आइंस्टीन के बिना, हम दशकों तक गुरुत्वाकर्षण से निपटेंगे

1905 में, अल्बर्ट आइंस्टीन ने सैद्धांतिक भौतिकी की दुनिया को उल्टा कर दिया, जो अनुशासन पर एक काम प्रकाशित कर रहा था, जिसे बाद में सापेक्षता का विशेष सिद्धांत कहा जाएगा। उसने दिखाया कि अंतरिक्ष और समय को पूर्ण अस्तित्व नहीं माना जा सकता है: समय तेजी या धीमा हो सकता है, मानक लंबाई कम हो सकती है, जनता बढ़ सकती है।

और, सबसे प्रसिद्ध परिणाम, ऊर्जा के द्रव्यमान की समानता, और उनका अनुपात समीकरण E = mc result के माध्यम से व्यक्त किया गया है।

आइंस्टीन की प्रतिभा पर किसी को संदेह नहीं है, जिन्होंने सापेक्षता के सामान्य सिद्धांत को तैयार किया, लेकिन यह आमतौर पर स्वीकार किया जाता है कि अगर उन्होंने 1905 में अपना सिद्धांत प्रकाशित नहीं किया होता, तो कुछ अन्य भौतिक विज्ञानी जल्द ही अपनी जगह पर कर लेते।


"आइंस्टीन का क्रॉस" - एक दूर के क्वासर की चार छवियां, इस तथ्य के कारण प्राप्त होती हैं कि उसमें से प्रकाश हमारे आस-पास स्थित एक आकाशगंगा के चारों ओर झुकता है, जो एक गुरुत्वाकर्षण लेंस के रूप में कार्य करता है।

केवल 1915 में आइंस्टीन ने सापेक्षता के अपने सामान्य सिद्धांत को प्रकाशित करके अपनी प्रतिभा का प्रदर्शन किया। उसने तर्क दिया कि अंतरिक्ष-समय की वक्रता आनुपातिक है, और "ऊर्जा-गति घनत्व" के कारण भी होती है, जो कि अंतरिक्ष की एक इकाई मात्रा में किसी भी मामले से जुड़ी ऊर्जा और गति है।

इस कथन की पुष्टि तब हुई जब यह बुध की असामान्य कक्षा के अवलोकन के साथ और सूर्य के चारों ओर घूम रहे तारों के प्रकाश के साथ मेल खाता था।

पिछले सौ वर्षों में, जीटीआर को बहुत सटीकता के साथ सत्यापित किया गया है और हर बार परीक्षा पास की है। जीआर इस तरह की एक विशाल छलांग बन गया है कि यह कहा जा सकता है कि अगर आइंस्टीन ने इसे तैयार नहीं किया होता, तो यह लंबे समय तक अनदेखा रह सकता था।

सापेक्षता के सामान्य सिद्धांत का मार्ग

1907 में, "जीवनकाल का सबसे खुशहाल विचार" आइंस्टीन के पास आया जब वह नॉर्मन के पेटेंट में एक कुर्सी पर बैठे थे:

यदि कोई व्यक्ति स्वतंत्र रूप से गिरता है, तो वह अपना वजन महसूस नहीं करता है।

उसने उसे " समतुल्यता के सिद्धांत " के निर्माण के लिए प्रेरित किया, जिसमें कहा गया है कि एक त्वरित संदर्भ फ्रेम और गुरुत्वाकर्षण क्षेत्र के बीच अंतर करना असंभव है। उदाहरण के लिए, यदि आप पृथ्वी पर खड़े हैं, तो यह ठीक वैसा ही महसूस होगा जैसे कि आप 9.81 m / s² के त्वरण के साथ अंतरिक्ष यान में खड़े थे - पृथ्वी पर गुरुत्वाकर्षण के त्वरण के साथ।

