अल्बर्ट आइनस्टाइनचा सापेक्षता सिद्धांत (भाग- 4)

सापेक्षता सिद्धांत
त्याच्या मनात आलेल्या या नव्या सिद्धांताचा आइन्स्टाइन पाठपुरावा करू लागला. त्याच्या मते हा सिद्धांत अवकाश व काळ यावर परिणाम करणारा नव्हता. ऊर्जा व वस्तुमान यांना आकुंचन गुणक लागू करताना काही बदल करावे लागले असते. प्रवाश्याचा अवकाशातील वेग जसजसा वाढत जातो त्यानुसार वस्तुमान व ऊर्जा आकुंचित न होता वाढत जातील. ही वाढ आकुंचन गुणकाच्या व्यस्तांकाप्रमाणे (reciprocal) होत राहील. पदार्थ जेव्हा स्थिर स्थितीत असतो तेव्हा वस्तुमान व ऊर्जा यात फरक पडणार नाही. परंतु चलित अवस्थेत वस्तुमान व ऊर्जा यांच्यात वाढ होत राहील. जितका जास्त वेग तितकी जास्त ऊर्जा.

जर वस्तुमानाचा वेग (v ) प्रकाश वेगाच्या (c) अगदी जवळ पोचल्यास काय होईल?
(1- c²/ c²)^1/2= (1-1) ^1/2= 0
अवकाशातील प्रवाश्याचा वेग प्रकाशवेगाएवढे असल्यास अवकाश, काळ किंवा संपूर्ण विश्वच शून्यवत होतील! त्याच वेळी अवकाशयात्रीच्या वस्तुमानात व ऊर्जेत प्रचंड प्रमाणात वाढ होत होत कदाचित अनंतत्वापर्यंत (infinity) पोचेल. (कारण येथे शून्याने भागाकार करावे लागेल).

आइन्स्टाइनला हे सर्व काही तरी विचित्र, गूढ, आकलनाच्या पलिकडचे व कल्पनेच्या बाहेरचे आहे असे वाटू लागले. तो स्वत:च या विचार-साखळीच्या विषयी घाबरला. हा सिद्धांत बरोबर ठरल्यास जगातील कुठलीही वस्तू प्रकाशवेगाने जाऊ शकणार नाही हे मात्र निश्चित, याची त्याला खात्री झाली. वयाच्या सोळाव्या वर्षापासून विचार करत असलेल्या या पंचविशीतील तरुणाला अजूनही अंधारात चाचपडावे लागत होते. हाती काही लागत नव्हते. परंतु प्रश्न डोक्यातून जात नव्हता. विद्युत चुंबकीय तरंगांच्या अंतरंगात आपण कधीच डोकावून पाहू शकणार नाही हा विचार त्याला अस्वस्थ करू लागला. त्यामुळे आपल्या सिद्धांताविषयी तो समाधानी नव्हता.

परंतु काही महिन्यातच त्याला या सर्व प्रश्नांची उत्तरं सापडू लागली. मुळात वस्तुमान व ऊर्जा या गोष्टी वेगळ्या आहेत हे गृहितकच चुकीचे होते. विज्ञानाला वस्तुमान व ऊर्जा अविनाशी (indistructible) आहेत, याची कल्पना होती. हे दोन्ही अक्षय्यतेच्या नियमाला बांधील होते, व त्यांचे आकुंचन व प्रसरण एकाच प्रकारे होत असते, हेही त्यांना माहित होते. यावरून वस्तुमान व ऊर्जा हे परस्परपूरक व परिवर्तनीय आहेत हे एका निसटत्या क्षणी त्याच्या ध्यानी आले. एकच व्यक्ती जसे कपडे बदलतो - एकदा पार्टीचे कपडे, एकदा क्रीडांगणावरील कपडे... - त्याचप्रमाणे वस्तुमान व ऊर्जा एकमेकाची जागा घेऊ शकतात. त्यांना वेगवेगळे समजण्याचे कारण नाही! वस्तुमान व ऊर्जा यांची तुलना अलिकडेच शोध लागलेल्या चुंबकत्व व विद्युत प्रमाणे आहेत! किंवा अमेरिकन डॉलर्स व ब्रिटिश पौंडासारखे आहेत; दिसायला या नोटा वेगवेगळ्या वाटत असले तरी विनिमयदरासाठीची ती साधनं आहेत व दोन्हींचा उपयोग खरेदी - विक्रीसाठीच होतो, असे ढोबळमानाने म्हणता येईल. जरी हा विचार थोडासा अस्पष्ट वा धूसर (ambiguous) वाटत असला तरी यात कुठल्याही प्रकारच्या अंदाजाचा अंश नव्हता.

