නිව්ටන්ගේ සාපේක්ෂතාවාදය: චලිතය සහ ගුරුත්වාකර්ෂණය පිළිබඳ මුල් කාලීන අවබෝධයක්
පෙන්ඩහුලුවන්
ඉතිහාසයේ වඩාත්ම බලගතු විද්‍යාඥයෙකු වන අයිසැක් නිව්ටන්, විශ්වය පිළිබඳ අපගේ අවබෝධය විප්ලවීය ලෙස වෙනස් කළ න්‍යායන් වර්ධනය කළේය. 1687 දී ප්‍රකාශයට පත් කරන ලද ඔහුගේ සන්ධිස්ථානීය කෘතිය වන "Philosophiæ Naturalis Principia Mathematica", චලිත නීති සහ විශ්ව ගුරුත්වාකර්ෂණ නියමය හඳුන්වා දුන්නේය. අද බහුලව දන්නා පරිදි සාපේක්ෂතාවාදය පිළිබඳ සංකල්පය බොහෝ විට ඇල්බට් අයින්ස්ටයින්ට ආරෝපණය කර ඇතත්, සාපේක්ෂතාවාදය පිළිබඳ අදහස ඇත්ත වශයෙන්ම මුලින්ම විධිමත් කරන ලද්දේ නිව්ටන් විසිනි. නිව්ටන්ගේ සාපේක්ෂතාවාදයේ මූලධර්ම, චලිතය සහ ගුරුත්වාකර්ෂණය පිළිබඳ අවබෝධය සඳහා ඒවායේ ඇඟවුම් සහ අයින්ස්ටයින්ගේ සාපේක්ෂතාවාදයේ යුගය දක්වා මෙම අදහස් පරිණාමය වී ඇති ආකාරය මෙම ලිපියෙන් විමසා බලනු ඇත.
නිව්ටන්ගේ චලිත නියම
නිව්ටන්ගේ චලිත නියමයන් සම්භාව්‍ය යාන්ත්‍ර විද්‍යාවේ පදනම වන අතර වස්තුවක චලිතය සහ ඒ මත ක්‍රියා කරන බල අතර සම්බන්ධතාවය නිර්වචනය කරන නීති තුනකින් සමන්විත වේ. මෙම නියම තුන නම්:
1. නිව්ටන්ගේ පළමු නියමය (අවස්ථිති නියමය):
"බාහිර බලයක් එම තත්ත්වය වෙනස් කිරීමට ක්‍රියා නොකරන්නේ නම්, සෑම වස්තුවක්ම නිශ්චලව හෝ සරල රේඛාවක නියත වේගයකින් චලනය වෙමින් පවතිනු ඇත."
මෙම නියමය මගින් වස්තුවක චලිත තත්ත්වය පවත්වා ගැනීමේ ප්‍රවණතාවය වන අවස්ථිතිත්වයේ වැදගත්කම අවධාරණය කරයි. සාපේක්ෂතාවාදයේ සන්දර්භය තුළ, මෙයින් අදහස් කරන්නේ බලයක් යොදන්නේ නම් මිස වස්තූන් දෙකක් අතර සාපේක්ෂ චලිතය වෙනස් නොවන බවයි.
2. නිව්ටන්ගේ දෙවන නියමය:
"වස්තුවක ත්වරණය එය මත ක්‍රියා කරන බලයට සෘජුව සමානුපාතික වන අතර එහි ස්කන්ධයට ප්‍රතිලෝමව සමානුපාතික වේ. ගණිතමය වශයෙන්, මෙය F = ma ලෙස ප්‍රකාශ වේ."
මෙහිදී, බලය (F) යනු ස්කන්ධය (m) සහ ත්වරණය (a) හි ගුණිතයයි. මෙම නියමය මඟින් බලය යෙදීමෙන් වස්තුවක චලිතය වෙනස් කළ හැකි ආකාරය පෙන්වයි. සාපේක්ෂතාවාදයේ සන්දර්භය තුළ, මෙයින් අදහස් කරන්නේ වස්තුවක් මත ක්‍රියා කරන බලයක් එහි සාපේක්ෂ චලිතය වෙනස් කරන බවයි.
