कुरा: युवाको

२६ वर्षमै आविष्कारक बनेका थिए आईन्स्टाइन

२६ वर्षमै आविष्कारक बनेका थिए आईन्स्टाइन

सापेक्षताको सिद्धान्त वैज्ञानिक जगतलाई महान वैज्ञानिक अल्बर्ट आइन्सटाईनको एउटा महत्वपूर्ण योगदान हो । २६ वर्षको उमेरमा उनले यस्तो गहन विषयको आविष्कार गरेका थिए । उनी त्यतिबेला स्वीस पेटेन्ट कार्यालयमा तेस्रो तहका कर्मचारी थिए । सन् १९०५ मा उनको यस सिद्धान्तसम्बन्धी शोधपत्र, जर्मनीको भौतिकशास्त्र  सम्बन्धी जर्नलमा प्रकाशित भएपछि यसले भौतिकशास्त्र जगतमा तहल्का मच्चायो । के हो त सापेक्षताको सिद्धान्त ? विद्यार्थी जीवनमा प्रत्येक क्षेत्रमा असफल आईन्स्टाइनलाई यस्तो गम्भीर विषयमा कसरी रुझान बढ्यो ? आउनुस् यसबारे जानकारी लिउँ ।

 आईन्स्टाईन दुई वर्षको हुँदा शिकागोमा एउटा प्रसिद्ध भौतिकशास्त्री अल्बर्ट माइकलसनले एउटा महत्वपूर्ण प्रयोग गरिरहेका थिए । उनले उक्त प्रयोगमा प्रकाशको गति ३ लाख किलोमिटर दुईवटा दिशामा गणना गर्ने प्रयास गर्दै थिए । पृथ्वी आफ्नो अक्षमा लगभग ३० किमी सेकको गतिले घुम्ने गर्छ । माईलसनको विचारमा प्रकाशको गति पृथ्वीको घुम्ने दिशातिर (३००००००ं००ं) किमी  र उल्टो दिशातिर पनि समान हुनुपर्छ । त्यस प्रयोगको नतिजाले सबैलाई आश्चर्यचकित पारिदियो । कयौंपटक दोहोर्याउँदा पनि प्रत्येक दिशामा प्रकाशको गतिमान समान पाइयो । त्यो न्यूटन भौतिकीको सिद्धान्तसंग अन्तरविरोध राख्थ्यो । तर, सत्य थियो । 

यो प्रयोगको दुई दशकसम्म विभिन्न वैज्ञानिकहरुले न्यूटन प्रतिपादित भौतिकीका सिद्धान्त प्रयोग गरेर त्यसको हत्या गर्न खोजे । तर उनीहरुलाई यस काममा सफलता मिलेन । कसैले पनि न्यूटन भौतिकीका सिद्धान्त नै अपूरो अथवा अपर्याप्त हो भन्ने साहस गर्न सकेनन । तर यो साहस महान वैज्ञानिक आइन्स्टाईनले गरे र उनले तीब्र रुपमा विकास भइरहेको भौतिकशास्त्रको पूर्ण व्याख्या अब पुरानो न्यूटनशास्त्रले मात्र गर्न सक्दैन भन्ने प्रमाणित गरेर देखाए । उक्त प्रयोग सत्य प्रमाणित गर्न एउटा नयाँ सिद्धान्तको आवश्यकता महसूस भयो । न्यूटन भौतिकीका सिद्धान्त यस व्यापक सिद्धान्तको एक सानो भाग मात्र हो । जसले प्रकृतिका केही विषयलाई मात्र स्पष्ट गर्दछ भन्ने आईन्स्टाइनको मान्यता थियो । त्यही व्यापक सिद्धान्तको नाम हो– सापेक्षताको सिद्धान्त । उनले यस विषयमा १६ वर्षको उमेरदेखि नै सोच्न शुरु गरेका थिए । एक दशकको गहन चिन्तनपछि १९०५ मा यसलाई प्रकाशित गरे । 

पुरानो सिद्धान्तअनुसार समय र दूरी दुईवटा भिन्दाभिन्दै विषय हुन् । यी दुईबीच कुनै अन्तरसम्बन्ध छैन् । अर्थात तिनीहरु आफैंमा सम्पूर्ण हुन् । समय आफैंमा सम्पूर्ण हुनुको अर्थ सारा ब्रम्हाण्डका लागि नै एउटा घडी हुन्छ । उक्त घडीले दिने समय नै सबैलाई मान्य र सवैका लागि समान हुन्छ । त्यस्तै दूरी मापनका लागि पनि सारा ब्रम्हाण्डका लागि एउटा मात्र मानक हुन्छ । कुनै पनि एउटा वस्तुको लम्बाई जहाँबाट, जसरी र जोसुकैले हेरे पनि समान हुन्छ । 

