Sunday 15 March 2015

સાપેક્ષતાવાદ સેન્ચ્યુરી મારે છે!



૧૯૧૫માં ભૌતિક વિજ્ઞાનનાં ભિષ્મપિતા ગણાતા આલ્બર્ટ આઈન સ્ટાઈને સાપેક્ષતાવાદનો સામાન્ય સિદ્ધાંત - એટલે કે થિયરી ઓફ જનરલ રિલેટીવીટી ઉપર સંશોધનપત્ર પ્રકાશિત કરીને વિજ્ઞાન જગતમાં ખળભળાટ મચાવી દેનાર ભૂકંપ સર્જ્યો હતો. આ વર્ષે આઈનસ્ટાઈનનાં સાપેક્ષતાવાદની સદી પુરી થાય છે. સાપેક્ષતાવાદે, બ્રહ્માંડને અલગ નજરે જોવાની ફરજ પાડી હતી. તેણે આપણાં બ્રહ્માંડની કલ્પના, અંતરીક્ષ, દળ, ઊર્જા અને ગુરૃત્વાકર્ષણ વિશેનાં જ્ઞાનને એક આમુલ ક્રાન્તિમાં ફેરવી નાખ્યું હતું.  શું છે આ સાપેક્ષતાવાદ... ??

સાપેક્ષતાવાદનાં મુળીયા-ગુરૃત્વાકર્ષણનાં નિયમથી જોડાયેલાં છે
આલ્બર્ટ આઈનસ્ટાઈન પહેલાં, પદાર્થનાં ગતિને સમજવાનો પ્રયત્ન આઈનેક ન્યુટને કર્યો હતો. ૧૬૮૭માં ન્યુટને લખ્યું હતું કે બ્રહ્માંડમાં રહેલ દરેક પદાર્થ ઉપર ગુરૃત્વાકર્ષણની અસર થાય છે. જે બળનાં કારણે સફરજન ઝાડમાંથી પૃથ્વી પર પડે છે. એ જ ગુરૃત્વાકર્ષણ બળ પૃથ્વીને સુર્યની પ્રદક્ષિણા કરતું રાખે છે. ગુરૃત્વાકર્ષણનો નિયમ આપનાર, આઈઝેક ન્યુટનને ગુરૃત્વાકર્ષણ બળ ક્યાંથી પેદા થાય છે. એ સવાલે સમસ્યામાં નાખ્યો ન હતો.
અહીંથી આલ્બર્ટ આઈનસ્ટાઈને શરૃઆત કરી હતી. ૧૯૦૫માં આલ્બર્ટ આીનસ્ટાઈને પોતાનાં નવા સિદ્ધાંત માટે અન્ય બે સિદ્ધાંત ઉપર, પોતાની થિયરીનો પાયો નાખ્યો હતો. એક એક સ્થાને ઉભેલાં બ્રહ્માંડનાં ઘટ્ટાને ભૌતિકશાસ્ત્રનાં બધાં જ નિયમો સરખા લાગુ પડે છે. બીજો : પ્રકાશની ઝડપ ૨,૯૯,૩૮૮ કિ.મી. પ્રતિ સેકન્ડ છે જે સમગ્ર બ્રહ્માંડમાં એક સરખી રહે છે. આઈનસ્ટાઈન પહેલાં ઈથર માધ્યમની કલ્પના કરવામાં આવી હતી. જેમાંથી પ્રકાશ પોતાની ગતિ કરતો હોય છે. ઈથરમાં પ્રકાશની ગતિનો આધાર વધઘટ થતો માનવામાં આવ્યો હતો.

