ಸಾಪೇಕ್ಷತೆಯ ವಿಶೇಷ ಸಿದ್ಧಾಂತ

ಪರಿಚಯ
ಭೌತಶಾಸ್ತ್ರದಲ್ಲಿ, ವಿಶೇಷ ಸಾಪೇಕ್ಷತೆ (ವಿಶೇಷ ಸಾಪೇಕ್ಷತಾ ಸಿದ್ಧಾಂತ ಎಂದೂ ಕರೆಯಲ್ಪಡುತ್ತದೆ) ಎಂಬುದು ಸ್ಥಳ ಮತ್ತು ಸಮಯದ ನಡುವಿನ ಸಂಬಂಧದ ಬಗ್ಗೆ ಸಾಮಾನ್ಯವಾಗಿ ಅಂಗೀಕರಿಸಲ್ಪಟ್ಟ ಮತ್ತು ಪ್ರಾಯೋಗಿಕವಾಗಿ ದ್ರುಡೀಕರಿಸಲ್ಪಟ್ಟ ಭೌತಿಕ ಸಿದ್ಧಾಂತವಾಗಿದೆ. ಆಲ್ಬರ್ಟ್ ಐನ್‌ಸ್ಟೈನ್‌ರ ಮೂಲ ಶಿಕ್ಷಣ ಚಿಕಿತ್ಸೆಯಲ್ಲಿ, ಇದು ಎರಡು ಪೋಸ್ಟ್ಯುಲೇಟ್‌ಗಳನ್ನು ಆಧರಿಸಿದೆ:

ಭೌತಶಾಸ್ತ್ರದ ನಿಯಮಗಳು ಎಲ್ಲಾ ಜಡತ್ವ ಚೌಕಟ್ಟುಗಳಲ್ಲಿ ಅಸ್ಥಿರವಾಗಿವೆ (ಅಂದರೆ ಒಂದೇ) (ಅಂದರೆ ಉಲ್ಲೇಖದ ವೇಗವರ್ಧಿಸದ ಚೌಕಟ್ಟುಗಳು); ಮತ್ತು
ಬೆಳಕಿನ ಮೂಲ ಅಥವಾ ವೀಕ್ಷಕರ ಚಲನೆಯನ್ನು ಲೆಕ್ಕಿಸದೆ ನಿರ್ವಾತದಲ್ಲಿನ ಬೆಳಕಿನ ವೇಗವು ಎಲ್ಲಾ ವೀಕ್ಷಕರಿಗೆ ಒಂದೇ ಆಗಿರುತ್ತದೆ.
ವಿಶೇಷ ಸಾಪೇಕ್ಷತೆಯಲ್ಲಿ ಆಲ್ಬರ್ಟ್ ಐನ್‌ಸ್ಟೈನ್‌ರ ಕೆಲವು ಕೃತಿಗಳನ್ನು ಹೆಂಡ್ರಿಕ್ ಲೊರೆಂಟ್ಜ್ ಅವರ ಹಿಂದಿನ ಕೃತಿಯ ಮೇಲೆ ನಿರ್ಮಿಸಲಾಗಿದೆ.

