सापेक्षतावाद : स्पेस-टाइम की गुत्थी और प्रकाश


विज्ञान हमें ब्रह्मांड को समझने में सहायता करता है। जब हम किसी वस्तु या घटना के बारे में बात करते हैं, तो हम यह जानना चाहते हैं कि वह कहाँ है और कब हुई। इन दो बातों को ही स्थान और समय कहा जाता है। आधुनिक विज्ञान के अनुसार स्थान और समय अलग-अलग नहीं, बल्कि आपस में जुड़े हुए हैं। इस संयुक्त रूप को स्पेसटाइम कहा जाता है।

स्पेसटाइम का अर्थ है — स्थान और समय का एक साथ होना। किसी भी घटना को पूरी तरह समझने के लिए हमें यह जानना आवश्यक होता है कि वह घटना किस स्थान पर और किस समय हुई। इसलिए वैज्ञानिकों ने स्थान के तीन आयाम और समय के एक आयाम को मिलाकर स्पेसटाइम की कल्पना की है।

हम अपने रोज़मर्रा के जीवन में दो चीज़ों को अलग-अलग समझते हैं—
स्थान (Space) यानी हम कहाँ हैं
और समय (Time) यानी कब हैं।

लेकिन आधुनिक भौतिकी बताती है कि स्थान और समय अलग नहीं, बल्कि आपस में गहराई से जुड़े हुए हैं। इन्हें मिलाकर जो अवधारणा बनती है, उसे स्पेसटाइम (Spacetime) कहा जाता है।
स्पेसटाइम क्या है?

सरल शब्दों में, स्पेसटाइम ब्रह्मांड का वह ढांचा है जिसमें हर वस्तु और हर घटना घटती है।
जब भी हम किसी घटना का वर्णन करते हैं, तो हमें चार बातें बतानी पड़ती हैं—
तीन स्थान से जुड़ी (लंबाई, चौड़ाई, ऊँचाई) और एक समय से जुड़ी (कब)।
इन चारों को मिलाकर ही किसी घटना की पूरी पहचान होती है।

प्रकाशगति और स्पेसटाइम

आपको लगता है कि प्रकाश की गति सिर्फ़ एक संख्या है? 299,792,458 m/s.

यह तेज़ है, बहुत तेज़ ! यह सबसे तेज़ चीज़ है जिसे हम जानते हैं। ठीक है। लेकिन यह सबसे तेज होने की सीमा क्यों है? आप इससे तेज़ क्यों नहीं जा सकते? आपको क्या रोकता है?

ज़्यादातर लोगों ने इस बारे में कभी सोचा ही नहीं है। वे बस इसे मान लेते हैं क्योंकि आइंस्टीन ने ऐसा कहा था।

लोग मान लेते है कि प्रकाश की गति ब्रह्मांड की गति की सीमा है। क्यों ? क्योंकि यह बस ऐसा ही है।

लेकिन यह कोई जवाब नहीं है। यह सिर्फ़ शब्दों को दोहराना है। जब आप सच में पूछते हैं कि कोई भी चीज़ प्रकाश से तेज़ क्यों नहीं जा सकती? जब आप यह जानने की कोशिश करते हैं कि असल में आपको क्या रोक रहा है तब आपको कुछ ऐसा अजीब, रोज़मर्रा के अनुभव से से ऐसा कुछ पता चलता है जो अंतरिक्ष और समय के बारे में आपके सोचे हुए हर चीज़ को बदल देता है। यह आपकी रोजमर्रा के जीवन की सोच से मौलिक रूप से अलग है। पढ़ना जारी रखें सापेक्षतावाद : स्पेस-टाइम की गुत्थी और प्रकाश

टैकयोन

क्या प्रकाशगति से तेज संचार संभव है?


प्रकाश की गति इतनी ज्यादा होती है कि यह लंदन से न्यूयार्क की दूरी को एक सेकेंड में 50 से ज़्यादा बार तय कर लेगी। लेकिन मंगल और पृथ्वी के बीच (22.5 करोड़ किलोमीटर की दूरी) यदि दो लोग प्रकाश गति से भी बात करें, तो एक को दूसरे तक अपनी बात पहुंचाने में 12.5 मिनट लगेंगे।

वॉयेजर अंतरिक्ष यान हमारी सौर व्यवस्था के सबसे बाहरी हिस्से यानी पृथ्वी से करीब 19.5 अरब किलोमीटर दूर है। हमें पृथ्वी से वहाँ संदेश पहुँचाने में 18 घंटे का वक्त लगता है।इसीलिए प्रकाश से ज्यादा गति में संचार के बारे में दिलचस्पी बढ़ रही है। जी हाँ, अचरज तो होगा पर वैज्ञानिक अब इस दिशा में काम करने में जुटे हैं।

अंतरिक्ष में ख़ासी दूरियों के कारण यदि संदेश प्रकाश की गति से भी भेजा जाए तो उसे एक जगह से दूसरी जगह तक पहुंचने में समय लगता है।

भौतिक विज्ञान क्या कहता है?

