अवकाशाशी जडले नाते: अतिसूक्ष्म कणांपासून ते विश्वाच्या आकारापर्यंत गप्पा

केशवकूल,
अर्रर सॉरी मला ती कथा खरेच तुम्ही विनोदाने लिहिली आहे असे वाटले कारण तशा प्रकारच्या कथा पूर्वीही वाचल्या आहेत, पण नारळीकर सरांनी लिहिली आहे माहित नव्हते. त्यांचे 'प्रेषित' वगैरे कथा वाचल्या आहेत. पण हि कथा वाचल्याचे आठवत नाही. अर्थात नारळीकर सरांनी त्यामागे हा सर्व विचार करूनच लिहिली असेल. त्यामुळे त्यांची क्षमा मागूनच Paradox कुठे जाणवतो ते सांगतो:

इथे 'पृथ्वीवासियांच्या' दृष्टीने कथा सांगितली जाते कि "तो अवकाशात वेगाने जाऊन पृथ्वीवर परत आला" व निष्कर्ष असतो:
"त्याचे वय तेवढेच राहिलेले असते व पृथ्वीवासी वृद्ध झालेले असतात "

पण वेग हा सापेक्ष आहे. त्यामुळे जो अवकाशात जाऊन येतो त्याच्या दृष्टीने हीच कथा "पृथ्वी अवकाशात वेगाने जाऊन त्याच्याकडे परत आली" अशी होईल (का नाही होणार?). व त्याचा निष्कर्ष असेल:
"पृथ्वीचे (पृथ्वीवासियांचे) वय तेवढेच राहिलेले असते व हा वृद्ध झालेला असतो"

घटना तर एकच घडली आहे पण दोघांचे निष्कर्ष असे परस्परविरोधी आलेत. हे कसे काय? हाच तो Paradox. नक्की कोण तरुण राहील व कोण वृद्ध होईल? कथा सांगणाऱ्यावर ते अवलंबून असायला नको. त्यामुळे हरपा यांच्या प्रतिसादाशी सहमत आहे. किंबहुना मलासुद्धा अशा कथांमध्ये Paradox जाणवायचा पूर्वी पण त्याचे उत्तर मिळत नव्हते. व ज्यांनी ते मांडले आहे ते मला कळत नव्हते. परवा ChatGPT सोबत गप्पा मारताना तो उलगडा झाला. मला जसे समजले तसे मी पुढच्या प्रतिसादात स्टेप्स मांडत आहे. बघा तुम्हाला पटतात का...

१. अल्बर्ट आईनस्टाईन यांनी प्रकाशाचा वेग सापेक्ष नसून स्थिर असतो असे मानले
२. याचा अर्थ एखादी वस्तू अवकाशात स्थिर असली काय किंवा वेगात असली काय, त्या वस्तूच्या दृष्टीने प्रकाशाचा वेग मात्र तेवढाच (स्थिर) राहील.
३. याचाच पुढचा अर्थ, त्या वस्तूसाठी कालमापन मंदगतीने (काळविस्फारण) होईल. पाहणाऱ्याच्या दृष्टीने त्या वस्तूच्या वेगाच्या प्रमाणात तिचा काळ संथ झालेला दिसून येईल.

समजा राम व शाम एकाच वयाचे आहे. राम पृथ्वीवर आहे व शाम अवकाशात आहे.

रामच्या दृष्टीने पाहता...

५. रामच्या दृष्टीने विचार करता, पहिला मुद्दा: त्याचा स्वत:चाच वेग त्याच्यादृष्टीने शून्य असेल.
६. रामच्या दृष्टीने शामचा अवकाशातला वेग हा प्रकाशाच्या वेगाच्या अर्धा आहे असे समजू
७. आता इथे रामला शामच्या सगळ्या हालचाली संथपणे होताना व शामचे वयसुद्धा संथगतीने वाढताना दिसेल. कारण रामच्या दृष्टीने शामचा काळ विस्फारलेला आहे.
८. जेंव्हा शाम थांबेल (म्हणजेच रामच्याच गतीने प्रवास करेल) तेंव्हा शामचे काळविस्फारण थांबेल. आता मात्र शामचे वय रामच्या वयाप्रमाणेच वाढेल.