ફિલોસોફર ડેવિડ હ્યુમનું યોગદાન :
૧૭૩૮માં ખ્યાતનામ ફિલોસોફર ડેવિડ હ્યુમે એક ગ્રંથ પ્રકાશિત કર્યો હતો. જેનું નામ હતું : ''અ ટ્રીટીન ઓફ હ્યુમન નેચર'' હ્યુમ માનતા હતા કે વૈજ્ઞાનિક સંકલ્પના માત્ર તર્જ, લોજીક કે કારણ (રીઝન) આધારીત ન હોવી જોઈએ. વૈજ્ઞાનિક સંકલ્પનાને અનુભવ અને વૈજ્ઞાનિક સાબિતીનો પણ આધાર મળવો જોઈએ. તેઓ માનતા હતા કે ''પદાર્થની ગતિથી સમયની કલ્પના અલગ કરી શકાય નહીં.'' ટુંકમાં હ્યુમે પદાર્થની ગતિ અને સમયનું અલગ અલગ અસ્તિત્વ નથી એમ સમજાવ્યું હતું.
આલ્બર્ટ આઈનસ્ટાઈન નોંધે છે કે, ''આ તત્ત્વજ્ઞાની વિભાવનાની સમજ અને અભ્યાસ વગર હું સાપેક્ષતાવાદનાં નિરાકરણ સુધી પહોંચી શક્યો ન હોત. સરળ ભાષામાં કહીએ તો, આલ્બર્ટ આઈનસ્ટાઈનનાં 'સ્પેસ-ટાઈમ'ની સંકલ્પના પાછળ ફિલોસોફર ડેવિડ હ્યુમનું પણ પરોક્ષ યોગદાન હતું.

બ્રહ્માંડને સમજવા માટે કોઈ સુનિશ્ચિત 'ફિક્ષ્ડ' સંદર્ભ બિંદુ નથી
બ્રહ્માંડ કોઈ પણ પદાર્થની સમજ, સ્થાન કે પૃથ્થકરણ કરવું હોય તો એક નિશ્ચિીત સંદર્ભ બિંદુ (ફિક્ષ્ડ રેફરન્સ પોઈન્ટ) હોવું જોઈએ. આઈનસ્ટાઈને સ્પેસ-ટાઈમને એક સાથે જોડીને સાપેક્ષતાવાદ આપ્યો છે. ટુંકમાં બ્રહ્માંડનાં ઓબ્જેક્ટની સમજ આપણને અન્ય પદાર્થની સાપેક્ષમાં જ સમજી શકાય છે. સરળ ભાષામાં વાત કરીએ તો, બ્રહ્માંડ પ્રતિ ક્ષણ બદલાતું રહે છે. એટલે જેને આપણે ફિક્ષ્ડ રેફરન્સ પોઈન્ટ ગણતા હતાં તે પણ બદલાતું રહે છે. ટુંકમાં એવું કહી શકાય કે બ્રહ્માંડમાં કોઈ રેફરન્સ માટેની 'ફિક્ષ્ડ ફ્રેમ'નું અસ્તિત્વ જ નથી. બ્રહ્માંડની દરેક ચીજ અન્ય પદાર્થની સાપેક્ષમાં ગતિમાન (પ્રવેગશીલ) હોય છે. એટલે જ તેને સાપેક્ષતાવાદ કહે છે. ખાસ કિસ્સામાં સંદર્ભ બિંદુ અને નિશ્ચીત ગતિને સમજવા અલગ સિદ્ધાંત, આઈનસ્ટાઈને આપ્યો હતો. જેને સ્પેશ્યઅલ થિયરી ઓફ રિલેટીવીટી કહે છે.

સમયની ગતિ/ઝડપ દરેક માટે એક સરખી હોતી નથી
માનવીનાં મગજને ચકરાવે ચડાવી નાખે તેવી આ હકીકત છે. સમયની ગતિખરેખર ન્યારી જ છે. આઈનસ્ટાઈનનો સાપેક્ષતાવાદ કહે છે કે, ''મનુષ્યની ઝડપ જેટલી વધારે હોય, તેટલો સમય તેના માટે ધીમે વહે છે. એક સ્થિર નિરીક્ષકની સાપેક્ષમાં અંતરીક્ષયાનમાં મુસાફરી કરનાર અંતરીક્ષયાત્રીની ઘડિયાળ ધીમે ચાલે છે. સરળ ભાષામાં ગતિમાં હોય એ ઘડિયાળનાં કાંટા, સ્થિર ઘડિયાળનાં કાંટા કરતાં ધીમા આગળ વધે છે.'' ખરા અર્થમાં સમયને આપણી સામાન્ય ઝડપે માપીને સમયનો તફાવત માપવો મુશ્કેલ છે. કારણ કે આ તફાવત માઈક્રો સેકન્ડ જેટલો હોય છે. પૃથ્વીનાં ગ્રાઉન્ડ સ્ટેશન અને અંતરિક્ષમાં પૃથ્વીથી દુર અન્ય ગ્રહ તરફ જતાં અવકાશયાનની ઘડિયાળમાં તફાવત જોવા મળ્યો છે. એટલે કે આઈનસ્ટાઈનની થિયરી સાચી છે. સમયને લગતો આ વિચિત્રતાનું નામ ''ટાઈમ ડિલેશન'' છે.

