ආලෝකයේ වේගයට ආසන්න වනවිට කාලය වෙනස්වන්නේ ඇයි?

ආලෝකයේ වේගයට ආසන්නව ගමන් කරන විට කාලය වෙනස් වන්නේ ඇයි? භෞතික විද්‍යාත්මක පැහැදිලි කිරීමක්

ඔබ අවට පරිසරයේ සිරි නරඹමින්  මෝටර් රථයක නැගී ගමන් කරමින් සිටින්නේ යයි සිතන්න. ඈතින් ඇති ගසක් ඔබේ මෝටර් රථයට ළං වී, ඔබ අසලින් ගමන් කරයි, පසුව ඔබට පිටුපසින් ඈතින් ඉවතට ගමන් කරයි. මේ අත්දැකීම නොදන්නා අයෙකු නොමැති තරම්.

ඇත්ත වශයෙන්ම, ගස සැබවින්ම  ඔබ දෙසට හෝ ඔබෙන් ඉවතට ගමන් නොකරන බව ඔබ දනී. ගස දෙසට ගමන් කරන්නේ මෝටර් රථයේ සිටින ඔබයි. ගස චලනය වන්නේ ඔබට සංසන්දනාත්මකව හෝ සාපේක්ෂව පමණි – එයයි  භෞතික විද්යාඥයන් විසින් ‘සාපේක්ෂතාව'(relativity) ලෙස හඳුන්වනු ලබන්නේ. කිසිවෙකු ගස අසල සිටගෙන සිටියේ නම්, එම අය ඔබ දෙසට එන වේගයෙන්ම ඔබ ඒ අය දෙසට ගමන් කරන බව ඒ තැනත්තා දකිනු ඇත.  තාරකා විද්‍යාඥ ගැලීලියෝ ගැලීලි 1632 දී පළකළ සිය “ප්රධාන ලෝක පද්ධති දෙක පිළිබඳ සංවාදය” (“Dialogue Concerning the Two Chief World Systems”) ග්‍රන්ථයේ සාපේක්ෂතා මූලධර්මය මුලින්ම විස්තර කළේ ය: එනම්, එක් අයෙකු අනෙකාට සාපේක්ෂව චලනය වන නිසා දෙදෙනෙකු වෙනස් ආකාරයකින් සිදුවීමක් අත්විඳින විට පවා, විශ්වය සෑම විටම එකම ආකාරයකින් හැසිරිය යුතුය යන අදහසයි.

මෝටර් රථයක ගමනකරන්නෙකු බෝලයක් ඉහළට විසි කරන්නේ නම්, ගුරුත්වාකර්ෂණ බලය වැනි එය මත ක්‍රියා කරන භෞතික නීති, බෝලය වීසි කරනු පාර අයිනේ සිට නරඹන නිරීක්ෂකයෙකු මත ක්‍රියා කරන නීතිවලට සමාන විය යුතුය. කෙසේ වෙතත්, බෝලය ඉහළට සහ පහළට ගමන් කරන ආකාරය ඔබ දකින අතර, මාර්ගය පසෙක සිටින තැනැත්තෙකුට එය දකින්නේ බෝලය ඔවුන් දෙසට හෝ ඉවතට මෙන්ම ඉහළට සහ පහළට ගමන් කරන ආකාරයයි.

විශේෂ සාපේක්ෂතාවාදය සහ ආලෝකයේ වේගය

විශේෂ සාපේක්ෂතාවාදය වශයෙන්දැන් හඳුන්වන දේ පිළිබඳ අදහස ඇල්බට් අයින්ස්ටයින් බොහෝ කලක් ගතවීමෙන් පසුව ඉදිරිපත් කළේය.  එකල බුද්ධිමය පැහැදිලි කිරීමක් නොතිබූ සමහර අවුල් සහගත නිරීක්ෂණ පැහැදිලි කිරීම පිණිස, 1800 ගණන්වල අගභාගයේ බොහෝ භෞතික විද්‍යාඥයින් සහ තාරකා විද්‍යාඥයින් දැරූ ප්‍රයත්නවල ප්‍රථිඵල,  ඇල්බට් අයින්ස්ටයින් විසින් 1905 දී ඔහුගේ න්‍යාය එකලස් කිරීම සඳහා භාවිතා කරන ලදී.  එය ප්‍රධාන සංරචක දෙකකින් ආරම්භ විය: සාපේක්ෂතා මූලධර්මය සහ ආලෝකයේ වේගය සෑම නිරීක්ෂකයෙකුටම සමාන වන අතර කිසිවකට ආලෝකයේ වේගය පරයා ගමන් කළ නොහැකිය යන අමුතු නිරීක්ෂණය එම සංරචක දෙකයි. ආලෝකයේ වේගය මනින සෑම කෙනෙකුටම ඔවුන් කොතැනක සිටියත් කොපමණ වේගයෙන් ගමන් කළත් එකම ප්‍රතිඵලයක් ලැබෙනු ඇත.

