ಸಾಪೇಕ್ಷತ ಸಿದ್ಧಾಂತ

ಸಾಪೇಕ್ಷತಾ ಸಿದ್ಧಾಂತ ವಿಜ್ಞಾನದಲ್ಲಿ ಬಹು ಚರ್ಚಿತ ಸಿದ್ಧಾಂತಗಳಲ್ಲಿ ಪ್ರಮುಖವಾದುದು. ಇದು ಮೂಲಭೂತವಾಗಿ ಎರಡು ವಿಭಾಗಗಳಲ್ಲಿ ಪ್ರಕಟಗೊಂಡಿದೆ. ಪ್ರಥಮವಾಗಿ ಐನ್‍ಸ್ಟೈನ್ರವರು ೧೯೦೫ ರಲ್ಲಿ 'ವಿಶೇಷ ಸಾಪೇಕ್ಷತಾ ಸಿದ್ಧಾಂತ' ಎಂದು ಪ್ರಕಟಿಸಿದರು. ಎರಡನೆಯದಾಗಿ ೧೯೧೫ರಲ್ಲಿ 'ಸಾರ್ವತ್ರಿಕ ಸಾಪೇಕ್ಷತಾ ಸಿದ್ಧಾಂತ' ಎಂದು ಪ್ರಕಟಿಸಿದರು. ಸಾಪೇಕ್ಷತಾ ಸಿದ್ಧಾಂತವು ಪ್ರಕೃತಿಯ ಸಕಲ ಘಟನೆಗಳ ಹಿಂದಿನ ಮೂಲಭೂತ ವಿಚಾರಗಳಿಗೆ ಸಮರ್ಪಕ ಉತ್ತರವನ್ನು ನೀಡುತ್ತದೆ. ಈ ವಿಚಾರಗಳೆಂದರೆ ಕಾಲ, ಚಲನೆ, ದ್ರವ್ಯರಾಶಿ, ಅವಕಾಶ (ಆಕಾಶ - ದೇಶ -space) ಮತ್ತು ಗುರುತ್ವಶಕ್ತಿ. ಮೊದಲನೆಯದರಲ್ಲಿ ಗುರುತ್ವಾಕರ್ಷಣೆಯ ಅಧ್ಯಯನವಿಲ್ಲ. ಎರಡನೆಯದು ವಿಶ್ವಬಲಗಳ, ಮುಖ್ಯವಾಗಿ ಗುರುತ್ವಾಕರ್ಷಣೆಯ ಅನಿರ್ಬಂಧಿತ ಅಧ್ಯಯನ ಮಾಡುತ್ತದೆ. ಹೀಗೆ ಐನ್‌ಸ್ಟೈನ್ ಆಧುನಿಕ ಭೌತವಿಜ್ಞಾನದ (ಮಾಡರ್ನ್ ಫಿಸಿಕ್ಸ್) ಮೂವರು ಹರಿಕಾರರಲ್ಲಿ ಒಬ್ಬರು. ಉಳಿದಿಬ್ಬರು ಪ್ಲಾಂಕ್ ಮತ್ತು ಬೋರ್.

ಐಸಾಕ್ ನ್ಯೂಟನ್ (1642-1727) ಅಭಿಜಾತ ಭೌತವಿಜ್ಞಾನದ (ಕ್ಲಾಸಿಕಲ್ ಫಿಸಿಕ್ಸ್) ಪ್ರವರ್ತಕ. ಸಮಸ್ತ ಭೌತವಿದ್ಯಮಾನಗಳೂ ಆಕಾಶ-ಕಾಲ ವ್ಯಾಪ್ತಿಯಲ್ಲಿ ಜರಗುತ್ತವೆ. ಇವನ್ನು ಖಚಿತವಾಗಿ ಗುರುತಿಸಿ, ಮಾಪಿಸಿ, ಗಣಿತ ಪರಿಭಾಷೆಯಲ್ಲಿ ನಿರೂಪಿಸುವ ಸಲುವಾಗಿ ಆತ ನಿರ್ದಿಷ್ಟ ನಿರ್ದೇಶಕ ಚೌಕಟ್ಟನ್ನು (ಫ್ರೇಮ್ ಆಫ್ ರೆಫರೆನ್ಸ್) ವ್ಯಾಖ್ಯಿಸಿ ಯುಕ್ತ ಗಣಿತವನ್ನು ರೂಪಿಸಿದ. ನ್ಯೂಟನ್ ಅಂಗೀಕರಿಸಿದ ಅಭಿಗೃಹೀತಗಳು ಮೂರು: ಆಕಾಶ ಮತ್ತು ಕಾಲ ಎರಡೂ ಪರಸ್ಪರ ನಿರಪೇಕ್ಷಗಳು; ಅವುಗಳ ಸ್ವರೂಪ ಮತ್ತು ರಚನೆ ಭೌತಕಾಯಗಳನ್ನಾಗಲೀ ಭೌತವ್ಯಾಪಾರಗಳನ್ನಾಗಲೀ ಅವಲಂಬಿಸಿರುವುದಿಲ್ಲ; ಆಕಾಶ ಮತ್ತು ಕಾಲ ನಿರುಪಾಧಿಕಗಳು. ಈ ಅಭಿಗೃಹೀತಗಳನ್ನು ಆಧರಿಸಿ ಭೌತವಿಶ್ವದಲ್ಲಿಯ ಸಮಸ್ತ ವಿದ್ಯಮಾನಗಳನ್ನೂ ನಿರೂಪಿಸುವುದು ಸಾಧ್ಯ ಎಂಬುದು ನ್ಯೂಟನ್ನನ ದೃಢ ನಂಬಿಕೆ. ಹೀಗೆ ಮುನ್ನಡೆದ ಈ ನವಮನ್ವಂತರಪ್ರವರ್ತಕ ಪ್ರತಿಭೆ ಮುಂದಿನ ಶತಮಾನಗಳಲ್ಲಿ ವಿಜ್ಞಾನದ ವಿಸ್ತಾರ ಮತ್ತು ಗಹನ ಅಭಿವರ್ಧನೆಗೆ ಭದ್ರ ಬುನಾದಿ ಹಾಕಿತು.

