ગુરૂત્વાકર્ષણ (ભાગ-૧)
‘ગુરૂત્વાકર્ષણ’. આ નામ કાને પડતાં જ સૌથી પહેલું કોઇનું નામ યાદ આવે તો એ છે એનાં શોધક સર આઇઝેક ન્યુટનનું નામ અને એ નામની સાથે યાદ આવી જાય સાર્વત્રિક ગુરૂત્વાકર્ષણનો નિયમ.. જાણ ખાતર એ નિયમને નોંધી લઇએ. એ નિયમ અનુસાર બ્રહ્માંડની કોઇપણ બે વસ્તુઓ એકબીજાને એક ગુરૂત્વીય બળથી આકર્ષે છે. આ બળ એ બંને વસ્તુઓના દળના ગુણાકારના સમપ્રમાણમાં અને તેમની વચ્ચેના અંતરના વર્ગના વ્યસ્ત પ્રમાણમાં હોય છે. મતલબ કે બે વસ્તુઓ વચ્ચે લાગતું ગુરૂત્વાકર્ષણ બળ એ બંને વસ્તુઓના દળ પર અને એ બંને વસ્તુઓ એકબીજાથી કેટલાં અંતરે છે એના પર આધાર રાખે છે. ગુરૂત્વાકર્ષણના આ સાદા સીધા ગાણિતિક નિયમથી આજે તો આપણે ઘણા આગળ વધી ચુક્યાં છીએ. આધુનિક ભૌતિકવિજ્ઞાને બ્રહ્માંડને લગતી આપણી સમજણમાં ખાસ્સો વધારો કર્યો છે છતાં એ વાસ્તવિકતાને નકારી શકાય નહીં કે ગુરૂત્વાકર્ષણનું બળ બીજા બળોની સરખામણીમાં આજે પણ જેટલું સમજાવું જોઇએ એટલું સમજાયું નથી. હવે તો ગુરૂત્વાકર્ષણને સમજવાના ક્વોન્ટમ મિકેનિકલ વ્યુ સહિતના આધુનિક દૃષ્ટિકોણ આવી ગયાં છે. એ તમામ દૃષ્ટિકોણે ગુરૂત્વાકર્ષણને સમજવા પ્રયત્ન કરીએ.
આધુનિક ભૌતિકવિજ્ઞાને આપણા જ્ઞાનના સીમાડાઓને અનેકગણા વિસ્તાર્યાં છે. ક્વોન્ટમ ફિઝીક્સ અને પાર્ટીકલ ફિઝીક્સ એ બુધ્ધીમત્તાની ચરમસીમાના જીવતાજાગતા પુરાવાઓ છે. બ્રહ્માંડમાં મોજૂદ દરેકેદરેક તત્ત્વ અને દરેકે દરેક બળના પાયામાં રહેલી મૂળભૂત સંરચનાઓ એવાં અનેક કણ (પાર્ટીકલ) ને આપણે શોધી કાઢ્યાં છે. આ કણોનું એક આખું કણ સંગ્રહાલય બનાવ્યું છે. આ કણ સંગ્રહાલય ‘સ્ટાન્ડર્ડ મોડેલ’ તરીકે ઓળખાય છે. અત્યારે હાલ તો બ્રહ્માંડનું સચોટ વર્ણન કરી શકવાની ક્ષમતા માત્ર સ્ટાન્ડર્ડ મોડેલ ધરાવે છે. સ્ટાન્ડર્ડ મોડેલ અનુસાર બ્રહ્માંડ મૂળભૂત રીતે માત્ર ચાર બળોનું બનેલું છે. બાકી તમામ બળો અને આંતરક્રિયાઓ આ ચાર બળોના જ ભાગ છે. આ ચાર મૂળભૂત બળો એટલે સ્ટ્રોંગ ફોર્સ, વીક ફોર્સ, વિદ્યુતચુંબકત્વ અને ગુરૂત્વાકર્ષણ. ક્વોન્ટમ ફિઝીક્સની સુંદરતા એ છે કે એ લગભગ બધા બળોને એક કરીને બ્રહ્માંડનું એકસૂત્ર વર્ણન કરી શકવાની દિશામાં (બીજા શબ્દોમાં કહો તો બ્રહ્માંડને સંપૂર્ણત: સમજી શકવાની દિશામાં) અગ્રેસર છે. ક્વોન્ટમ ફિઝીક્સ સ્ટ્રોંગ ફોર્સ, વીક ફોર્સ અને વિદ્યુતચુંબકત્વને એક તાંતણે બાંધીને એમનું બખૂબી વર્ણન કરી શકે છે. પણ પણ પણ... આ ક્વોન્ટમ મિકેનિકલ સમીકરણોમાં એકમાત્ર અજાયબ બળ એવું છે જે બરાબર ફીટ બેસી શકતું નથી. એ છે ગુરૂત્વાકર્ષણનું બળ. કોઇપણ પદાર્થને તોડતાં જઇએ તો એને તોડતાં તોડતાં છેલ્લે ક્યાં સુધી તોડી શકાય? પદાર્થને તોડી શકવાની સૂક્ષ્મતમ લિમિટ કઇ? બીજી રીતે કહીએ તો પદાર્થનો સૌથી નાનામાં નાનો ઘટક કયો? અણુ? કે એનાથી નાનો પરમાણુ? કે પછી એનાથી પણ નાના પરમાણ્વીક કણો? ક્વોન્ટમ ભૌતિકવિજ્ઞાનીઓએ તો પરમાણ્વિક કણોની પણ અંદર ખાંખાખોળા કરીને ચારમાંથી ત્રણ મૂળભૂત બળોના ઉદગમસ્થાન શોધી કાઢ્યાં છે. એ તમામને એક એક કણ દ્વારા દર્શાવવામાં આવ્યાં છે. (જેમ કે સ્ટ્રોંગ ફોર્સ માટે ગ્લુઓન નામનો કણ, વીક ફોર્સ માટે W અને Z કણો તથા વિદ્યુતચુંબકત્વ માટે ફોટોન) પરમાણ્વિક કણો વચ્ચેની આંતરક્રિયાઓના સમીકરણો દ્વારા ત્રણ બળો સચોટ રીતે વર્ણવી શકાય છે. બસ એ બધામાં એક બળ એવું છે જેનું ઉદગમસ્થાન હજી સુધી સંશોધકોને મળતું નથી. એ બળ છે ગુરૂત્વાકર્ષણનું બળ. ગુરૂત્વાકર્ષણ બળ પરમાણ્વિક કણોમાંથી કઇ રીતે (કે પછી કઇ આંતરક્રિયા દ્વારા) પેદા થાય છે એની કોઇ જાણકારી હજી સુધી ભૌતિકવિજ્ઞાનીઓ પાસે નથી. ગુરૂત્વાકર્ષણના ફેલાવા માટે એક કાલ્પનિક કણ ‘ગ્રેવીટોન’ ને જવાબદાર માનવામાં આવ્યો છે. જોકે હજી સુધી ગ્રેવીટોનનું અસ્તિત્વ પ્રાયોગિક રીતે પારખી શકાયું નથી. એટલે આજદિન સુધી એ કાલ્પનિક કણ જ છે.
