એક વૈજ્ઞાનિક જેણે સ્થાપિત કર્યું છે કે દરેક વસ્તુ સાપેક્ષ છે. વિતરિત ગતિનો કાયદો અને સાપેક્ષતાનો સિદ્ધાંત

સો વર્ષ પહેલાં, 1915 માં, એક યુવાન સ્વિસ વૈજ્ઞાનિક, જેણે તે સમયે ભૌતિકશાસ્ત્રમાં ક્રાંતિકારી શોધ કરી હતી, ગુરુત્વાકર્ષણની મૂળભૂત રીતે નવી સમજણનો પ્રસ્તાવ મૂક્યો હતો.

1915 માં, આઈન્સ્ટાઈને સાપેક્ષતાનો સામાન્ય સિદ્ધાંત પ્રકાશિત કર્યો, જે ગુરુત્વાકર્ષણને અવકાશ સમયની મૂળભૂત મિલકત તરીકે દર્શાવે છે. તેમણે સમીકરણોની શ્રેણી રજૂ કરી જેમાં પદાર્થની ઊર્જા અને ગતિ અને તેમાં હાજર કિરણોત્સર્ગ પર અવકાશ સમયની વક્રતાની અસર વર્ણવવામાં આવી હતી.

સો વર્ષ પછી, સાપેક્ષતાનો સામાન્ય સિદ્ધાંત (જીટીઆર) આધુનિક વિજ્ઞાનના નિર્માણ માટેનો આધાર બન્યો, તે તમામ પરીક્ષણોનો સામનો કરી શક્યો કે જેની સાથે વૈજ્ઞાનિકોએ તેના પર હુમલો કર્યો.

પરંતુ તાજેતરમાં સુધી સિદ્ધાંતની સ્થિરતા ચકાસવા માટે આત્યંતિક પરિસ્થિતિઓમાં પ્રયોગો હાથ ધરવાનું અશક્ય હતું.

તે આશ્ચર્યજનક છે કે સાપેક્ષતાનો સિદ્ધાંત 100 વર્ષમાં કેટલો મજબૂત સાબિત થયો છે. આઈન્સ્ટાઈને જે લખ્યું તે આપણે હજી પણ વાપરીએ છીએ!

ક્લિફોર્ડ વિલ, સૈદ્ધાંતિક ભૌતિકશાસ્ત્રી, ફ્લોરિડા યુનિવર્સિટી

વિજ્ઞાનીઓ પાસે હવે સામાન્ય સાપેક્ષતાની બહાર ભૌતિકશાસ્ત્રની શોધ કરવાની ટેકનોલોજી છે.

ગુરુત્વાકર્ષણ પર નવો દેખાવ

સાપેક્ષતાનો સામાન્ય સિદ્ધાંત ગુરુત્વાકર્ષણને બળ તરીકે વર્ણવે છે (જેમ કે તે ન્યુટોનિયન ભૌતિકશાસ્ત્રમાં દેખાય છે), પરંતુ પદાર્થોના સમૂહને કારણે અવકાશ-સમયની વક્રતા તરીકે. પૃથ્વી સૂર્યની આસપાસ ફરે છે એટલા માટે નહીં કે તારો તેને આકર્ષે છે, પરંતુ સૂર્ય અવકાશ-સમયને વિકૃત કરે છે. જો તમે ખેંચાયેલા ધાબળો પર ભારે બોલિંગ બોલ મૂકો છો, તો ધાબળો આકાર બદલશે - ગુરુત્વાકર્ષણ એ જ રીતે જગ્યાને અસર કરે છે.

આઈન્સ્ટાઈનના સિદ્ધાંતે કેટલીક ઉન્મત્ત શોધોની આગાહી કરી હતી. ઉદાહરણ તરીકે, બ્લેક હોલના અસ્તિત્વની સંભાવના, જે અવકાશ-સમયને એટલી હદે વળાંક આપે છે કે અંદરથી કશું જ છટકી ન શકે, પ્રકાશ પણ નહીં. સિદ્ધાંતના આધારે, આજે સામાન્ય રીતે સ્વીકૃત અભિપ્રાય માટે પુરાવા મળ્યા હતા કે બ્રહ્માંડ વિસ્તરી રહ્યું છે અને વેગ આપી રહ્યું છે.

અસંખ્ય અવલોકનો દ્વારા સામાન્ય સાપેક્ષતાની પુષ્ટિ કરવામાં આવી છે. આઈન્સ્ટાઈને પોતે બુધની ભ્રમણકક્ષાની ગણતરી કરવા માટે સામાન્ય સાપેક્ષતાનો ઉપયોગ કર્યો હતો, જેની ગતિ ન્યૂટનના નિયમો દ્વારા વર્ણવી શકાતી નથી. આઈન્સ્ટાઈને એવી આગાહી કરી હતી કે પદાર્થોનું અસ્તિત્વ એટલું વિશાળ છે કે તેઓ પ્રકાશને વળાંક આપે છે. આ એક ગુરુત્વાકર્ષણ લેન્સિંગ ઘટના છે જેનો ખગોળશાસ્ત્રીઓ વારંવાર સામનો કરે છે. ઉદાહરણ તરીકે, એક્ઝોપ્લેનેટની શોધ એ તારાના ગુરુત્વાકર્ષણ ક્ષેત્ર દ્વારા વળેલા કિરણોત્સર્ગમાં સૂક્ષ્મ ફેરફારોની અસર પર આધાર રાખે છે જેની આસપાસ ગ્રહ પરિભ્રમણ કરે છે.

આઈન્સ્ટાઈનના સિદ્ધાંતનું પરીક્ષણ

સામાન્ય સાપેક્ષતા સામાન્ય ગુરુત્વાકર્ષણ માટે સારી રીતે કામ કરે છે, જેમ કે પૃથ્વી પર કરવામાં આવેલા પ્રયોગો અને સૌરમંડળના ગ્રહોના અવલોકનો દ્વારા દર્શાવવામાં આવ્યું છે. પરંતુ ભૌતિકશાસ્ત્રની સીમાઓ પર પડેલી જગ્યાઓમાં અત્યંત મજબૂત ક્ષેત્રોની પરિસ્થિતિઓમાં તેનું ક્યારેય પરીક્ષણ કરવામાં આવ્યું નથી.

આવી પરિસ્થિતિઓમાં સિદ્ધાંતને ચકાસવાની સૌથી આશાસ્પદ રીત એ છે કે ગુરુત્વાકર્ષણ તરંગો તરીકે ઓળખાતા અવકાશ સમયના ફેરફારોનું અવલોકન કરવું. તેઓ મોટી ઘટનાઓ, બ્લેક હોલ અથવા ખાસ કરીને ગાઢ પદાર્થો - ન્યુટ્રોન તારા જેવા બે વિશાળ શરીરના વિલીનીકરણના પરિણામે દેખાય છે.

આ તીવ્રતાનું કોસ્મિક ફટાકડાનું પ્રદર્શન ફક્ત અવકાશ-સમયમાં સૌથી નાની લહેરોને પ્રતિબિંબિત કરશે. ઉદાહરણ તરીકે, જો બે બ્લેક હોલ આપણી ગેલેક્સીમાં ક્યાંક અથડાય અને ભળી જાય, તો ગુરુત્વાકર્ષણ તરંગો પૃથ્વી પર એક મીટરના અંતરે સ્થિત પદાર્થો વચ્ચેના અંતરને અણુ ન્યુક્લિયસના વ્યાસના એક હજારમા ભાગ સુધી ખેંચી અને સંકુચિત કરી શકે છે.

પ્રયોગો દેખાયા છે જે આવી ઘટનાઓને કારણે અવકાશ-સમયમાં થતા ફેરફારોને રેકોર્ડ કરી શકે છે.

આગામી બે વર્ષમાં ગુરુત્વાકર્ષણ તરંગો શોધવાની સારી તક છે.

ક્લિફોર્ડ વિલ

લેસર ઇન્ટરફેરોમીટર ગ્રેવિટેશનલ-વેવ ઓબ્ઝર્વેટરી (LIGO), રિચલેન્ડ, વોશિંગ્ટન અને લિવિંગ્સ્ટન, લ્યુઇસિયાના નજીકની વેધશાળાઓ સાથે, ડ્યુઅલ એલ-આકારના ડિટેક્ટરમાં મિનિટની વિકૃતિઓ શોધવા માટે લેસરનો ઉપયોગ કરે છે. જેમ જેમ સ્પેસટાઇમ રિપલ્સ ડિટેક્ટરમાંથી પસાર થાય છે, તેઓ જગ્યાને ખેંચે છે અને સંકુચિત કરે છે, જેના કારણે ડિટેક્ટર પરિમાણોમાં ફેરફાર કરે છે. અને LIGO તેમને માપી શકે છે.

