अल्बर्ट आइनस्टाइनचा सापेक्षता सिद्धांत (भाग- 3)

ईथर माध्यम

ईथर माध्यम
प्रकाश किरणांचे उत्तर शोधताना वैज्ञानिक पुन्हा एकदा ईथर या माध्यमाचा विचार करू लागले. अदृश्य स्वरूपात असलेल्या या माध्यमाला रंग नाही, वास नाही, जडत्व नाही. तरीसुद्दा प्रकाश किरणांना पुढे पुढे जाण्यास हे माध्यम मदत करते याचे वैज्ञानिकांना आश्चर्य वाटू लागले. 1881 मध्ये अल्बर्ट मायकेल्सन व एड्वर्ड मोर्ले हे अमेरिकन वैज्ञानिक ईथरचा छडा लावण्यासाठी पुढे सरसावले व एक महत्वाचा प्रयोग त्यांनी यासंबंधात केला. जर खरोखरच ईथर अस्तित्वात असल्यास ईथरच्या प्रवाहाबरोबर जाणार्‍या प्रकाश किरणांचा वेग व प्रवाहाच्या विरुद्ध दिशेने जाणार्‍या प्रकाश किरणांचा वेग यांची तुलना केल्यास वेगामध्ये फरक जाणवायला हवा. वेगमापकाला ऩिर्वात कुपीत ठेवून अशा प्रकारचा प्रयोग केल्यानंतर मायकेल्सन व मोर्ले - व इतर वैज्ञानिक - यांच्या पदरी निराशा पडली. कारण दोन्ही वेगात अजिबात फरक नव्हता. पुढील 20 वर्षे या वैज्ञानिक जोडीने तऱ्हे तऱ्हेच्या प्रयोगातून ईथरचे संशोधन करूनसुद्धा शेवटी हाती काही लागले नाही. मुळातच ती नसल्यामुळे मिळण्याची शक्यताच नव्हती. ईथरने निराश केल्यामुळे प्रकाश किरणांचे गूढ आहे तसेच राहिले. काही वैज्ञानिक फॅरडेच्या प्रयोगांचे पुनर्विश्लेषण करू लागले व तसे करताना चलन प्रक्रिया निरपेक्ष नसून ती सापेक्ष असू शकते या निर्णयाप्रत पोचले. त्याच वेळी हिपोलाइट फिझू (Armand Hippolyte Louis Fizeau :1819 – 1896) या फ्रेंच वैज्ञानिकाला वेगवेगळ्या टप्प्यावर असलेल्या काही निरीक्षकांच्या प्रकाश वेगाच्या मोजमापांचे विश्लेषण केल्यानंतर त्या सारख्याच आहेत हे लक्षात आले. या सर्व घडामोडीमुळे वैज्ञानिकात गोँधळ उडाला. विज्ञानाच्या चलन वा वेग (अंतर भागिले वेळ) यांच्या आकलनात काहीतरी गोची आहे म्हणून या गोष्टींचा ते पुनर्विचार करू लागले. हा बदल आजपर्यंतच्या वैज्ञानिक 'सत्या'ला धक्का देणारा होता. विज्ञानाचा पायाच अधू होणार की काय याची त्यांना भीती वाटू लागली. काही वैज्ञानिकांना मात्र विज्ञानात अशा प्रकारचे छोट्या मोठ्या अपवादात्मक गोष्टी असतात व त्यांचा निस्तरा करणे शक्य आहे असे वाटत होते. ते सर्व कुठेतरी चुकत होते हे मात्र नक्की. या सर्व गोष्टींचा अभ्यास करताना आइन्स्टाइनला नवीन दृष्टी मिळाल्यासारखे वाटू लागले.

स्विस पेटंट ऑफिसमधील नोकरी
1902 मध्ये आइन्स्टाइनच्या मदतीला त्याचा मित्र मार्सेल ग्रॉसमन आला. त्यानी स्विस पेटंट ऑफिसमध्ये आइन्स्टाइनला नोकरी मिळवून दिली. त्या ऑफिसमध्ये उद्योजकांच्या नवीन संशोधित कल्पनांच्या विश्लेषणाचे काम त्याला करायचे होते. नोकरीत विशेष काही नव्हते. परंतु त्याचे काका जेकब हेसुद्धा एका प्रकारचे संशोधकच होते. त्यामुळे आइन्स्टाइनला हे काम आवडू लागले. मुळात त्याच्या बुद्धीला रोज नवीन नवीन खाद्य मिळू लागले. या निमित्ताने भौतिकीतील नियमांची, सिद्धांतांची उजळणी होऊ लागली. पाचव्या वर्षापासून - होकायंत्र भेट म्हणून मिळाल्यापासून - त्याच्या डोक्यात भौतिकीचे नियम, चुंबक, विद्युत याच गोष्टी कायमचे घर करून होत्या.

