सापेक्षता सिद्धान्त

सामान्य सापेक्षतामा वर्णन गरिएको त्रिविमीय स्पेस-समय कर्वेचर

सापेक्षता सिद्धान्त अथवा सापेक्षताको सिद्धान्त (अङ्ग्रेजी: Theory of Relativity), वा मात्रै सापेक्षता, आधुनिक भौतिक विज्ञानको एउटा महत्त्वपूर्ण सिद्धान्त हो जसलाई अल्बर्ट आइन्स्टाइनले विकसित गरेका थिए। यसका दुई अङ्ग रहेका छन - विशेष सापेक्षता (Special Relativity) र सामान्य सापेक्षता (General Relativity)। तथापि कति पटक सापेक्षता वा रिलेटिभिटी शब्दलाई ग्यालिलियन इन्भ्यारियन्सको सन्दर्भमा पनि प्रयोग गर्ने गरिन्छ। थ्योरी अफ रिलेटिभिटी नामक यस शब्दको प्रयोग सबैभन्दा पहिले सन् १९०६ मा म्याक्स प्ल्यांकले गरेका थिए। यो अङ्ग्रेजी शब्द समूह "रिलेटिभ थ्योरी" (जर्मनेली: Relativtheorie)बाट लिइएको थियो जसमा यो सिद्धान्तले प्रिन्सिपल अफ रिलेटिभिटीको प्रयोग कसरी गर्दछ भन्ने कुरा उल्लेख गरिएको छ।

सापेक्षताको सिद्धान्त

विशेष सापेक्षताको सिद्धान्त

विशेष सापेक्षताका सिद्धान्तका मूलभूत कुराहरू

• अवलोकनकर्ताहरू जुनसुकै गतिमा रहेका भए पनि सबैले प्रकाशको गति एउटै भएको पाउँछन्।
• पिण्ड र शक्ति एउटै हुन्। यिनीहरू एक अर्कामा बदलिन सक्छन्।

यसलाई एक विशेष सुत्रले व्यक्त गर्न सकिन्छ, E = mc²

यहाँ E भनेको शक्ति, m भनेको पिण्ड वा पदार्थ र c भनेको प्रकाशको गति हो। यस सुत्र अनुसार, शक्तिलाई पिण्ड र प्रकाशको गतिको वर्ग बीचको गुनणफलले नाप्न सकिन्छ। सापेक्षताको सिद्धान्त अनुसार पदार्थ गतिमा जाँदा शक्तिमा बदलिन्छ र शक्ति स्थिरतामा आउँदा पदार्थ अथवा पिण्डमा बदलिन्छ। त्यसैले पिण्ड र शक्ति दुवै सापेक्ष कुराहरू हुन्।

• कुनै पनि वस्तुको गति (Velocity) प्रकाशको गति (Velocity of Light) भन्दा बढी हुन सक्दैन।
• समय निरपेक्ष नभई यो पनि अरु जस्तै सापेक्ष छ। यो पुर्ण स्वतन्त्र नभई यसले अन्तरिक्ष (Space) सँग मिली अन्तरिक्ष समय (Space-time) भन्ने चीज बनाउँदछ।

सामान्य सापेक्षताको सिद्धान्त

सामान्य सापेक्षताका सिद्धान्तका मूलभूत कुराहरू

• अन्तरिक्ष तथा अन्तरिक्ष-समय पहिले विश्वास गरिए झैँ चेप्टो छैन। यो घुमाउरो छ।
• ग्रहहरू गुरुत्वाकर्षणको कारणले गर्दा घुमाउरो कक्षमा रही घुमिरहेको नभई घुमाउरो अन्तरिक्षमा सबभन्दा सोझो बाटो पछ्याउँदै जाँदा तिनीहरूले सूर्यलाई घुम्न पुगेका हुन्।
• अन्तरिक्षमा कुनै पनि पिण्डले चार आयामिक अन्तरिक्ष समयमा जहिल्यै सोझो बाटो नै पछ्याएको हुन्छ।
• प्रकाश सूर्य जत्तिको वा त्यो भन्दा ठूलो पिण्डको गुरूत्वाकर्षण क्षेत्रमा बाङ्गिन पुग्छ।
• कम गतिमा रहँदा भन्दा बढी गतिमा रहँदा समय ढिलो चल्छ।