અતિ ઝડપી પદાર્થ, ગતિની દીશા તરફ જોતાં નાનો લાગે છે
સાપેક્ષતાવાદમાં પ્રકાશની ઝડપ અફર માનવામાં આવી છે. એક દ્રશ્યની કલ્પના કરો કે અંતરીક્ષયાન એક નિશ્ચિત દીશા તરફ જઈ રહ્યું છે. સામેથી એક ખગોળીય ઉલ્કાપીંડ આવી રહ્યો છે. અંતરીક્ષયાનમાંથી પ્રકાશની ઝડપ કરતાં અડધી ઝડપે એક લેસરનો શેરડો, ઉલ્કાપીંડ તરફ રવાના કરવામાં આવે છે. ભલે તેની ઝડપ પ્રકાશની ઝડપ કરતાં ઓછી છે છતાં, લેસરનો શેરડો પ્રકાશની ઝડપે જ ગતિકરી ઉલ્કાપીંડને અથડાશે આવું શા માટે ?
સાપેક્ષતાવાદમાં આઈનસ્ટાઈનની કલ્પના છે કે પ્રકાશની ઝડપે અંતરીક્ષ સંકોચાય છે. સમય ધીમો પડી જાય છે. આમ જો અંતરીક્ષ સંકોચાતું હોય તો ગતિની દીશા તરફ જોનાર વ્યક્તિને ગતી કરનાર પદાર્થની લંબાઈ પણ ઘટેલી દેખાય છે. એટલે કે પદાર્થ તેની મુળ લંબાઈ કરતાં નાનો લાગે છે.

જેમ ઝડપ વધે તેમ તેમ પદાર્થનું દળ પણ વધે છે
E =
સ્ભ૨ સમીકરણનું એક પરીણામ બતાવે છે કે જેમ જેમ પદાર્થની ઝડપ વધે છે તેમ તેમ ધીમા પદાર્થની સાપેક્ષમાં ઝડપી પદાર્થનું દળ (માસ) પણ વધતું જાય છે. જેમ જેમ પદાર્થની ઝડપ વધે છે તેમ તેમ તેની ગતિ ઊર્જા એટલે કે કાઈનેટીક ઊર્જા પણ વધતી જાય છે. આ વાતને સમીકરણનાં માધ્યમથી સમજવા જતાં ગુંચવણ થશે. આગળ આપણે જોઈ ગયા કે ઉર્જા કે પદાર્થનું દળ અલગ અલગ નથી. એક જ છે. જોકે આઈનસ્ટાઈનનાં સાપેક્ષતાવાદનાં સાચા પરીણામોનો મહત્તમ તફાવત પદાર્થની ઝડપ, પ્રકાશની ઝડપને લગોલગ હોય ત્યારે જ જોવા મળે છે. આઈનસ્ટાઈનનો સાપેક્ષતાવાદ આપણા સામ્રાજ્ય અનુભવજન્ય જગતનાં, આપણાં અનુભવોથી મળવો મુશ્કેલ છે. કારણ કે આપણી પરંપરાગત વિચારસરણીથી સાપેક્ષતાવાદ અલગ સિનારીયો રચે છે.

