वैज्ञानिक अल्बर्ट आइन्सटाइन

सन् १९१५ को नोभम्बर २५, अर्थात्, आजभन्दा ठिक सय वर्ष अगाडि वैज्ञानिक अल्बर्ट आइन्स्टाइनले सामान्य सापेक्षतावादको सिद्धान्तको अन्तिम पेपर प्रस्तुत गरेका थिए । आइन्स्टाइनले यो सिद्धान्त प्रतिपादन गर्दा थोरै वैज्ञानिकहरुले मात्र यस सिद्धान्तको गणितीय पक्ष बुझेका थिए भन्ने किम्बदन्ती छ । यो किम्बदन्ती सही थियो कि गलत थियो भन्ने कुरामा विज्ञान इतिहासकारहरुको एकमत त छैन, तर आम मानिसमा यस सिद्धान्तको ज्ञान त्यति धेरै छैन भन्ने कुरामा भने कसैको दुईमत नहोला ।

कोही व्यक्तिलाई आइस्टाइनको बारेमा सोध्नुस्, कसैले अहिलेसम्मकै सबैभन्दा महान् वैज्ञानिक भन्लान्; कसैले उनले प्रतिपादन गरेको सूत्र E=mc²  सम्म पनि भन्लान् त कसैले परमाणु बमको कुरा पनि गर्लान् । तर सामान्य सापेक्षतावादको सिद्धान्त के हो ? यसले के कुरा भन्छ ? भन्ने कुरा सोध्नुहोस्, उत्तर सायदै आउला । यसको एउटा कारण के हो भने सामान्य सापेक्षतावादको सिद्धान्तमा वक्र अन्तरिक्ष र time dilation जस्ता दिमाग चकराउने अवधारणाहरु छन् ।

सत्रौँ सताब्दीमा वैज्ञानिक सर आइज्याक न्यूटनले प्रतिपादन गरेको गुरुत्वाकर्षणको सिद्धान्तसित अल्बार्ट आइन्स्टाइनलाई केही आपत्ति थियो । आइज्याक न्युटनको गुरुत्वाकर्षणको सिद्धान्तका अनुसार कुनै पिण्ड भएको वस्तुले अर्को पिण्ड भएको वस्तुलाई तान्छ वा आकर्षित गर्छ । यसरी पिण्ड भएको वस्तुले अर्को वस्तुलाई तान्ने बललाई न्युटनले गुरुत्व अथवा गुरुत्वाकर्षण बल भनेका थिए । तर यस व्याख्यामा आइन्स्टाइनले केही अनियमितता महसुस गरे । आइन्स्टाइनको अवधारणा यस्तो थियो । यदि तपाईं कुनै स्थिर लिफ्टमा हुनुहुन्छ र त्यही बेला तपाईंले भुइँमा बल खसाल्नुभयो भने बल ९.८ मिटर प्रतिसेकेण्ड प्रतिसेकेण्डको दरले खस्छ । त्यो भनेको पृथ्वीको गुरुत्वाकर्षणको कारणले कुनै वस्तुमा पैदा हुने acceleration हो ।

तर, यदि तपाईं कुनै रकेटमा हुनुहुन्छ, र त्यो रकेट ठिक माथितिर, अथवा तपाईंको खुट्टाबाट टाउकोको दिशामा ९.८ मिटर प्रतिसेकेण्ड प्रतिसेकेण्डमा कुदिरहेको छ भने पनि विल्कुल त्यस्तै हुन्छ । अथवा, त्यस्तो रकेटभित्र रहँदा तपाईंले बल भुइँमा खसाल्नुस्, बल ९.८ मिटर प्रतिसेकेण्ड प्रतिसेकेण्डको दरले खस्छ । यसको मतलब पृथ्वीमा रहँदा गुरुत्वाकर्षणले जस्तो प्रभाव पार्ने हो, गतिमा रहेको त्यस्तो रकेटभित्र तपाईंले त्यस्तै प्रभाव महसुस गर्नुहुन्छ ।