उदाहरणको रूपमा दुई जुम्ल्याहा दाजुभाईहरूमध्ये यदि एकजना पृथ्वीमा रहिरहन्छ र अर्को प्रकाशको गतिमा रहेको यानमा बसी अन्तरिक्षमा घुमेर फर्कन्छ भने, त्यस समयमा उसले पृथ्वीमा बसेको आफ्नो भाइलाई आफू भन्दा धेरै बुढो भएको पाउँदछ।

आइन्स्टाइनको प्रख्यात सुत्र

आइन्स्टानको प्रख्यात सुत्र, E=mc²

आइन्स्टाइनले पदार्थ वा पिण्डलाई शक्तिमा बदल्न सकिन्छ भन्ने कुरा सैद्धान्तिक रूपमा पत्ता लगाए। उनले यस कुरालाई आफ्नो प्रख्यात सुत्र E = mc²बाट प्रमाणित गरेर देखाए। यस सुत्रबाट पिण्ड भित्र अति धेरै शक्ति बन्द भइरहेको हुन्छ भन्ने कुरा बुझिन्छ। तर त्यो शक्तिलाई कसरी बाहिर निकाल्ने भन्ने कुरा त्यतिखेरसम्म स्वयं आइन्स्टाइनलाई समेत थाहा थिएन। उनको समीकरण (E = mc²) को सत्यतालाई प्रयोगात्मक तरिकाबाट पुष्टि गर्ने काम बाँकी नै थियो। यसो भएतापनि पिण्ड शक्तिमा परिवर्तन भएको खण्डमा यति धेरै शक्ति निस्कन्छ, जुन कल्पना गर्न पनि गार्हो हुन्छ भन्ने कुरा आइन्स्टाइनको समीकरणबाट हिसाब गरेर निकाल्न सकिन् सकिन्थ्यो।

उदाहरणार्थ यदि हामीले १ ग्राम पदार्थलाई शक्तिमा परिवर्तन गर्न सकेको खण्डमा २१ अरब किलो क्यालोरी तापशक्ति उत्पन्न हुनुपर्छ। यति तापशक्ति उत्पन्न गर्न करीब २७ लाख किलोलिटर तेल बाल्न जरूरी हुन्छ। अर्थात् हामीले प्रत्येक महिना १० हजार लिटर मट्टीतेल जम्मा गर्दै गएर २३ वर्ष समय बितायौं र त्यतिबेला सम्म जम्मा गरेको सबै मट्टीतेललाई एकैचोटी बाल्यौं भने हामीलाई त्यति तापशक्ति प्राप्त हुन्छ, जति १ ग्राम पदार्थलाई शक्तिमा परिवर्तन गर्न सकेको खण्डमा उत्पन्न हुन्छ। यसबाट यो स्पष्ट हुन्छ कि पदार्थलाई शक्तिमा परिवर्तन गर्न सकेको खण्डमा कल्पना नै गर्न नसक्ने मात्राको शक्ति उत्पन्न हुन्छ।

'पदार्थ वा पिण्डलाई शक्तिमा रूपान्तर गर्न सकिन्छ' भन्ने आइन्स्टाइनको सिद्धान्तलाई दोस्रो विश्वयुद्धको अन्त्यतिर अमेरिकी वैज्ञानिक जे. आर. ओपनहाइमर (Julius Robert Oppenheimer) ले परमाणु बम (Atomic Bomb) बनाएर प्रयोगात्मक रूपमै पुष्टि गरिदिए। उनले नाभिकिय विखण्डन प्रतिक्रिया (Nuclear Disintegration Reaction)बाट पदार्थको केही अत्यन्तै सानो अंशलाई मात्र भए पनि शक्तिलाई बदलेर देखाई दिए। वास्तवमा परमाणु बममा नाभिकिय प्रतिक्रिया (Nuclear Reaction)बाट पिण्ड शक्तिमा बदलिन्छ, तर त्यहाँ अत्यन्तै थोरै मात्राको पदार्थ मात्र शक्तिमा बदलिएको हुन्छ।

पिण्डलाई पूर्ण रूपमा शक्तिमा बदल्ने प्रविधिको विकास भने अहिलेसम्म विश्वमा भइसकेको छैन।