ඔබ පැයට සැතපුම් 60 ක වේගයෙන් මෝටර් රථයේ ගමන් කරන බවත් ඔබේ මිතුරා ගස අසල සිටගෙන සිටින බවත් සිතා ගමු. ඔහු, පැයට සැතපුම් 60ක වේගයකින් ඔබ දෙසට පන්දුවක් විසි කරන විට, ඔබේ මිතුරා සහ ගස පැයට සැතපුම් 60ක වේගයෙන් ඔබ දෙසට ගමන් කරන ආකාරයත්, පන්දුව පැයට සැතපුම් 120ක වේගයෙන් ඔබ දෙසට ගමන් කරන ආකාරයත් ඔබ නිරීක්ෂණය කරනු ඇතැයි ඔබට තර්කානුකූලව සිතනු ඇත. . එය ඇත්ත වශයෙන්ම නිවැරදි අගයට ආසන්න වුවද, එය ඇත්තටම මදක් වැරදිය.

කාලය පිළිබඳ අත්දැකීම චලනය මත රඳා පවතී.

සංඛ්‍යා දෙක එකතු කිරීමෙන් ඔබ අපේක්ෂා කළ හැකි දේ සහ සැබෑ පිළිතුර අතර මෙම නොසීහුම  ඔබ දෙදෙනාම ආලෝකයේ වේගයට සමීප වන විට  වර්ධනය වේ. ඔබ ආලෝකයේ වේගයෙන් 75%ක් චලනය වන රොකට්ටුවක ගමන් කරමින් සිටියේ නම් ඔබේ මිතුරා එම වේගයෙන් පන්දුව විසි කරන්නේ නම්, පන්දුව  ඔබ දෙසට ආලෝකයේ වේගයෙන් 150% කින් ගමන් කරන බවක් ඔබට නොපෙනේ. මෙයට හේතුව කිසිවකට ආලෝකයට වඩා වේගයෙන් ගමන් කළ නොහැකි වීමයි – පන්දුව තවමත් ආලෝකයේ වේගයට වඩා අඩුවෙන් ඔබ දෙසට ගමන් කරන බව පෙනේ. මේ සියල්ල ඉතා අමුතු දෙයක් ලෙස පෙනුනද, මෙම නිරීක්ෂණ උපස්ථ කිරීමට පර්යේෂණාත්මක සාක්ෂි විශාල ප්‍රමාණයක්  තිබේ.

කාල ප්‍රසාරණය සහ ද්විත්ව විරුද්ධාභාසය

නිරීක්ෂණය කරන්නේ කවුරුන්ද යන්නට සාපේක්ෂව වෙනස් වන එකම සාධකය වේගය පමණක් නොවේ. සාපේක්ෂතාවාදයේ තවත් ප්රතිවිපාකයක් වන්නේ  කාල විස්තාරණය සංකල්පයයි. ඒ මගින් මිනිසුන් එකිනෙකාට සාපේක්ෂව කොතරම් වේගයෙන් ගමන් කරනවාද යන්න මත විවිධ කාල ප්‍රමාණයන් මනිනු ලබයි.

එක් ඔරලෝසුවක අඩු කාලයක් ගත වී ඇති බවත් අනෙක වැඩිපුර ගතවූ ආකාරයක් දක්වන බවත් ඔවුන් තේරුම් ගන්නේ ඔවුන් නැවත එකිනෙකා මුනගැසී ඔවුන්ගේ ඔරලෝසු වේලාවන් සංසන්දනය කරන විට පමණකි.

