Feedback

sahityam@madhuravani.com

 

©  2016 madhuravani.com

మధురవాణి కొత్త సంచిక విడుదల వివరాలు ఉచితంగా సకాలంలో అందుకోవాలంటే మీ పేరు, ఇ-మెయిల్ చిరునామా sahityam@madhuravani.com  కి పంపించండి.

మీ వివరాలు ఎవరితోనూ పంచుకొనబడవు.​

Website Designed

 &  Maintained

 by

Srinivas Pendyala

ఆహ్వానిత మధురాలు

నూరేళ్ల సాధారణ సాపేక్షతా సిద్ధాంతం

అనిల్ ఎస్. రాయల్

అనాదిగా మానవుడు లోకాన్ని అర్ధం చేసుకోటానికి ప్రయత్నిస్తూనే ఉన్నాడు. మొదట్లో దానికి సరైన దారేదో తెలీక తికమకపడ్డాడు. కళ్లకి కనబడేదే నిజమనుకున్నాడు. కనబడని శక్తుల్ని మహిమలుగా పొరబడ్డాడు, దేవుళ్లని సృష్టించాడు. అప్పట్లో అతని ప్రపంచం చిన్నది. కాలగమనంలో అతను ఎదిగాడు. లోకాన్ని లోతుగా చూడటానికో అద్భుత ప్రక్రియ కనుగొన్నాడు. అదే సైన్స్. దాని ఊతంతో అతని విశ్వం విస్తరించింది. మహిమల వెనకున్న మర్మం బోధపడింది. 

దీనంతటికీ కారణం అతనికున్న ఒక విశిష్ట గుణం: ప్రశ్నించటం. 

ప్రశ్నకి ప్రపంచాన్ని మార్చే శక్తుంది. 

నమ్మరా? అయితే ఈ కథ చదవండి.  

అనగనగా ఓ బాలుడు. ఒక రోజు వాడికో సందేహమొచ్చింది! నేను కాంతి వేగంతో పరిగెడుతూ ఆ  పుంజంతో పోటీ పడితే, అప్పుడది ఎలా కనిపిస్తుంది?”. 

బాల్యంలో ఎదురైన ప్రశ్నల్ని పెద్దయ్యాకా గుర్తుంచుకునేవాళ్లు మనలో ఎందరు? కానీ ఆ బాలుడిని ఆ ప్రశ్న వదలకుండా వెంటాడింది. దానికి సమాధానం వెదికే క్రమంలో అతను కనుగొన్న విషయాలు ప్రపంచగతిని మార్చాయి. 

ఇది సైన్స్ ఫిక్షన్ కథ కాదు. సాంకేతిక విప్లవాలు, అద్భుతమైన ఆవిష్కరణల సొద కాదు. అవి వస్తూ పోతూ ఉంటాయి. ఇది సైన్స్ మీకూ, నాకూ, ఈ ప్రపంచానికీ ఏమిచ్చిందో చెప్పే కథ. ఇది మనందరి జీవితాలనీ ఏదో ఓ రూపంలో ప్రభావితం చేసిన కథ. 

 

సాపేక్షతా నియమం

మీరొక నౌకలో ఉన్నారు. మీరున్న గదికి కిటికీల్లేవు. ఉన్న ఒక్క తలుపూ మూసి ఉంది. నౌక కుదుపుల్లేకుండా స్థిరంగా ఉంది. ఈ పరిస్థితిలో నౌక ఏదైనా రేవులో లంగరు వేసి ఉందో, లేక సముద్రంలో కుదుపుల్లేకుండా ప్రయాణిస్తోందో చెప్పటం అసాధ్యం. ఈ విషయాన్ని క్రీ.శ. 1632లోనే గుర్తించిన గెలీలియో "భౌతిక శాస్త్ర నియమాలు అన్ని జడత్వ ప్రమాణ చట్రాలకూ ఒకేలా వర్తిస్తాయి" అన్నాడు. ఇది ‘సాపేక్షతా నియమం’గా (Principle of Relativity) ప్రసిద్ధి చెందింది. దీని ప్రకారం మీరు నిశ్చలంగా ఉన్నదీ లేక చలనంలో ఉన్నదీ చెప్పగలగటానికి ఒకే ఒక దారి మీకంటే భిన్నమైన ప్రమాణ చట్రంలో (frame of reference) ఉన్న మరే వస్తువుతోనో పోల్చుకోవటం. అంటే 'శుద్ధ చలనం' (absolute motion) అంటూ ఏమీలేదు. ఉన్నదంతా సాపేక్ష చలనమే. చలనాన్ని కొలిచేది వేగంతో కాబట్టి, శుద్ధ చలనం లేనప్పుడు శుద్ధ వేగమూ ఉండదు. వేగం సైతం సాపేక్షమే.

గెలీలియో మాదిరే ఐజక్ న్యూటన్ కూడా చలనం, వేగం సాపేక్షమైనవని నమ్మాడు. న్యూటన్ దృష్టిలో స్థలం, కాలం మాత్రమే శుద్ధమైనవి. భూమ్మీదైనా, అంగారకుడి మీదనైనా, ఏ ఇతర నక్షత్ర సముదాయంలోనైనా  - ఒక నిమిషం ఎవరికైనా ఒక నిమిషమే; ఒక గజం ఎక్కడైనా ఒక్క గజమే. 

     
ఐజక్ న్యూటన్ (క్రీ.శ. 1643 - 1727)


కానీ ... న్యూటన్ నమ్మినంత మాత్రాన అదంతా నిజమేనా? 

