විශ්මිත විද්‍යාව (2) - කාලය යනු කුමක්ද?

ආලෝකය සාධාරණය. ලොකු කුඩා, උස් පහත්, වේගයෙන් ගමන් කරන සහ හෙමින් ගමන් කරන, එය වෙතට සහ ඉන් ඉවතට ගමන් කරන, මේ හැමටම එකම වේගයෙන් නිරීක්ෂණය වෙයි.

මෙම දැනුම, මිනිස් සිතට සහජයෙන් ගෝචර නොවන එහෙත් වඩාත් වැදගත් සැඟවුනු රහසක් හෙලි කර දීමට උදවු වෙයි!

පසුගිය ලිපියෙන් ආලෝකයේ වේගය, එහි උත්පාදකයේ වේගයෙන් සහ නිරීක්ෂකයාගේ වේගයෙන් බාහිරව පවත්නා නොවෙනස්වන විශ්වීය නියතයක් බව දුටුවෙමු.

ආලෝකය මෙසේ හැසිරෙන්නේ අපට ඒ බව විශ්වාස කිරීමට පවා නොහැකි විටදීය. නමුත් අපි හැමදාම විශ්වාස කරන, නොවෙනස්ව හැමටම එක සමාන ලෙස සලකන බවට කවි පවා ලියැවෙන "කාලය" සැබැවින්ම අපි සිතන තරම් සාධාරන නැත. අපට සිතාගැනීමට පවා අපහසු වුවද, කාලය එකෙනෙකාට වෙනස් ලෙස සලකන බවත් වෙනස් අවස්තාවලදී වෙනස් වේග වලින් ගමන් කරන බවත්, ඔප්පු කර පෙන්විය හැකිය.

ඉහත රූපයේ වම් පස (a) සිටිනුයේ වේගයෙන් යන රොකට්ටුවක සිටින වාසනාවන්ත තැනැත්තෙකි. ඔහුට ඉහලින් සහ පහලින් ඇති කන්නාඩි දෙකක් හරහා හුවමාරු වන අලෝක කිරණයක් ඇත (ලේසර් කදම්බයක් ලෙස සිතමු ). යටින් ඇති බල්බයෙන් පිටවන එය ඉහත ඇති දර්පනයෙන් පරාවර්තනය වී නැවත පහලට පැමිනෙයි. රොකට්ටුව තුල සිටිනා මිනිසාට මෙය ඉතා පැහදිලි ලෙස දිස්වෙයි. හරිම සරලය.

දැන් දකුනු පස (b) බලන්න. මෙහි පෙනෙන්නේ පොලොව මත සිටිනා (අප වැනි ) අවාසනාවන්ත අයෙකුට ඉහත කී සරල සිද්ධිය පෙනෙන සැටිය. එම සිද්ධියමය. නමුත් ආලෝක කිරනය බිම සිට උඩට ගොස් ආපසු එනවාට අමතරව, ඉදිරියටද ගමන් කර ඇත. ඒ ඇයි? රොකට්ටුව ගමන් කර ඇති නිසාය. ඇතුලේ සිටින අයට නොපෙනුනත් එලියෙ සිටින අයට මෙම සමස්ත චලිතය පෙනෙයි. රොකට්ටුව අපට සාපේක්ෂව  චලනය වෙන බැවිනි.

පොලොවට සාපේක්ෂව මෙම ආලෝක කිරණය වැඩි දුරක් ගමන් කර ඇත. රොකට්ටුවට සාපේක්ෂව නම් ගමන් කර ඇත්තේ අඩු දුරකි (ඉහලට සහ පහලට පමනි). නමුත් මෙම දෙදෙනාටම නිරීක්ෂණය වන ආලෝකයේ වේගය එකමය. (පසු ගිය ලිපියට අනුව, අලෝකයේ වේගය සෑම නිරීක්ෂකයාටම එක සමනය ) වේගය යනු දුර බෙදීම් කාලය වේ. a සහ b දකින ආලෝකයේ වේගයන් සම විය යුතුමය. නමුත් දුර පැහැදිලි ලෙසම වෙනස්ය. b ගේ දුර වැඩිය. එසේ නම්, b ගත කර ඇති කාලයත් වැඩි විය යුතුය. එකම සිදුවීම එකම වර සිදුවන මුත්, b ට වඩා හෙමින් a ට කාලය ගතවෙයි. (වාසනාවන්ත යැයි කීවේ එනිසාය) වේගයෙන් ගමන් කරන විට කාලය හෙමින් ගමන් කරයි.