गुरुत्वाकर्षण के नए सिद्धांत को तैयार करने का यह पहला बड़ा कदम था।

आइंस्टीन का मानना ​​था कि "सभी भौतिकी ज्यामिति है।" उनका मतलब था कि अंतरिक्ष-समय और ब्रह्मांड के बारे में ज्यामितीय शब्दों में सोचा जा सकता है। सामान्य सापेक्षता का सबसे आश्चर्यजनक निष्कर्ष, समय और स्थान की गतिशील प्रकृति, जाहिरा तौर पर आइंस्टीन को "ज्यामितीय" अंतरिक्ष-समय पर पुनर्विचार करने की आवश्यकता का नेतृत्व किया।

आइंस्टीन ने सटीक विचार प्रयोगों की एक श्रृंखला का आयोजन किया जो पर्यवेक्षकों द्वारा जड़त्वीय और घूर्णन संदर्भ फ्रेम में किए गए टिप्पणियों की तुलना करते हैं।

उन्होंने कहा कि संदर्भ के एक घूर्णन फ्रेम में एक पर्यवेक्षक के लिए, अंतरिक्ष-समय यूक्लिडियन नहीं हो सकता है, जैसे कि विमान ज्यामिति जो हम सभी स्कूलों में पढ़ते हैं। हमें सापेक्षता द्वारा अनुमानित विसंगतियों को ध्यान में रखने के लिए "घुमावदार स्थान" पर विचार करने की आवश्यकता है। वक्रता अपनी सामान्य सापेक्षता का समर्थन करने वाली दूसरी सबसे महत्वपूर्ण धारणा बन जाती है।

घुमावदार जगह का वर्णन करने के लिए, आइंस्टीन ने 19 वीं शताब्दी के गणितज्ञ बर्नार्ड रीमैन द्वारा पहले के काम की ओर रुख किया। अपने मित्र मार्सेल ग्रॉसमैन की भी, एक गणितज्ञ की मदद से, आइंस्टीन ने कई थकाऊ साल बिताए थे कि वे घुमावदार स्थानों के गणित का अध्ययन कर रहे थे - जिसे गणितज्ञ "अंतर ज्यामिति" कहते हैं। आइंस्टीन ने कहा कि "गुरुत्वाकर्षण की समझ की तुलना में, सापेक्षता का विशेष सिद्धांत एक बच्चे के खिलौने की तरह लग रहा था।"

आइंस्टीन के पास अब सिद्धांत को पूरा करने के लिए एक गणितीय उपकरण था। समतुल्यता सिद्धांत ने तर्क दिया कि एक त्वरित संदर्भ फ्रेम एक गुरुत्वाकर्षण क्षेत्र के बराबर है। ज्यामिति के अपने अध्ययन के परिणामस्वरूप, उनका मानना ​​था कि गुरुत्वाकर्षण क्षेत्र घुमावदार अंतरिक्ष समय का एक सरल प्रकटीकरण था। इसलिए, वह दिखा सकता है कि संदर्भ के तेज फ्रेम गैर-यूक्लिडियन रिक्त स्थान थे।

विकास

तीसरा महत्वपूर्ण कदम न्यूटनियन गुरुत्वाकर्षण के लिए जीआर को लागू करने में कठिनाइयों का उन्मूलन था। सापेक्षता के विशेष सिद्धांत में, सभी संदर्भ फ़्रेमों में प्रकाश की गति का निरंतरता और यह दावा किया जाता है कि प्रकाश की गति गुरुत्वाकर्षण की न्यूटोनियन सिद्धांत के विपरीत अधिकतम प्राप्य गति है, जिसने गुरुत्वाकर्षण की तात्कालिक कार्रवाई को पोस्ट किया है।

सीधे शब्दों में कहें तो न्यूटनियन गुरुत्वाकर्षण ने कहा कि यदि आप सूर्य को सौरमंडल के केंद्र से हटाते हैं, तो इस घटना का गुरुत्वाकर्षण प्रभाव तुरन्त पृथ्वी पर महसूस किया जाएगा। लेकिन एसटीओ का कहना है कि सूर्य के लुप्त होने का असर प्रकाश की गति पर भी पड़ेगा।

