காலத்தின் சார்பியல் என்றால் என்ன?

காலத்தின் சார்பியல் என்றால் என்ன?

நாம் பெரும்பாலும் காலத்தை ஒரு முழுமையான விஷயமாகவே கருதுகிறோம்: ஜகார்த்தாவில் ஒரு வினாடியும் லண்டனில் ஒரு வினாடியும் ஒன்றுதான், மேலும் எந்தக் கடிகாரமும் எல்லா இடங்களிலும் ஒரே மாதிரியாகவே இயங்கும். இருப்பினும், இந்தக் கருதுகோள் முற்றிலும் உண்மையல்ல என்று நவீன இயற்பியல் காட்டுகிறது. சில குறிப்பிட்ட சூழ்நிலைகளில், வேகம் மற்றும் ஈர்ப்பு விசையைப் பொறுத்து காலம் மெதுவாகவோ அல்லது வேகமாகவோ இயங்கக்கூடும். இந்தக் கருத்து, காலத்தின் சார்பியல் என்று அழைக்கப்படுகிறது—இது ஆல்பர்ட் ஐன்ஸ்டீனின் சார்பியல் கோட்பாட்டில் உள்ள ஒரு முக்கியக் கருத்தாகும், இது மனிதர்கள் பிரபஞ்சத்தைப் புரிந்துகொள்ளும் விதத்தையே மாற்றியமைத்தது.

காலம்: முழுமையானதா அல்லது சார்பானதா?

ஐன்ஸ்டீனுக்கு முன்பு, இயற்பியலில் (குறிப்பாக நியூட்டனின் இயற்பியலில்) நிலவிய மேலோங்கிய கருத்து என்னவென்றால், காலம் என்பது உலகளாவியது மற்றும் அனைத்துப் பார்வையாளர்களுக்கும் ஒரே மாதிரியானது என்பதாகும். இதன் பொருள், ஒரே நிகழ்வை இருவர் கவனித்தால், அது நிகழ்வதற்கு எவ்வளவு நேரம் ஆனது என்பதில் அவர்கள் இருவரும் உடன்படுவார்கள் என்பதாகும்.

ஐன்ஸ்டீன் இந்தக் கருத்தை மாற்றியமைத்தார். காலத்தின் அளவீடு, உற்றுநோக்குபவரின் சூழ்நிலைகளைச் சார்ந்துள்ளது என்பதை அவர் காட்டினார்—குறிப்பாக, உற்றுநோக்குபவரின் சார்பு வேகம் மற்றும் அவர் அமைந்துள்ள ஈர்ப்புப் புலம் ஆகியவற்றைப் பொறுத்து. வேறுவிதமாகக் கூறினால், பிரபஞ்சம் முழுவதற்கும் ஒரே சீராகப் பொருந்தக்கூடிய "பிரபஞ்சக் கடிகாரம்" என்று எதுவும் இல்லை. இருப்பது என்னவென்றால், ஒவ்வொரு உற்றுநோக்குபவரின் கடிகாரத்தால் அளவிடப்படும் காலம்தான்; இது பெரும்பாலும் தகுகாலம் என்று குறிப்பிடப்படுகிறது.

சிறப்பு சார்பியல்: வேகத்தின் காரணமாக நேரம் மெதுவாகிறது

காலத்தின் சார்பியல் முதன்முதலில் சிறப்பு சார்பியல் கோட்பாட்டில் (1905) முறையாக விளக்கப்பட்டது. இந்தக் கோட்பாடு, மாறாத திசைவேகத்தில் (முடுக்கம் அடையாமல்) நகரும் பார்வையாளர்களைக் கருத்தில் கொள்ளும்போது பொருந்தும், மேலும் இது புவியீர்ப்பை நேரடியாக உள்ளடக்குவதில்லை.

ஐன்ஸ்டீன் இரண்டு முக்கியமான எடுகோள்களுடன் தொடங்கினார்:

1. ஒரு நேர்கோட்டில் மாறாத வேகத்தில் பயணிக்கும் அனைத்துப் பார்வையாளர்களுக்கும் இயற்பியல் விதிகள் ஒரே மாதிரியாகவே இருக்கும்.
2. ஒளி மூலம் அல்லது பார்வையாளர் எவ்வளவு வேகமாக நகர்ந்தாலும், வெற்றிடத்தில் ஒளியின் வேகம் அனைத்துப் பார்வையாளர்களுக்கும் எப்போதும் மாறாமல் (தோராயமாக 299.792.458 மீ/வி) இருக்கும்.

