Sunday, August 16, 2015

INTERSTELLAR समजुन घेतांना - भाग-४

'आपले हक्काचे घर घ्या आपल्या नजीकच्या दिर्घिकेत (Galaxy) सुलभ हप्त्यांच्या (EMI) सुविधेसह'. अशी जाहीरात नजिकच्या भविष्यात वाचायला मिळाली तर आश्चर्य वाटायला नको.

मागील काही दिवसांत खगोलशास्त्राशी निगडीत अशा काही घटना घडल्या आहेत कि त्यामुळे या शास्त्राविषयी कुतुहल अजुन वाढते आहे. जसे

१) New Horizon या दहा वर्षापुर्वी सोडलेल्या यानाने प्लुटोपासून जातांना (Flyby) त्याच्याशी निगडीत महत्त्वपुर्ण माहिती मिळवली.

२) Philae lander हे 67p या धुमकेतुवर उतरलेले उपकरण निद्रित अवस्थेत गेले होते ते आता पुन्हा पुनरुज्जीवीत होइल अशी शक्यता आहे.

३) स्टिफन हॉकींग्ज आणि युरी मिल्नर यांनी विश्वात इतरत्र कुठे जिवस्त्रूष्टी आहे का याच्या शोधासाठी नव्याने मोहीम हाती घेतली आहे.

पण Interstellar ने जाग्रुत केलेले कुतुहल कमी होत नाही. हा चित्रपट Jonathan Nolan याने दिग्दर्शित केला असून त्याने या चित्रपटातील सगळ्या वैज्ञानिक संकल्पना Kip Thorne या शास्त्रज्ञाकडून पडताळून घेतल्या आहेत. त्यामुळे वैज्ञानिकदृष्ट्या आक्षेप घ्यायला या चित्रपटात जागा ठेवलेली नाही.

तर आता जरा Interstellar च्या कथेकडे वळुयात (यापुर्वी आपण 'INTERSTELLAR समजुन घेतांना' या मालिकेमधील ३ भाग (भाग-१, भाग-२भाग-३ ) अवश्य वाचावे).

Cooper हा एक अमेरिकेच्या NASA या नामांकित संस्थेत काम केलेला विधुर आपल्या दोन छोट्या मुलांसह व आपल्या व्रुद्ध पित्यासह अमेरिकेत राहत असतो. अनावधानाने तो NASA चा एका गुप्त प्रयोग उजेडात आणतो.


  • NASA चा प्रयोग

Prof. Brand हे या प्रयोगाचे प्रमुख असतात. भविष्यात पृथ्वी मनुष्याच्या राहण्यास योग्य रहाणार नसल्याने विश्वात इतरत्र कुठे राहण्यायोग्य असे ठिकाण शोधणे व मानवजात वाचवणे हे त्या प्रयोगाचे उद्दीष्ट असते. या प्रयोगात Prof. Brand हे Cooper ला समाविष्ट करतात.

आपल्या सूर्यमालेत शनीच्याजवळ (Saturn) आपल्या मानवजातीचे भले चिंतणाऱ्या व अनेक मितींचे (Multidimension) ज्ञान असलेल्या हितचिंतकांनी (termed as THEY or 'THE BULK') एक कृमीविवर (WormHole) तयार केलेले असते. या कृमीविवराचे एक टोक शनीच्याजवळ (Saturn) तर दुसरे टोक एका दुरस्त दिर्घिकेत (Galaxy) उघडत असते. या दुरस्त दिर्घिकेत मानवी वस्तीयोग्य जागेचा शोध घेण्यासाठी Prof. Brand यांनी अगोदर दहा वर्षांपुर्वी १३ जणांच्या चमुला तेथील वेगवेगळ्या ग्रहांवर (Planets) पाठवलेले असते. या चमुंपासून त्यांना फक्त संदेश येत असतात पण पृथ्वीवरून मात्र त्यांच्याशी संवाद साधता येत नसतो. १३ पैकी ३ वेगवेगळ्या ग्रहांवर गेलेल्यांकडुनमात्र त्यांना ते ग्रह मानवीवस्तीस योग्य असतील असे संदेश येत असतात. त्या ग्रहांची नावे असतात Miller, Mann आणि Edmunds. त्या-त्या मोहीमेवर गेलेल्या शास्त्रज्ञांच्या नावाने त्या ग्रहांची नावे ठेवलेली असतात.

हे सर्व ग्रह 'Gargantua' नावाच्या कृष्णविवराभोवती (BlackHole) फिरत असतात. हे कृष्णविवर दिसणे शक्य नसते कारण त्यातून प्रकाशसुद्धा बाहेर पडत नाही पण त्याने आजुबाजुचे ग्रह-तारे-मेघ वगैरेंना आपल्या गुरुत्वाकर्षनामध्ये (Gravity) असे काही बांधलेले असते कि उर्जेचा गोळा (Energy Countour) व चकती (Accretion disk) त्याच्याभोवती तयार झालेली असते यामुळे ग्रहांना उर्जा मिळत असते.



