- ફયુચર સાયન્સ-કે.આર.ચૌધરી

ફ રી એકવાર વૈજ્ઞાાનિકોએ સાબિત કર્યું છે કે આલ્બર્ટ આઈન્સ્ટાઈને આપેલી થિયરી સાચી છે. તમને સવાલ થશે કે અહીં કઈ થિયરીની વાત કરવામાં આવે છે? કદાચ તમને યાદ હશે કે આલ્બર્ટ આઈન્સ્ટાઈન ભૌતિકશાસ્ત્રમાં તેમણે આપેલ સાપેક્ષતાવાદના કારણે,  વિશ્વભરમાં પ્રસિદ્ધ છે. આ થિયરી રજુ થઈ ત્યારથી જ, વૈજ્ઞાાનિકો આખી થીયરી અથવા તેનો કેટલોક ભાગ ખોટો છે, તેવું સાબિત કરવા માટે પ્રયત્નો કરી રહ્યા હતા. પરંતુ વૈજ્ઞાાનિકોએ અત્યાર સુધી આલ્બર્ટ આઈન્સ્ટાઈનને ખોટો સાબિત કરવામાં સફળ થયા નથી. ગયા વર્ષે પણ વૈજ્ઞાાનિકોએ આલ્બર્ટ આઇનસ્ટાઇનના  સૂત્ર મુજબ પ્રયોગશાળામાં પદાર્થનું સર્જન કરીને, આલ્બર્ટ આઈન્સ્ટાઈનને સાચા ઠેરવ્યા હતા. બ્રહ્માંડમાં  ખૂબ જ એક્સ્ટ્રીમ ગણાતા 'એક્સ્ટ્રીમ સ્ટાર'નો  સતત ૧૬ વર્ષ સુધી અભ્યાસ કર્યા બાદ, વૈજ્ઞાાનિકોએ જે તારણો રજુ કર્યા છે તે દર્શાવે છે કે 'ફરી એકવાર આલ્બર્ટ આઈન્સ્ટાઈન સાચા છે. આપેલ  સાપેક્ષતાવાદ પણ સાચો છે.  તો પછી વૈજ્ઞાાનિકો શા માટે તેને ખોટી સાબિત કરવાની કોશિશ કરી રહ્યા છે? એક જ વાક્યમાં જવાબ આપવો હોય તો, આલ્બર્ટ આઇન્સ્ટાઇનની  આ  થીયરી, પરમાણુથી નાની કક્ષાએ લાગતા બળને એટલે કે 'કવાંટમ મિકેનિક્સ'ના  મૂળભૂત સિદ્ધાંતોને સમજાવવામાં નિષ્ફળ જાય છે. તાજેતરમાં મળેલા વૈજ્ઞાાનિક  તથ્ય અને સત્યના આધારે, આલ્બર્ટ આઇન્સ્ટાઇનની થીયરી,  આગાહી અને પ્રયોગના પરિણામ સમજવાની કોશિશ કરીએ.