இந்த இரண்டு அடிக்கோள்களும் ஒரு வியக்கத்தக்க விளைவுக்கு இட்டுச் செல்கின்றன: ஒளியின் வேகம் அனைவருக்கும் ஒரே மாதிரியாக இருக்க வேண்டும் என்றால், வெளி மற்றும் காலத்தின் பரிமாணங்கள் "சரிசெய்யப்பட" வேண்டும். இதன் மிகவும் அறியப்பட்ட விளைவுகளில் ஒன்று கால நீட்சி ஆகும்; இதில், நிலையாக இருக்கும் ஒரு பார்வையாளரால் அளவிடப்படும் நேரத்தை விட, நகரும் ஒரு பார்வையாளரால் அளவிடப்படும் நேரம் மெதுவாகக் கடந்து செல்வது போல் தோன்றும்.

எளிமையாகச் சொன்னால், ஒருவர் ஒளியின் வேகத்தை நெருங்கும் அளவுக்கு மிக வேகமாகச் சென்றால், அசையாமல் நிற்கும் ஒருவரின் கைக்கடிகாரத்தை விட அவருடைய கைக்கடிகாரம் மெதுவாக இயங்கும். நமது வேகம் ஒளியின் வேகத்திலிருந்து வெகு தொலைவில் இருப்பதால், அன்றாட வாழ்வில் இந்த விளைவு மிகச் சிறியதாகவே இருக்கும்; ஆனால், மிக அதிக வேகத்தில் இது குறிப்பிடத்தக்கதாகிறது.

உள்ளுணர்வு உதாரணம்: இரட்டை முரண்பாடு

காலத்தின் சார்புத்தன்மையைப் புரிந்துகொள்வதற்கான ஒரு பிரபலமான வழி இரட்டை முரண்பாடு ஆகும். இரண்டு இரட்டையர்களைக் கற்பனை செய்து பாருங்கள். ஒருவர் பூமியில் தங்கிவிடுகிறார், மற்றொருவர் ஒளியின் வேகத்திற்கு அருகில் பயணிக்கும் ஒரு விண்கலத்தில் ஏறி பூமிக்குத் திரும்புகிறார். சிறப்பு சார்பியல் கோட்பாட்டின்படி, பயணம் செய்த இரட்டையர் குறைவான நேரத்தையே அனுபவிப்பார்—அதாவது, அவர் திரும்பும்போது, ​​பூமியில் தங்கியிருந்தவரை விட இளமையாக இருப்பார்.

இது ஒரு "முரண்பாடு" என்று அழைக்கப்படுகிறது, ஏனெனில் இது உள்ளுணர்வுக்கு முரணாகத் தோன்றுகிறது: ஒவ்வொருவரும் தங்களை ஓய்வில் இருப்பதாகவும், மற்றவர் நகர்வதாகவும் கருத வேண்டாமா? இதற்கான தீர்வு என்னவென்றால், பயணிக்கும் இரட்டையர் திசையை மாற்றும்போது முடுக்கத்தை அனுபவிக்கிறார், எனவே அவர்களின் குறிப்புச் சட்டம் எப்போதும் நிலைமச் சட்டமாக இருப்பதில்லை (எப்போதும் ஒரு சீரான வேகத்தில் நேர்கோட்டில் நகர்வதில்லை). இதன் இறுதி முடிவு: வயது வித்தியாசம் நிச்சயமாக இருக்கிறது.

பொது சார்பியல்: ஈர்ப்பு விசையும் நேரத்தைப் பாதிக்கிறது

சிறப்பு சார்பியல் கோட்பாட்டிற்குப் பத்து ஆண்டுகளுக்குப் பிறகு, ஐன்ஸ்டீன் தனது கோட்பாட்டைப் பொது சார்பியல் கோட்பாடாக (1915) விரிவுபடுத்தினார். இந்தக் கோட்பாடு, நியூட்டனின் கோட்பாட்டைப் போல ஈர்ப்பு விசையை ஒரு விசையாக விளக்காமல், நிறை மற்றும் ஆற்றலால் ஏற்படும் வெளி-நேரத்தின் வளைவின் விளைவாக விளக்குகிறது.