या प्रयोगाच्या पुढील टप्प्याचा भाग व तिथे गेलेल्या शास्त्रज्ञांचा शोध व तिथे असलेले वास्तव जाणुनघेण्यासाठी Prof. Brand हे Endurance नावाची मोहीम हाती घेतात. त्याला मुख्यतः दोन पर्याय त्यांच्या समोर असतात.
१) Plan 'A' :- यानुसार Prof. Brand हे एका प्रयोगावर मागच्या बरेच वर्षांपासून काम करत असतात. त्या प्रयोगाचे उद्दीष्ट असते की पृथ्वीवरील सर्व मानवजात वाहून नेउ शकेल अशी याने बनवने पण यासाठी प्रचंड इंधन लागेल जे उपलब्ध होणे अशक्य असते. पण जर पृथ्वीवरील गुरुत्वाकर्षणावर (Gravity) मात करता आली तर कदाचीत कमी इंधनामध्येसुद्धा याने पृथ्वीवरून अंतराळात उडू लागतील. यासाठी त्यांना गुरुत्वाकर्षणाच्या स्थिरांकाशी (G) खेळायचे असते पण त्यासाठी त्यांना काही माहीतीची (Data) गरज असते जी केवळ कृष्णविवरामध्ये असलेल्या शुन्यवत (Singularity) अवस्थेतुनच मिळू शकते. हि माहीतीजर मिळालीतर Prof. Brand हे याने तयार करून मानवजातीला वसाहतयोग्य ग्रहांवर (Miller, Mann आणि Edmonds) वाहून नेतील असा हा पहीला पर्याय.
२) Plan 'B' :- हा पर्याय Plan 'A' जर यशस्वी नाही झाला तर वापरायचा असतो. यामध्ये पृथ्वीतलावरील असलेल्या मानवाच्या विविध जमातींचे बीज (Human Embroys) प्रयोगशाळेत साठवलेले असते. जर Endurance मोहिमेत काही अघटीत घडले, जर चमुला यायला वेळ लागला व पृथ्वी तो पर्यंत राहण्यास योग्य राहीली नाही तर हे बीज वापरून Endurance चा चमु मानवजातीला नवीन वस्तीस्थानांवर पुनर्प्रस्थापित करू शकतील हे त्यामागील उद्दिष्ट. 
  • Endurance मोहीम
या मोहिमेवर Cooper च्या साथीला Amelia, Romilly, Doyle व CASE आणि TARS हे यंत्रमानव (Robots) सहभागी असतात.


मागील भागांमध्ये आपण पाहिले आहे कि, प्रचंड वेगाने प्रवास केल्यास व जास्त गुरुत्वाकर्षणाच्या जवळसुद्धा वेळ मंदावते (Time slows down). Endurance चा चमू जेंव्हा प्रवासाला निघतो तेंव्हा Cooper ची मुलगी Murph फारच छोटी असते पण Endurance ने केलेल्या प्रवासात तीचे वय चमुतील लोकांपेक्षा जास्त वेगाने वाढते (Twin Paradox). 
  • Miller वर स्वारी
कृमीविवरातून (WormHole) प्रवास केल्यानंतर Endurance चा चमू Gargantua(BlackHole) च्या जवळ पोहोचतो. सर्वप्रथम ते Miller या ग्रहावर जायचे ठरवतात. Romilly ला Endurance वर ठेवून इतर Miller वर जातात. त्यांना कळते कि Miller वर १ तास म्हणजे पृथ्वीवरील ७ वर्षे त्यामुळे त्यांना तिथे पाठवलेले यंत्र (Beacons) आणि त्यामधील माहिती कमीतकमी वेळात ताब्यात घ्यायची असते पण तिथे गेल्यानंतर ते पहातात कि ती यंत्रे निकामी झाली आहेत आणि Miller म्हणजे फक्त महासागर असून पाण्याचे जग आहे. कालमंदत्व/कालविस्तारामुळे (Time Dilation) हे संदेश कित्तेक वर्षे पृथ्वीवर मिळत असतात. पण तसे बघीतलेतर Millerने हे संदेश काही तासांसाठीच पाठवलेले असतात.

तिथल्या एका प्रसंगात त्यांचा वेगवान सागरी-लाटांशी सामना होतो, त्यात लाटेच्या तडाख्यात Doyle मरण पावतो व उरलेले कसाबसा आपला जीव वाचवतात आणि Endurance वर येतात. तो पर्यंत Romilly हा २४ वर्षांनी वयस्क झालेला असतो. 
  • खोटारडा Mann
पुढचा पडाव म्हणून ते  'Mann' ची निवड करतात. तिथे गेल्यानंतर त्यांना आढळते कि, Dr. Mann यांनी स्वतःला दिर्घ-निद्रेत झोपवलेले आहे व त्यांनी पाठवलेल्या माहितीमध्ये 'Mann' वसाहत योग्य आहे असा निष्कर्ष निघत असतो. Endurance चा चमू Dr. Mann ना निद्रेतून उठवतात आणि त्यांच्या ग्रहाची पाहणी करायचे ठरवतात.


