२०२० वर्षातील भौतिकशास्त्राची नोबेल गाथा

     

तब्बल १०० वर्षांहुनही जास्त काळाआधी आइनस्टाइनप्रणित सापेक्षता सिद्धांताने आधुनिक भौतिकशास्त्र जगतात खळबळ उडवून दिली होती. गुरुत्वाकर्षण बलाविषयीची मानवाची हजारो वर्षांपूर्वीची धारणा मूलभूत सापेक्षता सिद्धांताने बदलली. या सिद्धांताच्या व्याप्तीत आइन्स्टाईन यांच्याबरोबर कित्येक सैद्धांतिक तसेच प्रायोगिक भौतिक शास्त्रज्ञ आणि गणितज्ञ यांचा समावेश होता. यंदाचे २०२० सालाचे भौतिकशास्त्राचे नोबेल याच सापेक्षतेशी निगडीत आहे.

विज्ञान आणि विशेषकरुन भौतिकशास्त्राची किरकोळ जाण असलेल्या व्यक्तीसाठी गुरुत्वाकर्षण बल म्हणजे आपल्या स्वत:ला पृथ्वीवर, चंद्राला पृथ्वीभोवती आणि पृथ्वीला सूर्याभोवती धरुन ठेवण्याचे बल! पण हे बल कशामूळे निर्माण होते, या बलाच्या क्षेत्रात दोन परस्परांना आकर्षित करणा-या वस्तूंमध्ये असे नेमके काय घडते की ज्याच्यामुळे त्या दोन वस्तू आकर्षिल्या जातात, अशी कोणती अदृश्य शक्ती आहे ज्यामुळे हे आकर्षण निर्माण होते, यांसारख्या प्रश्नांची उत्तरे मूलभूत सापेक्षतेच्या आधीच्या कोणत्याही शास्त्रीय सिद्धाताकडे नव्हती. पण मूलभूत सापेक्षतेने या सा-या प्रश्नांचे समाधानकारकपणे विश्लेषण केले असे म्हणता येते. या सिद्धांतानुसार दोन किंवा इतर अनेक वस्तू या त्यामधील एक माध्यम असलेल्या चतुर्मिती अवकाशकालात होणा-्या विकृतीमुळे एकमेकांना आकर्षित होतात. या अवकाशकालात होणा-या विकृतीची कल्पना करायची झाली तर अशाप्रकारे करता येते. समजा, एका विशिष्ट प्रकारचा रबराचा पातळ पडदा घेतला आणि त्यावर एक वजनदार भरीव गोल आणि एक हलका गोल ठेवला तर वजनदार गोलाच्या वजनामुळे रबराच्या पातळ पडद्यावर ताण निर्माण होतो व त्या ताणामुळे हलका गोल वजनदार गोलाकडे आकर्षित होतो. हा ताण म्हणजेच मूलभूत सापेक्षता सिद्धांतानूसार गुरुत्वाकर्षण बलाची कल्पना आहे.

या कल्पनेवर आधारित आइनस्टाइन यांनी गुरुत्वाकर्षण बलाचे भौमितीक भाषेत क्षेत्र समीकरणांच्या आधारे स्पष्टीकरण दिले. नंतरच्या काळात या क्षेत्र समीकरणांची उकल विविध गणितज्ञ आणि भौतिकशास्त्रज्ञांनी आपली स्वतंत्र पद्धत वापरुन केली. या प्रत्येक उकलींद्वारे वेगवेगळी सैद्धांतिक अनुमाने समोर येत होती. त्यांपैकी कृष्णविवर आणि गुरुत्वीय लहरी ही अनुमाने मुख्य होत. कृष्णविवर या संकल्पनेमध्ये एखादी वस्तू आपल्या घनत्व आणि वस्तुमानामुळे एका विशिष्ट बिंदूभोवती कशाप्रकारे एका विशिष्ट मर्यादेपलीकडे ताण उत्पन्न करु शकते, असे भाकीत गणितीय समीकरणांच्या शृंखलेत सापेक्षतेच्या समीकरणांमूळे करता येत होते. आइनस्टाइननंतर जॅान व्हिलर, रॅाजर पेनरोझ आणि स्टिफन्स हॅाकिंग्स यांनी कृष्णविवराच्या मूलभूत गणितीय समीकरणांवर काम केले. पण प्रत्यक्षपणे कृष्णविवरासारखी वस्तू अस्तित्वात असते की नाही हे सिद्ध करणे प्रायोगिक भौतिकशास्त्रज्ञांपुढे प्रमुख आव्हान होते. सन २०१७ साली लायगोद्वारे गुरुत्वीय लहरींच्या शोध आणि २०१९ सालच्या जगाच्या इतिहासातील सर्वात पहिले रेडिओ लहरींद्वारे काढलेले कृष्णविवराचे छायाचित्र यांसारख्या महत्वाच्या घटनांमुळे आइनस्टाइन यांच्या सापेक्षता सिद्धांतातील भाकिते ही प्रत्यक्ष प्रयोगाद्वारे सिद्ध झाली. 

केंब्रिज विद्यापीठातील ब्रिटीश गणितज्ञ रॅाजर पेनरोझ यांना कृष्णविवरांवरील सैद्धांतिक संशोधनासाठी तसेच जर्मन खगोलशास्त्रज्ञ रेनहार्ड गेंझेल आणि अमेरिकन खगोलशास्त्रज्ञ एंड्रीया गेझ या दोघांना कृष्णविवरावरील प्रायोगिक संशोधनावर सध्याचा २०२० सालचा भौतिकशास्त्रावरील नोबेल पुरस्कार जाहीर झाला.