Sunday, May 15, 2011

સાપેક્ષવાદના બે સિદ્ધાંતની પ્રેક્ટિકલ ચકાસણીનું પરિણામ: આઇન્સ્ટાઇન ફુલ્લી પાસ, પરીક્ષકને એટીકેટી

બાવન વર્ષની મથામણ અને પંચોતેર કરોડ ડોલરના ખર્ચ પછી જનરલ થિયરી ઓફ રિલેટીવિટીના બે સિદ્ધાંતની તપાસ પૂરી થઇ. ‘નાસા’ના ગ્રેવિટી પ્રોબ-બી યાને આપેલાં અને આ માસના આરંભે જાહેર થયેલાં પરિણામ શું સૂચવે છે?


વર્ષ : ૧૯૧૬
આઇન્સ્ટાઇને સાપેક્ષવાદ તરીકે જાણીતો બનેલો ‘જનરલ થિયરી ઓફ રિલેટીવીટી’નો સિદ્ધાંત આપ્યો. તેમાં
ગુરૂત્વાકર્ષણની સમજૂતી આપતાં આઇન્સ્ટાઇને દર્શાવ્યું કે બ્રહ્માંડનો દરેક પદાર્થ સ્પેસના તાણા અને ટાઇમ (સમય)ના વાણાથી રચાતા અદૃશ્ય, ત્રિપરિમાણીય (થ્રી-ડી) તાણાવાણામાં રહે છે. ગુરૂત્વાકર્ષણ તરીકે ઓળખાતું, મોટો પદાર્થ નાના પદાર્થને પોતાના ભણી ખેંચે એવું બળ પણ અદૃશ્ય તાણાવાણામાં પડતા ઝોલને આભારી છે.

સ્પેસ-ટાઇમના સર્વવ્યાપી તાણાવાણા માટે પ્રચલિત ઉપમા રબરિયા ચાદરની છે. એની અવેજીમાં, સરકસમાં ઝૂલા ના ખેલ વખતે બંધાતી જાળીનું ઉદાહરણ પણ લઇ શકાય. એ જાળી દ્વિપરિમાણીય (ટુ-ડી) હોય છે, પણ પ્રાથમિક ખ્યાલ મેળવવા માટે તે પૂરતી છે.

ધારો કે ઝૂલાના ખેલ વખતે બંધાયેલા જાળીમાં જુદા જુદા વજનના નાના-મોટા ગોળા છૂટાછવાયા મૂકવામાં આવે તો? દરેક ગોળાના કદ-વજન પ્રમાણે જાળીમાં ઝોલ પડે અને ગોળાની આજુબાજૂના જાળીના હિસ્સામાં ઢોળાવ પેદા થાય. એ ઢોળાવની હદમાં કોઇ નાનો ગોળો આવે, તો દેખીતી રીતે જ ઢોળાવ તરફ- અને તે પેદા કરનાર મોટા ગોળા તરફ- આકર્ષાય. સ્પેસ-ટાઇમની થ્રી-ડી ‘જાળી’માં પ્રત્યેક ગોળાના ઝોલ થકી પેદા થતું આકર્ષણ એટલે ગુરૂત્વાકર્ષણ.

થ્રી-ડી ‘જાળી’માં ઝોલ પાડનાર ગોળો સ્થિર નહીં, પણ પોતાની ધરી પર ફરતો હોય તો? તેની આસપાસ રહેલી જાળી પણ ગોળાની ગતિ સાથે મરોડાય કે નહીં? આ બાબત સમજાવવા માટે વૈજ્ઞાનિકોએ પ્રયોજેલી બીજી ઉપમાઃ મધ ભરેલા પ્યાલામાં (પોતાની ધરી પર) ગોળ ફરતી લખોટી નાખવામાં આવે તો? લખોટીની ફેરફુદરડીના- તેના ધરીભ્રમણના પ્રતાપે, લખોટીની આજુબાજુ રહેલા મધનો થોડો હિસ્સો તરડાવો-મરડાવો જોઇએ- પ્યાલામાં ભરેલું બાકીનું મધ ભલે સ્થિર રહે.

