आर्थर अश्किन: प्रकाश के साथ जीवन को थामना

दस साल की उम्र में, मंदी के दौर वाले ब्रुकलिन में, आर्थर अश्किन (Arthur Ashkin) क्रूक्स रेडियोमीटर (Crookes radiometer) से मंत्रमुग्ध हो गए थे — वह छोटा कांच का बल्ब जिसमें काली और सफेद फलकें होती हैं जो प्रकाश डालने पर घूमती हैं। उन्होंने पता लगाया कि प्रकाश खुद नहीं, बल्कि गर्मी धक्का दे रही थी, और गौर किया कि अगर आप बल्ब को बाहर से गर्म करते हैं तो फलकें विपरीत दिशा में घूमती हैं। साठ साल बाद नोबेल समिति ने उन्हें उस बचपन के सवाल के परिपक्व संस्करण के लिए भौतिकी पुरस्कार का आधा हिस्सा दिया: क्या प्रकाश की किरण वास्तव में पदार्थ को पकड़ सकती है? यह कर सकती थी। जब उन्होंने उन्हें बताया तो वे छानवे वर्ष के थे, और उन्होंने कहा कि वे इसे लेकर बहुत उत्साहित नहीं हो सकते थे।

ब्रुकलिन, रडार, और एक भाई जो पहले वहां पहुंचा

अश्किन का जन्म 2 सितंबर 1922 को ब्रुकलिन, न्यूयॉर्क में हुआ था, वे इसाडोर अश्किन (Isadore Ashkin) के बेटे थे, जो अठारह साल की उम्र में ओडेसा (Odesa) से आकर मैनहट्टन में डेंटल प्रयोगशाला बनाई थी, और अन्ना फिशमैन (Anna Fishman) के बेटे थे। तीन जीवित बच्चे थे: एक बड़ा भाई जूलियस (Julius), आर्थर, और एक छोटी बहन रूथ (Ruth)। जूलियस ने एक डराने वाली गति तय की, उन्होंने बाईस साल की उम्र में कोलंबिया से भौतिकी में पीएचडी की और अंततः कार्नेगी टेक (Carnegie Tech) में भौतिकी विभाग का नेतृत्व किया।

आर्थर ने 1940 में जेम्स मैडिसन हाई स्कूल से निकलने के बाद उनका पीछा करते हुए कोलंबिया गए। युद्ध ने उन्हें बाधित किया; उन्होंने इसे विकिरण प्रयोगशाला में सैन्य रडार के लिए मैग्नेट्रोन बनाने वाले तकनीशियन के रूप में बिताया, सिड मिलमैन (Sid Millman) नाम के एक पर्यवेक्षक के तहत जो दो बार निर्णायक साबित हुए। अश्किन ने 1947 में भौतिकी में स्नातक की डिग्री पूरी की और फाई बीटा कप्पा (Phi Beta Kappa) कुंजी प्राप्त की, फिर जी.आई. बिल (G.I. Bill) पर कॉर्नेल गए, 1952 में इलेक्ट्रॉन-पॉज़िट्रॉन प्रकीर्णन पर शोध प्रबंध के साथ परमाणु भौतिकी में पीएचडी प्राप्त की। कॉर्नेल में उनकी मुलाकात एलाइन (Aline) से हुई, जिनसे उन्होंने 1954 में शादी की और साठ से अधिक वर्षों तक विवाहित रहे।

बेल लैब्स में चालीस साल

मिलमैन, जो तब तक बेल लैब्स (Bell Laboratories) में थे, ने अपने पुराने तकनीशियन की सिफारिश की। अश्किन 1952 में आए और चालीस साल तक रहे। पहला दशक माइक्रोवेव और इलेक्ट्रॉन ट्यूबों में चला गया — सम्मानजनक, सामान्य कार्य। फिर लेजर आया, और 1960 के आसपास अश्किन पूरी तरह से नॉनलाइनियर ऑप्टिक्स, ऑप्टिकल फाइबर, पैरामीट्रिक ऑसिलेटर और एम्पलीफायरों के क्षेत्र में बदल गए। 1960 के दशक के दौरान वे पीजोइलेक्ट्रिक क्रिस्टल में फोटोरेफ्रैक्टिव प्रभाव के सह-खोजकर्ताओं में से थे। अंततः उनके पास सैंतालीस पेटेंट थे।

लेकिन उन्होंने रेडियोमीटर के सवाल को कभी नहीं छोड़ा। प्रकाश में गति होती है। यह विवादास्पद नहीं है — मैक्सवेल (Maxwell) ने ऐसा कहा था, और विकिरण दबाव ही कारण है कि धूमकेतु की पूंछ सूर्य से दूर होती है। समस्या यह है कि बल बहुत छोटा है। किसी को उम्मीद नहीं थी कि यह किसी भी ऐसी चीज को धकेलने के लिए उपयोगी होगा जिसे आप देख सकते हैं।

