શતરંગ / જાયન્ટ્સના ખભા ઉપર

- વિજ્ઞાન વિહાર 

નવજાગૃતિ (Renaissance) સમયના યુરોપની વાત છે. અંધકાર યુગના અસ્ત અને ખાસ કરીને ઉત્તર યુરોપમાં દાયકાઓ સુધી ચાલેલા યુદ્ધોના અંત પછી સોળમી સદીના ઉત્તરાર્ધમાં ડેન્માર્ક સામ્રાજ્ય સારો એવો વિકાસ કરી રહ્યું હતું. રાજ્યની ધુરા યુવાન અને ઉત્સાહી રાજા ફ્રેડરિક દ્વિતીયના હાથમાં હતી. તેને પિતા દ્વારા વિશાળ સામ્રાજ્ય વારસામાં મળેલું જેમાં અત્યારના નોર્વે અને સ્વીડનના ઘણા ખરા પ્રદેશો પણ હતા. હજુ ય છુટ્ટા છવાયા યુદ્ધો થતા રહેતા હોવા છતાં રાજ્યમાં આર્થિક અને સામાજિક પ્રગતિ નોંધનીય હતી અને ત્યાંની યુનિવર્સીટીઝમાં યુરોપની અન્ય યુનિવર્સીટિઝની જેમ જ શિક્ષણકાર્ય જોરશોરથી ચાલતું. આવી જ એક યુનિવર્સીટી, યુનિવર્સીટી ઓફ કોપનહેગનમાં ત્યાંના એક વગદાર સામંત કુટુંબનો દીકરો ટાઈકો બ્રાહે અભ્યાસ કરતો હતો. આમ તો તે પોતાના રાજદ્વારી કુટુંબની પરંપરા પ્રમાણે કાયદાનો અભ્યાસ જ કરતો હતો પણ તેને સાથે સાથે ખગોળશાસ્ત્રમાં રસ હતો એટલે તેણે એસ્ટ્રોનોમીના વિષયો પણ લીધા હતા. 21 ઓગસ્ટ 1560ના દિવસે ટાઈકોને સૂર્યગ્રહણ નિહાળવાની તક મળી. તે સમયે ત્યાંના ખગોળશાસ્ત્રીઓ દ્વારા એ ગ્રહણની આગાહી અગાઉ જ કરવામાં આવેલી જે એરીસ્ટૉટલ મોડેલના આધારે કરેલી. ટાઈકોને આ વાત ખુબ પ્રભાવિત કરી ગઈ. જો કે આગાહી સચોટ ન નીકળી. આગાહી અને ખરા ગ્રહણ વચ્ચે એક દિવસનું અંતર રહ્યું. યાદ રહે કે આ આગાહી માત્ર નરી આંખે લીધેલા અવલોકનો અને ગણિત ઉપર આધારિત હતી. ટેલિસ્કોપની શોધને તો હજુ બીજા 48 વર્ષોની વાર હતી. પરંતુ તેમ છતાં ટાઇકોના મતે આગાહીમાં આટલી બધી અનિશ્ચિતતા મોડેલમાં રહેલી ખામીની ચાડી ખાતી હતી. ટાઈકોને લાગ્યું કે હજુ આપણે પૃથ્વી, સૂર્ય, ચંદ્ર અને ગ્રહોની દુનિયાને બરાબર સમજી નથી શક્યા. તેની વાત સાચી જ હતી. એ સમયે હજુ જીયોસેન્ટ્રિક મોડેલ (એટલે જેમાં પૃથ્વી બ્રહ્માંડનું કેન્દ્ર હોય અને સૂર્ય, ચંદ્ર અને ગ્રહો પૃથ્વીની આસપાસ ફરતા હોય તેવું માળખું) સ્વીકૃત હતું. કોપરનિકસે સૂર્યને કેન્દ્રમાં ધારીને હેલીયોસેન્ટ્રિક મોડેલ બનાવેલું પરંતુ તે હજુ નવું હતું અને સર્વસ્વીકૃત ન હતું. સૂર્યગ્રહણની આગાહીમાં એક દિવસની ભૂલે ટાઈકોને એ વાતની ખાતરી કરાવી દીધી કે બ્રહ્માંડની રચનાનું મોડેલ એક્યુરેટ નથી અને તેના વધુ અભ્યાસની જરૂર છે. આ ઘટનાથી તેનો ખગોળશાસ્ત્રમાં રસ વધી ગયો. પછી તો યુરોપની બીજી કેટલીક ખ્યાતનામ યુનિવર્સીટીઝમાં અભ્યાસ અને વિઝીટ કરી 1570માં પિતાની તબિયત ખરાબ થતા ટાઈકો પિતા પાસે પરત ફર્યો. પિતા ના મૃત્યુ પછી તેના કાકાની મદદથી એક નાની ઓબ્ઝર્વેટરી બનાવી અહીં જ ટાઈકોએ સંપૂર્ણ સમય અવકાશના અવલોકનો અને અભ્યાસમાં પસાર કરવાનું શરુ કર્યું. સાથે ટાઈકો એક એસ્ટ્રોલોજર તરીકે ગ્રહો અને અવકાશી ઘટકોનો અભ્યાસ કરી 'કુંડળી' પણ બનાવતો અને રાજા તથા અન્ય નોબલ રાજદ્વારીઓને આ અવકાશી પદાર્થોની દશા અને દિશા પ્રમાણે નિર્ણયો લેવામાં મદદ કરતો.  