शामच्या दृष्टीने पाहता...

९. शामच्या दृष्टीने विचार करता, पहिला मुद्दा: त्याचा स्वत:चाच वेग त्याच्यादृष्टीने शून्य असेल.
१०. वेग सापेक्ष असल्याने वरील #६ चा परिणाम: शामच्या दृष्टीने रामचा अवकाशातला वेग प्रकाशाच्या वेगाच्या अर्धा असेल
११. काळविस्फारण सुद्धा सापेक्ष आहे. म्हणून वरील #७ चा परिणाम: शामला रामच्या सगळ्या हालचाली संथपणे होताना व रामचे वय संथगतीने वाढताना दिसेल. कारण शामच्या दृष्टीने रामचा काळ विस्फारलेला आहे.
१२. वरील #८ चा परिणाम: शामच्या दृष्टीने पाहता राम थांबलेला दिसेल. त्यामुळे रामचे काळविस्फारण थांबून आता रामचे वय शामच्या वयाप्रमाणेच वाढेल.

सारांश:
अ. सापेक्षतेमुळे गती, काळविस्फारण (वय संथ वय वाढणे) या गोष्टी दोघानाही एकमेकांच्या बाबत दिसतील. "त्याला हा लहान दिसेल आणि याला तो लहान दिसेल". एरव्ही अशक्य वाटणारी हि गोष्ट ते दोघे एकमेकांच्या दृष्टीने जोवर खूप वेगात आहेत तोवर घडत राहील.

ब. जितका वेग जास्त तितका एकाला दुसरा लहान दिसेल. म्हणजेच, एकमेकांसापेक्ष वेगाच्या प्रमाणात वयातला फरक असेल.

क. ते दोघे जेंव्हा एकाच गतीमध्ये येतील (कोणत्याही ठिकाणी, हा पृथ्वीवर आला काय, किंवा तो तिकडे गेला काय, किंवा दोघे मध्ये भेटले काय) तेंव्हासुद्धा "त्याला हा लहान दिसणे आणि याला तो लहान दिसणे" हे सुरु राहीलच, पण फक्त यावेळी सापेक्ष गती व काळविस्फारण संपुष्टात आल्याने "वयातला फरक शून्य" होऊन वरील #ब नुसार दोघे एकमेकांना शून्यच्या फरकाने लहान दिसतील. म्हणजेच, ते पुन्हा एकमेकास एकाच वयाचे दिसतील.

निष्कर्ष:
गती व काळविस्फारण सर्वकाही दोघांनी एकमेकांसापेक्ष समसमान अनुभवल्यामुळे एकाचेच वय वाढले व दुसऱ्याचे तेवढेच राहिले असे होणार नाही. जोवर सापेक्ष गती आहे तोवर त्यांना एकमेकांच्या वयातला फरक जाणवेल. पण भेटल्यानंतर दोघांनीही वये पुन्हा सारखीच होतील (व्हायला हवीत)

इतरही सारे इंटरेस्टिंग प्रतिसाद दिसत आहेत. पण जरा नंतर/उद्या वाचतो

केशवकूल,
आईनस्टाईन यांचे जे विधान तुम्ही दिलेले आहे, तोच उगम आहे पॅॅराडॉक्स चा फक्त आईनस्टाईन यांनी त्यास पॅॅराडॉक्स न म्हणता "peculiar" म्हटलेय. पण हा पॅॅराडॉक्स आहे हे समकालीन अनेक वैज्ञानिकांनी सुद्धा नमूद केलेले आहे. यावर तेंव्हापासूनच विविध अंगाने चर्चा केली जात आहे:

https://en.wikipedia.org/wiki/Twin_paradox

या आर्टिकल मध्ये आईनस्टाईन यांचे वरील विधान आहे आणि लगोलग Resnick यांचे विधान आहे ज्यात ते म्हणतात कि
If the stationary organism is a man and the traveling one is his twin, then the traveler returns home to find his twin brother much aged compared to himself. The paradox centers on the contention that, in relativity, either twin could regard the other as the traveler, in which case each should find the other younger—a logical contradiction. This contention assumes that the twins' situations are symmetrical and interchangeable, an assumption that is not correct.

