वजनदार ग्रह -तारे आणि स्थळ -काळाची अदृष्य इलास्टीक झोळी (Einstein's theory of relativity and bending of space-time due to planets and stars)

आज १४ मार्च.. आईन्स्टाईनचा वाढदिवस.. त्याचा जन्म १४ मार्च १८७९चा.. साधारण १०० वर्षांपूर्वी एका अफलातून प्रयोगातून त्याचा  शास्त्रीय सिद्धांत सिद्ध झाला..तोही एका खग्रास सूर्य ग्रहणाच्या so called काळ्या छायेत..  २००-२३० वर्षे चालत आलेलं न्यूटनचं फिजिक्स एका पेटंट ऑफिस मध्ये काम सुरु करून आपल्या thought experiments च्या भक्कम पायावर प्रयोगाचा पाया बांधणाऱ्या अफाट, अचाट बुद्धीच्या Albert Einstein नावाच्या जर्मन शास्त्रज्ञाने बदललं  .. सापेक्षता वादाचा सिद्धांत General Theory of Relativity.. खरा कॉइनसिडेन्स असा की १९१९ साली नुकत्याच संपलेल्या पहिल्या विश्व युद्धाआधी युद्धविरोधी जर्मन Einstein याने तो मांडला आणि युद्धविरोधी ब्रिटीश खगोलतज्ज्ञ एडिंग्टन यांनी तो पुराव्याने सिद्ध केला.. पहिल्या महायुद्धात समोरासमोर उभ्या ठाकलेल्या दोन देशांच्याच शास्त्रज्ञांनी एक अचाट शोध साथीने पूर्णत्वाला नेला..  तर हा स्थळ -काळ space -time यांच्याबद्दलचे विचारच पूर्णपणे बदलायला लावणारा सिद्धांत काय होता याची चर्चा विक्रम वेताळांनी केली..   