आइन्स्टाइन र विश्वयुद्ध

आइन्स्टाइनले विशेष सापेक्षताको सिद्धान्त सन् १९०५ र सामान्य सापेक्षताको सिद्धान्त सन् १९१५ मा प्रतिपादन गरेका थिए भने पहिलो विश्वयुद्ध सन् १९१४ देखि १९१८ सम्म र दोस्रो विश्वयुद्ध सन् १९३९ देखि १९४५ सम्म भएको थियो ।

सन् १९३९ तिर तत्कालीन जर्मनीका तानाशाह हिटलर दोस्रो विश्वयुद्धको थालनी गर्न तम्तयार हुँदै थिए। यस परिस्थितिमा जर्मनी, इटाली, हङ्गेरी, डेनमार्क आदि देशहरू छोडेर अमेरिकामा बस्न आएका वैज्ञानिकहरूलाई हिटलरको मिलिटरी क्याम्पसँगै रहेको 'काइजर विल्हेल्म इन्स्टिच्युट' मा 'नाभिकीय विखण्डन प्रतिक्रिया' आविष्कार गरेको समाचारले अत्यन्त आतंकित पार्यो। नाभिकीय विखण्डन प्रतिक्रिया लाई विकास गरेर जर्मनीले आणविक बम बनाई संसारलाई ध्वस्त बनाइदेला भन्ने कुरामा वैज्ञानिकहरू अत्यन्तै चिन्तित भए। त्यसैले जर्मनीमा भन्दा पहिला अमेरिकामा अणुबम बन्नुपर्छ भन्ने धारणा उनीहरूले राखे। ती वैज्ञानिकहरूमध्ये एल. जिलार्ड र इ. वाइगनरले पहिले अमेरिकामा परमाणु बम बनाउन लगाउन अमेरिकी राष्ट्रपतिलाई दवाब दिन आइन्स्टाइनलाई राष्ट्रपतिको नाममा पत्र लेख्न अनुरोध गरे। आइन्स्टाइनले धेरै समयसम्म मौन भई सोच-विचार गरे। अन्त्यमा उनले २ अगस्ट १९३९ मा परमाणु बम बनाउन आवश्यक व्यवस्था मिलाउन अमेरिकी राष्ट्रपतिलाई अनुरोध गरिएको पत्रमा सही गरे।

तत्कालीन अमेरिकी राष्ट्रपति रूजवेल्टले आइन्स्टाइनको त्यही पत्र पाएकोले नै संसारमा परमाणु-शक्तियुगको सुरुवात भयो। त्यसपछि अमेरिकाले ६ वर्ष लगाएर परमाणु बम बनायो। दोस्रो विश्वयुद्धको अन्त्यतिर अमेरिकाले सन् १९४५ को अगस्ट ६ मा 'लिट्टल ब्वाई' सङ्केत नाम दिइएको परमाणु बम जापानको हिरोशिमा शहरमा र त्यसको लगत्तै तीन दिनपछि 'फ्याट् म्यान' सङ्केत नाम दिइएको अर्को परमाणु बम सन् 1945 अगस्ट ९ मा जापानको अर्को शहर नागासाकीमा खसाल्यो। जसले गर्दा ती दुई शहरहरूमा लाखौँ मानिसहरूको ज्यान गयो।

आइन्स्टाइन अमेरिकामा परमाणु बम बनाएर जर्मनीलाई त्रास देखाई झुकाउन मात्र चाहन्थे। तर अमेरिकाले आइन्स्टाइनको इच्छाविपरित आफ्नो स्वार्थको लागि जापानमा परमाणु बम खसाली लाखौं मानिसको एकै चिहान बनायो। यसले आइन्स्टाइनको मनलाई छिया छिया बनाई दियो। त्यसैले उनी दोस्रो विश्वयुद्ध समाप्त भए लगत्तै आणविक शक्तिको विरोधमा नि:शस्त्रीकरणको अभियानमा डटेर लागे। उनले विश्वमा पुन: युद्धहरू हुन नदिन 'विश्व सरकार' बनाउन संयुक्त राष्ट्रसंघलाई सन् १९४६ मा आव्हान गरे।

