“ആപേക്ഷികതാസിദ്ധാന്തം ആളുകൾ മനസ്സിലാക്കിയതു കൊണ്ടല്ല, അതിന്റെ
ദുർഗ്രാഹ്യത കൊണ്ടാണ് കൂടുതലും അറിയപ്പെട്ടത്” എന്ന് വിക്കിപീഡിയ
പറയുന്നു. അതാണ് പൊതുവില് കാണുന്ന അഭിപ്രായവും.
നമ്മുടെ യൂണിവേര്സിറ്റികളും കോളേജുകളും പഠിപ്പിക്കുന്നതോ, ചില പുസ്തകം എഴുത്ത് തൊഴിലാളികള് മറ്റു പുസ്തകളില് നിന്നും പേപ്പറുകളില് നിന്നും കാര്യം മനസ്സിലാക്കാതെ കോപ്പിയടിച്ചു വച്ചതും.
അത് വായിച്ചിട്ട് എന്തെങ്കിലും മനസ്സിലായാല് അത്ഭുതമാണ്.
ഒരു സ്വല്പം കടുത്ത വിഷയം, കഴിയുന്നത്ര ലഘുവായി അവതരിപ്പിക്കാന് ഒരു ശ്രമം ആണ് ഇത്. ഫിസിക്സില് താല്പര്യം ഉള്ള ഏതൊരാള്ക്കും ആപേക്ഷികതാസിദ്ധാന്തത്തിന്റെ അടിസ്ഥാനം മനസ്സിലാവണം. അതാണ് ലക്ഷ്യം. അതുകൊണ്ട് തന്നെ ഗണിതസമവാക്യങ്ങള് പരമാവധി ഒഴിവാക്കാന് ശ്രമിച്ചിട്ടുണ്ട്. അടിസ്ഥാനം പിടികിട്ടിയാല് കൂടുതല് വായിക്കാനും മനസ്സിലാക്കാനും എളുപ്പം ആണ്.
ആദ്യം തന്നെ, കോമണ്സെന്സ് എന്ന് വിളിക്കാവുന്ന ന്യുട്ടോണിയന് തത്വങ്ങളെ അടിസ്ഥാനമാക്കി ഒരു ചോദ്യത്തില് നിന്ന് തുടങ്ങാം.
ചോദ്യം 1.
ഒരു ട്രെയിന് വളരെ വേഗത്തില് (V) ഒരു ട്രാക്കിലൂടെ പോകുന്നു എന്ന് കരുതുക. ട്രാക്കിന്റെ അരികില് നിക്കുന്ന ഒരു ആള് ഈ ട്രെയിന് നോക്കി നില്ക്കുന്നു എന്നും കരുതുക.
നമ്മുടെ കോമണ്സെന്സ് (ന്യുട്ടോണിയന് ഫിസിക്സ്) അനുസരിച്ച് ആ വെടിയുണ്ടക്ക് ട്രെയിനിന്റെ വേഗതയും തോക്കില് നിന്ന് ഉതിര്ത്ത വേഗതയുടെയും ആകെ തുക ഉണ്ടായിരിക്കും. V+X. അല്ലെ?.
ഇനി കോമണ്സെന്സും ന്യുട്ടോണിയന് ഫിസിക്ക്സും പാളം തെറ്റുന്ന ഒരു ചോദ്യം ചോദിക്കാം.
ചോദ്യം 2.
ചോദ്യം 1ലെ, എഞ്ചിന് ഡ്രൈവര് തോക്കെടുത്ത് വെടി വയ്ക്കുന്നതിനു പകരം, ഹെഡ് ലൈറ്റ് ഓണ് ചെയ്തു. ട്രെയിനിന്റെ ഹെഡ് ലൈറ്റില് നിന്ന് പ്രകാശത്തിന്റെ സ്പീഡില് (C) പ്രകാശം ചീറിപ്പായുന്നു. എങ്കില് ട്രാക്കിന്റെ അരികില് നില്ക്കുന്ന ആളെ സംബന്ധിച്ചിടത്തോളം ആ പ്രകാശത്തിന്റെ വേഗത എന്തായിരിക്കും?
വീണ്ടും കോമണ്സെന്സ് പ്രകാരം V+C ആയിരിക്കുമോ?.
അതായത് പ്രകാശത്തെ ഡ്രൈവര്ക്കും ട്രാക്കിന്റെ അരികില് നില്ക്കുന്ന ആള്ക്കും പല വേഗത്തില് അനുഭവ വേദ്യം ആകുമോ?. ആകണമല്ലോ.