 विक्रम राजाला अजूनही दुपारच्या सर्कस मध्ये झालेला प्रसंग आठवत होता. अगदी जसाच्या तसा. राजधानीत एक सर्कस आली होती अगदी जगप्रसिद्ध. सर्कशीच्या कारागिरांनी एक दोन आठवडे खपून एक अतिभव्य तंबू उभारला होता, अगदी त्यात १५-२० इमारती मावतील असा मोठा. हजारो लोक वेगवेगळ्या भागात बसून तो पाहू शकतील अशी उत्तम योजना केली होती. त्याचबरोबर सर्कशीतले लोक खेळताना सर्वांना दिसावेत म्हणून एक मजला उंचीवर एक अतिशय मोठे जाळीचे कापड  सर्व दिशांना खांब लावून घट्ट बांधले होते. त्या कापडाच्या बाहेर बसण्याची प्रेक्षक जागा  होती. इतके मोठे जाळीचे कापड अगदी सरळ बांधल्याने सर्वांना एक कापडाचा अतिशय मोठा आयताकृती ग्राफ पेपर लावल्यासारखे वाटत होते. जाळीमध्येही इंचा-इंचाचे लाखो तुकडे पसरलेत असे वाटत होते. ते सर्व एकसामान पातळीवर असल्याने त्यावरील प्रत्येक ठिकाणी उभ्या असलेल्या सर्कसपटूचा कार्टेशियन coordinate सांगायची म्हणजे x आणि y coordinates सांगायची  सर्कस पाहायला आलेल्या त्यातल्या त्यात हुशार किंवा आगाऊ मुलांमध्ये कॉम्पिटिशन लागली.  एक म्हणाला "अरे तो बघ तो जोकर.. डावीकडून खालच्या पट्टीपासून पाचव्या आणि उभ्या पट्टीकडून चौथ्या मीटरवरच्या चौकोनात उभा आहे म्हणजे म्हणजे त्याचे coordinates (४,५) आहेत.. अरे ते बघ तो दुसरा (७,८) वर, तिसरा (२०,३०) वर आणि चौथा (३०,१००) वर आहे.. " दुसरा म्हणाला "अरे षटप, इथे कशाला मॅथ्स आणतोस शाण्या.. गप तोंडावर करून सर्कस बघ.. " असं करून त्यांनी तोंड वर केलं तर या कापडाच्या मध्य भागापासून सरळ सरळ वरच्या दिशेला तंबूचा जिथे कळस होता.. तिथे दोरीने बांधलेल्या लोखंडी महाकाय पाळण्याला टोकाला बांधून ठेवणारी दोरी कशामुळे तरी तुटली आणि तो ३-४ हत्तीच्या वजनाइतका पाळणा जोरात खाली आला. पाळणा जोरात खाली आला आणि त्या दोरीच्या जाळीवर दण्णकन बरोब्बर मध्यभागी पडला.. इतका वजनदार पाळणा कापडावर पडल्यामुळे तो दोरीचा ग्राफ पेपर पाळण्याखाली बेंड झाला आणि कोळ्याच्या जाळ्यासारखा दिसू लागला. पाळण्याजवळ दोऱ्या जवळ जवळ होत्या, आकुंचित किंवा compressed होत्याआणि दोऱ्या जिथे खांबांना बांधल्या होत्या तिथे लांब लांब, ताणलेल्या पसरलेल्या stretched दिसत होत्या. एकसमान अंतर वाला ग्राफ पेपर आता कोळ्याच्या जाळ्यासारखा दिसू लागला.. वजन पडण्याआधी दिसणारे चौरस square  आता आयत rectangle दिसू लागले.. नुसतेच वाकडे तिकडे चौकोन दिसू लागले..  सर्व कापड अचानक बेंड झाल्यामुळे जोकर तिरक्या झालेल्या कापडावर तोल सावरायचा प्रयत्न करू लागले, उतारावर पडू लागले, घसरू लागले, घरंगळू लागले  .. सगळे बॉल, सायकली, छोटे पिंजरे, इतर सर्व सर्कसचे सामान  पिंजऱ्याकडे झालेल्या खोलगट भागाकडे गडगडू लागले.. बाईक चालवणारे खरोखरच आता पिंजऱ्याकडे ओढले जाण्यापेक्षा गोलगोल रिंगण करून वेग वाढवून बाहेर पडायचा प्रयत्न करू लागले..  हे काही काळच.. काही वेळाने पाळण्याच्या भाराने दोरी तुटली आणि पाळणा जोरात जमिनीवर आदळला आणि दोर्यांनी येता येता दोन तीन खांब सुद्धा आणले ते ही आदळले.. नुसता गोधळ.. चेंगराचेंगरी..हे सारे आठवून विक्रमाच्या मनात जखमी झालेल्या सर्कस पटूंविषयी काळजी दाटून आली..

"अरे विक्रमा, अशी काळजी करत बसण्यात आता काय अर्थ आहे? जेव्हा तंबू उभारला तेव्हाच हे सारे विचार करायचे होते ना? एवढे फिजिक्स वाले तुम्ही तरी पण असं कसं होऊ देता? पण मला हे सांग की तो जो तीन चार हत्तींच्या वजनाचा पाळणा होता त्याच्यामुळे हे सारं झालं ना? त्याच्यामुळे ती खालची आयताकृती rectangular दोरीची जाळी काही ठिकाणी आकसली compress झाली काही ठिकाणी ताणली गेली stretch झाली.. म्हणजे काय तर कापडी पाळण्यात किंवा झोळीत बाळाला ठेवल्यावर जशी झोळी आकार घेते.. बाळ जिथे असते त्याच्या खाली फुगते, बेंड होते, पाळण्याचा दोरा खांबाला बांधला असतो तिथे ताणली जाते तसे `झाले.. पण मग मला सांग तुमच्या फिजिक्स मध्ये आहेत का असे स्थळ-काळाच्या (space -time) पाळण्याला, अंथरुणा ला बेंड करणारे महाभाग? मुळात स्थळ-काळ (space -time) असे ताणले जाते का की सरळ चे सरळ इस्त्री केल्यासारखे ताठच्या ताठच राहते? तुला काही माहित असेल तर सांग नाही तर तुझा काळ भरलाच म्हणून समज.. "