બરાબર એ જ અરસામાં એક બીજી અવકાશી ઘટના બની. 1572માં એક રાત્રે આકાશનું અવલોકન કરતી વખતે ટાઈકોની નજર અચાનક કેસિયોપિઆ નક્ષત્રમાં એક નવા તારા ઉપર પડી. એ તારો આકાશમાં એ જગ્યાએ પહેલા ન હતો. વળી તે ખુબ જ તેજસ્વી દેખાતો હતો. શુક્રના ગ્રહ કરતા પણ વધુ તેજસ્વી. અનેક ખગોળશાસ્ત્રીઓએ તે નોંધ્યો. જો કે બધાને લાગ્યું કે આ વાતાવરણમાં કઈંક ડિસ્ટર્બન્સ છે. ત્યારે એવું માનવામાં આવતું કે ચંદ્રથી વધુ દૂરનું અવકાશ અચળ છે અને તેમાં કોઈ ફેરફાર ન થઇ શકે. જ્યારે કે નજીકના ગ્રહો અને ચંદ્ર કે સૂર્ય વગેરે આ સ્થિર બેકગ્રાઉન્ડની સાપેક્ષે આગળ ગતિ કરે. માટે આમ અચાનક અચળ અવકાશમાં નવા ખુબ તેજસ્વી તારાનું દેખાવું અને એ પણ બાકીના તારાઓ અને નક્ષત્રોની સાપેક્ષે સ્થિર રહેવું અસહજ હતું અને કોઈ યોગ્ય સંતોષકારક ખુલાસો ન મળ્યો એટલે એવું ધરી લેવામાં આવ્યું કે તે વાતાવરણમાં કોઈ ખલેલ કે ફ્લકચુએશન ને કારણે દેખાય છે. પરંતુ ટાઈકોએ આ નવા તેજસ્વી તારાના ખુબ જીણવટ પૂર્વક અવલોકન લીધા અને પોતાની ડાયરીમાં નોંધ્યા. આ નવો તારો પોતાની આસપાસના અવકાશમાં જરા પણ લંબન (parallax) દર્શાવતો ન હતો. ઇવન મહિનાઓના અવલોકન બાદ પણ જરા પણ લંબન ન નોંધાયું એટલે ટાઈકો બ્રાહેને ખાતરી થઇ ગઈ કે આ વત્તાવારણની ઘટના નથી. આ કોઈ દૂરના અવકાશમાં બનતી ઘટના છે. એ તેજસ્વી તારો લગભગ દોઢ વર્ષ સુધી પ્રકાશતો રહ્યો અને એ દરમિયાન ટાઈકોએ સતત તેની આસપાસના તારાઓ અને નક્ષત્રોની સાપેક્ષે તેના સ્થાનના અવલોકનો નોંધ્યા અને આ અવલોકનોને આધારે સાબિત કર્યું કે તે કોઈ વાતાવરણની ઘટના નહિ પરંતુ દૂરના અવકાશમાં બનતી કોઈ નવી જ ઘટના છે. સૂર્ય, ચંદ્ર અને ગ્રહોથી પણ દૂર. આજે આપણે તેને સુપરનોવા તરીકે ઓળખીએ છીએ. ટાઈકો બ્રાહેએ નોંધેલો તે સુપરનોવા આજે SN 1572 તરીકે ઓળખાય છે. 

