અખિલ બ્રહ્માન્ડમાં – ૪ (પી. કે. દાવડા)

ગુરૂત્વાકર્ષણના મોજા

મહાન વિજ્ઞાની ન્યૂટને ગુરુત્વાકર્ષણના બળ વિશે વિશ્વને પહેલી વાર જાણ કરી હતી. ન્યૂટનની થિયરી એવી હતી કે નાના-મોટા દરેક પદાર્થને પોતાનું મૂળભૂત ગુરુત્વાકર્ષણ હોય.

આઇન્સ્ટાઇને ન્યૂટને દીધેલી આ સમજને બદલી નાખી. તેમણે ઠરાવ્યું કે બ્રહ્માંડ ખેંચો તો ખેંચાય, મરોડો તો મરોડાય એવી થ્રી-ડી રબરિયા ચાદર જેવું છે. તેમાં લંબાઇ અને પહોળાઇ ઉપરાંત ઊંડાઇનું પણ પરિમાણ છે. આઇન્સ્ટાઇનની થીયરી પ્રમાણે, દરેક અવકાશી પદાર્થ આ ‘ચાદર’ માં ગોઠવાયેલો છે. એ ચાદરમાં એક જગ્યાએ લોખંડનો ગોળો મૂકીએ તો એ ગોળાવાળા ભાગમાં જાળી સપાટ નહીં રહે, પણ તેમાં ઝોલ પડશે. જાળી પર બીજો કોઇ પ્રથમ ગોળાથી ઓછા વજન વાળું મૂકીએ તો એ પદાર્થ પ્રથમ ગોળાના વજનને કારણે પડેલા ઝોલથી એ ગોળા તરફ આકર્ષાશે. આ આકર્ષણ એટલે ગુરુત્વાકર્ષણ.

આજથી લગભગ સો વર્ષો પહેલા એટલકે કે ૧૯૧૫માં આલ્બર્ટ આઇંસ્ટાઇને આ સાધારણ સાપેક્ષતાવાદનો સિદ્ધાંત (General Theory of Relativity) આપ્યો હતો.

આ સિદ્ધાંતમાં તેમણે ગુરુત્વાકર્ષણ બળને માત્ર આકર્ષણનું બળ ન ગણાવતા અવકાશ-સમયને બદલતા તરંગો તરીકે ગણાવ્યા હતા.

બ્રહ્માંડના મૂળભૂત પોત જેવી રબરિયા ‘ચાદર’ને પાણી ભરેલા એક તળાવ તરીકે કલ્પી લઇએ. સામાન્ય સંજોગોમાં તળાવનું પાણી અને તેની અંદર રહેલી સૃષ્ટિ સ્થિર હોય. પરંતુ તેમાં તમે પથ્થર ફેંકો તો તળાવનાં સ્થિર જળમાં તરંગો પેદા થાય.

ગુરુત્વાકર્ષણ બળની પરોક્ષ અસર બ્રહ્માંડનાં દરેક પદાર્થ ઉપર વરતાતી જોવા મળે છે. પરંતુ ગુરુત્વાકર્ષણનું બળ કઈ રીતે કામ કરે છે. એ સમજવું હોય તો ”ગુરુત્વાકર્ષણના તરંગો” તેનો મુખ્ય આધાર છે.

