सापेक्षता

सापेक्षता#

सापेक्षता ही भौतिकशास्त्रातील एक मूलभूत संकल्पना आहे, जी अल्बर्ट आइनस्टाईन यांनी मांडली आहे, जी वर्णन करते की भौतिकशास्त्राचे नियम सर्व न-त्वरणित प्रणालींमध्ये समान रीतीने कसे लागू होतात आणि निर्वातातील प्रकाशाचा वेग सर्व निरीक्षकांसाठी समान असतो, त्यांच्या गतीची पर्वा न करता किंवा प्रकाश स्रोताची पर्वा न करता. हे दोन भागांमध्ये विभागले गेले आहे: विशेष सापेक्षता आणि सामान्य सापेक्षता. विशेष सापेक्षता, जी १९०५ मध्ये सादर करण्यात आली, स्थिर गतीने फिरणाऱ्या वस्तूंशी संबंधित आहे, विशेषतः प्रकाशाच्या गतीच्या जवळ जाणाऱ्या, आणि अवकाश-काल या संकल्पनेची ओळख करून देते. सामान्य सापेक्षता, जी १९१५ मध्ये सादर करण्यात आली, हे गुरुत्वाकर्षणाचे सिद्धांत आहे जेथे गुरुत्वाकर्षण हे बल नसून वस्तुमान आणि ऊर्जेमुळे अवकाश-कालातील वक्रता आहे. हे सिद्धांत आपल्या विश्वाच्या आकलनात मूलभूत ठरले आहेत, यामध्ये ब्लॅक होल्सचा अंदाज आणि विश्वाचा विस्तार यांचा समावेश आहे.

सापेक्षतेची ओळख#

सापेक्षता ही भौतिकशास्त्रातील एक मूलभूत संकल्पना आहे, जी अल्बर्ट आइनस्टाईन यांनी २०व्या शतकाच्या सुरुवातीला मांडली. यात दोन मुख्य सिद्धांतांचा समावेश आहे: विशेष सापेक्षता आणि सामान्य सापेक्षता.

1. विशेष सापेक्षता: हा सिद्धांत, जो आइनस्टाईन यांनी १९०५ मध्ये मांडला, दोन मुख्य तत्त्वांवर आधारित आहे. पहिले म्हणजे सापेक्षतेचे तत्त्व, जे सांगते की भौतिकशास्त्राचे नियम सर्व जडत्वीय संदर्भ चौकटींमध्ये समान असतात. जडत्वीय संदर्भ चौकट ही अशी आहे ज्यामध्ये एखादी वस्तू एकतर विश्रांतीवर राहते किंवा स्थिर वेगाने फिरते, जोपर्यंत तिच्यावर कोणतेही बल कार्य करत नाही. दुसरे तत्त्व म्हणजे प्रकाशाच्या गतीची स्थिरता, जे सांगते की निर्वातातील प्रकाशाचा वेग समान असतो, प्रकाश स्रोताच्या किंवा निरीक्षकाच्या गतीची पर्वा न करता. यामुळे काही अंतर्ज्ञानाला विरोधाभासी परिणाम होतात, जसे की कालदैर्घ्य (फिरणाऱ्या घड्याळांची गती मंद होते) आणि लांबी संकुचन (फिरणाऱ्या वस्तू लहान होतात).

   उदाहरण: जर एखादे अंतराळयान प्रकाशाच्या गतीच्या जवळ प्रवास करत असेल, तर अंतराळयानातील वेळ पृथ्वीवरील वेळेपेक्षा हळू जाईल. याला कालदैर्घ्य म्हणतात. तर, जर अंतराळयान अंतराळवीरांना १० वर्षे वाटल्यानंतर पृथ्वीवर परत आले, तर त्यांना असे आढळू शकते की पृथ्वीवर १० वर्षांपेक्षा खूप जास्त काळ गेला आहे.