1573માં તેણે આ અવલોકનોને આધારે દ નોવા સ્ટેલા, એટલે કે 'એક નવો તારો', એવા નામની બુક લખી. આ પુસ્તકે તેને એ સમયના તત્કાલીન વૈજ્ઞાનિકોમાં સારી એવી ખ્યાતિ અપાવી. વળી, ડેન્માર્કના રાજા ફ્રેડરીક દ્વિતીયના ધ્યાનમાં આ વાત આવતા તેણે ટાઈકોને એક વેધશાળા (observatory) સ્થાપવા વેન (Hven) નામનો ટાપુ આપ્યો અને ત્યાં જ તેના ખગોળીય સંશોધનો માટે ફંડ આપ્યું. વેન ટાપુ ઉપર ટાઈકોએ યુરેનીબોર્ગ નામની એક વિશાળ ઓબ્ઝર્વેટરી સ્થાપી. ટેલિસ્કોપની શોધ પહેલા સ્થપાયેલી તે કદાચ એક માત્ર વેધશાળા હશે. વર્ષો સુધી ટાઈકો બ્રાહે ત્યાં જ અવકાશને લગતા અનેક અવલોકનો લેતો રહ્યો. આ અવલોકનોને તેણે ખુબ સચોટ રીતે નોંધ્યા. એ સાથે તેની નામના પણ વધી. 1577માં તેણે ધૂમકેતુના અવલોકનો પણ પ્રકાશિત કર્યા અને અહીંયા પણ એ ફરી સાબિત કર્યું કે આ વાતાવરણની સીમામાં બનતી ઘટના નથી. વર્ષોના અવલોકનોના સાર સ્વરૂપ ટાઈકો બ્રાહેએ સફળતા પૂર્વક અનેક તારાઓના સ્થાન, નક્ષત્રોના નકશા, ગ્રહોની સાપેક્ષ ગતિ વગેરે મેપ કર્યા. દેખીતા અવકાશનું નરી આંખે આટલું જીણવટ પૂર્વકનું સચોટ મેપિંગ અને તેની ખુબ ચોક્કસ અને પ્રમાણભૂત નોંધ આ પહેલા યુરોપમાં થઇ ન હતી. આ જ દરમિયાન ટાઈકોએ એ સમયના પ્રસ્થાપિત જીયોસેન્ટ્રિક મોડેલ (જેમાં પૃથ્વી કેન્દ્રસ્થાને હોય) અને કોપર્નિક્સના હેલીયોસેન્ટ્રિક મોડેલ (જેમાં સૂર્ય કેન્દ્રસ્થાને હોય) ના સંયોજન સ્વરૂપ પોતાનું હાઈબ્રીડ જીયો-હેલીયોસેન્ટ્રિક મોડેલ પણ બનાવ્યું હતું. એ મોડેલ પ્રમાણે ગ્રહો સૂર્યની આસપાસ ફરે પરંતુ સૂર્ય, ચંદ્ર અને તારાઓ પૃથ્વીની આસપાસ ફરે. આજે આપણે જાણીએ છીએ કે આ મોડેલ પણ ખોટું હતું.         

1588માં રાજા ફ્રેડરિક-IIના મૃત્યુ પછી તેની ગાદી ઉપર તેનો માત્ર 11 વર્ષનો પુત્ર ક્રિશ્ચિયન-IV આવ્યો. ક્રિશ્ચિયનની નાની ઉંમરને કારણે રાજ્ય સાંભળવા એક કાઉન્સિલ બની જેણે ટાઈકોને ફંડ અને મહત્વ આપવાનું બંધ કરી દીધું. સમયના બદલાતા વહેણ પારખી ટાઈકો પણ વેન ટાપુ છોડી જતો રહ્યો. લગભગ એક દશકા સુધી અલગ અલગ જગ્યાએ રહયા બાદ ટાઈકોને 1599માં પ્રાગ (પ્રાહા) ખાતે રોમન એમ્પરર રુડોલ્ફ દ્વિતીયએ શાહી એસ્ટ્રોનોમર તરીકે નિમણુંક આપી. જીવનના અંતિમ વર્ષો ટાઈકો બ્રાહેએ અહીં જ વિતાવ્યા અને એ દરમિયાન એક જર્મન ખગોળશાસ્ત્રી જોહાનસ કેપ્લરે ટાઈકો બ્રાહેના આસિસ્ટન્ટ તરીકે કામ કર્યું.      