यसको ठिक उल्टो पनि सही हुन्छ । मतलब, यदि तपाईं अन्तरिक्षमा स्थीर रकेटमा हुनुहुन्छ भने तपाईंले आफ्नो तौल महसुस गर्नुहुन्न । यदि बल खसाल्न खोज्नुभयो भने, बल खस्दैन, बरु हावामै तैरिन्छ । त्यस्तै, यदि तपाईं जुन लिफ्टभित्र हुनुहुन्छ, त्यस लिफ्टको तार चुँडाइदियो र त्यसलाई स्वतन्त्र रुपमा पृथ्वीको गुरुत्वाकर्षण बलको प्रभावमा छोडिदियो भने पनि तपाईंलाई आफ्नो तौल महसुस हुँदैन । बल खसाल्न प्रयास गर्नुहोस्, बाहिरी दर्शकले हेर्दा त बल खसिरहेको हुन्छ, तर लिफ्टभित्रको तपाईंलाई भने बल खसेको महसुस हुँदैन, बल हावामै तैरिरहेको महसुस हुन्छ । यस्तो किन हुन्छ भने तपाईं, लिफ्ट र बल सबै एकै दरमा तल खसिरहेको हुन्छ ।

यसको मतलब कुनै वस्तुमा गुरुत्वाकर्षणले पार्ने प्रभाव र uniform acceleration ले पार्ने प्रभावमा भिन्नता हुँदैन । यो कुरा ख्याल गरिसकेपछि आइन्स्टाइनले यही सिद्धान्त र अन्तरिक्ष–समयको अवधारणालाई जोडेर सामान्य सापेक्षतावादको सिद्धान्तको प्रस्ताव राखे ।

सामान्य सापेक्षतावादको सिद्धान्तको अवधारणा अनुसार, गुरुत्वाकर्षण भनेको कसैले कसैलाई तान्ने शक्ति होइन । यो त वक्राकारको अन्तरिक्ष–समयले पैदा गर्ने एउटा परिणाम हो ।

हामीले अन्तरिक्षको कुरा गर्दा अन्तरिक्षलाई समयसित अलग रुपमा बुझ्छौँ । तर वास्तवमा भन्नुपर्दा अन्तरिक्ष र समय एकअर्कामा जोडिएर रहेका छन् । अन्तरिक्षको कुनै भागमा असर पार्ने केही कार्य गर्दा त्यहाँको समयमा पनि असर पुग्छ । यो भनेको कुनै वस्तुको आकार र त्यसको आयतनबीचको सम्बन्ध जस्तै हो । कुनै वस्तुको आकार, अर्थात् त्यसको लम्बाइ, चौडाइ वा उचाइमा परिवर्तन ग¥यौँ भने त्यसको आयतनमा पनि परिवर्तन आउँछ ।

अन्तरिक्ष–समयको आकारमा आएको परिवर्तनका कारण, अथवा भनौँ अन्तरिक्ष–समय वक्र भएको स्थानमा हामी गुरुत्वाकषर्णको अनुभव गर्छौं । यसरी अन्तरिक्ष–समयलाई वक्र गर्ने काम भने पिण्ड भएको कुनै वस्तुले गर्छ । धेरै पिण्ड भएका ब्ल्याक होल, तारा, ग्रहहरुदेखि लिएर तपाईं–हामी जस्ता कम पिण्ड भएका वस्तुहरुले पनि आफू वरिपरिको अन्तरिक्ष वक्र पार्छ । अनि, अरु कुनै वस्तु त्यो वक्र अन्तरिक्ष भएर गुज्रँदा अन्तरिक्ष जुन किसिमले वक्र भएको छ, त्यो वस्तुको पथ पनि त्यसै किसिमले तय हुन्छ ।

सजिलोको लागि चारैतिरबाट तन्काइएको एउटा तन्ना कल्पना गर्नुहोस् । चारैतिरबाट तन्काइँदा तन्नाको सतह समतल हुन्छ । तर त्यसमाथि एउटा गह्रौं बल राख्नुहोस् । बलको तौलको कारण बल रहेको तन्नाको भाग तल जान्छ । बलको तौल जति बढी हुन्छ, तन्ना त्यति नै धेरै तल जान्छ । यो भनेको पिण्ड भएको वस्तुले अन्तरिक्षलाई वक्र बनाएजस्तै हो । अब त्यो तन्नामा तौल कम भएको अर्को बल राख्नुहोस्, कम तौल भएको बल पहिलेको बढी तौल भएको बलतर्फ सर्छ । यो भनेको अन्तरिक्षमा वक्र अन्तरिक्षका कारण उत्पन्न गुरुत्वाकर्षण बलको अनुभुति गरेजस्तै हो ।