2. सामान्य सापेक्षता: हा सिद्धांत, जो आइनस्टाईन यांनी १९१५ मध्ये मांडला, हे गुरुत्वाकर्षणाचे सिद्धांत आहे. हे विशेष सापेक्षता आणि न्यूटनच्या सार्वत्रिक गुरुत्वाकर्षणाच्या नियमाचे सामान्यीकरण करते, गुरुत्वाकर्षणाचे अवकाश आणि काल, किंवा अवकाश-काल, यांच्या भूमितीय गुणधर्म म्हणून एकत्रित वर्णन प्रदान करते. सामान्य सापेक्षतेमध्ये, द्रव्य आणि ऊर्जेची उपस्थिती अवकाश-कालाला “वक्र” करते, आणि ही वक्रता त्यात फिरणाऱ्या मुक्त कणांचा (आणि प्रकाशाचा) मार्ग प्रभावित करते.

   उदाहरण: प्रकाश जेव्हा एखाद्या मोठ्या वस्तूजवळून जातो, जसे की तारा किंवा ग्रह, तेव्हा त्याचे वळण हे सामान्य सापेक्षतेचा अंदाज आहे. हे १९१९ च्या सूर्यग्रहणादरम्यान प्रसिद्धरीत्या पुष्टी झाले, जेव्हा ताऱ्यांचा प्रकाश सूर्याजवळून जात असताना त्यांची स्थिती बदलली आहे असे दिसले.

सापेक्षता अनेक प्रयोग आणि निरीक्षणांद्वारे पुष्टी झाली आहे, आणि भौतिकशास्त्राच्या अभ्यासासाठी आणि विश्वाच्या आकलनासाठी याचे महत्त्वपूर्ण परिणाम आहेत. यामुळे ब्लॅक होल्स आणि गुरुत्वाकर्षण लहरी यासारख्या घटनांचा अंदाजही लागला आहे, ज्यांचे नंतर निरीक्षण करण्यात आले आहे.

विशेष सापेक्षता सिद्धांत#

विशेष सापेक्षता सिद्धांत हा भौतिकशास्त्राचा एक सिद्धांत आहे जो अल्बर्ट आइनस्टाईन यांनी १९०५ मध्ये मांडला. याने आपल्या अवकाश आणि काळाच्या आकलनात मूलभूत बदल केला. या सिद्धांताची दोन मुख्य पूर्वधारणा आहेत:

1. भौतिकशास्त्राचे नियम सर्व जडत्वीय संदर्भ चौकटींमध्ये समान असतात. याचा अर्थ असा की विश्वात कोणतीही पसंतीची जडत्वीय संदर्भ चौकट (स्थिर वेगाची स्थिती) नाही. तुम्ही एका ठिकाणी उभे आहात किंवा स्थिर गतीने फिरत आहात, भौतिकशास्त्राचे नियम तुम्हाला समान दिसतील.

2. निर्वातातील प्रकाशाचा वेग सर्व निरीक्षकांसाठी समान असतो, त्यांच्या गतीची किंवा प्रकाश स्रोताच्या गतीची पर्वा न करता. हा वेग अंदाजे २९९,७९२ किलोमीटर प्रति सेकंद आहे.

या दोन पूर्वधारणांमुळे काही अतिशय अंतर्ज्ञानाला विरोधाभासी परिणाम होतात, जे आपल्या दैनंदिन अनुभवांपेक्षा वेगळे आहेत परंतु अनेक प्रयोगांद्वारे पुष्टी झाले आहेत.

विशेष सापेक्षता सिद्धांताचा सर्वात प्रसिद्ध परिणाम म्हणजे समीकरण E=mc^2. हे समीकरण आपल्याला सांगते की ऊर्जा (E) आणि वस्तुमान (m) परस्पर बदलण्यायोग्य आहेत; ते एकाच गोष्टीच्या वेगवेगळ्या स्वरूपात आहेत. जर वस्तुमान काही प्रकारे गमावले गेले, तर गमावलेले वस्तुमान ऊर्जेमध्ये रूपांतरित होते आणि त्याउलट. उदाहरणार्थ, आण्विक प्रतिक्रियांमध्ये, वस्तुमानाचा एक लहान भाग मोठ्या प्रमाणात ऊर्जेमध्ये रूपांतरित होतो, जो आण्विक ऊर्जा आणि आण्विक शस्त्रांमागील तत्त्व आहे.