બ્રહ્માંડમાં પ્રકાશની ઝડપ કરતાં, વધારે ઝડપી કોઈ પદાર્થનું અસ્તિત્વ જ નથી
આઈનસ્ટાઈનનાં સાપેક્ષતાનાં બે મહત્ત્વનાં પરીણામ છે એક સમય ધીમો પડવો અને બીજું, અંતરીક્ષનું સંકોચાવું. આ લિસ્ટમાં ત્રીજું પરીણામ પણ ઉમેરાય છે. ઝડપ વધવાની સાથે પદાર્થનું દળ (Mass) પણ વધે છે. જો પરીસ્થિતિ ચાલું જ રહે તો શું પરીણામ મળે ? પ્રકાશની ઝડપે પદાર્થ પહોંચે તો તેનું દળ એટલે કે માસ અનંત બની જાય. સરળ ભાષામાં વાતને સમજવી હોય તો અનંત - સીમા રહીત દળનાં પદાર્થને ગતિ આપવા માટે અનંત ઉર્જાની જરૃર પડે. જે વાસ્તવમાં શક્ય જ નથી. એટલે જ આઈનસ્ટાઈન કહે છે કે બ્રહ્માંડમાં પ્રકાશની ઝડપ કરતાં વધારે ઝડપી પદાર્થ કે ઝડપ મળવી મુશ્કેલ છે. આઈનસ્ટાઈનનો સાપેક્ષતાવાદ આમ સુક્ષ્મ કણથી માંડીને બ્રહ્માંડનાં અનંત ડાયમેન્શન સુધી પોતાનો સ્પર્શ આપે છે.

અંતરીક્ષ અને સમય એ બ્રહ્માંડનું સ્પેસ-ટાઈમ નામનું એક પરિમાણ જ છે
આપણું અનુભવજન્ય બ્રહ્માંડ માત્ર ત્રણ પરિમાણ એટલે કે ડાયમેન્શનનું બનેલું છે. જેને આપણે લંબાઈ, પહોળાઈ કે ઉંડાઈ - ઉંચાઈની મેઝરટેપથી માપી બતાવીએ છીએ. જોકે વૈજ્ઞાનિકોનાં આધુનિક સંશોધનો બતાવે છે કે વધારે પરિમાણ વાળા બ્રહ્માંડ પણ હોઈ શકે છે. આધુનિક ભૌતિકશાસ્ત્ર આપણા અનુભવજન્ય પરિમાણ કરતાં વધારે પરીમાણનું અસ્તિત્વ હોવાની આગાહી કે આશંકા વ્યક્ત કરે છે. જોકે આઈનસ્ટાઈનનાં સાપેક્ષતાવાદમાં ત્રણ પરિમાણ ઉપરાંત એક વધારાનું ચોથું પરિમાણ છે. જેને સ્પેસ-ટાઈમનું નામ આપવામાં આવ્યું છે. સ્પેસ ટાઈમને રબરની ચાદર જેવી કાલ્પનિક વસ્તુ માનવામાં આવી છે. વિશાળ દળ ધરાવનાર પદાર્થ તેમાં મોટો ગોબો પાડે છે. જેને સ્પેસ ટાઈમ વાર્પીના કહે છે જે ગુરૃત્વાકર્ષણ બળનાં કારણે બને છે. સ્પેસ-ટાઈમ વાર્પીંગનાં કારણે જે ફેરફાર થાય છે તેને 'ગ્રેવીટી વેલ' ''ગુરૃત્વ કુવો'' એવું સાહિત્યીક નામ પણ આપવામાં આવ્યું છે.

સાપેક્ષતાવાદ ગુરૃત્વાકર્ષણ ક્યાંથી આવે છે ? એ વાત સમજાવે છે
સાપેક્ષતાવાદ સમજવા માટે નિષ્ણાંતો રબર શીટ મોડેલની કલ્પના કરવામાં માહીર છે. જે સામાન્ય માણસની સમજમાં ઝડપથી આવે તેમ છે. ચિત્રમાં દર્શાવ્યા પ્રમાણે વિશાળ ગોળો, ચાદરમાં ખાડો પાડે છે. જેને ગ્રેવીટી વેલ તરીકે વૈજ્ઞાનિકો ઓળખે છે. નાનો પદાર્થ વિશાળ પદાર્થની પ્રદક્ષિણા કરવા માટે ટુંકામાં ટુંકો માર્ગ પસંદ કરે છે. જેમાં પ્રદક્ષિણા કરવા માટે ઓછામાં ઓછી ઉર્જા વાપરવી પડે. સુર્યમંડળમાં પણ અન્ય ગ્રહો અંડાકારે સુર્યની પ્રદક્ષિણા ફરે છે. બ્રહ્માંડના સ્પેસ-ટાઈમ નામની રબર શીટમાં પડતાં ગોબા-વિકૃતિનાં કારણે જ ગુરૃત્વાકર્ષણ પેદા કરે છે. જ્યાં સ્પેસ-ટાઈમનાં કુવાનો વણાંક વધારે ત્યાં વધારે ગુરૃત્વાકર્ષણ અનુભવવા મળે છે. જ્યાં સ્પેસ ટાઈમ સપાટ છે ત્યાં ગુરૃત્વાકર્ષણ લગબગ અદ્રશ્ય થઈ જાય છે. પદાર્થ નક્કી કરે છે કે સ્પેસ-ટાઈપ કઈ રીતે વળાંક લેશે. સ્પેસ-ટાઈમનો વણાંક નક્કી કરે છે કે પદાર્થ કઈ રીતે ગતિ કરશે.જ

