خاص نسبت جو نظريو

طبيعيات ۾، اسپيشل ٿيوري آف ريليٽيوٽي، يا مختصر طور اسپيشل ريليٽيوٽي، خلا ۽ وقت جي وچ ۾ تعلق جو هڪ سائنسي نظريو آهي. البرٽ آئنسٽائن جي سال 1905ع جي مقالي، "حرکت واري جسم جي اليڪٽرو ڊائنامڪس تي"، ۾ هي نظريو پيش ڪيو ويو، جيڪا صرف ٻن نقطن تي ٻڌل آهي: 
 طبيعيات جا قانون سڀني جمودي فريم آف ريفرنس (يعني بغير ڪنهن اسراع جي ريفرنس جا فريم) ۾ هڪجهڙا هوندا آهن. اها اصول "نسبت جي اصول" طور سڃاتو وڃي ٿو. 
 خلا ۾ روشنيءَ جي رفتار، روشنيءَ جو ذريعي يا مبصر جي حرڪت کان قطع نظر، سڀني مبصرن لاءِ ساڳي آهي. اهو "روشني جي استحڪام جي اصول" يا روشني جي رفتار جي انورينس جي اصول طور سڃاتو وڃي ٿو. 

سڀ کان پھريون اصول گليلو گيليلي پاران ٺاھيو ويو هو.
فائل:World line.svg

 "ریليٽيوٽي جو نظريو ڪن به ٻن فردن جي وچ ۾ ٿيندڙ مشاهدن جي اختلافن کي وڌيڪ درستگي ۽ واضح نموني سان بيان ڪري ٿو. اهو هڪ عجيب دعويٰ ڪري ٿو جنهن جي مطابق هڪ ٻئي جي ڀيٽ ۾ حرڪت ڪندڙ فردن جي مشاهدن ۾ مفاصلي ۽ وقت جا تصور مختلف ٿين ٿا"

اصل ۽ اهميت

جون 1905ع ۾ 26 سالن جي آئن اسٽائن ”فزڪس جي تاريخ“ نالي جرنل ۾ هڪ مقالو پيش ڪيو جنهن ۾ ان ڪجهه سال پهرين پنهجي نوجواني ۾ پريشان ڪندڙ روشني جي خاصيتن کي ظاهري طور تي حل ڪيو هو. ان مضمون کي پڙهڻ کانپوءِ جرنل جي ايڊيٽر ميڪس پلانڪ کي اهو احساس ٿيو ته هن مضمون سائنس جي پهرين کان رائج تصورن کي ٿُڏي ڇڏيو آهي. برن، سوئٽرزلينڊ جي هڪ پيٽنٽ ڪلارڪ مڪمل طور تي پولار ۽ وقت جي رائج روايتي تصورن کي بلڪل نون تصورن سان بدلائي ڇڏيو. هڪ ڏهاڪي تائين آئن سٽائن جي لاءِ منجھائيندڙ مسئلو اهو هو ته 1800ع جي وچ ڌاري اسڪاٽلينڊ جي فزڪس جي ماهر جيمس ڪلارڪ ميڪسويل هڪ انگريز فزڪس جي ماهر مائيڪل فئراڊي جي ٿيل تجرباتي ڪم جي مطالعي کانپوءِ بجلي ۽ مقناطيست کي ملائڻ ۾ ڪامياب ٿيو. جيڪڏهن توهان جو ڪنهن طوفان اچڻ کان پهرين ڪنهن جبل تي چڙهڻ  يا ڪنهن "وان ديگراف جنريٽر" جي ويجھو بيهڻ جو تجربو ٿيو هجي ته توهان هن حالت ۾ برقي مقناطيسي ميدان کي محسوس ڪيو هوندو جيڪڏهن نه ته پوءِ اسين چئي سگھون ٿا ته هڪ طرح سان هڪ قسم جي برقي يا مقناطيسي قوت جون نظر نه ايندڙ قوتي قطارون آهن جيڪي پولار ۾ موجود ڪنهن به شيءِ مان پار ڪري سگھن ٿيون. ننڍن ننڍن لوهي ٽُڪڙن کي ڪنهن به چقمق جي ويجھو رکڻ سان هڪ نظر نه ايندڙ مُنظم  قطارن جي نموني جو توهان هڪ خاڪو ٺاهي سگھو ٿا. ڪنهن به خشڪ ڏينهن تي اُون جي سوئيٽر کي هٿ لائڻ سان توهان هڪ چڙڳ جو آواز ٻڌڻ سان گڏوگڏ هڪ تمام هلڪو ڪرنٽ به محسوس ڪيو هوندو. اهو توهان جي سوئيٽر ۾ موجود ڌاڳن جي چرپُر سان پيدا ٿيندڙ برقي چارج جي ڪري جنم وٺندڙ برقي قوت جي پيدا ٿيندڙ قطارن جو ثبوت آهي. هن ۽ ٻين سمورن برقي ۽ مقناطيسي رمزن کي هڪ ئي ڍانچي ۾ ملائڻ سان گڏوگڏ ميڪسويل جي نظريي  بُنيادي طور تي اهو به ڏيکاريو ته برقي لهرون هڪ مستقل رفتار سان سفر ڪنديون آهن ۽ اها رفتار روشني جي رفتار جي برابر هوندي آهي. اُن کانپوءِ ميڪسويل اُهو نتيجو اخذ ڪيو ته روشني به هڪ طرح سان برقي لهرن جوهڪ خاص قسم آهي جنهن کي اهو سمجھيو وڃي ٿو ته اها اک جي ريٽينا ۾ موجود ڪيميائي موادن سان لھ وچڙ جي ڪري ڏسڻ جو هڪ احساس پيدا ڪري ٿي. اُنکانسواءِ اهو به تمام اهم آهي ته ميڪسويل جو نظريو سمورين برقي مقناطيسي لهرن جنهن ۾ روشني به شامل آهي انهن جو خلاصو هي آهي ته اهي لهرون ڪڏهن به نٿيون رُڪجن، ڪڏهن به انهن جي رفتار ۾ گھٽتائي نٿي ٿئي ۽ اُهي سڀئي روشني جي رفتار سان سفر ڪن ٿيون.