જનરલ થિયરી ઓફ રિલેટિવિટી

આલ્બર્ટ આઈન્સ્ટાઈને ૧૯૧૫માં જનરલ થિયરી ઓફ રિલેટિવિટી રજૂ કરી હતી. આ પહેલા ૧૯૦૫માં આઇન્સ્ટાઇને જાહેર કર્યું હતું કે, અ-પ્રવેગશીલ દર્શક માટે ભૌતિકશાસ્ત્રના નિયમો એકસરખા રહે છે. જેનો અર્થ થાય કે દર્શકની સાપેક્ષતામાં  શૂન્યાવકાશમાં પ્રકાશની ગતિ બદલાયા વગર અચળ રહે છે. આ   સંકલ્પના સાપેક્ષતાવાદની 'થીયરી ઓફ સ્પેશ્યલ  રિલેટિવિટી' તરીકે જાણીતી બની હતી. જેના કારણે ભૌતિકશાસ્ત્રના નિયમોનું ફ્રેમવર્ક બદલવું પડયું. 'સ્પેસ-ટાઈમ' નામનો નવો કોન્સેપ્ટ મળ્યો. પોતાની સંકલ્પનાને  તેમણે સતત ૧૦ વર્ષ સુધી અભ્યાસ કરીને, તેમાં  પ્રવેગશીલ પદાર્થને સામેલ કરવાનો પ્રયત્ન કર્યો. છેવટે  ૧૯૧૫માં  તેમણે  જે રજૂઆત કરી તેને વિશ્વ 'થીયરી ઓફ જનરલ રિલેટિવિટી' તરીકે ઓળખે છે. આ થિયરીમાં રજૂ કરવામાં આવ્યુ કે  વિશાળકાય દળદાર પદાર્થના કારણે  સ્પેસ ટાઈમમાં 'ડીસટોરશન' એટલે કે વિકૃતિ સર્જાય છે. જેના કારણે ગુરુત્વાકર્ષણનો અનુભવ થાય છે. સ્પેસ ટાઈમમાં આ સર્જાયેલ વિકૃતિના કારણે,  કોઈ નાનો પદાર્થ  આ ક્ષેત્રમાં આવે છે તો,  તે વિશાળ દળદાર પદાર્થ  તરફ ખેંચાય છે. આઈન્સ્ટાઈને એ પણ દર્શાવ્યું કે  જો બે વિશાળકાય દળદાર પદાર્થ એકબીજાની નજીક આવે તો,  સ્પેસ ટાઈમમાં  એક  પ્રકારના તરંગ કે લહેર પેદા થાય છે. જેની અસર પૃથ્વી સુધી પહોચે છે. જેને માપી પણ શકાય છે.  આ સંભાવનાને  થોડા સમય પહેલા  રજૂ થયેલ  હોલિવૂડની હિટ ફિલ્મ 'ઇન્ટરસ્ટીલર'માં પણ દર્શાવવામાં આવી હતી. જેમાં એક ગ્રહ વિશાળકાય  બ્લેક હોલની ગુરુત્વાકર્ષણની અસરમાં આવી જાય છે. સમય ખૂબ જ ધીમો પડી જાય છે. આ  કારણે ગ્રહ ઉપર રહેલ માનવીમાં  નાના રહી જાય છે. જ્યારે  અંતરિક્ષયાનમાં રહેલ સભ્યોની ઉંમર દાયકો જેટલી વધી ગઈ હોય છે. આઇન્સ્ટાઇને રજુ કરેલ  થિયેટરના કારણે જ ટાઈમ ટ્રાવેલને લગતી અનેક સાયન્સ ફિક્સન નવલકથાઓ લખાઈ હતી.