LIGO એ 2002 માં શ્રેણીબદ્ધ પ્રક્ષેપણ શરૂ કર્યા, પરંતુ પરિણામો પ્રાપ્ત કરવામાં નિષ્ફળ ગયા. 2010 માં સુધારાઓ કરવામાં આવ્યા હતા, અને સંસ્થાના અનુગામી, એડવાન્સ્ડ LIGO, આ વર્ષે ફરીથી કાર્યરત થવું જોઈએ. ઘણા આયોજિત પ્રયોગોનો હેતુ ગુરુત્વાકર્ષણ તરંગોની શોધ કરવાનો છે.

સાપેક્ષતાના સિદ્ધાંતને ચકાસવાની બીજી રીત એ છે કે ગુરુત્વાકર્ષણ તરંગોના ગુણધર્મોને જોવું. ઉદાહરણ તરીકે, તેઓ ધ્રુવીકરણ કરી શકાય છે, જેમ કે ધ્રુવીકૃત ચશ્મામાંથી પ્રકાશ પસાર થાય છે. સાપેક્ષતાનો સિદ્ધાંત આવી અસરના લક્ષણોની આગાહી કરે છે, અને ગણતરીઓમાંથી કોઈપણ વિચલનો સિદ્ધાંત પર શંકા કરવાનું કારણ બની શકે છે.

એકીકૃત સિદ્ધાંત

ક્લિફોર્ડ વિલ માને છે કે ગુરુત્વાકર્ષણ તરંગોની શોધ માત્ર આઈન્સ્ટાઈનના સિદ્ધાંતને મજબૂત બનાવશે:

મને લાગે છે કે તે સાચું છે તેની ખાતરી કરવા માટે આપણે સામાન્ય સાપેક્ષતાના પુરાવા શોધવાનું ચાલુ રાખવું જોઈએ.

આ પ્રયોગો શા માટે જરૂરી છે?

આધુનિક ભૌતિકશાસ્ત્રના સૌથી મહત્વપૂર્ણ અને પ્રપંચી કાર્યો પૈકી એક એવા સિદ્ધાંતની શોધ છે જે આઈન્સ્ટાઈનના સંશોધનને એકસાથે જોડશે, એટલે કે, મેક્રોકોઝમનું વિજ્ઞાન અને ક્વોન્ટમ મિકેનિક્સ, નાનામાં નાની વસ્તુઓની વાસ્તવિકતા.

આ ક્ષેત્રમાં પ્રગતિ, ક્વોન્ટમ ગુરુત્વાકર્ષણ, સામાન્ય સાપેક્ષતામાં ફેરફારોની જરૂર પડી શકે છે. તે શક્ય છે કે ક્વોન્ટમ ગુરુત્વાકર્ષણ પ્રયોગો માટે એટલી બધી ઊર્જાની જરૂર પડશે કે તે હાથ ધરવા અશક્ય હશે. "પરંતુ કોણ જાણે છે," વિલ કહે છે, "કદાચ ક્વોન્ટમ બ્રહ્માંડમાં કોઈ અસર છે જે નજીવી છે, પરંતુ શોધી શકાય છે."

તેઓએ આ સિદ્ધાંત વિશે કહ્યું કે વિશ્વમાં ફક્ત ત્રણ જ લોકો તેને સમજી શક્યા છે, અને જ્યારે ગણિતશાસ્ત્રીઓએ તેમાંથી શું આવે છે તે સંખ્યાઓમાં વ્યક્ત કરવાનો પ્રયાસ કર્યો, ત્યારે લેખક પોતે, આલ્બર્ટ આઈન્સ્ટાઈને મજાક કરી કે હવે તેણે પણ તેને સમજવાનું બંધ કરી દીધું છે.

સાપેક્ષતાના વિશેષ અને સામાન્ય સિદ્ધાંતો એ સિદ્ધાંતના અસ્પષ્ટ ભાગો છે જેના પર વિશ્વની રચના પર આધુનિક વૈજ્ઞાનિક મંતવ્યો આધારિત છે.

"ચમત્કારનું વર્ષ"

1905 માં, જર્મનીના અગ્રણી વૈજ્ઞાનિક પ્રકાશન "એનાલેન ડેર ફિઝિક" ("ભૌતિકશાસ્ત્રના ઇતિહાસ") એ ફેડરલ પેટન્ટમાં નિષ્ણાત ત્રીજા વર્ગ - એક નાના કારકુન - તરીકે કામ કરતા 26 વર્ષીય આલ્બર્ટ આઈન્સ્ટાઈનના એક પછી એક ચાર લેખો પ્રકાશિત કર્યા. બર્નમાં ઓફિસ. તેમણે મેગેઝિન સાથે અગાઉ પણ સહયોગ કર્યો હતો, પરંતુ એક વર્ષમાં આટલી કૃતિઓ પ્રકાશિત કરવી એ એક અસાધારણ ઘટના હતી. જ્યારે તે દરેકમાં સમાયેલ વિચારોનું મૂલ્ય સ્પષ્ટ થયું ત્યારે તે વધુ નોંધપાત્ર બન્યું.

પ્રથમ લેખમાં, પ્રકાશના ક્વોન્ટમ પ્રકૃતિ વિશે વિચારો વ્યક્ત કરવામાં આવ્યા હતા, અને ઇલેક્ટ્રોમેગ્નેટિક રેડિયેશનના શોષણ અને પ્રકાશનની પ્રક્રિયાઓ ધ્યાનમાં લેવામાં આવી હતી. આના આધારે, ફોટોઇલેક્ટ્રિક અસર સૌપ્રથમ સમજાવવામાં આવી હતી - પદાર્થ દ્વારા ઇલેક્ટ્રોનનું ઉત્સર્જન, પ્રકાશના ફોટોન દ્વારા પછાડવામાં આવે છે, અને આ કિસ્સામાં પ્રકાશિત ઊર્જાની માત્રાની ગણતરી માટે સૂત્રો સૂચવવામાં આવ્યા હતા. તે ફોટોઇલેક્ટ્રિક અસરના સૈદ્ધાંતિક વિકાસ માટે હતું, જે ક્વોન્ટમ મિકેનિક્સની શરૂઆત બની હતી, અને સાપેક્ષતાના સિદ્ધાંતના અનુમાન માટે નહીં, કે આઇન્સ્ટાઇનને 1922 માં ભૌતિકશાસ્ત્રમાં નોબેલ પુરસ્કાર આપવામાં આવશે.

અન્ય લેખે પ્રવાહીમાં સ્થગિત નાના કણોની બ્રાઉનિયન ગતિના અભ્યાસના આધારે ભૌતિક આંકડાઓના લાગુ વિસ્તારો માટે પાયો નાખ્યો. આઈન્સ્ટાઈને વધઘટની પેટર્ન શોધવા માટેની પદ્ધતિઓનો પ્રસ્તાવ મૂક્યો - તેમના સૌથી સંભવિત મૂલ્યોમાંથી ભૌતિક જથ્થાના અવ્યવસ્થિત અને રેન્ડમ વિચલનો.

અને અંતે, "ચલતા શરીરના ઇલેક્ટ્રોડાયનેમિક્સ પર" અને "શું શરીરની જડતા તેમાં રહેલી ઉર્જા સામગ્રી પર આધારિત છે?" ભૌતિકશાસ્ત્રના ઇતિહાસમાં આલ્બર્ટ આઈન્સ્ટાઈનના સાપેક્ષતાના સિદ્ધાંત તરીકે અથવા તેના પ્રથમ ભાગ - STR - સાપેક્ષતાના વિશેષ સિદ્ધાંત તરીકે નિયુક્ત કરવામાં આવશે તે જંતુઓ ધરાવે છે.

સ્ત્રોતો અને પુરોગામી

19મી સદીના અંતમાં, ઘણા ભૌતિકશાસ્ત્રીઓને એવું લાગતું હતું કે બ્રહ્માંડની મોટાભાગની વૈશ્વિક સમસ્યાઓ હલ થઈ ગઈ છે, મુખ્ય શોધો થઈ ગઈ છે, અને માનવતાએ માત્ર સંચિત જ્ઞાનનો ઉપયોગ શક્તિશાળી રીતે તકનીકી પ્રગતિને વેગ આપવા માટે કરવાનો હતો. માત્ર થોડીક સૈદ્ધાંતિક વિસંગતતાઓએ બ્રહ્માંડના સુમેળભર્યા ચિત્રને બગાડ્યું છે, જે ઈથરથી ભરેલું છે અને અપરિવર્તનશીલ ન્યૂટોનિયન કાયદાઓ અનુસાર જીવે છે.