[ഇനി പ്രകാശത്തെ ശബ്ദ തരംഗങ്ങളും ആയി താരതമ്യം ചെയ്യുന്ന ഒരാള് പറഞ്ഞേക്കാം, എഞ്ചിന് ഡ്രൈവറിന് പ്രകാശത്തിന്റെ വേഗത കുറവായി അനുഭവപ്പെടും എന്ന് (C-V). കാരണം അയാള് ട്രെയിനില് കയറി പ്രകാശത്തിന്റെ പുറകെ പായുകയാണല്ലോ]
അപ്പോള് എന്തായാലും ഒരു കാര്യം ഉറപ്പായി, എഞ്ചിന് ഡ്രൈവറിനും നമ്മുടെ നിരീക്ഷകനും പ്രകാശത്തിന്റെ വേഗത രണ്ടായി അനുഭവപ്പെടണം.
സയന്സില് നിഗമനങ്ങള് വെറുതെ ചാരുകസേരയില് ഇരുന്നു പറഞ്ഞാല് പോരല്ലോ. തെളിയിക്കണമല്ലോ. മുകളില് പറഞ്ഞപോലെ അനുഭവവേദ്യം ആകാന് സാധ്യത ഉള്ള, പ്രകാശത്തിന്റെ വേഗതയില് വരുന്ന മാറ്റം കണ്ടു പിടിക്കാന് ചിലര് സ്വന്തം ജീവിതകാലം തന്നെ മാറ്റിവച്ചു. അതില് പ്രധാനി ആണ് ആല്ബ്രെട്ട് അബ്രാഹം മൈക്കിള്സണ്.
അതിനു വേണ്ടി അദ്ദേഹം അനുഭവിച്ച വ്യക്തിപരമായ ദുര്ഘടസന്ധികള് വളരെ അധികം ആണ്. ഇദ്ദേഹവും എഡ്വേര്ഡ് മോര്ലിയും കൂടി ചേര്ന്ന് നടത്തിയ പരീക്ഷണങ്ങള് അങ്ങിനെ ശാസ്ത്രലോകം ഉറ്റു നോക്കാന് തുടങ്ങി.
പക്ഷെ അവര് എങ്ങിനെ അളന്നിട്ടും പ്രകാശത്തിനു C സ്പീഡ് മാത്രമേ കിട്ടിയുള്ളൂ. പരീക്ഷണം പാളി. പരീക്ഷണം പല തവണ പല വിധത്തില് ആവര്ത്തിച്ചു എങ്ങിനെ നോക്കിയാലും C നിന്ന് ഒരു വ്യത്യാസവും ഇല്ല.
പക്ഷേ ഈ പാളിയ പരീക്ഷണങ്ങള്ക്ക്, ശാസ്ത്രലോകം ഇവരെ നോബല് സമ്മാനം കൊടുത്തു ആദരിച്ചു. എന്തിനെന്ന് അല്ലെ ചോദ്യം?
ഉത്തരം: ആര് എവിടെ നിന്ന് അളന്നാലും പ്രകാശത്തിനു ഒരു വേഗത മാത്രമേ ഉള്ളു എന്ന് സ്ഥിധീകരിച്ചതിന്. ഒരു വല്ലാത്ത സ്ഥിധീകരണം തന്നെ ആയി പോയി. ക്ലാസിക്കല് ഫിസിക്സിന്റെ പോരായ്മ ഇവിടെ വെളിച്ചത്തായി.
പക്ഷെ ഇത് എങ്ങിനെ ശരിയാവും?. കോമണ്സെന്സിനു പിടികിട്ടില്ല. എങ്ങിനെ നമ്മുടെ എഞ്ചിന് ഡ്രൈവറിനും ട്രാക്ക് സൈഡില് നില്ക്കുന്ന നിരീക്ഷകനും പ്രകാശത്തെ ഒരേ വേഗത കാണാന് പറ്റും?.
ഒന്ന് കൂടി വിശദീകരിച്ചു ചോദിച്ചാല്:
രണ്ടു പേരും പ്രകാശത്തെ ഒരേ സ്പീഡില് കാണുന്നു എങ്കില്, പ്രകാശം ഒരേ സമയം കൊണ്ട് രണ്ടു തരം ദൂരം താണ്ടില്ലേ? കാരണം ഒരാളെ സംബന്ധിച്ച് ട്രെയിനിന്റെ വേഗത കൂടി കണക്കില് എടുക്കണം. ഒരേ സ്ഥലത്ത് നിന്ന് പുറപ്പെട്ടിട്ട്, ഒരേ സമയം കൊണ്ട് എങ്ങിനെ രണ്ടു വ്യത്യസ്ഥ ദൂരങ്ങള് തണ്ടാന് പറ്റും? ഒരേ ചോദ്യത്തിലെ, വെടിയുണ്ടയുടെ താരതമ്യേന കുറഞ്ഞ വേഗത വിട്ടിട്ട് പ്രകാശത്തിന്റെ വേഗതയിലോട്ടു ചോദ്യം മാറിയപ്പോള് ന്യുട്ടോണിയന് ഫിസിക്സിന് പാളംതെറ്റി .