රොකට්ටුව තුල සහ පිටත ඔරලෝසු දෙකක් තිබිනි නම් සහ ඒ දෙකම එකවර ක්‍රියාත්මක කර එකවර නතර කරන ලද නම්, අතුලත ඔරලොසුව අඩුවෙන් ගමන් කර ඇති බව පෙනෙනු ඇත. මෙය සැබැවින්ම සිදු කර ඇති පරීක්ෂණයකි. ඉතා නිවැරදි පරමානුක ඔරලෝසු අජටාකාශ යානා මත තබා පොලොවට ආපසු සසඳා තිබේ. රොකට්ටුව ඇතුලත කාලය ගමන් කර ඇත්තෙ හෙමිනි.

පෘතුවිය තත්පරයට කි.මි. 30 ක වේගයෙන් යන රොකට්ටුවකි. සූර්ය ග්‍රහ මන්ඩලය තත්පරයට කි.මි. 230 ක වේගයෙන් යන රොකට්ටුවකි. විශ්වයේ අපි සියල්ලෝම නොයෙක් වේග වලින් ගමන් කරමින් සිටින්න්නෝ වෙමු. සාපේක්ෂව වැඩි වේගයෙන් ගමන් කරන්නා අසලදී කාලය හිමින් ගමන් කරයි.

ඉහත රූපයේ සිදුවීම නිරපේක්ශ කාලය නම් සංකල්පයෙන් බැහැර වීම මගින් පැහැදිලි කිරීමට මුලින්ම නිර්භය වූයේ අයින්ස්ටයින්ස්ය. අනෙක් හැමෝම කල ලෙසට, කාලය නිරපේක්ශව තබා (අපගේ ඉන්ද්‍රිය ගෝචර මනසට අනුකූල වන ලෙස ) අලෝකයේ වේගය සාපේක්ෂ ලෙස ගෙන මෙය විසඳීමට නොහැකි වූයේ එය පරීක්ෂණාත්මක දත්ත හා නොගැලපුන බැවිනි. එකල පරමානුක ඔරලෝසු සහ රොකට්ටු නොතිබුනත් මීට ඉහත ලිපියේ පරිදි මිචෙල්සන්-මොර්ලි පරීක්ෂණය මගින් අලෝකයේ වේගය නියත බව පෙන්නන ලදී.

දත්ත සහ තර්කනය සමඟ නොගැලපෙන විටදී ඉන්ද්‍රිය ගෝචර මනසේ සීමාවන්ගෙන් බැහරව තර්කානුකූල විසඳුම් දෙසට නොබියව පිය නැගීම මගින් සාපේක්ෂතාවාදය ලොවට හඳුන්වාදීමට අයින්ස්ටයින්ට මෙසේ හැකිවිය.

අපගේ ඉන්ද්‍රීය ගෝචර මනසට ගෝචර වන ලෙසම හැසිරීමට විශ්වය බැඳී නොසිටී. ඉහත සිද්ධිය දැන් අයින්ස්ටයින් මුලින්ම කල ලෙසට සරල ගණිතයෙන් පෙන්වමු. විශ්වයේ භාෂාව ගණිතයයි.  මෙයට අකමැති අයට ලිපිය අවසානයේ ඇති ගැටලුව වෙත කෙලින්ම යොමු වීමට හැකිය.

$$
{\displaystyle \Delta t={\frac {2L}{c}}.}   (වම් පස දී නිශ්චලව සිටින්නාට අනුව කාලය t යනු දුර බෙදීම වේගයයි.)    1

 (දකුනු පස, ගමන් කරන්නාට අනුව කාලය t')                                        2

දැන් පයිතගරස් ප්‍රමේයය අනුව

                                                                         3

ඉහත සමීකරණ 1, 2, 3 විසඳීමෙන්

මේ අනුව ගමන් කරන්නාගේ කාල ප්‍රමාණය (t) නිශ්චලව සිටින්නාගෙ කාල ප්‍රමාණයට (t') වඩා අඩු බව පෙනෙයි.