आईन्स्टाइनको विचार यो भन्दा पूर्ण रुपले फरक थियो । उनको भनाइअनुसार  समय र दूरी आफू आफूमै सम्पूर्ण नभएर दुईवटै सापेक्ष कुरा हुन् । तिनीहरुको मान, तिनलाई गणना गर्ने स्थितिमा भर पर्छ । स्थितिको भिन्नताअनुसार एउटै दूरी दुईवटा मानिसका लागि फरक फरक हुन सक्दछ । यो कसरी सम्भव छ ? आईन्स्टाइन यो किन र के को आधारमा भनेको त ? आईन्स्टाइनको यसप्रतिको सोचाइ  उनी १६ वर्षको हुँदा नै माइकलसनको प्रयोगको नतिजा व्याख्या गर्ने क्रमबाटै शुरु भयो । उनको विचारमा माइकलसनको प्रयोग प्रमाणित गर्नुपर्ने कुनै आवश्यकता नै छैन् । यो प्रकृतिको अविचलित नियम हो । प्रकाशको गति अपरिवर्तित हुनु एउटा स्वयंसिद्ध तथ्य हो । यसलाई प्रमाणित गर्नुपर्ने कुनै आवश्यकता नै छैन् । उनका अनुसार प्रकाशको प्राकृतिक गुण यसको गति प्रकाशस्रोतको गतिमा भर पर्दैन । उनले प्रकाशको गति अपरिवर्तित हुनु एउटा प्रकृतिको  अटल निय हो भनेर घोषणा गरे । प्रकृतिको यो अनौठो नियम नै दूरी र समय सापेक्ष हुनुको कारण हो । 

मानौं, दुईजना अवलोकनकर्ता एकअर्काको विपरीत दिशातर्फ हिँडिरहेका छन् र सो क्रममा उनीहरुले प्रकाशको गति पनि गणना गर्ने प्रयाश गर्दैछन् । एकजना प्रकाश हिँड्ने दिशातर्फ र अर्को त्यसको उल्टोतिर हिँडिरहेको मानौं । पुरानो सिद्धान्त तथा आम सोचाई अनुसार प्रकाशको दिशातिर हिँड््ने अवलोकनकर्ताले उल्टो दिशातिर हिँड्ने अवलोकनकर्ताभन्दा प्रकाशको गति कम पाउने छ । तर आईन्स्टाइनका अनुसार यो सम्भव छैन र दुवैजनाले प्रकाशको गति समान पाउनै पर्छ किनकी यो प्रकृतिको नियम हो । यो कसरी सम्भव छ त ? यो सम्भव हुनका लागि उनीहरुमध्ये एउटाको मापक यन्त्र त्रुटिपूर्ण हुनैपर्छ । तर दुवैजनालाई यो विश्वास छ कि तिनीहरुको यन्त्र सही छ र त्यो विश्वास सत्य पनि हो । त्यतिखेर त्रुटी कहाँ भयो त ?

आईन्स्टाइनका अनुसार दुईवटा अवलोकनकर्ता एकअर्काको सापेक्ष गतिमा छन् भने उनीहरुको मानक एउटै हुँदैन् । यस्तो बेलामा एउटाको यन्त्रले जुन दूरी र समयको गणना गर्दछ, त्यही दूरी र समय अर्काका लागि फरक हुन्छ । यसो नभएको खण्डमा उनीहरुले प्रकाशको गति समान पाउने छैनन् । अत ः एउटै समय र दूरी पनि अब स्थिति अनुसार फरक हुन सक्दछ । दुईवटा अवलोकनकर्ताको मानकमा कति फरक आउँछ भन्ने कुरा तिनीहरुको सापेक्ष गतिमा भर पर्दछ । सापेक्ष गति बढ्दै जाँदा बीचको फरक पनि बढ्दै जान्छ । 

यदि प्रकाशको गतिलाई अपरवर्तित नै राख्ने हो भने न्यूटन भौतिकीको सिद्धान्त विरुद्ध तीनवटा विषयमा परिवर्तन आउने छ । पहिलो गतिमान वस्तुको लम्बाई घट्ने छ । दोस्रो गतिमान वस्तुका लागि घडी सुस्त हुनेछ । तेस्रो गतिमान वस्तुको पिण्ड बढ्ने छ । तीनवटा मध्ये तेस्रो तथ्य, पहिलो र दोस्रो तथ्यबाट प्रमाणित गरिएको हो । यी तीनवटै विषय परिवर्तन हुने मात्रा वस्तुको गतिमा भर पर्छ । 