ऑप्टिकल ट्वीजर वास्तव में क्या करते हैं

अश्किन की अंतर्दृष्टि यह थी कि लेजर सिर्फ धक्का नहीं देता है। एक बीम को मजबूती से केंद्रित करें और यह तीव्रता में एक खड़ी ढाल बनाता है — केंद्र बिंदु पर बहुत उज्ज्वल, मिलीमीटर के एक अंश दूर मंद। उस ढाल में बैठा एक पारदर्शी कण एक छोटे लेंस की तरह काम करता है, जो इससे गुजरने वाले प्रकाश को मोड़ता है। न्यूटन के तीसरे नियम के अनुसार, प्रकाश के पथ को मोड़ने से कण पर पीछे की ओर धक्का लगता है, और शुद्ध परिणाम एक बल है जो कण को सबसे चमकीले स्थान की ओर खींचता है और उसे वहां रखता है।

तो दो बल काम पर हैं: प्रकीर्णन बल, जो कण को बीम के साथ धकेलता है, और ढाल बल, जो इसे बीम के कोर में साइड में खींचता है। उन्हें संतुलित करें और आपके पास एक जाल है। फोकसिंग को पर्याप्त रूप से खड़ा करें और केवल ढाल बल एक ही बीम के साथ, सभी तीन आयामों में, धक्का के खिलाफ कण को पकड़ सकता है। वह एक ऑप्टिकल ट्वीजर है: प्रकाश की एक गांठ जिसमें कुछ पकड़ा हुआ है।

अश्किन ने 1970 में पहला ऑप्टिकल ट्रैपिंग पेपर प्रकाशित किया। बेल लैब्स के सैद्धांतिक भौतिकी विभाग ने शुरू में इसे अस्वीकार कर दिया; उनके बॉस रूडी कोम्प्फनर (Rudi Kompfner) ने उन्हें ओवररूल किया और उसे भेजने के लिए कहा। यह उस वर्ष का सबसे अधिक उद्धृत पेपर बन गया और तब से पांच हजार उद्धरण पार कर चुका है। 1971 में उन्होंने गुरुत्वाकर्षण के खिलाफ छोटे कांच के गोले को उत्तोलित किया। सिंगल-बीम ग्रेडिएंट ट्रैप — असली ट्वीजर — 1980 के दशक में आया, जिसकी तकनीक पारंपरिक रूप से 1986 की है।

कांच के मनकों से जीवित कोशिकाओं तक

जिस कदम ने अश्किन को भौतिकी के बाहर प्रसिद्ध किया, वह जैविक था। उन्होंने पाया कि वे न केवल लेटेक्स गोले बल्कि बैक्टीरिया, वायरस और अंततः पूरी जीवित कोशिकाओं को पकड़ सकते हैं, और — महत्वपूर्ण रूप से — कि अवरक्त प्रकाश में स्विच करके वे उन्हें पकाए बिना ऐसा कर सकते हैं। अचानक जीवविज्ञानियों के पास एक एकल अंग को पकड़ने के लिए पर्याप्त छोटे हाथों की एक जोड़ी थी। ऑप्टिकल ट्वीजर का उपयोग आणविक मोटर्स जैसे काइनेसिन (kinesin) द्वारा उत्पन्न बलों को मापने के लिए किया गया जो माइक्रोब्यूल के साथ चलते हैं, एकल डीएनए अणुओं को खींचने के लिए, और उन्हें छुए बिना व्यक्तिगत कोशिकाओं में हेरफेर करने के लिए किया गया।

भौतिकी में एक समानांतर विरासत थी। अश्किन के ट्रैपिंग काम ने स्टीवन चू (Steven Chu) के लेजर कूलिंग और परमाणुओं की ट्रैपिंग के लिए नींव बनाई, जिसने चू को 1997 के नोबेल पुरस्कार का हिस्सा दिलाया, और वहां से इसने सीधे बोस-आइंस्टीन संघनन और परमाणु लेजर में प्रवेश किया।

पुरस्कार, बीस साल की देरी

2 अक्टूबर 2018 को, छानवे साल की उम्र में, अश्किन को भौतिकी में नोबेल पुरस्कार का आधा हिस्सा ऑप्टिकल ट्वीजर के आविष्कार के लिए दिया गया जो अपनी लेजर बीम उंगलियों से कणों, परमाणुओं, वायरस और अन्य जीवित कोशिकाओं को पकड़ते हैं। जेरार्ड मौरो (Gérard Mourou) और डोना स्ट्रिकलैंड (Donna Strickland) ने चिरप्ड-पल्स प्रवर्धन के लिए दूसरा हिस्सा साझा किया। वह पुरस्कार के समय नोबेल प्राप्त करने वाले अब तक के सबसे पुराने व्यक्ति थे, एक रिकॉर्ड जो केवल एक साल तक चला जब तक जॉन गुडएनफ (John Goodenough) ने सत्तावन साल की उम्र में रसायन विज्ञान पुरस्कार नहीं लिया।