હવે પાર્ટીકલ ફિઝીક્સથી હટીને ન્યુટનછાપ ગુરૂત્વાકર્ષણ પર પાછા આવીએ. ન્યુટનનાં નિયમો ગાણિતિક રીતે ફૂલપ્રૂફ છે. એને આજદિન સુધી ચેલેન્જ નથી કરી શકાયા. આજે પણ એક રોકેટ કોઇ ઉપગ્રહને લઇને લોન્ચ થાય છે અને એ ઉપગ્રહને પૃથ્વીની ભ્રમણકક્ષામાં મુકે છે તો એમાં ન્યુટનના નિયમનું અક્ષરશ: પાલન થાય છે. છતાં એમ કહી શકાય કે ન્યુટનનો નિયમ ગુરૂત્વાકર્ષણ કઇ જગ્યાએ કેટલું લાગે છે એ સચોટ રીતે જણાવે છે. પરંતુ એ બળ ક્યાંથી ઉત્પન્ન થાય છે અને કેવી રીતે ફેલાય છે, કે પછી ગુરૂત્વાકર્ષણ મૂળભૂત રીતે શું છે? એ બધાં પ્રશ્નોના જવાબ ન્યુટનનો નિયમ આપી શકતો નથી. ન્યુટને ખુદ ગુરૂત્વાકર્ષણને પદાર્થને આંતરિક ગુણધર્મ ગણાવીને જરૂરી પ્રશ્નોના જવાબ આપવાનું ટાળ્યું હતું. આ બધા પ્રશ્નોના જવાબ અમુક અંશે ત્યારે મળ્યા જ્યારે વર્ષ ૧૯૦૫ થી શરૂ કરીને વર્ષ ૧૯૧૬ સુધી પોતાના દિમાગનું (અને પછીથી સમીકરણો વડે બીજાના દિમાગનું) ખાટું દહીં કરી દેનાર આલ્બર્ટ આઇનસ્ટાઇને જનરલ થિયરી ઓફ રિલેટિવિટિ આપી. બન્યું એમ કે વર્ષ ૧૯૦૫ માં આઇનસ્ટાઇને સ્પેશિયલ થિયરી ઓફ રિલેટિવિટિ આપી જે પ્રમાણે બ્રહ્માંડની કોઇપણ વસ્તુ પ્રકાશની ઝડપ કરતાં વધુ ઝડપે પ્રવાસ કરી શકે નહીં. પ્રકાશની ઝડપ બ્રહ્માંડની મહત્તમ સ્પીડ લિમિટ છે. હવે સ્પેશિયલ થિયરી આપ્યાં પછી આઇનસ્ટાઇન દાદા એકવાર મનોમંથન કરી રહ્યાં હતાં. આવા મનોમંથન એમનાં વૈચારિક પ્રયોગો (થોટ એક્સપરીમેન્ટ) તરીકે ઓળખાતાં. આવામાં એમને એક વિચાર સ્ફૂર્યો. સુર્યના પ્રકાશને પૃથ્વી પર પહોંચતા લગભગ સાડા આઠ મિનિટ જેટલો સમય લાગે છે. હવે માનો કે કોઇ બ્રહ્માંડીય જાદુ (કોસ્મીક મેજીક) દ્વારા સુર્ય અબી હાલ, અભી કે અભી ગાયબ થઇ જાય છે. જી હા, સદંતર ગાયબ. એનું નામોનિશાન રહેતું નથી. તો હવે પ્રશ્ન એ થાય કે સુર્ય ગાયબ થયાં પછી પૃથ્વીને અનુભવાતું એનું ગુરૂત્વાકર્ષણ ક્યાં સુધી યથાવત રહેશે? પૃથ્વી સુર્યના ગુરૂત્વાકર્ષણની ગિરફ્તમાંથી ક્યારે મુક્ત થશે? ન્યુટનના નિયમ અનુસાર તો તરતજ મુક્ત થઇ જવી જોઇએ. કારણ કે ગુરૂત્વાકર્ષણ બળ પેદા કરતો મૂળ સ્ત્રોત જ નથી રહ્યો તો એનું ગુરૂત્વાકર્ષણ કઇ રીતે રહેશે? આમ જોવા જઇએ તો વાત સાચી. પણ તેમ જોવા જઇએ તો? મતલબ સુર્ય ગાયબ થયા પછી પણ એનો પ્રકાશ સાડા આઠ મિનિટ સુધી પૃથ્વી પર ઉજાસ પાથરતો રહેશે. લોજીક સિમ્પલ છે. સુર્ય ગાયબ થયો એ ક્ષણે એણે જે છેલ્લું કિરણ છોડ્યું એને પૃથ્વી સુધી પહોંચતા સાડા આઠ મિનિટ લાગશે. મતલબ પૃથ્વીવાસીઓને સુર્ય ગાયબ થયાના સાડા આઠ મિનિટ સુધી એ ખબર જ નહીં પડે કે સુર્ય ગાયબ થઇ ગયો. સાડા આઠ મિનિટ સુધી એના કિરણો પૃથ્વી સુધી આવતાં જ રહેશે. જેવું છેલ્લું કિરણ પૃથ્વીને નવાજશે એ પછી તરતજ અંધકાર પ્રસરવાની શરૂઆત થશે. હવે વિરોધાભાસ જુઓ. બ્રહ્માંડની સૌથી ઝડપી વસ્તુ એવાં પ્રકાશને સુર્યથી પૃથ્વી સુધી પહોંચતા સાડા આઠ મિનિટ લાગી પણ -- સુર્ય ગાયબ થઇ ગયો છે અને હવે ગુરૂત્વાકર્ષણ બળ પેદા કરનાર કોઇ રહ્યું જ નથી -- એ માહિતીને પૃથ્વી સુધી પહોંચવામાં કોઇ સમય જ ના લાગ્યો. માહિતી પૃથ્વી સુધી ઇન્સટન્ટ રીતે આવી કઇ રીતે? કોઇપણ માહિતી એક યા બીજા સ્વરૂપે (વિદ્યુતચુંબકીય તરંગો અથવા તો કણ સ્વરૂપે) એક જગ્યાએથી બીજી જગ્યાએ પહોંચવી જોઇએ. તો પછી આ માહિતી એવાં તે કયાં સ્વરૂપે પહોંચી કે જેણે પ્રકાશ કરતાંય વધુ ઝડપે પ્રવાસ કરીને પૃથ્વીને જણાવી દીધું કે સુર્ય હવે રહ્યો નથી. આ તો સ્પેશિયલ થિયરીનો ભંગ થયો કહેવાય. જો આ વાત સાચી હોય તો પછી બ્રહ્માંડમાં પ્રકાશ સૌથી વધારે ઝડપ ધરાવતો નથી. આ પ્રકારની ઇન્ફોર્મેશન સૌથી વધુ ઝડપ ધરાવે છે, પ્રકાશ કરતાં પણ વધું... પણ એવું તો શક્ય નથી... તો પછી એનો એક જ અર્થ નીકળે. પૃથ્વી ગુરૂત્વાકર્ષણની ગિરફ્તમાંથી ઇન્સટન્ટ મુક્ત નહીં થાય. ગુરૂત્વાકર્ષણ વાળી માહિતી (કોઇપણ સ્વરૂપે) પૃથ્વી સુધી આવતા સાડા આઠ મિનિટ લાગશે જ, કારણ કે લાગવી જ જોઇએ. એ માહિતી પણ મહત્તમ ઝડપે (પ્રકાશની ઝડપે) પ્રવાસ કરે તોય એને સાડા આઠ મિનિટ તો લાગશે જ લાગશે. ગુરૂત્વાકર્ષણનો સ્ત્રોત ગાયબ થઇ ગયાં છતાં પૃથ્વીને બીજી સાડા આઠ મિનિટ પછી મુક્તિ મળશે. આ કથાએ ગુરૂત્વાકર્ષણ તરંગ જેવા કોઇક સ્વરૂપે ફેલાય છે એ વાતને સમર્થન આપ્યું.
આઇનસ્ટાઇન દાદાએ આ આખા ખ્યાલને જનરલ થિયરીમાં બખુબી ગૂંથી લીધો. આ ગુરૂત્વાકર્ષણના તરંગો ફેલાય છે એ કોઇ રબ્બરિયા ચાદર જેવું માધ્યમ છે. જોકે એને માધ્યમ કહેવું બરાબર નથી. બ્રહ્માંડ પોતે ત્રણ સ્પેસ ડાઇમેન્શન (અવકાશીય પરિમાણ) X, Y અને Z તથા સમયનું ચોથું પરિમાણ એમ કૂલ ચાર પરિમાણોનું બનેલું છે. આ અવકાશ પોતે (આ ચાર પરિમાણીય સંરચના પોતે) રબ્બરિયા ચાદર જેવી છે. તમે એને સ્પેસટાઇમનું રબર ફેબ્રીક મોડેલ કહી શકો છો. આ રબ્બરિયા ચાદરમાં વળરૂપી તરંગો દ્વારા ગુરૂત્વાકર્ષણ આગળ વધે છે. આવા ગુરૂત્વાકર્ષી તરંગો વર્ષ ૨૦૧૬માં પ્રાયોગિક રીતે પકડાયા. વર્ષ ૧૯૧૬માં જનરલ થિયરી આવી એન બરાબર ૧૦૦ વર્ષ પછી.