याचाच विचार करत असताना वस्तुमान व ऊर्जा यांच्यातील विनिमय दर काय असेल या विचारात तो बुडून गेला. त्यासाठी पुन्हा एकदा विद्युत चुंबकीय तरंगावर स्वार होत काल्पनिक अंतरिक्ष प्रवासाला निघाला. त्याच्या मते तो बसलेल्या 'गाडी'च्या वस्तुमानातील वाढ वा घट हे सर्वस्वी 'गाडी'चा वेग जास्त होतो की कमी होतो यावर अवलंबून असणार. m हे गाडीचे वस्तुमान व v त्याचा वेग असल्यास वस्तुमान कमी होण्याचे प्रमाण
(1-(1/2)xv²/c²)
एवढे असेल. गणितीय भाषेत हे जरी योग्य असले तरी व्यावहारिक पातळीवर त्याचे वस्तुमान (1/2xv²/c²) या प्रमाणात कमी होणार. उदाहरणार्थ, 1 लीटर दूध 1/4 कमी होणे म्हणजे 1 लीटर =1000 मिलीलीटरमधील (1000/4 = 250मिलीलीटर) एवढे असेल. त्याचप्रमाणे वस्तुमानातील घट (mx(1/2)v²/c²) एवढे असेल.
हेच थोडेसे वेगळ्या स्वरूपात असे लिहिता येईल: ((1/2)mxv²/c²)
हे समीकरण लिहून काढत असताना त्याला शाळेत शिकलेल्या गतीज ऊर्जेच्या समीकरणाची आठवण झाली.
गतीज ऊर्जा = E = 1/2xmxv²
यावरून वस्तुमानातील घट ही गतीज ऊर्जा भागिले c² एवढी असेल.
म्हणजेच
गतीज ऊर्जा/c² = E/c²= m (वस्तुमान) असेल
थोडक्यात ऊर्जा E = m c² हे समीकरण तयार होईल.

निसर्ग वस्तुमान व ऊर्जा यांच्या दैनंदिन व्यवहारासाठी हा विनिमय दर वापरत असेल याची आइन्स्टाइनला खात्री पटली. वस्तुमान व ऊर्जा यांच्यातील परस्पर संबंधाचे सूत्र इतके सोपे, साधे व सरळ असल्याचा त्याला फार आनंद झाला. तत्वज्ञांच्या जडबंबाळ कल्पनेतून विश्वाला बाहेर काढल्याचे समाधान मिळाले. वस्तुमान व ऊर्जा यांच्यात अदलाबदल होऊ शकत असल्यामुळे विज्ञानाला अक्षय्यतेविषयी दोन दोन समीकरणांची गरज भासणार नाही. सैद्धांतिकरित्या वस्तुमान नष्ट करून ऊर्जेत बदल करू शकतो. त्याचप्रमाणे ऊर्जेला नष्ट करून वस्तुमानात रूपांतरित करू शकतो. त्यामुळे विश्वातील ऊर्जा व वस्तुमान यांची बेरीज कधीच बदलणार नाही. त्यामुळे ऊर्जा व वस्तुमान यांच्या अक्षय्यतेचे एकच समीकरण असेल. आइन्स्टाइनच्या या विश्वात विज्ञानाला अ पुढे जातो का ब, याच्याशी काही संबंध नसून सापेक्ष वेग महत्वाचा ठरतो. याचबरोबर विश्व व्यवहारातील कमी वेगाने घडणार्‍या घटनांवर आइन्स्टाइनच्या विशिष्ट सापेक्षता सिद्धांताचा अत्यंत कमी प्रमाणात परिणाम होईल. गणितीयदृष्या ताशी हजारो किमी वेगाने जाणार्‍या गाडीच्या संदर्भातसुद्धा आकुंचन गुणक फारच कमी असल्यामुळे होत असलेला बदल लक्षातसुद्धा येणार नाही.

