जेम्स वॉट : व्हॉट अ जेम इन सायंस

खरतर वाफेच्या शक्तीवर चालणारी उपकरणे आपल्याकडे गेल्या दोन हजार वर्षापासून बनवण्यात येत आहेत. वाफेवर वाफेच्या शक्तीवर चालणारे पहिले इंजिन बनवण्याचा मान देखील थॉमस न्यूकोमेन या शास्त्रज्ञाला जातो. मात्र थॉमस न्यूकोमेनच्या इंजिनात आमूलाग्र बदल करून, त्याची उपयुक्तता पाच पटीने वाढवून जेम्स वॉटने औद्योगिक क्रांतीचा पाया घातला. निःसंशय जेम्स वॉट हा औद्योगिक क्रांतीचा प्रणेता होता.

मिक्सर किती वॉटचा, सीएफएल किती वॉटचा, साउंड सिस्टीम किती वॉटची.. नवीन वस्तू घेताना विचारला जाणारा हा नेहमीचा प्रश्न. त्याद्वारे आज आपल्या घराघरात पोचलेल्या जेम्स वॉटची आपण अधिक माहिती घेऊ. इथे एक बाब आधीच क्लिअर करतो. त्याच्या आडनावाचा योग्य उच्चार वॉट आहे, वॅट नाही. मात्र बहुतेक लोक त्याची वाट लावतात. वाफेच्या शक्तीची ओळख जेम्स वॉटपुरती राहू नये, तसेच जेम्स वॉटची ओळख वाफेच्या इंजिनापर्यंतच मर्यादित राहू नये यासाठी हा लेख.

जेम्सचा जन्म १९ जानेवारी १७३६ रोजी स्कॉटलंड मधील ग्रिनक या बंदरावर झाला. एक गंमत आहे, त्याच्या वडिलांचे नाव पण जेम्स वॉट आणि त्याच्या एका पोराचे नाव पण (घरातील थोरल्या पोराला बापाचे नाव द्यायचा त्यांचा रिवाज होता) त्याच्या वडिलांचा जहाजबांधणीचा आणि जहाजे भाड्याने द्यायचा व्यवसाय होता, तसेच ते त्या शहरातील मॅजिस्ट्रेट सुद्धा होते, या सर्व व्यापातून वेळ मिळेल तेव्हा आपल्या वर्कशॉपमध्ये उपकरणे दुरूस्ती करायचा बाबाजेम्सला छंद होता. त्यांचे वडील थॉमस वॉट हे प्रसिद्ध गणिती तसेच होकायंत्र बनवणारे होते. तोच वारसा बाबाजेम्स आणि आपला जेम्स यांनी चालवला. एका श्रीमंत उमराव घराण्यातील सुशिक्षित ऍग्नेस नावाच्या मुलीशी बाबाजेम्सचा विवाह झाला. या जोडप्याच्या पाच मुलांपैकी आपला जेम्स सर्वात थोरला.

जेम्सची लहानपणी तब्येत अगदीच तोळामासा होती. डोकेदुखीने तर अगदी आयुष्यभर साथ दिली. त्यामुळे त्याला शाळेत ना पाठवता प्राथमिक शिक्षक घरी आईनेच दिले. नंतर शाळेत लॅटिन, ग्रीक व गणित या विषयांचे शिक्षण घेण्यास जेम्स शाळेत आला. मात्र शालेय अभ्यासक्रमाच्या बाहेर आपल्या भाऊचे डोके चालणार.. त्याला शाळेत मजा नाही यायची, कधी एकदा घरी येतो आणि वडिलांच्या वर्कशॉपमध्ये जातो असे त्याला व्हायचे. गणित हा एकच विषय आवडीचा. शाळेत व्याकरण शिकण्यापेक्षा त्याला वर्कशॉपमध्ये अवजारांची माहिती घेऊन जहाजांच्या प्रतिकृती बनवणे आवडायचे.