મેક્સવેલના સૈદ્ધાંતિક સંશોધન દ્વારા સંવાદિતા બગાડવામાં આવી હતી. તેમના સમીકરણો, જે ઇલેક્ટ્રોમેગ્નેટિક ક્ષેત્રોની ક્રિયાપ્રતિક્રિયાઓનું વર્ણન કરે છે, શાસ્ત્રીય મિકેનિક્સના સામાન્ય રીતે સ્વીકૃત નિયમોનો વિરોધાભાસ કરે છે. આ ગતિશીલ સંદર્ભ પ્રણાલીઓમાં પ્રકાશની ગતિના માપને સંબંધિત છે, જ્યારે ગેલિલિયોના સાપેક્ષતાના સિદ્ધાંતે કામ કરવાનું બંધ કર્યું - પ્રકાશની ઝડપે આગળ વધતી વખતે આવી સિસ્ટમોની ક્રિયાપ્રતિક્રિયાનું ગાણિતિક મોડેલ ઇલેક્ટ્રોમેગ્નેટિક તરંગોના અદ્રશ્ય થવા તરફ દોરી ગયું.

વધુમાં, ઈથર, જે કણો અને તરંગો, મેક્રોકોઝમ અને માઇક્રોકોઝમના એકસાથે અસ્તિત્વમાં સમાધાન કરવા માટે માનવામાં આવતું હતું, તે શોધી શકાતું ન હતું. પ્રયોગ, જે 1887 માં આલ્બર્ટ મિશેલસન અને એડવર્ડ મોર્લી દ્વારા હાથ ધરવામાં આવ્યો હતો, તેનો હેતુ "ઇથરિયલ પવન" શોધવાનો હતો, જે અનિવાર્યપણે એક અનન્ય ઉપકરણ - એક ઇન્ટરફેરોમીટર દ્વારા રેકોર્ડ કરવાનો હતો. પ્રયોગ આખું વર્ષ ચાલ્યો - સૂર્યની આસપાસ પૃથ્વીની સંપૂર્ણ ક્રાંતિનો સમય. ગ્રહ છ મહિના સુધી ઈથરના પ્રવાહની વિરુદ્ધ ચાલવાનો હતો, ઈથરને છ મહિના માટે પૃથ્વીના "સેલમાં ફૂંકવું" માનવામાં આવતું હતું, પરંતુ પરિણામ શૂન્ય હતું: ઈથરના પ્રભાવ હેઠળ પ્રકાશ તરંગોનું વિસ્થાપન હતું. શોધાયેલ નથી, જે ઈથરના અસ્તિત્વની હકીકત પર શંકા કરે છે.

લોરેન્ટ્ઝ અને પોઈનકેરે

ભૌતિકશાસ્ત્રીઓએ ઈથરની શોધ પરના પ્રયોગોના પરિણામો માટે સમજૂતી શોધવાનો પ્રયાસ કર્યો. હેન્ડ્રિક લોરેન્ઝે (1853-1928) તેમના ગાણિતિક મોડેલનો પ્રસ્તાવ મૂક્યો. તે અવકાશના ઇથરિક ભરણને ફરીથી જીવંત બનાવ્યું, પરંતુ માત્ર ખૂબ જ શરતી અને કૃત્રિમ ધારણા હેઠળ કે જ્યારે ઈથરમાંથી પસાર થાય છે, ત્યારે વસ્તુઓ હલનચલનની દિશામાં સંકુચિત થઈ શકે છે. આ મોડેલ મહાન હેનરી પોઈનકેરે (1854-1912) દ્વારા સંશોધિત કરવામાં આવ્યું હતું.

આ બે વિજ્ઞાનીઓના કાર્યોમાં, સાપેક્ષતાના સિદ્ધાંતની મુખ્ય ધારણાઓ બનાવતી વિભાવનાઓ પ્રથમ વખત દેખાયા, અને આ આઈન્સ્ટાઈનના સાહિત્યચોરીના આરોપોને ઓછા થવા દેતા નથી. આમાં એક સાથેના ખ્યાલની પરંપરાગતતા, પ્રકાશની સતત ગતિની પૂર્વધારણાનો સમાવેશ થાય છે. પોઈનકેરે સ્વીકાર્યું કે ઊંચી ઝડપે, ન્યૂટનના મિકેનિક્સના નિયમોને ફરીથી કામ કરવાની જરૂર છે, અને નિષ્કર્ષ પર આવ્યા કે ગતિ સાપેક્ષતા છે, પરંતુ ઈથર સિદ્ધાંતને લાગુ કરવા માટે.

સાપેક્ષતાનો વિશેષ સિદ્ધાંત - SRT

ઇલેક્ટ્રોમેગ્નેટિક પ્રક્રિયાઓનું યોગ્ય રીતે વર્ણન કરવાની સમસ્યાઓ સૈદ્ધાંતિક વિકાસ માટે વિષય પસંદ કરવા માટે પ્રેરક કારણ બની હતી અને 1905માં પ્રકાશિત થયેલા આઈન્સ્ટાઈનના પેપર્સમાં એક વિશિષ્ટ કેસ - સમાન અને લંબચોરસ ગતિનું અર્થઘટન હતું. 1915 સુધીમાં, સાપેક્ષતાના સામાન્ય સિદ્ધાંતની રચના કરવામાં આવી હતી, જે ગુરુત્વાકર્ષણની ક્રિયાપ્રતિક્રિયાઓને સમજાવતી હતી, પરંતુ પ્રથમ સિદ્ધાંતને વિશેષ કહેવામાં આવતું હતું.

આઈન્સ્ટાઈનના સાપેક્ષતાના વિશેષ સિદ્ધાંતને સંક્ષિપ્તમાં બે મુખ્ય ધારણાઓના સ્વરૂપમાં કહી શકાય. પ્રથમ ગેલિલિયોના સાપેક્ષતાના સિદ્ધાંતની ક્રિયાને તમામ ભૌતિક ઘટનાઓ માટે વિસ્તૃત કરે છે, અને માત્ર યાંત્રિક પ્રક્રિયાઓ માટે જ નહીં. વધુ સામાન્ય સ્વરૂપમાં, તે જણાવે છે: તમામ ભૌતિક નિયમો તમામ જડતા (સીધી રેખામાં અથવા બાકીના ભાગમાં સમાન રીતે આગળ વધતા) સંદર્ભ ફ્રેમ્સ માટે સમાન છે.

બીજું નિવેદન, જેમાં સાપેક્ષતાનો વિશેષ સિદ્ધાંત છે: શૂન્યાવકાશમાં પ્રકાશના પ્રસારની ઝડપ સંદર્ભના તમામ જડતા ફ્રેમ્સ માટે સમાન છે. આગળ, વધુ વૈશ્વિક નિષ્કર્ષ કાઢવામાં આવે છે: પ્રકાશની ગતિ એ પ્રકૃતિમાં ક્રિયાપ્રતિક્રિયાઓના પ્રસારણની ઝડપ માટે મહત્તમ મહત્તમ મૂલ્ય છે.

STR ની ગાણિતિક ગણતરીઓમાં, E=mc² સૂત્ર આપવામાં આવ્યું છે, જે અગાઉ ભૌતિક પ્રકાશનોમાં દેખાયું હતું, પરંતુ તે આઈન્સ્ટાઈનને આભારી છે કે તે વિજ્ઞાનના ઇતિહાસમાં સૌથી વધુ પ્રખ્યાત અને લોકપ્રિય બન્યું હતું. સાપેક્ષતાના સિદ્ધાંતનું સૌથી ક્રાંતિકારી સૂત્ર સમૂહ અને ઊર્જાની સમાનતા વિશેનું નિષ્કર્ષ છે. સામૂહિક સાથેના કોઈપણ પદાર્થમાં મોટી માત્રામાં ઊર્જા હોય છે તે ખ્યાલ પરમાણુ ઊર્જાના ઉપયોગના વિકાસ માટેનો આધાર બન્યો અને સૌથી ઉપર, અણુ બોમ્બના દેખાવ તરફ દોરી ગયો.

વિશેષ સાપેક્ષતાની અસરો

STR થી ઘણા પરિણામો આવે છે, જેને રિલેટિવિસ્ટિક અસરો કહેવાય છે. સમય વિસ્તરણ એ સૌથી આકર્ષક છે. તેનો સાર એ છે કે ફરતા સંદર્ભ ફ્રેમમાં સમય ધીમો ચાલે છે. ગણતરીઓ દર્શાવે છે કે આલ્ફા સેંટૌરી સ્ટાર સિસ્ટમ પર કાલ્પનિક ઉડાન ભરતા અવકાશયાન પર અને 0.95 c (c એ પ્રકાશની ગતિ છે) ની ઝડપે 7.3 વર્ષ પસાર થશે, અને પૃથ્વી પર - 12 વર્ષ. ડમી માટે સાપેક્ષતાના સિદ્ધાંત તેમજ સંબંધિત જોડિયા વિરોધાભાસને સમજાવતી વખતે આવા ઉદાહરણો ઘણીવાર આપવામાં આવે છે.