વર્ષ : ૧૯૫૯-૬૪
અમેરિકાની સ્ટેન્ફર્ડ યુનિવર્સિટી અને એમ.આઇ.ટી.ના બે સંશોધકોએ વિચાર્યું : પૃથ્વી પોતાની ધરી પર ફરે છે. તેને કારણે, આઇન્સ્ટાઇનની થિયરી પ્રમાણે, પૃથ્વીની આસપાસ સ્પેસ-ટાઇમની ‘જાળી’માં નજીવો મરોડ આવવો જોઇએ. એ મરોડ માપી શકાય તો આઇન્સ્ટાઇનની થિયરીને પ્રમાણભૂત રીતે સાચી ઠેરવી શકાય. પણ માપણી માટેનાં સાધનો શી રીતે તૈયાર કરવાં? એ સમયે ભારે ચોક્સાઇ ધરાવતાં દિશાસૂચક જાયરોસ્કોપ બનાવવાનું શક્ય ન હતું. ઉપગ્રહયુગની પણ શરૂઆત હતી.

આ મથામણ ચાલુ હતી ત્યારે ૧૯૬૨માં ડોક્ટરેટ પછીના અભ્યાસ માટે ફ્રાન્સિસ એવરીટ સ્ટેન્ફર્ડ યુનિવર્સિટીમાં જોડાયા. તેમણે થિયરીની ચકાસણી માટેની વૈજ્ઞાનિક જરૂરિયાતોથી માંડીને રાજકીય -આર્થિક રીતે પ્રોજેક્ટ માટે લોબીઇંગ કરવામાં ઊંડો રસ લીધો અને ૪૯ વર્ષ જેટલા લાંબા સમય સુધી (છેક અંત સુધી) પ્રોજેક્ટ સાથે સંકળાયેલા રહ્યા.

૧૯૬૪માં અમેરિકાની અવકાશ સંશોધન સંસ્થા ‘નાસા’એ સ્ટેનફર્ડ યુનિવર્સિટી સાથે મળીને આઇન્સ્ટાઇનની થિયરીના બે મુદ્દા ચકાસવાનું બીડું ઝડપ્યું. વિજ્ઞાનની પરિભાષામાં એ બે મુદ્દા હતાઃ ૧) જીઓડેટિક ઇફેક્ટ :પૃથ્વીને કારણે સ્પેસ-ટાઇમની જાળી પર થતી અસર- તેમાં પેદા થતો ઝોલ ૨) ફ્રેમ ડ્રેગિંગ : પૃથ્વીના ધરીભ્રમણને કારણે સ્પેસ-ટાઇમની જાળીમાં આવતો મરોડ.

વર્ષ : ૨૦૦૪
લગભગ સાડા ચાર દાયકા પછી ‘ગ્રેવિટી પ્રોબ-બી’ મિશન વિચાર મટીને વાસ્તવિકતા બન્યું. એપ્રિલ ૨૦, ૨૦૦૪ના રોજ ‘ગ્રેવિટી પ્રોબ-બી’નું માળખું લો અર્થ ઓરબિટમાં- પૃથ્વીથી ૬૪૨ કિલોમીટર ઊંચે, ધ્રુવીય ભ્રમણકક્ષામાં મૂકવામાં આવ્યું. તેને ચાર જાયરોસ્કોપથી સજ્જ કરવામાં આવ્યું હતું. જાયરોસ્કોપની ચોક્સાઇ માટેનો દાવો એવો હતો કે તેની દિશામાં દર કલાકે એક અંશના એક અબજમા ભાગ કરતાં વધારે ફરક નહીં પડે. ચારે જાયરોસ્કોપમાં વપરાયેલા ગોળાને ગિનેસ બુક ઓફ વર્લ્ડ રેકોર્ડ્‌સે અત્યાર સુધીના ઇતિહાસમાં બનેલા ‘મોસ્ટ પરફેક્ટ’ ગોળાનું પ્રમાણપત્ર આપ્યું હતું. ગ્રેવિટી પ્રોબ-બીનાં ચારે જાયરોસ્કોપને આઇએમ પેગાસી નામના એક તારા ભણી તાકવામાં આવ્યાં.


