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.)


5 comments:

  1. Very informative... Looking forward to next blog in this series...

    ReplyDelete
  2. Nice series... very knowledgeable!!

    ReplyDelete
  3. विद्या, स्वाती, इंद्रधनू, आपल्या प्रतिक्रियांबद्दल मनापासून आभार !!!

    ReplyDelete
  4. @ Yogi ,मस्तच! Very informative !

    ReplyDelete

Please enter your comment below. Your comment will be published shortly !!!