विशेष सापेक्षता सिद्धांताचा दुसरा परिणाम म्हणजे कालदैर्घ्य. याचा अर्थ असा की जर दोन निरीक्षक एकमेकांच्या सापेक्ष फिरत असतील किंवा ते वेगवेगळ्या गुरुत्वाकर्षण क्षेत्रांमध्ये असतील तर वेळ वेगवेगळ्या दराने चालू शकतो. उदाहरणार्थ, जर तुम्ही पृथ्वीपासून दूर प्रकाशाच्या गतीच्या जवळ प्रवास केला आणि नंतर परत आला, तर तुम्हाला असे आढळेल की पृथ्वीवर तुमच्यापेक्षा जास्त वेळ गेला आहे. हे वेगवान विमाने आणि उपग्रहांवरील अणूघड्याळांसह केलेल्या प्रयोगांद्वारे पुष्टी झाले आहे.

विशेष सापेक्षता सिद्धांतामुळे लांबी संकुचनही होते, याचा अर्थ असा की गतीमध्ये असलेली वस्तू स्थिर निरीक्षकाला गतीच्या दिशेने लहान दिसेल. उदाहरणार्थ, जर एखादे अंतराळयान तुमच्याजवळून प्रकाशाच्या गतीच्या जवळ जात असेल, तर तुम्हाला ते विश्रांतीवर असताना त्यापेक्षा लहान दिसेल.

विशेष सापेक्षता सिद्धांत अनेक प्रयोगांद्वारे पुष्टी झाला आहे आणि आधुनिक भौतिकशास्त्राचा एक आधारस्तंभ आहे. याचे अनेक उपयोग आहेत, ज्यामध्ये जीपीएस तंत्रज्ञान, कण त्वरक आणि आण्विक ऊर्जा यांचा समावेश आहे.

सामान्य सापेक्षता सिद्धांत#

सामान्य सापेक्षता सिद्धांत हे गुरुत्वाकर्षणाचे सिद्धांत आहे जे अल्बर्ट आइनस्टाईन यांनी १९०७ आणि १९१५ च्या दरम्यान विकसित केले. या सिद्धांतानुसार, वस्तुमानांमधील निरीक्षण केलेला गुरुत्वाकर्षण परिणाम त्यांच्या अवकाश-कालाच्या विकृतीमुळे होतो.

हा सिद्धांत विशेष सापेक्षता आणि न्यूटनच्या सार्वत्रिक गुरुत्वाकर्षणाच्या नियमाचे सामान्यीकरण आहे, गुरुत्वाकर्षणाचे अवकाश आणि काल, किंवा अवकाश-काल, यांच्या भूमितीय गुणधर्म म्हणून एकत्रित वर्णन प्रदान करते. विशेषतः, अवकाश-कालाची वक्रता थेट ज्या द्रव्य आणि किरणोत्सर्गाची उपस्थिती आहे त्याच्या ऊर्जा आणि संवेगाशी संबंधित आहे.

सामान्य सापेक्षता सिद्धांताचे अनेक भौतिक परिणाम आहेत. त्यापैकी काही आहेत:

1. कालदैर्घ्य: गुरुत्वाकर्षण जेथे सर्वात जास्त असते तेथे वेळ हळू चालतो, आणि जीपीएस उपग्रहांवरील अणूघड्याळे कॅलिब्रेट करताना याचा विचार केला जातो.