होकायंत्र, दुर्बिणी, नकाशे यातच त्याचे बालपण गेले. वडिलांनी त्याला अवजारांची स्वतंत्र पेटी दिली, मग तर काय, त्याच्या कल्पनाशक्तीला पंखच फुटले. त्याने बनवलेल्या क्रेनचे मॉडेल आणि इतर वस्तू पाहून वर्कशॉपमधील अनुभवी कारागीर देखील चकित होत असत. काही कारणांनी वडिलांची परिस्थिती बदलली, दिवाळे वाजले, लोकांना रोजगार देणाऱ्या वॉट कुटुंबातील थोरल्या पोरावर रोजगार शोधायची वेळ आली.

जेम्सला ग्लासगो इथं पाठवण्यात आले. त्याचा दूरचा मामा तिथे ग्लासगो विद्यापीठात शिकवायला होता. मामाला जेम्सची प्रतिभा लक्षात आली, तो बोलला, तुला इथे नवीन शिकायला मिळणार नाही, त्यापेक्षा तु इंग्लंडमध्ये जा. १९ वर्षाचा जेम्स लंडनला पोचला, तिथे त्याला एक वस्ताद मिळाला. शिकायला खूप होतं, मात्र मेहनत पण खूप करायला लागायची. जेम्सने मनाची तयारी केली होती, मात्र शरीर साथ देईना. सारखा आजारी पडायला लागला. तोवर आईचे निधन झाले होते, बाबा पण आजारी असायचे. नाईलाजाने जेम्स दीड वर्षात पुन्हा स्कॉटलंड येथे परतला.

अर्थात लंडनमध्ये मिळवलेले ज्ञान आणि जमवलेली मित्रमंडळी त्याला आयुष्यभर पुरली.‌ स्कॉटलंड येथे परतल्यावर जेम्सने जहाजसंबंधित उपकरणांचे ग्लासगो इथं दुकान सुरू केलं. अनेक शास्त्रज्ञ, विद्यार्थी, संशोधक त्याच्या दुकानावर येत असत, एकमेकाला आयडिया पुरवत असत. हुशार लोकांचा अड्डा म्हणून त्याचे दुकान ओळखले जाऊ लागले. त्यात ऍडम स्मिथ सारख्या जगप्रसिद्ध अर्थतज्ञाचा समावेश होता. एका खगोलयंत्रांच्या दुरुस्तीच्या निमित्ताने जेम्सची स्मिथ तसेच जोसेफ ब्लॅक या शास्त्रज्ञाशी ओळख झाली. ब्लॅकने शिकवलेल्या सुप्त उष्णता (Latent Heat) या संकल्पनेचा पुढे जेम्सला संशोधनात फायदा होणार होता. दुकानातून आर्थिक प्राप्ती जरी भरपूर होत नसली तरी प्रसिध्दी मात्र भरपूर होत होती.

लवकरच त्याचे नात्यातील मार्गारेट मिलरशी त्याचे दोनाचे चार हात झाले, दोघांचा केवळ नऊ वर्ष संसार झाला, सहा पोरं जन्माला घालून मार्गारेट वारली. सहापैकी दोनच पोरं जगली, मार्गारेट नावाची पोरगी (आईचे नाव हीला मिळालं) आणि जेम्स नावाचा पोरगा. संसार सुरू झाल्यावर मात्र जेम्सला अधिक पैसे कमावणे गरजेचे झाले. त्याने १७६६ मध्ये शासकीय अभियंत्याची नोकरी स्वीकारली. स्कॉटलंडमध्ये अनेक पाटबंधारे कालवे यांची काम त्याने केली. काम आवडीचे नव्हते मात्र पैसा तर हवा होता. आठ वर्ष त्याने नोकरी केली. मात्र बायको वारली आणि त्याला नोकरी नकोशी वाटू लागली. १९७४ मध्ये त्याने देश सोडला आणि इंग्लंडमध्ये आला.

