या ब्लॉग पोस्टमध्ये सिंग्युलॅरिटीमागील वैज्ञानिक तत्त्वे - तांत्रिक प्रगतीतील एक महत्त्वाचा मुद्दा - आणि सुपरक्रिटिकल फ्लुइड्स आपल्या दैनंदिन जीवनावर आणि उद्योगांवर कसा परिणाम करतात याचा शोध घेतला आहे.
“एकवचन येत आहे!” गुगलच्या अल्फागो आणि ९-डॅन व्यावसायिक ली सेडोल यांच्यातील धक्कादायक गो सामना पाहिल्यानंतर अनेकांनी इंटरनेटवर हा वाक्यांश प्रतिध्वनीत केला. गुगलचे अभियांत्रिकी संचालक रे कुर्झवेल यांच्या पुस्तकाच्या शीर्षकामुळे या शब्दाला प्रसिद्धी मिळाली, ज्यांनी सिंग्युलॅरिटीचे वर्णन मानवनिर्मित तंत्रज्ञान मानवी क्षमतांपेक्षा जास्त करते असे केले आहे. दुसऱ्या शब्दांत, लेखक असा युक्तिवाद करतात की सिंग्युलॅरिटी हा तो बिंदू आहे जिथे मानवी तंत्रज्ञान आणि मानवी क्षमता समान होतात आणि या एकवचनाच्या पलीकडे, अनपेक्षित घटना घडतील. या अनपेक्षित घटना अशा भविष्याचा संदर्भ देतात जिथे कृत्रिम बुद्धिमत्ता मानवी अपेक्षांपेक्षा जास्त असेल, शिकेल आणि स्वतंत्रपणे विकसित होईल, मानवांसारखे विचार करण्यास आणि निर्णय घेण्यास सक्षम असेल.
तथापि, सिंग्युलॅरिटी ही संज्ञा गणित आणि विज्ञानात वारंवार वापरली जाणारी एक व्यापक संकल्पना आहे, जी तंत्रज्ञान आणि मानवांमधील संतुलनाच्या पलीकडे, स्पर्धात्मक घटक ज्या बिंदूवर समतोल साधतात त्या बिंदूचा संदर्भ देते. उदाहरणार्थ, गणितात, समीकरणाची वैशिष्ट्ये त्याच्यातील दोन चलांच्या गुणोत्तराने निश्चित केली जाऊ शकतात. जेव्हा या दोन घटकांचे परिमाण अत्यंत नाजूक समतोल साधतात, तेव्हा अशी परिस्थिती उद्भवते जिथे समीकरणाची वैशिष्ट्ये अनिश्चित होतात. या बिंदूला समीकरणाची सिंग्युलॅरिटी म्हणतात. समतोल बिंदूच्या या व्यापक दृष्टिकोनातून सिंग्युलॅरिटी ही संज्ञा समजून घेतल्याने असे दिसून येते की आपल्या सभोवतालच्या प्रत्येक पदार्थाची स्वतःची सिंग्युलॅरिटी असते - एक बिंदू ज्याला क्रिटिकल पॉइंट म्हणतात जिथे द्रव आणि वायूची वैशिष्ट्ये समतोल स्थितीत असतात. आणि एकदा हा क्रिटिकल बिंदू ओलांडला की, तो आपण कधीही कल्पना न केलेल्या उपयुक्त गुणधर्मांचे प्रदर्शन करतो.
सर्व पदार्थ तीन अवस्थेत अस्तित्वात असू शकतात. पाण्याचा विचार करा. कमी तापमानात ते बर्फाच्या रूपात, घन अवस्थेत अस्तित्वात असते. तापमान वाढते तसे ते पाण्यात, द्रवात वितळते आणि आणखी गरम होते, ते उकळते आणि वायूमध्ये रूपांतरित होते. अशाप्रकारे, पदार्थाच्या तीन अवस्था - घन, द्रव आणि वायू - तापमानानुसार बदलतात. शिवाय, पदार्थाची स्थिती केवळ तापमानानुसारच नाही तर दाबाने देखील बदलते. स्प्रे कॅनमध्ये द्रव खूप उच्च दाबाने असतो, परंतु फवारणी केल्यावर तो अदृश्य वायू म्हणून हवेत बाहेर टाकला जातो. अशाप्रकारे, पदार्थ घन, द्रव किंवा वायू म्हणून अस्तित्वात आहे की नाही हे तापमान आणि दाब दोन्हीद्वारे निश्चित केले जाते. आपल्या सभोवतालची ही एक सामान्य घटना असली तरी, वैज्ञानिकदृष्ट्या तपासल्यास ते आणखी मनोरंजक बनते: प्रत्येक अवस्था केवळ विशिष्ट तापमान आणि दाबांवरच राखता येते. दैनंदिन जीवनात आपण सहजपणे पाणी त्याच्या घन अवस्थेत द्रवात वितळताना आणि नंतर वायूमध्ये बाष्पीभवन होताना पाहतो, तरीही यामागे रेणूंमधील जटिल परस्परसंवाद आहे.