2. प्रकाश विक्षेपण: प्रकाशाचा मार्ग जेव्हा तो गुरुत्वाकर्षण क्षेत्रातून जातो तेव्हा वाकतो. हे प्रथम १९१९ च्या सूर्यग्रहणादरम्यान निरीक्षण करण्यात आले, जेथे ताऱ्यांचा प्रकाश सूर्याजवळून जात असताना ते वेगवेगळ्या स्थानांवर दिसत होते.

3. गुरुत्वाकर्षण लहरी: हे अवकाश-कालाच्या वक्रतेतील तरंग आहेत जे लहरी म्हणून प्रसारित होतात, स्रोतापासून बाहेर प्रवास करतात. हे २०१५ मध्ये एलआयजीओ प्रयोगाद्वारे पुष्टी झाले, जेथे त्यांनी एकत्र होणाऱ्या दोन ब्लॅक होल्सद्वारे निर्माण झालेल्या लहरी शोधल्या.

4. ब्लॅक होल्स: हे अवकाशाचे क्षेत्र आहेत जेथे वक्रता अत्यंत होते, आणि काहीही, प्रकाशसुद्धा, त्यातून बाहेर पडू शकत नाही. ब्लॅक होलची पहिली प्रतिमा २०१९ मध्ये इव्हेंट होरायझन टेलिस्कोपद्वारे कॅप्चर करण्यात आली.

5. गुरुत्वाकर्षण लेन्सिंग: मोठ्या वस्तू प्रकाशाला त्यांच्या भोवती वाकवतात. यामुळे दूरच्या वस्तू विकृत दिसू शकतात किंवा एकाच वस्तूच्या अनेक प्रतिमा दिसू शकतात. याचा उपयोग एक्सोप्लॅनेट्स शोधण्यासाठी आणि डार्क मॅटरचा अभ्यास करण्यासाठी केला गेला आहे.

6. विश्वाचा विस्तार: सामान्य सापेक्षता सिद्धांताची समीकरणे अंदाज देतात की विश्व एकतर विस्तारत आहे किंवा आकुंचन पावत आहे. हे एडविन हबल यांनी पुष्टी केले, ज्यांना असे आढळले की दूरच्या आकाशगंगा सर्व दिशांनी आपल्यापासून दूर जात आहेत.

सामान्य सापेक्षता सिद्धांत हा आधुनिक भौतिकशास्त्राचा दोन आधारस्तंभांपैकी एक आहे (दुसरा क्वांटम यांत्रिकी आहे). हे अनेक प्रयोग आणि निरीक्षणांद्वारे पुष्टी झाले आहे, आणि जीपीएस नेव्हिगेशनपासून ब्लॅक होल्स आणि बिग बँगच्या अभ्यासापर्यंत विस्तृत उपयोग आहेत.

सामान्य सापेक्षतेचे काही परिणाम आहेत :#

सामान्य सापेक्षता, जी अल्बर्ट आइनस्टाईन यांनी १९१५ मध्ये मांडली, हे गुरुत्वाकर्षणाचे सिद्धांत आहे जे गुरुत्वाकर्षणाचे वर्णन वस्तुमान आणि ऊर्जेमुळे अवकाश आणि काळातील वक्रता म्हणून करते. या सिद्धांताचे अनेक महत्त्वपूर्ण परिणाम आहेत, त्यापैकी काही प्रायोगिकरित्या पुष्टी झाले आहेत, तर इतर अजूनही तपासले जात आहेत. येथे काही मुख्य परिणाम आहेत:

1. गुरुत्वाकर्षण कालदैर्घ्य: सामान्य सापेक्षतेनुसार, मोठ्या वस्तूची उपस्थिती वेळ मंद करते. याला गुरुत्वाकर्षण कालदैर्घ्य म्हणतात. उदाहरणार्थ, तुम्ही मोठ्या वस्तूजवळ जितके जवळ असाल तितका वेळ हळू चालतो. हे हॅफेल-कीटिंग प्रयोगासारख्या प्रयोगांद्वारे पुष्टी झाले आहे, जेथे जगभरात उडवलेल्या अणूघड्याळांनी त्यांच्या वेगवेगळ्या उंची आणि गतीमुळे वेगवेगळे वेळ दाखवले.

