आणि विश्व बोलू लागले - भाग-१

ट्रिंग ट्रिंग !!! 

 "नमस्कार !!! काय राव किती दिवसानंतर तुमचा नंबर मिळालाय !!! आपली एवढी वर्षे एकमेकांचा नंबर शोधण्यातच गेली. चला उशीरा का होइना तुमचा नंबर लागला. मला तुम्हाला माझ्या जन्मापासून ते आत्तापर्यंतच्या सगळ्या गोष्टी नुसत्या सांगायच्याच नाही तर ऐकवायच्या सुद्धा आहेत. काय? मी कोण आहे हे ओळखले नाही आपण? अहो मी आपला 'विश्व' (Universe) ज्याच्यामध्ये तुम्ही रहाता. काय तयार आहात ना मग? मी पुन्हा आपल्याला कॉल देइन "

वरील मनोगत एखाद्या स्वप्नातले वाटते ना? पण खरे असे आहे कि, हे दिवास्वप्न आता सत्यात उतरण्याची दाट शक्यता आहे आणि मागिल काही दिवसांत 'खगोलशास्त्रात' (astronomy) मोलाची भर टाकेल 'अशी एक घटना घडली कि त्यामुळे या शास्त्रात एक मैलाचा दगड (milestone) गाठता आला असेच म्हणावे लागेल. 

अमेरिकेत Louisiana आणि Washington या परगण्यात तसेच इटलीमधील Virgo येथील The Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory (LIGO) निरिक्षण-कक्षाने दिलेल्या हवाल्यानुसार त्यांना 'गुरुत्वलहरींचे (Gravitational Waves) अस्तित्व सिद्ध करण्यात यश मिळाले आहे'  प्रश्न असा पडतो कि, दररोज ढिगाने संशोधनाचे शोध-निबंध प्रसिद्ध होतात, शोध लागतात मग या गुरुत्वलहरींचे काय असे नाविन्य? त्याचा आइन्स्टाइनच्या १०० वर्षापुर्वी केलेल्या संशोधनाशी काय संबंध ? त्याची या विश्वातली गुपिते उकलण्यात काय मदत मिळणार? चला या गोष्टी एकमेकांत कशा गुंफल्या आहेत ते पाहू आणि गुरुत्वलहरींना 'विश्वाचा आवाज' (Sound of Universe) का म्हटले आहे ते जाणून घेउ.

आइन्स्टाइनचा व्यापक सापेक्षतावादाचा सिद्धांत (General Theory of Relativity)

आइन्स्टाइनने त्याचा व्यापक सापेक्षतावादाचा सिद्धांत १९१५ साली मांडला. त्यात त्याने असे सिद्ध केले कि, गुरुत्वाकर्षण (Gravity) म्हणजे प्रचंड वस्तुमानाच्या (mass) वस्तुमुळे त्या सभोवतालच्या अवकाशाला (space) आलेली वक्रता (curve) आहे. तसेच त्याने हे ही सिद्ध केले की, अवकाश(space) आणि वेळ(time) या एकाच नाण्याचा दोन बाजू असून त्या एकमेकावर प्रभाव करतात. यालाच अवकाश-काल (Space-Time) असेही म्हटले जाते (या गोष्टींवर विस्तृत विवेचन आपण माझ्या 'मनमोकळं' या अनुदिनीवरील (Blog) 'INTERSTELLAR समजुन घेतांना' या मालिकेमधील ३ भागांत (भाग-१, भाग-२, भाग-३) वाचू शकता.)

आइंस्टाइनने असेही म्हणून ठेवले आहे कि, जेंव्हा प्रचंड वस्तुमानाच्या वस्तू एकमेकांभोवती फिरत असतील तेंव्हा त्यातून गुरुत्वलहरींचे (Gravitational waves) तरंग बाहेर पडतील त्यामुळे त्यांच्या सभोवतालच्या अवकाशात याचे परिणाम (ripples in the fabric of space-time) जाणवतील आणि त्यावर प्रभावही टाकतील. या गुरुत्वलहरी अवकाशातून जातांना तेथील अवकाश चक्क आकुंचन आणि प्रसरण (contraction and expansion) पावेल. या गुरुत्वलहरींचे आणखी एक वैशिष्ट्य म्हणजे त्या कुठल्याही वस्तुमधून प्रकाशाच्या वेगाने आरपार जाउ शकतील. त्यांच्यावर इतर कुठल्याही गोष्टी परिणाम करत नसल्यामुळे त्यांनी वाहून आणलेली माहीती अगदी 'जशी  आहे तशी' असेल. तसेच या लहरी ऐकल्या (in the audible range of 20-20Khz) जाउ शकतील.

