सापेक्षतावादको सिद्धान्तको विकासक्रम

सापेक्षतावादको सिद्धान्त भनेको एक वस्तुको गतिले अर्को वस्तुको गतिमा देखापर्ने असर हो । सापेक्षतावादको सिद्धान्तको विकासक्रमलाई विश्लेषण गर्दा न्युटन, ग्यालिलियो र २३ सय वर्ष अगाडिका अरस्तुको समयसम्म फकर्ननुपर्ने हुन्छ ।

                                                

चित्र : अरस्तु

वस्तु र प्रकृतिको सन्दर्भमा व्याख्या गर्ने क्रममा अरस्तुले “वस्तुको प्राकृतिक अवस्थाको स्थिति स्थिरतामा रहन्छ र यसलाई कुनै बाहिरी बल दिएमा मात्र यो चल्छ अथवा यो गतिमा जान्छ भन्ने विचार व्यक्त गरेका थिए । उनले “पृथ्वी स्थिर छ र यसको सतहमा गह्रौं वस्तुहरू बढी बल हुनुका कारणले चाँडै खस्छन्, हलुका वस्तुहरू कम बल हुनुका कारणले ढिलो खस्छन्” भन्ने कुरा गरेका थिए । अरस्तुले यी कुराहरू बताएर निरपेक्ष स्थिरता र निरपेक्ष गतिको कुरा गरेका थिर्ए । पछि ग्यालिलियो र न्यूटनले अरस्तुको विचार गलत भएको पुष्टि गरिदिए ।

                                                 

चित्र : ग्यालिलियो

ग्यालिलियोले गणितशास्त्रद्वारा पृथ्वी स्थिर नभई यो सूर्यलाई परक्रिमा गर्ने गतिमा रहेको कुराको प्रमाणित गरिदिए । त्यस्तै, उनले पिसा शहरको ढल्केको धरहरा (लिनिङ टावर) माथि गई गह्रौँ र हलुका दुईवटा वस्तुहरू एकैसाथ खसालेर तिनीहरू एकै समयमा जमीनको सतहमा खस्ने कुराको प्रयोगात्मक ढड्डले पुष्टि गरिदिए ।

                                                

चित्र : न्यूटन

न्यूटनले ग्यालिलियोकै विचारलाई विकसित गरेर विश्व ब्रम्हाण्डमा सबै वस्तुहरू गतिमा रहेको र बाहिरी बलले वस्तुको गतिमा मात्र परिवर्तन ल्याउने कुराको पुष्टि गरे । उनले विश्व ब्रम्हाण्डमा कनुै पनि कुराको निरपेक्ष स्थिरता र निरपेक्ष गति नभएको तथ्य पत्ता लगाए । विश्व ब्रम्हाण्डमा चन्द्रमाले पृथ्वीलाई, पृथ्वीले चन्द्रमालाई समेत लिई सूर्यलाई, सबै ग्रहहरूले आ–आÇना उपग्रहहरूलाई साथ लिई सूर्यलाई परिक्रमा गरिरहेका छन् । सूर्यले सबै ग्रह, उपग्रह र सौर्य परिवारमा रहेका सबै वस्तुहरूलाई साथ लिई आकागड्डालाई, तारापुञ्जको केन्द्रलाई परिक्रमा गरिरहेका छन् । त्यस्तै आकाशगड्डा र तारापुञ्जले पनि आपूmभित्र रहेका करिब डेढ खरब ताराहरू तथा त्यसभित्र रहेका सबै वस्तुहरूलाई साथमा लिई कुनै अनिश्चित दिशातिर यात्रा गरिरहेका छन् । यसरी न्यूटनले सापेक्ष विश्राम र सापेक्ष गतिको अवधारणालाई विकसित गरे । उनले गति समबन्धी प्रसिद्ध तीन नियमहरू (Newton’s Law of Motion प्रतिपादन गरे । साथै उनले गुरुत्वाकर्षणको सिद्धान्त पनि निर्माण गरे ।

न्यूटनका गतिसम्बन्धी नियमहरू र गुरुत्वाकर्षणको सिद्धान्तले न्यूटनलाई पृथ्वीमा रहेका वस्तुहरूको अवस्था (Position) वा स्थान (Space) पनि निरपेक्ष नभई सापेक्ष हुने टुड्डोमा पु¥याइसकेको थियो । उनका सिद्धान्तहरूको जगमा उभिएदा त्यही निष्कर्ष निक्लिन्थ्यो । तर, उनी “ परम ईश्वर” को विचारलाई अँगाल्थे । आÇनै सिद्धान्तले आफ्नो आस्थामाथि धावा बोल्दा उनी निकै चिन्तित भएका थिए । उनले आÇनो आस्थालाई छोड्न सकेनन् । त्यसैले उनले अन्त्यसम्म पनि सापेक्ष स्थान वा सापेक्ष अवस्थाको विचारलाई स्वीकार्न सकेनन् । उनले निरपेक्ष गतिलाई अस्वीकार गरेपनि निरपेक्ष स्थान (Absolute Space) लाई भने स्वीकारेका थिए । त्यस्तै न्यूटनले समयलाई पनि निरपेक्ष नै हुने चीजको रूपमा लिएका थिए । निरपेक्ष स्थान र निरपेष समय हुन्छ भन्ने सवालमा अरस्तु र न्यूटन एकै ठाउँमा उभिए । न्यूटनका अनुसार, प्रकाश कुनै स्रोतबाट यसका कणहरू उछिट्टिएर फैलिने प्रक्रियाबाट स्थानान्तरण हुन्छ र यसको गति सबैका लागि समान हुँदैन ।

सन् १६७८ मा अर्को वैज्ञानिक हिगेन्सले प्रकाश कणहरू मार्फत् नभई तरड्डको रूपमा फैलने विचार व्यक्त गरे । उनको विचार अनुसार, जसरी पोखरीमा ढुंगा हान्दा पानीको सतहमा विभिन्न वृत्तहरू बनाई तरड्ड फैलिन्छ र जसरी हावाको माधयमबाट ध्वनि तरड्ड फैलिन्छ, त्यसरी नै अन्तरिक्ष र पृथ्वी लगायत कुनै पनि शून्य ठाउँ इथर (Ether) मार्फत् प्रकाशका तरड्डहरू फैलिन्छन् । हिगन्सका अनुसार इथर एक यस्तो माध्यम हो । जसको तौल, मात्रा (Mass) केही पनि हुँदैन । त्यसैले प्रकाश कुनै पनि शून्य स्थानमा र काँचजस्तो ठोस वस्तुमा समेत जान सकेको हो भन्ने विचार हिगेन्सको थियो । हिगेन्सको विचारलाई मान्ने हो भने ब्रम्हाण्डमा इथर नै एक निरपेक्ष विश्राम (Absolute Rest) मा बसेको बस्तु हो भन्ने कुरालाई स्वीकार्नु पर्ने हुन्छ । त्यस्तै इथरको दाँजोमा कुनै पनि वस्तुको निरपेक्ष गति (Absolute Velocity) निकाल्न सकिन्छ भनने कुरा पनि विश्वास गर्नुपर्ने हुन्छ ।

सन् १६७६ मा डेनिस खगोलशास्त्री ओले क्रिस्टेन्सेन रोभरले प्रकाशको गति पहिले विश्वास गरिएजस्तै अनिश्चित नभई निश्चित भएको र त्यो १ लाख ४० हजार माइल प्रतिसेकेन्ड (हाल पुष्टि भएको १ लाख ८६ हजार माइल प्रतिसेकेन्ड) भएको तथ्य अगाडि ल्याए ।

                                                