అవునో కాదో తర్వాత తెలుసుకుందాం. ప్రస్తుతానికి దృష్టి మరో విషయమ్మీదకి మళ్లిద్దాం.
 

కాంతి వేగం

జేమ్స్ క్లార్క్ మాక్స్‌వెల్. అన్ని కాలాల్లోనూ కలిపి ప్రపంచాన్ని అపరిమితంగా ప్రభావితం చేసిన శాస్త్రవేత్తల పేర్లతో జాబితా తయారు చేస్తే తొలి పది స్థానాల్లో ఉండే పేరిది. మైకేల్ ఫారడే శిష్యుల్లో అగ్రగామి. ఫారడే పరిశోధనల్ని ముందుకు తీసుకెళ్లి విద్యుదయస్కాంతత్వం అనే శాస్త్రానికి పునాదులు వేసిన ఘనుడు. రెండున్నర శతాబ్దాల కిందట అతను రూపొందించిన 'మాక్సెవెల్ సమీకరణాలు' లేకుంటే టెలివిజన్, రేడియో, మొబైల్ ఫోన్లు, మైక్రోవేవ్ ఒవెన్లు, రాడార్, ఎక్స్-రే మెషీన్లు, కంప్యూటర్లు, ఎలక్ట్రానిక్ ఉపకరణాలు - ఇవేవీ ఉండేవి కావు. 


   
జేమ్స్ క్లార్క్ మాక్స్‌వెల్ (క్రీ.శ. 1831 - 1879)

1885లో తన సమీకరణాలు రూపొందించే క్రమంలో మాక్స్‌వెల్ విద్యుదయస్కాంత తరంగాల వేగాన్ని సెకనుకి 299,792 కి.మీ.గా లెక్కగట్టాడు. ఆశ్చర్యకరంగా, ఇది కాంతివేగానికి సమానం! దీని ఆధారంగా, కాంతి కూడా ఒకరకమైన విద్యుదయస్కాంత తరంగమేనని మాక్స్‌వెల్ ప్రకటించాడు. అయితే ఇక్కడో సమస్యొచ్చిపడింది. నాటి తరం శాస్త్రవేత్తల దృష్టిలో 'తరంగం' అనేది ప్రయాణించటానికి ఏదో ఓ మాధ్యమం ఉండాలి. ధ్వని తరంగాలకి గాలి, సముద్రపుటలలకు నీటిలా అన్నమాట. కాంతి కూడా ఓ తరంగమైతే, దాన్ని మోసుకెళ్లే మాధ్యమం ఏంటి? దీనికి సమాధానంగా విశ్వం అంతా 'ఈథర్' (ether) అనే రంగు, రుచి, వాసన లేని అదృశ్య మాధ్యమంతో నిండి ఉన్నదని, కాంతి దానిగుండా మాత్రమే ప్రయాణిస్తుందనే వాదనొకటి ప్రాచుర్యంలోకొచ్చింది. కానీ, ఈ వింత మాధ్యమం ఆచూకీ ఎంతగా అన్వేషించినా ఎవరూ పట్టుకోలేకపోయారు.  

ఇదిలా ఉండగా 1887లో ఆల్బర్ట్ మైకేల్‌సన్ మరియు ఎడ్వర్డ్ మోర్లీ అనే శాస్త్రవేత్తలు చేసిన ప్రయోగం ఓ విశేషాన్ని బయట పెట్టింది. అదేమంటే - పరిశీలకుడి వేగంతో, అతని గమన దిశతో సంబంధం లేకుండా కాంతివేగం అందరికీ ఒకేలా సెకనుకి 299,792 కి.మీ.గా కనిపిస్తుంది. మరోలా చెప్పాలంటే, మీరు ఎంత వేగంగా ప్రయాణించినా కాంతి మిమ్మల్ని సెకనుకి 299,792 కి.మీ. వేగంతో దాటేసి దూసుకుపోతుంది! అంటే, ప్రమాణ చట్రం ఏదైనా కాంతివేగం మాత్రం స్థిరం

మైకేల్‌సన్-మోర్లీ ప్రయోగ ఫలితాలు ఈథర్ వాదనకి పెద్ద దెబ్బ. ఎందుకంటే ఈథర్ అనేది ఒక జడత్వ ప్రమాణ చట్రమైతే దానికి భిన్నమైన ప్రమాణ చట్రాల నుండి గమనించేవారికి కాంతివేగం భిన్నంగా కనిపించాలి. మైకేల్‌సన్-మోర్లీ కనుగొన్నదాని ప్రకారమైతే, ప్రమాణ చట్రమేదైనా కాంతి వేగం స్థిరంగా ఉంటోంది! కానీ అంతకన్నా గొప్ప వివరణ దొరకనందున, శాస్త్రవేత్తలు తమ సృజనాత్మక ప్రకల్పనలతో కిందమీదా పడి ఈథర్ వాదాన్ని కాపాడుకున్నారు. అయితే కొన్నేళ్లలోపే ఊరూపేరూ లేని అనామకుడొకడు ఈథర్ వాదాన్ని నాశనం చేస్తాడని వాళ్లెవరూ ఊహించలేదు.

ప్రత్యేక సాపేక్షతా సిద్ధాంతం

క్రీ.శ. 1905. బెర్న్ నగరం, స్విట్జర్లాండ్ దేశం.

ఆ చెక్కబల్ల మీద కాగితాలు చెల్లాచెదరుగా పడి ఉన్నాయి. బల్లముందు కూర్చున్న పాతికేళ్ల యువకుడి దృష్టి మాత్రం వాటిపై లేదు. కిటికీలోంచి దూరంగా కనిపిస్తోన్న గడియార స్థంభాన్ని తదేకంగా చూస్తున్నాడతను. అతని ఆలోచనలు మాత్రం మరెక్కడో ప్రవహిస్తున్నాయి. అతని భాషలో చెప్పాలంటే, 'ఆలోచనా ప్రయోగంలో' (thought experiment) మునిగున్నాడు.