आइन्स्टाइन र अणु बम

२६ वर्ष पुगेका आइन्स्टाइनले सन् १९०५ मा विशेष सापेक्षताको सिद्धान्त (आइन्स्टाइनको समीकरण E = mc²) प्रतिपादन गरेको ४० वर्षपछि अमेरिकाले ६ वर्ष लगाएर सन् १९४५ मा विश्वको पहिलो आणविक हतियारको रूपमा पहिलो पल्ट परमाणु बम बनायो।

दोस्रो विश्वयुद्ध शुरू हुनु भन्दा ठीक एक महिना अगाडि २ अगस्ट, १९३९ मा आइस्टाइनले अमेरिकी राष्ट्रपति रूजवेल्टको नाममा ऐतिहासिक चिठी लेखे। यस चिठीको आशय यस्तो थियो 'अमेरिकामा कार्यरत हाम्रा वैज्ञानिकहरू ई. फर्मी र एल. जीलार्डका केही अत्याधुनिक प्रयोगबाट म के निष्कर्षमा पुगेको छु भने निकट भविष्यमा युरेनियम तत्वलाई एउटा सर्वथा नयाँ र महत्त्वपूर्ण ऊर्जा स्रोतको रूपमा फेर्न सकिन्छ। अरू केही देशहरूमा पनि केही यस्तै खालका प्रयोगहरू चलिरहेका छन्, जसमाथि हामीले कडा नजर राखिराख्नु पर्छ र आवश्यक भएमा अमेरिकी प्रशासनले पनि छिट्टै यस दिशामा केही गर्नका लागि सोचोस्।'

उनको सोही चिठीलाई आधार बनाएर रूजवेल्टले सेनालाई एटम बम बनाउने कार्यमा अघि बढ्ने आदेश जारी गरे। त्यसपछि न्यू मेक्सिकोस्थित लस अलामोस नामक स्थानमा एटम बम बनाउने योजना शुरू गरियो, जसलाई अमेरिकी प्रशासनले 'म्यानह्याट्टन प्रोजेक्ट' नामाकरण गरेको थियो। यस प्रोजेक्टमा आइन्स्टाइनको संलग्नता कहींकतै पनि थिएन। उनलाई यस प्रोजेक्टको कामकारवाहीको विकासबारे जानकारी दिइएको थिएन। यसै क्रममा त्यहाँ आणविक विखण्डन संभव पारिएको खबर समेत उनलाई दिइएको थिएन । उनलाई अमेरिकी सरकारले लस अलामोसमा भ्रमण गराउन आवश्यक ठानेन र एटम बम निर्माण गरिएको जानकारी समेत आधिकारिक रूपमा दिएन।

यस हिसाबले E = mc² का प्रवर्तक आइन्स्टाइन एटम बम बनाउने अमेरिकी प्रक्रियामा कहीँकतै पनि प्रत्यक्ष रूपमा संलग्न भएनन्। आणविक युगका गुरु आइन्स्टाइनलाई यस प्रक्रियामा अमेरिकी सरकारले बाहिरै राखेको थियो। त्यसैले ६ अगस्ट १९४५ मा जापानमा एटम बम विष्फोट गरिएको समाचार रेडियोबाट सुन्नु भन्दा अघिसम्म उनलाई आधिकारिक रूपमा यस्तो बम निर्माण भइसकेको खबर समेत दिइएको थिएन।

वास्तवमा जे जस्तो प्रचार गरिए तापनि एटम बम बनाउने प्रक्रियामा आइन्स्टाइन प्रत्यक्ष रूपमा संलग्न थिएनन् र त्यसबेला उनको सुत्रविना पनि सो बम निर्माणको काम शुरु हुनसक्ने अवस्था बनिसकेको थियो। उनको प्राधिकार र प्रख्यातिलाई दुरूपयोग गरेर बनाइएको एटम बमको विभिषिकाबारे उनलाई तब मात्र अझ राम्ररी थाहा भयो, जब दोस्रो विश्वयुद्धकालमा १९४५ अगस्ट महिनामा अमेरिकी शासकहरूले जापानका दुई शहरहरू हिरोशिमा र नागासाकीलाई एटम बम प्रहार गरेर खरानी-खरानी बनाए।