ಇಂಥ ಪರ್ಯಾಪ್ತಸ್ಥಿತಿಯಲ್ಲಿ ಮ್ಯಾಕ್ಸ್‌ವೆಲ್ (1831-79) ವಿದ್ಯುತ್ಕಾಂತ ಕ್ಷೇತ್ರ (ಎಲೆಕ್ಟ್ರೊಮ್ಯಾಗ್ನೆಟಿಕ್ ಫೀಲ್ಡ್) ಪರಿಕಲ್ಪನೆಯನ್ನು ಮಂಡಿಸಿದ (1864). ಇದನ್ನು ನ್ಯೂಟನ್ ಚೌಕಟ್ಟಿನಲ್ಲಿ ಅಳವಡಿಸುವುದು ಸುಲಭಸಾಧ್ಯವಾಗಲಿಲ್ಲ. ಅಂದಿನ ವಿಜ್ಞಾನಿಗಳಲ್ಲಿ ನ್ಯೂಟನ್- ಸಿದ್ಧಾಂತದ ಸರ್ವಂಕಷತೆ ಮತ್ತು ಅಜೇಯತೆ ಬಗ್ಗೆ ಇನಿತೂ ಸಂದೇಹವಿರದಿದ್ದರಿಂದ ಈಥರಿನ ಪರಿಕಲ್ಪನೆಯನ್ನು ಮ್ಯಾಕ್ಸ್‌ವೆಲ್ ಪರಿಕಲ್ಪನೆಗೆ ಹೊಂದಿಸಲಾಯಿತು. ಇದರ ಪ್ರಕಾರ ಈಥರ್ ವಿಶ್ವವ್ಯಾಪಿಯೂ ಬಲು ತೆಳುವೂ ಆದ ಸ್ಥಾಯೀಪದಾರ್ಥ. ಇದರಲ್ಲಿ ಉಂಟಾಗುವ ಸ್ಥಳೀಯ ಚಲನೆಗಳೇ ವಿದ್ಯುತ್ಕಾಂತ ತರಂಗಗಳು ಪ್ರವಹಿಸುವುದರ ಕಾರಣ ಎಂದು ಭಾವಿಸಲಾಯಿತು.

ಅಂದ ಮೇಲೆ ಈಥರನ್ನೇ ನಿರಪೇಕ್ಷ ಆಕಾಶವೆಂದು ಪರಿಗಣಿಸಿ ಅದರ ಅಸ್ತಿತ್ವವನ್ನು ಸ್ಥಾಪಿಸಿದ್ದಾದರೆ ನ್ಯೂಟನ್-ಪ್ರಣೀತ ನಿರಪೇಕ್ಷ ಆಕಾಶ ಪರಿಕಲ್ಪನೆ ಸ್ಥಿರವಾಗುವುದೆಂದು ತರ್ಕಿಸಲಾಯಿತು. ಈಥರಿನ ಭೌತ ಅಸ್ತಿತ್ವವನ್ನು ರುಜುವಾತಿಸಲು ಮೈಕಲ್ಸನ್ ಮತ್ತು ಮಾರ್ಲೆ 1887ರಲ್ಲಿ ಒಂದು ಸಂಕೀರ್ಣ ಮತ್ತು ಸೂಕ್ಷ್ಮ ಪ್ರಯೋಗ ಮಾಡಿದರು. ಆದರೆ ಅದು ಸಫಲವಾಗಲಿಲ್ಲ. ಇಂಥ ಸಂದಿಗ್ಧ ಪರಿಸ್ಥಿತಿಯಲ್ಲಿ ಐನ್‌ಸ್ಟೈನ್ ತಮ್ಮ ಕ್ರಾಂತಿಕಾರಕ ಮೂಲಭೂತ ಸಂಶೋಧನೆಯನ್ನು ಪ್ರಕಟಿಸಿದರು (1905). ಇದೇ ವಿಶೇಷ ಸಾಪೇಕ್ಷತಾ ಸಿದ್ಧಾಂತ.
ವಿಶೇಷ ಸಾಪೇಕ್ಷತಾ ಸಿದ್ಧಾಂತ

ವಿಶೇಷ ಸಾಪೇಕ್ಷತಾ ಸಿದ್ಧಾಂತವು ಭೌತಶಾಸ್ತ್ರದಲ್ಲಿ ಸರ್ವಸಮ್ಮತವಾದ ಸಿದ್ಧಾಂತವಾಗಿದ್ದು, ಇದನ್ನು ಆಲ್ಬರ್ಟ್ ಐನ್‍ಸ್ಟೀನ್ ಅವರು 1905ರಲ್ಲಿ On the Electrodynamics of Moving Bodies ಎಂಬ ಬರಹದಲ್ಲಿ ಪ್ರತಿಪಾದಿಸಿದರು.ಈ ಸಿದ್ಧಾಂತವು ೨ ತತ್ವಗಳನ್ನು ಆಧರಿಸಿದೆ

೧. ಒಂದು ಜಡ ನಿರ್ದೇಶಕ ಚೌಕಟ್ಟಿಗೆ (Inertial reference frame) ಅನ್ವಯಿಸಿದಾಗ ಭೌತಶಾಸ್ತ್ರದ ಎಲ್ಲ ನಿಯಮಗಳು ಸಮಾನವಾಗಿರುತ್ತವೆ.

೨. ನಿರ್ವಾತದಲ್ಲಿ ಬೆಳಕಿನ ವೇಗ ಯಾವಾಗಲೂ ಸಮಾನವಾಗಿರುತ್ತದೆ, ಇದು ವೀಕ್ಷಕ ಅಥವಾ ಬೆಳಕಿನ ಮೂಲದ ಚಲನೆಯನ್ನು ಅವಲಂಬಿಸಿಲ್ಲ.