यदि कुनै विमान प्रकाशको गतिले हिँड्न थाल्दछ भने यस सिद्धान्तअनुसार त्यस विमानको पिण्ड अनन्त हुनेछ, विमानको लम्बाई शून्य हुनेछ र विमानभित्रै समय रोकिने छ । तर समय कहिल्यै रोकिदैन र वस्तुको लम्बाई पनि शून्यमा रहने सम्भावना रहँदैन् । आईन्स्टाइनले यसबाट यो निष्कर्ष निकाले कि कुनै पनि वस्तुको वेग प्रकाशको वेगसंग बराबर हुन सक्दैन् । साधारण सोचाई अनुसार वास्तवमा यो सवै अचम्मलाग्दो छ । यी विषयलाई मानिसले आईन्स्टाइनभन्दा पहिला किन पत्ता लगाउन सकेनन त ? किनकी हाम्रो दैनिक जीवनमा हुने घटनाको गति प्रकाशको गतिभन्दा एकदमै नगन्य हुन्छ । परिवर्तन यति नगन्य हुन्छ कि अनुमान नै लगाउन सकिदैन् ।

आईन्स्टाइनको नियमअनुसार ध्वनिको गतिले हिँड्ने विमानको पिण्डमा लगभग १० खर्बको एक भागले मात्र वृद्धि हुन्छ । कुनै विमानको पिण्ड १० टन छ भने त्यो विमान उडिरहेका बेला उसको पिण्ड एक ग्रामको एक लाईनका भागले बढ्नेछ । अर्थात ०,००००० ग्रामले । ध्वनिको गतिले उडिरहेको विमानमा यति सानो परिवर्तनको अनुभव अथवा गणना प्राय : असम्भव नै छ । 

आईन्स्टाइनको यस सिद्धान्त सम्बन्धी थुप्रै कथा प्रचलित छन् । जसमध्ये जुम्ल्याहा दाजुभाइको कथा निक्कै लोकप्रिय छ । उक्त कथाअनुसार जुम्ल्याहा दाजुभाइमध्ये एकजना लगभग प्रकाशको गतिमा उडिरहेको विमानमा बसेर अन्तरीक्ष यात्रामा गएछ । ठीक विपरीत अर्को भाइ चाहिँ पृथ्वीमै बसेछ । दुई वर्षपछि अन्तरीक्षमा गएर आउनेले पृथ्वीमा बसेको लाई आफूभन्दा २० वर्ष जेठो भइसकेको पायो । तर यो प्रसंग दुवैलाई कुनै आश्चर्य भएन । किनकी अन्तरीक्ष यात्रीको गतिले गर्दा उसको यानभित्र घडी सुस्त हुन पुग्छ । र उसको लागि अन्तरीक्षको यानमा दुई वर्ष मात्र वितेको हुन्छ । 

अर्को कथा यस्तो छ । एकपटक आईन्स्टाइन एउटा बसमा यात्रा गरिरहेका थिए । उनले त्यो बसको खलाँसीलाई एउटा अचम्मको कुरा सुनाए । उनले भने– ‘तिमीलाई थाहा छ, तिम्रो बसमा हिँड्दा मेरो यो घडी बस स्टपमा हुँदा भन्दा सुस्त भएको छ । र यो बस पनि अलि छोटो भएको छ । मैले भनेको विश्वास गर ।’ विचरा खलाँसी के बुझ्थ्यो । उसलाई यी कुरा गर्ने मान्छे पागलजस्तै लाग्यो । यसरी आईन्स्टाइनले सापेक्षवाद सिद्धान्तको प्रतिपादन गरे । विभिन्न परीक्षणबाट यसको तथ्य प्रमाणित भयो ।

नाभिकीय भौतिकी अर्थात न्यूक्लियर फिजिक्स र अन्तरीक्ष विज्ञानमा यसको व्यापक प्रयोग भइरहेको छ । आईन्स्टाइन ६८ वर्ष हुँदा उनले १६ औं शताब्दीका वैज्ञानिक र भौतिकशास्त्रका पिता मानिने न्यूटनसंग, न्यूटन भौतिकीलाई धराशायी बनाएकोमा क्षमा मागेका थिए । उनले भनेका थिए– ‘न्यूटन, तिमीले भौतिक शास्त्रका जुन नियम र सिद्धान्त बनायौ, त्यो अद्वितीय र अझ पनि जीवित छ ।’ 

उनले यसो किन भने त ? उनले न्यूटन भौतिकी समाप्त भयो भनेर किन भनेनन ? किनकी उनले त्यतिबेला मात्र यसो भन्न सक्दथे, जब हाम्रो सामान्य जीवनमा हुने घटनाको गति, प्रकाशको गतिसंग लगभग बराबर हुन्छ । त्यो असम्भव कुरा हो । अत : न्यूटन भौतिकी अक्ष पनि उत्तिक्कै महत्वपूर्ण छ । आईन्स्टाइनले मात्र त्यसको सीमा निर्धारण गरिदिएका हुन् । जस अन्तर्गत मात्र यसले भरपर्दो व्याख्या गर्न सक्दछ । लामो सामान्य जीवनका घटनामा त्यही न्यूटन भौतिकीको प्रयोग हुन्छ । निष्कर्ष के हो भने आजको युगमा आईन्स्टाइनको सिद्धान्तविना भौतिकशास्त्रको कल्पना पनि असम्भव प्राय भइसकेको छ ।