2. गुरुत्वाकर्षण लेन्सिंग: प्रकाश अवकाश-कालाच्या वक्रतेचे अनुसरण करतो, म्हणून जर प्रकाश मोठ्या वस्तूजवळून जातो, तर तो वाकेल. याला गुरुत्वाकर्षण लेन्सिंग म्हणतात. हा परिणाम अनेक वेळा निरीक्षण करण्यात आला आहे, सर्वात प्रसिद्ध म्हणजे १९१९ च्या सूर्यग्रहणादरम्यान, ज्याने आइनस्टाईनचा अंदाज पुष्टी केला आणि त्यांना आंतरराष्ट्रीय कीर्ती मिळाली.

3. ब्लॅक होल्स: सामान्य सापेक्षता ब्लॅक होल्सच्या अस्तित्वाचा अंदाज देतो, अवकाशाची अशी क्षेत्रे जेथे वक्रता इतकी अत्यंत होते की काहीही, प्रकाशसुद्धा, बाहेर पडू शकत नाही. ब्लॅक होल्सचे अस्तित्व विविध निरीक्षणांद्वारे पुष्टी झाले आहे, यामध्ये २०१५ मध्ये एलआयजीओद्वारे एकत्र होणाऱ्या ब्लॅक होल्सपासून गुरुत्वाकर्षण लहरींचा शोध यांचा समावेश आहे.

4. गुरुत्वाकर्षण लहरी: सामान्य सापेक्षता गुरुत्वाकर्षण लहरींच्या अस्तित्वाचाही अंदाज देतो, वस्तुमान वेगवान करण्यामुळे अवकाश-कालातील तरंग. याची प्रथम अप्रत्यक्ष पुष्टी बायनरी पल्सर सिस्टीम (हल्स-टेलर बायनरी) निरीक्षण करून झाली आणि थेट २०१५ मध्ये एलआयजीओद्वारे शोधण्यात आली.

5. विश्वाचा विस्तार: सामान्य सापेक्षता हे देखील अंदाज देतात की विश्व एकतर विस्तारत आहे किंवा आकुंचन पावत आहे. हे १९२० च्या दशकात एडविन हबलच्या निरीक्षणांद्वारे पुष्टी झाले, ज्यांनी दाखवून दिले की दूरच्या आकाशगंगा आपल्यापासून दूर जात आहेत, याचा अर्थ विश्व विस्तारत आहे.

6. बुधाच्या कक्षेचा प्रीसेशन: बुधाची कक्षा काळानुसार प्रीसेशन करते किंवा सरकते. हे प्रीसेशन न्यूटनच्या गती आणि गुरुत्वाकर्षणाच्या नियमांद्वारे पूर्णपणे स्पष्ट करता येत नव्हते, परंतु सामान्य सापेक्षता त्याचे परिपूर्णपणे स्पष्टीकरण देते.

7. फ्रेम-ड्रॅगिंग: जर एखादी मोठी वस्तू फिरत असेल, तर ती आपल्याभोवती अवकाश-काल ओढली पाहिजे. या परिणामाला फ्रेम-ड्रॅगिंग म्हणतात, जे ग्रॅव्हिटी प्रोब बी प्रयोगाद्वारे पुष्टी झाले आहे.

हे सामान्य सापेक्षतेच्या अनेक परिणामांपैकी काही आहेत. हा सिद्धांत अनेक प्रकारे पुष्टी झाला आहे आणि आधुनिक भौतिकशास्त्राचा एक आधारस्तंभ आहे. तथापि, हे चालू संशोधनाचा विषय देखील आहे, कारण शास्त्रज्ञ क्वांटम यांत्रिकीशी सुसंगत करण्याचा प्रयत्न करतात आणि विश्वाच्या स्वरूपासाठी त्याचे परिणाम तपासतात.

