ગ્રેવિટેશનલ વેવ્ઝ આઇન્સ્ટાઇનની જનરલ થિયરી ઑફ રિલેટિવિટીના સંદર્ભે

.

ફિઝિક્સ, એસ્ટ્રોફિઝિક્સ, રેડિયો એસ્ટ્રોનોમી, ગ્રેવિટેશનલ ફિઝિક્સ જેવાં વિજ્ઞાન ઝડપથી વિકસી રહ્યાં છે. સાથે સાથે યુનિવર્સનાં રહસ્યો ખુલતાં જાય છે.

ગોડ પાર્ટિકલ હિગ્સ બોસોન હોય, બ્રહ્માંડના અજાણ્યા ખૂણેથી મળતા સિગ્નલ હોય કે કરોડો પ્રકાશવર્ષ દૂરથી આવતાં ગ્રેવિટેશનલ વેવ્ઝ હોય; માનવજાતને ઑર ઉત્સુક કરી મૂકે છે! એક સો વર્ષ અગાઉ આઇન્સ્ટાઇનની જનરલ થિયરી ઑફ રિલેટિવિટીમાં ભાખેલાં ગ્રેવિટેશનલ વેવ્ઝ હવે ‘શોધાઈ જતાં’ એસ્ટ્રોફિઝિક્સનું વિજ્ઞાન હરણફાળ ભરવા લાગ્યું છે.  બ્રહ્માંડના વણછૂયેલા છોર વિષે જિજ્ઞાસા વધતી જ જાય છે.

સૃષ્ટિનાં મૂળભૂત બળ – ફંડામેંટલ ફૉર્સ – વિશે હજી આપણે ઘણું બધું જાણવાનું છે.

ચાર પ્રકારનાં ફન્ડામેન્ટલ ફોર્સ આપણે જાણી છીએ: સ્ટ્રોંગ ન્યુક્લિયર ફૉર્સ, ઇલેક્ટ્રોમેગ્નેટિક ફૉર્સ,  વિક ન્યુક્લિયર ફૉર્સ અને ગ્રેવિટી (ગ્રેવિટેશનલ ફોર્સ). આ ચાર મૂળભૂત બળ પૈકી પૈકી સ્ટ્રોંગ ફૉર્સ સૌથી પાવરફુલ બળ છે, જ્યારે  ગ્રેવિટી સૌથી નબળું બળ છે. ‘મધુસંચય’ના વાચકો જાણતા હશે કે ગ્રેવિટેશનલ ફૉર્સ સૌથી નબળું હોવા છતાં તેની અસરની ‘રેંજ’ ખૂબ જ મોટી છે. બાકીનાં ત્રણ ફૉર્સ વિશે આપણે ઘણું જાણી ચૂક્યા છીએ, પણ ગ્રેવિટી વિશે આપણું જ્ઞાન અપૂર્ણ છે.

સર આઇઝેક ન્યૂટન દ્વારા ગ્રેવિટીનો પાયાનો ખ્યાલ આપણને મળ્યો; આઇન્સ્ટાઇનની  જનરલ થિયરી ઓફ રીલેટિવિટી (1915) માં ગ્રેવિટેશનલ વેવ્ઝની વાત થઈ. આપણે જે કાંઇ જાણીએ છીએ તે, વિજ્ઞાનની ભાષા – પરિભાષા છોડીને, સામાન્ય ભાષામાં આમ કંઇક મૂકી શકાય.

ફૉર્સ ઑફ ગ્રેવિટી (ગ્રેવિટેશનલ ફૉર્સ) શું છે?

