आर्चीबाल्ड हिल: वह गणितज्ञ जिन्होंने मांसपेशियों को मापा

आर्चीबाल्ड विवियन हिल (Archibald Vivian Hill) ने एक सिकुड़ती हुई मांसपेशी द्वारा छोड़ी गई गर्मी का पता लगाने के लिए नोबेल पुरस्कार जीता था — ऐसी सूक्ष्म मात्राएँ जिन्हें देखने के लिए उन्हें पहले थर्मोकपल में सुधार करना पड़ा था। युवावस्था में ही उन्होंने वह समीकरण लिख दिया था जो आज भी यह वर्णन करता है कि ऑक्सीजन हीमोग्लोबिन से कैसे बंधती है। उन्होंने "हिल के ब्रिगेड (Hill's Brigands)" उपनाम से युद्धकालीन गननेरी यूनिट का संचालन भी किया, उस समिति में बैठे जिसने रडार का निर्माण किया, और नाजी जर्मनी से नौ सौ विद्वानों को बचाने में मदद की।

ब्रिस्टल और कैम्ब्रिज

हिल का जन्म 26 सितंबर 1886 को ब्रिस्टल में जोनाथन हिल (Jonathan Hill) और एडा प्रिसिला रुम्नी (Ada Priscilla Rumney) के यहाँ हुआ था। उनकी शिक्षा ब्लंडेल स्कूल (Blundell's School) में हुई और वे ट्रिनिटी कॉलेज, कैम्ब्रिज गए, जहाँ उन्होंने गणित की पढ़ाई की और ब्रिटेन की सबसे कठिन परीक्षा में अपने वर्ष के शीर्ष छात्रों में से एक (wrangler) रहे।

फिर उन्होंने शरीरक्रिया विज्ञान (फिजियोलॉजी) का रुख किया। इस कदम ने उन्हें परिभाषित किया: वे जीव विज्ञान में एक गणितज्ञ का यह आग्रह लेकर आए कि किसी घटना को तब तक समझा नहीं जा सकता जब तक उसे मात्रा (quantity) के रूप में व्यक्त न किया जाए।

1913 में उन्होंने अर्थशास्त्री जॉन नेविल कींस (John Neville Keynes) की बेटी और जॉन मेनार्ड कींस (John Maynard Keynes) तथा सर्जन जेफ्री कींस (Geoffrey Keynes) की बहन मार्गरेट नेविल कींस (Margaret Neville Keynes) से विवाह किया। उनके चारों बच्चे विद्वान बने: पॉली हिल (Polly Hill) एक अर्थशास्त्री, डेविड कींस हिल (David Keynes Hill) एक शरीरक्रिया विज्ञानी, जेनेट हिल (Janet Hill) एक बाल मनोचिकित्सक, और मौरिस हिल (Maurice Hill) एक समुद्र विज्ञानी बने।

समीकरण

हिल का पहला योगदान उनकी ट्रेनिंग पूरी होने से पहले ही आ गया था। 1909 में, जब वे अभी स्नातक छात्र ही थे, उन्होंने निकोटीन और क्यूरे (curare) न्यूरोमस्कुलर जंक्शन पर कैसे बंधते हैं, इसका अध्ययन करते हुए उस संबंध को व्युत्पन्न किया जिसे अब लैंगमुइर समीकरण (Langmuir equation) के रूप में जाना जाता है। 1910 में उन्होंने हिल समीकरण तैयार किया, जो यह बताता है कि ऑक्सीजन हीमोग्लोबिन से कैसे बंधती है।

एक सदी बाद भी हिल समीकरण जैव रसायन विज्ञान में मानक बना हुआ है। इसका घातांक — हिल गुणांक — सहकारिता (cooperativity) को मापता है, वह डिग्री जिस पर एक साइट पर बंधन अन्य साइटों की आत्मीयता को बदल देता है, जिसे मिखेलिस-मेंटेन काइनेटिक्स से विचलन के रूप में व्यक्त किया जाता है। यह वर्णन करने के लिए एक सामान्य उपकरण है कि कोई अणु किसी संकेत पर कैसे प्रतिक्रिया करता है, और एक युवा व्यक्ति ने अपना करियर शुरू होने से पहले ही इसे व्युत्पन्न कर लिया था।

