અખિલ બ્રહ્માન્ડમાં – ૩ (પી. કે. દાવડા)


આઈનસ્ટાઈની સ્પેશિયલ અને જનરલ થીયેરી ઓફ રીલેટીવિટી.

૧૯૦૫ માં આઈંનસ્ટાઈને પહેલી વાર એની Specila Theory of Relativy જાહેર કરી, ત્યાં સુધી ૧૬૮૬ માં ન્યુટને આપેલા ગતિના નિયમો સર્વમાન્ય હતા. એ નિયમો અનુસાર ઔદ્યોકિક જગતમાં ઘણી પ્રગતિ થયેલી. આઈનસ્ટાઈનના ગણિત અને અવલોકનો દ્વારા ન્યુટનના નિયમો અવકાશમાં ગતી માટે અપૂરતા લાગ્યા. એણે ખૂબ જ જટીલ ગણત્રી કરી પોતાની વિખ્યાત Special Theory of Relativity જાહેર કરી.

સ્પેશિયલ થીયરી ઓફ રીલેટીવિટી

આ થીયરીને એણે સ્પેશિયલ કહી કારણ કે આ થીયરી લાગુ પડવા માટે અમુક શરતો હતી, એમાંથી મુખ્ય શરતો આ પ્રમાણે હતી

(૧) આ થીયરી સમથળ (Plain surface) ને જ લાગુ પડે છે.

(૨) આ નિરીક્ષણો માટે એક સરખું વાતાવરણ હોવું જોઈએ. આને એણે Frame of Observation નામ આપ્યું છે.

(૩) આ વાતાવરણ કાં તો સ્થિર હોવું જોઈએ અથવા સ્થિરગતિમાં હોવું જોઇએ. એટલે કે ન તો ગતિ બદલવી જોઈએ કે ન તો ગતિની દિશા બદલવી જોઈએ.

જો આટલી શરતો પૂરી થાય તો

(૧) અવકાશમાં પ્રકાશની ગતિ ગમે તે પરિસ્થિતિમાં આલોકો તો પણ તેની તે જ રહે છે, (૧,૮૬,૦૦૦ માઈલ પ્રતિ સેકંડ). એટલે કે એ બદલાતી નથી. તમે સ્થિર ઊભા રહીને હેડલાઈટ ચાલુ કરીને જુવો કે ૧૦૦ માઈલની ઝડપે દોડતી કારની હેડલાઈટ ચાલુ કરીને જુવો, તો પ્રકાશની ગતિ એની એ જ રહેશે. એને બદલે તમે જો સ્થિર ઊભા રહીને એક દડો ફેંકો તો એની ઝડપ કરતાં તમે લાંબા અંતરની ઝડપી દોડ લગાવીને દડો ફેંકો તો એની ઝડપ વધારે હશે. એટલે જ ફાસ્ટ બોલરો લાંબી દોડ લગાવી દડો ફંકે છે.

એણે એમ પણ કહ્યું કે પ્રકાશની ગતિથી વધારે ગતિ કોઈપણ શક્તિ કે પદાર્થ માટે શક્ય નથી.

(૨) આઈનસ્ટાઈને કહ્યું કે પદાર્થ વિજ્ઞાનના નિયમો સ્થિર વાતાવરણમાં બદલાતા નથી, પછી ભલે એ સમગ્ર વાતાવરણ એક સ્થિર ગતિથી સીધી લીટીમાં ચાલતું હોય. દા.ત. ચાલતી ટ્રેનમાં દડો ઉછાળો તો એ પાછો નીચે આવશે. (આડકતરી રીતે અહીં ન્યુટનના નિયમો ક્યારે લાગુ પડે એનો ખુલાસો છે.)

(૩) આઈનસ્ટાઈની પહેલા વિજ્ઞાનમાં ધારણા હતી કે પદાર્થ અને શક્તિ એ બન્ને એકબીજાથી ભિન્ન છે. પણ આઈનસ્ટાઈને કહ્યું કે જેમ જેમ પદાર્થની ઝડપ વધે છે, તેમ તેમ પદાર્થમાં વૃધ્ધિ થાય છે. પદાર્થ જ્યારે પ્રકાશની ગતિએ ચાલે છે ત્યારે એનું વજન “ઈનફીટી” થઈ જાય છે. આમ ગતિની શક્તિ (Kinetic Energy) અને પદાર્થ (Mass) વચ્ચેની સંબંધ સ્થાપિત કર્યો. આઈનસ્ટાઈના પ્રખ્યાત સમીકરણ E = mC2 ના પાયામાં આ હકીકત છે.

