आइंस्टीन की महान संपत्ति उनकी कल्पना थी, जो कि बचकानी कल्पना की विशेषता थी, यथार्थवादी परिपक्वता द्वारा लगाए गए पैटर्न द्वारा अप्रतिबंधित।
प्रकाश की निरंतर गति
यह संभव है कि वैज्ञानिक के लिए पहली प्रेरणा ज्यूरिख में स्टेशन जाने वाली ट्रेन थी, जहां अल्बर्ट आइंस्टीन रहते थे और काम करते थे। जैसे ही हम स्टेशन से धीरे-धीरे आगे बढ़ते हैं, खिड़की से बाहर देखते हुए, हम प्लेटफॉर्म को छोड़ते हुए देखते हैं। एक वयस्क तुरंत समझ जाएगा कि यह चलने वाला प्लेटफॉर्म नहीं है, बल्कि एक ट्रेन है। हालाँकि, आइंस्टीन ने खुद से पूछा: हम इसे कैसे जानते हैं?
उत्तर है पृथ्वी। इसे हम स्थिर मानते हैं, और इसलिए हम वस्तुओं के संबंध में गति का श्रेय देते हैं। लेकिन क्या होगा अगर पृथ्वी मौजूद नहीं है? हमें कैसे पता चलेगा कि हमारा अंतरिक्ष यान घूम रहा है या अंतरिक्ष स्टेशन हमसे दूर जा रहा है? पहली बात जो दिमाग में आती है वह है भौतिकी के नियम। शायद कुछ नियम हैं जो गति को ध्यान में रखते हैं, और इस तरह हम घटना के पाठ्यक्रम से सीखते हैं कि हम खड़े हैं या आगे बढ़ रहे हैं?
सबसे अच्छा उम्मीदवार चुंबकीय और विद्युत क्षेत्र है। स्कूल में, हमने सीखा कि यह वास्तव में एक बल है – विद्युत चुंबकत्व। डच भौतिक विज्ञानी हेंड्रिक लोरेंज के काम से पता चलता है कि प्रकाश, जो वास्तव में एक वैकल्पिक विद्युत चुम्बकीय क्षेत्र है, को हमेशा एक ही गति से चलना चाहिए, चाहे हमारी गति कुछ भी हो।
किस प्रकार जांच करें? चूँकि हम जानते हैं कि पृथ्वी सूर्य के चारों ओर और अपनी धुरी के चारों ओर (काफी तेज) गति करती है, तो यदि प्रकाश की गति गति पर निर्भर करती है, तो प्रकाश की किरण पश्चिम से पूर्व की ओर गति करती है – और इसलिए पृथ्वी की गति की दिशा में – उसी तरह चलना चाहिए, दूसरे से अलग, उत्तर से दक्षिण तक। ऐसा प्रयोग अमेरिकी वैज्ञानिक अल्बर्ट ए. माइकलसन और एडवर्ड मॉर्ले द्वारा किया गया था। और यह पता चला कि प्रकाश की गति वास्तव में इसकी गति की दिशा पर निर्भर नहीं करती है।
विशेष सापेक्षता
गति केवल दो पर्यवेक्षकों के अपने सिस्टम की तुलना करने के संदर्भ में मौजूद है, यह हमेशा पारस्परिक होता है, और सिस्टम को आराम से परिभाषित करने का कोई मतलब नहीं है। इसलिए, सभी सही भौतिक सिद्धांतों को वेग और स्थिति, और समय से भी स्वतंत्र होना चाहिए। यदि यह अन्यथा होता, तो मोबाइल और स्थिर प्रणालियों के बीच अंतर करना संभव होता।
प्रकाश की इस निरंतर गति के साथ कैसे सामंजस्य बिठाया जाए? आखिरकार, इसका मतलब यह है कि अगर अंतरिक्ष “बीकन” ने एक प्रकाश संकेत भेजा, और हम प्रकाश की गति के करीब गति से उड़ने वाले रॉकेट से टकराते हैं, और इस संकेत का पीछा करते हैं, तो यह उतनी ही जल्दी हमसे और प्रकाशस्तंभ से दूर चला जाएगा। . यह विरोधाभासी है, लेकिन किसी बच्चे की कल्पना नहीं है।
अगर ऐसा है, तो या तो हमारे और बीम के बीच की दूरी बढ़ जाती है, या हमारे लिए समय धीमा हो जाता है। अंतरिक्ष में खिंचाव या समय के फैलाव की डिग्री सापेक्ष गति के समानुपाती होती है। प्रकाश की खोज के मामले में, अंतरिक्ष अनिश्चित काल तक खिंचेगा, और समय रुक जाएगा।
हम उस बिंदु पर पहुंच जाते हैं जहां हमारी कल्पना हमारे लिए पर्याप्त नहीं हो सकती है। इसका क्या मतलब है कि समय रुक जाएगा? क्या हम एक स्थिति में जम जाएंगे? ठीक है, नहीं, हम सामान्य रूप से हमारे संदर्भ के फ्रेम में रहेंगे – लेकिन हम ब्रह्मांड के बाकी हिस्सों के बाहर मौजूद देवताओं की तरह महसूस करेंगे। लेकिन चूंकि गति सापेक्ष और परस्पर है, इसलिए हम अपने बाहर की दुनिया के बारे में भी ऐसा ही कह सकते हैं। तो समकालिकता क्या है? आप इसके साथ कारण और प्रभाव के सिद्धांत को कैसे समेटते हैं?