चित्र : जेम्स क्लर्क म्याक्सवेल

सन् १८६५ मा बेलायतका भौतिकशास्त्री जेम्स क्लर्क म्याक्सवेलले विद्युत चुम्बकीय तरड्ड (Electromagnetic Wave) पत्ता लगाए । म्याक्स वेलको समयसम्म आइपुग्दा प्रकाश भन्ने कुरा तरड्डहरू भएर नै फैलिने विचारमा धेरैको मतैक्यता कायम भइसकेको थियो । त्यो तरड्ड अरू नभई विद्युत चुम्बकीय तरड्ड नै हो भन्ने सम्मति पनि धेरैको भइसकेको थियो । तर, प्रकाशका तरड्डहरूको माध्यम भनेर मानिएको इथरको अस्तित्वको बारेमा भने शंका उपशंका हुँदै थियो । यदि इथर हुँदो हो त सूर्यलाई परिक्रमा गर्ने क्रममा पृथ्वी सूर्यको दिशामा चालमा जाँदा निरपेक्ष स्थिरताको स्थितिमा अन्तरिक्षमा रहेको इथरलाई यसले चिरेर गएको हुनुपर्छ र त्यस्तो अवस्थामा इथरको हुरीको कारणले प्रकाशको गति बढ्नुपर्छ । त्यस्तै, पृथ्वी सूर्यको विपरीत दिशामा जाँदा प्रकाशको गति घट्नुपर्छ । यी कुराहरूलाई पुष्टि गर्न सन् १८८७ मा अमेरिकी वैज्ञानिकहरू अल्वर्ट माइकन्लसन् र एडवार्ड मोर्लीले उपयुक्त उपकरणको माध्यमबाट फरक–फरक स्थितिमा प्रकाशको गति नाप्ने काम गरे । उनीहरूले जुनसुकै स्थितिमा पनि प्रकाशको गति ओले क्रिस्टेन्सेन रोमरले भने जस्तै एउटै भएको पाए । उनीहरूको परीक्षणलाई अझ सन् १८८७ देखि १९०५ सम्मको समयमा डच भौतिकशास्त्री हेण्डरिक लरेन्टजले पटकपटक दोहोयाएर हेरे र उनले पनि प्रकाशको. गति सधैं एउटै भएको पाए । इथरको माधयमबाट प्रकाशका तरड्डहरू फैलिँदा पनि सधैं प्रकाशको गति एउटै किन भयो भन्ने सवाल वैज्ञानिकहरूको दिमागमा सुल्झिन नसकेको समस्याको रूपमा रहिरहेको थियो ।

सन् १९०५ मा अल्वर्ट सन आइन्स्टाइनले यी समस्यालाई बुझ्न निरपेक्ष विश्राममा रहेको इथरको अस्तित्व र निरपेक्ष समयको कृुरालाई त्याग्नुपर्ने विषयमा आÇनो प्रसिद्ध सापेक्षताको सिद्धानतमा प्रकाश पारे । उनले इथरको अस्तित्व नभएको र जसरी अरू विद्युत चुम्बकीय तरड्डहरूलाई फैलिनुका लागि कुनै माध्यमको जरूरी हुँदैन, त्यसरी नै प्रकाशका तरड्डहरूलाई पनि कुनै माध्यमको जरूरी नभएको पुष्टि गरिदिए ।

आइन्स्टाइनको सापेक्षतावादको सिद्धान्त (Einstein Theory of Relativity)

                                                

चित्र : अल्वर्ट आइन्स्टाइन

वैज्ञानिक अल्वर्ट आइन्स्टाइनले प्रतिपादन गरेको “सापेक्षतावादको सिद्धान्त” ले विश्व ब्रम्हमाण्ड (Universe) सम्बन्धी त्यतिखेर सम्मको धारणामा नयाँ क्रान्ति नै ल्याइदियो । उनीद्वारा प्रतिपादित सापेक्षतावादको सिद्धान्तले अर्का महान् वैज्ञानिक न्यूटनको दुई सय वर्ष पुरानो भैतिकशास्त्रका सारा नियमहरूलाई अप्रयाप्त र संकीर्ण ठह¥यायो । त्यस समयसम्म सारा भौतिक शास्त्र न्यूटनका नियमहरूमा आधारित थियो । सापेक्षतावादको सिद्धान्तले भौतिक विज्ञान र खगोल विज्ञानका सिद्धान्तहरू समेत छायाँमा परेका थिए । उनको समीकरण भ् . mऋद्द प्राय सबै विद्वान् मानिसको मन मस्तिष्कमा रहेको हुन्छ । यो सिद्धान्तको प्रयोगबाट नै आणविक ऊर्जा उत्पादन गर्न र आणविक वम बनाउन सकिएको हो । उनको यो सिद्धानत र पाण्डुलिपि अहिले पनि “लाइब्रेरी अफ काँग्रेस” वासिड्डटन डिसिमा सुरक्षित छ । उनको सापेक्षतावादको सिद्धान्त प्रतिपादन हुँदा त्यसलाई बुझ्ने मानिस विश्वभरी एक दर्जन मात्र थिए भनिन्छ । सापेक्षतावादको सिद्धान्त अनुसार ब्रम्हाण्डमा सम्पूर्ण गति, वस्तु, घटना आदि सापेक्ष हुन्छन् र यी सबै प्रकाशको परम गतिसँग सम्बन्धित रहन्छन् । उनको सापेषतावादको सिद्धान्तलाई दुई भागमा विभाजन गरिएको छ । (१) विशेष सापेक्षतावादका सिद्धान्त (Special Theory of Relativity) र (२) सामान्य सापेक्षतावादको सिद्धान्त (General Theory of Relativity)