ക്ലാസിക്കല് ഫിസിക്സിന്റെ ഇത്പോലെ ഉള്ള പോരായ്മകള് ശാസ്ത്രലോകത്തിനു കീറാമുട്ടിയായി എന്ന് പ്രത്യേകിച്ച് പറയേണ്ടല്ലോ.
ഇനി ഒരു അല്പം ചരിത്രം.
ഇതുപോലുള്ള പ്രശ്നങ്ങള്ക്ക് ആദ്യം ഒരു പരിഹാരം നിര്ദേശിച്ചത് 1892 ല് ഹെണ്ട്രിക് ലോറന്സ് എന്ന ഗണിതശാസ്ത്രജ്ഞന് ആണ്.
ഓണ്റി പോയ്ന്കാരെ എന്ന ശാസ്ത്രഞ്ജന് ഇതിനെ കുറെ കൂടി മെച്ചപ്പെടുത്തി ഫിസിക്സ് തത്വങ്ങള് വിശദീകരിച്ചു.
കാരണം ഇവര് രണ്ടുപേരും ലോകത്തിനു ഒരു അടിസ്ഥാനം (A global, single frame of reference) ഉണ്ടെന്നു കരുതി. ആ അടിസ്ഥാനം സ്ഥിതികരിക്കാന് ലോകം മുഴുവന് നിറഞ്ഞു നില്ക്കുന്ന ഈതെര് (aether) എന്നാ സങ്കല്പ്പവും.
ഇവിടെ ആണ് ഐന്സ്റ്റീന് കടന്നു വരുന്നത്.
ഒരു അടിസ്ഥാനം (single frame of reference) എന്ന സങ്കല്പ്പവും ഈതെര് (aether) എന്ന സങ്കല്പ്പവും അദ്ദേഹം എടുത്തു ചവറ്റുകുട്ടയില് ഇട്ടു. കാരണം അതിന്റെ ആവശ്യം ഇല്ല. അത് വര്ഷങ്ങള് ആയി കൊണ്ടുനടന്ന ഒരു വിശ്വാസം (hypothesis) മാത്രം ആണ്.
തല്ക്കാലം ചരിത്രം ഇവിടെ നില്ക്കട്ടെ.
നമ്മുടെ ചോദ്യോത്തരങ്ങള് കൈവിട്ടു പോയതായി തോന്നുന്നുണ്ടോ?..വിഷമിക്കണ്ട. രണ്ടാമത്തെ ചോദ്യതിലെക്കും ഉത്തരതിലെക്കും തിരിച്ചു വന്ന് എവിടെ ആണ് തെറ്റിയത് എന്ന് ഒന്ന് സൂക്ഷിച്ചു നോക്കാം. അപ്പോള് കാര്യങ്ങള് വ്യക്തമാവും.
നമ്മള് സ്പീഡ് ആണല്ലോ ചര്ച്ചചെയ്തുകൊണ്ടിരുന്നത്, എന്താണ് ഈ സ്പീഡ് ("വേഗത") എന്ന ആശയം തന്നെ?.
ഒരു നിശ്ചിത സമയകൊണ്ട് സഞ്ചരിക്കാവുന്ന ദൂരം ആണ് വേഗത. അല്ലേ?
ഇനി രണ്ടാമത്തെ ചോദ്യത്തില്, മൈക്കിള്സണ്-മോര്ലി യുടെ പ്രകാശപ്രവേഗം (c) എല്ലാവര്ക്കും ഒന്ന് തന്നെയാണ് എന്ന സ്ഥിതികരണം കൂടി കൂട്ടിവായിച്ചാല് എങ്ങിനെ ഇരിക്കും ?,
പ്രകാശം ഒരേ സ്ഥലത്ത് നിന്ന് തുടങ്ങിയെങ്കിലും,എഞ്ചിന് ഡ്രൈവറെ നോട്ടത്തില് ട്രെയിനിനെ അപേക്ഷിച്ച് പ്രകാശപ്രവേഗത്തില് (c) ലൈറ്റ് മുന്നോട്ട് പോയി. അതെ സമയം ട്രാക്കിന്റെ അരികില് ഉള്ള നമ്മുടെ നിരീക്ഷകനും അതെ സ്പീഡില് (c) ആണ് പ്രകാശത്തെ കാണുക.
അതായത്, രണ്ടു പേരുടെയും നോട്ടത്തില്1 സെക്കണ്ടിനു ശേഷം പ്രകാശം എത്തിനില്ക്കുന സ്ഥലം വ്യത്യസ്ഥമായി പോകും.
അപ്പോള് ഒരേ സമയം തുടങ്ങുകയും, സഞ്ചരിക്കുന്ന ദൂരം വ്യത്യാസം വരികയും, എന്നാല് വേഗത മാറ്റം വാരാതെ ഇരിക്കുകയും ചെയ്താല് അതിനു അര്ത്ഥം സമയത്തില് മാറ്റം വരുന്നു എന്നല്ലേ?. ഒന്നുകൂടി ആലോചിച്ചു നോക്കിക്കേ. വേണമെങ്കില് വീണ്ടും വീണ്ടും സമയം എടുത്തു ആലോചിച്ചോളൂ..കാരണം ഇവിടെയാണ് റിലെറ്റിവിറ്റിയുടെ അടിസ്ഥാന ആശയം ജനിക്കുന്നത്.
