Go Social with Facebook Close

Our Social Reader lets you keep track of your favorite Gujarat Samachar content (text, photos & videos) on your Facebook Timeline, and discover new content with friends.

Gujarat Samachar

Facebook

Go Social with Facebook Close

Our Social Reader lets you keep track of your favorite Gujarat Samachar content (text, photos & videos) on your Facebook Timeline, and discover new content with friends.

Gujarat Samachar

Facebook

Enable Social Reading
No, Thanks

ડિસ્કવરી - ડો. વિહારી છાયા

ગુરુત્વ તરંગોએ બ્રહ્માંડને સમજવાની નવી દિશા ચીંધી છે

ગુરૃત્વ તરંગોને પારખવાની સફળતા માટે ઓક્ટોબર ૨૦૧૭માં ભૌતિક વિજ્ઞાાનનું નોબેલ ઈનામ એનાયત થયેલ છે. પચાસ વર્ષોથી પ્રત્યક્ષ રીતે તે માટે પ્રયત્નો થઈ રહ્યા હતા

ગુરૃત્વ તરંગો અવકાશ-સમયના ફેબ્રિક માની વક્રતા રૃપે પ્રસરે છે. તે પ્રવેગીત દળોમાં ઉદ્ભવે છે અને બહાર તરફ પ્રસરે છે.

૧૧મી ફેબુ્રઆરી ૨૦૧૬ના રોજ LIGO અને VIRGO એ જાહેર કર્યું કે તેમણે તેમને ગુરુત્વ તરંગોની પ્રથમ અવલોકન લીધેલ છે.

૨૦૧૭માં ત્રણ વૈજ્ઞાાનિકો રેઈનર વાઈઝ, બેરી બારીશ અને કીપ થોર્નને આ માટે નોબેલ પ્રાઈઝ ઘોષીત થયું અને ૧૦ ડીસેમ્બર ૨૦૧૭ના રોજ ભવ્ય સમારંભમાં એ એનાયત થયું.

બે બ્લેક હોલ્સ જે સૂર્યના દળ કરતાં અનુક્રમે ૩૬ ગણા અને ૨૯ ગણા હતા તેમનુ સંગલન થતા જે નવો બ્લેક હોલ બન્યો તેનું દળ સરવાળા કરતાં ઓછું હતું અને વધારાનું દળ ઉર્જામાં રૃપાંતર પામી ગુરુત્વ તરંગરૃપે પ્રસરી જાય છે. તે પૃથ્વી સુધી લહેર રૃપે અવકાશ-સમય પરિમાણમાં પ્રસરે છે. તે અત્યંત નાની પરંતુ લગભગ ૩.૬૦૦૦૦૦૦૦૦૦૦૦૦૦૦૦૦૦૦૦૦૦૦૦૦૦૦૦૦૦૦૦૦૦૦૦૦૦૦૦૦, (૩.૬ટ ૧૦ ૪૯) વોટ્સ ઊર્જા હોય છે જે બ્રહ્માંડમાં દેખાતા બધા તારાઓની કુલ ઉર્જા કરતાં વધારે હોય છે.

તો આપણે અહીં ગુરૃત્વ અને ગુરુત્વ તરંગો વિશે સમજીએ. આપણે જોયું કે 'ગુરુત્વ' એ બળ નથી પણ ભૂમિતિ છે. આ બ્રહ્માંડ અવકાશ-સમયના તાણાવાણાં સમાન છે, તેમાં ગુરૃત્વ નાની-મોટી વક્રતા સર્જે છે. એ વક્રતા પર પદાર્થ ગતિ કરે છે તેને આપણે ખેંચાણ માની લીધેલ છે. પણ તે તેનો પથ છે. આપણે આ બાબત વિસ્તૃત રીતે સમજવી પડશે.

અવકાશ-સમયમાં પદાર્થો એવા પથ પર ગતિ કરે છે જેના પર તેને લઘુત્તમ અવરોધ લાગુ પડે છે. (Path of least resistance).ગ્રહો સૂર્યની આસપાસ પરિભ્રમણ કરે છે એટલા માટે નહીં કે તેમની સાથે અદ્રશ્ય તાણિયા બાંધ્યા છે પણ એટલે કે અવકાશ દળદાર સૂર્યની આસપાસ વળાંક લે છે. તે માટે આપણે જે યુકિલડિયન ભૂમિતિનો ઉપયોગ કરતા આવ્યા છીએ તેને બદલે આઈન્સ્ટાઈનને વિશિષ્ટ પ્રકારની નોન-યુકિલડિયન ભૂમિતિનો ઉપયોગ કરવો પડયો, જેથી તે પોતાના સિદ્ધાંતને ગણિત-વિજ્ઞાાનની ભાષામાં વર્ણવી શકે. મોટાભાગના ભૌતિક વિજ્ઞાાનીઓ તેને 'સૌથી સુંદર સમીકરણ' વર્ણવે છે.