ವಿಶೇಷ ಸಾಪೇಕ್ಷತೆಯನ್ನು ಮೂಲತಃ ಆಲ್ಬರ್ಟ್ ಐನ್‌ಸ್ಟೈನ್ ಅವರು ಸೆಪ್ಟೆಂಬರ್ ೨೬, ೧೯೦೫ ರಂದು "ಆನ್ ದಿ ಎಲೆಕ್ಟ್ರೋಡೈನಾಮಿಕ್ಸ್ ಆಫ್ ಮೂವಿಂಗ್ ಬಾಡೀಸ್" ಎಂಬ ಶೀರ್ಷಿಕೆಯಲ್ಲಿ ಪ್ರಕಟಿಸಿದರು.  ಮ್ಯಾಕ್ಸ್‌ವೆಲ್ ಅವರ ವಿದ್ಯುತ್ಕಾಂತೀಯತೆಯ ಸಮೀಕರಣಗಳೊಂದಿಗೆ ನ್ಯೂಟೋನಿಯನ್ ಯಂತ್ರಶಾಸ್ತ್ರದ ಅಸಂಗತತೆ ಮತ್ತು ಪ್ರಾಯೋಗಿಕವಾಗಿ, ಮೈಕೆಲ್ಸನ್-ಮಾರ್ಲೆ ಶೂನ್ಯ ಫಲಿತಾಂಶ (ಮತ್ತು ನಂತರದ ರೀತಿಯ ಪ್ರಯೋಗಗಳು) ಐತಿಹಾಸಿಕವಾಗಿ  ಊಹಿಸಿದ ಲುಮಿನಿಫೆರಸ್ ಈಥರ್ ಅಸ್ತಿತ್ವದಲ್ಲಿಲ್ಲ ಎಂಬುದನ್ನು ತೋರಿಸಿಕೊಟ್ಟಿತು. ಇದು ಐನ್‌ಸ್ಟೈನ್‌ನ ವಿಶೇಷ ಸಾಪೇಕ್ಷತೆಯ ಬೆಳವಣಿಗೆಗೆ ಕಾರಣವಾಯಿತು, ಇದು ಎಲ್ಲಾ ಚಲನೆಗಳನ್ನು ಒಳಗೊಂಡ ಸನ್ನಿವೇಶಗಳನ್ನು ನಿರ್ವಹಿಸಲು ಯಂತ್ರಶಾಸ್ತ್ರವನ್ನು ಸರಿಪಡಿಸುತ್ತದೆ ಮತ್ತು ವಿಶೇಷವಾಗಿ ಬೆಳಕಿನ ವೇಗಕ್ಕೆ ಹತ್ತಿರವಿರುವ ವೇಗವನ್ನು (ಸಾಪೇಕ್ಷತಾ ವೇಗಗಳು ಎಂದು ಕರೆಯಲಾಗುತ್ತದೆ). ಇಂದು, ವಿಶೇಷ ಸಾಪೇಕ್ಷತೆಯು ಗುರುತ್ವಾಕರ್ಷಣೆಯ ಪರಿಣಾಮಗಳು ನಗಣ್ಯವಾಗಿದ್ದಾಗ ಯಾವುದೇ ವೇಗದಲ್ಲಿ ಚಲನೆಯ ಅತ್ಯಂತ ನಿಖರವಾದ ಮಾದರಿ ಎಂದು ಸಾಬೀತಾಗಿದೆ. ಹಾಗಿದ್ದರೂ, ನ್ಯೂಟೋನಿಯನ್ ಮಾದರಿಯು ಕಡಿಮೆ ವೇಗಗಳಲ್ಲಿ (ಬೆಳಕಿನ ವೇಗಕ್ಕೆ ಹೋಲಿಸಿದರೆ) ಸರಳ ಮತ್ತು ನಿಖರವಾದ ಅಂದಾಜಿನಂತೆ ಇನ್ನೂ ಮಾನ್ಯವಾಗಿದೆ, ಉದಾಹರಣೆಗೆ, ಭೂಮಿಯ ಮೇಲಿನ ದೈನಂದಿನ ಚಲನೆಗಳು.