કેપ્લર એક ખુબ પ્રતિભાશાળી એસ્ટ્રોનોમર અને ગણિતશાસ્ત્રી હતો. તેણે ટાઈકો બ્રાહેના આવલોકનોનો ખુબ ધીરજ પૂર્વક અભ્યાસ કર્યો અને ટાઈકોના મૃત્યુના લગભગ એક દાયકા પછી પોતાના નિષ્કર્ષોને પ્રકાશિત કર્યા. આ નિષ્કર્ષ આજે આપણે કેપ્લરના ગ્રહોની ગતિના ત્રણ નિયમો તરીકે ભણીએ અને ભણાવીએ છીએ. નિયમો એકદમ સરળ છે. કેપ્લરને ટાઈકો બ્રાહેએ આકાશમાં મંગળ ગ્રહની દેખીતી રીતે અનિયમિત ગતિનો અભ્યાસ કરવાનું કામ સોંપેલું. આ અભ્યાસ પરથી એટલું ચોક્કસ હતું કે જો મંગળ ગ્રહ સૂર્ય ફરતે વર્તુળાકાર ગતિ કરતો હોય તો આકાશમાં તેની જે ટ્રેજેક્ટરી દેખાતી હતી તે શક્ય ન બને. ઘણા વર્ષોની ગણિતીય ખેંચતાણ પછી કેપ્લર એ તારવી શક્યો કે ગ્રહો સૂર્ય કે જે તે તારા ફરતે એક ખાસ લંબગોળાકાર કક્ષામાં ફરે છે. આ લંબગોળ આકારને ઇલિપ્સ કહે છે. જેવી રીતે વર્તુળમાં એક કેન્દ્ર હોય તેમ આવા ઇલિપ્સમાં બે ફોસાઈ એટલે કે બે કેન્દ્ર હોય. અને તારો બે માંથી કોઈ એક કેન્દ્ર ઉપર હોય (ઇમેજ 1). આ કેપ્લરનો ગ્રહોની ગતિનો પહેલો નિયમ. વળી કેપ્લરે નોંધ્યું કે ગ્રહ જ્યારે તારાથી દૂર હોય ત્યારે ધીમે ચાલે છે પરંતુ તારાથી નજીક આવે ત્યારે આકાશમાં પાછળ સ્થિર તારાઓના બેકગ્રાઉન્ડની સાપેક્ષે આવા ગ્રહની ગતિ ઝડપી બની જાય છે. કેપ્લરે સાબિત કર્યું કે ગ્રહની તારાની આસપાસ ફરવાની ઝડપ એવી રીતે બદલાય કે જેથી નિર્ધારિત સમયમાં ગ્રહ અને તારાને સમાવતા સમતલ ઉપર ગ્રહ એક સરખું ક્ષેત્રફળ કવર કરે. દૂર હોય ત્યારે ધીમે ચાલે જેથી લાંબી બાજુઓ વાળો પાતળો શંકુ આકાર બને. જ્યારે ગ્રહ તારાથી નજીક હોય ત્યારે શંકુ આકારની બાજુઓ ટૂંકી હોય પરંતુ વધારે ઝડપને કારણે શંકુ પહોળો બને અને બંને કેસમાં સરખા સમયમાં કવર કરેલા આ બંને આકારનું ક્ષેત્રફળ સરખું રહે. આ કેપ્લરનો બીજો નિયમ. કેપ્લરે એ પણ નોંધ્યું કે સૂર્યથી નજીકના ગ્રહો સૂર્યની આસપાસ એક પરિભ્રમણ ઝડપથી પૂરું કરે છે જ્યારે દૂરના ગ્રહોને એક પરિભ્રમણ પૂરું કરતા ઘણો વધારે સમય લાગે છે. આ ફેક્ટને કેપ્લરે ત્રીજા નિયમ તરીકે ગણિતીય સમીકરણ સ્વરૂપે રજુ કર્યો.