അയ്യോ.. സമയത്തിന് മാറ്റം വരികയോ? അപ്പോള് നമ്മുടെ എഞ്ചിന് ഡ്രൈവറുടെ സമയവും നിരീക്ഷകന്റെ സമയവും ഒന്നല്ലേ?. “ഒരേ സമയം” എന്നത് ഒരു മിഥ്യ ബോധം ആണോ?.
“അസംഭവ്യം” എന്ന് പറയാന് വരട്ടെ.
അതെ.. അല്ലാതെ വേറെ വഴി ഇല്ല. അതാണ് സത്യം . രണ്ടാമത്തെ ചോദ്യത്തിന് അതാണ് ഉത്തരം.
ഇതാണ് Relativity of simultaneity. മലയാളത്തില് ഇതിനെ എന്ത് വിളിക്കും എന്ന് അറിയില്ല.കൂടുതലായി ഇവിടെ വായിക്കാം : http://en.wikipedia.org/wiki/Relativity_of_simultaneity
അതായത് ചലിക്കുന്ന രണ്ടു വസ്തുകള്ക്ക് ഒരു നിശ്ചിത സമയം പ്രതിപാദിക്കാന് പറ്റില്ല.
ഒരേ സമയം എന്ന ബലംപിടുത്തം ഉപേക്ഷിച്ചാല് കാര്യങ്ങള്ക്ക് കുറച്ചുകൂടി വ്യക്തത വരുന്നു. നിരീക്ഷകന്റെ നോട്ടത്തില് ഡ്രൈവറുടെ അടുത്തുനിന്നു പ്രകാശം പുറപ്പെട്ടിട്ട് അത്ര സമയം ആയിട്ടില്ല. അതുകൊണ്ടാണല്ലോ പ്രകാശം കുറഞ്ഞ ദൂരം സഞ്ചരിച്ചതായി നിരീക്ഷകന് അനുഭവപെടുന്നത്. നിരീക്ഷകന്റെ നോട്ടത്തില് എഞ്ചിന് ഡ്രൈവറുടെ 1 സെക്കണ്ട് നിരീക്ഷകന്റെ 1 സെക്കന്ടിനെക്കാള് നീണ്ടതാണ്. നിരീക്ഷകന്റെ സംബന്ധിച്ച് ഡ്രൈവറുടെ ക്ലോക്ക് സ്ലോ ആയിട്ടാണ് ഓടുന്നത് എന്ന് പറയാം. ഇത് മനസ്സിലായി എന്ന് കരുതുന്നു.
ഇപ്പോള് പറഞ്ഞതാണ് സമയ ദീർഘീകരണം (Time dilation)
കൂടുതല് ഇവിടെ വായിക്കാം : http://en.wikipedia.org/wiki/Time_dilation
കൂടുതല് ഉദാഹരണങ്ങളും വിശദീകരണങ്ങളും മറ്റൊരിക്കല് ആവാം.
വളരെ ചുരുക്കി പറഞ്ഞാല്, സമയം എന്നത് സ്ഥാനം എന്ന് പറയുന്നപോലെ മാറ്റം വരാവുന്ന ഒരു ആശയം ആണ്. ചലിച്ചുകൊണ്ടിരിക്കുന്ന രണ്ട് സ്ഥലങ്ങളിലെ സമയം ആപേക്ഷികം ആയിരിക്കും. സമയത്തിന്റെ ആപേക്ഷികതയെ പറ്റി ഒരു ഏകദേശം ഐഡിയ കിട്ടി എന്ന് കരുതുന്നു.
രണ്ടാം ഭാഗം : നാലാം മാനം (4th Dimension)
നമ്മുടെ യൂണിവേര്സിറ്റികളും കോളേജുകളും പഠിപ്പിക്കുന്നതോ, ചില പുസ്തകം എഴുത്ത് തൊഴിലാളികള് മറ്റു പുസ്തകളില് നിന്നും പേപ്പറുകളില് നിന്നും കാര്യം മനസ്സിലാക്കാതെ കോപ്പിയടിച്ചു വച്ചതും.
അത് വായിച്ചിട്ട് എന്തെങ്കിലും മനസ്സിലായാല് അത്ഭുതമാണ്.