"वेताळा, स्थळ किंवा स्पेस वाकेल, मोडेल, गोल होईल, पुन्हा ताणलेल्या अदृश्य इलास्टीक सारखा जागेवर येईल. काळ कधी हळू हळू जाईल कधी कधी बिघडलेल्या मीटरसारखा जोरात पळेल असं कोणी म्हटलं असतं तर त्याला कवीची कल्पनाच म्हटलं असतं.. कथा कादंबऱ्यांमध्ये ठीक आहे पण फिजिक्स मध्ये असं कोणी म्हटलं असतं त्याला जगाने वेड्यातच काढलं असतं.. नव्हे काढलंच, खूप वेड्यात काढलंच आणि मग नंतर त्यालाच नोबेल प्राइझही दिलं.."

"कधी झालं हे? कोण तो? काय म्हटला तो?"

"तो एक प्रकाशवेडा माणूस होता पहिल्यापासूनच.. आपल्या गाडीवर आपण बसलोय आणि ती गाडी आपण वेग वाढवत वाढवत नेली.. गाडीचा वेग प्रकाशाइतका झाला तर काय होईल? त्या वेगात माझ्या हातात मला स्थिर प्रकाश धरता येईल का? दोन मोठं मोठाली अवजड धुडं सूर्य आणि पृथ्वीसारखी कशी काय एकमेकाला धरून फिरत राहतात? न्यूटन त्याला law of gravitation गुरुत्वाकर्षणाचा नियम म्हणतो हे ठीक आहे पण मग गुरुत्वाकर्षणच त्यांना फिरवत का? आपण पृथ्वीवर उभं असतो तेव्हा आपलं वजन हाच आपला फोर्स असतो.. पण आपण वरून खाली येणाऱ्या लिफ्ट मध्ये असतो.. लिफ्ट आणि आपलं शरीर यांना पृथ्वी सारख्याच ग्रॅव्हिटेशन फोर्स ने ओढते..जोराने खाली येणाऱ्या लिफ्ट मध्ये आपल्याला वजनरहित झाल्यासारखं वाटतं.. काळ पण थांबल्यासारखा असतो.. पण `लिफ्टकडे बाहेरून पाहणाऱ्याला मात्र ती जोरात खाली येतेय हे दिसत असतं, कळत असतं.. त्या अर्थी काळ हा पाहणाऱ्याच्या पदधतीने कमी जास्त पुढे पुढे जातो.. स्थिर उभे राहून पाहणाऱ्याला एक सेकंद काळ पुढे जातोय हे कळेल.. पण प्रकाशाच्या वेगाने जाणाऱ्याला तो काळ पुढे सरकलाच नाही असे वाटेल.. नव्हे त्यासाठी काळ पुढे सरकणारच नाही इतक्या लवकर.. म्हणजे हे सगळं असं कसं चाललंय? काय चाललंय.. असं काय होतंय, का होतंय हाच विचार तो करत असे.."

"नाही विक्रमा काय बोलतोयस हे कळतंच नाहीये.. न्यूटन म्हणतो तसा ग्रॅव्हिटेशन फोर्स त्यांना फिरवत नाही तर मग ते एकमेकांना कसे फिरवतायत?"