जो पृथ्वीवर आहे त्याचा अनुभव, आणि जो अवकाशात आहे त्याचा अनुभव सापेक्षतेमुळे एकच समजला गेल्याने हा paradox वाटतो, पण तो अनुभव दोघांसाठी बहुतांशी सारखा असला तरी अगदी जशास तसे सारखा नसेल थोडा वेगळा असेल, त्यामुळे हा paradox उद्भवणार नाही असे स्पष्टीकरण त्यांच्यासहित अनेकांनी दिले आहे.

त्वरणाचा आधार घेऊन दिलेले स्पष्टीकरण:
हा वेगळा अनुभव म्हणजे जेंव्हा अवकाशात जाणारा (शाम) जेंव्हा त्याच्या अवकाशयानाचा वेग कमी वा जास्त करेल (acceleration) तेंव्हाच असेल. बाकी, एकदा ठराविक वेग आल्यावर त्या एकाच वेगाने तो किती काळ अवकाशात प्रवास करत राहणार याला महत्व नाही. कारण सापेक्षतेनुसार त्याच वेगाने पृथ्वीवरचा राम सुद्धा प्रवास करत असेल. पण ते acceleration मात्र फक्त शामच अनुभवेल राम नाही. कारण वेग सापेक्ष असतो, त्वरण (acceleration) नाही. पण केवळ वेग वाढवण्याच्या/कमी करण्याच्या कालावधीत वयात असा एकतर्फी कितीसा फरक पडेल?

पर्णीका / Hemant 333
तुमच्या शंका रास्त आहेत व अनेकांच्या मनात त्या येतात. परंतु जेव्हा प्रचंड गतीमुळे Time Dilation होते त्याचा अर्थ सर्वकाही मंद होते. अणुरेणू इतकेच काय त्याच्या आत जरी काही असेल ते सुद्धा स्लो होईल कारण काळाची मितीच ताणली जाते. त्यामुळे माणसाचे वयच काय तुम्ही इतर कोणतीही म्हणजे अगदी कोणतीही घटना विचारात घ्या ती स्लो झालेली असेल. व्हिडिओ प्लेबॅक स्लो केला तर जसे दिसते अगदी तोच इफेक्ट!

हेमंत, आपली पृथ्वी हेच अवकाशयान आहे असे आपण समजू शकतो. वेग हा नेहमीच सापेक्ष असतो. त्यामुळे जेंव्हा जेंव्हा "वेगाने" असा शब्द असतो तेंव्हा तिथे नेहमीच "कुणाच्या दृष्टीने?" हा प्रश्न असतोच. या प्रश्नाशिवाय "वेग" शब्दाला अर्थ राहत नाही.

याचा विचार करता आपले पृथ्वी अवकाशयान आता या घटकेला...
१. ७९२००० किलोमीटर ताशी या वेगाने जात आहे (आकाशगंगेच्या केंद्राच्या दृष्टीने)
२. ३६८३ किलोमीटर ताशी या वेगाने जात आहे (चंद्राच्या दृष्टीने)
३. निवांत एकाच जागी थांबले आहे (आपल्याच दृष्टीने)

त्यामुळे विश्वात कुणाच्या दृष्टीने आपला वेग कितीही असला काय, किंवा आपल्या दृष्टीने कुणाचा वेग कितीही असला काय... आपल्या किंवा त्यांच्या आरोग्यावर त्याचा काडीमात्र परिणाम होत नाही. आणि हेच तत्व कोणत्याही अवकाशयानास लागू पडते. आणि प्रकाशाचे म्हणाल तर तो नेहमीच -- तुमचा वेग कुणाच्या दृष्टीने कितीही असो -- प्रकाशाचा वेग तुमच्यासाठी व त्यांच्यासाठी तेवढाच राहतो.

वेग हा फक्त अंक आहे आणि कुणाच्या दृष्टीने कुणाचा वेळ किती स्लो/फास्ट आहे इतकेच त्यावरून कळते असे आईनस्टाईनसाहेब सांगून गेलेत.