आइन्स्टाइनसुद्धा चलन प्रक्रिया निरपेक्ष (absolute) असण्याबद्दल संभ्रमित होता. यात काही तरी गौडबंगाल आहे असे त्याला वाटत होते. ही निरपेक्षता केवळ विद्युत चुंबकीय प्रयोगापुरते मर्यादित नसून त्याची व्याप्ती वैश्विक असावी, हा विचार त्याच्या डोक्यातून जाईना. मायकेल्सन व मोर्ले यांनी अगोदरच ईथरची हकालपट्टी केली होती. अगदी बालपणापासूनच विद्युत चुंबकीय तरंगावर स्वार होऊन प्रकाश किरणांमागे धावण्याचे स्वप्न तो बघत होता. त्याच्यासमोर काही ज्वलंत प्रश्न उभे होते: निसर्गाचे वर्तन सापेक्ष का आहे? प्रकाश किरण निर्वात पोकळीतून कसे काय जाऊ शकतात? प्रकाश किरणांचे खरेखुरे स्वरूप पाहता येईल का?... असले प्रश्न त्याला दिवस रात्र पछाडत होत्या. पेटंट ऑफिसमधील कारकुनी करून झाल्यानंतरच्या वेळात त्याचे विचार चक्र फिरत होते. हा वेळ त्यानी खास विचारप्रयोगासाठी राखून ठेवला होता. याच काळात त्याची गाठ मिलेव्हा मॅरिक या त्याच्या भावी पत्नीशी पडली. तो प्रेमात पडला. परंतु विवाह यशस्वी ठरला नाही. दोन मुलाचा बाप होऊनही आइन्स्टाइनचे लग्न विज्ञानाशीच झाल्यासारखे वाटत होते.

सापेक्षता
1904मध्ये प्रथमच तो फॅरडेच्या विद्युत चुंबकीय क्रियेतील अवकाश व काळ यांच्या निरपेक्षतेविषयी वेगळा विचार करू लागला. जगात सापेक्षता आहे आणि अंतर व वेग यांना निरपेक्षतेचे गुणधर्म चिकटवू नये, असे त्याला मनस्वी वाटू लागले. त्याच्या या नवीन गृहितकानुसार लांबी, रुंदी, खोली इत्यादी गोष्टी अवकाशातील त्यांचे स्थान व वेळ मोजणार्‍यांच्यावर अवलंबून असणार. या त्याच्या कल्पनेतील विश्वात सगळ्याच गोष्टी सापेक्ष ठरू लागल्यास गोंधळलेली परिस्थिती निर्माण होईल याची त्याला भीती वाटू लागली. आपले विश्व इतके असंबद्ध असू शकेल, अशी तो कल्पनाच करू शकला नसता. कलेच्या विश्वातील मनमानी येथे चालणार नव्हती. कुठेतरी आपण चुकत आहोत असे त्याला वाटू लागले. परंतु या गोंधळलेल्या स्थितीला सावरण्यासाठी काही नियम असायलाच हवेत यावर त्याचा विश्वास होता.

मायकेल्सन-मोर्ले प्रयोग

फिझूच्या प्रयोगांचे पुनर्विचार करताना आइन्स्टाइनला त्यातील एका गोष्टीचे आश्चर्य वाटू लागले. प्रत्येकाने स्वत:च्या चलन वेगाचा प्रकाशवेगात अधिक वा उणे केल्यास - प्रकाश किरणाच्या दिशेने जात असल्यास अधिक व विरुद्ध दिशेने जात असल्यास उणे - तरीसुद्धा प्रकाश वेग 3 लाख किमी प्रती सेकंदच राहतो. हा त्याच्या दृष्टीने चमत्कारच होता. कितीही वेगाने आपला अवकाशातील प्रवास असला तरी प्रकाश वेगाला आपण मागे टाकू शकत नाही. जोनाथन स्विफ्टच्या कथेतील गलिव्हरप्रमाणे लिलीपुट देशात गलिव्हर बुटका बुटका होत जातो व ब्रॉबडिनॉगच्या महाकायांच्या देशात तो अवाढव्य वाढतो.गंमत म्हणजे त्याच्या आवतीभोवतीचे इतर आहे त्याच स्थितीत असतात. आइन्स्टाइनच्या काल्पनिक विश्वातील या गोष्टी प्रकाशीय भ्रम (optical illusion) असण्याची शक्यता होती. त्याच्या या विश्वात अंतरही बदलत जाते व वेळही बदलत राहते. त्यामुळे वेगाचा नीटसा अंदाज येत नाही.