तर तापमान आणि दाब स्थिती कशी बदलतात? प्रथम, तापमान आणि दाब म्हणजे काय ते समजून घेऊया. तापमान हे दर्शवते की पदार्थ तयार करणारे सूक्ष्म कण - रेणू किती वेगाने हालचाल करतात. म्हणजेच, कमी तापमानात, रेणू हळूहळू हालचाल करतात आणि उच्च तापमानात, ते वेगाने हालचाल करतात. उलट, दाब रेणूंमधील अंतर दर्शवितो. उच्च दाब म्हणजे पदार्थ संकुचित होतो, ज्यामुळे रेणूंमधील अंतर कमी होते, तर कमी दाब त्यांच्यातील अंतर वाढवतो. तथापि, दाबाद्वारे रेणूंमधील अंतर नियंत्रित केल्याने अतिरिक्त परिणाम होतो. रेणूंमध्ये एकमेकांना आकर्षित करण्याची अंतर्निहित प्रवृत्ती असते, कारण रेणू एकमेकांच्या जवळ असताना या आकर्षक बलाची ताकद वाढते. अशाप्रकारे, जास्त दाब रेणूंना जवळ आणतो, त्यांचे परस्पर आकर्षण आणि एकत्र येण्याची प्रवृत्ती तीव्र करतो. उलट, कमी दाब रेणूंना एकमेकांकडे खेचणाऱ्या बलाला कमकुवत करतो.
आता आपण पाण्याकडे परत जाऊया. कमी तापमानात, पाण्याचे रेणू मंद गतीने हालचाल करतात. हे मंद गतीने चालणारे रेणू परस्पर आकर्षणावर मात करू शकत नाहीत आणि बाहेर पडू शकत नाहीत, ज्यामुळे ते एकत्र जमतात. यामुळे घन अवस्थेत ते पूर्णपणे स्थिर होतात - बर्फ. जेव्हा बर्फाचे तापमान वाढते, तेव्हा रेणू अधिक वेगाने हालचाल करू शकतात, तेव्हा ते मोठ्या गटांमध्ये एकत्रित राहतात परंतु अंशतः परस्पर आकर्षणावर मात करू शकतात, ज्यामुळे काही आण्विक हालचाल शक्य होते. ही पाण्याची द्रव अवस्था आहे. जर तापमान आणखी वाढले तर रेणू इतक्या वेगाने हालचाल करतात की आकर्षक बल त्यांना एकत्र ठेवू शकत नाहीत. ते यादृच्छिकपणे फिरण्यास मुक्त होतात, ज्यामुळे वायूमय अवस्था तयार होते: पाण्याची वाफ. थोडक्यात, पदार्थाची स्थिती रेणूंमधील आकर्षक बल आणि रेणूंच्या गतीमधील स्पर्धेत कोणते बल प्रचलित आहे यावरून निश्चित केली जाते. जास्त दाबाने आकर्षक बल वाढते आणि जास्त तापमानाने रेणूंचा वेग वाढतो. म्हणून, पदार्थाची स्थिती तापमान आणि दाबानुसार बदलते.
आता, तापमान कमी न करता पाण्याच्या वाफेचे द्रवात रूपांतर करण्याचा प्रयत्न करूया. वाढत्या दाबामुळे पाण्याचे रेणू एकमेकांच्या जवळ येतात. यामुळे त्यांच्यातील आकर्षण बल देखील वाढते. जर दाब पुरेसा वाढवला तर परस्पर आकर्षण इतके मजबूत होते की ते वेगाने बाहेर पडणाऱ्या रेणूंनाही धरून ठेवू शकते, ज्यामुळे पदार्थ पुन्हा द्रवात बदलतो. पण वाढत्या दाबामुळे नेहमीच वायूचे द्रवात रूपांतर होते का?