बढी तौल भएको बल राख्दा तन्ना बढी तल झर्ने जस्तै, अन्तरिक्षमा पनि पिण्ड जति ठूलो छ, त्यसले आफू वरिपरिको अन्तरिक्ष त्यति नै धेरै वक्र पार्छ । र, तारा जस्ता अति धेरै पिण्ड भएका वस्तुहरुले अन्तरिक्षलाई यति धेरै वक्र पारिदिन्छ कि त्यहाँ न्यूटनको गुरुत्वाकर्षणको सिद्धान्तले काम गर्दैन । यसको लागि आइन्स्टाइनको सामान्य सापेक्षतावादको सिद्धान्तको खाँचो पर्छ । सामान्य सापेक्षतावादले कति पिण्ड भएको वस्तुले अन्तरिक्षलाई कति वक्र पार्छ भन्ने कुराको व्याख्या गर्छ । र, यसरी वक्र अन्तरिक्षको कारण उत्पन्न गुरुत्वाकर्षणले वस्तु मात्र होइन, बल्की अन्तरिक्ष–समय र प्रकाशलाई नै कस्तो प्रभाव पार्छ भन्ने कुराको पनि व्याख्या गर्छ ।

याद राख्नुहोला, अघि पनि उल्लेख गरिसकिएको छ कि अन्तरिक्षमा कुनै प्रभाव पर्दा त्यो प्रभाव समयमा पनि परेको हुन्छ, किनभने अन्तरिक्ष र समय भनेको एकअर्कासित सम्बन्धित कुराहरु हुन् । त्यसैले अन्तरिक्ष वक्र हुँदा त्यसले समयलाई पनि प्रभाव पारेको हुन्छ । यसलाई वैज्ञानिकहरुले सन् २०१० मा एउटा प्रयोगमार्फत् पुष्टि गरिसकेका छन् । उनीहरुले एउटा पारमाणविक घडिलाई यहाँ पृथ्वीको सतहमा राखे भने त्यस्तैै खालको अर्को पारमाणविक घडिलाई पृथ्वीको सतहभन्दा केही माथि अन्तरिक्षमा राखे । उनीहरुको हिसाब अनुसार पृथ्वीमा राखिएको घडीभन्दा अन्तरिक्षमा राखिएको घडी एक वर्षमा एक सेकेण्डको १ अर्ब भागको एक भाग बराबरको समय चाँडो चल्छ । यो भनेको ती घडीहरु बिग्रिएको कारण भएको नभएर पृथ्वी नजिक अन्तरिक्ष–समय बढी वक्र हुने हुँदा त्यसले समयलाई पनि प्रभाव पारेको कारण भएको हो ।

अन्तरिक्ष नै वक्र भएको कुराको त झन् वैज्ञानिकहरुले सन् १९१९ मै प्रयोगात्मक रुपमा पुष्टि गरिसकेका थिए । सामान्य सापेक्षतावादको सिद्धान्तका अनुसार कुनै पिण्डको वरिपरि अन्तरिक्ष वक्र हुने भएकोले वक्र अन्तरिक्ष भएर प्रकाश गुज्रँदा अन्तरिक्ष जुन प्रकारले वक्र भएको छ, प्रकाशको पथ पनि त्यसै अनुरुप वक्र हुन्छ अथवा मोडिन्छ । यस्तो परिघटना थोरै पिण्ड भएका वस्तुहरुमा नाप्न सकिन्न । त्यसैले यो कुनै ल्याबमा प्रयोग गर्न सकिने घटना होइन । तर आइन्स्टाइनका अनुसार सूर्य जस्तो अति ठूलो आकाशीय पिण्डले भने प्रकाशको पथलाई हामीले नाप्न मिल्ने गरी मोड्न सक्छ । उनको हिसाब अनुसार सूर्यवरिपरिको वक्र अन्तरिक्षले १.७५ सेकेण्डको डिग्रीमा प्रकाशको पथलाई मोड्छ । यो भनेको एक डिग्रीको १ हजार भागको १ भागभन्दा पनि कम हो । यद्यपि, यसलाई नाप्न भने सकिन्छ, सकिन्थ्यो ।

