सार्थक अंक: विज्ञान की दुनिया का वो ‘शिष्टाचार’, जो आपको ‘सत्य’ के करीब ले जाता है!

मैं हूँ सायन्स ट्रेनर, कुवाको केन। हर दिन एक नया प्रयोग।

जब आप कैलकुलेटर पर भाग करते हैं, तो डिस्प्ले पर “7.14285714…” जैसा कुछ आता है। परीक्षा की उत्तर-पुस्तिका में इस संख्या को कहाँ तक लिखना चाहिए? गणित में तो अक्सर निर्देश होते हैं, जैसे “दशमलव के दूसरे स्थान को गोल (round off) करें,” लेकिन विज्ञान की दुनिया में, आपको यह संख्या सीमा खुद तय करनी होती है।

असल में, यह संख्या सीमा ही विज्ञान की विश्वसनीयता का आधार है, यही वह महत्वपूर्ण चाबी है जिसे ‘सार्थक अंक’ (Significant Figures) कहते हैं।

“यह संख्या सीमा क्यों?” “क्या गणना के बीच में ही गोल कर देना चाहिए?” – ये सवाल विज्ञान की दुनिया में आपका पहला कदम हैं। सार्थक अंक सिर्फ कोई ऊबाऊ नियम नहीं हैं। वे एक विश्वव्यापी “भाषा” हैं जिसके ज़रिए वैज्ञानिक यह बताते हैं कि मापे गए अंक “कितने विश्वसनीय” हैं। यह विज्ञान के जगत का “शिष्टाचार” है।

इस बार, हम आपको सार्थक अंकों के इस मुश्किल से लगने वाले विषय के असली मतलब को महसूस करने का एक ऐसा प्रयोग बताएँगे, जिसे आप खुद करके देख सकते हैं। इसके लिए आपको चाहिए: वर्निअर कैलिपर्स (Vernier Calipers), इलेक्ट्रॉनिक बैलेंस (Electronic Balance), और घनत्व मापने के लिए धातु के वज़न (एल्युमीनियम, लोहा, तांबा)। आइए, धातु की पहचान के इस रहस्य के माध्यम से, अंकों के पीछे छिपी विज्ञान की गहरी दुनिया में झाँकते हैं।

मापक उपकरण क्या कहते हैं “विश्वसनीय संख्या” की सीमा के बारे में
प्रयोग का मिशन है—एल्युमीनियम, लोहा और तांबा, इन तीन धातुओं के वज़न का घनत्व (Density) मापना और उनकी असल पहचान का पता लगाना। सबसे पहले, आइए समझते हैं कि हर मापक उपकरण हमें क्या बता रहा है।

ज़रूरी सामग्री (Preparation)
वर्निअर कैलिपर्स

इलेक्ट्रॉनिक बैलेंस

घनत्व मापने के लिए वज़न (एल्युमीनियम, लोहा, तांबा)

कैलकुलेटर

रिकॉर्ड शीट

इस प्रयोग के मुख्य किरदार, घनत्व मापने वाले वज़न। दिखने में एक जैसे, पर इनकी पहचान…?

प्रयोग की प्रक्रिया: वर्निअर कैलिपर्स और इलेक्ट्रॉनिक बैलेंस का इस्तेमाल!
सबसे पहले, वज़न का “आयतन” (Volume) और “द्रव्यमान” (Mass) मापते हैं। इसके लिए हम वर्निअर कैलिपर्स और इलेक्ट्रॉनिक बैलेंस का इस्तेमाल करेंगे। आपको पता है, इन दोनों उपकरणों के ज़रिए हमें मिलने वाली संख्याओं के संसार का “रिज़ॉल्यूशन” अलग-अलग होता है।

वर्निअर कैलिपर्स से, हम mm के भी 10वें हिस्से तक की सटीक दुनिया देख सकते हैं।

जब आप वर्निअर कैलिपर्स से किसी बेलन (cylinder) का व्यास (diameter) और ऊँचाई मापते हैं, तो रीडिंग “30.3mm” जैसी आ सकती है, यानी 0.1mm तक। यह हुए तीन सार्थक अंक। वहीं, जब आप इलेक्ट्रॉनिक बैलेंस से द्रव्यमान मापते हैं, तो रीडिंग “60.03g” जैसी आ सकती है, यानी 0.01g तक। यह हुए चार सार्थक अंक। हर मापक उपकरण की “मुझे यहाँ तक पूरा भरोसा है” कहने की सीमा अलग होती है। यही अंतर सार्थक अंकों पर विचार करने की शुरुआत है।