అతడికి తన మెదడే ఓ ప్రయోగశాల. అలాగని అతనేమీ సైంటిస్టు కాదు. అతడు చేసేది ప్రభుత్వ పేటెంట్ ఆఫీసులో చిన్నపాటి గుమాస్తాగిరి. 

మనకీ కథ మొదట్లో ఎదురైన బాలుడే ఈ యువకుడు. పేరు ఆల్బర్ట్ ఐన్‌స్టీన్. 

1879లో జర్మనీలో యూదు జాతి కుటుంబంలో జన్మించిన ఐన్‌స్టీన్ మొదటినుండీ చదువులో చురుకుగా ఉండేవాడు (విద్యార్ధి దశలో ఐన్‌స్టీన్ పెద్దగా ప్రతిభాపాటవాలు చూపలేదని బహుళప్రాచుర్యంలో ఉంది. కానీ అది అవాస్తవం). ఐన్‌స్టీన్ కుటుంబం అతడి చిన్నతంలోనే జర్మనీ నుండి ఇటలీ, అక్కడ నుండి స్విట్జర్లాండ్‌కి వలస పోయింది. స్విట్జర్‌లాండ్‌లో ఉన్నత విద్య పూర్తిచేశాక రెండేళ్ల పాటు ఉద్యోగాల కోసం విఫల యత్నాలు చేసి ఆఖరుకు 1901లో తన స్నేహితుడి తండ్రి సిఫారసుతో ప్రభుత్వ పేటెంట్ ఆఫీసులో గుమాస్తా ఉద్యోగం సంపాదించాడు ఐన్‌స్టీన్. పేటెంట్ దరఖాస్తులు పరిశీలించి వాటి యోగ్యత నిగ్గుతేల్చటం అతడి పని. గణిత, భౌతికశాస్త్రాల్లో అద్వితీయ ప్రజ్ఞ కలిగినవాడు కావటంతో, ఈ పని చేయటానికి అతడికి ఆట్టే సమయం పట్టేది కాదు. అలా ఆదా అయిన సమయాన్ని ఆలోచనల కోసం వెచ్చించేవాడు. 

ప్రస్తుతం అతడు అదే పనిలో ఉన్నాడు. ఈథర్ ఆచూకీ చిక్కకపోయినా శాస్త్రవేత్తలు దాన్నే పట్టుకు వేలాడటం అతడిని ‌చిర్రెత్తించింది. వాళ్లు విషయాన్ని అనవసరంగా జటిలపరుస్తున్నారని అతను భావించాడు. అతనిదంతా సరళమైన పద్ధతి. "ఈథర్ లేదు కాబట్టే దాని ఆచూకీ చిక్కటం లేదు" అనుకున్నాడు. "కాంతి అనేది ఓ ప్రత్యేక తరంగం. అది ప్రయాణించటానికి ఎలాంటి మాధ్యమమూ అవసరం లేదు" అని తీర్మానించాడు. Ïకాంతి వేగం స్థిరం, శుద్ధంÓ అంటున్న ప్రయోగ ఫలితాలతో ఏకీభవించాడు. అంటే, తాను ఎంత వేగంగా ప్రయాణించినా కాంతివేగాన్ని అందుకోలేడు. అలా, అతన్ని చిన్ననాటి నుండీ వేధించిన ప్రశ్నకి సమాధానమైతే దొరికింది. కానీ అసలు కథ ఇక్కడే మొదలయింది.

 

ఆల్బర్ట్ ఐన్‌స్టీన్ (క్రీ.శ. 1879 - 1955)
న్యూటన్ సిద్ధాంతం ప్రకారం అన్ని వేగాలూ సాపేక్షం. ఇవతల చూస్తే కాంతివేగం శుద్ధం అని మైకేల్‌సన్-మోర్లీ ప్రయోగపూరితంగా రుజువయింది. ఇదెలా సాధ్యం? న్యూటన్ సిద్ధాంతమన్నా తప్పై ఉండాలి, లేదా ఈ ప్రయోగ ఫలితాలన్నా తప్పై ఉండాలి.

ఇక్కడ శాస్త్ర సిద్ధాంతాల గురించి ఒక విషయం చెప్పాలి.

శాస్త్రానికి సంబంధినంతవరకూ, 'సిద్ధాంతం' అంటే ప్రపంచాన్ని శాస్త్రీయ దృక్పధంతో పరిశీలించి ప్రతిపాదించే ఒక నమూనా. అయితే ఓ సిద్ధాంతాన్ని నిజమని నిరూపించటం అసాధ్యం. ఎవరైనా చేయగలిగిందల్లా, ఒక సిద్ధాంతాన్ని పలు రకాలుగా పరీక్షించటం మాత్రమే. పరీక్ష నెగ్గిన ప్రతిసారీ ఆ సిద్ధాంతం అప్పటికి బతికి బట్టకట్టినట్లు. లక్ష పరీక్షలకి నిలిచిన సిద్ధాంతం లక్షన్నొకటో పరీక్షలో తప్పొచ్చు. అది పరీక్షలు నెగ్గినంత కాలమూ ఎవరైనా కచ్చితంగా చెప్పగలిగేదల్లా, "ప్రస్తుతానికి ఈ సిద్ధాంతం పనిచేస్తుంది" అని మాత్రమే. పరీక్ష తప్పితే - దాన్ని అవతల పారేయాలి, లేదా అతుకులు వేసుకోవాలి.