દળ (માસ) અને ઉર્જા (એનર્જી) એક જ સિક્કાની બે બાજુ છે
દુનિયાનું સૌથી પ્રચલીત અને વધારે જાણીતું સમીકરણ છે. E = સ્ભ૨. જે ઊર્જા અને પદાર્થનાં દળ વચ્ચેનો સંબંધ દર્શાવે છે. સરળ ભાષામાં પદાર્થનું ઉર્જામાં રૃપાંતર થઈ શકે છે. એજ રીતે બ્રહ્માંડમાં ઉર્જામાંથી પદાર્થમાં પણ રૃપાંતર થાય છે. ટુંકમાં એમ કહી શકાય કે દળ અને ઉર્જા અલગ અલગ નથી પરંતુ એક જ સંકલ્પનાનાં બે અલગ અલગ પાસા છે. જે સમીકરણ પરમાણુ બોમ્બનાં સર્જન માટે જવાબદાર છે. એ જ સમીકરણ વડે નાભીકીય ઉર્જાનો શાંતિમય પ્રયોગ પણ થાય છે. આખા બ્રહ્માંડની સાચી પરીસ્થિતિ આ સુત્ર દર્શાવે છે. બ્રહ્માંડ ઉર્જા, પદાર્થ (મોર) અને રેડિયેશનનું બનેલું છે. ટુંકમાં સુત્રનો E = ઉર્જા,  M = મેટર (પદાર્થનું દળ) અને C = એટલે કે પ્રકાશ (ની ઝડપ) જે રેડિવેશનનું જ પરીણામ છે.