ಇದರಲ್ಲಿ ಅವರು ಈಥರ್ ಅಸ್ತಿತ್ವವನ್ನು ನಿರಾಕರಿಸಿದರು, ಮತ್ತು ವಿದ್ಯುತ್ಕಾಂತ ತರಂಗಗಳು ನಿರ್ದ್ರವ್ಯತೆಯಲ್ಲಿಯೂ ಚಲಿಸುವುವು ಎಂದು ವಾದಿಸಿದರು. ಅಲ್ಲದೇ ಬೆಳಕಿನ ವೇಗ ಆದರ ಆಕರದ ವೇಗವನ್ನು ಅವಲಂಬಿಸಿಲ್ಲ. ಆಕರ ಚಲಿಸುತ್ತಿರಲಿ, ಆವರ್ತಿಸುತ್ತಿರಲಿ ಅಥವಾ ನಿಶ್ಚಲವಾಗಿರಲಿ ಒಮ್ಮೆ ಪ್ರಸಾರಗೊಂಡ ಬೆಳಕು ಸ್ಥಿರವೇಗದಿಂದ (c) ಸರಳರೇಖೆಯ ನೇರ ಧಾವಿಸುವುದೆಂದು ಮನಗಂಡರು. ಈ ವಿಶ್ಲೇಷಣೆಯನ್ನು ಆಧರಿಸಿ ಐನ್‌ಸ್ಟೈನ್ ಹೊಸ ಎರಡು ಆಧಾರ ಭಾವನೆಗಳನ್ನು ರೂಪಿಸಿ ತಮ್ಮ ಸಿದ್ಧಾಂತವನ್ನು ವಿಸ್ತರಿಸಿದರು:

1. ಸಮವೇಗದಿಂದ ಪರಸ್ಪರ ಚಲನೆಯಲ್ಲಿರುವ ನಿರ್ದೇಶಕ ಚೌಕಟ್ಟುಗಳನ್ನು ಕುರಿತು ನಿರೂಪಿಸಿದಾಗ ಭೌತವಿಜ್ಞಾನದ ಮೂಲಭೂತ ನಿಯಮಗಳೆಲ್ಲವೂ ಏಕರೂಪತೆ ಪಡೆದಿರಬೇಕು.

2. ಈ ಚೌಕಟ್ಟುಗಳನ್ನು ಕುರಿತಂತೆ ಬೆಳಕಿನ ವೇಗ ಎಲ್ಲ ಸಂದರ್ಭಗಳಲ್ಲಿಯೂ ಒಂದೇ ಆಗಿರಬೇಕು.

ಗೆಲಿಲಿಯೊ, ನ್ಯೂಟನ್ ಕಾಲದಿಂದಲೂ ಅಂಗೀಕೃತವಾಗಿದ್ದ ತತ್ತ್ವವಿದು: ಗೆಲಿಲಿಯನ್ ಸಾಪೇಕ್ಷತಾ ತತ್ತ್ವ ಎಂದು ಹೆಸರು. ಇಲ್ಲಿಯ ಪರಿವರ್ತನ ಸೂತ್ರಗಳಿವು (ನಿರ್ದೇಶಕ ಚೌಕಟ್ಟುಗಳು Oxyz ಮತ್ತು O’x’y’z’, ಇವು x-ಅಕ್ಷದ ದಿಶೆಯಲ್ಲಿ v-ವೇಗದಿಂದ ಚಲಿಸುತ್ತಿವೆ, ಮೊದಲನೆಯದರಲ್ಲಿ ಕಾಲ t, ಎರಡನೆಯದರಲ್ಲಿ t'):

x’ = x – vt, y’ = y, z’ = z, t’ = t

ಇವನ್ನು ನ್ಯೂಟನ್-ಗತಿವಿಜ್ಞಾನಕ್ಕೆ ಅನ್ವಯಿಸಿದರೆ ಸಮೀಕರಣಗಳು ವಿರೂಪಿತವಾಗವು. ಆದರೆ ಮ್ಯಾಕ್ಸ್‌ವೆಲ್ ಸಮೀಕರಣ ಕುರಿತಂತೆ ಇದು ಸಾಧುವಲ್ಲ. ಅಂದರೆ ಗೆಲಿಲಿಯನ್ ಸಾಪೇಕ್ಷತಾ ತತ್ತ್ವ ಇಲ್ಲಿ ಸಲ್ಲುವುದಿಲ್ಲವೆಂದಾಯಿತು. ಹಾಗಾದರೆ ಇಲ್ಲಿ ಸಲ್ಲುವ ಸೂತ್ರಗಳಾವುವು? ಐನ್‌ಸ್ಟೈನ್ ಎದುರಿಸಿದ ಸಂದಿಗ್ಧತೆ ಇದು. ಈ ದಿಶೆಯಲ್ಲಿ ಇವರು ಪಡೆದ ನೂತನ ಪರಿವರ್ತನ ಸೂತ್ರಗಳು ಆ ಹಿಂದೆ ಲೊರೆಂಟ್ಸ್ (1853-1928) ನಿಗಮಿಸಿದ್ದವೇ ಆಗಿದ್ದುವು. ಎಂದೇ ಇವುಗಳಿಗೆ ಲೊರೆಂಟ್ಸ್ ಪರಿವರ್ತನ ಸೂತ್ರಗಳೆಂಬ ಹೆಸರು. ಇಲ್ಲಿ ನಿರ್ದೇಶಕ ಚೌಕಟ್ಟುಗಳೆರಡೂ x-ಅಕ್ಷದ ದಿಶೆಯಲ್ಲಿ ಪರಸ್ಪರ ಸಮವೇಗದಿಂದ ಚಲಿಸುತ್ತಿದ್ದರೆ

\begin{align}
t' &= \gamma \left( t - \frac{vx}{c^2} \right) \\
x' &= \gamma \left( x - v t \right)\\
y' &= y \\
z' &= z
\end{align}

