सात सरल तरीके हम जानते हैं कि आइंस्टीन सही थे (अभी के लिए)

100 वर्षों के लिए, अल्बर्ट आइंस्टीन के सापेक्षता के सामान्य सिद्धांत हर परीक्षण के बारे में अभी बच गया है जिसे भौतिकविदों ने इस पर फेंक दिया है। नवंबर 1915 में घोषित, प्रसिद्ध वैज्ञानिक के क्षेत्र समीकरणों ने वस्तुओं के बीच एक साधारण बल के बजाय, अंतरिक्ष और समय के ताने-बाने में गुरुत्वाकर्षण की पुन: कल्पना करके आइजैक न्यूटन के लंबे समय से चले आ रहे कानूनों पर विस्तार किया।

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सामान्य सापेक्षता समीकरणों का उपयोग करने के परिणाम वास्तव में न्यूटन के गणित का उपयोग करने के समान मिलते हैं, जब तक कि इसमें शामिल जन बहुत बड़े नहीं होते हैं और प्रकाश की गति की तुलना में वेग अपेक्षाकृत छोटे होते हैं। लेकिन अवधारणा भौतिकी के लिए एक क्रांति थी।

अंतरिक्ष का विकृत समय मतलब है कि न्यूटन की भविष्यवाणी की तुलना में प्रकाश स्वयं गुरुत्वाकर्षण से बहुत अधिक प्रभावित होता है। इसका मतलब यह भी है कि ग्रह अपनी कक्षाओं में थोड़े बदले हुए लेकिन बहुत महत्वपूर्ण तरीके से घूमते हैं, और यह विदेशी वस्तुओं जैसे राक्षस ब्लैक होल और वर्महोल के अस्तित्व की भविष्यवाणी करता है।

सामान्य सापेक्षता सही नहीं है - आइंस्टीन के गुरुत्वाकर्षण के नियम तब टूटने लगते हैं जब आप उन्हें क्वांटम यांत्रिकी के नियमों पर लागू करते हैं, जो उप-परमाणु तराजू पर राज्य करते हैं। ब्रह्मांड के बारे में हमारी समझ में बहुत सारे टैंटलाइजिंग गैप्स हैं। आज भी, वैज्ञानिक यह देखने के लिए सीमाएं आगे बढ़ा रहे हैं कि सापेक्षता हमें कितनी दूर ले जा सकती है। इस बीच, यहाँ कुछ तरीके हैं जो हम लगातार कार्रवाई में सापेक्षता देखते हैं:

बुध की कक्षा

मेसेंगर अंतरिक्ष यान, बुध की कक्षा में सबसे पहले, अपनी सतह पर रासायनिक, खनिज, और भौतिक अंतर दिखाने के लिए छोटे ग्रह के इस झूठे रंग के दृश्य पर कब्जा कर लिया। (नासा / JHUAPL / कार्नेगी इंस्टीट्यूशन)

19 वीं शताब्दी में, खगोलविज्ञानी अर्बेन लेविरियर ने बुध की कक्षा के साथ एक समस्या देखी। ग्रहों की परिक्रमाएं गोलाकार नहीं हैं, वे दीर्घवृत्त हैं, जिसका अर्थ है कि ग्रह सूर्य से एक दूसरे से और करीब से हो सकते हैं, क्योंकि वे सौर मंडल से गुजरते हैं। जैसा कि ग्रह एक-दूसरे पर टगते हैं, निकटतम दृष्टिकोण के उनके बिंदु एक पूर्वानुमानित फैशन में चलते हैं, एक प्रक्रिया जो कि पूर्वसरण कहलाती है।

लेकिन सभी अन्य ग्रहों के प्रभावों के लिए लेखांकन के बाद भी, बुध ऐसा लग रहा था कि प्रत्येक शताब्दी से आगे एक नन्हा सा बच्चा था। पहले खगोलविदों ने सोचा था कि एक और अनदेखी ग्रह डबिंग वल्कन को बुध की कक्षा के अंदर होना चाहिए, जिससे इसके गुरुत्वाकर्षण को मिश्रण में जोड़ा जा सके।