(१) विशेष सापेक्षतावादको सिद्धान्त (Special Theroy of Relativity)

                                                   

चित्र : विशेष सापेक्षतावादको सिद्धान्त

अल्वर्ट आइन्स्टाइनले सन् १९०५ मा विशेष सापेक्षतावादको सिद्धान्तलाई प्रतिपादन गरेका हुन् । उनको यो सिद्धान्तको प्रतिपादनबाट नै विश्वमा पारमाणिक शक्ति स्रोतको बाटो खुल्यो । यस सिद्धान्तबाट अन्तरिक्ष (Space) र समय (Time) पनि एक अर्कामा सम्बन्धित छन् भन्ने कुराको जानकारी प्राप्त हुन आउँछ । यस सिद्धान्तले मूख्य रूपमा पाँच कुराहरूलाई दर्शाउँछ ।

१. (क) जतिसुकै गतिमा रहेका भए पनि स्वतन्त्र रूपले गतिमा रहेका सबै दर्शकहरूका लागि विज्ञानका सबै नियमहरू समान रूपले लागू हुन्छन् ।

(ख) दर्शकहरू जुनसुकै गतिमा रहेका भएपनि सबैले प्रकाशको गति एउटै भएको पाउँछन् । यो कुरालाई वैज्ञानिक माइकेल्सन र मोर्लीको परीक्षणले पुष्टि गरिदिएको छ ।

(ग) पदार्थ (Space) र शक्ति (Time) । एक अर्कामा बदलिन सक्छन् । उनले यसका लागि एक विशेष सूत्रको आविष्कार गरे ।

E = mC2
यहाँ, E = Energy (शक्ति)
M = Mass (पिण्ड)
C = Velocity of light (प्रकाशको गति) जनाउाछन । यस अनुसार शक्तिलाई पिण्ड र प्रकाशको गतिको वर्गको गुणनफलले नाप्न सकिन्छ ।