બીજી અસર એ રેખીય પરિમાણોમાં ઘટાડો છે, એટલે કે, નિરીક્ષકના દૃષ્ટિકોણથી, c ની નજીકની ઝડપે તેની સાપેક્ષ આગળ વધતા પદાર્થોની પોતાની લંબાઈ કરતાં હલનચલનની દિશામાં નાના રેખીય પરિમાણો હશે. સાપેક્ષ ભૌતિકશાસ્ત્ર દ્વારા અનુમાનિત આ અસરને લોરેન્ટ્ઝ સંકોચન કહેવામાં આવે છે.

સાપેક્ષ ગતિશાસ્ત્રના નિયમો અનુસાર, ગતિશીલ પદાર્થનું દળ તેના બાકીના દળ કરતા વધારે છે. પ્રાથમિક કણોના અભ્યાસ માટેના સાધનો વિકસાવતી વખતે આ અસર ખાસ કરીને નોંધપાત્ર બને છે - તેને ધ્યાનમાં લીધા વિના, LHC (લાર્જ હેડ્રોન કોલાઇડર) ની કામગીરીની કલ્પના કરવી મુશ્કેલ છે.

અવકાશ સમય

SRT ના સૌથી મહત્વપૂર્ણ ઘટકોમાંનું એક સાપેક્ષ ગતિશાસ્ત્રનું ગ્રાફિકલ રજૂઆત છે, એક એકીકૃત અવકાશ-સમયની વિશેષ ખ્યાલ, જે જર્મન ગણિતશાસ્ત્રી હર્મન મિન્કોવસ્કી દ્વારા પ્રસ્તાવિત કરવામાં આવી હતી, જેઓ એક સમયે આલ્બર્ટ આઈન્સ્ટાઈનના વિદ્યાર્થી માટે ગણિતના શિક્ષક હતા. .

મિન્કોવસ્કી મોડેલનો સાર એ ક્રિયાપ્રતિક્રિયા કરતી વસ્તુઓની સ્થિતિ નક્કી કરવા માટે એક સંપૂર્ણપણે નવો અભિગમ છે. સાપેક્ષતાનો વિશેષ સિદ્ધાંત સમય પર વિશેષ ધ્યાન આપે છે. સમય એ શાસ્ત્રીય ત્રિ-પરિમાણીય સંકલન પ્રણાલીનો માત્ર ચોથો સંકલન નથી, સમય એ ચોક્કસ મૂલ્ય નથી, પરંતુ અવકાશની અવિભાજ્ય લાક્ષણિકતા છે, જે અવકાશ-સમય સાતત્યનું સ્વરૂપ લે છે, જે ગ્રાફિકલી શંકુના રૂપમાં વ્યક્ત થાય છે, જેમાં તમામ ક્રિયાપ્રતિક્રિયાઓ થાય છે.

સાપેક્ષતાના સિદ્ધાંતમાં આવી જગ્યા, તેના વધુ સામાન્યકૃત પ્રકૃતિમાં વિકાસ સાથે, પાછળથી વક્રતાને આધિન કરવામાં આવી હતી, જેણે ગુરુત્વાકર્ષણ ક્રિયાપ્રતિક્રિયાઓનું વર્ણન કરવા માટે આવા મોડેલને યોગ્ય બનાવ્યું હતું.

સિદ્ધાંતનો વધુ વિકાસ

એસઆરટીને તરત જ ભૌતિકશાસ્ત્રીઓમાં સમજણ મળી ન હતી, પરંતુ ધીમે ધીમે તે વિશ્વનું વર્ણન કરવા માટેનું મુખ્ય સાધન બની ગયું, ખાસ કરીને પ્રાથમિક કણોની દુનિયા, જે ભૌતિક વિજ્ઞાનના અભ્યાસનો મુખ્ય વિષય બની ગયો. પરંતુ ગુરુત્વાકર્ષણ દળોના સમજૂતી સાથે એસઆરટીને પૂરક બનાવવાનું કાર્ય ખૂબ જ તાકીદનું હતું, અને આઈન્સ્ટાઈને સાપેક્ષતાના સામાન્ય સિદ્ધાંત - જીટીઆરના સિદ્ધાંતોને માન આપીને કામ કરવાનું બંધ કર્યું ન હતું. આ સિદ્ધાંતોની ગાણિતિક પ્રક્રિયામાં ઘણો લાંબો સમય લાગ્યો - લગભગ 11 વર્ષ, અને ભૌતિકશાસ્ત્રથી સંબંધિત ચોક્કસ વિજ્ઞાનના ક્ષેત્રોના નિષ્ણાતોએ તેમાં ભાગ લીધો.

આમ, તે સમયના અગ્રણી ગણિતશાસ્ત્રી ડેવિડ હિલ્બર્ટ (1862-1943) દ્વારા એક વિશાળ યોગદાન આપવામાં આવ્યું હતું, જે ગુરુત્વાકર્ષણ ક્ષેત્રના સમીકરણોના સહ-લેખકોમાંના એક બન્યા હતા. તેઓ એક સુંદર ઇમારતના નિર્માણમાં છેલ્લા પથ્થર હતા, જેને નામ મળ્યું - સાપેક્ષતાનો સામાન્ય સિદ્ધાંત, અથવા જીટીઆર.

સાપેક્ષતાનો સામાન્ય સિદ્ધાંત - સામાન્ય સાપેક્ષતા

ગુરુત્વાકર્ષણ ક્ષેત્રનો આધુનિક સિદ્ધાંત, "અવકાશ-સમય" બંધારણનો સિદ્ધાંત, "અવકાશ-સમય" ની ભૂમિતિ, અહેવાલની બિન-જડતી પ્રણાલીઓમાં ભૌતિક ક્રિયાપ્રતિક્રિયાઓનો કાયદો - આ બધા આલ્બર્ટ આઈન્સ્ટાઈનના જુદા જુદા નામો છે. સાપેક્ષતાનો સામાન્ય સિદ્ધાંત.

સાર્વત્રિક ગુરુત્વાકર્ષણનો સિદ્ધાંત, જે લાંબા સમયથી વિવિધ કદના પદાર્થો અને ક્ષેત્રોની ક્રિયાપ્રતિક્રિયાઓ પર ગુરુત્વાકર્ષણ પર ભૌતિક વિજ્ઞાનના મંતવ્યો નક્કી કરે છે. વિરોધાભાસી રીતે, તેની મુખ્ય ખામી તેના સારની અમૂર્તતા, ભ્રામક અને ગાણિતિક પ્રકૃતિ હતી. તારાઓ અને ગ્રહો વચ્ચે એક શૂન્યતા હતી; અવકાશી પદાર્થો વચ્ચેના આકર્ષણને અમુક દળોની લાંબા અંતરની ક્રિયા દ્વારા સમજાવવામાં આવ્યું હતું, અને તે સમયે તરત જ. આલ્બર્ટ આઈન્સ્ટાઈનના સાપેક્ષતાના સામાન્ય સિદ્ધાંતે ગુરુત્વાકર્ષણને ભૌતિક સામગ્રીથી ભરી દીધું અને તેને વિવિધ ભૌતિક પદાર્થોના સીધા સંપર્ક તરીકે રજૂ કર્યું.

ગુરુત્વાકર્ષણની ભૂમિતિ

આઈન્સ્ટાઈને ગુરુત્વાકર્ષણની ક્રિયાપ્રતિક્રિયાઓ સમજાવી તે મુખ્ય વિચાર ખૂબ જ સરળ છે. તે અવકાશ-સમયને ગુરુત્વાકર્ષણ બળોની ભૌતિક અભિવ્યક્તિ તરીકે જાહેર કરે છે, જે તદ્દન મૂર્ત ચિહ્નો - મેટ્રિક્સ અને વિકૃતિઓથી સંપન્ન છે, જે પદાર્થના સમૂહથી પ્રભાવિત છે જેની આસપાસ આવા વળાંકો રચાય છે. એક સમયે, આઈન્સ્ટાઈનને બ્રહ્માંડના સિદ્ધાંતમાં ઈથરની વિભાવના પર પાછા આવવા માટેના કૉલ્સનો શ્રેય પણ આપવામાં આવ્યો હતો, એક સ્થિતિસ્થાપક સામગ્રી માધ્યમ તરીકે જે જગ્યાને ભરે છે. તેમણે સમજાવ્યું કે તેમના માટે એવા પદાર્થને કૉલ કરવો મુશ્કેલ છે જેમાં ઘણા ગુણો છે જેને વૌમ તરીકે વર્ણવી શકાય છે.

