ભૂતકાળથી ભવિષ્ય સુધી, વિશ્વને બદલવા માટે આપણે કઈ સામગ્રીનો ઉપયોગ કરીશું?

સામગ્રી વિજ્ઞાને માનવ ઇતિહાસની શરૂઆતથી લઈને અત્યાર સુધી મહત્વની ભૂમિકા ભજવી છે, જે પથ્થર, કાંસ્ય અને આયર્ન યુગમાં સંક્રમણને સક્ષમ બનાવે છે. આજે, સામગ્રી વિજ્ઞાન એ ઘણી ઇજનેરી શાખાઓનો પાયો છે, અને ભવિષ્યમાં, તે નેનોટેકનોલોજી, ગ્રીન મટિરિયલ્સ, હેલ્થકેર, ટેલિકોમ્યુનિકેશન્સ અને વધુમાં નવીનતાઓને આગળ ધપાવશે. આ પ્રગતિ માનવ જીવનને સમૃદ્ધ બનાવશે અને વધુ ટકાઉ સમાજના નિર્માણમાં ફાળો આપશે.

 

ભૂતકાળથી ભવિષ્ય સુધી. આ લેખનું શીર્ષક એટલું ક્લિચ છે કે તમે કદાચ તમારા જીવનમાં ઓછામાં ઓછું એક વાર જોયું હશે. જો તમને સ્પષ્ટ જવાબ આપવામાં મુશ્કેલી આવી રહી હોય, તો અમારી પ્રજાતિના જન્મથી લઈને આજ સુધીના સમયગાળાને ધ્યાનમાં લો. જો તમને માનવ ઈતિહાસની સૌથી મહત્વપૂર્ણ ઈજનેરી સિદ્ધિઓનું નામ પૂછવામાં આવે, તો આજે જીવતા લોકો શું કહેશે? અલબત્ત, જવાબ પથ્થરમાં સેટ નથી. જવાબનો અભાવ હોવા છતાં, હું નિશ્ચિતપણે કહી શકું છું કે માનવ ઇતિહાસ પર જે એન્જિનિયરિંગની સૌથી નોંધપાત્ર અસર પડી છે તે સામગ્રી એન્જિનિયરિંગ છે. આ જરૂરી નથી કારણ કે હું મટિરિયલ એન્જિનિયરિંગમાં નિષ્ણાત છું. સામગ્રીએ ઐતિહાસિક અને સામાજિક રીતે ખૂબ જ મહત્વપૂર્ણ ભૂમિકા ભજવી છે.
માનવતા અને સામાજિક વિજ્ઞાનના વિદ્યાર્થીઓ સારી રીતે જાણે છે તેમ, માનવ ઇતિહાસના સમયગાળાને અમુક માપદંડોના આધારે સામાન્ય રીતે ત્રણ સમયગાળામાં વિભાજિત કરવામાં આવે છે. તે માપદંડ સામગ્રી છે. પથ્થર, કાંસ્ય અને લોખંડ (અને આજે પણ). આનાથી કેટલાક પ્રશ્નો ઉભા થઈ શકે છે. શા માટે આધુનિક માનવીઓ આટલા બુદ્ધિશાળી છે, જાણે છે અને આટલી બધી સામગ્રી વિકસાવી છે, અને તેમ છતાં આપણે હજી પણ લોખંડથી અટવાયેલા છીએ, પથ્થરથી કાંસામાં અથવા કાંસાથી લોખંડમાં સંક્રમણની તુલનામાં? સરખામણીમાં, પથ્થરમાંથી કાંસ્યમાં સંક્રમણ પૂર્વે 20મી સદીની આસપાસ હોવાનો અંદાજ છે, અને કાંસ્યમાંથી લોખંડમાં સંક્રમણ પૂર્વે 4થી-5મી સદીની આસપાસ છે. બીજા શબ્દોમાં કહીએ તો, આપણે માત્ર થોડા હજાર વર્ષોથી ધાતુની સામગ્રીનો ઉપયોગ કરીએ છીએ, પરંતુ આપણે હજારો વર્ષોથી પથ્થરનો ઉપયોગ કરીએ છીએ. અમે આયર્નની શોધ કરી, એક એવી સામગ્રી જે અત્યંત મૂલ્યવાન બની ગઈ છે. આજે, તાંબુ અને એલ્યુમિનિયમ જેવી ધાતુઓ વિદ્યુત વાહકતા, ઘનતા અને કાટ પ્રતિકારની દ્રષ્ટિએ આયર્ન કરતાં ચડિયાતી છે, પરંતુ તેઓ હજુ સુધી તેને મજબૂતાઈ અને કઠિનતા જેવા ભૌતિક ગુણધર્મો તેમજ અર્થશાસ્ત્રની દ્રષ્ટિએ સંપૂર્ણપણે બદલવાના બાકી છે.