ವಿಶೇಷ ಸಾಪೇಕ್ಷತೆಯು ವ್ಯಾಪಕವಾದ ಪರಿಣಾಮಗಳನ್ನು ಹೊಂದಿದೆ. ಇವುಗಳನ್ನು ಪ್ರಾಯೋಗಿಕವಾಗಿ ಪರಿಶೀಲಿಸಲಾಗಿದೆ, ಮತ್ತು ಉದ್ದದ ಸಂಕೋಚನ, ಸಮಯದ ಹಿಗ್ಗುವಿಕೆ, ಸಾಪೇಕ್ಷತಾ ದ್ರವ್ಯರಾಶಿ, ದ್ರವ್ಯರಾಶಿ-ಶಕ್ತಿಯ ಸಮಾನತೆ, ಸಾರ್ವತ್ರಿಕ ವೇಗ ಮಿತಿ, ಸಾಂದರ್ಭಿಕ ವೇಗ ಮತ್ತು ಏಕಕಾಲಿಕ ಸಾಪೇಕ್ಷತೆಯನ್ನು ಒಳಗೊಂಡಿದೆ. ಉದಾಹರಣೆಗೆ, ಇದು ಒಂದು ಸಂಪೂರ್ಣ ಸಾರ್ವತ್ರಿಕ ಸಮಯದ ಸಾಂಪ್ರದಾಯಿಕ ಕಲ್ಪನೆಯನ್ನು ಉಲ್ಲೇಖ ಚೌಕಟ್ಟು ಮತ್ತು ಪ್ರಾದೇಶಿಕ ಸ್ಥಾನದ ಮೇಲೆ ಅವಲಂಬಿತವಾಗಿರುವ ಸಮಯದ ಕಲ್ಪನೆಯೊಂದಿಗೆ ಬದಲಾಯಿಸಿದೆ. ಎರಡು ಘಟನೆಗಳ ನಡುವೆ ಅಸ್ಥಿರ ಸಮಯದ ಮಧ್ಯಂತರಕ್ಕಿಂತ ಹೆಚ್ಚಾಗಿ, ಅಸ್ಥಿರ ಸ್ಥಳಾವಕಾಶದ ಮಧ್ಯಂತರವಿದೆ. ಭೌತಶಾಸ್ತ್ರದ ಇತರ ನಿಯಮಗಳೊಂದಿಗೆ ಸೇರಿ, ವಿಶೇಷ ಸಾಪೇಕ್ಷತೆಯ ಎರಡು ಪೋಸ್ಟ್ಯುಲೇಟ್‌ಗಳು ದ್ರವ್ಯರಾಶಿ-ಶಕ್ತಿಯ ಸಮಾನತೆಯ ಸೂತ್ರ E = mc2 ನಲ್ಲಿ ವ್ಯಕ್ತಪಡಿಸಿದಂತೆ ದ್ರವ್ಯರಾಶಿ ಮತ್ತು ಶಕ್ತಿಯ ಸಮಾನತೆಯನ್ನು ಊಹಿಸುತ್ತವೆ, (c ಎಂಬುದು ನಿರ್ವಾತದಲ್ಲಿನ ಬೆಳಕಿನ ವೇಗ.)

ವಿಶೇಷ ಸಾಪೇಕ್ಷತೆಯ ಒಂದು ವಿಶಿಷ್ಟ ಲಕ್ಷಣವೆಂದರೆ ನ್ಯೂಟೋನಿಯನ್ ಯಂತ್ರಶಾಸ್ತ್ರದ ಗೆಲಿಲಿಯನ್ ರೂಪಾಂತರಗಳನ್ನು ಲೊರೆಂಟ್ಜ್ ಪರಿವರ್ತನೆಗಳೊಂದಿಗೆ ಬದಲಾಯಿಸುವುದು. ಸಮಯ ಮತ್ತು ಸ್ಥಳವನ್ನು ಪರಸ್ಪರ ಪ್ರತ್ಯೇಕವಾಗಿ ವ್ಯಾಖ್ಯಾನಿಸಲು ಸಾಧ್ಯವಿಲ್ಲ (ಮೊದಲೇ ಯೋಚಿಸಿದಂತೆ). ಬದಲಾಗಿ, ಸ್ಥಳ ಮತ್ತು ಸಮಯವನ್ನು "ಸ್ಪೇಸ್‌ಟೈಮ್" ಎಂದು ಕರೆಯಲಾಗುವ ಒಂದೇ ನಿರಂತರತೆಗೆ ಹೆಣೆದುಕೊಂಡಿದೆ. ಒಬ್ಬ ವೀಕ್ಷಕನಿಗೆ ಒಂದೇ ಸಮಯದಲ್ಲಿ ಸಂಭವಿಸುವ ಘಟನೆಗಳು ಇನ್ನೊಬ್ಬರಿಗೆ ವಿಭಿನ್ನ ಸಮಯಗಳಲ್ಲಿ ಸಂಭವಿಸಬಹುದು.

