरण बन गया। कार्डियक आउटपुट द्रव्यमान-संरक्षण बहीखाता बन गया। न तो अंतर्दृष्टि के लिए ऐसे उपकरणों की आवश्यकता थी जो किसी और के पास न हों; दोनों के लिए एक ऐसी आकृति को देखने की आवश्यकता थी जिसके माध्यम से बाकी सभी लोग सीधे देख रहे थे - जो कि ठीक यही कारण है कि वह वुर्ज़बर्ग सोसायटी को स्पष्ट आश्चर्य के साथ बता सके कि उनकी हृदय विधि "स्पष्ट" थी।

प्रति-मामला वास्तविक है और इसे कहा जाना चाहिए। फिक ने प्रसार की खोज नहीं की; ग्राहम के प्रयोग पहले आए, और फिक का अपना उपकरण ग्राहम के मॉडल पर आधारित था। उन्होंने अपने नियम को पहले सिद्धांतों से उतना नहीं निकाला जितना कि इसे थर्मल भौतिकी से थोक में आयात किया और फिर प्रयोगात्मक रूप से सत्यापित किया। उन्होंने कभी भी प्रस्तावित हृदय माप नहीं किया: 1870 में मिश्रित शिरापरक रक्त को सुरक्षित रूप से नमूना लेने के साधन मौजूद नहीं थे, और विधि ने इसे उपयोगी बनाने के लिए कार्डियक कैथीटेराइजेशन के लिए दशकों तक इंतजार किया। एक कठोर पठन उन्हें एक मूल निवासी के बजाय एक शानदार एनालॉगिस्ट और औपचारिक रूप देने वाला बनाता है। लेकिन औपचारिकता कम कार्य नहीं है। फिक के नियम के बिना ग्राहम के परिणाम संख्याओं की एक तालिका हैं; इसके साथ, वे किसी भी माध्यम और किसी भी अनुशासन के लिए निर्यात योग्य एक भौतिक सिद्धांत बन जाते हैं। वह हस्तांतरणीयता उपलब्धि का पूरा माप है।

विरासत

फिक का नाम दो स्थानों पर जीवित है जो शायद ही कभी एक-दूसरे से बात करते हैं। एक सामग्री प्रयोगशाला में, फिक के नियम नियंत्रित करते हैं कि डोपेंट परमाणु सिलिकॉन के माध्यम से कैसे रेंगते हैं। एक कैथीटेराइजेशन सुइट में, फिक का सिद्धांत एक हृदय रोग विशेषज्ञ को बताता है कि एक विफल हृदय कितनी मेहनत कर रहा है। न तो समुदाय उस शरीर विज्ञानी को याद करता है जिसने दोनों का उत्पादन किया है जैसा कि वह कर सकता था - उनके भतीजे का कॉन्टैक्ट लेंस जनता के लिए दोनों से बेहतर जाना जाता है। लेकिन जिस दृढ़ विश्वास ने उन्हें ले लिया, कि जीवित पदार्थ सामान्य भौतिकी का पालन करता है और सामान्य गणित के सामने झुक जाएगा, वह अब बायोमेडिकल विज्ञान का आधार इतना पूरी तरह से है कि यह अदृश्य हो गया है। यह सबसे संपूर्ण प्रकार की जीत है जो एक वैज्ञानिक जीत सकता है।