पाहणी दरम्यान Dr. Mann हे Cooper वर जिवघेना हल्ला करतात पण Cooper त्यातून बचावतो. Romilly ला आढळते कि Dr. Mann यांनी पाठवलेली माहीती चुक असते पण जर आपण अशी माहीती पाठवलीतर पृथ्वीवरून कोणीतरी येउन आपले प्राण वाचू शकतील अशी Dr. Mann यांना आशा असते. या भेटीदरम्यान Romilly आपला जीव गमावतो. पुढे Dr. Mann यांचाही अवकाशस्थानकावर अपघाती म्रुत्य होतो. या Mann भेटीत त्यांना हे ही कळते कि, Prof. Brand यांना 'Gravity' चे कोडे (Plan-A) आपल्या हयातीत सुटणार नाही हे माहीत असते पण मानवजात जगावी म्हणून ते खोटे बोललेले असतात. 
  • Tesseract मधील ५-मितींचे जग
आता Endurance च्या चमुसोबत थोडेच इंधन बाकी असते. यावर Cooper असा मार्ग काढतो कि, Amelia हिने Edmunds वर जावे आणि Plan-B नुसार मानवी बीजे तिथे रुजवावित आणि Plan-A नुसार Cooper काही Singularity मधून माहिती मिळते का ते पहाणार. Cooper आणि TARS (Robot), Endurance ला सोडतात आणि Gargantua(BlackHole) च्या दिशेने निघतात. पण ते हितचिंतकांनी (termed as THEY or 'THE BULK') बनवलेल्या Tesseract या रचनेत अडकतात.


Tesseractचे जग मितींचे (Five dimensional) असते पण मानवासारख्या प्राण्याला सुलभ व्हावे म्हणून त्यात त्रिमित (Three Dimensional) रचनासुद्धा असते. मागिल भागांमध्ये पाहिल्याप्रमाणे अनेकमितींच्या जगात वेळ हि सुद्धा एक मिती म्हणून समजली जाते (Time is also a dimension).याचाच अर्थ Tesseractमधील व्यक्ती आपल्या भुतकाळात व भविष्यातसुद्धा रस्त्यावरून चालावे तसा फेरफटका मारू शकतो.Tesseractमध्ये Cooper आपला भुतकाळ पाहतो त्यात त्याला छोटी Murph दिसते तसेच तो Endurance च्या मोहिमेवर निघाला आहे तो प्रसंग दिसतो. तो तिच्याशी संवाद साधतो आणि STOP असे सांकेतिक भाषेत संदेश पाठवतो. भुतकाळातील या प्रसंगात Murph ला असाच संदेश मिळालेला असतो पण त्यावेळी Cooper, Endurance मोहीमेवर जायला अविचल असतो (भुतकाळात बदल करता येउ शकत नाही. 'Arrow of Time'). Tesseractमध्ये Cooperला Singularity मधील माहिती (Data) उपलब्ध होते.

एव्हाना पृथ्वीवर Murph मोठी झालेली असते आणि Prof. Brand यांचे काम पुढे चालू ठेवते. एका चर्चेदरम्यान Cooperने Amelia यांच्याकडून ऐकलेले असते कि, गुरुत्वलहरी (Gravitational waves) या अवकाश-वेळ (Space-Time) यांच्या मर्यादामधून सहीसलामत सुटू शकतात आणि प्रकाशाच्या वेगाने जाउ शकतात. Tesseract मध्ये याची सोय असते. Cooper लगेच त्याचा वापर करून Murph ला दिलेल्या घड्याळाच्या माध्यमातुन Singularity मधील माहिती पाठवतो. यानंतर Tesseract चे कार्य ते हितचिंतक बंद करतात आणि Cooper बाहेर अवकाशात फेकला जातो. तो बेशुद्ध अवस्थेत आपल्या सूर्यमालेतील शनी ग्रहाजवळ पृथ्वीवरून स्थलांतरीत झालेल्या पिढीला सापडतो. हि पिढी म्हणजे Cooperने पाठवलेल्या माहितीमुळे स्थलांतरात यशस्वी झालेली पिढी असते आणि त्यांनी अवकाशात आपली एक वसाहत (Cooper Station) केलेली असते. तो पर्यंत Murph, ९० ची जख्खड म्हातारी झालेली असते आणि Cooper हा १२४ वर्षे वयाचा तरुण असतो. पुढे Cooper, Amelia च्या भेटीसाठी Edmunds च्या मोहीमेवर रवाना होतो आणि interstellar इथेच संपतो.

एक महत्त्वाचा प्रश्न अनुत्तरीत राहतो की, ते हितचिंतक (termed as THEY or 'THE BULK') कोण असतात ?
ते असतात भविष्यात प्रवास केलेले आणि अनेक मितींचे ज्ञान झालेले पृथ्वीवरच्या मानसांचे वारसदार !!!


                    (Interstellar चा कालप्रवास)

(वाचकांना विनंती :- आपल्या प्रतिक्रिया नोंदवायला विसरू नका.) 

Saturday, March 21, 2015

INTERSTELLAR समजुन घेतांना - भाग-३


वेळेला सापेक्ष बनवून आइन्स्टाइन आणि त्याच्या सापेक्षतावादाने भौतिकशास्त्राचा चेहराच बदलून दिला हे आपण मागील भागात (INTERSTELLAR समजुन घेतांना - भाग-२) पाहिले . खगोलशास्त्राततर त्याचे अढळ स्थान आहे. सापेक्षतावादाने (Relativity) एका नवीन संज्ञेला जन्म दिला ती म्हणजे काल-मंदत्व किंवा काल-विस्तार (Time Dilation).