બ્રહ્માંડને આપણે દ્રશ્યમાન પ્રકાશનાં ઉપયોગથી ટેલિસ્કોપ વડે નિહાળ્યું છે. પણ પ્રકાશની મદદથી બ્રહ્માંડનો ભૂતકાળ આપણે જાણી શક્યા નથી. એ ભૂતકાળ ગુરુત્વાકર્ષણના તરંગો વડે જાણી શકાશે. અત્યાર સુધી અવકાશીપિંડોની હાજરી માત્ર તેણે મુક્ત કરેલ ઇલેકટ્રોમેગ્નેટિક રેડિયેશનથી જાણી શકતા હતા. આ રેડિયેશનમાં દ્રશ્યમાન પ્રકાશ, એક્સ-રે, ગામા-રે, અને માઇક્રોવેવ બેક ગ્રાઉન્ડ રેડિયેશનનો સમાવેશ થાય છે. બ્રહ્માંડનાં કેટલાંક પદાર્થ એવા છે, જે ઇલેકટ્રોમેગ્નેટિક રેડિયેશન મુક્ત કરતા નથી, પરંતુ પુષ્કળ માત્રામાં ગુરુત્વાકર્ષણ બળ મુક્ત કરે છે. ”બ્લેક હોલ” આવો જ બ્રહ્માંડનો પદાર્થ છે. હવે બ્રહ્માંડનો અદ્રશ્ય પદાર્થ ગુરુત્વાકર્ષણના તરંગોનાં કારણે વિજ્ઞાનીઓ માટે ”દ્રશ્યમાન” બનશે. કારણ કે ગુરુત્વાકર્ષણનાતરંગો કોઇપણ પદાર્થમાંથી પસાર થાય તો પણ તે બદલાતા નથી. દ્રશ્યમાન પ્રકાશ ઉપર બ્રહ્માંડનાં અન્ય પદાર્થો અસર કરે છે. ગુરુત્વાકર્ષણનાતરંગો પોતાની પ્રકૃતિ બદલ્યા વિનાં બ્રહ્માંડનાં ખૂણે ખૂણે પ્રસરી શકે છે.

સો વર્ષ બાદ ફેબ્રુઆરી-૨૦૧૬માં વૈજ્ઞાનિકોને ગુરુત્વાકર્ષણના તરંગોની હાજરી મેળવવામાં સફળતા મળી છે. આ માટેની ખાસ ઓબ્ઝર્વેટરી લીગો ખાતે સંશોધન કરતા વૈજ્ઞાનિકોએ દાવો કર્યો છે કે તેમણે બે બ્લેક હોલ્સની અથડામણ દરમિયાન ગુરુત્વાકર્ષણ તંરગોની ભાળ મળી છે. ત્યાર બાદ આ દાવાની યથાર્થતા ચકાસવામાં આવી અને વૈજ્ઞાનિકોએ માન્યું કે આ શોધ અવકાશ ક્ષેત્રની સૌથી મોટી સફળતા છે.

લીગો ઓબ્ઝર્વેટરી એક વિશાળ ભૌતીક પ્રયોગ છે જેનો ઉદ્દેશ્ય ગુરુત્વાકર્ષણના તરંગોની શોધ કરવાનો છે. આ પ્રોજેક્ટમાં દુનિયાના દરેક દેશના ટોંચના વૈજ્ઞાનિકો સાથે મળીને કામ કરે છે. ગુરુત્વાકર્ષણ તરંગોની શોધ માટે વર્ષોથી વિવિધ પ્રયોગ કરવામાં આવી રહ્યા છે. આ માટે યૂરોપિયન સ્પેસ એજન્સીએ ‘લીજ પાથફાઇંડર’ નામનું યાન પણ અંતરીક્ષમાં મોકલ્યું હતું. વૈજ્ઞાનિકના મતે આજથી લગભગ સવા અબજ વર્ષ પહેલા બ્રહ્માંડમાં 2 બ્લેક હોલ્સ વચ્ચે અથડામણ થઈ અને આ અથડામણના ભાગરૂપે અંતરીક્ષમાં તેની આસપાસના વિસ્તાર અને સમય બંનેમાં ફેરફાર થઈ ગયો. આઇંસ્ટાઇને આ અંગે કહ્યું હતું કે અંતરીક્ષનો આ ફેરફાર ફક્ત સીમિત જગ્યા પૂરતો નહીં રહે પરુંત તે એક તળાવમાં ઉઠેલા તરંગની જેમ આગળ વધતો રહેશે અને સમગ્ર બ્રહ્માંડમાં તેની અસર જોવા મળશે. વૈજ્ઞાનિકોને હવે આઇંસ્ટાઇનના સામેક્ષતાવાદના પ્રમાણ મળી ગયા છે, ત્યારે અંતરીક્ષમાં રહેલા બાઈનરી બ્લેક હોલ્સની થીયરીને પણ પ્રમાણીત ગણવામાં આવી છે.

ત્યારે હવે પ્રશ્ન થાય છે કે આ ગુરુત્વાકર્ષણ તરંગો શું છે ?