त्याआधी त्याच्या दुकानात १७६४ मध्ये न्यूकोमेन याचे इंजिन दुरुस्तीला आले होते. ते दुरुस्त करत असताना त्याला नवीन कल्पना सुचल्या, ज्यामधून जगाचा इतिहास बदलला जाणार होता. मात्र तो काळाच्या काही पावले पुढे असल्याने त्याच्या संकल्पना इतरांना पटायला वेळ लागला. १७६५ मध्ये सहज शतपावली करत असताना त्याच्या डोक्यात विचार सुरू होते. अचानक त्याला अतिशय सोपी आयडिया सुचली. बाष्पीभवन आणि सांद्रीभवन यासाठी वेगवेगळ्या टाक्यांची आवश्यकता असल्याचे त्याच्या लक्षात आले. ब्रिटिश शास्त्रज्ञ जॉन रबक यांनी त्याच्या संकल्पनेला उचलून धरले आणि त्यावर आधारित इंजिन बनवायला सांगितले. जोसेफ ब्लॅक यांनी देखील या दोघांच्या भागीदारी उद्योगाला आर्थिक मदत केली.

मात्र यात एक अडचण होती, त्या काळात उपलब्ध असलेलं लोखंड (cast iron) हलक्या प्रतीचे होते. त्यामुळे तयार होणारे सिलेंडर आणि पिस्टन तकलादू ठरत होते. त्यांना पॅक बसवायला अनेक वस्तू वापरल्या, कागद, डिंक अगदी घोड्याची लिद सुद्धा. (काही लोक गमतीने म्हणतात की हॉर्स पॉवर हा शब्द तिथून आला आहे.) मात्र प्रयोग काही यशस्वी होत नव्हता. त्यात जेम्सचा बहुतेक वेळ शासकीय नोकरीमध्ये जात होता. १७६९ मध्ये जरी जेम्सने वाफेच्या इंजिनचे पेटंट घेतले असेल तरी मोठे इंजिन अजून बनवता आले नव्हते. रबकचे दिवाळे निघाले होते. नवीन नवीन मित्रांकडून पैसे घेत जेम्सचे संशोधन सुरू होते.

अकरा वर्ष प्रयोग सुरू होता, जेम्स नैराश्यात जायचा बाकी होता. काय चुकते आहे हे समजेना, जेम्सचा स्वत:वरचा विश्वास उडायला लागला. याकाळात एका मित्राला लिहिलेल्या पत्रात जेम्स म्हणतो देखील: “संशोधन करण्यासारखा जगात दुसरा मूर्खपणा नाही.” बोल्टन हा त्याचा गुंतवणूकदार त्याच्यावर विश्वास ठेऊन पाठीशी ठाम उभ्या होता. १७७६ मध्ये पहिले बोल्टन वॉट इंजिन व्यवस्थित काम करू लागले, ज्याने ९० फूट खोल खाणीतून न्यू कोमेन इंजिनपेक्षा १/४ वेळात पाणी उपसून दाखवले. पुढे याच आधारावर अनेक यंत्र बनवली. या इंजिनाने खाणींमधून वस्त्रोद्योगात प्रवेश केला, रेल्वे उद्योगाचा पाया घातला. आणि औद्योगिक क्रांती सुरू झाली.

वाफेमध्ये प्रचंड शक्ती असते. आपल्या भारतीयांना तर चांगलेच माहित की केवळ तोंडाची वाफ दवडून लोक कसे सत्तेवर येतात. मात्र वाफेच्या शक्तीचा इतिहास खूप जुना आहे. वाफेमध्ये शक्ती असते हे सुमारे २००० वर्षापूर्वी इसविसन ५० मध्ये इजिप्तमधील अलेक्झांड्रिया शहरातील हरहुन्नरी कारागीर हेरो याने मजेशीर प्रयोगातून दाखवून दिले. (आकृती दिली आहे) खाली असलेल्या भांड्यात पाणी उकळत असे, त्याची वाफ बनत असे. त्यावर टांगलेल्या धातूच्या एका पोकळ गोळ्याला जोडलेल्या दोन नळ्यांमध्ये ती वाफ घुसत असे. एका बाजूने घुसणार दुसरी कडून बाहेर पडणार, मात्र यामुळे त्या गोळ्याला गती मिळून तो १८० अंशामध्ये मध्ये फिरणार. आता दुसऱ्या नळीत वाफ शिरणार आणि पहिल्या नळीतून बाहेर पडणार असेच चक्र सुरू राहायचे आणि तो गोळा स्वत:भोवती गोलगोल फिरायचा. अर्थात केवळ गम्मत म्हणून हा प्रयोग केला जायचा. या शक्तीचा उपयोग मानवी श्रम कमी करण्यासाठी वापरायला पुढे १६ शतके जावी लागली.