गणना की भूलभुलैया में आपका स्वागत है! π से जद्दोजहद और उत्तर की अंक सीमा

अब आता है सोचने का सबसे महत्वपूर्ण हिस्सा। कैलकुलेटर हाथ में लें और अंकों के रहस्य को सुलझाएँ।

अब असली चुनौती शुरू होती है। मापे गए अंकों का उपयोग करके घनत्व (द्रव्यमान ÷ आयतन) की गणना करें। लेकिन, यहाँ कई दिमाग़ी फंदे आपका इंतज़ार कर रहे हैं:

व्यास को 2 से भाग देकर त्रिज्या (radius) निकालते हैं, लेकिन अंकों की संख्या कितनी रहेगी?

क्या π को “3.14” इस्तेमाल करें? या कैलकुलेटर पर दिखाए गए “3.141592…” का इस्तेमाल करें?

आखिर में, जब द्रव्यमान को आयतन से भाग देते हैं, तो उत्तर में सार्थक अंक कितने होने चाहिए?

इन सवालों का एकमात्र सही जवाब बता देना आसान है। मगर, वैज्ञानिक खोज में “ऐसा क्यों होता है” यह सोचने की प्रक्रिया ही सबसे बड़ा खजाना है। असल में, गणना के नतीजे की विश्वसनीयता इस्तेमाल किए गए मापों में सबसे कम विश्वसनीय माप (वह जिसमें सार्थक अंक सबसे कम हैं) के हिसाब से तय होती है, यह नियम है।

उदाहरण के लिए, तीन सार्थक अंकों वाली लंबाई और चार सार्थक अंकों वाले द्रव्यमान से गणना किए गए घनत्व को तीन सार्थक अंकों में ही बताना शिष्टाचार है। आप कितना भी सटीक द्रव्यमान माप लें, लंबाई मापने की सटीकता ही पूरी विश्वसनीयता तय करती है। यह कोशिश और ग़लती की प्रक्रिया ही आपको आत्मा से यह समझने में मदद करती है कि सार्थक अंक “क्यों ज़रूरी हैं”।

“शिष्टाचार” के पीछे छिपा वैज्ञानिक का नज़रिया
यह प्रयोग महज़ कोई गणना अभ्यास (calculation drill) नहीं है।

आप जानेंगे कि मापन की सीमाएँ होती हैं, और अंकों से उन सीमाओं को ज़ाहिर करना कितना महत्वपूर्ण है।

आपमें यह तार्किक क्षमता विकसित होगी कि गणना के दौरान किस संख्या पर “भरोसा” किया जाए।

आप “घनत्व” जैसा एक शक्तिशाली हथियार हासिल करेंगे, जो किसी भी पदार्थ का मौलिक मान होता है, ठीक वैसे ही जैसे प्राचीन यूनान के आर्किमिडीज़ ने ताज का रहस्य सुलझाया था।

विज्ञान, प्रकृति के इस विशाल रहस्य को सुलझाने का विषय है। और मापे गए अंक उस रहस्य के बारे में प्रकृति का संदेश हैं। सार्थक अंकों का “शिष्टाचार” उस संदेश को सही और ईमानदारी से पढ़ने का तरीका है। अगर यह प्रयोग छात्रों को अंकों के पार छिपी वैज्ञानिक सोच को छूने का मौका देता है, तो मुझे इससे ज़्यादा ख़ुशी किसी बात में नहीं होगी।

संपर्क और अनुरोध के लिए
विज्ञान के चमत्कारों और मज़े को और करीब से जानें! घर पर किए जा सकने वाले मज़ेदार विज्ञान प्रयोग और उनके नुस्खे आसान भाषा में यहाँ दिए गए हैं। ढूँढिए और जानिए!

संचालक (ओपरेटर) कुवाको केन के बारे में यहाँ जानें।

विभिन्न अनुरोधों (लेखन, भाषण, प्रायोगिक कक्षाएँ, टी.वी. पर्यवेक्षण, अभिनय आदि) के लिए यहाँ संपर्क करें।
* लेखों की अपडेट्स X पर मिलेंगी!

विज्ञान के आइडियाज़ चैनल पर प्रायोगिक वीडियोज़ उपलब्ध हैं!