आता पृथ्वीसारखे कायम जगता येईल असे अवकाशयान कसे बनवायचे हा विषय वेगळा आहे.

>> फोटॉनचा सूर्याच्या गाभ्या कडून पृष्ठभागाकडे प्रवास

होय हे खूप भन्नाट आर्टिकल आहे. याविषयी आधीही वाचले होते. "हायड्रोजन जळून हेलियम बनतो आणि त्या धगीतून सूर्यप्रकाश तयार होतो" हि आपली किती over simplified बालिश कल्पना आहे हे ते आर्टिकल वाचल्यावर कळते. किती क्लिष्ट आणि violent आण्विक अभिक्रिया सुर्यगर्भात घडत असतात! तिथून डोळ्याच्या पटलापर्यंतचा फोटोनचा लाखो वर्षांच्या प्रवासाचे वर्णन. भन्नाट आर्टिकल आहे!

त्या सगळ्यांचे या चर्चेवर बारकाईने लक्ष आहे

>> गतीचा त्यांच्या शरीरावर (शरीरातल्या पेशींवर किंवा त्याही पलिकडे जाऊन पेशींच कार्य ज्या जनुकांच्या कार्यान्वित होण्या न होण्यावर अवलंबून असते त्या प्रक्रियेवर) परिणाम होतो आहे

>> वेग वाढेल तसे विपरीत परिणाम शरीरावर होवून रक्त वाहिन्या पण फुटू शकतात मानवी देहाचा विस्फोट पण होवू शकतो.

माफ करा हे दोन मुद्दे रास्त आहेत पण गतीच्या नव्हे तर त्वरणाच्या बाबतीत. जसे मी मागच्या प्रतिसादात लिहिले गती सापेक्ष आहे ती कितीही असू शकते. मानवी शरीरावर गतीचा काही परिणाम होणार नाही. पण त्वरण (म्हणजे ज्या वेगाने वाढ होते गतीमध्ये) सापेक्ष नाही. आणि एका मर्यादेपलीकडील त्वरणाचा शरीरावर विपरीत परिणाम होऊ शकतो. हा मुद्दा इथे नोंद करायला हवा.

जसे कि विमानात किंवा तत्सम कोणत्याही वाहनात आपण अनुभवतो कि एकदम भर्रकन वेग वाढवला तर कानाला दडे बसतात. त्यापुढेही जास्त गतीने वाढवला तर अजून विपरीत परिणाम होतील. हा विचार करून अवकाशयानाला सुरक्षित त्वरण दिले जाते (साधारण ०.५ ते १ G). या त्वरणाने प्रकाशाच्या वेगाइतके पोहोचायला साधारण अडीच ते तीन वर्षे लागतील. अर्थात हे काल्पनिक अवकाशयानाचे गणित. प्रत्यक्षात आजची अवकाशयाने इतका वेग घेऊ शकत नाहीत. प्रकाशाच्या फक्त 0.0063% वेग आजच्या घडीच्या यानांनी साध्य केला आहे.

हे सगळे केवळ मानवी आरोग्याचा विषय निघाला म्हणून.

कारण मुळचा विषय आणि चर्चा हि "सापेक्षता वादाचे तत्व वापरून वेगाने अवकाश प्रवास करून तरुणच राहण्याची जी थियरी मांडली जाते ती खरेच योग्य आहे कि सापेक्षतेच्या सिद्धांताच्या चुकीच्या अवलोकनावर आधारित आहे (paradoxical)" हा आहे.

Hemant 333 हि कल्पना वापरून पास्टात नाही फक्त फ्युचरात जाता येतं.
समांतर universe (multiverse) हि सुद्धा थियरी आहे पण वैज्ञानिकानी ती अजून मान्य केलेली नाही. पण ती खूपच भन्नाट आहे. बोलू कधीतरी त्यावर.

आचार्य तुम्ही वेगळ्याच विश्वात असता ब्वा म्हणून मला समांतर विश्व कल्पना मस्त वाटते. कुठल्यातरी विश्वात मी तळलेले ग्रह खात असेन तेंव्हा इतरांचा माझ्याविषयी काय ग्रह होईल हे तेव्हाचे माझे ग्रह कसे असतील त्यावर अवलंबून