काल-मंदत्वाचे उदाहरण सांगतांना जुळ्यांचे उदाहरण नेहमीच दिले जाते. कल्पना करा कि, दोन जुळी भावंडे आहेत, त्यापैकी एकाने अवकाशप्रवास करण्याचे ठरले आहे आणि तो पृथ्वीवरून प्रकाशाच्या वेगाने प्रवास करणाऱ्या अवकाशयानातून अवकाशात जात आहे. जेंव्हा अवकाशप्रवास करून तो पुन्हा येइल तेंव्हा त्याला त्याचा पृथ्वीवरील भाउ जास्त वयाचा झालेला आढळेल. याला 'जुळ्यांचा विरोधाभास' (Twin Paradox) असेही म्ह्णतात.

          




जुळ्यांच्या उदाहरणात अवकाशात गेलेल्या भावाचे घड्याळ मंदावते आणि त्यामुळे तो पृथ्वीवरील भावापेक्षा तरुण राहतो.

काल-मंदत्व प्रामुख्याने दोन प्रकारात मोडते

१) वेगामुळे होणारे काल-मंदत्व (Velocity Time-Dilation)
या प्रकारात एखादी वेगात जाणारी वस्तु जसजशी प्रकाशाच्या वेगाच्या जवळ पोहोचते तसतसे तिचे घड्याळ मंदावते. जरा खालील उदाहरणे पाहुयात.

१.१) जागतीक अवकाश स्थानकाच्या (International Space Station) दिवसातून कितीतरी फेऱ्या पृथ्वीला होतात. त्यातील अवकाशवीर पृथ्वीवरील माणसाच्या तुलणेत सहा महिन्याच्या कालावधीत ०.००५ सेकंदाने तरुण असेल.



१.२) व्हॉयेजर-१ हे यान आता आपली सूर्यमाला ओलांडुन आंतरतारकिय (Interstellar) प्रवासाला लागले आहे. आपल्या सूर्याला सगळ्यात जवळ असणाऱ्या मित्र ताऱ्याजवळ (Alpha Proxima) जायला व्हॉयेजर-१ ला अजून ८०,००० वर्षे लागतील कारण कि ते ३५,५०० मैल प्रती-तास यावेगाने जात असून मित्र तारा हा सूर्यापासून ४.२५ प्रकाशवर्षे (Light Years) इतक्या अंतरावर आहे.  ८०००० वर्षानंतर व्हॉयेजर हे पृथ्वीवरील वस्तुपेक्षा एका तासाने तरुण असेल. 




१.३) पृथ्वीवर सातत्याने वेगवेगळ्या कणांचा मारा अवकाशातून होत असतो. बरेचसे कण वरचेवर पृथ्वीभोवती असलेल्या वातावरणाच्या कवचामुळे जमीनीपर्यंत पोहोचत नाहीत. म्युऑन (Muon) असेच कण आहेत. या कणांना वस्तुमान जवळपास नसतेच व ते प्रकाशाच्या जवळपास पण प्रकाशाच्या वेगापेक्षा थोड्या कमी वेगाने प्रवास करतात तसेच त्यांचे अस्तीत्व हे अगदी थोड्या कालावधीचे असते त्यानंतर ते नामशेष होतात. शास्त्रज्ञांनी जेंव्हा या कणांचा अभ्यास केला तेंव्हा त्यांचा असा होरा होता की हे कण वातावरणाच्या बऱ्याचशा वरच्या भागातच नाहीसे व्हावयास हवे कारण त्यांचे अस्तित्व थोड्या काळासाठीच असते. पण त्यांना मात्र पृथ्वीच्या अगदी खालच्या भागातसुद्धा त्यांचे अस्तित्व जाणवले. याचे कारण म्हणजे हे कण जवळपास प्रकाशाच्या वेगाने प्रवास करतात त्यामुळे त्यांची वेळेची संदर्भचौकट (Frame of Reference) पृथ्वीवरील वेळेच्या संदर्भचौकटीपेक्षा वेगळी होते (ती मंदावते) आणि त्या वेळेच्या संदर्भचौकटीनुसार ती घटीका भरली की ते म्युऑन कण नामशेष होतात पण तो पर्यंत त्यांनी जमीनीच्या अगदी खालपर्यंत प्रवास केलेला असतो.

१.३) खालील कोष्टक वेग आणि त्याचा वेळेवर होणारा परिणाम स्पष्ट करण्यास मदत करते.

प्रकाशगतीच्या % वेगवेळेवर पडणारा फरक
10%0.995
20%0.980
30%0.900
40%0.908
50%0.893
60%0.800
70%0.714
80%0.600
90%0.436
99.9%0.045


२) गुरुत्वाकर्षणामुळे होणारे काल-मंदत्व (Gravitation Time-Dilation )
या प्रकारात एखादी वस्तु गुरुत्वाकर्षणाच्या स्रोत्राच्या जेवढ्या जवळ असते तेवढे तिचे घड्याळ मंद धावते. खालील उदाहरणे फारच चकीत करणारीआहेत

२.१) आपण जेंव्हा उभे असतो तेंव्हा आपले पाय हे आपल्या डोक्यापेक्षा कमी वृद्ध होत असतात.