3. නිව්ටන්ගේ තුන්වන නියමය:
"සෑම ක්‍රියාවකින්ම සමාන හා ප්‍රතිවිරුද්ධ ප්‍රතික්‍රියාවක් ඇති වේ."
මෙම නියමය පැහැදිලි කරන්නේ බල සැමවිටම යුගල වශයෙන් සිදුවන බවයි. A වස්තුව B වස්තුව මත බලයක් යොදන්නේ නම්, B වස්තුව A වස්තුව මත සමාන නමුත් ප්‍රතිවිරුද්ධ බලයක් යොදනු ඇත. සංවෘත පද්ධතියක වස්තූන් අතර අන්තර්ක්‍රියා තේරුම් ගැනීමේදී මෙය වැදගත් වේ.
නිව්ටන්ගේ විශ්ව ගුරුත්වාකර්ෂණ නියමය
නිව්ටන්ගේ විශ්ව ගුරුත්වාකර්ෂණ නියමය අනුව විශ්වයේ සෑම අංශුවක්ම අනෙක් සෑම අංශුවක්ම ආකර්ෂණය කරගන්නේ අංශු දෙකෙහි ස්කන්ධවල ගුණිතයට සෘජුව සමානුපාතික වන සහ ඒවා අතර දුරෙහි වර්ගයට ප්‍රතිලෝමව සමානුපාතික වන බලයකිනි. ගණිතමය වශයෙන්, මෙම නියමය මෙසේ ප්‍රකාශ වේ:
\[ F = G \frac{m_1 m_2}{r^2} \]
මා:
– \( F \) යනු අංශු දෙකක් අතර ගුරුත්වාකර්ෂණ බලයයි.
– \( G \) යනු විශ්වීය ගුරුත්වාකර්ෂණ නියතයයි.
– \( m_1 \) සහ \( m_2 \) යනු අංශු දෙකෙහි ස්කන්ධ වේ.
– \( r \) යනු අංශු දෙකෙහි ස්කන්ධ මධ්‍යස්ථාන අතර දුර වේ.
ග්‍රහලෝක කක්ෂ සහ පෘථිවි පෘෂ්ඨයේ ඇති වස්තූන්ගේ චලිතය වැනි සංසිද්ධි තේරුම් ගැනීමට නිව්ටන්ගේ ගුරුත්වාකර්ෂණ නියමය පදනම සපයයි. ගුරුත්වාකර්ෂණ ක්ෂේත්‍රයක වස්තූන්ගේ සාපේක්ෂ චලිතයට බලපාන බලය ගුරුත්වාකර්ෂණය වන බැවින් එය නිව්ටන්ගේ සාපේක්ෂතාවාදය පිළිබඳ සංකල්පයේ ද තීරණාත්මක කාර්යභාරයක් ඉටු කරයි.
නිව්ටන්ගේ සාපේක්ෂතාවාදය
නිව්ටෝනියානු සාපේක්ෂතාවාදය, හෝ වඩාත් නිවැරදිව, නිව්ටන්ගේ සාපේක්ෂතාවාදයේ මූලධර්මය යනු, එක් අවස්ථිති සමුද්දේශ රාමුවක ක්‍රියාත්මක වන භෞතික විද්‍යාවේ නියමයන් අනෙකුත් සියලුම අවස්ථිති සමුද්දේශ රාමු සඳහා ද අදාළ වන සංකල්පයයි. මෙයින් අදහස් කරන්නේ විශේෂ අවස්ථිති සමුද්දේශ රාමුවක් නොමැති බවයි; චලිතයේ සියලුම නියමයන් එකිනෙකට සාපේක්ෂව නියත ප්‍රවේගයෙන් චලනය වන ඕනෑම රාමුවක සමානව අදාළ වේ.