જ્યારે પણ કોઈ પદાર્થ કોઈપણ કારણથી ઉર્જા બહાર ફેંકે છે, ત્યારે પદાર્થના mass માં ઘટાડો થાય છે. સૂર્યમાં સતત ૪ હાઈડ્રોજનના એટમનું એક હેલિયમમાં રૂપાંતર થાય છે ત્યારે ચાર હાઈડ્રોજનના કુલ mass કરતાં હેલિયમનું mass ઓછું હોય છે. આ mass ઘટાડો સૂર્યમાં ગરમી પેદા કરવામાં વપરાઈ જવાથી થાય છે.

જનરલ થીયરી ઓફ રીલેટીવિટી

સ્પેશિયલ થીયરી માત્ર નિયંત્રિત ગતિવાળા પદાર્થોને જ લાગુ પડે છે, પણ જે પદાર્થોની ગતિ અને દિશા બદલાતી હોય તેનું શું? આ પ્રશ્નોનો જવાબ આઈનસ્ટાઈને દસ વર્ષના સંશોધન પછી ૧૯૧૫ માં General Theory of Relativity દ્વારા આપ્યો. અવકાશી પદાર્થોના ગતિના બદલાવ માટે મોટેભાગે ગુરૂત્વાકર્ષણ જવાબદાર છે. એટલે આ થીયરી મુખ્યત્વે ગુરૂત્વાકર્ષણ અંગે છે.

આ થીયરીમાં આઈનસ્ટાઈને અવકાશ અને સમયનો સમન્વય કર્યો છે. ત્યાં સુધી વિશ્વ ત્રિપરિમાણીય હતું. આઈનસ્ટાઈને એમાં સમયનું ચોથું પરિમાણ ઉમેર્યું. જે કંઈ થાય છે એ બધું જ અવકાશસમયની અંદર જ થાય છે. કોઈપણ બનાવ અવકાશની અંદર એક મુકરર સ્થાને મુકરર સમયે જ થાય છે, જેને વૈજ્ઞાનિકો x, y, z, t સંજ્ઞાઓ વડે અંકિત કરે છે. આ અવકાશસમય એ સતત બનતા બનાવોનું સ્ટેજ છે. આવું એને ગુરૂત્વાકર્ષણ સમજાવવા માટે કરવું પડ્યું. એણે કહ્યું કે અવકાશ અને સમય એકબીજા સાથે એક સ્થિતિસ્થાપક ચાદરની માફક વણાયલા છે. પ્રકાશ એક એક સેકંડમાં જેટલું અંતર કાપે એ અંતરને એણે સમય અને અવકાશના એક પરિમાણ તરીકે અપનાવ્યું. એણે કહ્યું કે સ્થિતિસ્થાપક સમસ્થલિય ચાદરમાં જ્યારે કોઈ પદાર્થ મૂકાય છે ત્યારે એ ચાદરમાં ઝોલ આવે છે, અને ચાદરમાં વણાક આવે છે. એણે કહ્યું કે સમસ્ત બ્રહ્માંડ એક આવી ચાદર છે અને બધા આકાશી પદાર્થો એમાં વણાક પેદા કરે છે. બસ આ વણાક જ ગુરૂત્વાકર્ષણ છે. ઢળાણ ઉપર કોઈપણ પદાર્થ મૂકવામાં આવે તો એ ઉપરની નીચે તરફ જશે. બસ આ જ ગુરૂત્વાકર્ષણ છે.

આઈનસ્ટાઈનના મતે અવકાશ સપાટ નથી પણ એમાં વળાંક છે. વળી એમાં સમયનું ચોથું પરિમાણ વણાયલું છે. આ સમય સાથેના વળાંકવાળા અવકાશને spacetime એવું નામ આપવામાં આવ્યું છે. અવકાશ અને સમયના આ તાણાવાણાના આ ફેબ્રીકને દ્રવ્ય અને શક્તિ (matter and energy) વિક્ષુબ્ધ કરી શકે છે. આઈનસ્ટાઈન એમ પણ માને છે કે દ્રવ્ય અને શક્તિ આ spacetime ના જ બનેલા છે.

આ થીયરીમાં એણે એ પણ પ્રતિપાદન કર્યું છે કે પ્રકાશ હંમેશાં સીધી લીટીમાં ગતિ કરે છે, પણ ગુરૂત્વાકર્ષણ એને વળાંક આપી શકે છે.

આ થીયરી ઉપર આધારિત એણે જે અનુમાન કર્યા હતા એમાં બ્લેક હોલ્સની અને ગુરૂત્વાકર્ષણના તરંગોની પણ વાતો હતી. એણે એમ પણ કહેલું કે ગુરૂત્વાકર્ષણ સમયને ધીમો કે ઝડપી કરી શકે છે. વિજ્ઞાનની થીયરીઓમાં પણ સમય સાથે ફેરફાર થાય છે. આઈનસ્ટાઈનના સમય અગાઉ એમ માનવામાં આવતું કે સમયમાં ક્યારે ય કોઈપણ ફેરફાર થતો નથી. આઈનસ્ટાઈને કહ્યું કે અમુક પરિસ્થિતિઓમાં સમય સંકોચાય પણ છે અને લંબાય પણ છે. ખૂબ મોટા પદાર્થની પાસે સમય ધીમો પડી જાય છે. આવા મોટા પદાર્થથી ખૂબ દૂર સમય થોડો ઝડપી થઈ જાય છે.