ഒരു സ്വല്പം കടുത്ത വിഷയം, കഴിയുന്നത്ര ലഘുവായി അവതരിപ്പിക്കാന് ഒരു ശ്രമം ആണ് ഇത്. ഫിസിക്സില് താല്പര്യം ഉള്ള ഏതൊരാള്ക്കും ആപേക്ഷികതാസിദ്ധാന്തത്തിന്റെ അടിസ്ഥാനം മനസ്സിലാവണം. അതാണ് ലക്ഷ്യം. അതുകൊണ്ട് തന്നെ ഗണിതസമവാക്യങ്ങള് പരമാവധി ഒഴിവാക്കാന് ശ്രമിച്ചിട്ടുണ്ട്. അടിസ്ഥാനം പിടികിട്ടിയാല് കൂടുതല് വായിക്കാനും മനസ്സിലാക്കാനും എളുപ്പം ആണ്.
ആദ്യം തന്നെ, കോമണ്സെന്സ് എന്ന് വിളിക്കാവുന്ന ന്യുട്ടോണിയന് തത്വങ്ങളെ അടിസ്ഥാനമാക്കി ഒരു ചോദ്യത്തില് നിന്ന് തുടങ്ങാം.
ചോദ്യം 1.
ഒരു ട്രെയിന് വളരെ വേഗത്തില് (V) ഒരു ട്രാക്കിലൂടെ പോകുന്നു എന്ന് കരുതുക. ട്രാക്കിന്റെ അരികില് നിക്കുന്ന ഒരു ആള് ഈ ട്രെയിന് നോക്കി നില്ക്കുന്നു എന്നും കരുതുക.
Train and observer
പെട്ടന്നു എഞ്ചിന് ഡ്രൈവര് ഒരു തോക്ക് എടുത്ത് ട്രെയിന് പോകുന്ന
അതേ ദിശയില് ഒരു വെടി ഉതിര്ത്തു. വെടിയുണ്ട തോക്കില് നിന്ന് അതിവേഗം (X)
മുന്നോട്ടു പായുന്നു. എങ്കില് ട്രാക്കിന്റെ അരികില് നില്ക്കുന്ന ആളെ
സംബന്ധിച്ചിടത്തോളം ആ വെടിയുണ്ടയുടെ വേഗത എന്തായിരിക്കും?നമ്മുടെ കോമണ്സെന്സ് (ന്യുട്ടോണിയന് ഫിസിക്സ്) അനുസരിച്ച് ആ വെടിയുണ്ടക്ക് ട്രെയിനിന്റെ വേഗതയും തോക്കില് നിന്ന് ഉതിര്ത്ത വേഗതയുടെയും ആകെ തുക ഉണ്ടായിരിക്കും. V+X. അല്ലെ?.
ഇനി കോമണ്സെന്സും ന്യുട്ടോണിയന് ഫിസിക്ക്സും പാളം തെറ്റുന്ന ഒരു ചോദ്യം ചോദിക്കാം.
ചോദ്യം 2.
ചോദ്യം 1ലെ, എഞ്ചിന് ഡ്രൈവര് തോക്കെടുത്ത് വെടി വയ്ക്കുന്നതിനു പകരം, ഹെഡ് ലൈറ്റ് ഓണ് ചെയ്തു. ട്രെയിനിന്റെ ഹെഡ് ലൈറ്റില് നിന്ന് പ്രകാശത്തിന്റെ സ്പീഡില് (C) പ്രകാശം ചീറിപ്പായുന്നു. എങ്കില് ട്രാക്കിന്റെ അരികില് നില്ക്കുന്ന ആളെ സംബന്ധിച്ചിടത്തോളം ആ പ്രകാശത്തിന്റെ വേഗത എന്തായിരിക്കും?
വീണ്ടും കോമണ്സെന്സ് പ്രകാരം V+C ആയിരിക്കുമോ?.
അതായത് പ്രകാശത്തെ ഡ്രൈവര്ക്കും ട്രാക്കിന്റെ അരികില് നില്ക്കുന്ന ആള്ക്കും പല വേഗത്തില് അനുഭവ വേദ്യം ആകുമോ?. ആകണമല്ലോ.
[ഇനി പ്രകാശത്തെ ശബ്ദ തരംഗങ്ങളും ആയി താരതമ്യം ചെയ്യുന്ന ഒരാള് പറഞ്ഞേക്കാം, എഞ്ചിന് ഡ്രൈവറിന് പ്രകാശത്തിന്റെ വേഗത കുറവായി അനുഭവപ്പെടും എന്ന് (C-V). കാരണം അയാള് ട്രെയിനില് കയറി പ്രകാശത്തിന്റെ പുറകെ പായുകയാണല്ലോ]
അപ്പോള് എന്തായാലും ഒരു കാര്യം ഉറപ്പായി, എഞ്ചിന് ഡ്രൈവറിനും നമ്മുടെ നിരീക്ഷകനും പ്രകാശത്തിന്റെ വേഗത രണ്ടായി അനുഭവപ്പെടണം.