ઇમેજ 1: સૂર્ય ફરતે ગ્રહની ઇલિપ્ટિકલ કક્ષાનું રેખાંકન

આ ત્રણેય નિયમોની બોટમલાઈન એ હતી કે ગ્રહોને તારાની આસપાસ પરિભ્રમણ કરાવવા માટે ગ્રહ અને તારા વચ્ચે ચોક્કસ કોઈ અદ્રશ્ય બળ હોવું જોઈએ જે ગ્રહોની ગતિને નિયંત્રિત કરે. આ અદ્રશ્ય બળને ગણિત અને વિજ્ઞાનના દ્રશ્યપટલ ઉપર લાવવાનું કાર્ય કર્યું સર આઇઝેક ન્યુટને. 1687માં એટલે કે કેપ્લરના ગ્રહોની ગતિના નિયમોના લગભગ એંસી વર્ષો પછી ન્યુટને લખેલી દ પ્રિન્સીપીઆ નામની બુકમાં સમજાવ્યું કે કેપ્લરના ગ્રહોની ગતિના નિયમો માત્ર ગ્રહો પૂરતા જ નહિ પરંતુ કોઈ પણ બે પદાર્થો માટે એટલે કે પૃથ્વી અને ચંદ્ર માટે પણ લાગુ પડે. આ હકીકતનો ઉપયોગ કરી ન્યુટને ચંદ્રના પૃથ્વીની ફરતે પરિભ્રમણને સચોટ રીતે સમજાવ્યું. વળી કેપ્લરના ગ્રહોની ગતિના નિયમોને પણ જનરલાઈઝ કરી ગતિના નિયમો આપ્યા. આ નિયમોના આધાર સ્વરૂપ બળ એટલે ગુરુત્વાકર્ષણ બળ. ન્યુટન દ્વારા ગુરુત્વાકર્ષણ બળની શોધ અને ગતિના નિયમોનો પાયો મૂળ કેપ્લરના ગ્રહોની ગતિના નિયમોમાં જ નખાઈ ગયેલો. અને આ કેપ્લરના નિયમો વળી ટાઈકો બ્રાહેના કુતુહલ-પ્રેરિત અવકાશના અવલોકનોને આભારી હતા. આ વાતનો સ્વીકાર કરતા ન્યુટને રોબર્ટ હૂકને લખેલા એક પત્રમાં લખેલું કે "If I have seen further it is by standing on the shoulders of Giants." હું દૂર જોઈ શક્યો, અર્થાત હું આ સંશોધનો કરી શક્યો, તે એટલા માટે કે એ શોધો માટે જરૂરી પ્લેટફોર્મ અગાઉના મહાન સંશોધકોએ તૈયાર કરી દીધું હતું. ન્યુટને પોતાની મહાન શોધો કેપ્લર કે ટાઈકો બ્રાહે કે ગેલિલિયો જેવા મહાન વૈજ્ઞાનિકોના કાર્યો રૂપી ખભા ઉપર ઉભા રહી કરેલી. અને વિજ્ઞાન આવી રીતે જ આગળ વધે છે. વર્ષો, દાયકાઓ કે સદીઓના સમયગાળામાં એક પછી એક નવા ભેદ ઉકેલાતા જાય, નવા આયામો ખુલતા જાય અને એ સાથે આપણી જ્ઞાનની ક્ષિતિજો વિસ્તરતી જાય. આકાશમાં એક સુપરનોવા જોઈને કુતુહલવશ શરુ થયેલા અવલોકનો અને સંશોધનો એક સદીમાં માનવજાતને ગુરુત્વાકર્ષણ જેવી મહાન થિયરી સુધી લઇ આવ્યા. વાત હજુ અહીં અટકતી નથી. ન્યુટન દ્વારા ગતિના નિયમો અને ગુરુત્વાકર્ષણનો સિદ્ધાંત આપ્યા પછી લગભગ બે સદી કરતા પણ વધુ સમય સુધી આ થિયરી ભૌતિકશાસ્ત્રની ફ્લેગશિપ જેમ એક સફળ અને સંપૂર્ણ થિયરી તરીકે માન પામતી રહી અને તોપના ગોળાના પ્રોજેક્ટાઈલથી લઈને રોકેટ કે ઉપગ્રહો સુધીની ટેક્નોલોજીના વિકાસ માટે કારણભૂત બની. પણ બે બે સદીઓથી આટલી સફળ અને ઉપયોગી થિયરી પણ સંપૂર્ણ નથી અને માત્ર એક લીમિટિંગ કેસ છે એવો વૈજ્ઞાનિક રીતે ક્રાંતિકારી આઈડિયા લઈને વીસમી સદીની શરૂઆત કરી આલ્બર્ટ આઈન્સટાઈને. 

*****

1905માં આલ્બર્ટ આઈન્સટાઈને થિયરી ઓફ સ્પેશીયલ રિલેટીવિટી વિશે તેમનું ક્રાંતિકારી પેપર બીજા આવા જ ત્રણ ગ્રાઉન્ડબ્રેકીંગ પેપર્સ સાથે પ્રકાશિત કર્યું. અનેક થોટ-એક્સપેરિમેન્ટ અને ગણિતની મદદથી આઈન્સટાઈને સાબિત કર્યું કે બ્રહ્માંડમાં દરેક મેઝરમેન્ટ સાપેક્ષ છે અને આવા મેઝરમેન્ટ્સ દરમિયાન માપવામાં આવતા પરિમાણનું મૂલ્ય સંદર્ભપ્રણાલી (frame of reference)ના વેગ ઉપર આધાર રાખે છે. ત્યાં સુધી કે દળ અને સમય પણ સાપેક્ષ છે. આવા બિલકુલ અસહજ અને સામાન્ય સમાજથી પરે તારણો ઉપર પહોંચવા આઇન્સ્ટાઇને બે પૂર્વધારણાઓ બાંધી. પહેલી એ કે જડત્વીય સંદર્ભપ્રણાલીમાં (inertial frame of reference) ભૌતિકશાસ્ત્રના બધા જ નિયમો કોઈ પણ સ્થળે એક સરખા જ રહે. અને બીજી એ કે બ્રહ્માંડમાં શૂન્યાવકાશમાં પ્રકાશની ગતિ અચળ જ રહે. આ બે પરિકલ્પનાઓને આધારે આઈન્સટાઈને સમગ્ર સાપેક્ષવાદની સંકલ્પના કરી. અને સાપેક્ષવાદ પ્રમાણે આઈન્સટાઈને જે શક્યતાઓ અને આગાહીઓ કરી તે પણ અદભુત અને અનઈન્ટ્યુઇટિવ હતી. ટાઈમ ડાઈલેશન તેનું સૌથી આશ્ચર્યકારક પરિણામ હતું. થિયરી ઓફ સ્પેશિયલ રિલેટીવિટી પ્રમાણે જેમ સંદર્ભપ્રણાલીનો વેગ વધુ તેમ સમય ધીમે ચાલે. આ સમયના ધીમા થવાની ઘટના ખાસ કરીને જ્યારે ફ્રેમ ઓફ રેફરન્સની સ્પીડ પ્રકાશની સ્પીડ નજીક પહોંચે તેમ વધારે પ્રબળ બને. તેવી જ રીતે જેમ સંદર્ભપ્રણાલીનો વેગ પ્રકાશના વેગની નજીક પંહોચે તેમ પદાર્થનો દળ પણ વધતો જાય. ન્યુટનના ગુરુત્વાકર્ષણના સિદ્ધાંતમાં પદાર્થનું દળ અચળ માનવામાં આવેલું જે માત્ર સામાન્ય વેગ માટે જ સાચું છે. એટલા માટે જ આપણી આસપાસ જોવા મળતા કે અનુભવી શકાતા સામાન્ય વેગ માટે ન્યુટોનિયન મિકેનિક્સ એકદમ સફળ થિયરી લાગે. એવી જ રીતે સામાન્ય રીતે આપણી આસપાસ ટાઈમ ડાઈલેશન જોવા કે અનુભવવા ન મળે. ટાઈમ ડાઈલેશનની ઘટના સમજવા માટે ટ્વીન પેરેડૉક્સ ખુબ રસપ્રદ છે. જો કે તેના વિશે પછી ક્યારેક.