१६२९ मध्ये इटालियन शास्त्रज्ञ ब्रांका याने वाफेच्या शक्तीवर गियर फिरविण्याचा प्रयत्न केला. पुढे १६९० मध्ये फ्रेंच शास्त्रज्ञ पापिन (पापिन असेच नाव आहे आई शप्पथ.. स्पेलिंग Papin असे आहे) याने लाकडी पिस्टनचा वापर करायची शक्कल लढवली. त्यात सुधारणा करत १६९८ साली इंग्लंडच्या थॉमस सेव्हरी याने खाणीमधील पाणी उपसून काढण्यासाठी वाफेवर चालणारे एक इंजिन तयार केले. तसेच त्याचे पेटंट देखील घेतले. तेव्हा खाणकाम उद्योग एकदम फॉर्मात होता. मात्र जसजसे खणत जाऊ, तसतसं साठलेलं पाणी ही समस्या बनत जाई.. त्यावर सेव्हरीचे इंजिन थोड्या प्रमाणात उपयुक्त ठरत होते.

बॉयलरमध्ये पाणी उकळवायचे. त्याची वाफ एका टाकीत सोडायचे. ही वाफ थंड झाल्यावर तिचे पाण्यात रूपांतर होणार, साहजिकच टाकीतील हवेचा दाब कमी होत असे. यामुळे पाइपमधून खाणीतील पाणी बाहेर काढले जायचे. या इंजिनची मर्यादा होती की वाफ थंड होण्यासाठी लागणारा वेळ टाळता येत नव्हता. इंधन म्हणून इंजिनाला भरपूर कोळसा जाळावा लागत असे. याच इंजिनमध्ये झडप (Valve) वापरून इंग्लंडच्या थॉमस न्यूकोमेन या शास्त्रज्ञाने त्याची परिणामकारकता वाढवली. वाफेचा आवश्यक दाब तयार झाला तर झडप उघडून पिस्टन वर ढकलला जाणार, मात्र तो पुरेसा वर गेल्यावर लिव्हरचा वापर झाल्याने झडप बंद होणार. त्या पिस्टनला लावलेल्या वजनामुळे तो परत खाली येणार. हॅंडपंप प्रमाणे पिस्टनची वरखाली क्रिया होऊन पाणी बाहेर टाकले जाणार. (आकृती दिली आहे)

मग आपल्या जेम्स भाऊने काय केलं. न्यूकोमेनच्या इंजिनात एक इंजिनात वाफेचे द्रवीभवन होताना, पिस्टन आणि सिलिंडर बराच गरम राहात असे. त्यामुळे या इंजिनाचीही कार्यक्षमता खूप कमी होती. जेम्सने सुप्त उष्णतेवर काम केलं होतं. त्यामुळे त्याला नवीन शक्कल सुचली. पाण्याचे वाफ करणारी टाकी आणि वाफेचे पुन्हा पाणी करणारी टाकी दूर अंतरावर असतील तर सुप्त उष्णतेची समस्या कमी करता येईल. परिणामी कमी इंधनामध्ये अधिक काम करता येईल. त्याने १७६५ मध्ये ही युक्ती अमलात आणली. परिणामी आधीच्या इंजिनची कार्यक्षमता पाच पट वाढली. म्हणजे एक हजार लिटर पाणी उपसायला जेव्हढा कोळसा लागायचा.. तेव्हढ्याच कोळश्यात आता पाच हजार लिटर पाणी उपसणे शक्य झाले होते. केवळ इंधनाची नाही तर वेळेची देखील मोठी बचत त्यातून शक्य झाली.