സയന്സില് നിഗമനങ്ങള് വെറുതെ ചാരുകസേരയില് ഇരുന്നു പറഞ്ഞാല് പോരല്ലോ. തെളിയിക്കണമല്ലോ. മുകളില് പറഞ്ഞപോലെ അനുഭവവേദ്യം ആകാന് സാധ്യത ഉള്ള, പ്രകാശത്തിന്റെ വേഗതയില് വരുന്ന മാറ്റം കണ്ടു പിടിക്കാന് ചിലര് സ്വന്തം ജീവിതകാലം തന്നെ മാറ്റിവച്ചു. അതില് പ്രധാനി ആണ് ആല്ബ്രെട്ട് അബ്രാഹം മൈക്കിള്സണ്.
Albert Abraham Michelson
അതിനു വേണ്ടി അദ്ദേഹം അനുഭവിച്ച വ്യക്തിപരമായ ദുര്ഘടസന്ധികള് വളരെ അധികം ആണ്. ഇദ്ദേഹവും എഡ്വേര്ഡ് മോര്ലിയും കൂടി ചേര്ന്ന് നടത്തിയ പരീക്ഷണങ്ങള് അങ്ങിനെ ശാസ്ത്രലോകം ഉറ്റു നോക്കാന് തുടങ്ങി.
പക്ഷെ അവര് എങ്ങിനെ അളന്നിട്ടും പ്രകാശത്തിനു C സ്പീഡ് മാത്രമേ കിട്ടിയുള്ളൂ. പരീക്ഷണം പാളി. പരീക്ഷണം പല തവണ പല വിധത്തില് ആവര്ത്തിച്ചു എങ്ങിനെ നോക്കിയാലും C നിന്ന് ഒരു വ്യത്യാസവും ഇല്ല.
പക്ഷേ ഈ പാളിയ പരീക്ഷണങ്ങള്ക്ക്, ശാസ്ത്രലോകം ഇവരെ നോബല് സമ്മാനം കൊടുത്തു ആദരിച്ചു. എന്തിനെന്ന് അല്ലെ ചോദ്യം?
ഉത്തരം: ആര് എവിടെ നിന്ന് അളന്നാലും പ്രകാശത്തിനു ഒരു വേഗത മാത്രമേ ഉള്ളു എന്ന് സ്ഥിധീകരിച്ചതിന്. ഒരു വല്ലാത്ത സ്ഥിധീകരണം തന്നെ ആയി പോയി. ക്ലാസിക്കല് ഫിസിക്സിന്റെ പോരായ്മ ഇവിടെ വെളിച്ചത്തായി.
പക്ഷെ ഇത് എങ്ങിനെ ശരിയാവും?. കോമണ്സെന്സിനു പിടികിട്ടില്ല. എങ്ങിനെ നമ്മുടെ എഞ്ചിന് ഡ്രൈവറിനും ട്രാക്ക് സൈഡില് നില്ക്കുന്ന നിരീക്ഷകനും പ്രകാശത്തെ ഒരേ വേഗത കാണാന് പറ്റും?.
ഒന്ന് കൂടി വിശദീകരിച്ചു ചോദിച്ചാല്:
രണ്ടു പേരും പ്രകാശത്തെ ഒരേ സ്പീഡില് കാണുന്നു എങ്കില്, പ്രകാശം ഒരേ സമയം കൊണ്ട് രണ്ടു തരം ദൂരം താണ്ടില്ലേ? കാരണം ഒരാളെ സംബന്ധിച്ച് ട്രെയിനിന്റെ വേഗത കൂടി കണക്കില് എടുക്കണം. ഒരേ സ്ഥലത്ത് നിന്ന് പുറപ്പെട്ടിട്ട്, ഒരേ സമയം കൊണ്ട് എങ്ങിനെ രണ്ടു വ്യത്യസ്ഥ ദൂരങ്ങള് തണ്ടാന് പറ്റും? ഒരേ ചോദ്യത്തിലെ, വെടിയുണ്ടയുടെ താരതമ്യേന കുറഞ്ഞ വേഗത വിട്ടിട്ട് പ്രകാശത്തിന്റെ വേഗതയിലോട്ടു ചോദ്യം മാറിയപ്പോള് ന്യുട്ടോണിയന് ഫിസിക്സിന് പാളംതെറ്റി .
ക്ലാസിക്കല് ഫിസിക്സിന്റെ ഇത്പോലെ ഉള്ള പോരായ്മകള് ശാസ്ത്രലോകത്തിനു കീറാമുട്ടിയായി എന്ന് പ്രത്യേകിച്ച് പറയേണ്ടല്ലോ.
ഇനി ഒരു അല്പം ചരിത്രം.
ഇതുപോലുള്ള പ്രശ്നങ്ങള്ക്ക് ആദ്യം ഒരു പരിഹാരം നിര്ദേശിച്ചത് 1892 ല് ഹെണ്ട്രിക് ലോറന്സ് എന്ന ഗണിതശാസ്ത്രജ്ഞന് ആണ്.