'બ્રેઈટ-વ્હીલર પ્રોસેસ'- ઊર્જામાંથી પદાર્થનું સર્જન 

૧૯૦૫માં આલ્બર્ટ આઈન્સ્ટાઈન  સાપેક્ષતાવાદ ઉપર રિસર્ચ પેપર રજૂ કર્યું હતું. આલ્બર્ટ આઇન્સ્ટાઇનનો સમગ્ર સાપેક્ષતાવાદ, બ્રહ્માંડમાં લાગતા ચોથા બળ, એટલે કે ગુરુત્વાકર્ષણને  ખૂબ નજીકથી દર્શાવતો અરીસો છે. જેના કારણે સદીઓથી ચાલી આવતા ન્યુટનના ભૌતિક બળ આધારિત,  બ્રહ્માંડનું મોડલ  બદલાઈ ગયું હતું. આમ જોવા જઈએ તો ભૌતિકશાસ્ત્રમાં, આલ્બર્ટ આઇનસ્ટાઇનના સંશોધન પત્રે,  ભૌતિકશાસ્ત્રને પણ સમૂળગુ બદલી નાખ્યું હતું.  તેમણે આપેલી થિયરીને તે સમયે  ચકાસી શકાય તેમ નહોતી. પરંતુ ત્યારબાદ એવી આધુનિક ટેક્નોલોજી ઉપલબ્ધ થઇ, જેના કારણે બ્લેક હોલની  શોધ થઈ, ગુરુત્વાકર્ષણ માટે જવાબદાર,  ગ્રેવિટેશનલની  તરંગોની  પણ શોધ થઈ,  અને તેના શોધકોને  નોબલ પ્રાઈઝ પણ એનાયત થયું. જેની આલ્બર્ટ આઈન્સ્ટાઈને વર્ષો પહેલાં આગાહી કરી હતી.  આમ  ટેકનોલોજીના વિકાસ સાથે જ  આલ્બર્ટ આઈન્સ્ટાઈન,દરેક વાર  અગ્નિ પરીક્ષામાંથી પાસ થઈ રહ્યા છે. આઇન્સ્ટાઇનના  વિશ્વ પ્રસિદ્ધ  સમીકરણ “E= MC2 મુજબ  આઈન્સ્ટાઈને  સમજાવ્યું હતું કે  'પદાર્થનું ઉર્જામાં રૂપાંતર થઇ શકે છે.'  જો આમ જ હોય તો, તેનાથી ઉલટી પ્રક્રિયા પણ  શક્ય હોવી જોઈએ. એટલે કે  ઊર્જામાંથી પદાર્થનું સર્જન થવું જોઈએ. આ પ્રક્રિયા 'બ્રેઈટ-વ્હીલર પ્રોસેસ' તરીકે ઓળખાય છે. ઓગસ્ટ ૨૦૨૧માં, વૈજ્ઞાાનિકોએ પદાર્થ રચનાર  સૂક્ષ્મકણ ઈલેક્ટ્રોન પ્રોઝીટોનની જોડીનો પ્રયોગશાળામાં સર્જન કરી બતાવ્યું હતું. જે 'બ્રેઈટ-વ્હીલર પ્રોસેસ'ની પ્રાયોગિક સાબિતી જેવો પ્રયોગ હતો.

૧૬ વર્ષના સંશોધનના અથાગ પ્રયત્ન બાદ,  તાજેતરનો નવો પ્રયોગ  પૂર્વ એંગ્લિયા યુનિવર્સિટી અને યુનિવર્સિટી ઓફ માન્ચેસ્ટરના નિષ્ણાતો તરફથી  રજૂ કરવામાં આવ્યા છે. જેમણે જેમણે આલ્બર્ટ આઈન્સ્ટાઈન  થિયરી ઓફ રિલેટિવિટીના મુખ્ય નાયક 'ગુરુત્વાકર્ષણ'ની ચકાસણી માટે પ્રયોગશાળા તરીકે 'બાઈનરી પલ્સાર'નો ઉપયોગ કર્યો હતો. આઇન્સ્ટાઇને આગાહી કરી હતી કે ગ્રેવિટીના કારણે,  બ્રહ્માંડના ચોથા પરીમાણ,  જેને આપણે સ્પેસ- તરીકે ઓળખે છે. તેમાં  વિકૃતિ સર્જાય છે. આ ભાગમાંથી પ્રકાશના કિરણો પસાર થાય ત્યારે  સમય  થોડો ધીમો પડે છે. ખરેખર  તેના વેગમા  ફેરફાર થતો નથી પરંતુ,  પ્રકાશનું કિરણ સીધી લાઇનમાં  પસાર થવાના બદલે, ગોળાકાર વળાંક લે છે. જેના કારણે પ્રકાશના કિરણને વધારે અંતર કાપવું પડે છે.  આમ પ્રકાશનું કિરણ આપણા સુધી પહોંચતા થોડું મોડું પડે છે.

વિશાળકાય દળદાર 'પલ્સાર'