આલ્બર્ટ આઇન્સ્ટાઇન : વિજ્ઞાન જગતના ભિષ્મ પિતામહ્
-
સાપેક્ષાવાદની સેન્ચૂરી થઈ છે એની સાથે સાથે ગઈ કાલે ૧૪મી માર્ચે આલ્બર્ટ આઇન્સ્ટાઇનનો ૧૩૬મો જન્મ દિવસ હતો. સેલિબ્રિટી જેવું સન્માન મેળવનારા આ અનોખા સાયન્ટિસ્ટ વિશે થોડું જાણી લઈએ. માનવીય ઈતિહાસનું સૌથી તેજ દિમાગ મેળવનારા આઇન્સ્ટાઇનના સંશોધનોએ જગતને નવેસરથી વિચારતું કરી દીધું હતું.
*
આલ્બર્ટ આઈન્સ્ટાઈનનો જન્મ જર્મનીના ઉલ્મમાં ૧૮૭૯ની ૧૪મી માર્ચે થયો હતો. આઇન્સ્ટાઇનને માત્ર ભૌતિકશાસ્ત્રી ગણવા એ તેમની અધૂરી ઓળખ થઈ કહેવાય. આજે થતાં કેટલીય વિદ્યાશાખાઓના સંશોધનો આઇન્સ્ટાઇનના સંશોધનો ઉપર આધારિત હોય છે. એ રીતે તેઓ આખા વિજ્ઞાનજગતના પિતામહ ગણાય છે.
*
આઈન્સ્ટાઇનને તેમના જીવન દરમિયાન ૩૦૦ સાયન્ટિફિક સંશોધન પેપર્સ રજૂ કર્યા હતા અને વળી બીજા વિજ્ઞાનના ન હોય એવા અલગ અલગ વિષયોના ૧૫૦ પેપર્સ પણ તેઓ અલગ અલગ સમયે પોતાના જીવન દરમિયાન રજૂ કરી ચૂક્યા હતા.
*
૧૯૨૧-૨૨ના વર્ષમાં તેમણે વિશ્વભરના દેશોનો પ્રવાસ ખેડયો હતો જ્યાં બધે જ કોઈ ફિલ્મસ્ટારને કે સ્પોર્ટ્સ સેલિબ્રિટીને મળે એટલું સન્માન મળ્યું હતું. એ અર્થમાં તેઓ જગતના પહેલા સેલિબ્રિટી સાયન્ટિસ્ટ હતા.
*
આઇન્સ્ટાઇન આપણાં કવિવર રવીન્દ્રનાથ ટાગોરના સંગીત-સાહિત્યના પ્રશંસક હતા અને ૧૯૩૦માં તેઓ ટાગોરને મળ્યા ત્યારે બંનેએ સંગીતજ્ઞા-સાહિત્યની ચર્ચાઓ કરી હતી.
*
૧૯૦૫માં તેમણે ફોટોન્સ એન્ડ એનર્જી ઉપર પેપર રજૂ કરીને વિશ્વને પોતાના કામની નોંધ લેવડાવી હતી.
*
૧૯૨૧માં નોબેલ પારિતોષિક આપીને તેમના કામનું સન્માન કરવામાં આવ્યું હતું.
*
આઈન્સ્ટાઈનનું ૧૯૫૫ની ૧૮મી એપ્રિલે પાછલી રાત્રે ૧.૨૫ મિનિટે ઊંઘમાં જ અવસાન થયું હતું. આઇન્સ્ટાઈને પોતાના વસિયતનામામાં લખ્યું, 'મારા અંતિમ સ્થાનને અજાણ્યું રાખશો, જેથી એ કોઈ જાહેર સ્થળ કે યાત્રાનું સ્થાન બની ન રહે.'

આઇન્સ્ટાઇન શા માટે જિનિયસ હતા?
-
૧૯૫૫માં ડો. આલ્બર્ટ આઈન્સ્ટાઈનનું મોત થયું ત્યારે તેનું મગજ સંશોધન માટે અલગ કાઢી લેવાયુ હતું. એ મગજ પર હજુ પણ સંશોધનો થતાં રહે છે જેના તારણો કંઈક એવા છે કે...
*
ફ્લોરિડા સ્ટેટ યુનિવર્સિટીના મહિલા સંશોધક ડો. ડીન ફાકના કહેવા પ્રમાણે આઈન્સ્ટાઈનના ડાબા અને જમણાં હેમિસફિઅર વચ્ચે જોડાણ મજબૂત હતું. એટલે તેઓ બીજાં બધા કરતા અલગ વિચારી શકતા હતા.
*
આઇન્સ્ટાઇનના અવસાન પછી થોમસ હાર્વે નામના તબીબે તેમાંથી મગજ કાઢીને તેના ૨૪૦ ટૂકડા કર્યા. એ ટૂકડાઓ વિવિધ મગજ-વિદ્વાનોને મોકલી આપ્યા. એ ટૂકડાઓમાંથી વિભિન્ન સંશોધનો પણ થતા રહે છે.
*
એક સંશોધનમાં જાણવા મળ્યું કે આઈન્સ્ટાઈનના મગજમાં પણ સંગીતકારોના મગજમાં જે હિસ્સો વિકસે એ હિસ્સો પુરેપુરો વિકસ્યો હતો એટલે તેઓ બહુ સારા વાયોલિનવાદક હતા.
*
આઈન્સ્ટાઈનના મગજનો પરાઈટલ લોબ એવા મેડિકલ નામે ઓળખાતો મધ્યભાગ સરેરાશ મગજ કરતાં ૧૫ ટકા વધારે મોટો હતો. એટલે કે જ્ઞાનકોષો પણ એટલા વધારે હતાં. એ હિસ્સાની મોટાઈએ પણ આઈન્સ્ટાઈનને મોટા માણસ બનાવવામાં ઘણો ભાગ ભજવ્યો હતો..