२.२) एखादे आण्विक घड्याळजर (Atomic Watch) जमीनीखाली काही अंतरावर ठेवले आणि तसेच आण्विक घड्याळजर एखाद्या उंच ठिकाणी त्यांची वेळ बरोबर जुळवुन ठेवले तर काही वेळानंतर उंचीवरील घड्याळ हे जमीनीखाली ठेवलेल्या घड्याळापेक्षा जास्त वेळ दाखवेल.

२.३) प्रचंड उंचीवरून पडणाऱ्या (Free-Fall) माणसाच्या घड्याळावर काल-मंदत्वाचा परिणाम जाणवतो. तो जसा-जसा जमिनीकडे येउ लागतो तस तसे त्याच्या घड्याळावर परिणाम होतो. पण हा बदल एवढा सुक्ष्म असतो कि, आपल्याला त्याचा परिणाम जाणवू शकत नाही.

या काल-मंदत्वामुळे बरेच अनपेक्षीत परिणाम घडतात. उदा. एखादा अवकाशवीर प्रकाशाच्या वेगाने अवकाशात जात आहे आणि त्याच्या तेथील घड्याळ्यानुसार तो प्रत्येक तासाला त्याची खुशाली पृथ्वीवर कळवत असेल तर पृथ्वीवरील माणसाला तो अवकाशवीर काही सेकंदांनी खुशाली पाठवत असल्याचे जाणवेल कारण अवकाशवीराचे घड्याळ पृथ्वीवरील निरिक्षकाच्या संदर्भकक्षेनुसार (Frame of Reference) मंद धावत असेल. असाच गोंधळ व्हॉयेजर आणि पायोनियर या सूर्यमालेच्या किनाऱ्यावर असलेल्या अवकाशयानांच्या बाबतीतही घडतो पण वेग आणि गुरुत्वाकर्षणामुळे आलेले काल-मंदत्व एकमेकांचा प्रभाव कमी (Nullify) करतात त्यामुळे तो तितकासा जानवत नाही.

काल-मंदत्वाचा अजब चमत्कार म्हणजे कृष्णविवर (BlackHole) !!! एखादा ताऱ्याचे(Star) जेंव्हा इंधन (Helium) संपते तेंव्हा त्याचे वस्तुमान ठराविक असेल (Chandrashekhar Limit) तर त्या ताऱ्याचे कृष्णविवरात रुपांतर होते. हे कृष्णविवर म्हणजे प्रचंड वस्तुमान (Huge Mass) एखाद्या चेंडुएवढ्या गोष्टींत सामावलेले अजब स्थान बनते. त्याच्या प्रचंड वस्तुमानामुळे त्याच्या सभोवतालच्या अवकाशावर प्रचंड गुरुत्वाकर्षण पडते आणि त्या अवकाशाला एकप्रकारची वक्रता (Curved) येते. या कृष्णविवराच्या किनाऱ्याच्या (Event Horizon) आत येणाऱ्या कोणत्याही वस्तुला स्वाहा करण्याची त्याची खासीयत असते (Hawking's radiation वगळता) एवढी कि प्रकाशकिरणही त्यातून बाहेर पडू शकत नाही त्यामुळेच आपण कृष्णविवर डोळ्यांनी पाहू शकत नाही परंतु त्याच्या अस्तीत्वाचे अनेक पुरावे मिळतात.




आपल्या आकाशगंगेच्या (MilkyWay Galaxy) केंद्रस्थानी एखादे कृष्णविवर असावे असा बऱ्याच खगोलतज्ञांचा दावा आहे. तर या कृष्णविवरात वेळ पुर्णपणे थांबलेला असतो. त्यातील गोष्टींना वय नसतेच. म्हणुणच कृष्णविवराला शुन्यवत/बिंदुवत अवस्थेचे (Singularity) एक प्रतिरुप (Model) म्हणून समजले जाते. कृष्णविवरातून आपल्याला विश्वाचा आरंभ आणि अंत एकाच वेळी पहायला मिळू शकतो असाही एक कल्पनाविलास आहे कारण वेळेचे अस्तीत्वच नसेल तर आरंभ काय आणि अंत काय सारखेच.
  
विश्वात असे काळाचे अजब चमत्कार चाललेले असतात पण काळाची अशी वेगवेगळी रुपे असलेली स्थाने कधी एकमेकांना जोडलेली असतील काय ? त्यास्थानांना मानवाला भेटी देता येतील काय? याचे उत्तर होय असेच आहे. पण याला मर्यादा आहेत विश्वातील अफाट अंतराच्या. आपल्या आकाशगंगेला सर्वात जवळची सर्पिलाकार दिर्घिका (Spiral Galaxy) 'देवयाणी' (Andromeda) हि आपल्यापासून लाख प्रकाशवर्षे (2 Million Light-Years) दुर आहे. आपल्या मानवजातीचा ज्ञात इतिहासच काही हजार वर्षांचा आहे तर या लाखो वर्ष दुर असलेल्या ठिकाणांना भेटी देण्यासाठी जिवंत कोण असणार आणि तिथे जाण्यासाठी इंधन आणायचे कुठून ? आणि हे सर्व शक्यच नसेल तर जगनियंताने याचे निर्मिती केलीच कशासाठी ? एका हॉलिवुडपटात याला गंमतीने 'It would be a terrible waste of SPACE' असे म्हटले आहे. शास्त्रज्ञांचे असे मानने आहे कि, अफाट अंतरावर असणाऱ्या अशा स्थानांना जोडणारा खुष्किचा मार्ग अवकाशात जरुर कुठेतरी असेल याला त्यांनी कृमिविवर (WormHole) असे संबोधले आहे. त्यालाच 'Einstein-Rosen Bridge' असेही म्हणतात.