'પલ્સાર'PSR J0737-3039A/B, માત્ર ૧૪૭ મિનિટ એટલે કે બે કલાક ૨૭ મિનિટમાં એકબીજાની ભ્રમણકક્ષામાં  એક ચક્ર પૂરું કરે છે. તેમનો વેગ દસ લાખ કિલોમીટર પ્રતિ કલાકનો હોય છે. બેમાંથી એક પલ્સાર, એક સેકન્ડમાં તેની ધરી ઉપર ૪૪ ચક્કર લગાવી લે છે.  જ્યારે બીજો પલ્સાર  ૨.૮ સેકન્ડમાં માત્ર એક જ વાર પોતાની ધરી ઉપર ગોળ ફૂદરડી ફરે છે.  જેટલીવાર PSR J0737-3039A/B 'પલ્સાર' ધરીભ્રમણ કરે છે, તેટલી વાર  પૃથ્વી ઉપર પુષ્કળ પ્રમાણમાં રેડિયો તરંગોનો  શેરડો એટલે કે બીમ ઝીલાય છે. પૃથ્વી ઉપર ઓસ્ટ્રેલિયામાં આવેલા ૭ અલગ-અલગ રેડિયો ટેલિસ્કોપનો ઉપયોગ કરીને, વૈજ્ઞાાનિકોએ ૨૦૦૩થી ૨૦૧૯ સુધી  પુષ્કળ અવલોકનો લીધા હતા. જે દરમિયાન જાણવા મળ્યું હતું કે  જે ઝડપથી  રેડિયો તરંગો ઝીલાવા જોઈએ,  તેના કરતા વધારે સમય લાગતો હતો. કારણકે સ્પેસ ટાઈમમાં ૦.૦૪  ડિગ્રી જેટલો વળાંક લઈને રેડિયેશન પૃથ્વી સુધી પહોંચતું હતું. નિરીક્ષણ દરમિયાન  સંશોધકોએ પણ શોધી કાઢયું હતું કે પલ્સર્સના ગુરુત્વાકર્ષણ તરંગો ઉત્સર્જનને કારણે ભ્રમણકક્ષામાં નજીવો બદલાવ આવતો હતો.

જેને અંગ્રેજીમાં 'ઓર્બીટલ ડીકે' કહે છે. વૈજ્ઞાાનિકો કહે છે કે બ્રિટનના 'લીગો' પ્રયોગ દ્વારા 'ગ્રેવીટેશનલ વેવ્સ'નો જે સીધો  પુરાવો મળ્યો હતો.  તેના કરતા આ પ્રયોગમાં તરંગોની ચોકસાઈ  હજાર ગણી વધારે પરફેક્ટ  રીતે માપવામાં આવી છે. આઈન્સ્ટાઈનના સિદ્ધાંતની આજની તારીખ સુધીની આ સૌથી કડક કસોટી છે. જેના પરિણામો, ભવિષ્યમાં પ્રયોગો કરવા માટેનો નવો માપદંડ પણ સેટ કરે છે. સંશોધન દરમિયાન પાંચ અલગ અલગ પ્રકારના ટેસ્ટ કરવામાં આવ્યા હતા. જે બધા જ ના પરિણામ એકબીજા સાથે મેચ થાય તેવા છે. ગુરુત્વાકર્ષણ તરંગોનો સત્વ ઊર્જા પ્રયોગ દર્શાવે છેકે પલ્સરની જોડીની ભ્રમણકક્ષા દરરોજ સાત મીમીથી સંકોચાઈ રહી છે. સ્પેસ ટાઈમમાં પેદા થટી ગ્રેવિટેશનલ વેવ્સ, ઉર્જાને 'પલ્સાર'થી દુર લઇ જાય છે. 'પલ્સાર' એમનો પદાર્થ ગુમાવી રહ્યા છે. સમય જતા તેમનું ધરીભ્રમણ ધીરું પડી રહ્યું છે . જે સમીકરણ ' ‘E= MC2' મુજબ  સાચું છે. ખુબ જ જોરદાર  પદાર્થનો  ઉપયોગ કરીને,  વૈજ્ઞાાનિકોએ આલ્બર્ટ આઇન્સ્ટાઇનની થિયરીને,  'ફાઇનલ'  અને 'પરફેક્ટ'નો સિક્કો મારી દીધો છે.