మళ్లీ కథలోకొస్తే, న్యూటన్ సిద్ధాంతమే తప్పై ఉండొచ్చు అనుకున్నాడు ఐన్‌స్టీన్. ఆ క్రమంలో ఓ ఆలోచనా ప్రయోగం చేశాడు.

గాల్లో ప్రయాణిస్తున్న ఒక విమానం లోపలి భాగంలో ఒకేచోట రెండు భిన్న సమయాల్లో రెండు సంఘటనలు జరిగాయనుకుందాం. అదే విమానంలో ఉన్న ప్రయాణీకుడి దృష్టిలో ఆ రెండు సంఘటనల మధ్య దూరం శూన్యం. అదే, భూమ్మీద ఉండి ఇదంతా గమనిస్తున్న వ్యక్తినడిగితే, రెండు సంఘటనల మధ్య కాలంలో విమానం ప్రయాణించిన దూరాన్ని లెక్కలోకి తీసుకొని, అవి రెండు భిన్నమైన చోట్ల జరిగాయని చెబుతాడు. అంటే, భిన్న ప్రమాణ చట్రాల్లో ఉన్న పరిశీలకులు రెండు ఘటనల మధ్యనున్న దూరంపై విభేదిస్తారు.

 

ఇప్పుడు ఈ ఇద్దరు పరిశీలకులూ ఆ  విమానం తోక భాగం నుండి తల భాగానికి ప్రయాణించిన కాంతిపుంజాన్ని గురించి ఏమంటారో చూద్దాం. పై ఉదాహరణలో మాదిరిగానే ఇద్దరూ కాంతిపుంజం ప్రయాణించిన దూరంపై విభేదిస్తారు. కాంతివేగం స్థిరం కాబట్టి ఇద్దరూ ఆ కాంతిపుంజం వేగంపై మాత్రం ఏకీభవిస్తారు. దూరాన్ని కాలంతో భాగిస్తే వచ్చేది వేగం కాబట్టి - వేగంపై ఏకీభవించి, దూరంపై విభేదిస్తే - వాళ్లిద్దరూ ఆ కాంతిపుంజం ప్రయాణ సమయంపై కూడా విభేదించాలి. అంటే, భూమ్మీది పరిశీలకుడితో పోలిస్తే విమానంలో వేగంగా ప్రయాణిస్తున్న వ్యక్తికి కాలం నెమ్మదిగా గడవాలి! 

ఈ చిన్న పరిశీలన ఆధారంగా, కరిగే దూరం లాగానే కదిలే కాలం కూడా పరిశీలకుడి చలన వేగంపై ఆధారపడి ఉంటుందని ఐన్‌స్టీన్ భావించాడు. కాలం, దూరం ఒకదాని మీద ఒకటి ఆధారపడ్డవి కాబట్టి, దూరం అనేది స్థలం (space) కొలిచేందుకు వాడే మూలమానం కాబట్టి - కాలం ఏ మోతాదులో ఐతే నెమ్మదించిందో స్థలం అదే మోతాదులో సంకోచిస్తుంది కూడా. క్లుప్తంగా చెప్పాలంటే - చలనంలో ఉన్న పరిశీలకుడికి కాలం నెమ్మదిస్తుంది, స్థలం సంకోచిస్తుంది. వేగం, దూరం లాగే కాలం, స్థలం కూడా సాపేక్షం. ఇదే ఐన్‌స్టీన్ ప్రత్యేక సాపేక్షతా సిద్ధాంత (Special Theory of Relativity) సారం. దీని ప్రకారం స్థలం, కాలం అనే వాటికి విడివిడిగా ఉనికి లేదు. ఉన్నదొక్కటే - స్థలమూ కాలమూ  కలగలసిన 'స్థలకాలం' (space-time). 

1905లో ఐన్‌స్టీన్ కేవలం తన 'ఆలోచనా ప్రయోగాల' ఊతంతో ప్రతిపాదించిన ఈ విలక్షణ సిద్ధాంతం ఆ తర్వాత నిజమైన ప్రయోగాలెన్నిట్లోనో నిరూపితమయ్యింది. దాని ధాటికి ఈథర్ వాదానికి నూకలు చెల్లాయి. ప్రత్యేక సాపేక్షతా సిద్ధాంతానికి కొనసాగింపుగా అదే ఏడాది ఐన్‌స్టీన్ ప్రకటించిన సమీకరణమే ప్రఖ్యాతిగాంచిన E=mc2. ఈ సమీకరణం ద్వారా ఐన్‌స్టీన్ మరో విషయాన్నీ నిరూపించాడు. అదేమిటంటే 299,792 కి.మీ/సెకన్ విశ్వవ్యాప్తమైన వేగమితి. ఆ వేగాన్ని కాంతి తప్ప మరేదీ అందుకోలేదు.

ఇంతకీ, ఐన్‌స్టీన్ దెబ్బకి న్యూటన్ సిద్ధాంతం తప్పని రుజువైనట్లా? లేదు. న్యూటన్ సిద్ధాంతానికి కొన్ని పరిమితులున్నాయని మాత్రమే ఐన్‌స్టీన్ రుజువుచేశాడు. మన రోజువారీ జీవితాల్లో అనుభవమయ్యే సాధారణ వేగాల విషయంలో న్యూటన్ సిద్ధాంతం బ్రహ్మాండం గా పనిచేస్తుంది కానీ, కాంతివేగానికి దరిదాపుల్లోమాత్రం అది బోర్లాపడుతుంది. 