"अरे वेताळा, याच प्रश्नावर त्या प्रकाशवेड्या माणसाने काम करत करत आयुष्य पणाला लावलं.. अगदी स्वित्झर्लंड मधल्या पॉलिटेक्निक कॉलेज मध्ये असल्यापासून तो माणूस या प्रकाशामागे आणि चंद्र ताऱ्यांना कोण फिरवतय या मागे अक्षरश:वेडा पिसा झाला होता.. न्यूटनच्या कल्पनांना धरून न राहिल्याने आणि आपली मते उघडपणे बोलून दाखवल्याने कॉलेजमधल्या शिक्षकांशी वाद विवाद झाले.. आणि त्याचं दुर्दैव म्हणजे त्याच प्राध्यापकांच्या हाती त्याच्या नोकरीची सूत्रे होती.. फिजिक्स शिकूनही कोणीही त्याला नोकरी देईना.. कुठेही प्राध्यापकी मिळेना..त्याच्या कल्पनांना त्याच्या कॉलेजमधल्या शिक्षकांनी 'ज्यू लोकांचं फिजिक्स' म्हणून कमी लेखून झालंच होतं.. शिवाय २५०-३०० वर्षे न्यूटनने सिद्ध केलेल्या आणि चालत आलेल्या कल्पनांना नाकारण्याचं पातक हातून घडलं होतं.. त्यात कॉलेजमधल्याच एकमेव लेडी क्लासमेट मारिया मारिक हिच्याशी लग्न होऊन पोर देखील झालं होतं.. पण नोकरी मिळेना.. कुट्ठच मिळेना.. शेवटी कशी बशी पेटंट ऑफिस मध्ये तिसऱ्या श्रेणीच्या क्लार्क ची नोकरी मित्राच्या ओळखीतून मिळाली आणि हे महाशय तिथे चिकटले.. पेटंट ची कामे फारशी यांच्या अथांग बुद्धीला त्रास देणारी नसल्याने ती पटकन आटोपून हे साहेब बाकीच्या वेळेत स्वतः च्या कल्पांनवर काम करत असत..रिसर्च पेपरही लिहीत असत आणि अर्थातच ती वाचून कोणीही याचं कौतुक सोडाच साधी दखलही देत नसत.. "

"नाही विक्रमा ऐकायला रोमांचक आहे.. तो कोण हे सुद्धा कळणं गरजेचं आहे.. पण त्याही पेक्षा सस्पेन्स याचा वाढतोय की वस्तू एकमेकाला ग्रॅव्हिटेशन च्या pull ने ओढत नाहीयेत.. असा कोणताच ओढणारा अदृश्य दोरा असतो हे मान्य करायचं नाही तर मग हे कशामुळे होतंय हा सस्पेन्स सर्वाधिक उत्सुकता वाढवणारा आहे.. कसं चालतं या जगाचं हे फिरणं.. ? "

"हा प्रकाशवेडा माणूस म्हणाला की ग्रह-ताऱ्यांसारख्या अतिभव्य आणि अतिशय जड वस्तू.. म्हणजे पृथ्वी तिचे वस्तुमान mass ६,००,००,००,००,००,००,००,००,००,००,००,०० किलोग्रॅम, सूर्याचे वस्तुमान पृथ्वीच्या ३,३३,००० पट.. अशा वजनदार वस्तू जिथे असतात तिथल्या स्थळ-काळाला time -space ला फुल चेपतात, त्याला वाकवतात, विस्कटवतात, त्याची घडी विस्कटवतात, पार झोळीच करतात  आणि त्याचा बदलाच म्हणून की काय तो विस्कटणारा स्थळ -काळ bending of space -time त्या अवजड वस्तूला आणि त्या आजूबाजूच्या सर्वच लहान मोठ्या वस्तूंना फिरवतो.. सर्कशीत नाही का त्या पाळण्याने जाळीला चेपल्यावर, त्याची झोळी केल्यावर त्या जाळीवर असलेल्या सगळ्या वस्तू केंद्राशी असलेल्या पाळण्याकडे ओढल्या जाऊ लागल्या तशातलीच हि गत.. एकुणात काय तर पृथ्वी, चंद्र, सूर्य यांसारख्या  महा अवजड वस्तू आजूबाजूच्या स्थळ -काळाच्या space-time शिस्तीत टाकलेल्या, अदृश्य ग्राफ पेपर ला जाता जात चेपत, विस्कटत जातात आणि त्या विस्कटण्यामुळे, स्थळ -काळ बेंड झाल्यामुळे त्यावरील लहान मोठ्या सर्व वस्तू त्या सर्वात मोठ्या विस्कटणाऱ्या वस्तूच्या कडे म्हणजे आपल्या सोलर सिस्टीमच्या बाबतीत  सूर्याकडे धडपडू लागतात.. म्हणजे स्थळ-काळ विस्कटल्यामुळे वस्तू पळू, पडू   लागतात आणि त्या पळण्याच्या वेगात होणारा जो बदल असतो acceleration तो गरुत्वाकर्षणाइतका असतो.. gravitational acceleration.."