रोजच्या व्यवहारात अवकाश, काल, पदार्थ व ऊर्जा यांच्यावर आइन्स्टाइनच्या सापेक्षता सिद्धांताचा काहीही परिणाम जाणवणार नाही. चंद्रावर सोडलेल्या अवकाशयानाचा वेग ताशी 40000 किमी असला तरी त्याचे आकुंचन गुणक 5x10^-12(5 भागिले 1 लाख कोटी) एवढे असल्यामुळे होणारा बदल फारच सूक्ष्म पातळीवर असेल. अवकाशयानातील प्रवाश्याच्या मोजमापातील बदल अगदीच क्षुल्लक असेल. आइन्स्टाइनची विज्ञानविषयीची उत्सुकता, त्याच्या डोक्यातील विचार प्रयोग, त्यासाठी त्यानी घेतलेले परिश्रम व खर्ची घातलेले बाल्य व तारुण्याचा काळ यांची ही फलश्रुती पुढील 30 - 40 वर्षात जगाला बदलून टाकणारी ठरेल याची कल्पना त्याकाळी कुणीच करू शकले नसते!

ऊर्जेची भूक
19व्या शतकातील औद्योगिक क्रांतीमुळे माणसाची ऊर्जेची भूक वाढतच चालली होती. विद्युत शक्तीच्या प्रचंडतेची जाणीव झाली होती. त्यासाठी लाकूड, तेल, दगडी कोळसा इत्यादी जाळून ऊर्जेची भूक भागवली जात होती. लाखो वर्षापूर्वी जंगल जळून जमीनीच्या गर्भात तयार झालेल्या दगडी कोळशाने विद्युत उत्पादनाला हातभार लावत असला तरी हा दगडी कोळसा कधी ना कधी तरी संपणार याची कल्पना सर्व संबंधितांना होती. शिवाय दगडी कोळश्याची औष्णिक क्षमता कमी असल्यामुळे इंधन म्हणून फार मोठ्या प्रमाणात त्याचा वापर करावा लागतो. अत्युच्च प्रतीचा एक किलो वजनाचा कोळसा जाळल्यास फार फार तर एका बल्बसाठी चार तास प्रकाश देण्याइतकी ऊर्जा तयार होईल. परंतु आइन्स्टाइनच्या सिद्धांताप्रमाणे दगडी कोळश्याचे रूपांतर - राख, धूर, दूषित वायू इत्यादी ऐवजी - संपूर्णपणे ऊर्जेत परिवर्तित केल्यास चार तासाऐवजी 168000 कोटी तास प्रकाश देण्याइतकी ऊर्जा मिळू शकेल! व हे एक दिवास्वप्नच ठरू शकेल. हाच धागा पकडून वैज्ञानिक संशोधन करत असताना आइन्स्टाइनच्या सिद्धांताच्या शोधानंतर 34 वर्षानी कमीत कमी वस्तुमान वापरून मुबलक प्रमाणात ऊर्जा मिळवण्याच्या तंत्रज्ञानाचा शोध लागला. बेक्वेरेलच्या विकीरणाच्या शोधापासून युरेनियमच्या विभाजनापर्यंतचा हा विज्ञान - तंत्रज्ञानाचा अभूतपूर्व प्रवास आइन्स्टाइनच्या सिद्धांताचा साक्षीदार आहे.

परंतु या सिद्धांताचा दुरुपयोग करत अण्वस्त्र निर्मितीतून शहरं बेचिराख केलेली उदाहरणंसुद्धा आपल्यासमोर आहेत. अणुयुग म्हणून संबोधलेल्या या कालखंडात मानव वंश विनाशाच्या उंबरठ्यावर उभा होता (व अजूनही आहे). भरपूर साठा असलेल्या अण्वस्त्रांची टांगती तलवार मानवी वंशाच्या डोक्यावर आहे. विज्ञान - तंत्रज्ञानांचा वापर कशासाठी - चांगल्यासाठी की वाईटासाठी - ठरविणे माणसांच्या हातात आहे, हेच या कालखंडाने अधोरेखित केले. एकीकडे अण्वस्त्र स्पर्धा व दुसरीकडे अणुशक्तीचा शांततेसाठी, प्रचंड प्रमाणात ऊर्जेची निर्मिती करण्यासाठी वापर हा द्वंद्व आइन्स्टाइनच्या वृद्धत्वाच्या काळात पिच्छा सोडत नव्हता. व आजही हा प्रश्न तितकाच ज्वलंत आहे. अणुशक्तीच्या सुरक्षिततेच्या समस्यांची भर पडत आहे. यातून काय मार्ग निघू शकेल यावरच या जगाचे भवितव्य ठरणार आहे.