c = ನಿರ್ದ್ರವ್ಯತೆಯಲ್ಲಿ ಬೆಳಕಿನ ವೇಗ. v0 ನಿಶ್ಚಲಸ್ಥಿತಿಯಲ್ಲಿಯೂ m ಚಲನಸ್ಥಿತಿಯಲ್ಲಿಯೂ ವಸ್ತುವಿನ ರಾಶಿಗಳನ್ನು ಸೂಚಿಸುತ್ತವೆ. ಯಾವ ಜಡಪದಾರ್ಥವೂ c ಗಿಂತ ಹೆಚ್ಚಿನ ವೇಗದಿಂದ ಚಲಿಸಲಾರದು ಎಂದು ಈ ಸಮೀಕರಣ ಸಹ ತೋರಿಸುತ್ತದೆ. ಮತ್ತೊಂದು ಮುಖ್ಯ ತೀರ್ಮಾನವೆಂದರೆ ವಸ್ತು-ಶಕ್ತಿ ಸಮತೆ. ಇದನ್ನು ಸೂಚಿಸುವ ಸಮೀಕರಣ E = mc2. ವಸ್ತು (m) ಮತ್ತು ಶಕ್ತಿ (E) ಬೇರೆ ಬೇರೆ ಭೌತಪರಿಮಾಣಗಳಲ್ಲ, ಅವುಗಳ ಪರಸ್ಪರ ಪರಿವರ್ತನೆ ಸಾಧ್ಯ ಎಂಬುದೇ ಈ ಐನ್‌ಸ್ಟೈನ್ ಸಮೀಕರಣದ ಅರ್ಥ.

ಇತ್ತೀಚಿನ ಭೌತವಿಜ್ಞಾನದ ಬೆಳೆವಣಿಗೆಯಲ್ಲಿ ಈ ಸಮೀಕರಣ ಬಹಳ ವ್ಯಾಪಕವಾದ ಅನ್ವಯವನ್ನು ಪಡೆದಿದೆ. ಇದರ ಆಧಾರದ ಮೇಲೆ ಪರಮಾಣು ಬೀಜಗಳಿಗೆ ಸಂಬಂಧಿಸಿದಂತೆ ಅನೇಕ ಉಪಯುಕ್ತ ವಿವರಣೆಗಳು ದೊರೆಯುತ್ತವೆ. ಅದೇ ರೀತಿ ಬೈಜಿಕ ಕ್ರಿಯೆಗಳಲ್ಲಿ ಕಂಡುಬರುವ ರಾಶಿನಷ್ಟ ಮತ್ತು ಶಕ್ತಿ ಉತ್ಪಾದನೆಗಳಿಗೆ ಸರಿಯಾದ ವಿವರಣೆ ದೊರೆಯುತ್ತದೆ. ಸೂರ್ಯ ಮತ್ತು ಇತರ ನಕ್ಷತ್ರಗಳ ಅಗಾಧ ಶಕ್ತಿರಹಸ್ಯ ಬೈಜಿಕ ಕ್ರಿಯೆಗಳಲ್ಲಿ ಹುದುಗಿದೆ ಎಂದು ತಿಳಿಯುತ್ತದೆ. ಇವೆಲ್ಲ ವಿಶೇಷ ಸಾಪೇಕ್ಷತಾ ಸಿದ್ಧಾಂತದಿಂದ ಅನುಗತವಾಗುವ ಫಲಿತಾಂಶಗಳು.
ಸಾರ್ವತ್ರಿಕ ಸಿದ್ಧಾಂತದ ಅಗತ್ಯ

ಈ ರೀತಿ ಐನ್‌ಸ್ಟೈನ್ ತಮ್ಮ ವಿಶೇಷ ಸಾಪೇಕ್ಷತಾ ಸಿದ್ಧಾಂತವನ್ನು ಅಭಿವರ್ಧಿಸಿದಾಗ, ಸಾಪೇಕ್ಷತಾತತ್ತ್ವವನ್ನು ಸಾರ್ವತ್ರೀಕರಿಸಿ ಪರಸ್ಪರ ಸಮ ಮತ್ತು ಅಸಮ ವೇಗಗಳಿಂದ ಚಲಿಸುತ್ತಿರುವ ನಿರ್ದೇಶಕ ಬಂಧಗಳಿಗೆ ಅನ್ವಯಿಸಲು ಸಾಧ್ಯವಾಗುವಂತೆ ಈ ತತ್ತ್ವವನ್ನು ನಿರೂಪಿಸಿ ಸಾರ್ವತ್ರಿಕ ಸಾಪೇಕ್ಷತಾ ಸಿದ್ಧಾಂತವೊಂದನ್ನು ನಿರ್ಮಿಸುವುದು ಅಗತ್ಯ ಎಂಬ ಭಾವನೆ ಸಹಜವಾಗಿಯೇ ಅವರಿಗೆ ಸ್ಫುರಿಸಿತು. ಇನ್ನೊಂದು ದೃಷ್ಟಿಯಿಂದಲೂ ಈ ಅಗತ್ಯ ಅವರಿಗೆ ಮನವರಿಕೆಯಾಯಿತು. ನಿರಪೇಕ್ಷ ಆಕಾಶ ಮತ್ತು ನಿರಪೇಕ್ಷ ಕಾಲ ಪರಿಕಲ್ಪನೆಗಳು ಅಸಮರ್ಥನೀಯ, ಭೌತವಿಜ್ಞಾನದ ಮೂಲ ಸಿದ್ಧಾಂತಗಳಲ್ಲಿ ಈ ಪರಿಕಲ್ಪನೆಗಳಿಗೆ ಅವಕಾಶವಿರಬಾರದು ಎಂಬುದು ಅವರ ದೃಢ ತೀರ್ಮಾನವಾಗಿತ್ತು. ಆದರೆ ಈ ತೀರ್ಮಾನದ ಪ್ರಕಾರ ಮೂಲ ಸಿದ್ಧಾಂತವನ್ನು ಪುನಾರಚಿಸಲು ಪ್ರಯತ್ನಿಸಿದಾಗ ಒಂದು ಮುಖ್ಯ ಸಮಸ್ಯೆಯನ್ನು ಎದುರಿಸಬೇಕಾಗುತ್ತದೆ. ಬಲು ಹಿಂದೆಯೇ ನ್ಯೂಟನ್, ಒಂದು ಬಗೆಯ ವೇಗೋತ್ಕರ್ಷಿತ ಚಲನೆಗೆ ಸಂಬಂಧಿಸಿದ ಕೆಲವು ಅಂಶಗಳನ್ನು ಉಲ್ಲೇಖಿಸಿ, ಇವು ನಿರಪೇಕ್ಷ ಆಕಾಶ ಪರಿಕಲ್ಪನೆಗೆ ನಿರ್ವಿವಾದವಾದ ಸಮರ್ಥನೆ ಒದಗಿಸುತ್ತವೆಂದು ವಾದಿಸಿದ್ದ. ಅಂದ ಮೇಲೆ ನಿರಪೇಕ್ಷ ಆಕಾಶ ಮತ್ತು ಕಾಲದ ಪರಿಕಲ್ಪನೆಗಳನ್ನು ಸಂಪೂರ್ಣವಾಗಿ ನಿರಾಕರಿಸಿ ಬೇರೊಂದು ರೀತಿಯಲ್ಲಿ ಮೂಲ ಸಿದ್ಧಾಂತಗಳನ್ನು ರೂಪಿಸಬೇಕಾದರೆ, ಈ ವಿಧವಾದ ಚಲನೆಯನ್ನು ಸಾಪೇಕ್ಷೀಕರಿಸಿ ನ್ಯೂಟನ್ನನ ವಾದ ಮತ್ತು ತೀರ್ಮಾನಗಳು ಸರಿಯಲ್ಲ ಎಂದು ಸಾಧಿಸುವುದು ಅನಿವಾರ್ಯ. ಅಂದರೆ, ಸಾಪೇಕ್ಷತಾ ತತ್ತ್ವವನ್ನು ಯುಕ್ತವಾಗಿ ಸಾರ್ವತ್ರೀಕರಿಸಬೇಕಾಗುತ್ತದೆ.
ಸಾರ್ವತ್ರಿಕ ಸಾಪೇಕ್ಷತಾ ಸಿದ್ಧಾಂತ