"बापरे बाप काय हा भयंकर विचार.. कुठल्याकुठे त्या माणसाची उडी आणि त्या माणसाचं नावं काय? आणि हे जे वस्तूंनी स्थळ -काळ चेपत जाणं ह्या नियमाला काय म्हणतात?"

"वेताळा १०० वर्षांपूर्वीच नोव्हेंबर १९१९ साली हा नियम सिद्ध prove झाला.. त्या नियमाचं नाव सापेक्षतावादाचा सिद्धांत general theory of रेलॅटिव्हिटी आणि माणसाचं नाव अर्थातच Albert Einstein.. "

"अफाटच रे हि बुद्दीमत्ता.. पण हे स्पेस चेपत जाणं bending of space, काळ थांबत जाणं हे सिद्ध झालं म्हणालास ते कसं काय सिद्ध झालं?"

"त्याची वाटही या प्रकाशवेड्याला प्रकाशाने दाखवली.. "

"ती कशी काय ?"

"आईन्स्टाईन च्या सिद्धांतानुसार आजूबाजूच्या ताऱ्याकडून जेव्हा प्रकाश सूर्याच्या बाजूने आपल्या पर्यंत येतो तेव्हा सूर्य च्या आजूबाजूने येणार. सूर्याच्या आजूबाजूची जागा त्याने चेपलेली, बेंड केलेली असल्याने सरळ जाणाऱ्या प्रकाशाला सुद्धा बेंड व्हावं लागणार असं तो म्हणाला. प्रकाशाचा वेग कायमच राहणार.. पण जर तो ज्या भागातून चाललाय ती स्पेस वाकली.. प्रकाशाला जायचा रस्ता लांब झाला तर प्रकाशवेग कायम ठेवण्यासाठी तिथे काळ हळू पळणार. उलट स्पेस आकुंचित झाली रस्ता जवळचा असला तर वेग कायम तोच ठेवण्यासाठी काळ पट पट पावलं टाकणार.. एकुणात काय तर सूर्याच्या या उपद्व्यापामुळे त्याच्या मागचे तारे आपल्याला ते आहेत त्याहून वेगळीकडे दिसणार.. सूर्याच्या कानामागे असणारे तारे किंचितसे वर सरकलेले दिसणार.. "

"अरे हो विक्रमा मग हे दिसणार कसं?.. सूर्याचा प्रकाश इतका जास्त त्यात बाकीच्या ताऱ्यांकडून येणारा प्रकाश कधी आणि कसा दिसणार? मग हा सिद्धांत सिद्ध झाला तो कसा झाला?"