આ રીતે, ગુરુત્વાકર્ષણ એ ચાર-પરિમાણીય અવકાશ-સમયના ભૌમિતિક ગુણધર્મોનું અભિવ્યક્તિ છે, જેને STR માં અનકર્વ્ડ તરીકે નિયુક્ત કરવામાં આવ્યું હતું, પરંતુ વધુ સામાન્ય કિસ્સાઓમાં તે વક્રતાથી સંપન્ન છે, જે ભૌતિક પદાર્થોની હિલચાલ નક્કી કરે છે, જે સમાન રીતે આપવામાં આવે છે. આઈન્સ્ટાઈન દ્વારા જાહેર કરાયેલ સમાનતાના સિદ્ધાંત અનુસાર પ્રવેગક.

સાપેક્ષતાના સિદ્ધાંતનો આ મૂળભૂત સિદ્ધાંત ન્યૂટનના સાર્વત્રિક ગુરુત્વાકર્ષણના સિદ્ધાંતની ઘણી બધી "અડચણો" સમજાવે છે: કેટલીક ખગોળીય ઘટનાઓ દરમિયાન વિશાળ કોસ્મિક પદાર્થોની નજીકથી પસાર થતી વખતે જોવા મળેલ પ્રકાશનું બેન્ડિંગ અને, પ્રાચીન લોકોએ નોંધ્યું હતું કે પતનનો સમાન પ્રવેગ શરીરના, તેમના સમૂહને ધ્યાનમાં લીધા વિના.

અવકાશની વક્રતાનું મોડેલિંગ

ડમીઝ માટે સાપેક્ષતાના સામાન્ય સિદ્ધાંતને સમજાવવા માટે વપરાતું એક સામાન્ય ઉદાહરણ એ ટ્રેમ્પોલિનના સ્વરૂપમાં અવકાશ-સમયનું પ્રતિનિધિત્વ છે - એક સ્થિતિસ્થાપક પાતળી પટલ કે જેના પર વસ્તુઓ (મોટાભાગે બોલ્સ) મૂકવામાં આવે છે, ક્રિયાપ્રતિક્રિયા કરતી વસ્તુઓનું અનુકરણ કરે છે. ભારે દડા પટલને વળાંક આપે છે, પોતાની આસપાસ એક નાળચું બનાવે છે. સમગ્ર સપાટી પર શરૂ થયેલો એક નાનો દડો ગુરુત્વાકર્ષણના નિયમો અનુસાર સંપૂર્ણ રીતે આગળ વધે છે, ધીમે ધીમે વધુ મોટા પદાર્થો દ્વારા રચાયેલા હતાશામાં ફેરવાય છે.

પરંતુ આવા ઉદાહરણ તદ્દન પરંપરાગત છે. વાસ્તવિક અવકાશ-સમય બહુપરિમાણીય છે, તેની વક્રતા પણ એટલી પ્રાથમિક લાગતી નથી, પરંતુ ગુરુત્વાકર્ષણ ક્રિયાપ્રતિક્રિયાની રચનાનો સિદ્ધાંત અને સાપેક્ષતાના સિદ્ધાંતનો સાર સ્પષ્ટ થઈ જાય છે. કોઈ પણ સંજોગોમાં, ગુરુત્વાકર્ષણના સિદ્ધાંતને વધુ તાર્કિક અને સુસંગત રીતે સમજાવતી પૂર્વધારણા હજી અસ્તિત્વમાં નથી.

સત્યનો પુરાવો

સામાન્ય સાપેક્ષતાને ઝડપથી એક શક્તિશાળી પાયા તરીકે સમજવાનું શરૂ થયું કે જેના પર આધુનિક ભૌતિકશાસ્ત્ર બાંધી શકાય. શરૂઆતથી જ, સાપેક્ષતાના સિદ્ધાંતે તેની સુમેળ અને સુમેળથી માત્ર નિષ્ણાતોને જ આશ્ચર્યચકિત કર્યા, અને તેના દેખાવ પછી તરત જ અવલોકનો દ્વારા તેની પુષ્ટિ થવા લાગી.

બુધની ભ્રમણકક્ષાનો સૂર્યની સૌથી નજીકનો બિંદુ - પેરિહેલિયન - સૂર્યમંડળના અન્ય ગ્રહોની ભ્રમણકક્ષાની તુલનામાં ધીમે ધીમે બદલાઈ રહ્યો છે, જેની શોધ 19મી સદીના મધ્યમાં થઈ હતી. આ ચળવળ - અગ્રતા - ન્યુટનના સાર્વત્રિક ગુરુત્વાકર્ષણના સિદ્ધાંતના માળખામાં વાજબી સમજૂતી શોધી શકી નથી, પરંતુ સાપેક્ષતાના સામાન્ય સિદ્ધાંતના આધારે તેની ચોક્કસ ગણતરી કરવામાં આવી હતી.

1919માં થયેલા સૂર્યગ્રહણે સામાન્ય સાપેક્ષતાના વધુ એક પુરાવાની તક પૂરી પાડી હતી. આર્થર એડિંગ્ટન, જેમણે મજાકમાં પોતાને સાપેક્ષતાના સિદ્ધાંતની મૂળભૂત બાબતોને સમજતા ત્રણમાંથી બીજા વ્યક્તિ તરીકે ઓળખાવ્યા, તેમણે જ્યારે તારાની નજીકથી પ્રકાશના ફોટોન પસાર થયા ત્યારે આઈન્સ્ટાઈન દ્વારા અનુમાનિત વિચલનોની પુષ્ટિ કરી: ગ્રહણની ક્ષણે, દેખીતી રીતે એક ફેરફાર કેટલાક તારાઓની સ્થિતિ નોંધનીય બની હતી.

સામાન્ય સાપેક્ષતાના અન્ય પુરાવાઓ વચ્ચે, ઘડિયાળની મંદી અથવા ગુરુત્વાકર્ષણીય રેડશિફ્ટ શોધવાનો એક પ્રયોગ આઈન્સ્ટાઈને પોતે પ્રસ્તાવિત કર્યો હતો. ઘણા વર્ષો પછી જ જરૂરી પ્રાયોગિક સાધનો તૈયાર કરવા અને આ પ્રયોગ હાથ ધરવાનું શક્ય બન્યું. ઉત્સર્જક અને રીસીવરમાંથી રેડિયેશન ફ્રીક્વન્સીઝનું ગુરુત્વાકર્ષણ શિફ્ટ, ઊંચાઈમાં અલગ, સામાન્ય સાપેક્ષતા દ્વારા અનુમાનિત મર્યાદામાં હોવાનું બહાર આવ્યું, અને હાર્વર્ડ ભૌતિકશાસ્ત્રીઓ રોબર્ટ પાઉન્ડ અને ગ્લેન રેબકા, જેમણે આ પ્રયોગ હાથ ધર્યો, ત્યારબાદ માત્ર ચોકસાઈમાં વધારો કર્યો. માપન, અને સાપેક્ષતાના સિદ્ધાંતનું સૂત્ર ફરીથી સાચું બહાર આવ્યું.

આઈન્સ્ટાઈનનો સાપેક્ષતાનો સિદ્ધાંત હંમેશા સૌથી મહત્વપૂર્ણ અવકાશ સંશોધન પ્રોજેક્ટ્સના સમર્થનમાં હાજર રહે છે. સંક્ષિપ્તમાં, આપણે કહી શકીએ કે તે નિષ્ણાતો માટે એક એન્જિનિયરિંગ સાધન બની ગયું છે, ખાસ કરીને જેઓ સેટેલાઇટ નેવિગેશન સિસ્ટમ્સ - GPS, GLONASS, વગેરે સાથે કામ કરે છે. સામાન્ય સાપેક્ષતા દ્વારા અનુમાનિત સિગ્નલ મંદીને ધ્યાનમાં લીધા વિના, પ્રમાણમાં નાની જગ્યામાં પણ જરૂરી ચોકસાઈ સાથે ઑબ્જેક્ટના કોઓર્ડિનેટ્સની ગણતરી કરવી અશક્ય છે. ખાસ કરીને જ્યારે આપણે કોસ્મિક ડિસ્ટન્સ દ્વારા વિભાજિત વસ્તુઓ વિશે વાત કરી રહ્યા છીએ, જ્યાં નેવિગેશનમાં ભૂલ પ્રચંડ હોઈ શકે છે.