Hendrik Lorentz
ഓണ്റി പോയ്ന്കാരെ എന്ന ശാസ്ത്രഞ്ജന് ഇതിനെ കുറെ കൂടി മെച്ചപ്പെടുത്തി ഫിസിക്സ് തത്വങ്ങള് വിശദീകരിച്ചു.
Henri Poincaré
ഇദ്ദേഹം ആണ് ആപേക്ഷികതാ സിദ്ധാന്തത്തിന്റെ അടിസ്ഥാനം ഇട്ടത്. ഇന്ന്
ഒരുപക്ഷെ ഐന്സ്റ്റീന് കിട്ടിയ ഖ്യാതി, ഇദ്ദേഹത്തിനു തലനാരിഴക്ക് വഴുതി
പോയി എന്ന് പറയാം. ബോള് ഏകദേശം ഗോള്പോസ്റ്റ് വരെ എത്തിച്ചു. എന്തുകൊണ്ട്
ഗോള് അടിക്കാന് പറ്റിയില്ല?.കാരണം ഇവര് രണ്ടുപേരും ലോകത്തിനു ഒരു അടിസ്ഥാനം (A global, single frame of reference) ഉണ്ടെന്നു കരുതി. ആ അടിസ്ഥാനം സ്ഥിതികരിക്കാന് ലോകം മുഴുവന് നിറഞ്ഞു നില്ക്കുന്ന ഈതെര് (aether) എന്നാ സങ്കല്പ്പവും.
ഇവിടെ ആണ് ഐന്സ്റ്റീന് കടന്നു വരുന്നത്.
ഒരു അടിസ്ഥാനം (single frame of reference) എന്ന സങ്കല്പ്പവും ഈതെര് (aether) എന്ന സങ്കല്പ്പവും അദ്ദേഹം എടുത്തു ചവറ്റുകുട്ടയില് ഇട്ടു. കാരണം അതിന്റെ ആവശ്യം ഇല്ല. അത് വര്ഷങ്ങള് ആയി കൊണ്ടുനടന്ന ഒരു വിശ്വാസം (hypothesis) മാത്രം ആണ്.
തല്ക്കാലം ചരിത്രം ഇവിടെ നില്ക്കട്ടെ.
നമ്മുടെ ചോദ്യോത്തരങ്ങള് കൈവിട്ടു പോയതായി തോന്നുന്നുണ്ടോ?..വിഷമിക്കണ്ട. രണ്ടാമത്തെ ചോദ്യതിലെക്കും ഉത്തരതിലെക്കും തിരിച്ചു വന്ന് എവിടെ ആണ് തെറ്റിയത് എന്ന് ഒന്ന് സൂക്ഷിച്ചു നോക്കാം. അപ്പോള് കാര്യങ്ങള് വ്യക്തമാവും.
നമ്മള് സ്പീഡ് ആണല്ലോ ചര്ച്ചചെയ്തുകൊണ്ടിരുന്നത്, എന്താണ് ഈ സ്പീഡ് ("വേഗത") എന്ന ആശയം തന്നെ?.
ഒരു നിശ്ചിത സമയകൊണ്ട് സഞ്ചരിക്കാവുന്ന ദൂരം ആണ് വേഗത. അല്ലേ?
ഇനി രണ്ടാമത്തെ ചോദ്യത്തില്, മൈക്കിള്സണ്-മോര്ലി യുടെ പ്രകാശപ്രവേഗം (c) എല്ലാവര്ക്കും ഒന്ന് തന്നെയാണ് എന്ന സ്ഥിതികരണം കൂടി കൂട്ടിവായിച്ചാല് എങ്ങിനെ ഇരിക്കും ?,
പ്രകാശം ഒരേ സ്ഥലത്ത് നിന്ന് തുടങ്ങിയെങ്കിലും,എഞ്ചിന് ഡ്രൈവറെ നോട്ടത്തില് ട്രെയിനിനെ അപേക്ഷിച്ച് പ്രകാശപ്രവേഗത്തില് (c) ലൈറ്റ് മുന്നോട്ട് പോയി. അതെ സമയം ട്രാക്കിന്റെ അരികില് ഉള്ള നമ്മുടെ നിരീക്ഷകനും അതെ സ്പീഡില് (c) ആണ് പ്രകാശത്തെ കാണുക.
അതായത്, രണ്ടു പേരുടെയും നോട്ടത്തില്1 സെക്കണ്ടിനു ശേഷം പ്രകാശം എത്തിനില്ക്കുന സ്ഥലം വ്യത്യസ്ഥമായി പോകും.
അപ്പോള് ഒരേ സമയം തുടങ്ങുകയും, സഞ്ചരിക്കുന്ന ദൂരം വ്യത്യാസം വരികയും, എന്നാല് വേഗത മാറ്റം വാരാതെ ഇരിക്കുകയും ചെയ്താല് അതിനു അര്ത്ഥം സമയത്തില് മാറ്റം വരുന്നു എന്നല്ലേ?. ഒന്നുകൂടി ആലോചിച്ചു നോക്കിക്കേ. വേണമെങ്കില് വീണ്ടും വീണ്ടും സമയം എടുത്തു ആലോചിച്ചോളൂ..കാരണം ഇവിടെയാണ് റിലെറ്റിവിറ്റിയുടെ അടിസ്ഥാന ആശയം ജനിക്കുന്നത്.