සම්භාව්‍ය සාපේක්ෂතාවාදයේ මූලධර්මය
නිව්ටන්ගේ සාපේක්ෂතාවාදයේ මූලධර්මය පහත පරිදි සාරාංශ කළ හැකිය:
– ගැලීලියානු පරිවර්තන: අවස්ථිති සමුද්දේශ රාමුවක චලිතයේ සමීකරණ, සමීකරණවල ස්වරූපය වෙනස් නොකර නියත ප්‍රවේගයෙන් පළමු රාමුවට සාපේක්ෂව චලනය වන එක් රාමුවක සිට තවත් රාමුවකට පරිවර්තනය කළ හැකිය.
ගැලීලියානු පරිවර්තන මගින් අවකාශ-කාල ඛණ්ඩාංක අවස්ථිති සමුද්දේශ රාමු දෙකක් අතර වෙනස් වන ආකාරය විස්තර කෙරේ. අවස්ථිති සමුද්දේශ රාමු දෙකක් S සහ S' ඇති බව උපකල්පනය කරමු, එහිදී S' S ට සාපේක්ෂව නියත ප්‍රවේගයෙන් \( v \) චලනය වේ. \( (x, y, z, t) \) යනු S රාමුවේ ඛණ්ඩාංක වන අතර \( (x', y', z', t') \) යනු S රාමුවේ ඛණ්ඩාංක නම්, ගැලීලියානු පරිවර්තන මෙසේ ප්‍රකාශ කළ හැකිය:
\[ x' = x – vt \]
\[ y' = y \]
\[ z' = z \]
\[ ටී' = ටී \]
මෙම පරිවර්තනයෙන් පෙන්නුම් කරන්නේ කාලය නිරපේක්ෂ බවත් සියලු අවස්ථිති සමුද්දේශ රාමු වල සමාන බවත්, එය සම්භාව්‍ය යාන්ත්‍ර විද්‍යාවේ මූලික දෘෂ්ටියකි.
නිව්ටන්ගේ සාපේක්ෂතාවාදයේ ඇඟවුම්
නිව්ටන්ගේ සාපේක්ෂතාවාදයට සම්භාව්‍ය භෞතික විද්‍යාවේ වැදගත් ඇඟවුම් කිහිපයක් තිබේ:
1. අවස්ථිති බව සහ සාපේක්ෂ චලිතය:
නිව්ටන්ගේ අවස්ථිති මූලධර්මයට අනුව, එක් අවස්ථිති සමුද්දේශ රාමුවක නියත ප්‍රවේගයකින් චලනය වන වස්තුවක් තවත් අවස්ථිති සමුද්දේශ රාමුවක නියත ප්‍රවේගයකින් චලනය වෙමින් පවතිනු ඇත. මෙයින් අදහස් කරන්නේ වස්තූන් දෙකක් මත බලයක් ක්‍රියා කරන තුරු ඒවා අතර සාපේක්ෂ චලිතය වෙනස් නොවන බවයි.
2. ගම්‍යතාවය සංරක්ෂණය කිරීම:
අවස්ථිති සමුද්දේශ රාමුවක, පද්ධතිය මත බාහිර බලවේග ක්‍රියා නොකරන්නේ නම්, සංවෘත පද්ධතියක මුළු ගම්‍යතාව නියතව පවතී. මෙම මූලධර්මය ගම්‍යතා සංරක්ෂණ නීතියේ පදනම වන අතර, එය වස්තූන් අතර ගැටුම් සහ අන්තර්ක්‍රියා තේරුම් ගැනීමේදී වැදගත් වේ.
3. ගුරුත්වාකර්ෂණය සහ කක්ෂීය චලිතය:
නිව්ටන්ගේ ගුරුත්වාකර්ෂණ නියමය මඟින් ග්‍රහලෝක සහ අනෙකුත් ආකාශ වස්තූන්ගේ චලිතය පුරෝකථනය කිරීමට අපට ඉඩ සලසයි. නිව්ටෝනියානු සාපේක්ෂතාවාදයේ සන්දර්භය තුළ, සියලුම ග්‍රහලෝක එකම ගුරුත්වාකර්ෂණ නියමයට අවනත වන අතර ඒවායේ අවස්ථිති සමුද්දේශ රාමු තුළ නිව්ටන්ගේ චලිත නියමයන්ට අනුව හැසිරේ.