યાદ રહે કે થિયરી ઓફ સ્પેશ્યિલ રિલેટીવિટીમાં આઈન્સટાઈને ગુરુત્વાકર્ષણનો સમાવેશ નહોતો કર્યો. માટે સાપેક્ષવાદને જનરલાઈઝ કરવા એક દશકા પછી આઈન્સટાઈને જનરલ થિયરી ઓફ રિલેટીવિટી આપી જેમાં ગુરુત્વાકર્ષણની અસર પણ વણી લેવામાં આવી. ગુરુત્વાકર્ષણના સમાવેશને કારણે હવે ટાઈમ ડાઈલેશન એટલે કે સમયના ધીમા પડવાની ઘટના વધુ રોચક બની ગઈ. થિયરી ઓફ જનરલ રિલેટીવિટી પ્રમાણે સ્પેસ અને ટાઈમ એક રબ્બરની ચાદર જેમ સમગ્ર બ્રહ્માંડમાં પથરાયેલા છે અને દરેક પદાર્થ જે દળ ધરાવે છે તે પોતાના ગુરુતવાકર્ષણના પ્રમાણમાં આ ચાદરમાં ગોબો પાડે. એટલે કે ચાદરને ડિસ્ટોર્ટ કરે. સમય પણ આ સ્પેસ ટાઈમ રેપનો જ એક પરિમાણ હોવાથી જ્યાં આ ચાદરમાં ગોબો હોય ત્યાંથી પ્રકાશને પસાર થવા માટે વધુ અંતર કાપવું પડે અને પ્રકાશની દિશામાં ગોબા પ્રમાણે ફેરફાર પણ થાય. પરંતુ પ્રકાશની ગતિ અચળ હોવાથી આ ફેરફાર સમયના માપનમાં જોવા મળે અને પરિણામે સમય ધીમો પડે. 

ટૂંકમાં, આઈન્સટાઈનની થિયરી ઓફ સ્પેશ્યિલ થિયરી ઓફ રિલેટીવિટી પ્રમાણે જેમ વેગ વધુ તેમ સમય ધીમો. તેવી જ રીતે જનરલ થિયરી ઓફ રિલેટીવિટી પ્રમાણે જેમ ગુરુત્વાકર્ષણ બળ વધુ તેમ સમય ધીમો. ગુરુત્વાઆકર્ષણ ના કિસ્સામાં આનાથી ઊંધું પણ હોઈ શકે. જેમ સંદર્ભપ્રણાલી ઓછા ગુરુત્વાકર્ષણના પ્રભાવમાં આવે તેમ સમય ઝડપી ચાલે. ગુરુત્વાકર્ષણ આધારિત ટાઈમ ડાઈલેશનને ખુબ ચોકસાઈથી ઇન્ટરસ્ટેલર ફિલ્મમાં રજુ કરેલું છે જેમાં મિલરના ગ્રહ તરીકે દર્શાવેલો ગ્રહ એક બ્લેકહોલની ખુબ નજીક અને તેના ખુબ શક્તિશાળી ગુરુત્વાકર્ષણની અસર હેઠળ હોવાથી ત્યાં સમય ખુબ જ ધીમો ચાલે છે.  ત્યાં એક કલાક પસાર થાય તે દરમિયાન પૃથ્વી ઉપર સાત વર્ષ પસાર થઇ ગયા હોય. ગુરુત્વાકર્ષણ પ્રેરિત ટાઈમ ડાઈલેશનનું આ ખુબ રસપ્રદ, અલબત્ત સાયન્સ ફિક્શન આધારિત પરંતુ સચોટ ઉદાહરણ છે. અને સચોટ કેમ ન હોય? નોલાનની ફિલ્મ ઇન્ટરસ્ટેલરમાં ગ્રેવિટેશનલ વેવ માટે નોબેલ પ્રાઈઝ જીતનાર કિપ થોર્ન પોતે સાયન્ટિફિક કન્સલ્ટન્ટ હતા.     