સમીકરણની ડાબી બાજુ વર્ણવે છે કે દ્રવ્યમાન (mass)  અવકાશને જકડે છે અને એમ કહે છે કે તેણે કેવી રીતે વક્રતા (વળાંક) ધારણ કરવી. જ્યારે સમીકરણનો બીજો ભાગ વર્ણવે છે કે કેવી રીતે અવકાશ દ્રવ્યમાનને પકડે છે કે તેણે કેવી રીતે ગતિ કરવી. અલબત્ત, આ સિદ્ધાંતનું ગણિત ગળે ઉતારવું ઘણું કઠિન છે. તેનું વાસ્તવિક ચિત્ર આંખ સમક્ષ ઉભું કરવું શક્ય નથી પરંતુ તેમ છતાં ખ્યાલ મેળવવા  (Metaphor) રૃપકનો ઉપયોગ કરી શકીએ,

જેથી મૂળગામી સિદ્ધાંતમાં ડોકિયું કરી શકીએ. ધારો કે અવકાશ-સમય (Space-time) તણાવયુક્ત રબરનું પડ છે. જો આપણે તેના પર ભારે દડાને દડતો મુકીએ તો તેના કારણે આ રબરના પડમાં ખાડો પડશે. તે ઊંડું ઉતરશે. જેમ પદાર્થ વધારે ભારે તેમ ગુરુત્વનો ખાડો વધારે ઊંડો જશે. અલબત્ત, નાની લખોટી હોય તો તે વળાંક પર દડી જશે. દેખાવ એવો થશે કે દડો લખોટીને આકર્ષે છે. રબરના પડ પર ભારે દડો મૂક્યા પહેલા દોરેલી સીધી લીટી તે પછી સીધી લાગશે નહીં.

આ રીતે અવકાશ-સમયના ફલક પર દ્રવ્યમાનની હાજરી તેને સ્થાનિક રીતે વક્રતા આપશે. બહારના કોઈ બળની ગેરહાજરીમાં પદાર્થો લીટીમાં ગતિ કરશે. પરંતુ જ્યારે દળદાર પદાર્થ પાસેથી પસાર થશે ત્યારે તેને વળ ચઢતો લાગશે અને સીધી લીટી પર વળાંક થશે.

આઈન્સ્ટાઈને દલીલ કરી કે આ દેખાવ ગુરુત્વના ખેંચાણ જેવા લાગશે. જેવી રીતે કોઈ બાળક જાડો હોય કે દૂબળો હોય તે રમતના મેદાનમાં ઢાળ હોય તો તે ઢાળ તેના સ્કીડને દિશા આપશે અને તે એક સરખી ઝડપે ગતિ કરશે, એવી રીતે અવકાશ-સમયનું ફેબ્રિક પોતે જ વક્ર હોય તો બધા જ પદાર્થો એકસરખી ઝડપે પડશે. પરંતુ આ એક રૃપક છે તે ભૂલવું જોઈએ નહી અને ઝડપથી ઉમેરવું જોઈએ કે આ રૃપકમાં અવકાશ-સમયના ચાર પરિમાણવાળા ફેબ્રીકને આપણે બે પરિમાણવાળા રબ્બરના પડને

ખરેખર વાસ્તવિક જગત તો ચાર પરિમાણવાળું વક્ર અવકાશ-સમય  (space-time) છે. તેનું દ્રશ્ય ઉભું કરવું અત્યંત કઠિન છે.