پر هڪ سوال جيڪو 16 سالن جي آئن سٽائين به ڪيو هو ته جيڪڏهن اسان روشني جي ڪنهن شُعاع جو پيڇو ڪنداسين ته پوءِ ڇا ٿيندو؟ بُنيادي طور تي نيوٽن جي حرڪت وارن قانونن جي مطابق اسان ان شعاع کي پڪڙي سگھون ٿا ۽ ان وقت اهو ساڪن نظر ايندو پر ميڪسويل جي نظريي يا سمورن قابل اعتماد مشاهدن پٽاندڙ بيٺل روشني نالي ڪا به شيءِ وجود نٿي رکي. ڪو به شخص ڪڏهن به پهنجي هٿ ۾ روشني جي جهرمٽ کي ساڪن حالت ۾ نٿو رکي سگھي ۽ اهو هڪ اهم مسئلو آهي. خوش قسمتي سان آئن سٽائين کي اهو معلوم نه هو ته دنيا جي مختلف ملڪن جا مشهور فزڪس جا ماهر هن سوال جو جواب تلاش ڪرڻ ۾ رڌل هئا ۽ انهن موجب ميڪسويل ۽ نيوٽن جو مسئلو هڪ خاص حد تائين الڳ الڳ خيالن جو نتيجو آهي. 

آئن سٽائين اسپيشل رلئٽيوٽي جي نظريي جي مدد سان هن مسئلي کي حل ڪرڻ سان گڏوگڏ پولر ۽ وقت جي باري ۾ اسان جي تصورن کي هميشه جي لاءِ تبديل ڪري ڇڏيو. حقيقت ۾ اسپيشل رليٽيوٽي حيرت انگيز طور تي الڳ الڳ فردن جن کي مشاهدو ڪندڙ سڏجي ٿو کي نظر ايندڙ دنيا کي نهايت صحيح نموني سان سمجھائي ٿو. شروعات ۾ اهو فقط هڪ دانشور جو خواب محسوس ٿئي ٿو پر ان جي اُبتڙ آئن سٽائن مطابق الڳ الڳ مشاهدو ڪندڙ فردن تي جيڪي مڪمل طور تي هڪ ٻئي جي ڀيٽ ۾ حرڪت ۾ هجن روشني جي شعاع جو پيچو ڪرڻ کانپوءِ انهن تي ڪافي گھرا اثر ٿي سگھن ٿا. 