યુનિવર્સિટી ઓફ ઈસ્ટ એંગ્લિયાનાં રોબર્ટ ફર્ડમેનનો અનોખો પ્રયોગ 

જનરલ રિલેટિવિટી, સ્પેસ ટાઈમ ઉપર થતી ગ્રેવિટીની અસર દર્શાવે છે.  જો  નિશ્ચિત સ્પેસ ટાઈમમાં  કોઈ દળદાર વિશાળકાય પદાર્થ મૂકવામાં આવે તો,  સ્પેસ ટાઈમ તેની સાથે જ રબરની સીટ માફક ખેંચાય છે. તળાવના પાણીમાં કાંકરી ફેકતા, જેમ વર્તુળાકાર લહેરો પેદા થાય છે. એ જ રીતે  રબરની ખેંચેલી સીટ ઉપર, બ્રહ્માંડનો દળદાર પદાર્થ મુકતા, ખાસ પ્રકારના તરંગો મુક્ત થાય છે. જેને આપણે 'ગ્રેવિટેશનલ વેવ્સ' તરીકે ઓળખીએ છીએ. બ્રહ્માંડમાં સૌથી દળદાર પદાર્થ તરીકે  બ્લેક હોલ ગણી શકાય. તેવો જ બીજો દળદાર પદાર્થ એટલે કે 'પલ્સાર'. ખૂબ જ ઊંચા  ચુંબકીય ક્ષેત્ર ધરાવતા, અને ધરી ઉપર  અતિશય વેગથી ફરતા  ન્યુટ્રોન સ્ટારને 'પલ્સાર' તરીકે ઓળખવામાં આવે છે. સરખામણી કરવી હોય તો, આપણા સૂર્યનો વ્યાસ ૧૩.૯૨ લાખ કિલોમીટર છે. જેને 'પલ્સાર'માં ફેરવવામાં આવે તો, તેનો વ્યાસ માત્ર ૨૯ કિલોમીટર થાય. સ્ટાર એટલે કે તારાનું દ્રવ્ય પુષ્કર દબાણ અને ગુરુત્વાકર્ષણ નીચે એટલું સંકોચાય છે કે  પરિણામ સ્વરૂપ અતિશય  પાવરફુલ ચુંબકીય ક્ષેત્ર રચાય છે. જેના કારણે શંકુ આકારનું રેડીયેશન મુક્ત થાય છે.

વૈજ્ઞાાનિકોને લાગ્યું કે આઈન્સ્ટાઈનને થિયરી ઓફ રિલેટિવિટી ચકાસવાનો આનાથી વધારે સારો ઉપાય કોઈ હોઈ ન શકે. કારણકે 'પલ્સાર' ખુબ જ દળદાર હોવાથી સ્પેસ-ટાઈમમાં પણ  ખૂબ જ મોટો 'ગોબો' વાટકી જેવો ખાડો પડે. આ ઉપરાંત 'પલ્સાર' પોતે ખૂબ જ ઝડપથી ધરીભ્રમણ કરતો હોવાથી  પ્રકાશના તરંગોને ખૂબ જ લાંબો માર્ગ કાપવો પડે. આઇન્સ્ટાઇની આગાહી મુજબ, બે જોડિયા 'પલ્સાર'  એકબીજાની નજીક ફરી રહ્યા હોય તો, પુષ્કળ પ્રમાણમાં ગ્રેવિટેશનલ વેવ્સ તરંગો સ્વરૂપે છૂટા પડે. યુકેમાં આવેલ યુનિવર્સિટી ઓફ ઈસ્ટ એંગ્લિયા ખાતે રોબર્ટ ફર્ડમેન દ્વારા અનોખો પ્રયોગ કરવામાં આવ્યો. પ્રયોગ માટેPSR J0737-3039A/B નામના 'પલ્સાર'ની જોડી પસંદ કરવામાં આવી હતી. સૌપ્રથમ પલ્સરની શોધ ૧૯૭૪માં યુનિવર્સિટી ઓફ મેસેચ્યુસેટ્સ એમ્હર્સ્ટના રસેલ એલન હુલ્સ અને જોસેફ હૂટન ટેલર જુનિયર દ્વારા કરવામાં આવી હતી. તાજેતરના પ્રયોગના પરિણામ, હલ્સ-ટેલર પલ્સારની શોધ સમયે ગ્રેવિટેશનલ તરંગોની ઊર્જાના અવલોકન લેવામાં આવ્યા હતા એના કરતા  ૨૫ ઘણા વધારે સચોટ છે.