આપણે જાણીયે છીએ કે જ્યારે વિદ્યુતભાર પ્રવેગિત થાય છે ત્યારે વિદ્યુત-ચુંબકીય વિકિરણ (Electro magnetic radiation)  ઉત્પન્ન થાય છે. તેમાં ગામા તરંગોથી માંડી પ્રકાશ કે રેડિયો તરંગો આવી જાય છે. આઈન્સ્ટાઈનને તુરત જ આત્મસાત્ થયું કે જ્યારે અતિ દળદાર પદાર્થ પ્રવેગિત થાય ત્યારે ગુરુત્વતરંગોનું વિકિરણ ઉત્પન્ન થતું હોવું જોઈએ અને જેવી રીતે વિદ્યુત ચુંબકીય તરંગો દીર્ઘ અંતરી વિદ્યુત અને ચુંબકિય વિક્ષેપો છે તેવી રીતે ગુરુત્વ તરંગો અવકાશ-સમયના ચાર પરિમાણી તાકા (fabric)માં સ્થાનિક વિક્ષેપો છે.

તેનો અર્થ એ થાય કે જ્યારે પક્ષી પ્રવેગિત ગતિથી ઊડે છે, રેલ્વે ટ્રેન પાટા પર ઝડપ પકડે છે અથવા ચંદ્ર પૃથ્વી ફરતે પરિભ્રમણ કરે છે ત્યારે તે બધા ગુરુત્વ તરંગો ઉત્સર્જીત કરે છે પરંતુ આ વિક્ષેપો એટલા સુક્ષ્મ હોય છે કે તે કદિ માપી શકાય તેમ લાગતું નથી.

પરંતુ પદાર્થ અત્યંત દળદાર હોય તો શક્ય બને સૂર્ય કરતાં ત્રણથી ચાર ગણા વજનદાર તારાનું ઈંધણ ખતમ થઈ જાય ત્યારે તેનું હાર્દ અત્યંત સંકોચન પામી અતિ ઘટ્ટ થઈ જાય છે. તેનું એક ચમચી જેટલા દ્રવ્યનું દ્રવ્યમાન  (mass) પૃથ્વી પર ૨૦ અબજ ટન થાય! તારાની આ સ્થિતિને 'ન્યુટ્રોન તારા' કહે છે. તેને પલ્સાર પણ કહે છે. જ્યારે આવા બે દળદાર પિંડો એકબીજાની ફરતે ફેરફુદરડી (Binery Pulsar) ફરે ત્યારે નોંધપાત્ર પ્રમાણમાં ગુરૃત્વ તરંગો ઉત્સર્જી કરે છે જે આપણે માપી શકીયે.

આઈન્સ્ટાઈનના સિદ્ધાંતે આગાહી કરી હતી કે ગુરુત્વતરંગો ચાલુ રહે એટલે ઊર્જા તે પ્રણાલિમાંથી ખેંચાય જાય અને બન્ને તારાની કક્ષાનો ક્ષય થતો નથી. તે વધુને વધુ એકબીજા પર સર્પીલ થતા જશે, એટલે વધુ અને વધુ અંતર તરફ વળાંક લેતા જશે. આ પરિણામ આઈન્સ્ટાઈનના વ્યાપક સાપેક્ષવાદ મુજબનું હતું. આ સંશોધકો રસેલ એલન રૃલ્સ અને જોસેફ હૂટન ટેલરને ૧૯૯૩નું નોબેલ પારિતોષિક એનાયત કરવામાં આવ્યું. તેમ છતાં આ પરિણામ ગુરુત્વતરંગની સચોટ પરખ આપતું નથી.

ગુરૃત્વ તરંગનું અસ્તિત્વ માપવાનો એક ઉપાય વ્યતિકરણ  (Interference) છે. તેમાં બે તરંગો ઓવરલેપ થાય ત્યારે જો તે પરસ્પર મદદરૃપ થાય (એટલે કે સરવાળો થાય) ત્યારે તરંગની તીવ્રતા બમણી થાય અર્થાત્ (spike) જોવા મળે.

પરંતુ તે માટે એક 'ઈન્ટરફેરોમીટર' નામનું સાધન બનાવવું જોઈએ. ૧૯૯૪માં બે આવી વેધશાળા બનાવવાનું શરૃ થયું. તેને ટૂંકમાં ''લિગો'' (LIGO) કહે છે. તેનું પુરું નામ 'લેસર ઈન્ટરફેરોમીટર ગ્રેવીટેશન વેવ ઓબ્ઝર્વેટરી' કહે છે. એક વોશિંગ્ટન ખાતે અને બીજું લિવિંગ્સ્ટન લુઈસાના ખાતે, બે પરસ્પર લંબ, ચાર કિલોમીટર ભૂજાવાળાં ઈન્ટરફેરોમીટરનું કામકાજ શરૃ થયું.