અગાઉના વિભાગમાં, અમે જોયું છે કે કેવી રીતે સામગ્રીએ આપણા ભૂતકાળ પર આટલી ઊંડી અસર કરી છે અને તેઓ કેવી રીતે વિકસિત થયા છે. તે એક નિર્વિવાદ ઐતિહાસિક હકીકત છે કે સામગ્રીના વિકાસથી માનવ જ્ઞાનમાં ઘણી પ્રગતિ થઈ છે. માનવજાતનો ઇતિહાસ ભૂતકાળમાં સામગ્રીના વિકાસ દ્વારા સમૃદ્ધ બન્યો છે, અને આ ભવિષ્યમાં બદલાશે નહીં. આપણે આધુનિક સમયની જેટલી નજીક જઈએ છીએ, તેટલી ઝડપથી જ્ઞાનની પ્રગતિ થાય છે, અને ખાસ કરીને 20મી સદીએ માત્ર ભૌતિકશાસ્ત્રમાં જ નહીં, પરંતુ સામાન્ય રીતે વિજ્ઞાનમાં જ્ઞાનનો વિશાળ જથ્થો સંચિત અને વ્યવસ્થિત જોયો છે. જેમ જેમ વૈજ્ઞાનિક પ્રગતિ ચાલુ રહી, તેમ તેમ તકનીકી પ્રગતિ થઈ, ખાસ કરીને સામગ્રીના ક્ષેત્રમાં, જેમાં ઘણી શોધો અને શોધો જોવા મળી. ઉદાહરણ તરીકે, જ્યારે માનવીએ સૌપ્રથમ એરોપ્લેનની શોધ કરી અને આકાશમાં પ્રવેશ કર્યો, ત્યારે તે શક્ય બનાવવા માટે ઉપયોગમાં લેવાતી સામગ્રીની હળવાશ અને શક્તિ હતી. આ પ્રગતિઓએ ટૂંક સમયમાં જ આપણી જીવનશૈલી અને સમાજની રચનામાં ક્રાંતિ લાવી દીધી.
આજે, એન્જિનિયરિંગની ઘણી જુદી જુદી શાખાઓ છે. મિકેનિકલ એન્જિનિયરિંગ, ઇલેક્ટ્રિકલ એન્જિનિયરિંગ, કમ્પ્યુટર એન્જિનિયરિંગ, કેમિકલ એન્જિનિયરિંગ, બાયોલોજિકલ એન્જિનિયરિંગ, શિપબિલ્ડિંગ, એરોનોટિકલ એન્જિનિયરિંગ, આર્કિટેક્ચરલ એન્જિનિયરિંગ, એન્વાયર્નમેન્ટલ એન્જિનિયરિંગ અને તેથી વધુ, જે બધાની સૂચિ અને વર્ણન કરવા માટે ખૂબ જ મહત્વપૂર્ણ છે. અને સામગ્રી વિજ્ઞાનને આ તમામ ક્ષેત્રોના પાયા તરીકે જોઈ શકાય છે. યાંત્રિક, વિદ્યુત, રાસાયણિક, બાયોમટીરિયલ્સ, આર્કિટેક્ચરલ, શિપબિલ્ડિંગ અને એરોનોટિકલ એન્જિનિયરિંગ તમામને સામગ્રીની જરૂર હોય છે, અને સામગ્રી તેમના એન્જિનિયરિંગના આધાર તરીકે ખૂબ જ મહત્વપૂર્ણ ભૂમિકા ભજવે છે. મટિરિયલ એન્જિનિયરિંગની શિસ્તને ત્રણ મુખ્ય શાખાઓમાં વહેંચવામાં આવી છે: ધાતુશાસ્ત્ર, સિરામિક્સ અને ફાઇબર પોલિમર, જે વિશ્વમાં અસ્તિત્વમાં છે તે સામગ્રીને વર્ગીકૃત કરવાનો પણ એક માર્ગ છે.