वैसे प्रकाश से अधिक गति का संचार भौतिक विज्ञान के स्थापित नियमों को तोड़े बिना संभव नहीं है। लेकिन इस दिशा में कोशिश शुरू हो चुकी है, जिसमें प्रकाश से भी तेज़ गति से संचार को संभव माना जा रहा है। अब तक इस गति को हासिल करने की जरूरत महसूस नहीं होती थी। मनुष्य ने सबसे ज्यादा दूरी चंद्रमा तक तय की है करीब 384,400 किलोमीटर। प्रकाश को ये दूरी तय करने में महज़ 1.3 सेकेंड का वक्त लगता है। अगर कोई चंद्रमा से प्रकाश की गति से संचार करे तो इतना ही वक्त लगेगा। अंतर ज्यादा नहीं है, इसलिए इस मामले में तो प्रकाश से ज्यादा की गति से संचार करने या नहीं करने से फर्क नहीं पड़ता।

लेकिन अगर हम मंगल तक की दूरी तय करें, तो फर्क समझ में आता है। सौर मंडल के बाहरी क्षेत्र में मौजूद वॉयेजर से भी संपर्क साधने के समय प्रकाश से तेज़़ गति से संचार की बात समझ में आती है। सबसे नजदीकी तारा मंडल अल्फ़ा सेटॉरी पृथ्वी से 40 ट्राइलियन किलोमीटर दूर है। वहां के संदेश को पृथ्वी तक पहुंचने में 4 साल का वक्त लगता है। ऐसे में परंपरागत संचार व्यवस्था बहुत उपयोगी नहीं है।

आइंस्टाइन को ग़लत साबित करेंगे?

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सापेक्षतावाद सिद्धांत : विशेष सापेक्षतावाद


अब आप ब्रह्माण्ड के सभी बड़े खिलाड़ियों अर्थात अंतराल/अंतरिक्ष, समय, पदार्थ, गति, द्रव्यमान, गुरुत्वाकर्षण, ऊर्जा और प्रकाश से परिचित हो चुके है। विशेष सापेक्षतावाद के संदर्भ में यह स्पष्ट है कि इन ब्रह्माण्ड के यह सभी सरल से लगने वाले मुख्य गुण-धर्म कुछ विशिष्ट “सापेक्षिक” स्थितियों में बहुत अप्रत्याशित तरीके से व्यवहार करते हैं। विशेष सापेक्षतावाद को समझने की कुंजी इन ब्रह्माण्ड के इन गुणधर्मो पर सापेक्षतावाद के प्रभाव में छीपी हुयी है।

संदर्भ बिंदु (Frames of Reference)

relativity2आइंस्टाइन का विशेष सापेक्षतावाद का सिद्धांत “संदर्भ बिंदु” की धारणा पर आधारित है। संदर्भ बिंदु का अर्थ है एक ऐसी जगह जहां पर “व्यक्ति/निरीक्षक खड़ा” है। आप इस समय संभवतः अपने कंप्यूटर के सामने बैठे है। यह आपका वर्तमान संदर्भ बिंदु है। आपको महसूस हो रहा है कि आप स्थिर है, लेकिन आप जिस पृथ्वी पर है वह अपने अक्ष पर घूम रही है और सूर्य कि परिक्रमा कर रही है। संदर्भ बिंदु के संबंध मे सबसे महत्त्वपूर्ण तथ्य यह है कि “हमारे ब्रह्मांड में अपने आप में संपूर्ण संदर्भ बिंदु के रूप में ऐसी कोई चीज नहीं है।” जब हम अपने आप में संपूर्ण संदर्भ बिंदु कहते है; तब हमारा तात्पर्य होता है पूरी तरह से स्थिर जगह और संपूर्ण ब्रह्माण्ड में ऐसी कोई जगह नहीं है। इस कथन का अर्थ है कि सभी वस्तुये गतिमान है अर्थात सभी गतियां सापेक्ष है। ध्यान दिजिये कि  आप एक जगह स्थिर है लेकिन  पृथ्वी गतिमान है इसलिए आप भी गतिमान हैं। आप अंतरिक्ष और समय मे हमेशा गतिमान रहते हैं। संपूर्ण ब्रह्माण्ड मे कोई भी जगह/पिंड स्थिर नहीं है इसलिए गति के मापन/निरीक्षण के मानकीकरण के लिये कोई मूल संदर्भ बिंदु नहीं है। यदि राम श्याम कि दिशा मे दौडता है, इसे दो तरह से देखा जा सकता है। श्याम के परिप्रेक्ष्य में राम उसके समीप आ रहा है जबकि राम के परिप्रेक्ष्य श्याम उसके समीप आ रहा है। राम और श्याम दोनो को अपने संदर्भ बिंदु के परिप्रेक्ष्य मे निरीक्षण करने का अधिकार है। हर गति आपके संदर्भ बिंदु के सापेक्ष होती है। एक दूसरा उदाहरण, यदि आप एक गेंद को फेंकते है , तब गेंद को अधिकार है कि वह अपने संदर्भ बिंदु से अपने आप को स्थिर और आपको गतिमान समझे। गेंद मान सकती है कि आप उससे दूर जा रहे है जबकि आप देख रहे है कि गेंद आपसे दूर जा रही है। ध्यान मे रखिये कि आप पृथ्वी के धरातल के सापेक्ष गति नही कर रहे हैं लेकिन आप पृथ्वी के साथ गतिमान हैं। पढ़ना जारी रखें “सापेक्षतावाद सिद्धांत : विशेष सापेक्षतावाद”