यशाची चव चाखल्यावर जेम्सने पुन्हा लग्न केलं. या बायकोपासून देखील त्याला एक पोरगा आणि एक पोरगी झाली. पुढे त्याच्या आयुष्यात धामधूम सुरू. सगळीकडे जेम्सची मागणी. आपला भाऊ व्यवहारात थोडासा कच्चा होता, त्यामुळे त्याच्या पेटंटचा योग्य मोबदला न देता देखील अनेक लोक वापरत होते. बोल्टनचे भांडवल अजून वसूल झालं नव्हतं त्यामुळे त्याने जेम्सला एका नव्या प्रकारच्या इंजिनची निर्मिती करायला सांगितली, ज्यामध्ये खालीवर गतीऐवजी चक्राकार गतीचा वापर असेल. १७८१ मध्ये जेम्सने तसे इंजिन बनवले, त्याचे पेटंट घेतले. प्रचंड पैसा आणि प्रसिद्धी जेम्सला या काळात मिळाली.

मात्र केवळ यातच त्याचं समाधान झालं नव्हतं. त्याला वाफेच्या इंजिनवर जहाज चालवायचं होतं, त्याचे हे स्वप्न देखील १७८९ मध्ये पूर्ण झालं. आता अटलांटिक समुद्र पार करण्यासाठी केवळ सात दिवस पुरेसे होत होते. युरोपमध्ये सर्वत्र रेल्वे धावू लागली आणि जग जवळ येऊ लागलं. १७७० मध्येच त्याने मायक्रोमीटरमध्ये आमूलाग्र सुधारणा केली होती. (तांत्रिक शाखेत नसलेल्यांना आठवायला लागेल, शाळेत कधी व्हर्नियर कॅलीपर आणि मायक्रोमीटर वापरला असेल.) त्याचा मायक्रोमीटर त्याला कालवे नियोजनमध्ये उपयुक्त ठरत होता. त्याला संगीताची आवड होती, त्याने स्वतः अतिशय सुरेल ऑर्गन बनवले होते. १७९० मध्ये दाबमापक देखील त्यानेच शोधून काढले. पाणी हे मूलद्रव्य नसून संयुग आहे हे आपल्या जेम्सनेच सर्वात आधी मांडले होते. सुतगिरणीमध्ये धागे साफ करायला क्लोरीनचा वापर त्याने सुरू केला. टाईपरायटर्सने टाईप केलेला मजकूर कॉपी करायला देखील त्याने छान उपकरण बनवले होते.

अगदी निवृत्त झाला तरी त्याचे अभियांत्रिकी कौशल्य वापरून जेम्स अनेक प्रकल्पांना मार्गदर्शन करत असे.१७८५ मध्ये त्याला आणि बोल्टनला रॉयल सोसायटीचे सदस्यत्व बहाल करण्यात आले. अनेक देशातील सरकारांनी त्याला जहागिरी देऊ केल्या. जेम्सला १८०६ मध्ये ग्लासगो विद्यापीठाची मानद डॉक्टरेट देखील बहाल करण्यात आली. कोणतीही तांत्रिक अडचण असेल तिथं जेम्स वॉटचा शब्द प्रमाण मानला जाऊ लागला. लोक म्हणू लागले “व्हॉट अ जेम ही इज इन सायंस!” अर्थात काही टीकाकार त्यावर सडकून टीका करत होते. जगात झालेल्या बेसुमार जंगलतोडीला अप्रत्यक्षपणे वॉट जबाबदार आहे. याच “मामुने वाट लावली” आहे. असा एक मतप्रवाह होता.

