വിശിഷ്ട ആപേക്ഷികതാ സിദ്ധാന്തം

ഇംഗ്ലീഷ് വിലാസം

https://ml.wikipedia.org/wiki/Special_relativity

1905-ൽ ആൽബർട്ട് ഐൻസ്റ്റീൻ അവതരിപ്പിച്ച സിദ്ധാന്തമാണ് വിശിഷ്ട ആപേക്ഷികതാ സിദ്ധാന്തം. ജഡത്വ ആധാരവ്യൂഹങ്ങളിലെ ഭൗതിക അളവുകളെപ്പറ്റി പ്രതിപാദിക്കുന്ന സിദ്ധാന്തമാണ് വിശിഷ്ട ആപേക്ഷികത. രണ്ട് സുപ്രധാന നിർവ്വാദ സങ്കല്പങ്ങളിലധിഷ്ഠിതമാണ് വിശിഷ്ട ആപേക്ഷികതാസിദ്ധാന്തം.

1. ത്വരണം ഇല്ലാത്ത സമവേഗത്തിൽ സഞ്ചരിക്കുന്ന ആധാരവ്യൂഹങ്ങളിൽ (ജഡത്വ ആധാരവ്യൂഹം) എല്ലാ ഭൗതിക നിയമങ്ങളും സമാനങ്ങളായിരിക്കും.
2. എല്ലാ ജഡത്വ ആധാരവ്യൂഹത്തിലും ശൂന്യതയിലെ പ്രകാശവേഗം എല്ലാ ദിശയിലും സമമായിരിക്കും.

ഈ നിർവ്വാദസങ്കൽപ്പങ്ങൾ ഗലീലിയോ അവതരിപ്പിച്ച ആപേക്ഷികതയുടെ സാമാന്യവത്കരണമാണ്.

ഈ സങ്കല്പങ്ങളുടെ അടിസ്ഥാനത്തിൽ ചലനങ്ങളെ നിരീക്ഷിക്കുമ്പോൾ വിചിത്രമായ ഫലങ്ങൾ ഉടലെടുക്കുന്നു. പ്രകാശത്തോടടുത്ത വേഗതയിൽ അകന്നുപോകുന്ന രണ്ടു ജഡത്വ ആധാരവ്യൂഹത്തിൽ നിന്നു നിരീക്ഷകർ പരസ്പരം പ്രക്രിയകളെ നിരീക്ഷിക്കുമ്പോൾ ദൂരത്തിന്റെ അളവുകൾ ചുരുങ്ങും. ഇതിനെ ദൂരത്തിന്റെ ചുരുങ്ങൽ എന്നുപറയാം. അതുപോലെ രണ്ട് സംഭവങ്ങൾ തമ്മിലുള്ള സമയാന്തരാളം ദീർഘിക്കുന്നു. ഇതിനെ സമയദീർഘനം എന്നു പറയാം. എന്നാൽ നിരീക്ഷകന് സ്വന്തം ആധാരവ്യൂഹത്തിലെ പ്രക്രിയകളിൽ വ്യത്യാസമൊന്നും അനുഭവപ്പെടുകയില്ല.

ആപേക്ഷിക വേഗതയ്ക്കനുസരിച്ച് അളക്കപ്പെടുന്ന ദ്രവ്യമാനത്തിനും വർദ്ധനവുണ്ടാക്കുമെന്നതാണ് അടുത്ത നിഗമനം. കേവലമെന്ന് ക്ലാസിക്കൽ ഭൗതികത്തിൽ കണക്കാക്കപ്പെടുന്ന രാശിയാണിത്. മറ്റു ഭൗതിക സിദ്ധാന്തങ്ങൾ കൂടി പരിഗണിക്കുമ്പോൾ വിശിഷ്ട ആപേക്ഷികത ദ്രവ്യത്തിന്റെയും ഊർജ്ജത്തിന്റെയും സമാനതാതത്വം മുന്നോട്ടുവയ്ക്കുന്നു. അതായത് ഒരു നിശ്ചിതദ്രവ്യമാനം ഉള്ള കണികയുമായി ബന്ധപ്പെട്ട ഊർജ്ജം എന്നത് അതിന്റെ ദ്രവ്യമാനത്തിന്റെയും ശൂന്യതയിലുള്ള പ്രകാശവേഗത്തിന്റെ രണ്ടാം ഘാതത്തിന്റെയും ഗുണനഫലത്തിന് തുല്യമായിരിക്കും(ഊ=ദ്രപ്ര² E= mc²). പ്രകാശപ്രവേഗവുമായി താരതമ്യം ചെയ്യുമ്പോൾ തീരെച്ചെറുതായ വേഗങ്ങളിലെല്ലാം വിശിഷ്ട ആപേക്ഷികതയുടെ ഫലങ്ങൾ ന്യൂട്ടന്റെ ചലന നിയമങ്ങളുമായി ഒത്തുപോകുന്നു. പ്രകാശത്തിന്റെ പ്രവേഗം എന്നത് സമയവും കാലവും തമ്മിൽ സംയോജിപ്പിക്കുന്ന അടിസ്ഥാന മൂല്യമാണ്. അതായത് ദ്രവ്യമാനമുള്ള ഒരുവസ്തുവിനും പ്രകാശത്തിനു തുല്യമായ പ്രവേഗത്തിൽ സഞ്ചരിക്കുക അസാദ്ധ്യമാണ്.

വിശിഷ്ട ആപേക്ഷികത ജഡത്വ ആധാരവ്യൂഹങ്ങളിൽ മാത്രമേ ഉപയോഗിക്കാനാവുകയുള്ളു. അതുകൊണ്ടാണിത് വിശിഷ്ട സിദ്ധാന്തമെന്നു പറയുന്നത്. സാമാന്യ ആപേക്ഷികതാ സിദ്ധാന്തം എല്ലാത്തരം ആധാരവ്യൂഹങ്ങളിലും ഉപയോഗിക്കാവുന്ന രീതിയിലാണ് ഐൻസ്റ്റീൻ നിർമ്മിച്ചിട്ടുള്ളത്. സാമാന്യ ആപേക്ഷികതാ സിദ്ധാന്തം ഗുരുത്വബലവും കൂടിച്ചേർന്നതാണ്. സാമാന്യ ആപേക്ഷികതാ സിദ്ധാന്തം ജഡത്വ ആധാരവ്യൂഹങ്ങളിൽ ഉപയോഗിച്ചാൽ വിശിഷ്ട ആപേക്ഷികത സിദ്ധാന്തം ഉപയോഗിക്കുന്ന ഫലങ്ങൾ ലഭിക്കും.

ചലനത്തിന്റെ ആപേക്ഷികത

വസ്തുക്കളുടെ ചലനം ആപേക്ഷികമാണ്.ഉദാഹരണത്തിന്, ഒരു സ്കേറ്റ് ബോർഡിൽ വേഗത്തിൽ സഞ്ചരിച്ചുകൊണ്ടിരിക്കുന്ന ഒരാൾ ഒരു പന്ത് മുകളിലേക്കെറിയുകയും തിരിച്ചു പിടിക്കുകയും ചെയ്യുന്നുവെന്നിരിക്കട്ടെ.അയാളുടെ ദൃഷ്ടിയിൽ പന്ത് ലംബദിശയിൽ നേർരേഖയിലാണു ചലിക്കുന്നത്.എന്നാൽ പുറത്തുനിന്ന് വീക്ഷിക്കുന്ന ഒരാൾക്ക് പന്ത് ഒരു പരാബൊളയുടെ ആകൃതിയിലുള്ള പാതയിലൂടെ സഞ്ചരിക്കുന്നതായി കാണാം.അതായത് ഒരേ വസ്തു(പന്ത്)വിന്റെ ചലനം രണ്ട് ആധാരവ്യൂഹങ്ങളിലുള്ള നിരീക്ഷകർക്ക് രണ്ടു തരത്തിൽ അനുഭവപ്പെടുന്നു.ഇതാണ് ഉദാത്ത ഭൗതികത്തിലെ ആപേക്ഷികത.

ഒരു വസ്തു ചലിക്കുന്നുണ്ടോ?,ഉണ്ടെങ്കിൽ ഏതു ദിശയിൽ? ഏതു പ്രവേഗത്തിൽ? ഈ ചോദ്യങ്ങളെല്ലാം നിരീക്ഷകൻ തിരഞ്ഞെടുക്കുന്ന ആധാരവ്യൂഹവുമായി ബന്ധപ്പെട്ടിരിക്കുന്നു.ഒരു വസ്തുവിന്റെ സ്ഥാനവും സ്ഥാനമാറ്റവും രേഖപ്പെടുത്താൻ നമുക്ക് നിർദ്ദേശാങ്കവ്യവസ്ഥകൾ ഉപയോഗിക്കാം.എന്നാൽ ചലനം സ്ഥാനാന്തരണത്തിന്റെ നിരക്കുമായി ബന്ധപ്പെട്ടിരിക്കുന്നതിനാൽ ചലനത്തെ സൂചിപ്പിക്കാൻ നിർദ്ദേശാങ്കങ്ങൾക്കൊപ്പം ഒരു ഘടികാരവും വേണം.ഇത്തരത്തിൽ ഒരു നിർദ്ദേശാങ്കവ്യവസ്ഥയും ഘടികാരവും ചേർന്നാൽ ഒരു ആധാരവ്യൂഹമായി. പ്രപഞ്ചത്തിൽ സ്ഥിതമായ ഒരു ആധാരവ്യൂഹം ഇല്ലെന്നു പറയാം. ഒന്നു മറ്റൊന്നിനെ അപേക്ഷിച്ച് ചലിച്ചുകൊണ്ടിരിക്കുന്നു.

ജഡത്വ ആധാരവ്യൂഹം

ഒരു ആധാരവ്യൂഹം മറ്റൊന്നിനെ അപേക്ഷിച്ച് സമവേഗത്തിൽ(ത്വരണമില്ലാതെ) ചലിച്ചുകൊണ്ടിരിക്കുകയാണെങ്കിൽ അവ രണ്ടും ജഡത്വ ആധാരവ്യൂഹങ്ങളാണ്. ജഡത്വാധാരവ്യൂഹങ്ങൾക്ക് ന്യൂട്ടന്റെ ഒന്നാം ചലനനിയമം ബാധകമാണ്. ഒരു ജഡത്വാധാരവ്യൂഹത്തിൽ നിന്ന് മറ്റൊന്നിലേക്കുള്ള പരിവർത്തനം കാണിക്കാൻ ഗലീലിയൻ പരിവർത്തനം മതിയെന്നായിരുന്നു ആദ്യകാലങ്ങളിൽ വിശ്വസിച്ചിരുന്നത്. എന്നാൽ പ്രകാശപ്രവേഗം എല്ലാ ആധാരവ്യൂഹങ്ങളിലും സമാനമായിരിക്കുമെന്ന് സ്ഥിരീകരിക്കപ്പെട്ടതോടെ ഗലീലിയൻ പരിവർത്തനത്തിന് നിരവധി പോരായ്മകൾ ഉണ്ടെന്ന് കണ്ടെത്തി.അങ്ങനെ രണ്ട് ആധാരവ്യൂഹങ്ങളെ തമ്മിൽ ബന്ധിപ്പിക്കാൻ ലോറൻസ് പരിവർത്തനം ആവിഷ്കരിച്ചു.