ಐನ್‌ಸ್ಟೈನ್ ಸಾಮಾನ್ಯ ಸಾಪೇಕ್ಷತೆಯನ್ನು ಅಭಿವೃದ್ಧಿಪಡಿಸುವವರೆಗೆ, ಗುರುತ್ವಾಕರ್ಷಣೆಯನ್ನು ಸಂಯೋಜಿಸಲು ಬಾಗಿದ ಸ್ಥಳಾವಕಾಶವನ್ನು ಪರಿಚಯಿಸುವವರೆಗೆ, "ವಿಶೇಷ ಸಾಪೇಕ್ಷತೆ" ಎಂಬ ಪದಗುಚ್ಚ ವನ್ನು ಬಳಸಲಾಗಲಿಲ್ಲ. ಕೆಲವೊಮ್ಮೆ ಬಳಸುವ ಅನುವಾದವೆಂದರೆ "ನಿರ್ಬಂಧಿತ ಸಾಪೇಕ್ಷತೆ"; "ವಿಶೇಷ" ಎಂದರೆ "ವಿಶೇಷ ಪ್ರಕರಣ" ಎಂದರ್ಥ.

ಸಿದ್ಧಾಂತವು "ವಿಶೇಷ" ವಾಗಿದ್ದು, ಇದು ಬಾಹ್ಯಾಕಾಶ ಸಮಯವು "ಚಪ್ಪಟೆಯಾಗಿ" ಇರುವ ವಿಶೇಷ ಸಂದರ್ಭದಲ್ಲಿ ಮಾತ್ರ ಅನ್ವಯಿಸುತ್ತದೆ, ಅಂದರೆ, ಶಕ್ತಿ-ಆವೇಗ ಟೆನ್ಸರ್ ವಿವರಿಸಿದ ಮತ್ತು ಗುರುತ್ವಾಕರ್ಷಣೆಗೆ ಕಾರಣವಾಗುವ ಬಾಹ್ಯಾಕಾಶ ಸಮಯದ ವಕ್ರತೆಯು ನಗಣ್ಯ.   ಗುರುತ್ವಾಕರ್ಷಣೆಯನ್ನು ಸರಿಯಾಗಿ ಸರಿಹೊಂದಿಸಲು, ಐನ್‌ಸ್ಟೈನ್ 1915 ರಲ್ಲಿ ಸಾಮಾನ್ಯ ಸಾಪೇಕ್ಷತೆಯನ್ನು ರೂಪಿಸಿದರು. ಕೆಲವು ಐತಿಹಾಸಿಕ ವಿವರಣೆಗಳಿಗೆ ವಿರುದ್ಧವಾಗಿ ವಿಶೇಷ ಸಾಪೇಕ್ಷತೆಯು ವೇಗವರ್ಧನೆಗಳಿಗೆ ಮತ್ತು ಉಲ್ಲೇಖದ ಚೌಕಟ್ಟುಗಳನ್ನು ವೇಗಗೊಳಿಸುತ್ತದೆ.