अन्य सम्मान लगातार जमा हुए: 1984 में नेशनल एकेडमी ऑफ इंजीनियरिंग और 1996 में नेशनल एकेडमी ऑफ साइंसेज के लिए चुनाव, 1988 में चार्ल्स हार्ड टाउन मेडल (Charles Hard Townes Medal), 1998 में फ्रेडरिक इव्स मेडल (Frederic Ives Medal), 2003 में जोसेफ एफ. कीथली अवार्ड (Joseph F. Keithley Award), 2004 में हार्वे प्राइज (Harvey Prize), और 2013 में नेशनल इन्वेंटर्स हॉल ऑफ फेम में शामिल होना। उन्होंने 1992 में बेल लैब्स से संन्यास ले लिया और काम करना जारी रखा, रमसन, न्यू जर्सी में अपने घर के बेसमेंट में एक प्रयोगशाला में।

आर्थर को जीनियस क्यों कहा जाता है

अश्किन के करियर में प्रदर्शित गुणवत्ता कच्ची विश्लेषणात्मक अश्वशक्ति नहीं है — वे एक सिद्धांतकार नहीं थे, और विकिरण दबाव की भौतिकी उनके छूने से पहले ही अच्छी तरह से स्थापित थी। यह कुछ दुर्लभ और सिखाने के लिए कठिन है: एक असामान्य रूप से शाब्दिक कल्पना, बिना संस्थागत प्रोत्साहन के पचास वर्षों तक एक सवाल का पीछा करने के धैर्य के साथ।

हर कोई जानता था कि प्रकाश में गति होती है। अश्किन ही वह थे जिन्होंने पूछा कि क्या होगा यदि आप वास्तव में इसके साथ कुछ लेने की कोशिश करें, और फिर उपकरण बनाना जारी रखा जब तक कि यह काम नहीं कर गया। 1970 के पेपर को उनके अपने संस्थान के सिद्धांत समूह द्वारा अस्वीकार कर दिया गया था। उनसे कहा गया था, वास्तव में, कि प्रभाव इतना कमजोर था कि कोई मायने नहीं रखता। वे सही थे और वे गलत थे, और जिस चीज ने उन्हें सही बनाया वह एक भौतिक अंतर्ज्ञान था कि कैसे एक पारदर्शी मनका एक बीम को अपवर्तित करता है — एक मानसिक चित्र, समीकरण नहीं।

ईमानदार काउंटर-केस: उन्होंने नई भौतिकी की खोज नहीं की। ऑप्टिकल ट्वीजर समझे गए सिद्धांतों का एक शानदार अनुप्रयोग हैं, और नोबेल, अंत में, एक उपकरण के लिए आया था। उस युग में बेल लैब्स अच्छे लोगों को उत्पादक बनाने के लिए एक असाधारण मशीन थी, और अश्किन के पास चालीस साल थे, एक बॉस के साथ जो संदेहियों को ओवरराइड करने के लिए तैयार था। उस जीवविज्ञान का बहुत कुछ जिसने तकनीक को अपरिहार्य बना दिया, दूसरों द्वारा किया गया था। जो वास्तव में उनका है वह मूल विचार का जिद है, और तथ्य यह है कि दुनिया भर की प्रयोगशालाओं में उपयोग की जाने वाली तकनीक एक ऐसे व्यक्ति से आई जिसने उस सवाल को छोड़ने से इनकार कर दिया जो उसने पहली बार एक लड़के के रूप में पूछा था, एक घूमते हुए खिलौने को देखते हुए।

विरासत

अश्किन का निधन 21 सितंबर 2020 को अट्ठानवे वर्ष की आयु में हुआ। उनके तीन बच्चे — माइकल, कॉर्नेल में कला के प्रोफेसर, जूडिथ, एक ताई ची प्रशिक्षक, और डैनियल, एक सिरेमिक वैज्ञानिक — उनमें से कोई भी भौतिकी में उनके साथ नहीं आया। उनके उपकरण ने बेहतर किया। ऑप्टिकल ट्वीजर अब कोशिका जीवविज्ञान, बायोफिजिक्स और परमाणु भौतिकी में मानक उपकरण हैं, और प्रकाश की किरण में एक जीवित बैक्टीरिया को स्थिर रखने की क्षमता, जो 1970 में एक जादू की चाल की तरह लगती थी, अब ऐसी चीज है जिसे स्नातक छात्र दोपहर के भोजन से पहले सेट करता है।