कल्पना करा कि, अवकाश हे एखाद्या रुमालासारखे आहे आणि त्याची तुम्ही घडी करत आहात. त्या घडीमुळे जास्त अंतरावर असलेले बिंदू एकमेकांच्या जवळ येतील तसाच काहीसा हा प्रकार आहे. कृमीविवराचे एक तोंड कृष्णविवरात (BlackHole) तर दुसरे श्वेतविवरात (WhiteHole)असले पाहिजे असे मानले जाते. कृष्णविवरात प्रत्येक गोष्ट स्वाहा केली जाते तर याउलट श्वेतविवरातुन प्रत्येक गोष्ट बाहेर फेकली जाते.


कोणी विचार करेल कि एवढे सगळे उपद्व्याप करून आपण जरी विश्वात कुठल्या दुरच्या ग्रहावर पोहोचलो तर तिथे आपल्या सारखेच किंवा आपल्याहून वेगळे जीव असतील काय ? यावर एक फारच चपखल-विनोदी इंग्रजी वाक्य आहे ते असे "The STRONGEST evidence that there exist INTELLIGENT species somewhere in the universe is that so far they have not contacted us".  :-)

असे हे काल-महात्म्य !!! कालाय तस्मैय नमः !!!  


(वाचकांना विनंती :- आपल्या प्रतिक्रिया नोंदवायला विसरू नका.)


Friday, January 02, 2015

INTERSTELLAR समजुन घेतांना - भाग-२

विश्वाच्या उत्पती संदर्भाशी निगडीत असलेल्या गोष्टींचा धावता आढावा आपण मागील भागात (INTERSTELLAR समजुन घेतांना - भाग-१) घेतला. न्यटनचे एक फारच महत्त्वपुर्ण वाकय इथे नमुद करावेसे वाटते. तो म्हणतो 'आपण आपल्या पुर्वजांच्या खांद्यावर बसून हे जग पाहत असतो' ('we stood on the shoulders of genious'). त्याच्या अगोदर कोपरनिकस, गॅलिलीओ अशा मातब्बरांचे ॠण तो येथे मान्य करतो.

न्युटनने गुरुत्वाकर्षणाचा (Gravity) शोध लावला आणि त्याचे गतिविषयक नियम (Laws of motion) हे भौतिकशास्त्रातील मैलाचा दगड (Mile Stone) बनले. पुढील जवळपास २०० वर्षे न्युटनच्या या नियमांनी भौतिकशास्त्रात अधिराज्य गाजवले. पण न्युटनच्या गुरुत्वाकर्षणाच्या मताच्या मर्यादा उघड करत त्या गुरुत्वाकर्षण शक्तीला वैश्विक रुप दिले ते द्रुष्टा शास्त्रज्ञ 'अल्बर्ट आइन्स्टाइन' याने आणि ते ही आपल्या सापेक्षतावादाच्या सिद्धांताद्वारे (Theory of Relativity).






                                    

यापुढील गोष्टींचा विस्तार करण्याअगोदर काही वैज्ञानिक बाबी आपण आधार म्हणून घेणार आहोत.

१) मॅक्स्वेल या शास्त्रज्ञाने प्रकाश हा निर्वात पोकळीत (Vacuum) c = ३x१०^८  या वेगाने प्रवास करतो असे सिद्ध केले. समजा प्रकाशाचा वेग एखाद्या मानसाने एका जागी स्थीर राहून मोजला आणि तोच वेग एखाद्या वेगवान रेल्वेगाडीत मोजला तर काय होइल ? शास्त्रज्ञांना असे आढळून आले कि, दोन्हीही वेळा किंवा अशा दोन वेगळ्या संदर्भ चौकटीत (Frame of Reference) प्रकाशाचा वेग सारखाच येतो तसेच भौतिकशास्त्राचे नियम कुठल्याही संदर्भ चौकटीत सारखेच लागू होतात. यालाच आइन्स्टाइनचा 'विशेष सापेक्षतावादाचा सिद्धांत' (Special theory of Relativity) असे म्हणतात.

२) आपण वावरत असलेल्या त्रिमित जगात (Three Dimensional world of Length, Width and Height ) प्रकाशाच्या वेगापेक्षा जास्त वेगाने कुठलीच वस्तू जाउ शकत नाही (कदाचीत इतर प्रगत जमातींच्या विश्वात किंवा अनेक मितींची जाणिव असणाऱ्यांच्या जगात (In the world of Multi-Dimension) प्रकाशापेक्षा जास्त वेगाने जाणाऱ्या गोष्टी असुही शकतील पण मनुष्याच्या त्रिमित जगात प्रकाशाचा वेग हा सर्वोत्तम ठरतो.).