අයින්ස්ටයින්ගේ සාපේක්ෂතාවාදයට සංක්‍රමණය වීම
චලිතය සහ ගුරුත්වාකර්ෂණය අවබෝධ කර ගැනීම සඳහා නිව්ටෝනියානු සාපේක්ෂතාවාදය ශක්තිමත් පදනමක් සැපයුවද, එයට සීමාවන් තිබුණි. ආලෝකයේ නියත වේගය සහ අධික වේගයෙන් සාපේක්ෂතාවාදී බලපෑම් වැනි සමහර සංසිද්ධි සම්භාව්‍ය නිව්ටෝනියානු යාන්ත්‍ර විද්‍යාවෙන් පැහැදිලි කළ නොහැකි විය. මෙය 20 වන සියවසේ මුල් භාගයේදී ඇල්බට් අයින්ස්ටයින්ගේ විශේෂ සහ සාමාන්‍ය සාපේක්ෂතාවාදය පිළිබඳ න්‍යායන් වර්ධනය වීමට හේතු විය.
විශේෂ සාපේක්ෂතාවාදය
1905 දී හඳුන්වා දුන් අයින්ස්ටයින්ගේ විශේෂ සාපේක්ෂතාවාදය පිළිබඳ න්‍යාය, නිව්ටෝනියානු යාන්ත්‍ර විද්‍යාවේ මූලික උපකල්පන කිහිපයක් සංශෝධනය කළේය. එහි කේන්ද්‍රීය උපකල්පනවලින් එකක් වන්නේ රික්තයක් තුළ ආලෝකයේ වේගය නියත වන අතර නිරීක්ෂකයාගේ වේගයෙන් ස්වාධීන බවයි. මෙය නිරපේක්ෂ කාලය පිළිබඳ නිව්ටන්ගේ දෘෂ්ටිකෝණයට පටහැනි වූ අතර සාපේක්ෂතාවාදී වේගයන්හි කාල ප්‍රසාරණය සහ දිග හැකිලීම පිළිබඳ සංකල්පවලට මඟ පෑදීය.
සාමාන්‍ය සාපේක්ෂතාවාදය
1915 දී අයින්ස්ටයින් විසින් ප්‍රකාශයට පත් කරන ලද සාමාන්‍ය සාපේක්ෂතාවාදය, නිව්ටන්ගේ ගුරුත්වාකර්ෂණ නියමය වෙනුවට ගුරුත්වාකර්ෂණය යනු ස්කන්ධය හා ශක්තිය නිසා ඇතිවන අවකාශ-කාලයේ වක්‍රතාවය යන සංකල්පය ඉදිරිපත් කළේය. මෙම න්‍යාය බුධ ග්‍රහයාගේ කක්ෂය සහ නිව්ටන්ගේ ගුරුත්වාකර්ෂණ නියමයෙන් පැහැදිලි කළ නොහැකි කළු කුහර වැනි ප්‍රබල ගුරුත්වාකර්ෂණ සංසිද්ධි වඩාත් නිවැරදිව පැහැදිලි කරයි.
නිගමනය
චලිත නියමයන් සහ විශ්වීය ගුරුත්වාකර්ෂණය සහිත නිව්ටන්ගේ සාපේක්ෂතාවාදය, විශ්වය පිළිබඳ අපගේ අවබෝධය පරිවර්තනය කළ සම්භාව්‍ය භෞතික විද්‍යාවේ තීරණාත්මක පදනමකි. නිව්ටන්ගේ සාපේක්ෂතා මූලධර්ම අවස්ථිති සමුද්දේශ රාමු තුළ චලිතය සහ අන්තර්ක්‍රියා පිළිබඳ ස්ථාවර දැක්මක් සපයයි. අවසානයේ අයින්ස්ටයින්ගේ සාපේක්ෂතාවාදය විසින් අභිබවා ගියද, ග්‍රහලෝක චලිතයේ සිට එදිනෙදා ගතිකය දක්වා ස්වාභාවික සංසිද්ධි අධ්‍යයනය කිරීම සහ තේරුම් ගැනීම සඳහා නිව්ටන්ගේ උරුමය ප්‍රබල පදනමක් ලෙස පවතී.