1 ගැටළුව : 

ඔබ අලෝකයේ වේගය මෙන් අඩක (c/2) වේගයෙන් ගමන් කරන රොකට්ටුවක නැගී වසර 10 ක් ගමන් කර, නැවත පෘතුවියට පැමින සිටී. පෘතුවියේ සිටින ඔබගේ මිතුරන් (හෝ සතුරන්) වසර කීයක් ගත කර තිබේද?  

2 ගැටළුව :

ඔබ 300 ක වේගයෙන් ගමන් කරන අතර ඔබගේ මිතුරා 200 ක වේගයෙන් ඔබ දෙසට එයි. පසුකර යන මොහොතේදී ඔබ දෙදෙනාම අනෙකාගේ ඔරලෝසුව කැරකෙන වේගය බලා එය තමන්ගේ ඔරලෝසුව කැරකෙන වේගය සමඟ සසඳයි. ඔබ දෙදෙනා ගේ සැසඳීම් වෙන වෙනම කෙසේ වේද?

දින කීපයකින් පිලිතුරු සඳහා කොමෙන්ට්ස් බලන්න. එමෙන්ම ඔබගේ පිලිතුරු සහ අදහස් කොමෙන්ට්ස් වල පල කරන්න.

මීලඟ ලිපියෙන් තවත් විශ්මිත විද්‍යා සොයාගැනීමක් සමඟ හමුවෙමු!

විශ්මිත විද්‍යාව (1) - ආලෝකයේ වේගය ගැන අප නොදත් දේ

ආලෝකයේ වේගය තත්පරයට කිලෝ මීටර 299 793 (සැතපුම් 186 000) බව අපි දනිමු. එහෙත් ඒ කුමකට සාපේක්ෂවද?

දුම් රියක් අප දෙසට තත්පරයට කි.මි 100 ක වේගයෙන් එනවිට අපත් ඒ දෙසට තත්පරයට කි.මි 10 ක වේගයෙන් දිවුවොත්, දුම් රිය අප වෙතට එන සාපේක්ෂ වේගය කි. මි. 110 වන බව අපි දනිමු.

අපගේ පෘතුවිය තත්පරයට කි.මි  30 ක වේගයෙන් සූර්යයා වටා චලනය වෙයි. සමහර විට සූර්යයා දෙසටත්, අනෙක් අවස්ථා වල ඉන් ඉවතටත් වන විටදී (ඉලිප්සයාකාර චලිතයක් වන බැවින්) සූර්යයා සිට එන ආලෝකය (මෙම වේගයට අපි මෙතැන් සිට c යැයි කියමු.) c+30 සහ c-30 වේද?

අපගේ සූර්යා ( අපත් ඇතුලුව ) ක්ශීරපථ මන්දාකිනිය වටා  තත්පරයට කි.මි  230 ක වේගයෙන් චලනය වෙයි. දැන් ඈත තාරකාවක සිට අපට එන ආලෝකයේ වේගයට කුමක් වේද? ඒ මදිවාට, අපගේ ක්ශීරපථයත් පැයට සැතපුම් 250 000 ක වේගයෙන් ඇන්ඩ්‍රොමීඩා  මන්දාකිනිය දෙසට ගමන් කරයි.

කොටින්ම කීවොත් විශ්වයේ කිසිම දෙයක් එක තැන නතර වී නොසිටී. සැමෝම තවත් යමකට සාපේක්ශව චලනය වෙති. මෙසේ වනවිට ආලෝකයේ වේගයට (c) පමනක් අර ඉහත කී පහසු නිරපේක්ශ අගය ලැබෙන්නේ කෙසේද?

මෙම ගැටලුව මීට අවුරුදු 110 ට ඉහතදීත් පැවතුනි. එකල පිලිගත් මතය වූයේ කම්පන තරංඟ ජලය ඔස්සේ ගමන් කරන්නා සේ, ශබ්ද තරංඟ වාතය ඔස්සේ ගමන් කරන්නා සේ, ආලෝක තරංඟ අවකාශය හරහා අප වෙත එන්නේ ඊතර නම් මාද්‍යයක් ඔස්සේ බවයි. එනම් විශ්වයේ සියල්ල ඇත්තෙ ඊතරය තුලය. එනිසා සියලුම චලිතයන් ඊතරයට සාපේක්ෂව සැලකිය හැක.

එසේම, සාපේක්ෂ ප්‍රවේගය ආලෝකයටද අදාල යැයි සිතන ලදී.