මෙය සාපේක්ෂතාවාදයේ අමුතුම ප්‍රතිඵලයට මග පාදයි  — එනම් ද්විත්ව විරුද්ධාභාසයයි. එයින් පැවසෙන්නේ මෙවන් දෙයකි: නිවුන් දරුවන් දෙදෙනෙකුගෙන් එක් අයෙක් අධිවේගී රොකට්ටුවකින් අභ්‍යවකාශයට ගියහොත්, එම නිවුන්න,  නැවත පෘථිවියට පැමිණෙන විට (පෘථිවියේ නතර වූ) නිවුන්න්නා තමන්ට වඩා වේගයෙන් වයසට ගොස් ඇති සෙයක් සොයා ගන්නා බවකි. ඒ කියන්නේ ඔවුන්ගේ කාල මිනුම් නොගැලපෙන බවයි. ඔවුන්ගේ මිනුම් එකඟ නොවූවත්, (හරියටම ඔබ දැන් කාලය අත්විඳින ආකාරයටම) එක් එක් නිවුන් දරුවන් විසින් තේරුම් ගන්නා අයුරු කාලය “සාමාන්‍යයෙන්” හැසිරෙන බව සැලකිල්ලට ගැනීම වැදගත්ය.

‘ද්විත්ව විරුද්ධාභාසය’ ඇත්ත වශයෙන්ම විරුද්ධාභාසයක් නොවේ.

ඔබ මෙසේ කල්පනා කරනවා විය හැකිය: එක් එක් නිවුන්නා, තමන් නිශ්චලව සිටින බවත් අනෙකා තමන් දෙසට ගමන් කරන බවත් දකිනවා නම්, ඔවුන් එක් එක්කෙන, අනෙකා වේගයෙන් වයසට යන බව මනින්නේ නැද්ද? පිළිතුර නැත; මන්ද  අනෙක් නිවුන්ට සාපේක්ෂව දෙදෙනාම එකිනෙකාට වයසින් වැඩි විය නොහැකි බැවිනි.

අභ්‍යවකාශ යානයේ සිටින නිවුන්නා සමුද්දේශ රාමුව එලෙසම පවතින්නාවු  නිශ්චිත වේගයකින් චලනය වන අතර එහිදී  පමණක් නොව පෘථිවියේ සිටින නිවුන් සමඟ සසඳන විට ත්වරණය කරයි(වේගය වැඩිකරයි).  නිරීක්ෂකයාට සාපේක්ෂවන වේගයන් මෙන් නොව, ත්වරණය නිරපේක්ෂ වේ. ඔබ තරාදියක් මත පා තබා ඔබේ බර මනිනු ලබන විට ඔබේ බර ඇත්ත වශයෙන්ම ගුරුත්වාකර්ෂණය හේතුවෙන්  ත්වරණය වේ. පෘථිවිය සෞරග්‍රහ මණ්ඩලය හරහා ගමන් කරන වේගය කුමක් වුවත්, සෞරග්‍රහ මණ්ඩලය මන්දාකිණිය හරහා හෝ මන්දාකිණිය  විශ්වය හරහා ගමන් කළත්, මෙම මිනුම එලෙසම පවතී.

ආලෝකයේ ප්‍රවේගයට ළං වන විට නිවුන්නු දෙදෙනා ගෙන් එක් අයෙකුවත් ඔවුන්ගේ ඔරලෝසුවල අමුතු බවක් අත්විඳින්නේ නැත. ඔවුන් දෙදෙනාම ඔබ හෝ මා මෙන් සාමාන්‍ය යෙන් කාලය අත්විඳිති. ඔවුන් මුණගැසී ඔවුන්ගේ නිරීක්ෂණ සංසන්දනය කරන විට පමණක් ඔවුන් වෙනසක් දකිනු ඇත – එය සාපේක්ෂතාවාදයේ ගණිතය මගින් පරිපූර්ණ ලෙස අර්ථ දක්වා ඇත.

The Conversation(Curious Kids) හී පළවන Why does time change when traveling close to the speed of light? A physicist explains යන ලිපිය ඇසුරෙනි