"प्रकाशवेड्या आईन्स्टाईन ला मार्ग दिसला तो सुद्धा सूर्य ग्रहणात..खग्रास सूर्य ग्रहण.. total solar eclipse.. आईन्स्टाईन ने त्याचा सिद्धांत पुरा झाल्यावर टेलिस्कोप मधून ग्रहतारे पाहणाऱ्या observatory ना पत्रं लिहायला सुरुवात केली.. कोणीच फारसा उत्साह दाखवला नाही पण एर्विन फ्रोउंडलीच या जर्मन खगोलतज्ज्ञाने ते आव्हान स्वीकारले..विलियम कॅम्पबेल या अमेरिकन तज्ज्ञाने ते स्वीकारले..  ते दोघेही कॅम्पबेलची महागाची उपकरणे घेऊन क्रिमिया या  रशियन भागात निरीक्षणे करण्यसाठी गेले आणि नेमके तेव्हाच पहिले विश्वयुद्ध सुरु झाले.. फ्रॉउंडलीच जर्मन असल्याने रशियाने त्याला कैद केले .. रशियन सैनिकांनी त्यांचे मौल्यवान सामान आणि उपकरणे मोडून तोडून टाकली.. कॅम्पबेल ला अमेरिकन असल्याने आणि अमेरिका युद्धात नसल्याने सोडून दिले.. हि १९१४ ची गोष्ट  ..कॅम्पबेल ने जून १९१८ मध्ये न्यूयॉर्क मधून खग्रास सूर्यग्रहणाचे फोटो घेतले.. जमेल ते उपकरण जमेल तसे तयार करून.. पण त्याला आइनस्टाइन च्या सिद्धांताचे पुरावे मिळाले नाहीत.. त्यामुले त्याने आपली निरीक्षणे लवकर प्रकाशित केली नाहीत    १९१६च्या आसपास आर्थर एडिंग्टन या ब्रिटिश खगोलतज्ज्ञाने ते आव्हान स्वीकारले आणि मे २०१९ च्या सूर्यग्रहणात आफ्रिकेजवळील समुद्रातून सूर्यग्रहणाचे फोटो काढले.. त्याच्या फोटोनुसार सूर्याच्या पलीकडचे तारे मूळ स्थानापासून भरकटल्यासारखे वाटत होते..आणि साधारण हाच आईन्स्टाईनचा दावा होता.. पुन्हा कॅम्पबेल ने १९२२साली ऑस्ट्रेलियाला जाऊन सूर्यग्रहणाचे फोटो घेतले आणि त्यातून आईन्स्टाईनच्या सिद्धांत निर्विवादपणे सिद्ध झाला.. सूर्याने खरोखरच स्थळ -काळाला चेपला होता आणि म्हणूनच प्रकाशही भरकटला होता आणि त्यामुळेच ताऱ्यांच्या जागाही मूळ स्थानापासून हलल्यासारख्या वाटत होत्या.. अगदी आइनस्टाइन ने सांगितल्या होत्या तितक्याच.. "

"कमाल, कमाल..आइनस्टाइन कमालच म्हटला पाहिजे.. पण काय रे विक्रमा हे स्थळ -काळ चेपत जाणं.. प्रकाशाचा वेग तोच ठेवण्यासाठी काळ आणि स्थळ यांनी कमी जास्त होणं हा काय प्रकार आहे? काही कळलं नाही.. शिवाय सूर्यासारख्या तार्यांकडून जो प्रकाश निघतो त्यासाठी सूर्य कोणते इंधन fuel वापरतो हे काहीच सांगितलं नाहीस.. हे fuel कोणतं तेही आइनस्टाइन नेच सांगितलं होतं ना.. त्याबद्दल काहीच सांगितलं नाहीस.. नुसता हा काय विस्कटतो, तो काय वाकवतो हेच सांगतोयस.. हे सूर्य, पृथ्वी, चंद्र चांगले गुड बॉयस वाटले होते .. चांगलेच दादा लोक आहेत झालं.. पण यांनी कितीही चेपायला पाहिलं तरीही आमच्यासारख्या वेताळांना ते कधीच ओढू शकणार नाहीत ना वाकवू शकणार नाहीत.. येतो मी वेताळा.. अभ्यास बरा केला होतास तसाच करून येत जा दरवेळी.. हा हा हा

(क्रमश:)

मुखपृष्ठ

Graduate and Engineering Physics

गोष्टींची पूर्ण यादी (Complete Story List)

copyright: अनिकेत कवठेकर