ગુરૂત્વાકર્ષણને મામલે ન્યૂટન સાચો હોય તો બ્રહ્માંડમાં જીઓડેટિક ઇફેક્ટ કે ફ્રેમ ડ્રેગિંગ જેવું કશું બનવાનું ન હતું અને જાયરોસ્કોપની દિશામાં કોઇ ફરક પડવાનો ન હતો. પણ જો આઇન્સ્ટાઇનની થીયરી સાચી હોય તો? તારો ભલે પોતાની જગ્યાએ અવિચળ હોય, પણ પૃથ્વીના ધરીભ્રમણને કારણે સ્પેસ-ટાઇમની ‘જાળી’માં મરોડ પેદા થવો જોઇએ. પરિણામે, ગ્રેવિટી પ્રોબ-બીનાં જાયરોસ્કોપને તારો એની જગ્યાએથો થોડો ખસેલો લાગવો જોઇએ. એટલે કે તારાને તાકી રહેલાં જાયરોસ્કોપની મૂળ દિશા અને થોડા સમય પછીની દિશામાં મામુલી તફાવત નોંધાવો જોઇએ.

વર્ષઃ ૨૦૧૧
ડિસેમ્બર, ૨૦૧૦માં ગ્રેવિટી પ્રોબ-બીનું અવતાર કાર્ય પૂરું થયેલું જાહેર કરવામાં આવ્યું, પરંતુ ત્યાર પહેલાં આ પ્રયોગની કહાણીમાં ઘણા મરોડ આવી ચૂક્યા હતા. પ્રયોગ શરૂ થતાં પહેલાં સાતેક વખત તેને રદ કરવાનો નિર્ણય લેવાઇ ગયો હતો. એ વખતે એવરીટે દૃઢ નિશ્ચય અને મક્કમ પ્રયાસોથી પ્રયોગને જીવતદાન અપાવ્યું. એ માટે નાસાના અધિકારીઓથી માંડીને અમેરિકાના સાંસદોને સમજાવવામાં એવરીટ પાછા પડ્યા નહીં.

એપ્રિલ ૨૦૦૪થી ઓગસ્ટ ૨૦૦૫ સુધી ગ્રેવિટી પ્રોબ-બીએ માહિતી એકઠી કરવાનું ચાલુ રાખ્યું. પરંતુ તેના દ્વારા મળેલી માહિતી પરથી જણાયું કે અભૂતપૂર્વ ચોક્સાઇ ધરાવતાં જાયરોસ્કોપ ખરાબે ચડીને દિશાભાન ગુમાવી બેઠાં હતાં અને ઘણી વાર આડીઅવળી દિશાઓ ભણી તકાઇ જતાં હતાં. ‘નાસા’ના ઇતિહાસમાં સૌથી લાંબા પ્રોજેક્ટમાંના એક ગણાતા ‘ગ્રેવિટી પ્રોબ-બી’ માટે આ ખેદની વાત હતી. ૨૦૦૮માં ‘નાસા’એ આ પ્રોજેક્ટને ખાડે ગયેલો ગણીને તેને ભંડોળ આપવાનું બંધ કર્યું, ત્યારે ગ્રેવિટી પ્રોબ-બી થકી મળેલી ઘણી માહિતીનો અભ્યાસ અને તેનું પૃથક્કરણ બાકી હતાં. પ્રોજેક્ટ સાથે પોતાનું જીવન જોડી ચૂકેલા એવરેટે હિંમત હાર્યા વગર ખાનગી ભંડોળ માટે પ્રયાસ આદર્યા. એ પ્રયત્નો સફળ થતાં કામ આગળ ચાલ્યું. આખરે ૪ મે, ૨૦૦ના રોજ સંશોધકોએ ‘ગ્રેવિટી પ્રોબ-બી’ના પ્રયોગનાં પરિણામ જાહેર કર્યાં, જે આઇન્સ્ટાઇનની બન્ને થિયરીની પુષ્ટિ કરતાં હતાં.