सापेक्षता के सिद्धांत के सभी निहितार्थ अभी तक समझ में नहीं आए हैं। आइंस्टीन ने दो सबसे महत्वपूर्ण नाम दिए। पहला, प्रकाश की गति तक पहुंचना असंभव है। गति बढ़ाने के लिए आवश्यक ऊर्जा इसके और प्रकाश की गति के बीच के अंतर के साथ विपरीत रूप से बढ़ती है। प्रकाश की गति से गतिमान वस्तु में अनंत ऊर्जा होगी। लेकिन चूँकि गति सापेक्ष है, यह ऊर्जा क्या है? जैसा कि हम स्कूल से याद करते हैं, गति की ऊर्जा गति और द्रव्यमान के समानुपाती होती है। तो, आइंस्टीन ने कहा कि यह बड़े पैमाने पर होना चाहिए। इससे उन्होंने अपना सबसे प्रसिद्ध समीकरण निकाला। E=mc^2 – द्रव्यमान विरामावस्था में ऊर्जा का एक रूप है।
प्रकाश की गति की स्थिरता से दूसरा निष्कर्ष हमें ज्ञात त्रि-आयामी अंतरिक्ष में चौथे आयाम के रूप में समय को एकीकृत करने की आवश्यकता है, जो पहले से ही यूक्लिड द्वारा पुरातनता में वर्णित है। केवल इस तरह से बनाया गया अंतरिक्ष-समय, जिसे पहले जर्मन गणितज्ञ हरमन मिंकोव्स्की द्वारा परिभाषित किया गया था, भौतिकी का सही वर्णन करेगा। स्पेसटाइम में एक बिंदु समय में एक विशिष्ट बिंदु पर अंतरिक्ष में एक विशिष्ट स्थान है। अपने दो बिंदुओं को जोड़ने वाले अंतरिक्ष-समय का खंड दो घटनाओं के बीच की दूरी है।
सामान्य सापेक्षता
द्रव्यमान केवल उस बल का माप नहीं है जिसे किसी वस्तु को गति में स्थापित करने के लिए लागू किया जाना चाहिए, और इसलिए इसकी जड़ता की डिग्री। द्रव्यमान भी गुरुत्वाकर्षण का स्रोत है। ये परिभाषाएँ पूरी तरह से अलग घटनाओं को संदर्भित करती हैं। क्या उनमें समान भौतिक मात्रा हो सकती है? ऐसी “घटनाएं” प्रकृति में नहीं होती हैं।
इसी प्रयोग को हंगेरियन भूभौतिकीविद् लोरंड इओटवोस द्वारा एक मरोड़ पेंडुलम का उपयोग करके किया गया था। यह पता चला कि जड़त्वीय और गुरुत्वाकर्षण द्रव्यमान बिल्कुल समान हैं। आइंस्टीन के लिए, यह इस बात का प्रमाण था कि, विद्युत और चुंबकीय क्षेत्रों की तरह, गुरुत्वाकर्षण और जड़ता को एक ही पैटर्न का पालन करना चाहिए। बल के प्रभाव में हम अपनी गति का मान या दिशा बदल देते हैं, जिसे भौतिकी में त्वरण कहते हैं। त्वरण गति में परिवर्तन है, और गति हमेशा सापेक्ष होती है। चूँकि गति स्वयं सापेक्ष होती है, त्वरण भी सापेक्ष होना चाहिए।
पृथ्वी के उदाहरण से प्रेरित होकर, घुमावदार सतह जिस पर हम रहते हैं और मापते हैं, आइंस्टीन जानते थे कि एक सपाट सतह केवल ज्यामिति द्वारा अनुमत एकमात्र संभावना नहीं थी। यदि चार-आयामी अंतरिक्ष-समय एक विमान नहीं थे, तो किसी भी बाहरी हस्तक्षेप से रहित वस्तुओं के प्रक्षेपवक्र और इसलिए, भौतिकी के शास्त्रीय नियमों के अनुसार सीधी रेखाओं में चलते हुए, घुमावदार होना होगा।
कुछ प्रणालियों में, इसे गुरुत्वाकर्षण द्वारा समझाया जा सकता है, दूसरों में – जड़ता द्वारा, और मॉडल में – बस अंतरिक्ष की वक्रता द्वारा। आसन्न समानांतर पटरियों पर या एक ही ट्रैक पर लेकिन एक निरंतर अंतराल पर यात्रा करने वाली दो ट्रेनें टकरा सकती हैं।
समानांतरवाद और प्रत्यक्ष की अवधारणाओं के साथ-साथ समय की अवधारणा पर पुनर्विचार करना आवश्यक था। चूंकि अंतरिक्ष घुमावदार है, ऐसे वक्रों में प्रकाश भी घुमावदार होना चाहिए। चूंकि वक्रता गुरुत्वाकर्षण जैसे प्रभावों का कारण बनती है, प्रत्येक द्रव्यमान को अंतरिक्ष-समय की असमानताएं पैदा करनी चाहिए और इस प्रकार, उदाहरण के लिए, समय बीतने को प्रभावित करना चाहिए।
इनमें से कई निष्कर्षों की प्रयोगात्मक रूप से पुष्टि की गई है, जैसे कि बुध की कक्षा के निकटतम और सबसे दूर के बिंदु पर समय का असमान प्रवाह, इसके धीमे परिवर्तन, या अन्य विशाल ब्रह्मांडीय पिंडों के पीछे छिपे सितारों को देखने की क्षमता। कई अन्य अभी भी पुष्टि की प्रतीक्षा कर रहे हैं।