आता या प्रचंड वस्तुमानाच्या म्हणजे नेमक्या किती वस्तुमानाच्या? तसे बघितले तर आपला सूर्य आणि पृथ्वी प्रचंड वस्तुमानाच्या आहेतच कि मग त्यांच्या एकमेकांभोवती पिंगा घालण्यातून गुरुत्वलहरी तयार होत नाहीत का? तर त्याचे असे आहे कि त्या प्रचंड वस्तुमानाच्या वस्तुंचे वजन हे आपल्या सूर्याच्या कित्तेक पट असायला हवे. आपला सूर्य आणि पृथ्वीच्या पिंग्यातून तयार होणारे तरंग अगदीच नाममात्र क्षमतेचे असावेत किंवा नसुही शकतील हे येणारा काळच सांगू शकेल.

(चित्र -अवकाश-कालाचे आकुंचन आणि प्रसरण Ripple in SpaceTime (Strain))

आइन्स्टाइनचे द्रुष्टेपण याच्यात आहे की, त्याने हे सर्व १०० वर्षांपुर्वी लिहून ठेवले. त्याकाळी असलेल्या तोकड्या साधनांमुळे त्याने असेही लिहून ठेवले कि, 'कदाचीत आपण मानव गुरुत्वलहरींचे अस्तित्व शोधण्यात कमी पडू शकु'. त्याच्या व्यापक सापेक्षतावादाचा सिद्धांताची सिद्धता जरी १९१९ सालच्या कंकणाकृती सूर्यग्रहणातून मिळालेली होती तरीही आत्ता LIGO निरिक्षण-कक्षाने पकडलेल्या गुरुत्वलहरींमुळे त्याच्या सिद्धांताला पुष्टीच मिळते.

LIGO चे महत्त्व 

आत्तापर्यंतच्या खगोलशास्त्राच्या निरिक्षण-शाळा(Observatories) या बव्हंशी विद्युतचुंबकिय तरंगावर (Electromagnetic waves) आधारित निरीक्षणे करीत असत. जसे दुरच्या ताऱ्याकडून आलेला प्रकाशाचे निरिक्षण (Doppler Effect), दुरच्या दिर्घिकेतून(Galaxy) आलेले रेडिओसंदेश, गॅमा किरणे (Gamma Ray Burst), भारित कण (उदा.-म्युऑन) वगैरे. 

Laser Interferometer Gravitational Wave Observatory (LIGO) निरिक्षण-शाळांना खरेतर खगोलशास्त्रिय प्रयोग म्हटले तर वावगे ठरू नये. ह्यांचे एकमेव उद्दिष्ट हे गुरुत्वलहरींना पकडणे हे आहे. त्यामुळे इतर कुठल्याही लहरींकडे LIGO दुर्लक्ष करते. अमेरिकेत असलेल्या LIGO ची लांबी ४-किमी आहे. त्यात लेसर किरणांचा उपयोग केला जातो. गुरुत्वलहरींमुळे अवकाश-काळाचे जे आकुंचन-प्रसरण(Strain) होते ते या लेसर किरणांच्या झोतावर परिणाम करते आणि त्या स्थानातून गेलेल्या गुरुत्वलहरींची हालचाल लेसर किरणांच्या झोतात झालेल्या हालचालींतून प्रकट होते. LIGO मधील उपकरणे अवकाश-कालाचे अतीसुक्ष्म आकुंचन प्रसरण(Strain) सुद्धा टिपू शकतात. अतीसुक्ष्म किती तर अणुत असलेल्या प्रोटॉनच्या लांबीचा १०००० वा भाग !

   (चित्र -अमेरिकेतील Louisiana येथील LIGO )

LIGO या एकट्या असू शकत नाही कारण नोंद झालेल्या गुरुत्वलहरी या नेमक्या अवकाशातुनच आल्या असून त्या स्थानिक भुगर्भातील (local seismic activity) वा इतर स्त्रोत्रांतून (other source) आलेल्या नाहीत याला दुजोरा (verify) द्यायला इतर काही अंतरावर आणखी काही LIGO असायला हव्यात. कदाचीत भविष्यातील LIGO भारतात व जपान मध्ये सुद्धा असतील.

LIGOला नेमक्या या लहरी कशा मिळाल्या, त्यात कुठली माहीती दडली होती, या लहरी ऐकायला कशा वाटतात वगैरे गोष्टींचा आढावा आपण पुढील भागात घेउ.

ता.क. - इथे एक गोष्ट आवर्जुन उल्लेख करावीशी वाटते ती अशी कि, 'चित्रलेखा' या नावाजलेल्या आणि सर्वाधीक मराठी वाचकवर्ग असलेल्या साप्ताहिकाने त्यांच्या २८-मार्च-२०१६ च्या अंकात प्रस्तुत लेखमालेची दखल घेतली आहे. 

                        ( चित्रलेखा - २८-मार्च-२०१६ )

  (PDF link - चित्रलेखा - २८-मार्च-२०१६)

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