સાપેક્ષતાના સિદ્ધાંતના નિર્માતા

સાપેક્ષતાના સિદ્ધાંતના સિદ્ધાંતો પ્રકાશિત કર્યા ત્યારે આલ્બર્ટ આઈન્સ્ટાઈન હજુ પણ યુવાન હતા. ત્યારબાદ, તેની ખામીઓ અને અસંગતતાઓ તેને સ્પષ્ટ થઈ ગઈ. ખાસ કરીને, સામાન્ય સાપેક્ષતાની સૌથી મહત્વની સમસ્યા ક્વોન્ટમ મિકેનિક્સમાં તેના એકીકરણની અશક્યતા હતી, કારણ કે ગુરુત્વાકર્ષણ ક્રિયાપ્રતિક્રિયાઓનું વર્ણન સિદ્ધાંતોનો ઉપયોગ કરે છે જે એકબીજાથી ધરમૂળથી અલગ છે. ક્વોન્ટમ મિકેનિક્સ એક જ અવકાશ-સમયમાં પદાર્થોની ક્રિયાપ્રતિક્રિયાને ધ્યાનમાં લે છે, અને આઈન્સ્ટાઈન માટે આ જગ્યા પોતે ગુરુત્વાકર્ષણ બનાવે છે.

"અસ્તિત્વમાં રહેલી દરેક વસ્તુનું સૂત્ર" લખવું - એક એકીકૃત ક્ષેત્ર સિદ્ધાંત જે સામાન્ય સાપેક્ષતા અને ક્વોન્ટમ ભૌતિકશાસ્ત્રના વિરોધાભાસને દૂર કરશે, તે આઈન્સ્ટાઈનનો ધ્યેય હતો ઘણા વર્ષો સુધી તેણે આ સિદ્ધાંત પર કામ કર્યું, પરંતુ સફળતા હાંસલ કરી ન હતી. સામાન્ય સાપેક્ષતાની સમસ્યાઓ ઘણા સિદ્ધાંતવાદીઓ માટે વિશ્વના વધુ અદ્યતન મોડેલો શોધવા માટે પ્રોત્સાહન બની ગઈ છે. આ રીતે સ્ટ્રિંગ થિયરીઓ, લૂપ ક્વોન્ટમ ગુરુત્વાકર્ષણ અને અન્ય ઘણા બધા દેખાયા.

સામાન્ય સાપેક્ષતાના લેખકના વ્યક્તિત્વે સાપેક્ષતાના સિદ્ધાંતના વિજ્ઞાન માટેના મહત્વની તુલનામાં ઇતિહાસ પર એક છાપ છોડી દીધી છે. તેણી હજી પણ કોઈને ઉદાસીન છોડતી નથી. આઈન્સ્ટાઈન પોતે વિચારતા હતા કે ભૌતિકશાસ્ત્ર સાથે કોઈ લેવાદેવા ન હોય તેવા લોકો દ્વારા તેમના અને તેમના કામ પર આટલું ધ્યાન શા માટે આપવામાં આવે છે. તેમના અંગત ગુણો, પ્રખ્યાત સમજશક્તિ, સક્રિય રાજકીય સ્થિતિ અને અભિવ્યક્ત દેખાવ માટે આભાર, આઈન્સ્ટાઈન પૃથ્વી પરના સૌથી પ્રખ્યાત ભૌતિકશાસ્ત્રી બન્યા, ઘણા પુસ્તકો, ફિલ્મો અને કમ્પ્યુટર રમતોનો હીરો.

તેમના જીવનનો અંત ઘણા લોકો દ્વારા નાટકીય રીતે વર્ણવવામાં આવ્યો છે: તે એકલા હતા, સૌથી ભયંકર શસ્ત્રના દેખાવ માટે પોતાને જવાબદાર માનતા હતા, જે ગ્રહ પરના તમામ જીવન માટે ખતરો બની ગયા હતા, તેમનો એકીકૃત ક્ષેત્ર સિદ્ધાંત એક અવાસ્તવિક સ્વપ્ન રહ્યું હતું, પરંતુ શ્રેષ્ઠ પરિણામ એ આઈન્સ્ટાઈનના શબ્દો ગણી શકાય, જે તેમના મૃત્યુના થોડા સમય પહેલા બોલાયેલા હતા કે તેમણે પૃથ્વી પર તેમનું કાર્ય પૂર્ણ કર્યું હતું. તેની સાથે દલીલ કરવી મુશ્કેલ છે.

27 એપ્રિલ, 1900 ના રોજ રોયલ ઇન્સ્ટિટ્યુશન ઓફ ગ્રેટ બ્રિટન ખાતેના એક ભાષણમાં, લોર્ડ કેલ્વિને કહ્યું: “સૈદ્ધાંતિક ભૌતિકશાસ્ત્ર એક સુમેળભર્યું અને સંપૂર્ણ મકાન છે. ભૌતિકશાસ્ત્રના સ્પષ્ટ આકાશમાં માત્ર બે નાના વાદળો છે - પ્રકાશની ગતિની સ્થિરતા અને તરંગલંબાઇના આધારે રેડિયેશનની તીવ્રતાનો વળાંક. મને લાગે છે કે આ બે ચોક્કસ પ્રશ્નો ટૂંક સમયમાં ઉકેલાઈ જશે અને 20મી સદીના ભૌતિકશાસ્ત્રીઓ પાસે કરવાનું કંઈ બાકી રહેશે નહીં. લોર્ડ કેલ્વિન ભૌતિકશાસ્ત્રમાં સંશોધનના મુખ્ય ક્ષેત્રોને સૂચવવામાં એકદમ સાચા નીકળ્યા, પરંતુ તેમણે તેમના મહત્વનું યોગ્ય રીતે મૂલ્યાંકન કર્યું ન હતું: સાપેક્ષતાનો સિદ્ધાંત અને ક્વોન્ટમ થિયરી જે તેમાંથી જન્મી હતી તે સંશોધન માટે અનંત જગ્યાઓ બની છે જેણે કબજો કર્યો છે. સો વર્ષથી વધુ સમયથી વૈજ્ઞાનિક દિમાગ.

તે ગુરુત્વાકર્ષણીય ક્રિયાપ્રતિક્રિયાનું વર્ણન કરતું ન હોવાથી, આઈન્સ્ટાઈને, તેની પૂર્ણતા પછી તરત જ, આ સિદ્ધાંતનું સામાન્ય સંસ્કરણ વિકસાવવાનું શરૂ કર્યું, જેની રચના માટે તેણે 1907-1915 ગાળ્યા. આ સિદ્ધાંત તેની સરળતા અને કુદરતી ઘટનાઓ સાથે સુસંગતતામાં સુંદર હતો, એક વસ્તુ સિવાય: આઈન્સ્ટાઈને સિદ્ધાંતનું સંકલન કર્યું તે સમયે, બ્રહ્માંડનું વિસ્તરણ અને અન્ય તારાવિશ્વોનું અસ્તિત્વ પણ હજુ સુધી જાણીતું નહોતું, તેથી તે સમયના વૈજ્ઞાનિકો માનતા હતા કે બ્રહ્માંડ અનિશ્ચિતપણે અસ્તિત્વમાં છે અને સ્થિર હતું. તે જ સમયે, તે ન્યુટનના સાર્વત્રિક ગુરુત્વાકર્ષણના નિયમનું અનુસરણ કરે છે કે સ્થિર તારાઓને અમુક સમયે એક બિંદુએ ખેંચી લેવા જોઈએ.

આ ઘટના માટે વધુ સારી સમજૂતી ન મળતાં, આઈન્સ્ટાઈને તેમના સમીકરણોમાં પરિચય કરાવ્યો, જેણે સંખ્યાત્મક રીતે વળતર આપ્યું અને આમ ભૌતિકશાસ્ત્રના નિયમોનું ઉલ્લંઘન કર્યા વિના સ્થિર બ્રહ્માંડને અસ્તિત્વમાં રહેવાની મંજૂરી આપી. ત્યારબાદ, આઈન્સ્ટાઈને તેમના સમીકરણોમાં કોસ્મોલોજિકલ કોન્સ્ટન્ટની રજૂઆતને તેમની સૌથી મોટી ભૂલ ગણવાનું શરૂ કર્યું, કારણ કે તે સિદ્ધાંત માટે જરૂરી ન હતું અને તે સમયે દેખીતી રીતે સ્થિર બ્રહ્માંડ સિવાય અન્ય કોઈ વસ્તુ દ્વારા તેની પુષ્ટિ થઈ ન હતી. અને 1965 માં, કોસ્મિક માઇક્રોવેવ પૃષ્ઠભૂમિ કિરણોત્સર્ગની શોધ થઈ, જેનો અર્થ એ થયો કે બ્રહ્માંડની શરૂઆત હતી અને આઈન્સ્ટાઈનના સમીકરણોમાં સ્થિરતા સંપૂર્ણપણે બિનજરૂરી હોવાનું બહાર આવ્યું. તેમ છતાં, બ્રહ્માંડ સંબંધી સ્થિરાંક તેમ છતાં 1998 માં મળી આવ્યો હતો: હબલ ટેલિસ્કોપ દ્વારા પ્રાપ્ત માહિતી અનુસાર, દૂરના તારાવિશ્વોએ ગુરુત્વાકર્ષણ આકર્ષણના પરિણામે તેમના વિસ્તરણને ધીમું કર્યું નથી, પરંતુ તેમના વિસ્તરણને વેગ આપ્યો છે.