आइंस्टीन यह भी जानता था कि दो निकायों का गुरुत्वाकर्षण आकर्षण सीधे उनके द्रव्यमान के समानुपाती होता है, जो न्यूटनियन एफ = जी * एम * एम / आर² से होता है। इसलिए, द्रव्यमान ने गुरुत्वाकर्षण क्षेत्र की ताकत को स्पष्ट रूप से निर्धारित किया। एसआरटी का कहना है कि द्रव्यमान ऊर्जा के बराबर है, इसलिए ऊर्जा-गति घनत्व को गुरुत्वाकर्षण के बल को भी निर्धारित करना चाहिए।

नतीजतन, आइंस्टीन ने अपने सिद्धांत तैयार करने के लिए इस्तेमाल की जाने वाली तीन प्रमुख धारणाएं थीं:
1. घूर्णन (गैर-जड़ता) संदर्भ प्रणालियों में, अंतरिक्ष घुमावदार (गैर-यूक्लिडियन) है।
2. समतुल्यता का सिद्धांत कहता है कि संदर्भ फ्रेम को तेज करना गुरुत्वाकर्षण क्षेत्र के बराबर है।
3. एसआरटी से द्रव्यमान और ऊर्जा की समानता का पालन किया जाता है, और न्यूटोनियन भौतिकी से यह माना जाता है कि द्रव्यमान गुरुत्वाकर्षण बल के समानुपाती है।

आइंस्टीन निष्कर्ष निकालने में सक्षम था कि ऊर्जा-गति घनत्व बनाता है, और आनुपातिक है, अंतरिक्ष-समय की वक्रता।

यह ज्ञात नहीं है कि उनके पास कब "अंतर्दृष्टि" थी, जब वह इस पहेली को एक साथ रखने और अंतरिक्ष की वक्रता के साथ द्रव्यमान / ऊर्जा को जोड़ने में सक्षम थे।

1913 से 1915 तक, आइंस्टीन ने सामान्य सापेक्षता के पूरा होने पर काम करते हुए कई काम किए। कुछ कामों में, गलतियाँ की गईं, जिसकी वजह से आइंस्टीन सैद्धांतिक विचारों में अनावश्यक विचलित होने पर समय बर्बाद कर रहे थे।

लेकिन अंतिम परिणाम, कि ऊर्जा-संवेग घनत्व अंतरिक्ष समय को मोड़ता है, जैसे कि बॉलिंग बॉल रबर की एक फैली हुई चादर होती है, और गुरुत्वाकर्षण क्षेत्र में द्रव्यमान की गति अंतरिक्ष-समय की वक्रता पर निर्भर करती है, यह संदेह के बिना मानव बुद्धि द्वारा किया गया सबसे बड़ा अनुमान है।

सूप

यदि हम आइंस्टीन की प्रतिभा के लिए हमारे साथ नहीं हैं तो हम कब तक गुरुत्वाकर्षण को समझ पाएंगे? यह संभव है कि हमें इसके लिए कई दशकों तक इंतजार करना होगा। लेकिन 1979 में, पहेली निश्चित रूप से सामने आएगी। उस वर्ष, खगोलविदों ने " जुड़वां क्वासर्स " की खोज की, QSO 0957 + 561, गुरुत्वाकर्षण लेंसिंग का निरीक्षण करने वाला पहला क्वासर।



इस अद्भुत खोज को केवल अंतरिक्ष-समय की वक्रता द्वारा समझाया जा सकता है। उसके लिए, उन्हें शायद नोबेल पुरस्कार दिया गया होगा, अगर आइंस्टीन की प्रतिभा के लिए नहीं। या शायद यह अभी भी देने लायक है।