මිචෙල්සන් සහ මෝලි 1887 (Michelson-Morley experiment) දී ඊතරය තුල පෘතුවිය ගමන් කරන වේගය සහ ඊතරයේ අනෙකුත් ලක්ෂණ සෙවීම සඳහා වැදගත් පරීක්ෂණයක් කලෝය. එකිනෙකට වෙනස් දිශා වලට ගමන් කරන ලේසර කිරණ නියමිත ඉලක්කයකට පැමිණෙන කාලය ඇසුරෙන් පෘතුවියේ චලිතය ගැන අදහසක් ගැනීම අරමුන විය. පෘතුවි චලිතය එක දිශාවකට සිදු වන බැවින්, ආලෝකයේ සාපේක්ෂ ප්‍රවේගයේ වන වෙනස මැන ගැනීම මගින් අනෙකුත් නිගමන වලට පැමිනීම අපේක්ෂා කෙරුනි.

නමුත් සැමෝම පුදුම කරමින්, අපේක්ෂිත ආලෝකයේ වේගයන් නොලැබුනි. මෙතැන් සිට වසර 40 ක් පමණ මෙම පරීක්ෂණය සිදු කලද ප්‍රතිපල එකම විය. ඊතරය ගැන සෙවීමට කල මෙම පරීක්ෂණයෙන් අවසානයේ සිදුවූනේ, ඊතරයක් නොමැති බව තහවුරු වීමයි. නමුත් ආලෝකය සඳහා සාපේක්ශ ප්‍රවේගය අදාල නොවන්නේ ඇයි ද යන්න පැහැදිලි කිරීමට 1905 ඇල්බර්ට් අයින්ස්ටයින් (Albert Einstein) විශේෂ සාපේක්ශතාවාදය (special theory of relativity) ඉදිරිපත් කරන තුරු සිටීමට සිදු විය.

අයින්ස්ටයින් අලෝකයේ වේගය රික්තයක් තුලදී නියතයක් වන බවත් එය සියලුම නිරීක්ශකයන්ට එකම අගයක් වන බවත් දැක්වීය. වස්තූන්ගේ සාපේක්ෂ චලිතය මේ අනුව අලෝකයේ වේගයට බලපෑම් නොකරයි. මේ සඳහා අයින්ස්ටයින් උපයෝගී කර ගත්තේ ඔහුට ප්‍රථම මැක්ස්වෙල් (James Clerk Maxwell) සහ ලෝරෙන්ට්ස් (Hendrik Antoon Lorentz) වැන්නන් විසින් ඉදිරිපත් කරන ලද විද්යුත් චුම්බක තරංඟ පිලිබඳව වූ සමීකරණයි.

මෙයින් පසු, වේගයෙන් ගමන් කරන ගුවන් යානා මත සිට (ආලෝකය දෙසටත්, ඉන් ඉවතටත් ගමන් කරන විට ) ඉතා නිවැරදි පරමාණුක ඔරලෝසු ආධාරයෙන් ආලෝකයේ වේගය මැන ඇත. මෙම සියලු පරීක්ෂණ වලින් සියලුම නිරීක්ෂකයන් සඳහා (ඔවුන් කුමන වේග වලින්, කුමන දිශා වලට චලනය වෙමින් සිටියත්) ආලෝකයේ වේගය (රික්තයක් තුල ) සැමවිටම නියතයක් වන බව තහවුරු කෙරී ඇත.

මෙම ප්‍රථිපලය සාමාන්‍ය මිනිස් බුද්ධියට සහ පරිකල්පනයට අනුකූල නොවේ. නමුත්, සැම විටම මිනිස් මනසට පහසුවෙන් වැටහෙන ලෙස පමණක් හැසිරීමට විශ්වය බැඳී නැත.

ආලෝකයේ වේගය ගැන ඇති මෙම ගුණය හඳුනාගත් පසු විශ්වය සම්භන්ධව ඇති සැබෑ ලෙසම පුදුම එලවන සුලු, සහජ මිනිස් පරිකල්පනයට කෙසේ වත් ගෝචර නොවන, ඉතා රසවත් නව සොයා ගැනීම් කිහිපයකට මග විවර වේ. එයිනුත් වඩාත්ම සිත් අලවන ප්‍රහේලිකාරාත්මක සොයා ගැනීමක් ගැන මීලඟ ලිපියෙන් කතා කරමු.