ಸಾರ್ವತ್ರಿಕ ಸಾಪೇಕ್ಷತಾ ಸಿದ್ಧಾಂತವನ್ನು ಆಲ್ಬರ್ಟ್ ಐನ್‍ಸ್ಟೀನ್ ಅವರು ೧೯೧೫ರಲ್ಲಿ ಪ್ರತಿಪಾದಿಸಿದರು. ಈ ಸಿದ್ಧಾಂತವು ನ್ಯೂಟನ್ನನ ಗುರುತ್ವಾಕರ್ಷಣೆಯ ಆಧುನಿಕ ಹಾಗೂ ಸಾರ್ವತ್ರಿಕ ವಿಶ್ಲೇಷಣೆಯಾಗಿದೆ. ಇದರಲ್ಲಿ ಗುರುತ್ವಾಕರ್ಷಣೆಯು ಹಿಂದೆ ನಾವಂದುಕೊಂಡಂತೆ ೨ ವಸ್ತುಗಳ ನಡುವಿನ ಪರಸ್ಪರ ಆಕರ್ಷಣೆಯಷ್ಟೇ ಅಲ್ಲ. ಇದನ್ನು ಅರ್ಥೈಸಿಕೊಳ್ಳಲು ನಾವು ಆಕಾಶ ಹಾಗೂ ಕಾಲ ಇವುಗಳ ಗುಣವನ್ನು ಮೊದಲು ತಿಳಿದುಕೊಳ್ಳಬೇಕು. ಖಾಲಿ ಜಾಗವು ಆಕಾಶ ಹಾಗೂ ಕಾಲವನ್ನು ಒಟ್ಟಾಗಿ ನೇಯ್ದು ನಿರ್ಮಿಸಿದ ನಯವಾದ ಬಟ್ಟೆಯಂತೆ ಬ್ರಹ್ಮಾಂಡದೆಲ್ಲೆಡೆ ಹರಡಿಕೊಂಡಿದೆ. ಯಾವುದೇ ಕಾಯವು ಈ ಆಕಾಶ-ಕಾಲದಲ್ಲಿ ತನ್ನ ದ್ರವ್ಯರಾಶಿಗನುಗುಣವಾಗಿ ಒಂದು ಕುಳಿಯನ್ನು ಉಂಟುಮಾಡುತ್ತದೆ ಅಥವಾ ಆಕಾಶ-ಕಾಲದ ಮೇಲ್ಮೈಯನ್ನು ಬದಲಿಸುತ್ತದೆ ಎನ್ನಬಹುದು. ಈ ಬದಲಾದ ಮೇಲ್ಮೈನಲ್ಲೇ ಬೆಳಕು ಸೇರಿದಂತೆ ಇತರ ಕಣಗಳು ಸಂಚರಿಸುತ್ತವೆ. ಇದನ್ನು ಕಲ್ಪಿಸಿಕೊಳ್ಳುವುದು ಸ್ವಲ್ಪ ವಿಚಿತ್ರವೆನಿಸಿದರೂ, ಈವರೆಗೆ ನಡೆಸಲ್ಪಟ್ಟ ಪ್ರಯೋಗಗಳಿಂದ ಈ ಸಿದ್ಧಾಂತವು ನಿಜವೆಂದು ಸಾಬೀತಾಗಿದೆ. ಈ ಸಿದ್ಧಾಂತವು ನಮ್ಮ ಅರಿವಿನ ಅಡಿಪಾಯವನ್ನೇ ಬದಲಿಸಿದೆ. ಇದೇ ಸಾರ್ವತ್ರಿಕ ಸಿದ್ಧಾಂತದ ಸಹಾಯದಿಂದ ಬೆಳಕಿನ ಚಲನೆ, ಗ್ರಹ ನಕ್ಷತ್ರಗಳ ಚಲನೆ ಮಾತ್ರವಲ್ಲದೇ ಕಪ್ಪುರಂಧ್ರದ ಅಸ್ತಿತ್ವವನ್ನೂ ವಿವರಿಸಲಾಗಿದೆ.

ಈ ಸಿದ್ಧಾಂತದ ಪ್ರಕಾರ ಸಮಯವು, ಗುರುತ್ವಬಲದೊಂದಿಗೆ ಸಂಕುಚಿತಗೊಳ್ಳುತ್ತದೆ. ಅಂದರೆ ಭೂಮಿಯ ಮೇಲಿಗಿಂತ ಬಾಹ್ಯಾಕಾಶದ ಶೂನ್ಯ ಗುರುತ್ವದಲ್ಲಿ ಸಮಯವು ನಿಧಾನವಾಗಿ ಓಡುತ್ತದೆ.