• વિશ્વપ્રસિદ્ધ વૈજ્ઞાનિક આલ્બર્ટ આઇન્સ્ટાઇનની થિયરી ઑફ રિલેટિવિટીમાં સ્પેસ-ટાઇમ પરિમાણનો તથા ગ્રેવિટેશનલ વેવ્ઝનો ખ્યાલ આપવામાં આવ્યો હતો.
• તેમણે ભૌતિકશાસ્ત્રના ત્રણ પ્રચલિત પરિમાણો (dimension) માં ચોથું પરિમાણ ‘સ્પેસ-ટાઇમ’ ઉમેર્યું.
• આઇન્સ્ટાઇનના જણાવ્યા મુજબ, સ્પેસ-ટાઇમ સપાટ (flat) નથી, પરંતુ વક્રાકાર –  ‘કર્વ્ડ’ ( curved ) છે.
• પ્રચંડ દ્રવ્યમાન (mass) ધરાવતા અતિ પ્રવેગિત અવકાશી પદાર્થો પોતાની આસપાસના સ્પેસ-ટાઇમ ફલક (Space-time fabric) ને પ્રભાવિત કરી ફૉર્સ ઑફ ગ્રેવિટી તથા ગ્રેવિટેશનલ વેવ્ઝ સર્જે છે.
• આઇન્સ્ટાઇનની થિયરી ઑફ રિલેટિવિટી પ્રમાણે બ્રહ્માંડમાં ભારે માત્રામાં દ્રવ્યમાન ધરાવતો અવકાશી પદાર્થ પોતાની આસપાસના  સ્પેસ-ટાઇમ ફેબ્રિકને ‘ડિસ્ટોર્ટ’ (વિકૃત) કરે છે, સ્પેસ-ટાઇમ પરિમાણને સહેજ વક્ર – ‘કર્વ્ડ’ (curved) કરે છે, ફલત: ‘ગ્રેવિટી’ (ગુરુત્વાકર્ષણ) ઉત્પન્ન થાય છે.

ગ્રેવિટેશનલ વેવ્ઝ શું છે?

• પ્રચંડ દ્રવ્યમાન ધરાવતા મહાકાય (massive) અવકાશી પદાર્થો (જેમ કે પલ્સાર કે બ્લેક હોલ) જ્યારે અતિશય વેગ કે પ્રવેગથી ગતિ કરે છે, પરસ્પરની નજીક રહીને તેજ ગતિથી ફરે છે અથવા ભારે ગતિમાં આવી એક બીજા સાથે ટકરાય છે ત્યારે સ્પેસ-ટાઇમ ફલકમાં ફેરફાર થાય છે.
• સ્પેસ-ટાઇમ ફેબ્રિક એક દિશામાં સ્ટ્રેચ થાય છે, તો તેને લંબ દિશામાં સંકોચન પામે છે.
• સ્પેસ-ટાઇમ ફેબ્રિકમાં પ્રસરણ-સંકોચન જેવી વિકૃતિ ( ડિસ્ટોર્શન) થાય છે અને તરંગો કે રિપલ્સ ઊઠે છે.
• પરિણામે, ગ્રેવિટેશનલ વેવ્ઝ સર્જાય છે.
• સરળ શબ્દોમાં કહેવાય કે સ્પેસ-ટાઇમ ફેબ્રિકમાં ઊઠતાં રિપલ્સને ગ્રેવિટેશનલ વેવ્ઝ કહે છે.
• હકીકતમાં, સ્પેસ-ટાઇમ ફેબ્રિકમાં સર્જાતી વિકૃતિ જ ગ્રેવિટેશનલ વેવ્ઝ કહેવાય છે.

ગ્રેવિટેશનલ વેવ્ઝની પ્રથમ ‘શોધ’