मोठे किंवा लहान, सर्व काही गुरुत्वाकर्षणामुळे खाली पडते. परंतु कसे तरी, चंद्रावर याचा परिणाम होत नाही असे दिसते. तुम्ही कधी विचार केला आहे का का?#

गुरुत्वाकर्षण हे निसर्गाचे एक मूलभूत बल आहे ज्यामुळे वस्तुमान असलेल्या वस्तू एकमेकांना आकर्षित करतात. जेव्हा आपण काहीतरी सोडतो तेव्हा ते जमिनीवर पडते याचे हेच कारण आहे. पृथ्वीचे गुरुत्वाकर्षण वस्तूंना त्याच्या केंद्राकडे खेचते. एखादी वस्तू जितकी मोठी असते, तिचे गुरुत्वाकर्षणाचे आकर्षण तितकेच मजबूत असते. म्हणूनच आपण पृथ्वीवर राहतो आणि पृथ्वी अधिक मोठ्या सूर्याभोवती फिरते.

आता, चंद्राबद्दल बोलूया. जे दिसते त्याच्या उलट, चंद्रावर पृथ्वीच्या गुरुत्वाकर्षणाचा परिणाम होत नाही असे नाही. खरेतर, पृथ्वीचे गुरुत्वाकर्षणच चंद्राला त्याच्या कक्षेत ठेवते, त्याला अवकाशात दूर जाऊ देत नाही. तथापि, चंद्र पृथ्वीवर पडत नाही कारण तो एकाच वेळी उंच वेगाने बाजूनेही फिरत आहे. हे चंद्र कसा तयार झाला आणि त्यानंतर पृथ्वी आणि चंद्र यांच्यातील परस्परसंवाद यांचा परिणाम आहे.

हे समजून घेण्यासाठी, एक उदाहरण विचारात घेऊ. कल्पना करा की तुम्ही एका दोरीला बांधलेला चेंडू वर्तुळाकार गतीने फिरवत आहात. दोरीतील ताण हा अभिकेंद्री बल म्हणून कार्य करतो जो चेंडूला वर्तुळात फिरवत ठेवतो. जर तुम्ही दोरी सोडली, तर चेंडू तुम्ही तो सोडला त्या बिंदूवर वर्तुळाच्या स्पर्शिकेच्या दिशेने सरळ रेषेत फिरेल. हे चेंडूच्या जडत्वामुळे होते - बलाने कार्य केल्याशिवाय स्थिर गतीने सरळ रेषेत फिरत राहण्याची त्याची प्रवृत्ती.

त्याचप्रमाणे, चंद्र गुरुत्वाकर्षणामुळे सतत पृथ्वीकडे पडत आहे, परंतु त्याला एक स्पर्शिकीय वेग देखील आहे - तो बाजूने फिरत आहे. ही दोन्ही गती एकत्रितपणे पृथ्वीभोवती वर्तुळाकार (किंवा अंडाकृती) मार्ग तयार करतात. चंद्र पृथ्वीकडे पडत आहे, परंतु तो पुढेही पुरेच वेगाने फिरत आहे की तो त्याला चुकवत राहतो. गुरुत्वाकर्षणाच्या आकर्षण आणि स्पर्शिकीय वेग यांच्यातील हे नाजूक संतुलन चंद्राची पृथ्वीभोवतीची स्थिर कक्षा निर्माण करते.

तर, शेवटी, चंद्रावर खरोखरच पृथ्वीच्या गुरुत्वाकर्षणाचा परिणाम होतो. तो सतत पृथ्वीकडे पडत आहे, परंतु त्याची बाजूची गती ही खात्री करते की तो पृथ्वीला चुकवतो आणि त्याची कक्षा चालू ठेवतो. हे कक्षीय यांत्रिकीतील एक मूलभूत संकल्पना आहे आणि ग्रह, उपग्रह आणि कृत्रिम उपग्रह यासह सर्व खगोलीय वस्तूंच्या गतीवर नियंत्रण ठेवणारे तत्त्व आहे.