लेकिन आइंस्टीन ने सामान्य सापेक्षता के समीकरणों को यह दिखाने के लिए इस्तेमाल किया कि किसी रहस्य ग्रह की आवश्यकता नहीं थी। बुध, सूर्य के सबसे करीब होने के कारण, जिस तरह से हमारे विशाल तारे अंतरिक्ष-समय के कपड़े को मोड़ते हैं, उससे अधिक प्रभावित होते हैं, कुछ न्यूटनियन भौतिकी के लिए जिम्मेदार नहीं था।

झुकने वाला प्रकाश

29 मई, 1919 को देखे गए सूर्य ग्रहण की एक छवि। (29 मई, 1919 को लंदन के रॉयल सोसाइटी के दार्शनिक लेन-देन में किए गए टिप्पणियों से बने सूर्य के गुरुत्वाकर्षण क्षेत्र द्वारा प्रकाश के परावर्तन का एक निर्धारण। श्रृंखला ए)

सामान्य सापेक्षता के अनुसार, फैब्रिक स्पेस-टाइम से गुजरने वाले प्रकाश को उस फैब्रिक के कर्व्स को फॉलो करना चाहिए। इसका मतलब है कि बड़े पैमाने पर वस्तुओं के चारों ओर प्रकाश बढ़ने से उनके चारों ओर झुकना चाहिए जब आइंस्टीन ने अपने सामान्य सापेक्षता पत्र प्रकाशित किए, तो यह स्पष्ट नहीं था कि इस विकृति का निरीक्षण कैसे किया जाए, क्योंकि अनुमानित प्रभाव छोटा है।

ब्रिटिश खगोलशास्त्री आर्थर एडिंगटन ने एक विचार पर प्रहार किया: सूर्यग्रहण के दौरान सितारों को सूर्य के किनारे पर देखें। चंद्रमा द्वारा अवरुद्ध सूर्य की चकाचौंध के साथ, खगोलविद देख सकते थे कि क्या किसी तारे की स्पष्ट स्थिति को सूर्य के गुरुत्वाकर्षण के रूप में परिवर्तित कर दिया गया है। वैज्ञानिकों ने दो स्थानों से अवलोकन किए: एक पूर्वी ब्राजील और एक अफ्रीका में।

निश्चित रूप से, एडिंग्टन की टीम ने 1919 के ग्रहण के दौरान विस्थापन देखा, और अखबार की सुर्खियों ने दुनिया को यह बताया कि आइंस्टीन सही थे। हाल के वर्षों में, डेटा की नई परीक्षाओं से पता चला है कि आधुनिक मानकों के अनुसार प्रयोग त्रुटिपूर्ण था - फोटोग्राफिक प्लेटों के साथ समस्याएं थीं, और 1919 में उपलब्ध सटीक माप में विक्षेपण की सही मात्रा दिखाने के लिए वास्तव में बहुत अच्छा नहीं था। ब्राजील से। लेकिन बाद के प्रयोगों से पता चला है कि प्रभाव वहाँ है, और आधुनिक उपकरणों की अनुपस्थिति को देखते हुए, काम काफी ठोस था।

आज शक्तिशाली दूरबीनों का उपयोग करने वाले खगोलविद दूर की आकाशगंगाओं से प्रकाश को अन्य आकाशगंगाओं द्वारा मुड़े हुए और बढ़े हुए देख सकते हैं, एक प्रभाव जिसे अब गुरुत्वाकर्षण लेंसिंग कहा जाता है। यह एक ही उपकरण वर्तमान में आकाशगंगाओं के द्रव्यमान का अनुमान लगाने, अंधेरे पदार्थ की तलाश करने और यहां तक ​​कि अन्य सितारों की परिक्रमा करने वाले ग्रहों की तलाश करने के लिए उपयोग किया जाता है।

ब्लैक होल्स

नासा के चंद्र अंतरिक्ष दूरबीन ने हमारी आकाशगंगा के केंद्र में ब्लैक होल को देखा, जिसे धनु A * कहा जाता है, जो जनवरी में एक्स-रे की एक अतिरिक्त चमकदार फट को छोड़ता है। (NASA / CXC / एमहर्स्ट कॉलेज / D.Haggard एट अल)