અહીં અગત્યના મુદ્દા એ છે કે ખુબ નહિવત જેવા ટાઈમ ડાઈલેશન માટે પણ ખુબ વધારે, લગભગ આપણી આસપાસ સામાન્ય સંજોગોમાં ક્યાંય શક્ય ન હોય તેટલો વધારે વેગ અથવા તો ગુરુત્વાકર્ષણ જરૂરી છે. અર્થાત પ્રથમ દ્રષ્ટિએ આપણી પાસે એવું માનવાને પૂરતા કારણો છે કે આ બધા સંશોધનો અને તારણો એબ્સ્ટ્રેક્ટ છે અને આપણા રોજ-બરોજના જીવનમાં તેનો કોઈ રોલ નથી. સાયન્સ ફિક્શન અંતે તો ફિક્શન છે. આપણે ક્યાં ક્યારેય કોઈ બ્લેકહોલની નજીક જવાના છીએ કે પ્રકાશની ગતિએ સફર કરવાના છીએ. તો આવા ફન્ડામેન્ટલ રિસર્ચથી આપણને શું ફર્ક પડે? તો આવો જોઈએ. 

આજે આપણી પૃથ્વીની આસપાસ અનેક કૃત્રિમ ઉપગ્રહો ફરી રહ્યા છે. આપણા મોટા ભાગના કામો કોઈ ને કોઈ રીતે આ ઉપગ્રહો દ્વારા મળતી સેવા ઉપર આધારિત હોય છે જેવા કે વેધર અપડેટ, ઈન્ટરનેટ, વગેરે. આપણે ડગલે ને પગલે ગુગલ મેપ્સ કે એવી કોઈ નેવિગેશન એપ વાપરતા હોઈએ છીએ. પછી એ ટ્રાવેલ કરતી વખતે અજાણ્યા રસ્તા પર નેવિગેશન માટે હોય, ઝોમેટો ઉપર ઓર્ડરની ડિલિવરી લાઈવ ટ્રેક કરવા હોય કે ગેમિંગ માટે હોય. આ નેવિગેશન અને આવી મોટા ભાગની સેટેલાઇટ સર્વિસ જે તે ઉપગ્રહ અને પૃથ્વી ઉપર રહેલા ગ્રાઉન્ડ સ્ટેશન વચ્ચે ટાઈમ સિન્ક્રોનાઇઝેશન ઉપર આધારિત હોય છે. ગ્લોબલ પોઝિશનિંગ સિસ્ટમ એટલે કે GPS તો સંપૂર્ણપણે સેટેલાઇટની ક્લોક અને આપણા ગ્રાઉન્ડ ઉપરના સમય ઉપર આધારિત હોય છે. એટલે કે સેટેલાઈટમાં રહેલી ક્લોક અને આપણી જમીન ઉપર રહેલી ક્લોક (એટલે કે સમય) એક જ ગતિ એ ચાલે તે આ બધી સેવાઓ માટે ખુબ જરૂરી છે. 