عام تجربو انهن الڳ الڳ فردن جي طرفان ڪيل مشاهدن تي روشني وجھي ٿو. مثال طور هڪ هائي ويز جي پاسن تي لڳل وڻ ڪنهن ڊرائيور جي لحاظ کان حرڪت ۾ آهن پر ڪنهن رستي تي بيٺل مسافر جي لحاظ کان ساڳيا وڻ ساڪن حالت ۾ آهن. ساڳئي ريت گاڏي جو اڳيون حصو ٻين حصن جيان حرڪت ۾ نه آهي پر ساڳئي مسافر جي لحاظ کان اها حصا حرڪت ۾ آهن. اهي بنيادي خاصيتون اهو ظاهر ڪن ٿيون ته دنيا ڪهڙي ريت ڪم ڪري ٿي ۽ اسان تمام مشڪل سان اهي نوٽ ڪندا آهيون. ریليٽيوٽي جو نظريو ڪن به ٻن فردن جي وچ ۾ ٿيندڙ مشاهدن جي اختلافن کي وڌيڪ درستگي ۽ واضح نموني سان بيان ڪري ٿو. اهو هڪ عجيب دعويٰ ڪري ٿو جنهن جي مطابق هڪ ٻئي جي ڀيٽ ۾ حرڪت ڪندڙ فردن جي مشاهدن ۾ مفاصلي ۽ وقت جا تصور مختلف ٿين ٿا. اُن جو مطلب هڪ ٻئي جي ڀيٽ ۾ حرڪت ڪندڙ ٻه مشاهدو ڪندڙن جي ٻانهن ۾ پاتل هڪ جهڙيون واچون مختلف ريٽس سان ٽڪ ڪنديون اهڙي طرح سان اهي ٻئي فرد ڪنهن واقعي جي دوران گذرندڙ وقت جي لمحن تي اتفاق نه ڪندا. ریليٽئوٽي جي نظريي مطابق هي بيان ٻن واچن جي خرابي جي ڪري نه پر هي هڪ پنهجو پاڻ ۾ هڪ سچ آهي. ساڳئي طرح سان، هڪ جهڙي اسڪيل رکندڙ ٻه مشاهدو ڪندڙ جيڪي هڪ ٻئي جي لحاظ کان حرڪت ۾ هجن اهي پيمائش ڪيل مفاصلي تي اتفاق نه ڪندا آهن. اهو ڪنهن به طرح سان ماپ ڪرڻ وارن اوزارن يا استعمال ڪرڻ وارن طريقن ۾ غلطين جو نتيجو نه آهي. دنيا جي سڀ کان وڌيڪ درست پيمائش ڪندڙ اوزارن به ان ڳالھ کي ثابت ڪيو آهي ته ڪڏهن به ٻن مشاهدو ڪندڙن کي فاصلي يا وقفن جي پيمائش ۾ هڪ جهڙائي نظر نه ايندي. آئن سٽائين جي طرفان ڏنل اضافيت جو نظريو حرڪت ۽ مادي جي خاصيتن جي وچ ۾ اسان جي سمجھ جي ڪري پيدا ٿيل مسئلي کي حل ڪري ٿو پر ان جي اسان کي هڪ قيمت به ادا ڪرڻي پوي ٿي ته اهي هڪ ٻئي جي لحاظ سان حرڪت ڪندڙ زمان ۽ مڪان جي باري ۾ ڪيل مشاهدن تي متفق نه ٿيندا آهن.

آئن سٽائين جي طرفان ڏنل هن اهم دريافت جي هڪ سو سالن کانپوءِ به اسان مان اڪثر پولار ۽ وقت کي هڪ الڳ الڳ تصور جي طور تي ڏسون ٿا. اضافيت جو نظريو اسان جي هڏن ۾ رچيل نه آهي تنهن ڪري اسان ان کي محسوس نٿا ڪريون ان جو اثر اسان جي سوچ جو مرڪزي حصو نه آهي ۽ ان جو سبب تمام سادو آهي جو اضافيت جي اثرن جو دار و مدار ان ڳالھ تي آهي ته ڪو جسم ڪيتري تيز رفتار سان حرڪت ڪري رهيو آهي ڪنهن ڪار، هوائي جهاز يا خلائي شٽل جي رفتار تي به انهن اثرن کي محسوس نٿو ڪري سگھجي. زمين تي موجود ساڪن حالت ۾ بيٺل فرد يا ڪارن، هوائي جهازن ۽ خلائي شٽل ۾ سفر ڪندڙن جي وچ ۾ فرق ضرور ٿيندو آهي پر اهو فرق ايترو ته ٿورڙو هوندو آهي جو ان کي نظر انداز ڪري سگھجي ٿو. پر جيڪڏهن ڪو ماڻهو ڪنهن مستقبل جي خلائي جهاز ۾ روشني جي رفتار جي ويجھڙائي واري رفتار سان سفر ڪري ته پوءِ ریليٽيوٽي جا اثرات مڪمل طور تي واضح ٿي ويندا. اهواڃان تائين ڪنهن سائنس فڪشن کان گھٽ نه آهي تنهن هوندي به مستقبل ۾ ٿيندڙ اهم تجربا آئن سٽائين جي نظريي ۾ ڪيل هڪٻئي جي لحاظ کان حرڪت ڪندڙ مشاهدو ڪندڙن جي وچ ۾ ٿيندڙ پولار ۽ وقت جي باري ۾ فرق جي اڳڪٿين کي بلڪل واضح نموني سان ثابت ڪندا. 