ચાલો અત્યાર સુધી શોધાયેલ સામગ્રીઓ પર એક નજર કરીએ. કેટલીક સરળ સામગ્રી છે, જ્યારે અન્યમાં ઓપ્ટિકલ ફાઇબર, સેમિકન્ડક્ટર્સ, ડ્યુર્યુમિન સહિત એલોય, લિક્વિડ ક્રિસ્ટલ ડિસ્પ્લે અને કૃત્રિમ અવયવો તરીકે વપરાતા બાયોમટિરિયલ્સનો સમાવેશ થાય છે. અને પછી તમે કદાચ સાંભળ્યું હશે, જેમ કે એમોલેડ, જેનો ઉપયોગ તાજેતરમાં વ્યાપારીકૃત સેલ ફોનમાં થાય છે, અને ગ્રાફીન, એક એવી સામગ્રી છે જે માત્ર ભૌતિકશાસ્ત્રમાં જ નહીં પરંતુ સામગ્રી વિજ્ઞાન અને એન્જિનિયરિંગમાં પણ મહત્વપૂર્ણ છે, જેનો અભ્યાસ ભૌતિકશાસ્ત્રમાં ગયા વર્ષના નોબેલ પુરસ્કાર વિજેતાઓ. બાદમાંના બેને ઘણીવાર "ઉભરતા" તરીકે ઓળખવામાં આવે છે કારણ કે તે અન્ય સામગ્રીની તુલનામાં પ્રમાણમાં નવી છે, ભલે તે થોડા સમય માટે શોધાયેલ હોય અને તેનો અભ્યાસ કરવામાં આવ્યો હોય. આ કારણોસર, અન્ય યુનિવર્સિટીઓ મોટાભાગે સમાન વિષયોનો અભ્યાસ કરતી મુખ્ય સંસ્થાઓનો સંદર્ભ આપવા માટે "ન્યુ-મટીરિયલ એન્જિનિયરિંગ" શબ્દનો ઉપયોગ કરે છે. વધુમાં, નોન-એન્જિનિયરિંગ મેજર્સને ઘણીવાર એ પણ ખબર હોતી નથી કે મટિરિયલ એન્જિનિયરિંગના નામે "મટિરિયલ્સ" નો અર્થ શું થાય છે. બીજી બાજુ, જ્યારે અંગ્રેજીમાં સમજાવવામાં આવે છે, ત્યારે મટિરિયલનો અર્થ મટિરિયલ કરતાં સાંકડો છે, તેથી તે મટિરિયલ એન્જિનિયરિંગ કરતાં વધુ સરળતાથી સ્વીકારવામાં આવે છે. વાસ્તવમાં, મટિરિયલ શબ્દ નવી સામગ્રી કરતાં ઘણો વ્યાપક છે અને તેમાં માત્ર એન્જિનિયરિંગ અને ટેક્નોલોજી જ નહીં, પણ મૂળભૂત વિજ્ઞાનનો પણ સમાવેશ થાય છે, તેથી મને લાગે છે કે મટિરિયલ સાયન્સ અને એન્જિનિયરિંગ આ ક્ષેત્રમાં અભ્યાસ અને સંશોધન માટે યોગ્ય સ્થાન છે.