शायद सामान्य सापेक्षता का सबसे शानदार पूर्वानुमान ब्लैक होल का अस्तित्व है, ऑब्जेक्ट इतने बड़े पैमाने पर कि प्रकाश भी उनके गुरुत्वाकर्षण पुल से बच नहीं सकता। हालाँकि, यह विचार नया नहीं था। 1784 में, जॉन मिशेल नाम के एक अंग्रेजी वैज्ञानिक ने इसे रॉयल सोसाइटी की बैठकों में प्रस्तुत किया, और 1799 में एक फ्रांसीसी गणितज्ञ पियरे-साइमन लाफलेस एक ही अवधारणा पर पहुंचे और एक अधिक कठोर गणितीय प्रमाण लिखा। फिर भी, किसी ने ब्लैक होल जैसा कुछ नहीं देखा था। इसके अलावा, 1799 और उसके बाद के प्रयोगों में प्रकाश को दिखाने के लिए एक कण के बजाय एक लहर होना चाहिए, इसलिए यह उसी तरह से गुरुत्वाकर्षण से प्रभावित नहीं होगा, अगर बिल्कुल भी।

आइंस्टीन दर्ज करें। यदि गुरुत्वाकर्षण वास्तव में अंतरिक्ष-समय की वक्रता के कारण है, तो यह प्रकाश को प्रभावित कर सकता है। 1916 में कार्ल श्वार्ज़स्चिल्ड ने आइंस्टीन के समीकरणों को यह दिखाने के लिए इस्तेमाल किया कि न केवल ब्लैक होल मौजूद हो सकते हैं, बल्कि यह कि परिणामी वस्तु लगभग लालाप्लेस जैसी ही थी। श्वार्ज़चाइल्ड ने एक घटना क्षितिज की अवधारणा भी पेश की, एक सतह जिसमें से कोई भी भौतिक वस्तु नहीं बच सकती थी।

यद्यपि श्वार्ज़स्चिल्ड की गणित ध्वनि थी, लेकिन खगोलविदों को किसी भी उम्मीदवार का निरीक्षण करने में दशकों लग गए- साइग्नस एक्स -1, एक्स-रे का एक मजबूत स्रोत, 1970 के दशक में ब्लैक होल के रूप में व्यापक रूप से स्वीकार की जाने वाली पहली वस्तु बन गई। अब खगोलविदों को लगता है कि हर आकाशगंगा के मूल में एक ब्लैक होल है- यहां तक ​​कि हमारे अपने भी। खगोलविदों ने मिल्की वे, धनु ए * के केंद्र में एक और उज्ज्वल एक्स-रे स्रोत के चारों ओर तारों की कक्षाओं का ध्यानपूर्वक पता लगाया, और पाया कि सिस्टम एक अत्यंत विशाल ब्लैक होल की तरह व्यवहार करता है।

पॉल एम कहते हैं, "साइग्नस एक्स -1 या धनु ए * जैसी प्रणालियों के लिए, हम द्रव्यमान और द्रव्यमान की त्रिज्या को माप सकते हैं, और हम बस किसी अन्य ज्योतिषीय वस्तु का पता नहीं लगा सकते हैं।" । सटर, एक खगोल भौतिकीविद और ओहियो स्टेट यूनिवर्सिटी में एक विद्वान हैं।

चंद्रमा की शूटिंग

अपोलो 15. (नासा) द्वारा चंद्रमा पर छोड़े गए प्रयोग से एक चंद्र लेजर का हिस्सा

सापेक्षता के अपने सामान्य सिद्धांत का मसौदा तैयार करने में, आइंस्टीन ने महसूस किया कि गुरुत्वाकर्षण के प्रभाव और त्वरण के प्रभाव दोनों अंतरिक्ष-समय की वक्रता के कारण होते हैं, और यह कि किसी विशाल वस्तु पर खड़े किसी व्यक्ति द्वारा अनुभव किए गए गुरुत्वाकर्षण बल प्रभाव के समान होंगे। रॉकेट पर सवार होकर, किसी को तेज करते हुए, अनुभव करें।