But wait! ઉપગ્રહ તો પૃથ્વી ફરતે ખુબ વધુ ઝડપે પરિભ્રમણ કરતા હોય. ભલે લાઈટ જેટલી નહિ પણ તો ય આપણી આસપાસ જમીન ઉપર સામાન્ય રીતે જોવા મળે એ વેગ કરતા અનેક ગણી વધુ ઝડપે આ ઉપગ્રહો તેમની કક્ષામાં ફરતા હોય છે. GPS માટે વપરાતા નેવસ્ટાર કે આપણા પોતાના IRNSS ઉપગ્રહો લગભગ 11000 કિલોમીટર પ્રતિ કલાકની ઝડપે પૃથ્વીની આસપાસ એક દિવસમાં લગભગ બે વખત પરિભ્રમણ કરી લે. શું આટલી સ્પીડને કારણે આઈન્સ્ટાઈનના સાપેક્ષવાદ પ્રમાણે સમય ધીમો પડે? ચોક્કસ પડે. એક ગણતરી પ્રમાણે વધુ વેગને કારણે થિયરી ઓફ સ્પેશ્યિલ રિલેટીવિટી મુજબ GPS ઉપગ્રહોમાં રહેલી ક્લોક એક દિવસમાં પૃથ્વી ઉપર રહેલી ક્લોક કરતા 7 માઈક્રોસેકન્ડ જેટલી પાછળ રહી જાય. વળી, આ ઉપગ્રહો પાછા પૃથ્વીની સપાટીથી લગભગ 20000 કિલોમીટર ઉપર હોય અને માટે પૃથ્વી સપાટી કરતા સતત ઓછા ગુરુત્વાકર્ષણમાં હોય. થિયરી ઓફ જનરલ રિલેટીવિટી પ્રમાણે ઓછા ગુરુત્વાકર્ષણને કારણે આ ઉપગ્રહોમાં રહેલી ક્લોક ધરતી ઉપર રહેલી ક્લોક કરતા વધુ ઝડપથી ચાલે અને એક દિવસમાં લગભગ 45 માઈક્રોસેકન્ડ જેટલી આગળ નીકળી જાય. આમ ઓવરઓલ, સ્પેશ્યિલ અને જનરલ, બન્ને થિયરી ઓફ રિલેટીવિટીને આધારે આપણે ઉપગ્રહોમાં રહેલી ક્લોકને દરરોજ 45 - 7 = 38 માઈક્રોસેકન્ડ જેટલી પાછળ લેવી પડે તો જ તે ધરતી ઉપરના ગ્રાઉન્ડ સ્ટેશન કે ડિવાઇસને ચોક્કસ એક્યુરસીથી નૅવિગેશનમાં મદદ કરી શકે. જો રિલેટીવિટી પ્રમાણે આ કરેક્શન ન કરવામાં આવે તો દરરોજ ઉપગ્રહનો સમય અને ધરતી ઉપરનો સમય એકબીજાથી દૂર જતા જાય અને સાથે GPS કે એવી અન્ય દરેક સેવાની એક્યુરસી તથા રિઝોલ્યુશન ઘટતા જાય.એટલે આજે આપણે જે અમુક મીટરના રિઝોલ્યૂશનથી આપણી પોઝિશન જાણી શકીએ છીએ કે રસ્તા ઉપર ચોકસાઈથી નેવિગેટ કરી શકીએ છીએ તે શક્ય ન બને. બીજા શબ્દોમાં, આજે નેવિગેશન અને તેના ઉપર આધારિત બિલિયન ડોલર ઇન્ડસ્ટ્રીઝ જેવી કે ઈ-કોમર્સ, ડિફેન્સ, કે ગેમિંગ આઈન્સટાઈનની થિયરી ઓફ રિલેટીવિટી ઉપર આધારિત છે, જે પોતે ન્યુટનના ગુરુત્વાકર્ષણના સિદ્ધાંત પાર આધારિત છે. ન્યુટને કેપ્લર અને કેપ્લરે મૂળ ટાઈકો બ્રાહેના રિસર્ચ ઉપર આધાર રાખેલા. અને અહીં નોંધેલા દરેક રિસર્ચ ખુબ ફંડામેન્ટલ અને કુતુહલ-પ્રેરિત હતા અને કદાચ એક પણ કેસમાં જો તેમને પૂછવામાં આવ્યું હોત કે આ સંશોધનો તાત્કાલિક ક્યાં કામ લાગશે તો તેમની પાસે જવાબ ન હોત. ટાઈકો બ્રાહેને કોઈએ 1572માં પૂછ્યું હોત કે આ સુપરનોવાના અવલોકનો કરવાથી શું મળશે તો ત્યારે તે ન કહી શક્યો હોત કે આજથી સાડા ચારસો વર્ષ પછી મારા આ અવલોકનો IoT, GPS કે ડિફેન્સ જેવા ક્ષેત્રોમાં ક્રાંતિ લાવશે અને અબજો રૂપિયાની ઇન્ડસ્ટ્રી માટે પ્લેટફોર્મ ઉભું કરશે! વિજ્ઞાન અને ટેક્નોલોજી આવી રીતે જ જાયન્ટ્સના ખભા ઉપરથી દૂર સુધી જોઈ એક એક સ્ટેપ આગળ વધે છે. અપ્લાઇડ રિસર્ચ કદાચ ટૂંકા ગાળામાં રિટર્ન આપતું હોવાથી અને તેની સાથે તાત્કાલિક અર્થશાસ્ત્ર જોડાયેલું હોવાથી પ્રાઇવેટ કંપની, ઇન્ડસ્ટ્રી કે એજન્સીઝ આવા રિસર્ચને સ્પોન્સર કરે. જ્યારે સ્વાભાવિક છે કે ફન્ડામેન્ટલ રિસર્ચ દ્વારા તાત્કાલિક ફાયદા ન મળે, એટલે ઇન્ડસ્ટ્રી કે પ્રાઇવેટ કંપનીઝને તેમાં રસ ન હોય. પણ લાંબા ગાળે આવા ફંડામેન્ટલ રિસર્ચ પણ આખા સમાજ કે રાષ્ટ્રના ઉત્થાન માટેકારણભૂત બની શકે. માટે જ આવા મૂળભૂત વૈજ્ઞાનિક સંશોધનોને પ્રોત્સાહન અને ફંડિંગ આપવું એ સરકારની પ્રાયોરિટી હોવી જોઈએ.

- વિપુલ ખેરાજ