३) आपल्या शक्तीदात्या सूर्यापासून प्रकाशाला आपल्या प्रुथ्वीपर्यंत येण्यासाठी साधारणतः ८-मिनिटांचा कालावधी लागतो.


आइन्स्टाइनचा व्यापक सापेक्षतावादाचा सिद्धांत (General Theory of Relativity)

गुरुत्वाकर्षणाविषयी न्युटनने असे म्हटले आहे कि, या विश्वातील प्रत्येक वस्तू इतर वस्तुला एका बलाद्वारे आकर्षित करत असते. त्या बलाचे मुल्य हे त्या दोन वस्तुंच्या वस्तुमानाच्या समप्रमाणात तर त्यांच्या मधील अंतराच्या व्यस्त प्रमाणात असते. त्या बलाचे मुल्य खालील सुत्राने दाखवतात.

F = g(m1*m2/d*d)

m1= एका वस्तुचे वस्तुमान
m2= दुसऱ्या वस्तुचे वस्तुमान
g= गुरुत्वाकर्षणाचा स्थिरांक
d= दोन वस्तुंमधील अंतर

आइन्स्टाइनने असे म्हटले की, पृथ्वी व सूर्य हे गुरुत्वाकर्षण बलामुळे एकमेकांना धरून आहेत. (त्या बलाचे मुल्य वरिल सुत्रानुसार काढता येइल). पण समजा उद्या अचानक सुर्य त्याच्या स्थानापासून गायब झाला तर वरिल सुत्रात m1 ची किंमत शुन्य होउन न्युटनच्या मतानुसार सुर्याच्या गुरुत्वाकर्षणाचा परिणाम लगेचच पृथ्वीवर जानवून पृथ्वी अवकाशात कुठेतरी भरकटत जाइल.  पण वरिल बाबींत सिद्ध केल्यानुसार आपल्या त्रिमित जगात हा परिणाम जानवायला किमान ८-मिनिटांचा कालावधी तरी लागायला हवा कारण गुरुत्वाकर्षणाला वाहून नेणाऱ्या लहरी (Gravitational Waves) जरी प्रकाशाच्या वेगाने आपल्या पर्यंत पोहोचतील असे मानले तरी त्यांना किमान ८-मिनिटे लागतील कारण आपल्या जगात प्रकाशाचा वेग सर्वोत्तम आहे.

झालेतर इथेच आइन्स्टाइनने न्युटन पासून वेगळेपण घेतले.

आइन्स्टाइन असे म्हणणे मांडले कि, प्रचंड वस्तुमानाच्या (Mass) वस्तुमुळे त्या सभोवताली असलेल्या अवकाशाला (Space) एक प्रकारची वक्रता (Curve) येते. याचे सोपे उदाहरण म्हणजे एखाद्या मउ गादीवर जड लोखंडाचा एखादा गोळा ठेवल्यास तो त्या गादीचा काही पृष्ठभाग वक्र बनवेल. या वक्र भागाच्या किनाऱ्यावर जर एखादी गोटी ठेवली तर ती त्या वक्रमार्गावर चक्राकार घरंगळत जाईल. हेच उदाहरण आपल्या सूर्य आणि पृथ्वीबाबत लावता येइल. सूर्याच्या प्रचंड वस्तुमानामुळे त्यासभोवताली जे अवकाश आहे ते वक्र बनले आहे आणि त्या वक्र अवकाशात पृथ्वी सापडली आहे. जरी पृथ्वी आपल्या मार्गात सरळ जात असली तरीही अवकाशच वक्र असल्यामुळे ती सूर्याभोवती फिरतांना दिसते. मग पृथ्वी सुर्यावर जाउन का आदळत नाही ? तर त्याचे कारण म्हणजे पृथ्वीचे स्वतःचे असलेले वस्तुमान आणि अवकाशात असलेला वक्रपणा !!!



कंकणाकृती सूर्यग्रहण (Solar Eclipse) आणि आइन्स्टाइनच्या सिद्धांताचा पडताळा
आइन्स्टाइनने त्याचा व्यापक सापेक्षतावादाचा सिद्धांत १९१५ साली मांडला पण त्याचा प्रत्यक्ष पडताळा घ्यायला १९१९ साल उजाडावे लागले. शास्त्रज्ञांचे असे म्हणणे होते कि आइन्स्टाइनने सांगितल्या प्रमाणे जर प्रचंड वस्तुमानामुळे त्याच्या सभोवतालचे अवकाश वक्र बनत असेल तर सूर्याचे वस्तुमान प्रचंड आहे मग त्यासभोवतालचे अवकाशही वक्र झालेले असले पाहिजे. त्यामुळे एखाद्या दुरच्या ताऱ्यापासून निघालेले प्रकाशकिरण सूर्याजवळून जातांना वाकून गेले पाहिजेत. पण मग हे सगळे पडताळायचे कसे कारण सूर्याच्या प्रखर प्रकाशात आपणास दुरच्या ताऱ्याचा प्रकाश कसा दिसणार ? यासाठी १९१९ सालचे कंकणाकृती सूर्यग्रहणाचा वापर करायचे ठरले. जर दुरच्या ताऱ्यापासुनचा प्रकाश वाकून पृथ्वीवर येणार असेल तर त्या ताऱ्याचे स्थान पृथ्वीवरील निरिक्षकाला विस्थापित (Displaced) झालेले दिसेल पण हे त्याचे 'आभासी स्थान' (Virtual) असेल कारण प्रकाश सरळ त्या निरिक्षकाच्या डोळ्यात जाणार असेल तर त्याला तो तारा सरळ रेषेतच दीसेल.