ಇದು ಎರಡು ಮುಖ್ಯ ಆಧಾರ ಭಾವನೆಗಳ ಮೇಲೆ ರೂಪಿತವಾಗಿದೆ. ಮೊದಲನೆಯ ಮೂಲಭಾವನೆ ಸಾಪೇಕ್ಷತಾ ತತ್ತ್ವದ ವಿಸ್ತೃತ ರೂಪ ಎನ್ನಬಹುದು. ಇದರ ಪ್ರಕಾರ, ಎಲ್ಲ ಬಗೆಯ ಆಕಾಶ-ಕಾಲ ನಿರ್ದೇಶಕ ಚೌಕಟ್ಟುಗಳಿಗೂ ಸಂಬಂಧಿಸಿದಂತೆ ಮೂಲ ನಿಯಮಗಳನ್ನು ನಿರೂಪಿಸಿದಾಗ ಈ ನಿಯಮಗಳು, ಅಂದರೆ ಅವನ್ನು ಮೂರ್ತೀಕರಿಸುವ ಸಮೀಕರಣಗಳು, ಏಕರೂಪತೆ ಪಡೆದಿರಬೇಕು. ಈ ಏಕರೂಪತೆಯ ನಿರ್ಬಂಧಕ್ಕನುಸಾರವಾಗಿಯೇ ಮೂಲನಿಯಮಗಳನ್ನು ನಿರೂಪಿಸಬೇಕೆಂಬುದೇ ಈ ಭಾವನೆಯ ಮುಖ್ಯ ಸಾರ. ಮತ್ತೊಂದು ಮುಖ್ಯ ಭಾವನೆಯೆಂದರೆ ಪದಾರ್ಥಗಳ ರಾಶಿ ಮತ್ತು ಗುರುತ್ವ ರಾಶಿಗಳ ಸಮತೆ.

ಗೆಲಿಲಿಯೊ-ನ್ಯೂಟನ್ ಕಾಲದಿಂದಲೂ ಈ ಎರಡು ವಿಧವಾದ ರಾಶಿಗಳೂ ಸಮ ಎಂಬ ಸಂಗತಿ ಗೊತ್ತಿತ್ತು. ಆದರೆ ಇದರ ಮಹತ್ತ್ವವನ್ನು ಯಾರೂ ಗಮನಿಸಿರಲಿಲ್ಲ. ಮೊತ್ತಮೊದಲಿಗೆ ಈ ಬಗ್ಗೆ ದೀರ್ಘವಾಗಿ ಪರ್ಯಾಲೋಚಿಸಿ ಇದರ ಮಹತ್ತ್ವವನ್ನು ಕಂಡುಕೊಂಡವರೇ ಐನ್‌ಸ್ಟೈನ್. ಗುರುತ್ವ ಕ್ಷೇತ್ರದಲ್ಲಿ ಚಲಿಸುತ್ತಿರುವ ವಸ್ತುವಿನ ಮೇಲೆ ವರ್ತಿಸುವ ಗುರುತ್ವಾಕರ್ಷಣಬಲ ಆ ವಸ್ತುವಿನ ರಾಶಿಯನ್ನು ಅವಲಂಬಿಸುತ್ತದೆ, ಅದರ ವೇಗೋತ್ಕರ್ಷ ರಾಶಿಯನ್ನು ಅವಲಂಬಿಸಿರುವುದಿಲ್ಲ. ಭೂಗುರುತ್ವ ಕ್ಷೇತ್ರಕ್ಕೆ ಸಂಬಂಧಿಸಿದಂತೆ ನಾಲ್ಕು ಶತಮಾನಗಳ ಹಿಂದೆಯೇ ಗೆಲಿಲಿಯೊ ಇದನ್ನು ತನ್ನ ಸರಳಪ್ರಯೋಗದಿಂದ ತೋರಿಸಿಕೊಟ್ಟಿದ್ದ. ಈ ಅಂಶದ ಬಗ್ಗೆ ಐನ್‌ಸ್ಟೈನ್ ದೀರ್ಘವಾಗಿ ಪ್ರಯೋಗಿಸಿ, ವೇಗೋತ್ಕರ್ಷಸಹಿತ ಚಲಿಸುತ್ತಿರುವ ನಿರ್ದೇಶಕ ಚೌಕಟ್ಟಿಗೆ ಸಮಾನವಾಗಿದೆ ಗುರುತ್ವಕ್ಷೇತ್ರ ಎಂಬ ಮುಖ್ಯ ತೀರ್ಮಾನಕ್ಕೆ ಬಂದರು. ಇದರ ಪ್ರಕಾರ ಸಾರ್ವತ್ರಿಕ ಸಾಪೇಕ್ಷತಾ ತತ್ತ್ವಕ್ಕನುಗುಣವಾಗಿ ಗುರುತ್ವ ಕ್ಷೇತ್ರದ ಸಿದ್ಧಾಂತವನ್ನು ರೂಪಿಸುವುದೇ ಸಾರ್ವತ್ರಿಕ ಸಾಪೇಕ್ಷತಾ ಸಿದ್ಧಾಂತದ ಮುಖ್ಯ ಸಮಸ್ಯೆ ಎನ್ನಬಹುದು.