અલબત્ત, ગ્રેવિટી પ્રોબ-બીનાં પરિણામના મહત્ત્વ અંગે સંશોધકો વચ્ચે મતભેદ પ્રવર્તે છે. ઘણા અભ્યાસીઓ માને છે કે ગ્રેવિટી પ્રોબ-બીનાં પરિણામ નવાં કે પહેલી વારનાં નથી. અત્યાર લગીમાં બીજાં મિશનો દરમિયાન આઇનસ્ટાઇનના બન્ને સિદ્ધાંતની સાબિતી મળતી રહી છે. જેમ કે શનિ અને તેના ઉપગ્રહોના અભ્યાસ માટે ‘નાસા’એ ‘કાસિની’ નામનું યાન રવાના કર્યું હતું. એ યાનમાંથી પૃથ્વી પર આવતા રેડિયોતરંગો સૂર્યના ગુરૂત્વાકર્ષણમાંથી પસાર થતી વખતે (સ્પેસ-ટાઇમની ‘જાળી’માં સૂર્યને કારણે પેદા થયેલા ઝોલની અસરથી) મરોડાયા હતા. બીજો વાંધો ગ્રેવિટી પ્રોબ-બીનાં પરિણામોની ચોક્સાઇ સામે છે. તેના કરતાં અગાઉનાં બીજાં મિશનની આડપેદાશ તરીકે મળેલાં પરિણામ વધારે ચોક્કસ હતાં.

તેમ છતાં, માત્ર ને માત્ર જનરલ થિયરી ઓફ રિલેટીવિટીની ખરાઇ માટેના મિશન તરીકે ગ્રેવિટી પ્રોબ-બીનું નામ વિજ્ઞાનના ઇતિહાસમાં લખાઇ ગયું છે એમાં બેમત નથી.

3 comments:

  1. Anonymous11:51:00 AM

    લેખ નું શીર્ષક ભલે રમુજી છે પણ લેખ અત્યંત માહિતીપ્રદ છે....
    આ માહિતી બદલ ઉર્વીશભાઈ ને ધન્યવાદ .

    ReplyDelete
  2. Anonymous3:25:00 PM

    સુંદર અને માહિતીપ્રદ લેખ માટે અભિનંદન.

    પરંતુ....

    "... પદાર્થ સ્પેસના તાણા અને ટાઇમ (સમય)ના વાણાથી રચાતા અદૃશ્ય, ત્રિપરિમાણીય (થ્રી-ડી) તાણાવાણામાં રહે છે....."
    અવકાશ અને સમય ભેગા મળીને સમય-અવકાશ (space-time continuum) બનાવે છે અને તે ચતુર્દિશ પરિમાણીય (4 - D ) હોય છે.

    " .... જીઓડેટિક ઇફેક્ટ...."
    જીઓડેસિક (geodesic)

    -- નિલય

    ReplyDelete
  3. @Nilay: Thanks for lively interest & Happy for correction.

    Reg. the effect, Geodetic is also right word. In fact it's used in all reports I read (including that of NASA's)

    geodetic [ˌdʒiːəʊˈdɛtɪk]
    adj
    1. (Mathematics) of or relating to geodesy
    2. (Mathematics) another word for geodesic
    from http://www.thefreedictionary.com

    (geodesy = The geologic science of the size and shape of the earth.)

    ReplyDelete