రెండొందల యాభయ్యేళ్లకి పైగా భౌతికశాస్త్ర గమనాన్ని నిర్దేశించిన న్యూటన్ సిద్ధాంతానికి పరిమితులున్నాయని రుజువు చేసేనాటికి ఐన్‌స్టీన్ ఓ అనామకుడైన పాతికేళ్ల పేటెంట్ గుమాస్తా. ప్రత్యేక సాపేక్షతా సిద్ధాంతంతో శాస్త్ర ప్రపంచంలో ప్రకంపనలు సృష్టించిన 1905వ సంవత్సరంలోనే ఐన్‌స్టీన్ ఫోటో ఎలెక్ట్రిక్ ఎఫెక్ట్ మీద పరిశోధనా పత్రం ప్రచురించటం ద్వారా క్వాంటమ్ ఫిజిక్స్‌కి పునాదులు వేశాడు (ఈ పరిశోధనకే ఆయనకి 1921లో నోబెల్ బహుమతి లభించింది). అదే ఏడాది ఇతర కీలకమైన పరిశోధనా పత్రాలు సైతం ప్రచురించాడు. ఆ కారణాన 1905ని ఐన్‌స్టైన్‌కి సంబంధించినంతవరకూ ఓ అద్భుత ఏడాదిగా పరిగణిస్తారు.

సాధారణ సాపేక్షతా సిద్ధాంతం 

న్యూటన్ సిద్ధాంతానికి మల్లే తన ప్రత్యేక సాపేక్షతా సిద్ధాంతానికీ పరిమితులున్న విషయం ఐన్‌స్టీన్‌కి తెలుసు. తన సిద్ధాంతం స్థిర వేగాలకి మాత్రమే వర్తిస్తుంది. కానీ స్థిర వేగం అనేది ఈ విశ్వంలో ఓ ప్రత్యేక పరిస్థితి మాత్రమే. వేగాల్లో హెచ్చుతగ్గులు సర్వ సాధారణం. అటువంటి సాధారణ పరిస్థితికి తన సిద్ధాంతం వర్తించదు. అందువల్లనే ఈ సిద్ధాంతానికి 'ప్రత్యేక సాపేక్షతా సిద్ధాంతం' అని పేరుపెట్టాడు. త్వరణానికీ (acceleration) చోటు కల్పించి, అన్ని పరిస్థితులకీ అన్వయించే 'సాధారణ సాపేక్షతా సిద్ధాంతం' (General Theory of Relativity) రూపొందించటం అతని తదుపరి లక్ష్యం.

ప్రత్యేక సాపేక్షతా సిద్ధాంతంలో ఉన్న మరో లోటు కూడా ఐన్‌స్టీన్‌కి తెలుసు. విశ్వాన్ని శాసించే మౌలిక శక్తుల్లో ఒకటైన గురుత్వాకర్షణ శక్తికి (gravity) అందులోచోటే లేదు! దాన్ని కూడా సాధారణ సాపేక్ష సిద్ధాంత నీడలోకి తీసుకొస్తే కానీ అది సంపూర్ణమవదు.  

న్యూటన్ నిర్వచనం ప్రకారం - ద్రవ్యరాశిని (mass) కలిగి ఉన్న ప్రతి వస్తువుకీ గురుత్వాకర్షణ శక్తి ఉంటుంది. అది తన పరిసరాల్లోని ఇతర వస్తువుల్ని తనవైపుకి ఆకర్షిస్తుంది. గురుత్వాకర్షణ సిద్ధాంతం ఆధారంగా న్యూటన్ సౌరకుటుంబంలో (నాటికి తెలిసిన) గ్రహాలన్నింటి కక్ష్యలనీ కచ్చితంగా లెక్కగట్టగలిగాడు. చంద్రుడు భూమ్మీద పడకుండా ఎందుకు కక్ష్యలో పరిభ్రమిస్తున్నాడో కూడా వివరించగలిగాడు. క్రీ.శ. 1666 ప్రాంతంలో న్యూటన్ నిర్వచించిన ఈ సిద్ధాంతం ఆధారంగానే ప్రస్తుత కాలంలో ప్రయోగిస్తున్న కృత్రిమ ఉపగ్రహాల నుండి స్పేష్ షటిల్స్, మార్స్ ఆర్బిటర్స్ వంటివి పనిచేస్తున్నాయి.

న్యూటన్ ప్రకారం గురుత్వాకర్షణ శక్తి ప్రభావం తక్షణమే (instantaneous) అన్నిచోట్లా కనిపిస్తుంది. అంటే, ఈ క్షణం సూర్యుడు అంతరించి పోతే తక్షణమే భూమి కక్ష కోల్పోయి అంతరిక్షంలో కొట్టుకుపోతుందన్నమాట. ఇది ఐన్‌స్టీన్‌కి అర్ధం లేని విషయంలా తోచింది. కాంతివేగాన్ని మించిన వేగంతో ప్రయాణించగలిగేది ఏదీ లేనప్పుడు, సూర్యుడు అంతరించిన సమాచారం గురుత్వాకర్షణ శక్తి రూపంలోనైనా, మరే విధంగానైనా భూమికి చేరటానికి అధమం ఎనిమిది నిమిషాల పైనే పట్టాలి కదా. న్యూటన్‌తో మరోమారు తలపడటానికి సిద్ధమయ్యాడు ఐన్‌స్టీన్. అసలు 'గురుత్వాకర్షణ' అంటే ఏమిటో నిగ్గుతేల్చాలనుకున్నాడు. ఆ పని చేయటానికి ‌‌మరో రెండేళ్లు పట్టింది. 

