نیوٹن کی اضافیت: حرکت اور کشش ثقل کی ابتدائی تفہیم
Pendahuluan
آئزک نیوٹن، تاریخ کے سب سے زیادہ بااثر سائنسدانوں میں سے ایک، نے ایسے نظریات تیار کیے جنہوں نے کائنات کے بارے میں ہماری سمجھ میں انقلاب برپا کیا۔ ان کا تاریخی کام، "Philosophiæ Naturalis Principia Mathematica"، جو 1687 میں شائع ہوا، نے حرکت کے قوانین اور عالمگیر کشش ثقل کے قانون کو متعارف کرایا۔ اگرچہ اضافیت کا تصور، جیسا کہ آج کل عام طور پر جانا جاتا ہے، اکثر البرٹ آئن سٹائن سے منسوب کیا جاتا ہے، لیکن اضافیت کے خیال کو اصل میں سب سے پہلے نیوٹن نے کلاسیکی میکانکس کے تناظر میں باضابطہ شکل دی تھی۔ یہ مضمون نیوٹن کے اضافیت کے اصولوں، حرکت اور کشش ثقل کی تفہیم کے لیے ان کے مضمرات کا جائزہ لے گا، اور یہ کہ آئن سٹائن کی اضافیت کے دور تک یہ نظریات کیسے تیار ہوئے ہیں۔
نیوٹن کے موشن کے قوانین
نیوٹن کے حرکت کے قوانین کلاسیکی میکانکس کی بنیاد ہیں اور تین قوانین پر مشتمل ہیں جو کسی چیز کی حرکت اور اس پر عمل کرنے والی قوتوں کے درمیان تعلق کی وضاحت کرتے ہیں۔ یہ تین قوانین ہیں:
1. نیوٹن کا پہلا قانون (جڑتا کا قانون):
"ہر چیز آرام پر رہے گی یا سیدھی لکیر میں مستقل رفتار سے حرکت کرے گی جب تک کہ کوئی بیرونی قوت اس حالت کو تبدیل کرنے کے لیے کام نہ کرے۔"
یہ قانون جڑتا کی اہمیت پر زور دیتا ہے، کسی چیز کی حرکت کی حالت کو برقرار رکھنے کا رجحان۔ اضافیت کے تناظر میں، اس کا مطلب یہ ہے کہ دو اشیاء کے درمیان رشتہ دار حرکت اس وقت تک تبدیل نہیں ہوگی جب تک کہ کوئی قوت لاگو نہ ہو۔
2. نیوٹن کا دوسرا قانون:
"کسی چیز کی سرعت اس پر عمل کرنے والی قوت کے براہ راست متناسب ہے اور اس کی کمیت کے الٹا متناسب ہے۔ ریاضی کے لحاظ سے، اسے F = ma کے طور پر ظاہر کیا جاتا ہے۔"
یہاں، قوت (F) ماس (m) اور ایکسلریشن (a) کی پیداوار ہے۔ یہ قانون ظاہر کرتا ہے کہ طاقت کے استعمال سے کسی چیز کی حرکت کو کس طرح تبدیل کیا جا سکتا ہے۔ اضافیت کے تناظر میں، اس کا مطلب یہ ہے کہ کسی چیز پر عمل کرنے والی قوت اس کی نسبتی حرکت کو بدل دے گی۔
3. نیوٹن کا تیسرا قانون:
"ہر عمل ایک مساوی اور مخالف ردعمل پیدا کرے گا۔"
یہ قانون وضاحت کرتا ہے کہ قوتیں ہمیشہ جوڑوں میں ہوتی ہیں۔ اگر آبجیکٹ A آبجیکٹ B پر ایک قوت لگاتا ہے، تو آبجیکٹ B آبجیکٹ A پر مساوی لیکن مخالف قوت کا استعمال کرے گا۔ بند نظام میں اشیاء کے درمیان تعاملات کو سمجھنے کے لیے یہ اہم ہے۔
نیوٹن کا عالمی کشش ثقل کا قانون