जेम्स वॉट याच्या चरित्रात एक विसंगती आहे. त्या काळातील अनेक उद्योगपतींनी प्रमाणे त्याच्या उद्योगात देखील गुलाम वापरले गेले आहेत. त्याने उत्तर अमेरिकेमध्ये काही शेतं विकत घेतली होती, तिथं गुलामांकडूनच शेती करून घेतली जात असे. मात्र याच जेम्सवर फ्रेंच राज्यक्रांतीला पाठिंबा दिल्याचे आरोप देखील झाले होते.‌ समता आणि बंधुताचे तत्व एका बाजूला, तर दुसऱ्या बाजूला गुलामगिरी प्रथेचा वापर. जेम्सचा हा पैलू माझ्यासाठी तरी अनाकलनीय आहे, कदाचित प्रचलित व्यवस्थेमुळे लोकं एवढी कोडगी होत असतील की त्यावेळी ही गोष्ट चुकीची आहे हे त्यांना समजत नसेल, किंवा त्या प्रचलित व्यवस्थेचे लाभार्थी असल्यामुळे सोयीस्करपणे तिच्याकडे डोळेझाक करत असतील.

आयुष्याच्या उत्तरार्धात अतिशय समाधानी जीवन जगताना त्याने जीवनाचा निवांतपणा अनुभवलेला दिसतो. ८० व्या वर्षी स्वतः बनवलेल्या कॉमेट या आगबोटीमधून बायकोसोबत मस्त प्रवास करत तो फ्रांसपासून त्याचा जन्म झाला त्या ग्रिनक बंदरावर सहल करत आला होता. वयाच्या ८३ व्या वर्षी २५ ऑगस्ट १८१९ मध्ये त्याचा इंग्लंडमधील हीथफील्ड शहरात मृत्यू झाला. आज तो जरी हयात नसेल, तरी त्याचे नाव अमर झाले आहे. त्याचा जन्म झाला ते बंदर आता त्याच्या नावाने ओळखले जाते. २००९ मध्ये पन्नास पौंडच्या नोटेवर जेम्स वॉट आणि बोल्टन यांचे फोटो छापण्यात आले आहेत. त्याच्या लंडन मधील वर्कशॉपचे आता संग्रहालयात रूपांतर करण्यात आले आहे.

दोन वर्षापूर्वी त्याच्या स्मृतीदिनाची द्विशताब्दी मोठ्या धडाक्यात साजरी झाली. त्याने पहिले पेटंट घेतले त्याला देखील तेव्हा २५० वर्ष पूर्ण झाली होती.

१९६० पासून त्याच्या सन्मानार्थ शक्तीच्या एककाला वॉट हे नाव देण्यात आले. १ hp = ७३५.७ वॉट. एक हॉर्स पॉवर म्हणजे एका मिनिटात ३३००० वजन एक फूट वर उचलण्यासाठी आवश्यक शक्ती. आमच्या लहानपणी कोणती साऊंड सिस्टिम भारी आहे ते “किती वॉटचा आहे” यावर आम्ही ठरवत असू. खर तर आवाजाचे एकक आहे डेसिबेल. मात्र वॉट इथ वाटमारी करत घुसला आहे. आपले विजेचे बिल आपण एका महिन्यात किती किलोवॉट वीज वापरली आहे यावर येत असते. आमच्या लहानपणी १०० वॉटचा बल्ब असायचा. म्हणजे हा बल्ब दहा तास जळला तर १००*१० = १००० वॉट = एक किलोवॉट वीज जळते. नंतर ४० वॉटच्या ट्युब आल्या ज्या त्यापेक्षा अधिक प्रकाश देतात, आता त्याच क्षमतेचा सीएफएल ७ वॉटचा असतो. विजेची बचत व्हायला लागली आहे. झीरोचा बल्ब ही एक अंधश्रद्धा बरं का.. अंधभक्तांची बुध्दी सोडली तर झीरोचे जगात काहीच नसते.