பொது சார்பியல் கோட்பாட்டில், நேரமும் சார்புடையதே—ஆனால் இம்முறை ஈர்ப்பு விசையின் காரணமாக. ஈர்ப்புப் புலம் எவ்வளவு வலிமையாக இருக்கிறதோ (உதாரணமாக, நீங்கள் ஒரு கோள், நட்சத்திரம் அல்லது கருந்துளை போன்ற ஒரு பெரும் பொருளுக்கு எவ்வளவு அருகில் இருக்கிறீர்களோ), ஈர்ப்பு விசை குறைவாக உள்ள இடங்களுடன் ஒப்பிடும்போது நேரம் அவ்வளவு மெதுவாகக் கடந்து செல்லும்.

இந்த நிகழ்வு ஈர்ப்பு நேர நீட்சி என்று அழைக்கப்படுகிறது. இதன் தாக்கங்கள் சுவாரஸ்யமானவை: பூமியின் மேற்பரப்பில் (வலுவான ஈர்ப்பு விசை) இருக்கும் ஒருவர், உயரமான சுற்றுப்பாதையில் (பலவீனமான ஈர்ப்பு விசை) இருக்கும் ஒருவரை விட நேரத்தை சற்றே மெதுவாக உணர்வார். இந்த வேறுபாடு சிறியது, ஆனால் இதை மிகவும் துல்லியமான அணு கடிகாரங்களைக் கொண்டு அளவிட முடியும்.

உண்மையான சான்றுகள்: ஜிபிஎஸ் மற்றும் அணு கடிகாரங்கள்

காலத்தின் சார்பியல் என்பது வெறும் ஒரு கருத்தியல் கோட்பாடு அல்ல. அதன் மிகவும் நடைமுறைக்குரிய எடுத்துக்காட்டுகளில் ஒன்று புவி இருப்பிட அமைப்பு (GPS) ஆகும். GPS செயற்கைக்கோள்கள், பூமியின் மேற்பரப்பை விட வலிமை குறைந்த ஈர்ப்புப் புலத்தில், சுமார் 20.000 கி.மீ. உயரத்தில் பூமியைச் சுற்றி வருகின்றன. இரண்டு விளைவுகள் ஒரே நேரத்தில் நிகழ்கின்றன:

செயற்கைக்கோள் வேகமாக நகர்வதால், சிறப்பு சார்பியல் கோட்பாட்டின்படி அதன் கடிகாரம் மெதுவாக இயங்குகிறது.
செயற்கைக்கோள் பலவீனமான ஈர்ப்பு விசையுள்ள பகுதியில் இருப்பதால், பொது சார்பியல் கோட்பாட்டின்படி அதன் கடிகாரம் வேகமாக இயங்குகிறது.

சரிசெய்யப்படாமல் விடப்பட்டால், இந்தச் சிறிய நேர வேறுபாடுகள் சேர்ந்து, ஒரு நாளைக்குப் பல கிலோமீட்டர் வரை அடையக்கூடிய ஜிபிஎஸ் நிலைப்பிழைகளை ஏற்படுத்தும். உண்மையில், துல்லியமான வழிசெலுத்தலைப் பராமரிப்பதற்காக, ஜிபிஎஸ் அமைப்புகள் சார்பியல் திருத்தங்களை உள்ளடக்கியுள்ளன. நவீன தொழில்நுட்பத்தில் சார்பியல் வகிக்கும் பங்கிற்கு இது ஒரு வலிமையான எடுத்துக்காட்டாகும்.

இதன் அர்த்தம் “காலப் பயணம்” சாத்தியமா?

காலம் வித்தியாசமாகப் பாயும் என்று மக்கள் கேட்கும்போது, ​​காலப் பயணம் பற்றிய கேள்வி அடிக்கடி எழுகிறது. ஓரளவிற்கு, "எதிர்காலத்திற்குப் பயணம் செய்வது" என்பது இயற்பியல் ரீதியாக சாத்தியமே: நீங்கள் மிக வேகமாக நகர்ந்தாலோ அல்லது ஒரு தீவிரமான ஈர்ப்புப் புலத்திற்கு அருகில் இருந்தாலோ, மற்றவரை விடக் குறைவான நேரத்தை நீங்கள் அனுபவிக்கலாம், பின்னர் திரும்பி வந்து பார்க்கும்போது, ​​அவர்கள் எதிர்காலத்தில் இன்னும் தொலைவில் இருப்பதைக் காணலாம்.