यो प्रयोगको लागि आइन्स्टाइन आफैले एउटा परिदृश्य कल्पना गरेका थिएः हामीले पृथ्वीबाट हेर्दा सूर्यपछाडिको एउटा तारालाई सूर्यको किनाराले ठ्याक्क छेकेको होस् । आइन्स्टाइनका अनुसार त्यो तारा सूर्यको किनाराले छेकेको भए पनि देखिनुपर्छ किनभने सो ताराबाट आएको प्रकाश सूर्यवरिपरिको वक्र अन्तरिक्षका कारण सूर्यमा नठोकी सूर्यलाई घुमेर पृथ्वीसम्म पुग्नेछ । सूर्यले छेक्नुपर्ने सो तारा यदि देखियो भने आइन्स्टाइनको ‘वक्र–अन्तरिक्ष’को सिद्धान्त पुष्टि हुन्थ्यो । तर यसमा एउटा कठिनाइ थियो । सूर्यको किनाराको ठीक पछाडिको त्यस्तो तारा सूर्यभन्दा धेरै नै मधुरो हुने भएकोले सामान्य अवस्थामा सूर्यकै प्रकाशले ताराको प्रकाशलाई निस्तेज पारिदिन्छ । यद्यपि, खग्रास सूर्य ग्रहणको बेलामा सूर्यको प्रकाश चन्द्रमाले पूर्ण रुपमा छेक्ने हुँदा ताराको प्रकाश, यदि साँच्चिकै मोडिने नै रहेछ भने, देख्न सकिने अवस्था हुन्छ ।

सन् १९१५ मा विश्व युद्ध अन्त्य हुनेबित्तिकै खगोलशास्त्री फ्रान्क डाइसनले सन् १९१९ को २९ मेमा हुने खग्रास सूर्यग्रहणको बेला आइन्स्टाइनको सिद्धान्त परीक्षण गर्नको लागि तयारी गर्न थाले । उनले क्याम्ब्रिज विश्वविद्यालयका खगोलशास्त्री आर्थुर एडिङ्टनलाई अफ्रिकाको उत्तरी तटमा रहेको प्रिन्सिपे भन्ने टापुमा पठाए । त्यस्तै, खगोलशास्त्री एन्ड्रु क्रोमेलिनले भने ब्राजिलको सोब्रल भन्ने ठाउँबाट सूर्य ग्रहण अवलोकन गर्ने तयारी गरे । दुबै टोलीको प्रमुख उद्देश्य भनेको सूर्यको किनारामै रहेको हायडिज नामक केही ताराहरुको समूहको अवलोकन गर्नु थियो ।

आइन्स्टाइन (बायाँ) खगोलशास्त्री आर्थुर एडिङ्टनसित कुरा गर्दै । सन् १९३० मा क्याम्ब्रिज विश्वविद्यालयमा खिचिएको फोटो । फोटोः onbeing.org

हायडिज ताराहरुबाट आउने प्रकाश यदि सिधा हिँड्दो हो त ती ताराहरु जुन स्थानमा देखिनुपर्ने हो, क्रोमेलिनको टोली र एडिङ्टनको टोलीको परिणामअनुसार ती ताराहरू त्यो स्थानभन्दा करिब १.६१ सेकेण्ड पर देखिए । यो भनेको आइन्स्टाइनको हिसाब जति आएको थियो, त्यसको ‘त्रुटिको स्वीकार्य सीमा’भित्र पर्छ । यद्यपि, केही वैज्ञानिकहरुले एडिङ्टनको परिणामको भने आलोचना गरेका थिए । उदाहरणको लागि, केही वैज्ञानिकहरुका अनुसार एडिङ्टनले इन्स्ट्रुमेन्टल एरर (उपकरणीय त्रुटी) भनेर केही डाटाहरु हटाएर हेरफेर गरेका थिए ।

वैज्ञानिकहरुबाट मिश्रित धारणा आए पनि एडिङ्टन र क्रोमेलिनका परिणामहरुलाई भौतिकशास्त्रमा कोशेढुङ्गाको रुपमा प्रस्तुत गरियो । यो प्रयोगपछि एडिङ्टन र आइन्स्टाइन वैज्ञानिक जगतमा मात्र नभई आम मानिसले चिन्ने नाम भएका थिए ।

अहिले अन्तरिक्षमा घट्ने सबै घटनाहरुलाई न्यूटनको गुरुत्वाकर्षणको सिद्धान्त नभई आइन्स्टाइनको सामान्य सापेक्षतावादको सिद्धान्तबाट व्याख्या गरिन्छ । सामान्य सापेक्षतावादको गणित नहुने हो भने ब्रम्हाण्डका हरेक घटनाहरुको व्याख्या र भविष्यवाणी गर्न असम्भव हुन्थ्यो ।

टिप्पणी

comments