इसका मतलब यह है कि प्रयोगशाला में मापे गए भौतिकी के नियम हमेशा समान दिखेंगे चाहे वह कितना भी तेज गति से चल रहा हो या जहां वह अंतरिक्ष में हो। साथ ही, यदि आप किसी गुरुत्वाकर्षण क्षेत्र में कोई वस्तु रखते हैं, तो इसकी गति केवल इसकी प्रारंभिक स्थिति और इसके वेग पर निर्भर करेगी। वह दूसरा कथन महत्वपूर्ण है, क्योंकि इसका तात्पर्य है कि पृथ्वी और चंद्रमा पर सूर्य के गुरुत्वाकर्षण का रस्सा बहुत स्थिर होना चाहिए - अन्यथा, कौन जानता है कि अगर हमारे ग्रह और चंद्रमा अलग-अलग दरों पर सूर्य की ओर "गिर" जाते हैं, तो कौन सी परेशानी सुनिश्चित हो सकती है।

1960 के दशक में, अपोलो मिशन और सोवियत चंद्र जांच ने चंद्रमा पर परावर्तक स्थापित किए, और पृथ्वी पर वैज्ञानिकों ने वैज्ञानिक प्रयोगों के एक मेजबान को चलाने के लिए उन पर लेजर बीम फायरिंग की है, जिसमें पृथ्वी और चंद्रमा के बीच की दूरी और उनके सापेक्ष गतियों को मापना शामिल है। सूरज के आसपास। इस चंद्र रेंज-खोज से एक सबक यह था कि पृथ्वी और चंद्रमा वास्तव में उसी दर से सूर्य की ओर गिर रहे हैं, जिस तरह सामान्य सापेक्षता भविष्यवाणी करती है।

अंतरिक्ष घसीटना

ग्रेविटी जांच बी उपग्रह का एक समग्र चित्र। (कैथरीन स्टीफेंसन, स्टैनफोर्ड यूनिवर्सिटी और लॉकहीड मार्टिन कॉर्पोरेशन)

सामान्य सापेक्षता के अधिकांश विवरणों में, लोग पृथ्वी को कपड़े के एक टुकड़े, उर्फ ​​स्पेस-टाइम पर निलंबित गेंद के रूप में कल्पना करते हैं। गेंद एक अवसाद में कपड़े को विकृत करने का कारण बनती है। लेकिन जब से पृथ्वी घूमती है, सामान्य सापेक्षता कहती है कि अवसाद को गेंद के स्पिन के रूप में मोड़ना और विकृत करना चाहिए।

2004 में प्रक्षेपित ग्रेविटी प्रोब बी नामक एक अंतरिक्ष यान ने पृथ्वी के चारों ओर अंतरिक्ष-समय की वक्रता को मापने के लिए एक वर्ष बिताया। इसने फ्रेम-ड्रैगिंग के लिए कुछ सबूत पाए, या पृथ्वी ने ब्रह्मांडीय कपड़े को इसके साथ घसीटा जैसा कि घूमता है, आइंस्टीन के गुरुत्वाकर्षण के चित्र को मान्य करने में मदद करता है।

स्पेस-टाइम रिपल्स

दो विशाल पल्सर एक दूसरे के चारों ओर घूमते हुए गुरुत्वाकर्षण तरंगों को उत्पन्न करने के लिए अंतरिक्ष-समय के ताने-बाने में पर्याप्त गड़बड़ी पैदा करेंगे, जिसका हमें पृथ्वी पर पता लगाने में सक्षम होना चाहिए। (नासा)