మీరొక ఎలివేటర్‌లో ఉన్నారు. ప్రమాదవశాత్తూ దాని కేబుల్స్ తెగిపోయాయి. అది వేగంగా కిందకి జారిపోతోంది. క్షణక్షణానికీ దాని త్వరణం పెరిగిపోతోంది. అప్పుడు మీ శరీరం తేలికవుతుంది. ఎలివేటర్ వచ్చి భూమికి ఢీకొనేంతవరకూ, మీరు భారరహిత స్థితిని అనుభవిస్తూ గాల్లో తేలుతారు. ఆ కాసేపూ గురుత్వాకర్షణ శక్తి మాయమైపోతుంది!

ఇప్పుడు ఎలివేటర్‌కి బదులు మీరొక కారులో ఉన్నట్లు ఊహించుకోండి. కారు స్థిర వేగంతో వెళుతున్నప్పుడు మామూలుగానే కూర్చున్న మీరు, దాని త్వరణం పెరిగే కొద్దీ కూర్చున్న సీటులోనే వెనక్కి అదమబడతారు. మీ వళ్లు కాస్త భారమైనట్లనిపిస్తుంది. దీనికి కారణం జడత్వం (inertia). జాగ్రత్తగా గమనిస్తే, శరీరమ్మీద జడత్వ శక్తి కలిగించే ప్రభావానికీ, గురుత్వాకర్షణ శక్తి కలిగించే ప్రభావానికీ తేడా లేదని మీకు అర్ధమవుతుంది.

వస్తువులపై జడత్వం కలిగించే ప్రభావం గురుత్వాకర్షణ ప్రభావం లాంటిదేనన్న విషయాన్ని ఐన్‌స్టీన్‌కి ముందే శాస్త్రవేత్తలు గమనించారు. అవి రెండూ ఒకదాన్నొకటి పోలి ఉండటం యాధృచ్చికం అని వాళ్లంతా భావించారు. ఐన్‌స్టీన్ మాత్రం మరోలా అనుకున్నాడు.

ఐన్‌స్టీన్ నమ్మకం ప్రకారం ఈ విశ్వం అంతా కొన్ని తేలికపాటి సూత్రాల ఆధారంగా పనిచేస్తుంది. అటువంటప్పుడు ఒకే రకమైన ప్రభావం కలిగించటానికి రెండు భిన్నమైన శక్తులు ఎందుకు? మనం చూసే దృష్టిని బట్టి ఒకటే రెండు విధాలుగా కనిపించి ఉండొచ్చుగా అన్న ఆలోచన ఆయనకొచ్చింది. "జడత్వమూ, గురుత్వాకర్షణ రెండూ ఒకలాంటివి కాదు. అవి రెండూ ఒకటే" అనుకున్నాడాయన. అప్పుడే మరోటి కూడా గమనించాడు. ఎలివేటర్, కారు - రెండు ఆలోచనా ప్రయోగాల్లోనూ ఒక ఉమ్మడి విషయం ఉంది. అది - త్వరణం. అంతే! ఐన్‌స్టీన్ మెదడులో మెరుపొకటి మెరిసింది. గురుత్వాకర్షణ గుట్టు విడిపోయింది.

గురుత్వాకర్షణ అనేది అసలు ఒక శక్తే కాదు. అది త్వరణానికొక పర్యవసానం (consequence) మాత్రమే! భూమి దిశలో స్వేచ్ఛా పతనంలో (freefall) ఉన్నప్పుడు భారరహితంగా అనిపించిన మీకు భూమ్మీద వాలగానే బరువు తెలుస్తుంది. అది గురుత్వాకర్షణ ప్రభావం అని న్యూటన్ అంటాడు. కాదు, అది జడత్వ ప్రభావం అని ఐన్‌స్టీన్ వాదిస్తాడు.  ఐన్‌స్టీన్ దృష్టిలో- భూమి మీ త్వరణానికి అడ్డుపడుతోంది. ఆ క్రమంలో మీపైన పడే వత్తిడినే మీరు 'బరువు'గా భావిస్తున్నారు. అంతే తప్ప భూమి మిమ్మల్నేమీ ఆకర్షించటం లేదు. 

గురుత్వాకర్షణ వల్ల వస్తువులు కిందపడతాయంటే ఐన్‌స్టీన్ ఒప్పుకోడు. "మీరు కింద పడినా, భంగ పడినా, ప్రేమలో పడినా, ఎందులో పడినా .... దానికి గురుత్వాకర్షణని నిందించకండి. అలాంటిదేమీ లేదు" అంటాడు. వెంటనే మీకో సందేహం రావాలి. "గురుత్వాకర్షణ అనేదేమీ లేకపోతే, బంతిని పైకి విసిరితే అది తిరిగి భూమ్మీదే ఎందుకు పడుతోంది? ఎందుకు పైపైకి దూసుకుపోవటం లేదు?"

దీనికి ఐన్‌స్టీన్ వద్ద మీ బుర్ర తిరిగే సమాధానం సిద్ధంగా ఉంది. "భారీ ద్రవ్యరాశి కలిగిన భౌతిక పదార్ధాల చుట్టూ ఉన్న స్థలకాలం, సదరు ద్రవ్యరాశి ప్రభావం వల్ల వంపు తిరిగి ఉంటుంది. ఆ ప్రదేశంలో సరళరేఖలు సైతం వంకరగా ఉంటాయి. మీరు పైకి విసిరిన బంతి నిజానికి తిన్నగా దానిదోవన అది పోతోంది. కానీ ఆ తిన్నటి మార్గం భూమి దిశగా వంపు తిరిగి ఉండటం మూలాన అది తిరిగొచ్చి భూమినే ఢీకొంటుంది. దీన్ని బంతి భూమ్మీద పడటం అనకూడదు. బంతి వెళ్తున్న దారికి భూమి అడ్డుపడటం అనాలి."