هن فرق کا سمجهڻ لاءِ تصور ڪيو ته 1970ع جو هڪ سال آهي جنهن ۾ تيز رفتار گاڏيون آهن. علي پنهجي سموري آمدني هڪ نئين ڪار جي خريداري تي خرچ ڪري ٿو. علي پنهجي ڀاءُ عرفان سان گڏجي ڪري ان ڪار جي چڪاس ڪرڻ لاءِ هڪ ويجهڙائي واري رستي تي وڃي ٿو. جتي علي ڪار کي 120 ميل في ڪلاڪ جي رفتار سان هلائي ٿو جڏهن ته عرفان رستي جي پاسي تي بيهي ڪري وقت کي نوٽ ڪري ٿو. علي وڌيڪ تصديق جي لاءِ هڪ اسٽاپ واچ استعمال ڪري ٿو ته جنئين چڪر مڪمل ڪرڻ جي دوران گذرندڙ وقت جي پيمائش ڪري سگھي. آئن اسٽائن کان پهرين ڪنهن جي ذهن ۾ اُن سوال جنم نه ورتو ته جيڪڏهن علي ۽ عرفان وٽ هڪ جهڙيون اسٽاپ واچون هجن ته پوءِ اهي ٻئي گذرندڙ وقت جون پيمائشون ساڳيون ڪندا پر اضافيت جي نظريي مطابق جيڪڏهن عرفان گذرندڙ جي پيمائش 30 سيڪنڊ ڪندو ته علي جي اسٽاپ واچ 29.99999999999952 سيڪنڊن جي پيمائش ڪندي (نه هئڻ جي برابر فرق).

جيڪڏهن ڏٺو وڃي ته اهو فرق ايترو ته ننڍو آهي جو ان جي پيمائش ڪري سگھجي جنهن جي صلاحيت ڪنهن آڱر، اولمپڪ جي معياري وقتي نظام يا خاص طور تي ائٽمي ڪلاڪ سان هلايل اسٽاپ واچ کان به وڌيڪ هجي. هن ۾ ڪو عجب نه آهي ته اسان جي روزاني واري زندگي جا تجربا به هن حقيقت کي محسوس نٿا ڪن ته گذندڙ وقت اسان جي حرڪت واري حالت تي دارومدار رکن ٿا.