ಆದರೆ ಈ ರೀತಿ ಗುರುತ್ವ ಕ್ಷೇತ್ರ ಸಿದ್ಧಾಂತವನ್ನು ರೂಪಿಸುವುದು ಅಷ್ಟು ಸುಲಭವಾಗಲಿಲ್ಲ. ಇದಕ್ಕಾಗಿ ಐನ್‌ಸ್ಟೈನ್ ಟೆನ್ಸರ್ ಎಂಬ ವಿಶಿಷ್ಟ ರೀತಿಯ ಗಣಿತವನ್ನು ಉಪಯೋಗಿಸಬೇಕಾಯಿತು. ಇದಲ್ಲದೆ ಆಕಾಶ-ಕಾಲ ಅಖಂಡತೆಗೆ ಸಂಬಂಧಿಸಿದಂತೆ ನೂತನ ಪರಿಕಲ್ಪನೆಯನ್ನು ಪ್ರತಿಪಾದಿಸಬೇಕಾಯಿತು. ಅಂದಿನತನಕ ಭೌತವಿಜ್ಞಾನಿಗಳೆಲ್ಲರೂ ಆಕಾಶ ಎಲ್ಲೆಲ್ಲೂ ಚಪ್ಪಟೆಯಾಗಿದೆ ಮತ್ತು ಅದಕ್ಕೆ ಒಂದೇ ಬಗೆಯ ರಚನೆ ಇದೆ ಎಂದು ಭಾವಿಸಿದ್ದರು. ಹಳೆಯ ಸಿದ್ಧಾಂತಗಳಲ್ಲೂ ವಿಶೇಷ ಸಾಪೇಕ್ಷತಾ ಸಿದ್ಧಾಂತದಲ್ಲೂ ಇದೇ ಭಾವನೆ ರೂಢಿಯಾಗಿತ್ತು. ಆದರೆ ಐನ್‌ಸ್ಟೈನ್ ತಮ್ಮ ಗುರುತ್ವಕ್ಷೇತ್ರ ಸಿದ್ಧಾಂತದಲ್ಲಿ ಈ ಭಾವನೆಯನ್ನು ಬಲುಮಟ್ಟಿಗೆ ಮಾರ್ಪಡಿಸಿ, ಪದಾರ್ಥರಹಿತ ಪ್ರದೇಶದಲ್ಲಿ ಮಾತ್ರ ಆಕಾಶ ಚಪ್ಪಟೆಯಾಗಿರುತ್ತದೆ, ಪದಾರ್ಥಗಳ ಸಮೀಪದಲ್ಲಿ ಅವುಗಳ ಗುರುತ್ವಕ್ಷೇತ್ರದ ಪರಿಣಾಮವಾಗಿ ಆಕಾಶ ಚಪ್ಪಟೆಯಾಗಿರದೆ ವಕ್ರವಾಗಿರುತ್ತದೆ, ಈ ವಕ್ರತೆ ಅಥವಾ ಬಾಗುವಿಕೆ ಗುರುತ್ವಕ್ಷೇತ್ರದ ತೀಕ್ಷ್ಣತೆಯನ್ನು ಅವಲಂಬಿಸಿರುತ್ತದೆಂದು ತಿಳಿಸಿ, ಈ ಆಧಾರದ ಮೇಲೆ ಗುರುತ್ವಕ್ಷೇತ್ರದ ಸಮೀಕರಣವನ್ನು ನಿಗಮಿಸಿದರು. ಅವರ ಪ್ರಕಾರ ಗುರುತ್ವಕ್ಷೇತ್ರವೊಂದರಲ್ಲಿ ಯಾವುದೇ ಆಕಾಶಕಾಯ ಸರಳರೇಖೆಯಂತೆ ನೇರ ಚಲಿಸದೆ ವಿಚಲಿತ ಪಥದಲ್ಲಿ ಸಾಗುವುದರ ಕಾರಣ ಅಲ್ಲಿಯ ಆಕಾಶದ ವಕ್ರತೆ. ಅಂದ ಮಾತ್ರಕ್ಕೆ ಆ ಕ್ಷೇತ್ರದಲ್ಲಿ ಬಾಹ್ಯಬಲವೊಂದು ವರ್ತಿಸಿ ಕಾಯದ ಪಥವನ್ನು ವಿಚಲಿಸುತ್ತದೆಂದು ಹೇಳುವುದು ಸರಿಯಲ್ಲ. ಇಲ್ಲಿ ‘ಬಲ’ ಎಂಬ ಭಾವನೆಯೇ ಅನಾವಶ್ಯಕ. ಈ ವಾದದ ಪ್ರಕಾರ ಗುರುತ್ವ ಮತ್ತು ಆಕಾಶ-ಕಾಲ ಅಖಂಡತೆಗೆ ಬಲು ನಿಕಟ ಸಂಬಂಧವಿದೆಯೆಂದಾಯಿತು.

ಐನ್‌ಸ್ಟೈನ್ ಗುರುತ್ವಕ್ಷೇತ್ರ ಸಮೀಕರಣ ಟೆನ್ಸರ್ ಸಮೀಕರಣ ರೂಪದಲ್ಲಿದೆ. ಅದರ ಒಂದು ವಿಶಿಷ್ಟ ಗುಣವೆಂದರೆ, ಅದು ಕ್ಷೇತ್ರ ಸಮೀಕರಣವಾಗಿರುವುದರ ಜೊತೆಗೆ ಅದರಲ್ಲಿ ಕಾಯದ ಚಲನ ಸಮೀಕರಣವೂ ಅಡಕವಾಗಿದೆ. ಸಾರ್ವತ್ರಿಕ ಸಾಪೇಕ್ಷತಾ ಸಿದ್ಧಾಂತದಿಂದ ಲಭಿಸುವ ಮೂರು ಮುಖ್ಯ ತೀರ್ಮಾನಗಳಿಗೆ ಸಾಕಷ್ಟು ವಾಸ್ತವಿಕ ಸಮರ್ಥನೆ ದೊರೆತಿದೆ. ಬಲು ಹಿಂದಿನಿಂದಲೇ ಖಗೋಳ ವೀಕ್ಷಣೆಗಳಿಂದ, ಬುಧಗ್ರಹದ ಚಲನೆಗೆ ಸಂಬಂಧಪಟ್ಟಂತೆ ಒಂದು ಕೌತುಕದ ಸಂಗತಿ ತಿಳಿದಿತ್ತು. ಈ ಗ್ರಹ ಸೂರ್ಯನ ಸುತ್ತ ಪರಿಭ್ರಮಿಸುವ ದೀರ್ಘವೃತ್ತ ಕಕ್ಷೆ ಸ್ಥಿರವಾಗಿರದೇ ಕ್ರಮೇಣ ಸೂರ್ಯನ ಸುತ್ತ ಬಳಸಿ ಅತಿ ನಿಧಾನವಾಗಿ ಸರಿಯುತ್ತದೆ. ಬುಧಗ್ರಹದ ಪುರರವಿಬಿಂದುವಿನ ಸರಿತ (ಪೆರಿಹಿಲಿಯನ್ ಶಿಫ್ಟ್) ಎಂದು ಈ ವಿದ್ಯಮಾನದ ಹೆಸರು. ಸರಿತದ ಮೊತ್ತ ಶತಮಾನದಲ್ಲಿ 43'’ ಎಂದು ಗೊತ್ತಾಗಿದೆ. ನ್ಯೂಟನ್-ಗುರುತ್ವಕ್ಷೇತ್ರ ಸಿದ್ಧಾಂತ ಈ ಸರಿತಕ್ಕೆ ವಿವರಣೆ ನೀಡಲು ಅಸಮರ್ಥವಾಗಿತ್ತು. ಆದರೆ, ಸೌರ ಗುರುತ್ವಕ್ಷೇತ್ರದಲ್ಲಿ ಚಲಿಸುತ್ತಿರುವ ಗ್ರಹಗಳು ಈ ರೀತಿಯ ಪಥವಿಚಲನೆ ಹೊಂದಿರಬೇಕೆಂಬುದು ಐನ್‌ಸ್ಟೈನ್-ಸಿದ್ಧಾಂತದ ಒಂದು ಮುಖ್ಯ ತೀರ್ಮಾನ. ಬುಧಗ್ರಹ ಕುರಿತಂತೆ ಇದು, ಈ ಹಿಂದೆ ಹೇಳಿದಂತೆ, ಶತಮಾನಕ್ಕೆ ಸು. 43'’ ಎಂದು ತಿಳಿದಿತ್ತು. ಈ ಬೆಲೆ ಖಗೋಳ ವೀಕ್ಷಣೆಗಳಿಂದ ದೊರೆತ ಬೆಲೆಗೆ ಸಮವಾಗಿರುವ ಕಾರಣ, ಇದನ್ನು ಐನ್‌ಸ್ಟೈನ್ ಸಿದ್ಧಾಂತಕ್ಕೆ ಸ್ಪಷ್ಟ ಸಮರ್ಥನೆ ಎಂದು ಪರಿಗಣಿಸಬಹುದು.