મૂળભૂત સિદ્ધાંત

સાપેક્ષતાના વિશેષ સિદ્ધાંતની મૂળભૂત ધારણાઓ ઉપરાંત, અહીં કંઈક નવું ઉમેરવામાં આવ્યું હતું: ન્યૂટોનિયન મિકેનિક્સે ભૌતિક સંસ્થાઓની ગુરુત્વાકર્ષણ ક્રિયાપ્રતિક્રિયાનું સંખ્યાત્મક મૂલ્યાંકન આપ્યું હતું, પરંતુ આ પ્રક્રિયાના ભૌતિકશાસ્ત્રને સમજાવ્યું નથી. આઈન્સ્ટાઈને એક વિશાળ શરીર દ્વારા 4-પરિમાણીય અવકાશ-સમયની વક્રતા દ્વારા આનું વર્ણન કરવામાં વ્યવસ્થાપિત કર્યું: શરીર પોતાની આસપાસ એક વિક્ષેપ પેદા કરે છે, જેના પરિણામે આસપાસના શરીર જીઓડેસિક રેખાઓ સાથે આગળ વધવાનું શરૂ કરે છે (આવી રેખાઓના ઉદાહરણો છે. પૃથ્વીનું અક્ષાંશ અને રેખાંશ, જે આંતરિક નિરીક્ષકને સીધી રેખાઓ લાગે છે, પરંતુ વાસ્તવમાં તે સહેજ વક્ર છે). પ્રકાશના કિરણો પણ એ જ રીતે વળે છે, જે વિશાળ પદાર્થની પાછળ દેખાતા ચિત્રને વિકૃત કરે છે. પદાર્થોની સ્થિતિ અને સમૂહના સફળ સંયોગ સાથે, આ તરફ દોરી જાય છે (જ્યારે અવકાશ-સમયની વક્રતા વિશાળ લેન્સ તરીકે કાર્ય કરે છે, જે દૂરના પ્રકાશના સ્ત્રોતને વધુ તેજસ્વી બનાવે છે). જો પરિમાણો સંપૂર્ણ રીતે મેળ ખાતા નથી, તો આ દૂરના પદાર્થોની ખગોળશાસ્ત્રીય છબીઓમાં "આઈન્સ્ટાઈન ક્રોસ" અથવા "આઈન્સ્ટાઈન વર્તુળ" ની રચના તરફ દોરી શકે છે.

સિદ્ધાંતની આગાહીઓમાં ગુરુત્વાકર્ષણ સમયનું વિસ્તરણ પણ હતું (જે મોટા પદાર્થની નજીક પહોંચતી વખતે, પ્રવેગકને કારણે સમયના વિસ્તરણની જેમ શરીર પર કાર્ય કરે છે), ગુરુત્વાકર્ષણ (જ્યારે વિશાળ શરીર દ્વારા ઉત્સર્જિત પ્રકાશનો કિરણ) સ્પેક્ટ્રમના લાલ ભાગમાં "ગુરુત્વાકર્ષણ વેલ" માંથી બહાર નીકળવાના કાર્ય કાર્ય માટે તેની ઊર્જા ગુમાવવાના પરિણામે, તેમજ ગુરુત્વાકર્ષણ તરંગો (અવકાશ-સમયનું વિક્ષેપ જે તેની હિલચાલ દરમિયાન દળ ધરાવતા કોઈપણ શરીર દ્વારા ઉત્પન્ન થાય છે) .

સિદ્ધાંતની સ્થિતિ

સાપેક્ષતાના સામાન્ય સિદ્ધાંતની પ્રથમ પુષ્ટિ એ જ 1915 માં આઈન્સ્ટાઈન દ્વારા જ પ્રાપ્ત થઈ હતી, જ્યારે તે પ્રકાશિત કરવામાં આવી હતી: બુધના પેરિહેલિયનના વિસ્થાપનને સંપૂર્ણ ચોકસાઈ સાથે વર્ણવેલ સિદ્ધાંત, જે અગાઉ ન્યૂટોનિયન મિકેનિક્સનો ઉપયોગ કરીને સમજાવી શકાયું ન હતું. ત્યારથી, અન્ય ઘણી ઘટનાઓ શોધી કાઢવામાં આવી છે જે સિદ્ધાંત દ્વારા આગાહી કરવામાં આવી હતી, પરંતુ તેના પ્રકાશન સમયે શોધી શકાય તેટલી નબળી હતી. આજની તારીખમાં આવી નવીનતમ શોધ 14 સપ્ટેમ્બર, 2015 ના રોજ ગુરુત્વાકર્ષણ તરંગોની શોધ હતી.

20મી સદીની શરૂઆતમાં આલ્બર્ટ આઈન્સ્ટાઈન દ્વારા સાપેક્ષતાનો સિદ્ધાંત રજૂ કરવામાં આવ્યો હતો. તેનો સાર શું છે? ચાલો મુખ્ય મુદ્દાઓને ધ્યાનમાં લઈએ અને TOE નું સ્પષ્ટ ભાષામાં વર્ણન કરીએ.

સાપેક્ષતાના સિદ્ધાંતે 20મી સદીના ભૌતિકશાસ્ત્રની અસંગતતાઓ અને વિરોધાભાસોને વ્યવહારીક રીતે દૂર કર્યા, અવકાશ-સમયની રચનાના વિચારમાં ધરમૂળથી પરિવર્તન લાવવાની ફરજ પાડી, અને અસંખ્ય પ્રયોગો અને અભ્યાસોમાં પ્રાયોગિક રીતે પુષ્ટિ મળી.

આમ, TOE એ તમામ આધુનિક મૂળભૂત ભૌતિક સિદ્ધાંતોનો આધાર બનાવ્યો. હકીકતમાં, આ આધુનિક ભૌતિકશાસ્ત્રની માતા છે!

શરૂ કરવા માટે, તે નોંધવું યોગ્ય છે કે સાપેક્ષતાના 2 સિદ્ધાંતો છે:

• સ્પેશિયલ થિયરી ઓફ રિલેટિવિટી (STR) - સમાન રીતે હલનચલન કરતી વસ્તુઓમાં ભૌતિક પ્રક્રિયાઓને ધ્યાનમાં લે છે.
• જનરલ થિયરી ઑફ રિલેટિવિટી (GTR) - પ્રવેગક પદાર્થોનું વર્ણન કરે છે અને ગુરુત્વાકર્ષણ અને અસ્તિત્વ જેવી ઘટનાના મૂળને સમજાવે છે.

તે સ્પષ્ટ છે કે STR અગાઉ દેખાયો હતો અને તે અનિવાર્યપણે GTRનો એક ભાગ હતો. ચાલો પહેલા તેના વિશે વાત કરીએ.

સરળ શબ્દોમાં STO

સિદ્ધાંત સાપેક્ષતાના સિદ્ધાંત પર આધારિત છે, જે મુજબ પ્રકૃતિના કોઈપણ નિયમો સ્થિર અને સતત ગતિએ ગતિશીલ શરીરના સંદર્ભમાં સમાન હોય છે. અને આવા દેખીતા સરળ વિચાર પરથી તે અનુસરે છે કે પ્રકાશની ગતિ (શૂન્યાવકાશમાં 300,000 m/s) બધા શરીર માટે સમાન છે.

ઉદાહરણ તરીકે, કલ્પના કરો કે તમને દૂરના ભવિષ્યમાંથી એક સ્પેસશીપ આપવામાં આવ્યું છે જે ખૂબ ઝડપે ઉડી શકે છે. વહાણના ધનુષ્ય પર લેસર તોપ સ્થાપિત કરવામાં આવી છે, જે ફોટોનને આગળ શૂટ કરવામાં સક્ષમ છે.

વહાણની સાપેક્ષમાં, આવા કણો પ્રકાશની ઝડપે ઉડે છે, પરંતુ સ્થિર નિરીક્ષકની તુલનામાં, એવું લાગે છે કે તેઓ ઝડપથી ઉડવા જોઈએ, કારણ કે બંને ગતિનો સરવાળો કરવામાં આવે છે.

જો કે, વાસ્તવમાં આવું થતું નથી! એક બહારના નિરીક્ષક ફોટોનને 300,000 m/s ની ઝડપે મુસાફરી કરતા જુએ છે, જાણે અવકાશયાનની ઝડપ તેમનામાં ઉમેરવામાં આવી ન હોય.