यस सिद्धान्त अनुसार पदार्थ गतिमा जाँदा शक्तिमा बदलिन्छ र शक्ति स्थिरतामा आउँदा पदार्थमा बदलिन्छ । त्यसैले पदार्थ र शक्ति दुवै सापेक्ष कुराहरू हुन् । उनको यो सिद्धान्तले त्यतिखेरसम्म मानिएको पदार्थ न सिर्जना हुन सक्छन् न नष्ट नै हुन्छ भन्ने धारणाप्रतिको वैज्ञानिकको विश्वासलाई चकनाचुर बनाइदियो । यहाँ पदार्थ भन्नाले भौतिक विज्ञानले व्याख्या गरे अनुसार मानव चेतनाबाट स्वतन्त्र रहेको पिण्डसहितको भौतिक वस्तु भनेर बुझ्नुपर्छ । भौतिक विज्ञानमा शक्तिलाई पदार्थ भनिदैन । तर दर्शनशास्त्रमा शक्ति समेतलाई पनि पदार्थको रूपमा हेरिन्छ । यसरी पदार्थ र शक्ति दुवै सापेक्ष भएको कुरालाई वैज्ञानिकहरूले अनुसन्धानशालाहरूमा प्रमाणित गरी देखाइसकेको छन् । जस्तो गामा किरण (Gamma-ray) भन्ने पिण्ड (Mass) नभएको शक्त्शिाली किरणबाट इलेकट्रोन र प्रोजिट्रोन भन्ने दुई कणहरू पैदा भएको कुरा वैज्ञानिकहरूले उल्लेख गरेका छन् । त्यस्तै पिण्ड (Mass) भएका इलेक्ट्रोन र पोजिट्रोन कणहरू मिलेर “गामा किरण” मा परिवर्तित भएको पाइएको छ । त्यस्तै परमाण वममा १ ग्राम पदार्थ विलाउँदा २१ अरब किलोक्यालोरी तापशक्ति उत्पन्न हुन्छ । यो भनेको दिनको १० हजार लिटर मट्टितेल जम्मा गर्दै जाँदा २३ वर्षसम्म जम्मा गर्दा जति जम्मा हुन्छ, त्यो सबैलाई एकैचोटी बाल्दा जति तापशकित उत्पन्न हुन्छ त्यति बराबरको ताप शक्ति १ ग्राम पदार्थ बिलाउँदा उत्पन्न हुन्छ । यसबाट के स्पष्ट हुन्छ भने पदार्थलाई शक्तिमा परिवर्तन गर्न सकेको खण्डमा कल्पना नै गर्न नसक्ने शक्ति उत्पन्न हुन्छ । यो उनको सिद्धान्तलाई पछि दोस्रो विश्वयुद्धको अन्त्यतिर अमेरिकी वैज्ञानिक ओपनहाइमरले परमाणु वम बनाएर प्रयोगात्मक रूपमै पृुष्टि गरिदिए । उनले नाभिकीय विखण्डन प्रतिक्रियाबाट पदार्थको केही अत्यन्तै सानो अंशलाई मात्र भएपनि शक्तिमा बदलेर देखाइदिए । वास्तवमा परमाणु वममा नाभिकीय प्रतिक्रियाबाट पदार्थ शक्तिमा बदलिन्छ तर त्यहाँ अत्यन्तै थोरै मात्राको पदार्थमात्र शक्तिमा बदलिएको हुन्छ । पदार्थ पूर्ण रूपमा शक्तिमा बदल्ने प्रविधिको विकास भने अहिलेसम्म विश्वमा भइसकेको छैन ।

(घ) कुनै पनि वस्तुको गति प्रकाशको गति भन्दा बढी हुन सक्दैन । किनभने वस्तुको पिण्ड त्यसको गतिको सापेक्षतामा कायम भएको हुन्छ । वस्तु जति बढी गतिमा जान्छ, त्यति नै त्यसको पिण्डमा वृद्धि हुन्छ । यदि वस्तुलाई प्रकाशको गतिको आधा गतिमा लाने हो भने, त्यसको पिण्डमा डेढीले वृद्धि हुन्छ, तर जति बढी पिण्डमा वृद्धि हुन्छ, त्यति नै फेरि वस्तुलाई गतिमा लाने शक्तिको पनि जरूरी हुन्छ । त्यसैले प्रकाशको गतिमा वस्तु चलायमान हुन खोज्न भने त्यसको पिण्डमा दोब्बरले वृद्धि भई त्यसलाई त्यो गतिमा कायम राख्न त्यसको सम्पूर्ण पदार्थ शक्तिमा बदल्नुपर्ने हुन्छ । यसले गर्दा वस्तुको गति प्रकाशको गतिभदन्दा बढी हुन सक्दैन ।

(ङ) समय निरपेक्ष नभई यो पनि अरूजस्तै सापेक्ष छ । यो पूर्णत स्वतन्त्र नभई यसले अन्तरिक्षसित मिली अन्तरिक्ष – समय (Space-time) भन्ने चीज बनाउँछ ।

(२) सामान्य सापेक्षतावादको सिद्धान्त (Theory of General Relativity)

                                              