இருப்பினும், காலப் பயணம் என்பது மிகவும் சிக்கலானது மற்றும் அது ஒரு ஊகத்திற்குரிய துறையாகவே நீடிக்கிறது. பொது சார்பியலில் உள்ள சில கணிதத் தீர்வுகள், "விசித்திரமான" வெளி-கால அமைப்புகளை (குறிப்பிட்ட புழுத்துளைகள் போன்றவை) அனுமதிக்கின்றன, ஆனால் அவை இயற்கையில் சாத்தியமானவையா, நிலையானவையா, மற்றும் பிற இயற்பியல் கொள்கைகளை மீறாதவையா என்பது தெளிவாகத் தெரியவில்லை. எனவே, காலத்தின் சார்பியல் காலப் பயணம் பற்றிய விவாதங்களுக்கு வழி திறந்தாலும், அது அறிவியல் புனைகதைகளில் வருவது போன்ற ஒரு கால இயந்திரத்தின் சாத்தியத்தை தானாகவே குறிக்காது.

காலத்தின் சார்பியல் ஏன் ஏற்படுகிறது?

காலத்தின் சார்புத்தன்மையின் சாராம்சம் என்னவென்றால், வெளியும் காலமும் நிலையான கட்டங்கள் அல்ல. அவை வெளி-காலம் என்ற ஒரே ஒருமைப்பாட்டை உருவாக்குகின்றன. நீங்கள் வேகமாக நகரும்போது, ​​வெளி-காலத்தை ஒரு வித்தியாசமான வழியில் 'ஆராய்கிறீர்கள்'. நீங்கள் வலுவான ஈர்ப்பு விசையில் இருக்கும்போது, ​​வெளி-காலத்தின் கட்டமைப்பு வளைந்து, காலத்தின் வீதத்தை மாற்றுகிறது.

எளிமையாகச் சொல்வதானால், பிரபஞ்சமானது, வெவ்வேறு பார்வையாளர்களால் வெளியும் காலமும் அளவிடப்படும் முறைகளை "மாற்றிக்கொள்வதன்" மூலம் இயற்பியல் விதிகளின் (எ.கா., ஒளியின் மாறாத வேகம்) நிலைத்தன்மையைப் பேணுகிறது. இந்த விளைவு விசித்திரமாகத் தோன்றுகிறது, ஏனெனில் நமது உள்ளுணர்வு பிரபஞ்ச அளவிலான சூழல்களில் அல்லாமல், குறைந்த வேகத்திலும் மிதமான ஈர்ப்பு விசையிலும்தான் வளர்ந்தது.

மூடுகிறது

காலத்தின் சார்பியல் என்பது, காலம் அனைவருக்கும் எப்போதும் ஒரே மாதிரியாக ஓடுவதில்லை என்ற கருத்தாகும். அது வேகம் மற்றும் ஈர்ப்பு விசையைச் சார்ந்துள்ளது. இந்தக் கருத்து ஐன்ஸ்டீனின் சிறப்பு மற்றும் பொது சார்பியல் கோட்பாடுகளிலிருந்து உருவானதுடன், சோதனைகள் மற்றும் ஜிபிஎஸ் போன்ற தொழில்நுட்பப் பயன்பாடுகள் மூலம் நிரூபிக்கப்பட்டுள்ளது. பௌதிக யதார்த்தம் நாம் எதிர்பார்ப்பதை விட பெரும்பாலும் விசித்திரமானது என்பதையும், அறிவியல் புரிதலானது நாம் உணரும் மிக அடிப்படையான ஒன்றான காலத்தின் ஓட்டத்தையே மாற்ற முடியும் என்பதையும் காலத்தின் சார்பியல் நமக்கு நினைவூட்டுகிறது.

நீங்கள் விரும்பினால், இந்தக் கட்டுரையின் மிகவும் பிரபலமான (எழுத்துப்பூர்வ பாணி) பதிப்பையோ அல்லது கால நீட்டிப்பு சூத்திரங்கள் மற்றும் கணக்கீட்டு எடுத்துக்காட்டுகளுடன் கூடிய ஒரு அறிவியல் பூர்வமான பதிப்பையோ என்னால் உருவாக்க முடியும்.