તમારે યાદ રાખવાની જરૂર છે: કોઈપણ શરીરની તુલનામાં, પ્રકાશની ગતિ સતત મૂલ્ય હશે, પછી ભલે તે કેટલી ઝડપથી આગળ વધે.

આમાંથી સમય વિસ્તરણ, રેખાંશ સંકોચન અને ગતિ પર શરીરના વજનની અવલંબન જેવા અદ્ભુત તારણો અનુસરો. નીચેની લિંક પરના લેખમાં સાપેક્ષતાના વિશેષ સિદ્ધાંતના સૌથી રસપ્રદ પરિણામો વિશે વધુ વાંચો.

સામાન્ય સાપેક્ષતાનો સાર (GR)

તેને વધુ સારી રીતે સમજવા માટે, આપણે ફરીથી બે હકીકતોને જોડવાની જરૂર છે:

• આપણે ચાર-પરિમાણીય અવકાશમાં રહીએ છીએ

અવકાશ અને સમય એ એક જ એન્ટિટીના અભિવ્યક્તિઓ છે જેને "સ્પેસ-ટાઇમ સાતત્ય" કહેવાય છે. આ સંકલન અક્ષ x, y, z અને t સાથે 4-પરિમાણીય અવકાશ-સમય છે.

આપણે મનુષ્યો 4 પરિમાણોને સમાન રીતે સમજવામાં અસમર્થ છીએ. સારમાં, આપણે અવકાશ અને સમય પર વાસ્તવિક ચાર-પરિમાણીય પદાર્થના અંદાજો જ જોઈએ છીએ.

રસપ્રદ વાત એ છે કે, સાપેક્ષતાનો સિદ્ધાંત જણાવતો નથી કે શરીર જ્યારે ફરે છે ત્યારે બદલાય છે. 4-પરિમાણીય વસ્તુઓ હંમેશા અપરિવર્તિત રહે છે, પરંતુ સંબંધિત હિલચાલ સાથે તેમના અંદાજો બદલાઈ શકે છે. અને અમે આને સમય ધીમો, કદમાં ઘટાડો, વગેરે તરીકે અનુભવીએ છીએ.

• બધા શરીર સતત ગતિએ પડે છે અને વેગ આપતા નથી

ચાલો એક ડરામણી વિચાર પ્રયોગ કરીએ. કલ્પના કરો કે તમે બંધ લિફ્ટમાં સવારી કરી રહ્યાં છો અને વજનહીન સ્થિતિમાં છો.

આ પરિસ્થિતિ ફક્ત બે કારણોસર ઊભી થઈ શકે છે: કાં તો તમે અવકાશમાં છો, અથવા તમે પૃથ્વીના ગુરુત્વાકર્ષણના પ્રભાવ હેઠળ મુક્તપણે કેબિનની સાથે પડી રહ્યા છો.

બૂથની બહાર જોયા વિના, આ બે કિસ્સાઓ વચ્ચે તફાવત કરવો એકદમ અશક્ય છે. તે માત્ર એટલું જ છે કે એક કિસ્સામાં તમે એકસરખી રીતે ઉડાન ભરો છો અને બીજામાં પ્રવેગકતા સાથે. તમારે અનુમાન લગાવવું પડશે!

કદાચ આલ્બર્ટ આઈન્સ્ટાઈન પોતે એક કાલ્પનિક એલિવેટર વિશે વિચારી રહ્યા હતા, અને તેમને એક અદ્ભુત વિચાર હતો: જો આ બે કેસોને અલગ કરી શકાતા નથી, તો ગુરુત્વાકર્ષણને કારણે પડવું એ પણ એક સમાન હિલચાલ છે. ચળવળ ચાર-પરિમાણીય અવકાશ-સમયમાં એકસરખી હોય છે, પરંતુ વિશાળ શરીરની હાજરીમાં (ઉદાહરણ તરીકે,) તે વક્ર હોય છે અને એકસમાન ચળવળ પ્રવેગિત ચળવળના સ્વરૂપમાં આપણી સામાન્ય ત્રિ-પરિમાણીય અવકાશમાં પ્રક્ષેપિત થાય છે.

ચાલો બીજું સરળ જોઈએ, જો કે સંપૂર્ણપણે સાચું નથી, દ્વિ-પરિમાણીય અવકાશના વળાંકનું ઉદાહરણ.

તમે કલ્પના કરી શકો છો કે કોઈપણ વિશાળ શરીર તેની નીચે અમુક પ્રકારના આકારનું ફનલ બનાવે છે. પછી ભૂતકાળમાં ઉડતી અન્ય સંસ્થાઓ સીધી રેખામાં તેમની હિલચાલ ચાલુ રાખી શકશે નહીં અને વળાંકવાળી જગ્યાના વળાંક અનુસાર તેમની ગતિ બદલશે.

માર્ગ દ્વારા, જો શરીરમાં વધુ શક્તિ નથી, તો પછી તેની હિલચાલ બંધ થઈ શકે છે.

તે નોંધવું યોગ્ય છે કે ફરતા શરીરના દૃષ્ટિકોણથી, તેઓ એક સીધી રેખામાં આગળ વધવાનું ચાલુ રાખે છે, કારણ કે તેમને એવું કંઈપણ લાગતું નથી કે જેનાથી તેઓ વળે છે. તેઓ માત્ર એક વક્ર જગ્યામાં સમાપ્ત થયા અને, તેને સમજ્યા વિના, બિન-રેખીય માર્ગ ધરાવે છે.

એ નોંધવું જોઇએ કે સમય સહિત 4 પરિમાણો વળેલા છે, તેથી આ સામ્યતા સાવધાની સાથે વર્તવી જોઈએ.

આમ, સાપેક્ષતાના સામાન્ય સિદ્ધાંતમાં, ગુરુત્વાકર્ષણ એ કોઈ બળ નથી, પરંતુ માત્ર અવકાશ-સમયની વક્રતાનું પરિણામ છે. આ ક્ષણે, આ સિદ્ધાંત ગુરુત્વાકર્ષણની ઉત્પત્તિનું કાર્યકારી સંસ્કરણ છે અને પ્રયોગો સાથે ઉત્તમ કરારમાં છે.

સામાન્ય સાપેક્ષતાના આશ્ચર્યજનક પરિણામો

વિશાળ શરીરની નજીક ઉડતી વખતે પ્રકાશ કિરણો વાંકા થઈ શકે છે. ખરેખર, અંતરિક્ષમાં દૂરની વસ્તુઓ મળી આવી છે જે અન્યની પાછળ "છુપાવે છે", પરંતુ પ્રકાશ કિરણો તેમની આસપાસ વળે છે, જેના કારણે પ્રકાશ આપણા સુધી પહોંચે છે.

તે આલ્બર્ટ આઈન્સ્ટાઈનને આભારી છે કે તમે સમજી શકો છો કે નજીકમાં પુસ્તકાલય અથવા સ્ટોર ક્યાં સ્થિત છે.

અને અંતે, સામાન્ય સાપેક્ષતા બ્લેક હોલ્સના અસ્તિત્વની આગાહી કરે છે જેની આસપાસ ગુરુત્વાકર્ષણ એટલું મજબૂત છે કે સમય ફક્ત નજીકમાં જ અટકી જાય છે. તેથી, જે પ્રકાશ બ્લેક હોલમાં પડે છે તે તેને છોડી શકતો નથી (પ્રતિબિંબિત કરે છે).

બ્લેક હોલની મધ્યમાં, પ્રચંડ ગુરુત્વાકર્ષણ સંકોચનને લીધે, અનંત ઉચ્ચ ઘનતા સાથે એક પદાર્થ રચાય છે, અને આ, એવું લાગે છે, અસ્તિત્વમાં નથી.

આમ, સામાન્ય સાપેક્ષતા ખૂબ જ વિરોધાભાસી તારણો તરફ દોરી શકે છે, તેનાથી વિપરીત, તેથી જ મોટાભાગના ભૌતિકશાસ્ત્રીઓએ તેને સંપૂર્ણપણે સ્વીકાર્યું ન હતું અને વિકલ્પ શોધવાનું ચાલુ રાખ્યું હતું.

પરંતુ તેણી ઘણી બધી બાબતોની સફળતાપૂર્વક આગાહી કરવામાં વ્યવસ્થાપિત કરે છે, ઉદાહરણ તરીકે, તાજેતરની સનસનાટીભર્યા શોધે સાપેક્ષતાના સિદ્ધાંતની પુષ્ટિ કરી અને અમને ફરી એકવાર મહાન વૈજ્ઞાનિકને તેની જીભ લટકાવીને યાદ કર્યા. જો તમને વિજ્ઞાન ગમે છે, તો વિકિસાયન્સ વાંચો.