झालेही अगदी तसेच दुरच्या ताऱ्यापासून आलेली किरणे सूर्याजवळून जातांना वाकून गेली आणि आइन्स्टाइनचे मत 'गुरुत्वाकर्षण म्हणजे वस्तुमानामुळे त्या सभोवतालच्या अवकाशाला आलेली वक्रता आहे' हे सिद्ध झाले.

वेळेची सापेक्ष संकल्पना (Relative Nature of Time)
या वक्र अवकाशाचा परिणाम कालावर कसा होतो हे जरा क्लिष्ट प्रकरण आहे.आइन्स्टाइनच्या अगोदरपासून काल ही संकल्पना निरपेक्ष (absolute) मानली गेली. न्युटन त्याच्या 'The Mathematical Principles of Natural Philosophy' मध्ये म्हणतो कि, 'निरपेक्ष काल हा या विश्वात सगळीकडे सारखाच आहे. तो कुठेही सारख्याच गतीने जात असतो' (The 'absolute time' flows at the same rate throughout the Universe, independently of any influences).

वेळेची संकल्पना समजून घेण्यासाठी कल्पना करा कि दोन संदर्भचौकटी (Frame of Reference) आहेत एक कमी गुरुत्वाकर्षणाची आणि दुसरी जास्त गुरुत्वाकर्षणाची. दोन्ही संदर्भचौकटीत एक-एक निरिक्षक आहे.

कल्पना करा कि एक निरिक्षक जो अतीशय कमी गुरुत्वाकर्षण असलेल्या संदर्भ चौकटीत बसला आहे त्याच्याकडे त्या संदर्भचौकटीत चालणारे घड्याळ आहे. त्याने प्रकाशकिरण 'a' स्थानापासून'b' स्थानाकडे पाठवला तर त्याला प्रकाशाने ३x१०^८ वेगाने ते अंतर किती वेळेत कापले हे त्याचे घड्याळ अचुक दाखवेल.



आता कल्पना करा कि दुसरा एक नीरिक्षक अतीशय जास्त गुरुत्वाकर्षण असलेल्या संदर्भ चौकटीत बसला आहे. a-b एवढेच अंतर असलेल्या c आणि d या दोन बिंदुंमध्ये त्याने प्रकाश पाठवला तर प्रकाशाने ३x१०^८ वेगाने ते अंतर किती वेळात कापले हे त्याचे घड्याळ अचुक दाखवेल.


वेग = अंतर /वेळ. (Velocity = Distance / Time )

दोन्हीही संदर्भ चौकटीत प्रकाशाचा वेग सारखाच येइल (मॅक्स्वेल ने हे दाखवून दिलेले आहे) तसेच दोन्हीही घड्याळ प्रकाशाला सारखाच वेळ लागला हे दाखवेल. पण आपण वरील परिच्छेदात पाहिले कि, गुरुत्वाकर्षणामुळे अवकाशाला वक्रता येते त्यामुळे c-d हे अंतर जरी a-b एवढे असले तरीही प्रकाशकिरणाने वक्र-मार्ग अवलंबल्यामुळे प्रकाशकिरणाने दुसऱ्या दाखल्यात जास्त अंतर कापलेले असेल पण तरीही तिथले घड्याळ पहिल्या दाखल्याइतकीच वेळ दाखवत असेल तर निश्चितच जास्त गुरुत्वाकर्षणाच्या प्रभावाखाली असलेले घड्याळ हे कमी गुरुत्वाकर्षणाच्या प्रभावाखाली असलेल्या घड्याळाच्या तुलनेत हळू धावत असले पाहिजे.

कमी गुरुत्वाकर्षण असलेल्या संदर्भ चौकटीतील निरिक्षकाला जास्त गुरुत्वाकर्षण असलेल्या संदर्भ चौकटीतील निरिक्षकाचे घड्याळ हे हळू धावतांना दिसेल. म्हणजेच वेळ हि संदर्भ चौकटीशी निगडीत बाब झाली. दोन्हीही निरिक्षकांना आपण सारखाच वेळ घालवल्याचा भास होइल पण जर त्यांची तुलना करायला गेलात तर त्यांच्यामध्ये तफावत जाणवेल. म्हणजेच वेळ हि निरपेक्ष (Absolute) नसून ती मोजनारा कुठल्या संदर्भ कक्षेतून हे मोजमाप करत आहे त्यावर अवलंबून असते. म्हणजेच वेळ हि सापेक्ष (Relative) कल्पना झाली.

अशा प्रकारे वेळेला सापेक्ष बनवून (Time is relative) आइन्स्टाइनने भौतिकशास्त्रात प्रचंड उलथापालथ घालवून दिली. त्यांचा वेध आपण पुढील प्रकरणात घेउयात.

(वाचकांना विनंती :- आपल्या प्रतिक्रिया नोंदवायला विसरू नका.)