આ બધા અનુમાનોના ધીરે ધીરે પુરાવા મળતા જાય છે.

આઈનસ્ટાઈનની Relativity સમજવામાં જેટલી અઘરી છે, એના કરતાં ગુજરાતીમાં સમજાવવામાં વધારે અઘરી છે. મેં મારાથી શક્ય હતો એટલો પ્રયત્ન કર્યો છે. મોટા ભાગના વાચકોને આ નિરસ લાગવાનો સંભવ છે, પણ આના પછીના articles સમજવા માટે આટલા નિરસ કે અઘરા નથી.

3 thoughts on “અખિલ બ્રહ્માન્ડમાં – ૩ (પી. કે. દાવડા)

  1. મા દાવડાજીએ સરળ સ રસ રજુઆત કરી .ન્યૂટન મહાન પ્રતિભાશાળી હતા અને એક વાર તેમણે કહ્યું કે “તેઓ સૌથી વધુ નસીબદાર પણ હતા, કારણ કે આપણે દુનિયાની વ્યવસ્થાને એકથી વધુ વખત સ્થાપિત નથી કરી શકતા.” તેઓ અંગે જાણીતી વાત
    નેચર એન્ડ નેચર્સ લોઝ લે હાઇડ ઇન નાઇટ;
    ગોડ સેઇડ “લેટ ન્યૂટન બી” એન્ડ ઓલ વોઝ લાઇટ.
    ઇફ આઇ હેવ સીન ફર્ધર ઇટ ઇસ બાય સ્ટેન્ડીંગ ઓન ધી શોલ્ડર્સ ઓફ જાયન્ટ્સ.
    ઇતિહાસમાં ન્યૂટને લખ્યું:’હું નથી જાણતો કે હું દુનિયાને કયા સ્વરૂપમાં દેખાઈશ પણ મારા પોતાના માટે હું એક એવો છોકરો છું જે સમુદ્રકિનારે રમી રહ્યો છું અને પોતાના ધ્યાનને અત્યારે અને ત્યારેમાં લગાવી રહ્યો છું, એક વધુ ચીકણો પત્થર કે એક વધુ સુંદર કોચલું શોધવાનો પ્રયાસ કરી રહ્યો છું. સત્યનો આ આટલો મોટો સાગર મારી સામે અત્યાર સુધી શોધવામાં આવ્યો નથી.’ આઈનસ્ટાઈની સ્પેશિયલ અને જનરલ થીયેરી ઓફ રીલેટીવિટીની સરળ સમજમા તેની આ વાત ખૂબ સરસ
    ‘આપણે જોઇ શકીએ છીએ કે બ્રહ્માંડની ગોઠવણી ખુબ જ સુંદર રીતે થઇ છે અને તે કેટલાંક નિયમોનું પાલન કરી રહ્યું છે, પરંતુ આપણે તો તેના નિમયોને ભાગ્યેજ સમજી શકીએ છીએ’અને એમને આ રીતે પણ ઓળખતા-‘આઇન્સ્ટાઇન એટલે એક કાર્ટૂનિસ્ટનું સાકાર થયેલું સ્વપ્ન.’
    .રાહ આ થીયરી પણ ખોટી પાડનારનું સંશોધન અંગે…

    Liked by 1 person

  2. એક અવલોકનકર્તા સ્થિર હોય અને બીજો 1લાખ કિલોમીટર/સેકન્ડની ઝડપે ગતિ કરે અને બંને પ્રકાશની ગતિ માપે છે. બંને માટે પ્રકાશની ઝડપ 3લાખ કિલોમીટર/સેકન્ડ જ રહે છે! કેટલી અદભુત ઘટના છે! પ્રકાશ જે કણોનો બનેલો છે એ ફોટોનને દળ નથી હોતું એને લીધે આવું બનતું હોવાનું વૈજ્ઞાનિકો કહે છે. પણ, એ ગુણધર્મ શું છે એ કોઈ સમજાવી નથી શકતું. ફોટોન કેવી રીતે અવલોકનકર્તાની માપણી પર અસર કરે છે? અને, તે પણ એકસાથે દરેક અવલોકનકર્તા પર!

    Liked by 1 person

પ્રતિભાવ

Fill in your details below or click an icon to log in:

WordPress.com Logo

You are commenting using your WordPress.com account. Log Out /  બદલો )

Google photo

You are commenting using your Google account. Log Out /  બદલો )

Twitter picture

You are commenting using your Twitter account. Log Out /  બદલો )

Facebook photo

You are commenting using your Facebook account. Log Out /  બદલો )

Connecting to %s