సరళరేఖలు వంపు తిరిగి ఉండటం ఏమిటి? ఇందులో విడ్డూరం ఏమీ లేదు. ఒక పుస్తకంలో సరళరేఖ గీస్తే అది వంకర లేకుండా కనిపిస్తుంది. అదే ఒక గుండ్రటి బంతి మీద సరళరేఖ గీస్తే అది వంకరగా కనిపిస్తుంది. అక్కడా ఇక్కడా గీసింది సరళరేఖే. గీసిన ఉపరితలాన్ని బట్టి అది వంగినట్లో, లేనట్లో కనిపిస్తుంది. పై సమాధానంలో ఐన్‌స్టీన్ చెప్పేది కూడా ఇంచుమించు అలాంటిదే. (ఏమీ అర్ధం కాలేదా? మహామహా న్యూటన్ మహాశయుడికే తట్టని విషయాలివి. మీకు అంతుపట్టటం లేదని చింతించవలదు)

 

భారీ ద్రవ్యరాశి కలిగిన భౌతిక పదార్ధం తన చుట్టూ ఉన్న స్థలకాలాన్ని వంపుకి గురిచేస్తుంది
 
గురుత్వాకర్షణ అనేది త్వరణానికీ జడత్వానికి మధ్య జరిగే జగడానికి పర్యవసానమని సిద్ధాంతీకరించటం ద్వారా ఐన్‌స్టీన్ ఒక్క దెబ్బకి రెండు పిట్టలు కొట్టాడు. అటు గురుత్వాకర్షణని, ఇటు త్వరణాన్ని రెండిటినీ తన సాపేక్షతా సిద్ధాంత పరిధిలోకి తీసుకురాగలిగాడు. 1907లో ఐన్‌స్టీన్ గురుత్వాకర్షణ రహస్యాన్ని ఛేదిస్తే, మిగతా వివరాలు చేర్చి, అవసరమైన గణిత సమీకరళాలు సమకూర్చి, ‘సాధారణ సాపేక్షతా సిద్ధాంతం’ పేరుతో ప్రచురించటానికి మరో తొమ్మిదేళ్లు పట్టింది. 1915 నవంబరులో ఈ సిద్ధాంతం మొదటిసారిగా వెలుగుచూసింది. గురుత్వాకర్షణ ప్రభావం ఎక్కువ ఉన్నచోట్ల కాలం నెమ్మదిస్తుందనేది ఈ సిద్ధాంత విశేషాల్లో ఒకటి.

అయితే ఒక సిద్ధాంతాన్ని ప్రతిపాదించి ఏవో కొన్ని సమీకరణాలు రూపొందిస్తే పనైపోయినట్లు కాదు. ఆ సిద్ధాంతం కొన్ని కనీస పరీక్షలకి నిలబడాలి. దాని సమీకరణాలని ఏవైనా ప్రయోగ ఫలితాలతో పోల్చిచూడాలి. ఇక్కడ చూస్తే ఐన్‌స్టీన్ ప్రతిపాదించినది ఆషామాషీ విషయం కాదు. "భారీ ద్రవ్యరాశి కలిగిన భౌతిక పదార్ధాల సమీపంలో స్థలకాలాలు వంపు తిరిగిన ఫలితాన్నే గురుత్వాకర్షణగా భ్రమ పడుతున్నాం తప్ప అటువంటి శక్తి ఏమీ లేదు" అనటం తేలికే. కానీ కంటికి కనబడని స్థలకాలాల వంపుని నిరూపించటమెలా?

దానికీ ఐన్‌స్టీన్ వద్ద సమాధానం ఉంది. సూర్యుడి ప్రచండమైన వెలుగువల్ల మనకి సూర్యగోళానికి వెనకెక్కడో నక్కిన నక్షత్రాలు కనబడవు. కేవలం సంపూర్ణ సూర్యగ్రహణ సమయంలో మాత్రమే వాటిని చూడగలుగుతాం. సూర్యుడి వెనక సుదూరాన ఉన్న నక్షత్రాల కాంతి - సూర్యుడి ద్రవ్యరాశి వల్ల స్థలకాలాల్లో కలిగిన వంపువల్ల - సూర్యుడి సమీపంలో సరళరేఖా మార్గంలో కాకుండా కాస్త వంగి వేరే దిశలో ప్రయాణిస్తుందని ఐన్‌స్టీన్ ఊహించాడు. ఆ వంపు కోణం ఎంతుంటుందో కూడా లెక్కగట్టాడు. క్లుప్తంగా చెప్పాలంటే, ఈ వంపు వల్ల మనకి కనిపించకుండా సూర్యుడి వెనక ఉండాల్సిన నక్షత్రాలు కాస్త పక్కకి జరిగినట్లు అగుపిస్తాయని ఐన్‌స్టీన్ అంచనా వేశాడు. అది నిజమేనని 1919లో ఆఫ్రికాలో సంభవించిన సంపూర్ణ సూర్యగ్రహణ సమయంలో ఆర్ధర్ ఎడింగ్‌టన్ అనే బ్రిటిష్ ఖగోళవేత్త పరిశీలన ద్వారా నిర్ధారించటంతో ఐన్‌స్టీన్ రాత్రికి రాత్రే శాస్త్ర ప్రపంచంలో సూపర్‌స్టార్‌గా అవతరించాడు. ఆ తర్వాతి కాలంలో సాధారణ సాపేక్షతా సిద్ధాంతం లెక్కలేనన్ని పరీక్షల్ని తట్టుకుని భౌతిక శాస్త్ర మూలసిద్ధాంతాల్లో ఒకటిగా అవతరించింది. కృష్ణబిలాలు, న్యూట్రినో స్టార్స్ వంటి వాటి ఉనికిని తెలియజేయటం నుండి, విశ్వావిర్భావం గుట్టు విప్పిన బిగ్ బ్యాంగ్ థియరీ వరకూ సాధారణ సాపేక్షతా సిద్ధాంత ఫలాలే. కాలయానం సాధ్యాసాధ్యాల చర్చకీ ఈ సిద్ధాంతమే ఊపిరి.