આગળ આપણે જોઈ ગયા તેમ અવકાશ-સમયને ચાર પરિણામો (deminsion-4D) છે. લંબાઈ, પહોળાઈ, જાડાઈ અને સમય. આ અવકાશ-સમય એક સ્થિતિસ્થાપક પડની જેમ વર્તે છે. જેવી રીતે કોઈ દળદાર પદાર્થ આ રબરના પડમાં ઉંડાણ સર્જશે તેવી જ રીતે દળદાર પદાર્થ અવકાશ-સમયના પડમાં વક્રતા સર્જશે. જેમ પદાર્થ દળદાર તેમ ઉંડાણ વધુ.

વ્યાપક સાપેક્ષવાદ કહે છે કે દળદાર પદાર્થને જ્યારે અવકાશ-સમયમાં પ્રવેશિત કરવામાં આવે તો તે 'ગુરુત્વતરંગો' ઉત્પન્ન કરશે. જેવી રીતે પાણીમાં સ્પીડબોટ ચાલતી હોય ત્યારે બાજુમાં ચીલા પડે છે તેવી જ રીતે અહિં પણ થાય છે. આવા ગુરુત્વતરંગો પારખવા અતિ અતિ કઠીન છે પરંતુ લિગો  (LIGO)વેધશાળાએ ઐતિહાસીક પરખ મેળવી છે.

આ વેધશાળા એટલી તો સંવેદી છે કે તે અવકાશ-સમયને પ્રોટોન (પરમાણુના ન્યુક્લિયસમાં રહેલ અવપરમાણુ)ની પહોળાઈના દશ હજારમા ભાગનું ખેંચાણ પણ માપી શકે છે. તે એક સિદ્ધાંત પર કામ કરે છે કે ગુરુત્વતરંગ અવકાશને એક દિશામાં ખેંચે છે જ્યારે બે દિશાને લંબ દિશામાં અવકાશને સંકોચે છે.

તેને બે સાઈટ છે. તે એકબીજાથી ૩૦૦૦ કિલોમીટર દૂર છે જેથી ભ્રામક ચિહ્નો દૂર કરે છે અને માત્ર ગુરુત્વ તરંગો બન્ને સાઈટ દેખાય છે. દરેક સાઈટ પર તીવ્ર લેસરની કિરણાવલીઓ બે ભાગમાં વિભાજીત થાય છે. બન્ને ભાગને ૪ કિલોમીટર લાંબી ટનેલમાં આગળ પાછળ મોકલાય છે.

બન્ને ભાગ એક બીજાને કાટખૂણે બાંધેલા છે. જો કોઈ ગુરુત્વતરંગ લેસરની કિરણાવલીઓને વિક્ષેપ કરે તો પરખક (ડીટેક્ટરે) પહોંચશે અને પરસ્પર રદ કરશે. પણ જો ગુરૃત્વ તરંગો પસાર થવાના હોય તો લેસર કિરણાવલીઓ ખેંચાશે અને સંકોચાશે અને ડીટેક્ટરે એક પગલુ અલગ પહોંચશે અને તેનાથી પ્રકાશનો 'સ્પાઈક' (તીક્ષ્ણતા) ઉત્પન્ન થશે.

''લિગો'' એ સૂચક ગુરૃત્વ તરંગોના સંકેતો ગત વર્ષે ૧૪મી સપ્ટેમ્બરે જોયા. ૧૦૦૦ જેટલા વૈજ્ઞાાનિકો હતા, જેમાં ભારતીય વૈજ્ઞાાનિકો પણ હતા. તેમણે વારંવાર ચેકીંગ અને રીચેકીંગ કર્યું પરિણામે તેઓએ ચોકસાઈ કરી કે તેઓ બીજી કોઈ ક્ષતિ કરતા નથી ને! છેવટે પરિણામ ફળ્યું.

પ્રકાશ, પારજાંબલી, ક્ષ-કિરણો, રેડિયો તરંગો અને બીજા પ્રકારના વિદ્યુત ચુંબકીય તરંગો તો સહેલાઈથી રજ અને વાયુથી શોષાય છે. જેથી મોટા ભાગનું બ્રહ્માંડ ગુપ્ત રહે છે. ગુરુત્વતરંગોની ખૂબી એ છે કે તે મંદ હોવા છતાં તેના માર્ગમાં આવતા કોઈપણમાંથી તે પસાર થઈ જાય છે. આ ગુરુત્વતરંગો દ્વારા બ્રહ્માંડને જોવાની નથી. નવી બારી ખુલી છે.
 

Post Comments