हिल के ब्रिगेड

प्रथम विश्व युद्ध ने उन्हें प्रयोगशाला से बाहर निकाल दिया। हिल ने कैम्ब्रिजशायर रेजिमेंट के मस्कट्री ऑफिसर के रूप में सेवा की, और 1915 के अंत में मुनिशंस मंत्रालय में शामिल हो गए। 1915 में विमान-विरोधी गननेरी काफी हद तक अनुमान पर आधारित थी, मुख्य रूप से इसलिए क्योंकि कोई भी विमान की ऊँचाई का विश्वसनीय रूप से निर्धारण नहीं कर सकता था। हिल ने इसे मापने के लिए एक दो-दर्पण विधि तैयार की, और एंटी-एयरक्राफ्ट एक्सपेरिमेंटल सेक्शन — वह समूह जो "हिल के ब्रिगेड" ("Hill's Brigands") के रूप में जाना गया — को इकट्ठा किया, जिसने विमान-विरोधी तोपों के लिए सटीक रेंज टेबल तैयार किए। उन्हें 1918 में ओबीई (OBE) नियुक्त किया गया था।

मांसपेशी में गर्मी

1920 में हिल ने विक्टोरिया यूनिवर्सिटी ऑफ़ मैनचेस्टर में शरीरक्रिया विज्ञान की पीठ संभाली और उस प्रश्न की ओर मुड़े जिसने उन्हें नोबेल पुरस्कार दिलाया: जब कोई मांसपेशी सिकुड़ती है, तो ऊर्जा की दृष्टि से क्या होता है?

अपने द्वारा सुधारे गए थर्मोकपल उपकरण का उपयोग करते हुए, उन्होंने उस गर्मी के सटीक माप किए जो एक मांसपेशी छोड़ती है। परिणाम स्पष्ट और निर्णायक था। संकुचन के दौरान गर्मी उत्पन्न होती है, जिसके लिए रासायनिक ऊर्जा के निवेश की आवश्यकता होती है; आराम के समय यह उत्पन्न नहीं होती, जो निष्क्रिय होता है। इस प्रकार मांसपेशियों को ऊष्मप्रवैगिकी (thermodynamics) के सामान्य हिसाब-किताब के भीतर रखा गया — एक ऐसी मशीन जो रासायनिक ऊर्जा को काम और गर्मी में परिवर्तित करती है, जिसका एक मापने योग्य बहीखाता है।

1922 में उन्होंने दो अवधारणाएँ पेश कीं जो व्यायाम शरीरक्रिया विज्ञान से कभी दूर नहीं हुईं: अधिकतम ऑक्सीजन ग्रहण और ऑक्सीजन ऋण। एथलेटिक क्षमता का हर आधुनिक माप उन्हीं से निकला है। उनका काम उसी प्रक्रिया के रसायन विज्ञान पर ओट्टो फ्रिट्ज मेयरहोफ (Otto Fritz Meyerhof) के काम के समानांतर चला, और 1922 में दोनों ने शरीरक्रिया विज्ञान या चिकित्सा में नोबेल पुरस्कार साझा किया, जिसमें हिल का प्रशस्ति पत्र था "मांसपेशियों में गर्मी और यांत्रिक कार्य के उत्पादन के स्पष्टीकरण के लिए।"

एक अनुशासन की स्थापना

हिल 1923 में यूनिवर्सिटी कॉलेज लंदन में प्रोफेसर बने और 1951 में अपनी सेवानिवृत्ति तक वहीं रहे, जिस वर्ष उन्होंने वहाँ बायोफिज़िक्स विभाग की स्थापना की। उन्हें हरमन वॉन हेल्महोल्츠 (Hermann Helmholtz) के साथ-साथ बायोफिज़िक्स के संस्थापक के रूप में माना जाता है — यह आग्रह कि जीवित ऊतक भौतिक कानून का पालन करते हैं और तदनुसार उन्हें उपक्रमित किया जा सकता है।

सम्मान लगातार मिलते रहे: 1918 में रॉयल सोसाइटी के फेलो, 1926 में रॉयल मेडल, 1928 मेंैक्टोनियन पुरस्कार, 1934 में अमेरिकन एकेडमी ऑफ़ आर्ट्स एंड साइंसेज की विदेशी सदस्यता और 1938 में अमेरिकन फिलॉसॉफिकल सोसाइटी, 1946 में कंपेनियन ऑफ़ ऑनर, और 1948 में कोप्ले मेडल।

