जानेवारी 25, 2021

विज्ञानाचा वाटसरू

अणु ते अंतराळ

गुरुत्वीय लाटांबद्दल थोडक्यात

एखादा पदार्थ जेंव्हा त्वरणासहित (वाढत्या गतीने) गतिमान असतो, त्यावेळी काळ अंतराळाच्या पटलावरती लाटा किंवा लहरी उठतात. या लहरी प्रकाशाच्या वेगाने प्रवास करतात आणि यांना गुरुत्वीय लाटा किंवा लहरी (ग्रॅव्हिटेशनल वेव्ह्ज) म्हणून ओळखले जाते. गुरुत्वीय लहरींची कल्पना सर्वप्रथम हेन्री पॉईनकेअर या शास्त्रज्ञाने १९०५ साली मांडली होती. पुढे जाऊन १९१६ साली अल्बर्ट आईन्स्टाईन यांनी सामान्य सापेक्षतेचा सिद्धांत मांडला आणि त्याद्वारे पुन्हा गुरुत्वीय लहरींचे भाकीत केले.

गुरुत्वीय लहरी विद्युतचुंबकीय लहरींप्रमाणे ऊर्जेचे वहन करतात आणि या उर्जेला गुरुत्वीय किरणोत्सर्ग असे म्हटले जाते. गुरुत्वीय लहरी या न्यूटनच्या गुरुत्वा संबंधीच्या सिद्धांतानुसार सिद्ध होत नाहीत. त्यासाठी सापेक्षतावाद समजून घेणे महत्वाचे ठरते. थोडक्यात सांगायचे म्हणजे आईन्स्टाईननुसार गुरुत्व हे बल नसून वस्तुमान असलेले पदार्थांनी हे काळ-अंतराळाचे पटल वाकवल्याने घडणारी अन्योन्य क्रिया आहे आणि या वक्र पटलामुळे वस्तू एकमेकांकडे सरकत जातात. या विषयावर आपण पुढे कधीतरी विस्ताराने बोलू. पण गुरुत्वीय लहरीमुळे अंतराळाचे म्हणजे स्पेसचे आकुंचन आणि प्रसारण पावते. हे आकुंचन आणि प्रसारण अत्यंत सूक्ष्म असून ते गुरुत्वीय लहरींच्या वारंवारितेइतके (फ्रिक्वेन्सी) असते. गुरुत्वीय लहरींच्या स्रोतापासून आपण जसजसं दूर जाऊ तसतसं आकुंचन आणि प्रसरण अधिकाधिक कमी कमी होत जाते.

पॉईनकेअर आणि आईन्स्टाईन सारख्या शास्त्रज्ञांनी गुरुत्वीय लहरींची संकल्पना शंभर वर्षांपूर्वी मांडली असली तरी अगदी अलीकडच्या काळापर्यंत या गुरुत्वीय लहरी मोजणारी साधने या जगात कुणाकडेच नव्हती. अप्रत्यक्षपणे गुरुत्वीय लहरी शोधण्याचे आणि मोजण्याचे बरेच अयशस्वी प्रयत्न या काळात केले गेले. पण १४ सप्टेंबर २०१५ रोजी अमेरिकेतील लिगो या प्रयोगशाळेला गुरुत्वीय लहरी मोजण्यात यश मिळाले. अंतराळातील दोन कृष्णविवरांचा संयोग झाल्याने या गुरुत्वीय लहरी निर्माण झाल्या होत्या आणि या गुरुत्वीय लहरींमधून तब्बल तीन सूर्याची संपूर्ण ऊर्जा एकाच वेळेला मुक्त होईल इतकी ऊर्जा गुरुत्वीय लहरींमधून मुक्त झाली. गुरुत्वीय लहरी प्रत्यक्षात शोधून त्यांचे अस्तित्व स्थापित केल्याबद्दल रेअर वेस, किप थॉर्न आणि बॅरी बारिश या शास्त्रज्ञांना २०१७ साली भौतिकशास्त्राचे नोबेल पारितोषिक दिले गेले.

गुरुत्वीय लाटा पृथ्वीवरून सतत जात असतात. पण त्यातील सर्वात मोठ्या लाटांचा देखील खूप सूक्ष्म असा परिणाम होतो. उदाहरणार्थ २०१५ साली मोजलेल्या गुरुत्वीय लहरीमुळे लिगो मधील चार किमी लांबीच्या मोजमापन यंत्राची लांबी एका प्रोटॉनच्या रुंदीच्या १०००० व्या हिस्स्याइतकी बदलली. हा बदल इतका छोटा आहे कि हे गुणोत्तर सारखे ठेवून सूर्यमालेबाहेरील सर्वात जवळचा तारा आणि आपली पृथ्वी यातील अंतरात किती फरक पडला असेल तर तो केवळ एका केसाच्या रुंदीइतकाच असेल.

अंतराळ संशोधनासाठी गुरुत्वीय लाटा फार महत्वाच्या आहेत. कृष्णविवरांच्या प्रचंड गुरुत्वाकर्षणामुळे विद्युत चुंबकीय तरंग कृष्णविवरातून बाहेर पडू शकत नाहीत. परंतु गुरुत्वीय लहरींच्या साहाय्याने आपण कृष्णविवरांच्या अभ्यास करू शकतो. तसेच अंतराळातील धुळीच्या ढगांमुळे दृश्य किरण पृथ्वीवर पोचायला अडथळा निर्माण होतो, परंतु गुरुत्वीय लहरी या धुळीच्या ढगांमधून लीलया पार होऊ शकतात. या दोन्ही गोष्टींमुळे गुरुत्वीय लहरींमुळे आपल्याला विश्वाबद्दल माहिती नसलेल्या बऱ्याच गोष्टींबद्दल माहिती मिळेल असा विश्वास शास्त्रज्ञांना वाटतो. कमी पहा