अंतराळात वेळ वेगळी का चालते?

 

 

 

 

 

 

१९०५ मध्ये आईनस्टाईन यांनी ‘विशेष सापेक्षतावाद’ मांडला. या सिद्धान्तातील महत्त्वाचा निष्कर्ष म्हणजे, निर्वातातील प्रकाशाचा वेग सर्व निरीक्षकांसाठी समान असतो. हा वेग सुमारे तीन लाख किलोमीटर प्रतिसेकंद आहे. एखादी वस्तू प्रकाशाच्या वेगाजवळ पोहोचू लागली, तर त्या वस्तूसाठी वेळेची गती मंदावते. यालाच ‘कालविस्तार’ म्हणतात. ही कल्पना प्रथमदर्शनी अतर्यच वाटते. कारण, आपल्या दैनंदिन जीवनात मोटारगाडी किंवा विमानाचा वेग प्रकाशवेगाच्या तुलनेत नगण्य असतो. त्यामुळे हा फरक आपल्याला जाणवत नाही.

 

कल्पना करा की, दोन जुळे भाऊ आहेत. त्यांपैकी एक पृथ्वीवर राहतो, तर दुसरा अंतराळयानातून अनेक वर्षांचा प्रवास करून परतततो. पृथ्वीवरील भावासाठी दहा वर्षे गेली असतील; पण अंतराळयानातील भावासाठी कदाचित फक्त काहीच वर्षे गेली असतील. म्हणजेच, दोघांचे जैविक वय समान राहणार नाही. ही वेळ का मंदावते? कारण, विश्वात अवकाश आणि वेळ या स्वतंत्र गोष्टी नसून, त्या एकच ‘अवकाश-काल’ निर्माण करतात. एखादी वस्तू अवकाशातून जितक्या जास्त वेगाने प्रवास करते, तितकी तिची वेळेतील गती कमी होते. हा परिणाम प्रकाशाच्या वेगासाठी अत्यंत महत्त्वाचा असतो.

 

‘विशेष सापेक्षतावाद’नंतर वर्षांनी आईनस्टाईन यांनी, आणखी एक क्रांतिकारी सिद्धान्त मांडला, तो म्हणजे ‘सामान्य सापेक्षतावाद.’ याने गुरुत्वाकर्षणाची व्याख्याच बदलली. न्यूटन यांच्या मते, गुरुत्वाकर्षण हे दोन वस्तूंमधील आकर्षणबल होते. आईनस्टाईन यांनी सांगितले की, वस्तुमान असलेली प्रत्येक वस्तू, तिच्या सभोवतालच्या अवकाश-कालाला वाकवते. ग्रह, तारे आणि आकाशगंगा या वाकलेल्या अवकाश-कालामधूनच फिरतात. त्यामुळेच आपल्याला गुरुत्वाकर्षणाचा अनुभव येतो. याच सिद्धान्तातून आणखी एक आश्चर्यकारक निष्कर्ष समोर आला. जिथे गुरुत्वाकर्षण अधिक, तिथे वेळ अधिक मंद चालते. म्हणजेच, समुद्रसपाटीवरचे घड्याळ हिमालय शिखरावरील घड्याळापेक्षा अगदी सूक्ष्म प्रमाणात हळू चालते. हा आपल्याला जाणवत नसला; तरी अणू घड्याळांच्या साहाय्याने तो अचूक मोजता आला आहे.

 

आज आपण रोज वापरत असलेल्या जीपीएसमध्येही, त्याचा प्रत्यक्ष उपयोग होतो. पृथ्वीभोवती फिरणारे ‘जीपीएस’ उपग्रह, सुमारे २० हजार किलोमीटर उंचीवर आहेत. ते पृथ्वीवरील घड्याळांपेक्षा कमी गुरुत्वाकर्षणाच्या प्रदेशात असून, अतिवेगाने फिरतात. या दोन परिणामांमुळेच, त्यांच्या घड्याळांचा वेग पृथ्वीवरील घड्याळांपेक्षा भिन्न असतो. जर सापेक्षतावादानुसार आवश्यक दुरुस्ती न झाल्यास, ‘जीपीएस’ प्रणाली दररोज अनेक किलोमीटरची चूक दाखवेल. वेळेतील हा फरक अंतराळवीरांच्या बाबतीतही दिसतो. आंतरराष्ट्रीय अवकाश स्थानक, पृथ्वीभोवती ताशी २८ हजार किलोमीटर वेगाने फिरते. त्यामुळे तेथील अंतराळवीर, पृथ्वीवरील लोकांच्या तुलनेत अतिशय सूक्ष्म प्रमाणात भविष्याकडे प्रवास करतात. अनेक महिने अंतराळात राहिल्यानंतर, त्यांचे घड्याळ पृथ्वीवरील घड्याळापेक्षा काही मिली सेकंदांनी मागे राहते किंवा पुढे जाते.

 

विश्वातील सर्वाधिक गुरुत्वाकर्षण असलेल्या वस्तूंपैकी ‘कृष्णविवरे’ सर्वांत महत्त्वाची. कृष्णविवराच्या जवळ गुरुत्वाकर्षण इतके प्रचंड असते की, ते वेळेलाही प्रभावित करते. सामान्य सापेक्षतावादानुसार, अशा प्रदेशात बाह्य निरीक्षकाच्या तुलनेत वेळ अत्यंत संथगतीने पुढे सरकते. जर एखादे अंतराळयान सुरक्षित अंतरावर कृष्णविवराभोवती प्रदक्षिणा घालू शकले, तर त्या यानातील अंतराळवीरासाठीचे काही तास हे पृथ्वीवरील अनेक वर्षे किंवा दशकांएवढी असू शकतात.