അയ്യോ.. സമയത്തിന് മാറ്റം വരികയോ? അപ്പോള് നമ്മുടെ എഞ്ചിന് ഡ്രൈവറുടെ സമയവും നിരീക്ഷകന്റെ സമയവും ഒന്നല്ലേ?. “ഒരേ സമയം” എന്നത് ഒരു മിഥ്യ ബോധം ആണോ?.
“അസംഭവ്യം” എന്ന് പറയാന് വരട്ടെ.
അതെ.. അല്ലാതെ വേറെ വഴി ഇല്ല. അതാണ് സത്യം . രണ്ടാമത്തെ ചോദ്യത്തിന് അതാണ് ഉത്തരം.
ഇതാണ് Relativity of simultaneity. മലയാളത്തില് ഇതിനെ എന്ത് വിളിക്കും എന്ന് അറിയില്ല.കൂടുതലായി ഇവിടെ വായിക്കാം : http://en.wikipedia.org/wiki/Relativity_of_simultaneity
അതായത് ചലിക്കുന്ന രണ്ടു വസ്തുകള്ക്ക് ഒരു നിശ്ചിത സമയം പ്രതിപാദിക്കാന് പറ്റില്ല.
ഒരേ സമയം എന്ന ബലംപിടുത്തം ഉപേക്ഷിച്ചാല് കാര്യങ്ങള്ക്ക് കുറച്ചുകൂടി വ്യക്തത വരുന്നു. നിരീക്ഷകന്റെ നോട്ടത്തില് ഡ്രൈവറുടെ അടുത്തുനിന്നു പ്രകാശം പുറപ്പെട്ടിട്ട് അത്ര സമയം ആയിട്ടില്ല. അതുകൊണ്ടാണല്ലോ പ്രകാശം കുറഞ്ഞ ദൂരം സഞ്ചരിച്ചതായി നിരീക്ഷകന് അനുഭവപെടുന്നത്. നിരീക്ഷകന്റെ നോട്ടത്തില് എഞ്ചിന് ഡ്രൈവറുടെ 1 സെക്കണ്ട് നിരീക്ഷകന്റെ 1 സെക്കന്ടിനെക്കാള് നീണ്ടതാണ്. നിരീക്ഷകന്റെ സംബന്ധിച്ച് ഡ്രൈവറുടെ ക്ലോക്ക് സ്ലോ ആയിട്ടാണ് ഓടുന്നത് എന്ന് പറയാം. ഇത് മനസ്സിലായി എന്ന് കരുതുന്നു.
ഇപ്പോള് പറഞ്ഞതാണ് സമയ ദീർഘീകരണം (Time dilation)
കൂടുതല് ഇവിടെ വായിക്കാം : http://en.wikipedia.org/wiki/Time_dilation
കൂടുതല് ഉദാഹരണങ്ങളും വിശദീകരണങ്ങളും മറ്റൊരിക്കല് ആവാം.
വളരെ ചുരുക്കി പറഞ്ഞാല്, സമയം എന്നത് സ്ഥാനം എന്ന് പറയുന്നപോലെ മാറ്റം വരാവുന്ന ഒരു ആശയം ആണ്. ചലിച്ചുകൊണ്ടിരിക്കുന്ന രണ്ട് സ്ഥലങ്ങളിലെ സമയം ആപേക്ഷികം ആയിരിക്കും. സമയത്തിന്റെ ആപേക്ഷികതയെ പറ്റി ഒരു ഏകദേശം ഐഡിയ കിട്ടി എന്ന് കരുതുന്നു.
രണ്ടാം ഭാഗം : നാലാം മാനം (4th Dimension)
Great work Jobin, Keep it up!
ReplyDeleteThank you.
Deleteഒരേ സമയം തുടങ്ങുകയും, സഞ്ചരിക്കുന്ന ദൂരം വ്യത്യാസം വരികയും, എന്നാല് വേഗത മാറ്റം വാരാതെ ഇരിക്കുകയും ചെയ്താല് അതിനു അര്ത്ഥം സമയത്തില് മാറ്റം വരുന്നു എന്നല്ലേ?.///
ReplyDeleteഒരു സംശയം.
ട്രെയിന് ഡ്രൈവറില് നിന്നും നിരീക്ഷകനില് നിന്നും തുല്യ അകലത്തില് ദൂരെ നില്ക്കുന്ന മറ്റൊരു വ്യക്തിക്ക് ഈ ഹെഡ് ലൈറ്റിലെ പ്രകാശം സഞ്ചരിക്കുന്ന ദൂരം എങ്ങനെ അനുഭവപ്പെടും??