अंतरिक्ष-समय के माध्यम से आगे बढ़ने वाली वस्तुओं का एक और परिणाम यह है कि कभी-कभी वे कपड़े में लहरें और लहरें पैदा करेंगे, एक जहाज के मद्देनजर। ये गुरुत्वाकर्षण तरंगें अंतरिक्ष-समय को उन तरीकों से बढ़ाएंगी जो सैद्धांतिक रूप से अवलोकनीय हैं। उदाहरण के लिए, कुछ प्रयोग दर्पणों के दो सेटों और समय के बीच एक लेजर किरण को चमकते हैं और बीम को उनके बीच उछाल में कितना समय लगता है। यदि एक अंतरिक्ष-समय तरंग पृथ्वी से गुजरती है, तो ऐसे डिटेक्टरों को बीम की एक छोटी लंबाई और संकुचन देखना चाहिए, जो एक हस्तक्षेप पैटर्न के रूप में दिखाई देगा।

अब तक, गुरुत्वीय तरंगें सामान्य सापेक्षता की अंतिम प्रमुख भविष्यवाणियों में से एक हैं जिन्हें अभी तक देखा जा सकता है, हालांकि अमेरिका में एक सुविधा पर पता लगाने की अफवाहें हैं लेकिन कुछ अप्रत्यक्ष सबूत हैं। पल्सर मृत तारे हैं जो सूर्य के द्रव्यमान को मैनहट्टन के आकार में कई बार पैक करते हैं। एक-दूसरे की परिक्रमा करते हुए दो पल्सर के अवलोकन कुछ संकेत प्रदान करते हैं कि गुरुत्वाकर्षण तरंगें वास्तविक हैं।

इंडियाना विश्वविद्यालय के भौतिक विज्ञानी एलन कोस्टेलेकी कहते हैं, "पहले बाइनरी पल्सर की कक्षीय अवधि को प्रति वर्ष लगभग 0.0001 सेकंड तक क्षय होने के लिए मनाया जाता है।" "क्षय की दर गुरुत्वाकर्षण विकिरण के कारण ऊर्जा हानि से मेल खाती है जो सामान्य सापेक्षता द्वारा भविष्यवाणी की जाती है।"

GPS

एक कलाकार का प्रतिपादन कक्षा में एक GPS-IIRM उपग्रह दिखाता है। (अंतरिक्ष आधारित स्थिति निर्धारण, नेविगेशन और समय के लिए अमेरिकी राष्ट्रीय कार्यकारी समिति)

ग्लोबल पोजिशनिंग सिस्टम वास्तव में सापेक्षता की परीक्षा नहीं है, लेकिन वे पूरी तरह से इस पर भरोसा करते हैं। जीपीएस उपग्रहों के एक नेटवर्क का उपयोग करता है जो पूरे ग्रह पर फोन और किराए की कारों को सिग्नल देता है। एक स्थिति प्राप्त करने के लिए, उन उपग्रहों को यह जानना होगा कि वे कहाँ और कब हैं, इसलिए वे एक सेकंड के अरबों की सटीकता के लिए समय माप रखते हैं।

लेकिन उपग्रह हमारे सिर के ऊपर 12, 550 मील की दूरी पर चक्कर लगा रहे हैं, जहां वे जमीन पर लोगों की तुलना में ग्रह के गुरुत्वाकर्षण खिंचाव को कम महसूस करते हैं। आइंस्टीन के विशेष सापेक्षता के सिद्धांत के आधार पर, जो कहता है कि अलग-अलग गति से घूमने वाले पर्यवेक्षकों के लिए समय अलग-अलग गुजरता है, उपग्रह घड़ियां पृथ्वी पर रहने वाले यात्री की तुलना में थोड़ी धीमी गति से टिकती हैं।

हालांकि, सामान्य सापेक्षता इस प्रभाव को रद्द करने में मदद करती है, क्योंकि पृथ्वी की सतह के करीब गुरुत्वाकर्षण एक घड़ी की टिक को धीमा कर देती है, जैसे कि उपग्रह की गति उपरि की तुलना में। इस सापेक्षतावादी कॉम्बो के अभाव में, जीपीएस घड़ियाँ प्रति दिन लगभग 38 माइक्रोसेकंड बंद हो जाएंगी। यह एक छोटी सी त्रुटि की तरह लग सकता है, लेकिन जीपीएस को इतनी उच्च सटीकता की आवश्यकता होती है कि विसंगति आपके मैप किए गए स्थान को घंटों के मामले में बिल्कुल गलत बना देगी।