 

సాధారణ సాపేక్షతా సిద్ధాంతానికి తొలి నిరూపణ

“సడేలే సంబడం. ఖగోళ రహస్యాల గుట్టు విప్పటం తప్ప మాబోటి మామూలు జనాలకి ఈ సిద్ధాంతాల వల్ల ఒరిగిందేమిటో?" అని నిట్టూర్చేవారి కోసం ఈ కింది పేరా.

ఈ రోజుల్లో కార్లలోనూ, మొబైల్ ఫోనుల్లోనూ సాధారణమైపోయిన జీపీఎస్ అప్లికేషన్లకి భూవాతావరణం బయటెక్కడో పరిభ్రమిస్తూ అడిగిన సమాచారాన్ని చిటికెలో అందించే జీపీఎస్ ఉపగ్రహాలున్నాయి చూశారూ, వాటిలో ఉండే అణు గడియారాలు సాపేక్షతా సిద్ధాంతం లెక్కగట్టే  'కాలపు నెమ్మదింపుని' పరిగణలోకి తీసుకుని తరచూ తమ సమయాన్ని సరిదిద్దుకుంటూంటాయి. అదే లేకపోతే ఆ శాటిలైట్లు అందించే దూర సమాచారం ఒక్క రోజులో పది కిలోమీటర్ల మేర గురి తప్పుతుంది. కాబట్టి ఈ సారి మీ మొబైల్ ఫోన్ జీపీఎస్ సౌజన్యంతో ఏ కొత్తచోటికో దారివెతుక్కు వెళ్లిన సందర్భంలో - చేరాల్సిన చోటికే చేరినందుకు, ఏ కీకారణ్యం మధ్యలోనో తేలనందుకూ ఒక్కసారి ఐన్‌స్టీన్‌కి కృతజ్ఞతలు తెలుపుకోండి.

ముగింపు

సాధారణ సాపేక్షతా సిద్ధాంతం రూపంలో ఈ విశ్వానికి ఓ నమూనా నిర్మించటం ద్వారా నక్షత్రాల వెలుగుల వెనకున్న కారణాలనుండి అణుశక్తి దాకా లెక్కలేనన్ని రహస్యాలు బట్టబయలు చేశాడు ఐన్‌స్టీన్. ఆధునిక భౌతికశాస్త్రానికి ఆయనేసిన పునాది వందేళ్లుగా చెక్కుచెదరలేదు. 

అదండీ కథ. ఆనాటి బాలుడు చిన్న ప్రశ్నతో ప్రయాణం మొదలు పెట్టి ఎటువంటి పరికరాలు, ప్రయోగశాలలు లేకుండా కేవలం సరళమైన ఆలోచనలు, సునిశిత పరిశీలన, తగినంత తర్కం దన్నుతో మనందరం ఈ విశ్వాన్ని అర్ధం చేసుకునే తీరునే మార్చేశాడు. కాలగమనంలో ఆయన సిద్ధాంతాలు అసంపూర్ణమని తేలవచ్చు. కానీ భూమ్మీద మనుషులున్నన్నాళ్లూ, విశ్వం ఎలా పనిచేస్తుందో తెలుసుకోవాలనే కుతూహలం కలిగిన ప్రతి వ్యక్తికీ ఆల్బర్ట్ ఐన్‌స్టీన్ అనే పేరొక ప్రేరణగా నిలుస్తుంది.

*****

మీ అభిప్రాయాలు తెలుపుటకు క్లిక్ చేయండి...click here to post your comments...

ఐజక్ న్యూటన్

(క్రీ.శ. 1643 - 1727)

జేమ్స్ క్లార్క్ మాక్స్‌వెల్ (క్రీ.శ. 1831 - 1879)

ఆల్బర్ట్ ఐన్‌స్టీన్

(క్రీ.శ. 1879 - 1955)

 

అనిల్ ఎస్. రాయల్​

అనిల్ ఎస్. రాయల్: గుంటూరు జిల్లా పల్నాడు ప్రాంతానికి చెందిన అనిల్ ఎస్. రాయల్ ప్రఖ్యాతిగాంచిన మద్రాసు లయోలా కళాశాలనుండి పట్టభద్రులయ్యారు. అనంతరం వృత్తిరీత్యా అమెరికాలో అడుగుపెట్టి గత పదహారేళ్లుగా శాన్‌ఫ్రాన్సిస్కో తీరప్రాంతంలో నివసిస్తున్నారు. సైన్స్ ఫిక్షన్ సాహిత్యాన్ని ఇష్టపడే అనిల్ అడపాదడపా తెలుగులో ఆ తరహా కథలు రాస్తుంటారు. తన కథలతో 'నాగరికథ' సంకలనాన్ని, మరియు వర్ధమాన కథకులకి ఉపయుక్తమైన సూచనలతో కూడిన 'కథాయణం' పుస్తకాన్ని వెలువరించారు. 

 

Website Designed

 &  Maintained

by

 Srinivas Pendyala