મેં ઉપર ઉલ્લેખ કર્યો છે કે ત્યાં ત્રણ મુખ્ય પ્રકારની સામગ્રી છે. તેઓ મૂળભૂત રીતે ધાતુઓ, સિરામિક્સ અને પોલિમર્સમાં વર્ગીકૃત કરવામાં આવે છે, જે તમામ વિવિધ સામગ્રી ગુણધર્મો ધરાવે છે અને તેનો ઉપયોગ અલગ અલગ રીતે થાય છે. ભૂતકાળથી લઈને વર્તમાન સુધી, માનવજાત દ્વારા શોધાયેલી અથવા શોધાયેલી ઘણી બધી સામગ્રીઓ આપણી આસપાસ છે, જે આપણા જીવનને સમૃદ્ધ અને સમૃદ્ધ બનાવે છે, અમને વધુ શીખવા અને વધુ વસ્તુઓ શક્ય બનાવવા સક્ષમ બનાવે છે. ઉદાહરણ તરીકે, જો આપણે વધુ માઇક્રોસ્કોપિક વસ્તુઓનું અવલોકન કરવા માગીએ છીએ, તો આપણે તેનું નિરીક્ષણ કરવા માટે સાધનો બનાવવાની જરૂર પડશે, અને તે સાધનો બનાવવા માટે, આપણે તેના માટે યોગ્ય સામગ્રી બનાવવા માટે સક્ષમ બનવાની જરૂર પડશે. જો આપણે અવકાશમાં ઉપગ્રહો મોકલવા માંગતા હોય, તો આપણે એવી સામગ્રી વિકસાવવાની જરૂર છે જે અવકાશમાં સ્થિર રહી શકે, અને જો આપણે સમુદ્રના તળને ખૂબ ઊંડાણમાં અન્વેષણ કરવા માંગતા હોય, તો આપણે એવી સામગ્રીની શોધ કરવાની જરૂર છે જે અત્યંત ઊંચા પાણીના દબાણને ટકી શકે અને તેટલી ટકાઉ હોય. દરિયાઈ પાણીથી કાટ ન આવે. આ રીતે માનવજાતે સામગ્રીનું સંશોધન અને વિકાસ કર્યું છે, અને ભવિષ્યમાં પણ આમ કરવાનું ચાલુ રાખશે.
સામગ્રી વિજ્ઞાનનું ભાવિ સીમાઓને આગળ ધપાવશે અને નવી સામગ્રીની શક્યતાઓનું અન્વેષણ કરશે. ઉદાહરણ તરીકે, નેનો ટેક્નોલોજી સાથે મળીને સામગ્રી વિજ્ઞાન એવા ગુણધર્મો સાથે સામગ્રી બનાવી શકે છે જેની પહેલાં ક્યારેય કલ્પના કરવામાં આવી ન હોય. આ આરોગ્યસંભાળ, પર્યાવરણ અને ટેલિકોમ્યુનિકેશન સહિતના ઘણા ક્ષેત્રોમાં ક્રાંતિ લાવશે. વધુમાં, ટકાઉપણાને ધ્યાનમાં રાખીને પર્યાવરણને અનુકૂળ સામગ્રીનો વિકાસ આપણા જીવનને સ્વસ્થ અને સુરક્ષિત બનાવશે. સામગ્રી વિજ્ઞાન ઊર્જા સંગ્રહ અને રૂપાંતરણ, પર્યાવરણીય સંરક્ષણ, બાયોટેકનોલોજી અને વધુમાં મુખ્ય ભૂમિકા ભજવશે અને ભવિષ્યની કેટલીક સૌથી મહત્વપૂર્ણ સમસ્યાઓને ઉકેલવામાં યોગદાન આપશે.
સામગ્રી વિજ્ઞાન અને એન્જિનિયરિંગનું ક્ષેત્ર આપણી પ્રજાતિની શરૂઆતથી જ છે અને ભવિષ્યમાં તે વધુ મહત્ત્વપૂર્ણ બનશે. નવી સામગ્રીનો વિકાસ એ કુદરતી પ્રગતિ છે, ખાસ કરીને આજના ઊર્જા અને પર્યાવરણીય પડકારોના પ્રકાશમાં. મટિરિયલ એન્જિનિયરિંગનું ક્ષેત્ર શૈક્ષણિક ક્ષેત્રે મહત્ત્વ મેળવી રહ્યું છે, વાસ્તવિક જીવનમાં તેનો ઉલ્લેખ ન કરવો. શીર્ષક સૂચવે છે તેમ, ભૂતકાળથી ભવિષ્ય સુધી, સામગ્રી એન્જિનિયરિંગ એ તમામ એન્જિનિયરિંગનો પાયો છે, અન્ય શાખાઓમાં અગ્રણી છે, અને જ્યાં સુધી આપણે માનવતા શું કલ્પના કરી શકે છે તે સમજવામાં સક્ષમ ન થઈએ ત્યાં સુધી તે વિકસિત થતું રહેશે. અને મને લાગે છે કે મટીરીયલ એન્જીનીયરીંગમાં મુખ્ય ઇજનેરી વિદ્યાર્થી તરીકે, ભવિષ્યમાં મારે તે જ કરવું જોઈએ.