चित्र : सामान्य सापेक्षतावादको सिद्धान्त

सन् १९१५ मा वैज्ञानिक अल्वर्ट आइन्स्टाइनले “सामान्य सापेक्षतावादको सिद्धान्त” प्रतिपादन गरेका थिए । यस सिद्धान्तले गुरुत्वाकर्षणको नियम र प्रवृत्तिका अन्य बलहरूसँगको यसका सम्बन्धहरूलाई व्याख्या गर्दछ । यस सिद्धानतले ब्रम्हाण्डमा प्रकाशको किरण सिधा रेखामा होइन, बक्र रेखामा (Curved line) हिडछ भन्ने कुराको व्याख्या ग¥यो र यसले प्रकाश त्यसरी बक्ररेखामा हिंड्नुको अर्थ अन्तरिक्षको आकार नै बक्र (Curvature) हुनु हो भन्ने व्याख्या ग¥यो । यो कुराले त्यतिखेरसम्म अन्तरिक्ष चेप्टो (Flat) आकारको छ भन्ने विश्वासलाई पनि तोडिदियो । यस सिद्धान्तलाई पनि मुख्य रूपमा पाँच कुराहरूमा केन्द्रित गर्न सकिन्छ ।

(क) अन्तरिक्ष तथा अन्तरिक्ष समय पहिले विश्वास गरिए झैं चेप्टो नभई यो घुमाउरो (Curved or warped) छ ।

(ख) न्यूटनले भने झैं ग्रहहरू गुरुत्वाकर्षणको कारणले घुमाउरो कक्ष (Orbit) मा रही घुमिरहेको नभई घुमाउरो अन्तरिक्षमा सबभन्दा छोटो सोझो बाटोलाइृ पछ्याउँदै जाँदा सूर्यलाई घुम्न पुगेका हुन् ।

(ग) अन्तरिक्षमा कुनै पनि पिण्डले जहिले पनि चौआयामिक अन्तरिक्ष समय (Four Dimensional Space Time) मा सोझो बाटो नै पछ्याएको हुन्छ ।

(घ) सूर्य जस्तो ठूलो पिण्डको गुरुत्वाकर्षणको क्षेत्रमा प्रकाश वाड्डिन पुग्छ । यो कुरालाई सन् १९१९ को खग्रास सूर्यग्रहणको समयमा सूर्य नजिक देखिएका ताराहरूको अवलोकन बाट बेलायती वैज्ञानिकहरूले पुष्टि गरेका छन् ।

(ङ) कम गतिमा रहँदा भन्दा बढी गतिमा रहँदा समय ढिलो चल्छ । अर्थात् दर्शकको गति अनुसार समय ढिलो वा चाँडो चल्ने हुन्छ ।

यसरी न्यूटनको गतिसम्बन्धी नियमले अन्तरिक्षमा निरपेक्ष स्थान (Absolute Position in Space) को विचारलाई अन्त्य गरिदियो भने आइन्स्टाइनको सापेक्षतावादको सिद्धान्तले निरपेक्ष समयको विचारलाई अन्त्य गरिदियो । यसरी सापेक्षतावादको सिद्धान्तले हाम्रो सम्बन्धमा रहेका वस्तुहरूको स्वभावको यथार्थ वर्णन हाम्रो ज्ञानको सीमाको सापेक्षतामा मात्र सम्भव हुन्छ भन्ने कुरा बताउँछ । आइन्स्टाइनको सापेक्षतावादको सिद्धान्त हाम्रो दैनिक व्यवहारमा भन्दा पनि ब्रम्हाण्डका रहस्यमय जटिल प्रश्नहरू तथा दार्शनिक सत्यहरू पुष्टि गर्न बढी उपयोगी भएको देखिन्छ ।

सन्दर्भः

1. Albert Einstein: Ideas and Opinions
2. Stephan Hawkings: A Brief History of Time
3. Christopher Caudwell. The Crisis of Physics.
4. Monthly Review, May, 1998 (May, 2000)
5. Einstein:- The Life and Times by Ronald, ed. Clark. Avon Books,New York, 1972.
6. Out of My Later Years, New York: Philosophical Library, 1950.

7. Albert Einstein,Mahanatam Baigyanik,Edited by Rajendra Maharjan,Mulyangkan Prakashan   Griha,Kathmandu,Nepal,2005.

1. Einstain on Peace, Edited by Otto Nathan and Heinz Norden, New York: Simon 2 Schuster, 1960.