સો વર્ષ પહેલાં આઇન્સ્ટાઇને ગ્રેવિટેશનલ વેવ્ઝની શક્યતા રજૂ કરી હતી, પરંતુ તે વેવ્ઝ પ્રાયોગિક સ્વરૂપમાં સાબિત થઈ શક્યાં ન હતાં. ગ્રેવિટેશનલ વેવ્ઝ ખૂબ જ નબળાં હોવાથી તેમને પરખવા ખૂબ મુશ્કેલ હોય છે. છેલ્લા ચારેક દાયકાઓથી તેમને  પરખવા, ‘શોધવા’, ‘ડિટેક્ટ’ કરવા દુનિયામાં અભ્યાસ ચાલુ છે. તેમાં અમેરિકાના લિગો પ્રૉજેક્ટના અંતર્ગત પ્રયોગોને  ગ્રેવિટેશનલ વેવ્ઝના ડિટેક્શનમાં સફળતા મળી. પરિણામે એસ્ટ્રોફિઝિક્સ  અને  રેડિયો એસ્ટ્રોનોમી જેવાં ક્ષેત્રોમાં રસ વધતો જાય છે.

અમેરિકામાં લેસર ઇન્ટરફેરોમીટર ગ્રેવિટેશનલ-વેવ ઑબ્ઝર્વેટરીઝ (લિગો / લાઇગો) વૉશિંગ્ટન અને લુઝિયાના એમ બે રાજ્યોમાં આવેલી છે. તેમના લિગો ડિટેક્ટર્સ પર 14 સપ્ટેમ્બર, 2015ના રોજ સૌ પ્રથમ ગ્રેવિટેશનલ વેવ્ઝ પરખાયાં તે ‘મધુસંચય’ના વાચકોને જ્ઞાત છે. આ બંને લિગો ઑબ્ઝર્વેટરીઝ દ્વારા શોધાયેલ ગ્રેવિટેશનલ વેવ્ઝ પૃથ્વીથી લગભગ 120 – 130 કરોડ પ્રકાશ વર્ષ દૂર બ્રહ્માંડમાં બે પ્રચંડ કાય બ્લેક હોલની અથડામણથી ઉત્પન્ન થયાં હતાં. આ બે પૈકી એક બ્લેક હોલ આપણા સૂર્ય કરતાં આશરે 29 ગણું દળ (mass) ધરાવતો હતો, જ્યારે બીજો બ્લેક હોલ તો વળી સૂર્ય કરતાં 36 ગણું દળ ધરાવતો હતો.

બંને બ્લેક હોલ  (29 + 36 = 65 સોલર માસ) અથડાતાં તેમાંથી બનેલ નવા બ્લેક હોલનું દળ આશરે 62 સૂર્ય જેટલું હતું, અર્થાત બંને બ્લેક હોલમાંથી, આઇન્સ્ટાઇને સૂચવેલ દ્રવ્યમાન-ઉર્જા રૂપાંતરણના સમીકરણ અનુસાર આશરે ત્રણ સૂર્ય જેટલું દળ છૂટું પડ્યું હતું જે ગ્રેવિટેશનલ વેવ્ઝ રૂપે બ્રહ્માંડમાં પ્રસર્યું હતું. આ ગ્રેવિટેશનલ વેવ્ઝને  લિગો ઑબ્ઝર્વેટરીઓએ ડિટેક્ટ કર્યાં હતાં.

ફરી યાદ કરાવીએ, વાચક મિત્રો! આ ગ્રેવિટેશનલ વેવ્ઝનું ઉદભવસ્થાન બ્રહ્માંડમાં આપણાથી 130 કરોડ પ્રકાશ વર્ષના અંતરે ક્યાંક હતું!

આપ જાણો છો કે એક પ્રકાશ વર્ષ = 9.461 X 10¹² કિલોમીટર (આશરે)

એક પ્રકાશ વર્ષ = 9,461,000,000,000 કિલોમીટર (આશરે)

130 કરોડ પ્રકાશ વર્ષ = 1,300,000,000  X   9,461,000,000,000 કિલોમીટર

ગણતરી કરી શકશો?

** ** ** ** ** ** ** ** ** ** ** ** ** **

તારાના જીવનચક્ર, સુપરનોવા તથા બ્લેક હોલ વિશે જાણવા અહીં ક્લિક કરો.

ન્યુટ્રીનો તથા ન્યુટ્રીનો એસ્ટ્રોનોમી વિશે જાણવા અહીં ક્લિક કરો.