 

पृथ्वी पूर्णपणे गोल नसून, ध्रुवांजवळ थोडी चपटी आहे. त्यामुळे पृथ्वीच्या वेगवेगळ्या भागांतील गुरुत्वाकर्षणात सूक्ष्म फरक असतो. पर्वतशिखरावरचे अणू घड्याळ, समुद्रसपाटीवरील अणू घड्याळापेक्षा वेगाने चालते. याची खात्री करण्यासाठी, अनेक प्रयोग झाले. १९७१ मध्ये हॅफेले-कीटिंग प्रयोगात, अणू घड्याळे विमानांमधून पृथ्वीभोवती फिरवण्यात आली. नंतर या घड्याळांची तुलना पृथ्वीवरच्या घड्याळांशी करण्यात आली. दोन्ही घड्याळांमध्ये आढळलेला सूक्ष्म फरक, आईनस्टाईन यांच्या सापेक्षतावादाशी अचूक जुळत होता. त्यानंतर अनेक उपग्रह मोहिमा, अणू घड्याळे आणि कण प्रवेगकांमधील प्रयोगांनीही ‘कालविस्तारा’चे अस्तित्व निर्विवादपणे सिद्ध केले आहे. म्हणजेच, ‘सापेक्षतावाद’ हा केवळ गणिती सिद्धान्त नसून, प्रयोगांनी पडताळलेले वास्तव आहे.

 

अवकाशातून येणार्‍या वैश्विक किरणांमुळे, पृथ्वीच्या वातावरणात ‘म्युऑन्स’ नावाचे अस्थिर मूलकण निर्माण होतात. त्यांच्या आयुष्यानुसार ते पृथ्वीच्या पृष्ठभागापर्यंत पोहोचूच शकत नाहीत. परंतु, ते जवळजवळ प्रकाशाच्या वेगानेच प्रवास करत असल्याने, त्यांच्यासाठी वेळ मंदावते. परिणामी, ते अपेक्षेपेक्षा जास्त काळ अस्तित्वात राहतात आणि पृथ्वीच्या पृष्ठभागापर्यंत पोहोचतात. हा कालविस्ताराचा सर्वांत सुंदर पुरावा आहे.

 

यामुळे एक अत्यंत रोचक प्रश्न निर्माण होतो. भविष्यात प्रवास करणे शक्य आहे का? उत्तर आश्चर्यकारकरीत्या ‘होय’ असेच आहे. जर एखादी व्यक्ती प्रकाशवेगाने अनेक वर्षे प्रवास करून परतली, तर पृथ्वीवर प्रत्यक्ष अधिक काळ लोटलेला असेल. म्हणजे ती प्रत्यक्षात भविष्यकाळात पोहाचेल. हा सापेक्षतावादाचा थेट परिणाम आहे. मात्र, भूतकाळात प्रवास करण्याबाबतची परिस्थिती वेगळी आहे. आजपर्यंत उपलब्ध प्रयोगातून किंवा निरीक्षणातून, असा प्रवास शय असल्याचे सिद्ध नाही.

 

आपण, जेव्हा आकाशगंगांकडे पाहतो, तेव्हा प्रत्यक्षात त्यांचा वर्तमानकाळ पाहत नसतो. त्या आकाशगंगेतून निघालेला प्रकाश, आपल्यापर्यंत पोहोचण्यासाठी अब्जावधी वर्षे प्रवास करतो. त्यामुळे आपण त्या आकाशगंगेचे भूतकाळातीलच रूप पाहतो. म्हणजेच, प्रत्येक मोठी दुर्बीण ही एका अर्थाने कालयंत्र आहे. विश्वात सर्वांसाठी एकच वर्तमान अशी संकल्पना अस्तित्वात नाही. भविष्यात मानव अनेक ग्रहांवर वसाहती निर्माण करू लागला, तर आंतरग्रहीय वेळ ही एक नवीन गरज ठरू शकते.

 

वेळ ही स्वतंत्रपणे अस्तित्वात असलेली गोष्ट आहे का? की ती अवकाशासह विणलेली एक भौतिक रचना आहे? विश्वाच्या सुरुवातीपूर्वी वेळ अस्तित्वात होती का? विश्वाचा अंत झाल्यानंतर वेळ राहील का? या प्रश्नांची अंतिम उत्तरे अजून मिळालेली नाहीत. अंतराळात वेळ वेगळी चालते ही कल्पनाच सुरुवातीला अविश्वसनीय वाटते; पण आज ती विज्ञानाचा अविभाज्य भाग आहे. घड्याळातील काटे सर्वांसाठी सारखे फिरत असले, तरी विश्वात वेळेचा प्रवाह सर्वत्र एकसारखा नसतो आणि म्हणूनच, आईनस्टाईन यांनी १०० वर्षांपूर्वी मांडलेली कल्पना आजही आधुनिक खगोलशास्त्रातील सर्वांत सुंदर, सर्वांत आश्चर्यकारक आणि सर्वांत उपयुक्त वैज्ञानिक सत्यांपैकी एक मानली जाते.