या सर्व गोष्टींचा विचार करत असताना आइन्स्टाइनला आपल्या लहानपणीच्या आकुंचन गुणकाची (shrinking factor) आठवण झाली. अवकाश भ्रमण करणारा प्रवासी जसजसा अवकाशात पुढे पुढे जाऊ लागतो तस तसा त्यानी कापलेले अंतर व तो मोजत असलेला वेळ यात सूक्ष्मपणे बदल होत असावेत.

प्रवासाचा वेग v व प्रकाश वेग c असल्यास
आकुंचन गुणक = (1 - v²/c²) ^1/2झाले असते. हे समीकरण (1-s)ⁿ याच्याशी जुळत होते. आइन्स्टाइननी शोधल्याप्रमाणे
आकुंचन गुणांक = (1 - 1/2 v²/c²)

प्रवासाचा वेग 0 असल्यास (वा तो प्रवास करत नसल्यास v =0) गुणांकात बदल होणार नाही.
(1 - 1/2 x 0² / c² ) = 1 - 0 = 1

कासवाच्या गतीने हळू हळू जात असल्यास v चे मूल्य फारच कमी असेल. अत्तराच्या कुपीतील थेंब थेंब अत्तराप्रमाणे वेगाच्या मूल्यात फरक पडणार नाही.

(1 - 1/2 x 0² / c² ) = 1 - फारच कमी मूल्य

जास्त वेगाने प्रवास करणार्‍या प्रवाश्याचे आकुंचन गुणकाचेच मूल्य कमी झालेले असेल. थोडक्यात जास्त वेगाने प्रवास करणार्‍या प्रवाश्याला अंतर व वेळ मोजण्यासंबंधीचे आकलन कमी कमी होत जाईल. तरीसुद्धा वेगवेगळ्या वेगाने जाणार्‍यांच्या आकलनामध्ये फरक असला तरी प्रकाश वेगासंबंधी मात्र त्यांच्यात एकवाक्यता असेल. हेच जर खरे असल्यास निसर्गाने विद्युत चुंबकीय तरंगानाच अशी वेगळी वैशिष्ट्यपूर्ण वागणूक का दिली असेल हा प्रश्न अनुत्तरीत राहतो. फक्त प्रकाश वेगच अबाधित का?

या प्रश्नाचे उत्तर मायकेल्सन - मोर्ले प्रयोगाच्या निष्कर्षातच मिळेल असे आइन्स्टाइनला वाटत होते. त्यांच्या प्रयोगाने ईथर माध्यमाच्या अस्तित्वाला पुरावे नाहीत हे सिद्ध केले होते. जर ईथर माध्यम अस्तित्वातच नसल्यास विद्युत चुंबकीय तरंग चमत्कार घडल्यासारखे कुठेही प्रवेश करू शकतात, कुठेही वळू शकतात, निर्वात पोकळीतून जाऊ शकतात, कुठल्याही माध्यमाची त्यांना गरज भासत नाही, इत्यादी गोष्टींचा स्वीकार करावा लागेल. हे तरंग एकमेवाद्वितीय असून भारविरहित ऊर्जेचे ते प्रतिनिधित्व करतील! म्हणूनच प्रकाशाला अनादीकाळापासून दैवत्व बहाल केले असेल. तत्वज्ञांच्या मते तारे, ज्वाळा वा एडिसनचा बल्ब इत्यादीमधून बाहेर पडणार्‍या प्रकाशाभोवती चमत्कृतीचे वलय आहे. विश्वासंबंधी विचार करताना गेली 2000 वर्षे ईथरसंबंधीचे उल्लेख कुठे ना कुठे तरी आढळत होते. परंतु यानंतर तो उल्लेख असणार नाही. आइन्स्टाइनच्या मनात पूर्वग्रहदूषित विचारांना कधीच थारा नव्हता. ईथरचे धुके त्याच्या स्वच्छ वैज्ञानिक दृष्टीला झाकू शकत नव्हते. निरपेक्ष अवकाश व काळ याप्रमाणे ईथरचीसुद्धा त्यानी हकालपट्टी केली.