सुरुवातीलाच उत्तर द्यायचे झाले तर: नाही. वाढत्या दाबामुळे रेणूंमधील अंतर कमी होते आणि त्यांचे परस्पर आकर्षण वाढते. पण हे आकर्षण किती मजबूत होऊ शकते याची एक निश्चित मर्यादा आहे. कारण एकदा रेणू एकमेकांना स्पर्श न करता संकुचित केले गेले की ते जवळ येऊ शकत नाहीत. याउलट, रेणूंमध्ये समस्या निर्माण होईपर्यंत किंवा ते तुटत नाहीत तोपर्यंत तापमान अनिश्चित काळासाठी वाढू शकते. म्हणून, एकदा विशिष्ट तापमान ओलांडले की, दाब आणि तापमान यांच्यातील स्पर्धा संपते. कितीही दाब वाढवला तरी, ते वेगाने फिरणाऱ्या रेणूंना पकडण्यासाठी पुरेसे मजबूत आण्विक आकर्षण निर्माण करू शकत नाही, म्हणून वायू द्रव बनत नाही. तापमान आणि दाब यांच्यातील स्पर्धा तुटण्यापूर्वीच्या या अंतिम समतोल बिंदूला गंभीर बिंदू म्हणतात. हे पदार्थाचे एकलता म्हणून देखील पाहिले जाऊ शकते.
तथापि, एखादा पदार्थ गंभीर बिंदूच्या तापमान आणि दाबापेक्षा जास्त द्रव बनू शकत नाही म्हणून त्याचा अर्थ असा नाही की तो त्या बिंदूच्या पलीकडे वायू म्हणून अस्तित्वात आहे. गंभीर बिंदूच्या पलीकडे, तो द्रव तयार करण्यासाठी पुरेसा द्रव नसला तरी, रेणूंमधील अंतर खूप जवळ येते, ज्यामुळे ते एकमेकांना तीव्र बलांनी आकर्षित करतात. म्हणून, जरी रेणू द्रवाप्रमाणे एकत्र नसले तरी, ते वायूप्रमाणे पूर्णपणे मुक्तपणे फिरू शकत नाहीत. ज्या पदार्थाने गंभीर बिंदू ओलांडला आहे आणि तो द्रव किंवा वायू नाही त्याला सुपरक्रिटिकल द्रव म्हणतात.
सुपरक्रिटिकल द्रवपदार्थांमध्ये सामान्य द्रव किंवा वायूंमध्ये क्वचितच आढळणारे गुणधर्म असतात, विशेषतः अत्यंत कमी स्निग्धता आणि इतर पदार्थांसाठी उच्च विद्राव्यता. कमी स्निग्धता म्हणजे उच्च भेदक शक्ती. हे लक्षात ठेवून सहज समजते की जेव्हा वाळूवर पाणी ओतले जाते तेव्हा ते धान्यांमधील प्रत्येक कोपऱ्यात आणि विवरात झिरपते आणि खाली वाहते, तर मध, ज्याची स्निग्धता पाण्यापेक्षा जास्त आहे, तो क्वचितच वाहतो आणि वाळूमध्ये किंचितच शोषला जातो.
थोडक्यात, सुपरक्रिटिकल फ्लुइडचा एक्सट्रॅक्शन सॉल्व्हेंट म्हणून वापर केल्याने ते सर्वत्र प्रवेश करू शकते आणि इच्छित लक्ष्यित पदार्थ विरघळू शकते. तिळाचे तेल काढण्यासाठी तीळ दाबताना, लिग्निन नावाचा अँटीऑक्सिडंट विरघळत नाही. तथापि, एक्सट्रॅक्शनसाठी सुपरक्रिटिकल फ्लुइड वापरल्याने त्याचे उत्पादन १०,००० पटीने वाढू शकते. अशा प्रकारे काढलेले तीळ तेल प्रत्यक्षात व्यावसायिकरित्या विकले जाते. शिवाय, कॉफीच्या डिकॅफिनेशन प्रक्रियेत सुपरक्रिटिकल फ्लुइडचा वापर निवडकपणे फक्त कॅफिन काढून टाकण्यासाठी केला जातो. या पलीकडे, असंख्य औषध कंपन्या औषधी वनस्पतींसारख्या पदार्थांमधून सक्रिय घटक काढण्यासाठी सुपरक्रिटिकल फ्लुइड्सच्या वापरावर संशोधन करत आहेत. नॅनोपार्टिकल्स तयार करण्यासाठी किंवा अत्यंत विशिष्ट रासायनिक अभिक्रिया प्रेरित करण्यासाठी माध्यम म्हणून सुपरक्रिटिकल फ्लुइड्सचा सक्रियपणे वापर केला जातो. अशाप्रकारे, प्रगत तंत्रज्ञानामध्ये सुपरक्रिटिकल फ्लुइड्सने स्वतःला एक मुख्य पदार्थ म्हणून स्थापित केले आहे आणि त्यांच्या अनुप्रयोगांची श्रेणी वाढत आहे.