बचाव

1933 में, जैसे ही हिटलर ने सत्ता संभाली और जर्मन विश्वविद्यालयों ने यहूदी विद्वानों को निकालना शुरू किया, हिल ने विलियम बेवरिज (William Beveridge) और लॉर्ड रदरफोर्ड (Lord Rutherford) के साथ मिलकर एकेडमिक असिस्टेंस काउंसिल की सह-स्थापना की। युद्ध छिड़ने तक इसने नाजी उत्पीड़न से 900 विद्वानों को बचाया था; उनमें से अठारह ने आगे चलकर नोबेल पुरस्कार जीते। उनके पोते निकोलस एम्फ्रे (Nicholas Humphrey) ने याद किया कि हिल के हाईगेट घर में नियमित रूप से एक समय में अठारह निर्वासित नोबेल पुरस्कार विजेता आते थे।

हिल ने अपनी प्रयोगशाला में हिटलर की एक खिलौना मूर्ति रखी थी, यह समझाते हुए कि यह उन वैज्ञानिकों के प्रति उनकी कृतज्ञता का प्रतीक है जो जर्मनी ने उन्हें सौंपे थे। उन्होंने कहा, "हँसी, बकवास के लिए सबसे अच्छा डिटर्जेंट है।"

संसद और दूसरा युद्ध

उन्होंने पैट्रिक ब्लैकेट (Patrick Blackett) और हेनरी टिजार्ड (Henry Tizard) के साथ उस 1935 की समिति में सेवा की जिसने रडार विकसित किया था। 1940 से 1945 तक उन्होंने कैम्ब्रिज विश्वविद्यालय के लिए स्वतंत्र संसद सदस्य के रूप में हाउस ऑफ़ कॉमन्स में कार्य किया। 1940 में वाशिंगटन में ब्रिटिश दूतावास में तैनात, उन्होंने वैज्ञानिक सहयोग के लिए जोर दिया और अपनी सरकार को अभी भी तटस्थ संयुक्त राज्य अमेरिका के अधिकारियों के साथ अपने शोध को साझा करने के लिए राージ किया — परमाणु हथियार के काम को छोड़कर। उन्होंने शरणार्थी वैज्ञानिकों को मुक्त करने के लिए भी काम किया जिन्हें ब्रिटेन ने शत्रु विदेशियों के रूप में नजरबंद कर दिया था।

नवंबर 1943 और अप्रैल 1944 के बीच उन्होंने अपने वैज्ञानिक अनुसंधान का सर्वेक्षण करते हुए भारत का दौरा किया; उनकी सिफारिशों ने भारतीय प्रौद्योगिकी संस्थानों की स्थापना को आकार देने में मदद की।

अंतिम वर्ष

हिल ने 1952 में ब्रिटिश एसोसिएशन फॉर द एडवांस्डमेंट ऑफ़ साइंस और 1955 से 1960 तक मरीन बायोलॉजिकल एसोसिएशन की अध्यक्षता की। वे 1967 में कैम्ब्रिज में सेवानिवृत्त हुए और धीरे-धीरे अपने पैरों का उपयोग खो बैठे। 3 जून 1977 को नब्बे वर्ष की आयु में उनका वहीं निधन हो गया, और दुनिया भर के एक सौ से अधिक वैज्ञानिक वंशजों द्वारा उन्हें अत्यधिक स्नेह दिया गया। इंग्लिश हेरिटेज ने 9 सितंबर 2015 को उनके हाईगेट घर पर एक नीली पट्टिका लगाई।

हिल क्यों महत्वपूर्ण हैं

हिल ने शरीरक्रिया विज्ञान को मात्रात्मक बनाया। उन्होंने किसी द्वारा प्राप्त नहीं की गई सटीकता के साथ मांसपेशियों में ऊर्जा को मापा, उन्होंने जैव रसायन को एक ऐसा समीकरण दिया जो आज भी दैनिक उपयोग में है, और उन्होंने इस पद्धति को आगे बढ़ाने के लिए एक विभाग और एक अनुशासन की स्थापना की। फिर उन्होंने अपना बाकी जीवन प्रयोगशाला के बाहर की समस्याओं पर उतनी ही गंभीरता लागू करने में बिताया — विमान-विरोधी गोलीबारी, रडार, युद्धकालीन गठबंधन, और नौ उन सौ विद्वानों के जीवन जिन्हें एक सरकार नष्ट करना चाहती थी।