ڊيگھ جي پيمائش تي به ساڳيوئي اختلاف آهي. مثال طور عرفان هڪ ٻئي ٽيسٽ ۾ نئين گاڏي جي ڊيگھ جي پيمائش ڪرڻ لاءِ هڪ طريقو اختيار ڪري ٿو جو جڏهن گاڏي جو اڳيون حصو ان جي سامهون گذري ٿو ته هو پنهجي اسٽاپ واچ کي اسٽارٽ ڪري ٿو ۽ جڏهن ڪار جو پويون حصو گذري ٿو ته پوءِ اسٽاپ واچ کي بند ڪري ٿو. جئين ته عرفان کي خبر آهي ته علي 120 ميل في ڪلاڪ جي رفتار سان گذري رهيو آهي ته هو 120 کي اسٽاپ واچ تي ايندڙ وقت سان ضرب ڪري ڪار جي ڊيگھ معلوم ڪري سگھي ٿو. هڪ ڀيرو ٻيهر آئن سٽائين کان پهرين ڊيگھ جي پيمائش تي ڪو به اعتراض نه هو. علي تمام درست انداز ۾ شوروم ۾ بيٺل ڪار جي ڊيگھ روايتي طريقي سان معلوم ڪري ٿو. اهڙي طرح سان عرفان ۽ علي ٻئي پنهجي پنهجي ماپيل ڊيگھ تي متفق هوندا پر اضافيت نظريو دعويٰ ڪري ٿو ته جيڪڏهن علي ۽ عرفان ٺيڪ درست نموني سان پيمائش ڪن ته علي جي پيمائش ڪيل ڪار جي ڊيگھ جيڪا اٽڪل 16 فٽ آهي ته پوءِ عرفان جي ورتل ڊيگھ اٽڪل 15.9999 فٽ هوندي...تمام ننڍو فرق...اهڙو ئي فرق جئين وقت جي پيمائش ۾ فرق جنهن کي عام رواجي اُوزان سان معلوم نٿو ڪري سگھجي.
جيتوڻيڪ اهي فرق نه هئڻ جي برابر آهن ان جي باوجود اهي ڪائنات جي تصور۽ پولار ۽ وقت جي متعلق رائج هڪ اڻوڻندڙ خطرناڪ نقص کي ظاهر ڪري ٿو. جهڙي طرح سان ڪنهن جي ڀيٽي رفتار جنئين علي ۽ عرفان جي رفتار ۽ جنيئن جنيئن اها رفتار وڌندي ويندي تئين اهو فرق تمام تيزي سان واضح ٿيندو ويندو. هڪ نظر ايندڙ فرق کي مشاهدو ڪرڻ لاءِ ضروري آهي ته ممڪن طور تي رفتار روشني جي رفتار جي ويجهو هجي جيڪا ميڪسويل جي نظريي ۽ تجرباتي پيمائش جي لحاظ کان اٽڪل 186000 ميل في ڪلاڪ يا اٽڪل 670 ملين ميل في ڪلاڪ آهي. هي اُها رفتار آهي جنهن ۾ زمين جي چوڌاري ست چڪر لڳائي سگھجن ٿا. جيڪڏهن علي 120 ميل في ڪلاڪ جي بدران 580 ملين ميل في ڪلاڪ (لڳ ڀڳ روشني جي رفتار جو 87 سيڪڙو) جي رفتار سان سفر ڪري ته اضافيت جي نظريي جي حسابي طريقي موجب عرفان جي ڪيل ڪار جي ڊيگھ اٽڪل 8 فٽ ٿيندي جيڪا علي جي ڪيل پيمائش کان مڪمل طور تي مختلف هوندي. ساڳئي ريت هڪ چڪر جي دوران عرفان  جي ڪيل وقت جي پيمائش علي جي ڪيل پيمائش کان ٻيڻي هوندي. 

هاڻوڪي وقت ۾ ايترين وڌيڪ رفتارن تائين پهچڻ تمام مشڪل آهي تهنڪري فني طور سڏجندڙ ٽائيم ڊائليشن (Time dilation) ۽ لورانز ڪونٽراڪشن (Lorentz contraction) وارا مظاهر عام رواجي زندگي ۾ تمام ننڍا هوندا آهن. جيڪڏهن اسان هڪ اهڙي دنيا ۾ هجون جنهن ۾ عام طور تي شيون روشني جي ويجهڙائي واري رفتار تي سفر ڪن ته پوءِ پولار ۽ وقت جون اهڙيون خاصيتون مڪمل طور تي نظر اينديون ۽ جنئن ته اسان هميشه جي لاءِ محسوس ڪنداسين ته رستي جي ڪناري تي موجود وڻن جي نظر ايندڙ حرڪت جي باري ۾ وڌيڪ بحث ڪرڻ جي ضرورت نه پوندي. پر جنئين ته اسان  هن قسم جي دنيا ۾ نٿا رهون تنهڪري هن قسم جي خاصيتن کان اڻواقف آهيون. انهن خاصيتن کي سمجهڻ ۽ قبول ڪرڻ جي لاءِ ضروري طور تي  اسان  کي هن وقت موجود پنهجن روايتي اُصولن کي بدلايڻو پوندو.

ڊاڪٽر يوسف سومرو انسٽيتوٽ آف فزڪس، يونيورسٽي آف سنڌ، ڄامشورو سنڌ، پاڪستان

حوالا

زمرو:نسبتي نظريو
زمرو:سائنسي مضمون