સાપેક્ષતાવાદના સિદ્ધાંત અનુસાર અંતરીક્ષ અને સમય બંને એક સિક્કાની બે બાજુ છે. બંને એકબીજા સાથે ગુંથાયેલા છે. જેને આપણે અવકાશસમય એટલેકે સ્પેસટાઈમ કહીએ છે. ગુરુત્વાકર્ષણને આપણે ફક્ત આકર્ષિત કરવાવાળું બળ જ માનતા આવ્યા છીયે. પરંતુ આઇંસ્ટાઇનના મતે ગુરુત્વાકર્ષણ સ્પેસટાઇમને નવી જ દિશામાં વાળતા તરંગો છે. આ તરંગના કારણે ઉભા થતા આકર્ષણને જ આપણે અનુભવી શકીએ છીએ એટલે તેને આપણે આકર્ષણ બળના સ્વરૂપે જાણીએ છીએ.

હવે, જોઇએ કે કઈ રીતે એક અત્યાધિક દ્રવ્યમાનવાળો પિંડ તેની આસપાસના સ્પેસટાઈમને વિકૃત કરી દે છે, અને તેની અસર આ સ્પેસટાઈમમાંથી પસાર થતા અન્ય પિંડો પર કઈ રીતે પડે છે. ઉદાહરણ તરીકે બ્રહ્માંડને એક ચાદરના સ્વરૂપે ગણીએ અને તે ચાદરની વચ્ચે એક મોટો પિંડ રાખવામાં આવે તો ચાદરમાં એક ઝોલ બની જાય છે. તે બાદ જો નાના લખોટી જેવા પિંડને જો તે ચાદર પર નાખવામાં આવે તો તેઓ આ ઝોલના કારણે વિશેષ ગતિ પ્રાપ્ત કરે છે. પૃથ્વી પણ આ જ તરંગોની ગતિને કારણે સૂર્યની આસપાસ ફરે છે. પરંતુ તેની ચક્કર લગાવવાની ગતિ ઘણી ઓછી હોવાથી તથા પૃથ્વીનું દ્રવ્યમાન પણ એટલું ઓછું છે કે આપણે આ તરંગોને પકડી શકતા નથી.

લિગોએ કઈ રીતે શોધ્યા ગુરુત્વાકર્ષણ તરંગો?

ગુરુત્વાકર્ષણના તરંગો અંતરીક્ષમાં સતત વહ્યા કરે છે. તેનો આકાર અને પ્રકાર અલગ અલગ હોય છે, પંરતુ બધા જ તરંગો અંતરીક્ષના આકારને નાની-મોટી માત્રામાં બદલતા રહે છે. આ કારણે અંતરીક્ષાં આવેલ વિકૃતિના કારણે બે અવાકાસ પિંડો વચ્ચેના અંતરમાં ફેરફાર થતા રહે છે. જોકે આ એટલું બારીક માત્રામાં હોય છે કે તેને માપવું સહેલું નથી. 2015ના સપ્ટેમ્બર માસમાં બે બ્લેક હોલ એકબીજાની ઘણા નજીક આવી ગયા અને બંનેનું દ્રવ્યમાન વધુ હોવાના કારણે તેઓ તીવ્ર ગતિ સાથે એકબીજાની પરીક્રમા કરવા લાગ્યા. તેમની આ ગતિના કારણે ઉત્પન્ન થતા ગુરુત્વાકર્ષણના તરંગો ખૂબ વધુ શક્તિશાળી હતા, જેને કારણે લિગો ઓબ્ઝેર્વટરીનું ધ્યાન ખેંચાયું હતું. જે બાદ તેમને એકબીજાના ગુરુત્વાકર્ષણ તરંગોના કારણે તીવ્રગતિથી પરીક્રમા કરતા આ બ્લેકહોલ જ્યારે એકબીજામાં વિલય થવા આવ્યા ત્યારે તેમના ગુરુત્વાકર્ષણ તરંગોની સંખ્યા અત્યાધિક વધવાથી તેને પકડવા સહેલા બની રહે હતા.

આ ઘટનાના કારણે અવકાશ વિજ્ઞાનની સાથે સાથે સામાન્ય વિજ્ઞાનની પણ કેટલીક માન્યતાઓ બદલાઈ જશે. લિગોની આ શોધને જોકે હજુ ઘણા તબક્કામાંથી પસાર થયા બાદ સર્વસામાન્ય માન્યતા આપવામાં આવશે.