ಐನ್‌ಸ್ಟೈನ್ ಸಿದ್ಧಾಂತದ ಮತ್ತೊಂದು ಮುಖ್ಯ ಪರಿಣಾಮವೆಂದರೆ ಬೆಳಕಿನ ಕಿರಣ ಗುರುತ್ವ ಕೇಂದ್ರದ ಮೂಲಕ ಹಾದುಹೋಗುವಾಗ ಸ್ವಲ್ಪಮಟ್ಟಿಗೆ ದಿಕ್ಪಲ್ಲಟಗೊಂಡು ಬಾಗುವುದು. ಈ ಬಾಗು ಕ್ಷೇತ್ರದ ತೀಕ್ಷ್ಣತೆಯನ್ನವಲಂಬಿಸಿದೆ. ಸೂರ್ಯನ ಮೇಲ್ಮೆಯನ್ನೂ ಸೋಕಿಕೊಂಡು ಹಾದುಹೋಗುವ ಕಿರಣಕ್ಕೆ ಸಂಬಂಧಿಸಿದಂತೆ ದಿಕ್ಪಲ್ಲಟವನ್ನು ಗಣಿಸಿ ಅದು ಸು. 1.75'’ ಎಂದು ತಿಳಿಯುತ್ತದೆ. ಇದನ್ನು ಪರೀಕ್ಷಿಸುವ ಸಲುವಾಗಿ ಬ್ರಿಟಿಷ್ ಖಗೋಳಜ್ಞರ ತಂಡವೊಂದು 1919ರ ಪೂರ್ಣ ಸೂರ್ಯ ಗ್ರಹಣಕಾಲದಲ್ಲಿ ಸೂರ್ಯನ ಸುತ್ತಲ ಆಕಾಶ ಪ್ರದೇಶದ ಛಾಯಾಬಿಂಬಗಳನ್ನು ಪಡೆದು, ಕೆಲವು ನಕ್ಷತ್ರಗಳ ವಿಚಲಿತ ಸ್ಥಾನಗಳನ್ನು ನಿರ್ಧರಿಸಿ, ಸೂರ್ಯನ ಮೇಲ್ಮೈಯನ್ನು ಸೋಕಿ ಮುಂದುವರಿಯುವ ಕಿರಣ 1.94'’ ರಷ್ಟು ಬಾಗುತ್ತದೆ ಎಂದು ನಿರ್ಧರಿಸಿದರು. ಇದೇ ರೀತಿ ಇಲ್ಲಿನ ತನಕ (2004) ಈ ದಿಕ್ಪಲ್ಲಟದ ಬಗ್ಗೆ 6 ಸಲ ವೀಕ್ಷಣೆಗಳು ಸಾಗಿವೆ. ವೀಕ್ಷಣೆಗಳಿಂದ ದೊರೆತ ಬೆಲೆಗಳು ಮತ್ತು ಸಿದ್ಧಾಂತದಿಂದ ಲಭಿಸಿದ ಬೆಲೆ ನಡುವಿನ ವ್ಯತ್ಯಾಸ ಅಲ್ಪವಾಗಿರುವುದರಿಂದ ಈ ವೀಕ್ಷಣೆಗಳು ಸನ್ನಿಹಿತವಾಗಿ ಸಿದ್ಧಾಂತದ ತೀರ್ಮಾನವನ್ನು ಸ್ಥಿರೀಕರಿಸಿವೆ ಎನ್ನಬಹುದು.
ಉಲ್ಲೇಖಗಳು
ಹೆಚ್ಚಿನ ಓದಿಗೆ

*
*
*
*
*
* The Meaning of Relativity Albert Einstein: Four lectures delivered at Princeton University, May 1921
* How I created the theory of relativity Albert Einstein, December 14, 1922; Physics Today August 1982
* Relativity Sidney Perkowitz Encyclopædia Britannica

ವರ್ಗ:ಭೌತಶಾಸ್ತ್ರ
ವರ್ಗ:ಮೈಸೂರು ವಿಶ್ವವಿದ್ಯಾನಿಲಯ ವಿಶ್ವಕೋಶ