ಗೆಲಿಲಿಯನ್ ಸಾಪೇಕ್ಷತೆಯನ್ನು ಈಗ ಕಡಿಮೆ ವೇಗಗಳಿಗೆ ಮಾನ್ಯವಾಗಿರುವ ವಿಶೇಷ ಸಾಪೇಕ್ಷತೆಯ ಅಂದಾಜು ಎಂದು ಒಪ್ಪಿಕೊಂಡಂತೆಯೇ, ವಿಶೇಷ ಸಾಪೇಕ್ಷತೆಯನ್ನು ಸಾಮಾನ್ಯ ಗುರುತ್ವಾಕರ್ಷಣೆಯ ಅಂದಾಜು ಎಂದು ಪರಿಗಣಿಸಲಾಗುತ್ತದೆ, ಅದು ದುರ್ಬಲ ಗುರುತ್ವಾಕರ್ಷಣ ಕ್ಷೇತ್ರಗಳಿಗೆ ಮಾನ್ಯವಾಗಿರುತ್ತದೆ, ಅಂದರೆ ಸಾಕಷ್ಟು ಸಣ್ಣ ಪ್ರಮಾಣದಲ್ಲಿ (ಉದಾಹರಣೆಗೆ, ಉಬ್ಬರವಿಳಿತಕ್ಕೆ) ಪಡೆಗಳು) ಮತ್ತು ಮುಕ್ತ ಪತನದ ಪರಿಸ್ಥಿತಿಗಳಲ್ಲಿ. ಆದಾಗ್ಯೂ, ಸಾಮಾನ್ಯ ಸಾಪೇಕ್ಷತೆಯು ಗುರುತ್ವಾಕರ್ಷಣೆಯ ಪರಿಣಾಮಗಳನ್ನು ಬಾಹ್ಯಾಕಾಶ ಸಮಯದ ಜ್ಯಾಮಿತೀಯ ವಕ್ರತೆಯಂತೆ ಪ್ರತಿನಿಧಿಸುವ ಸಲುವಾಗಿ ಯಾವುದೂ ಇಲ್ಲ. ವಿಶೇಷ ಸಾಪೇಕ್ಷತೆಯನ್ನು ಮಿಂಕೋವ್ಸ್ಕಿ ಸ್ಪೇಸ್ ಎಂದು ಕರೆಯಲಾಗುವ ಫ್ಲಾಟ್ ಸ್ಪೇಸ್‌ಟೈಮ್‌ಗೆ ನಿರ್ಬಂಧಿಸಲಾಗಿದೆ. ಬ್ರಹ್ಮಾಂಡವನ್ನು ಹುಸಿ-ರೈಮನ್ನಿಯನ್ ಮ್ಯಾನಿಫೋಲ್ಡ್ನಂತೆ ರೂಪಿಸುವವರೆಗೆ, ವಿಶೇಷ ಸಾಪೇಕ್ಷತೆಗೆ ಬದ್ಧವಾಗಿರುವ ಲೊರೆಂಟ್ಜ್-ಅಸ್ಥಿರ ಚೌಕಟ್ಟನ್ನು ಈ ಬಾಗಿದ ಸ್ಥಳಾವಕಾಶದಲ್ಲಿ ಪ್ರತಿ ಬಿಂದುವಿನ ಸಾಕಷ್ಟು ಸಣ್ಣ ನೆರೆಹೊರೆಗೆ ವ್ಯಾಖ್ಯಾನಿಸಬಹುದು.

ಗೆಲಿಲಿಯೋ ಗೆಲಿಲಿಯು ಈಗಾಗಲೇ ಸಂಪೂರ್ಣ ಮತ್ತು ಉತ್ತಮವಾಗಿ ವ್ಯಾಖ್ಯಾನಿಸಲಾದ ವಿಶ್ರಾಂತಿ ಸ್ಥಿತಿ ಇಲ್ಲ (ಸವಲತ್ತು ಪಡೆದ ಉಲ್ಲೇಖ ಚೌಕಟ್ಟುಗಳಿಲ್ಲ), ಇದನ್ನು ಈಗ ಗೆಲಿಲಿಯೊ ಸಾಪೇಕ್ಷತಾ ತತ್ವ ಎಂದು ಕರೆಯಲಾಗುತ್ತದೆ. ಐನ್‌ಸ್ಟೈನ್ ಈ ತತ್ವವನ್ನು ವಿಸ್ತರಿಸಿದ್ದು, ಇದರಿಂದಾಗಿ ಇದು ಬೆಳಕಿನ ನಿರಂತರ ವೇಗಕ್ಕೆ ಕಾರಣವಾಗಿದೆ,  ಮೈಕೆಲ್ಸನ್-ಮಾರ್ಲೆ ಪ್ರಯೋಗದಲ್ಲಿ ಇದನ್ನು ಗಮನಿಸಲಾಗಿದೆ. ಮೆಕ್ಯಾನಿಕ್ಸ್ ಮತ್ತು ಎಲೆಕ್ಟ್ರೋಡೈನಾಮಿಕ್ಸ್ ಎರಡೂ ನಿಯಮಗಳನ್ನು ಒಳಗೊಂಡಂತೆ ಭೌತಶಾಸ್ತ್ರದ ಎಲ್ಲಾ ನಿಯಮಗಳನ್ನು ಇದು ಹೊಂದಿದೆ ಎಂದು ಅವರು ಪ್ರತಿಪಾದಿಸಿದರು.