نیوٹن کا آفاقی کشش ثقل کا قانون کہتا ہے کہ کائنات کا ہر ذرہ ہر دوسرے ذرے کو ایک ایسی قوت کے ساتھ اپنی طرف متوجہ کرتا ہے جو براہ راست دو ذرات کی کمیت کی پیداوار کے متناسب ہے اور ان کے درمیان فاصلے کے مربع کے الٹا متناسب ہے۔ ریاضی کے لحاظ سے اس قانون کو یوں بیان کیا گیا ہے:
\[ F = G \frac{m_1 m_2}{r^2} \]
کہاں:
- \( F \) دو ذرات کے درمیان کشش ثقل کی قوت ہے۔
- \( G \) عالمگیر کشش ثقل مستقل ہے۔
- \( m_1 \) اور \( m_2 \) دو ذرات کی کمیت ہیں۔
- \( r \) دو ذرات کے کمیت کے مراکز کے درمیان فاصلہ ہے۔
نیوٹن کا قوّت ثقل کا قانون مظاہر کو سمجھنے کی بنیاد فراہم کرتا ہے جیسے سیاروں کے مدار اور زمین کی سطح پر اشیاء کی حرکت۔ یہ نیوٹن کے اضافیت کے تصور میں بھی ایک اہم کردار ادا کرتا ہے، کیونکہ کشش ثقل وہ قوت ہے جو کشش ثقل کے میدان میں اشیاء کی نسبتی حرکت کو متاثر کرتی ہے۔
نیوٹن کی اضافیت
نیوٹنین ریلیٹیویٹی، یا زیادہ واضح طور پر، نیوٹن کا اضافیت کا اصول، یہ تصور ہے کہ فزکس کے قوانین جو ایک جڑتی ریفرنس فریم میں لاگو ہوتے ہیں باقی تمام جڑی ریفرینس فریموں پر بھی لاگو ہوتے ہیں۔ اس کا مطلب ہے کہ کوئی خاص inertial حوالہ فریم نہیں ہے؛ حرکت کے تمام قوانین ایک دوسرے کے حوالے سے مستقل رفتار سے چلنے والے کسی بھی فریم میں یکساں طور پر لاگو ہوتے ہیں۔
کلاسیکی رشتہ داری کا اصول
نیوٹن کے اصول اضافیت کا خلاصہ اس طرح کیا جا سکتا ہے:
- گیلیلین ٹرانسفارمیشنز: ایک جڑی ریفرینس فریم میں حرکت کی مساوات کو ایک فریم سے دوسرے فریم میں تبدیل کیا جا سکتا ہے جو کہ مساوات کی شکل کو تبدیل کیے بغیر مستقل رفتار کے ساتھ پہلے کی نسبت حرکت کرتا ہے۔
گیلیلین تبدیلیاں بیان کرتی ہیں کہ کس طرح خلائی وقت کے کوآرڈینیٹ دو inertial حوالہ فریموں کے درمیان تبدیل ہوتے ہیں۔ فرض کریں کہ دو جڑواں حوالہ جات والے فریم ہیں، S اور S'، جہاں S' S کی نسبت مستقل رفتار \( v \) کے ساتھ حرکت کرتا ہے۔ اگر \( (x, y, z, t) \) فریم S میں کوآرڈینیٹ ہیں اور \( (x', y', z', t') \) ہیں تو Frame S' میں کوآرڈینیٹ ہیں، پھر بطور ٹرانسلیشن ظاہر کیا جا سکتا ہے۔
\" x' = x – vt \]
\[ y' = y \]
\[ z' = z \]
\[ t' = t \]
یہ تبدیلی ظاہر کرتی ہے کہ وقت مطلق ہے اور تمام جڑی ریفرینس فریموں میں یکساں ہے، جو کلاسیکی میکانکس میں ایک بنیادی نظریہ ہے۔
نیوٹن کی اضافیت کے مضمرات
کلاسیکی طبیعیات میں نیوٹن کی اضافیت کے کئی اہم اثرات ہیں:
1. جڑتا اور رشتہ دار حرکت:
نیوٹن کے جڑت کے اصول کے مطابق، حوالہ کے ایک جڑی فریم میں ایک مستقل رفتار سے حرکت کرنے والی شے دوسرے انرشل فریم آف ریفرنس میں مستقل رفتار پر حرکت کرتی رہے گی۔ اس کا مطلب ہے کہ دو اشیاء کے درمیان رشتہ دار حرکت اس وقت تک تبدیل نہیں ہوتی جب تک کہ کوئی قوت ان پر عمل نہ کرے۔
2. رفتار کا تحفظ:
حوالہ کے ایک inertial فریم میں، بند نظام کی کل رفتار مستقل رہتی ہے اگر کوئی بیرونی قوت نظام پر عمل نہ کرے۔ یہ اصول رفتار کے تحفظ کے قانون کی بنیاد ہے، جو اشیاء کے درمیان تصادم اور تعاملات کو سمجھنے میں اہم ہے۔
3. کشش ثقل اور مداری حرکت:
نیوٹن کا قوّت ثقل کا قانون ہمیں سیاروں اور دیگر آسمانی اجسام کی حرکت کی پیشین گوئی کرنے کی اجازت دیتا ہے۔ نیوٹنی اضافیت کے تناظر میں، تمام سیارے کشش ثقل کے ایک ہی قانون کی پابندی کرتے ہیں اور نیوٹن کے حرکت کے قوانین کے مطابق اپنے اپنے متعلقہ جڑتی فریموں میں برتاؤ کرتے ہیں۔
آئن سٹائن کی رشتہ داری میں منتقلی۔
اگرچہ نیوٹنین اضافیت نے حرکت اور کشش ثقل کو سمجھنے کے لیے ایک ٹھوس بنیاد فراہم کی، لیکن اس کی حدود تھیں۔ کچھ مظاہر، جیسے روشنی کی مستقل رفتار اور تیز رفتاری پر رشتہ داری کے اثرات، کی وضاحت کلاسیکی نیوٹنین میکانکس سے نہیں کی جا سکتی۔ یہ 20ویں صدی کے اوائل میں البرٹ آئن سٹائن کے خصوصی اور عمومی اضافیت کے نظریات کی ترقی کا باعث بنا۔
خصوصی رشتہ داری
1905 میں متعارف کرائے گئے آئن سٹائن کے خصوصی نظریہ اضافیت نے نیوٹنین میکانکس کے کئی بنیادی مفروضوں پر نظر ثانی کی۔ اس کے مرکزی اصولوں میں سے ایک یہ ہے کہ خلا میں روشنی کی رفتار مستقل اور مبصر کی رفتار سے آزاد ہے۔ اس نے مطلق وقت کے بارے میں نیوٹن کے نظریہ سے متصادم کیا اور اضافی رفتار پر وقت کے پھیلاؤ اور لمبائی کے سنکچن کے تصورات کو جنم دیا۔
عمومی رشتہ داری
1915 میں آئن اسٹائن کے ذریعہ شائع ہونے والی عمومی اضافیت نے نیوٹن کے کشش ثقل کے قانون کو اس تصور سے بدل دیا کہ کشش ثقل ماس اور توانائی کی وجہ سے خلائی وقت کا گھماؤ ہے۔ یہ نظریہ زیادہ درست طریقے سے مضبوط کشش ثقل کے مظاہر کی وضاحت کرتا ہے، جیسے سیارہ عطارد کا مدار اور بلیک ہولز، جس کی نیوٹن کا قانون ثقل وضاحت نہیں کر سکتا۔
نتیجہ اخذ کرنا
نیوٹن کی اضافیت، حرکت کے اپنے قوانین اور عالمگیر کشش ثقل کے ساتھ، کلاسیکی طبیعیات کی ایک اہم بنیاد ہے جس نے کائنات کے بارے میں ہماری سمجھ کو بدل دیا۔ نیوٹن کے اضافیت کے اصول جڑی ریفرینس فریموں میں حرکت اور تعامل کا ایک مستقل نظریہ فراہم کرتے ہیں۔ اگرچہ آخر کار آئن سٹائن کی اضافیت کی وجہ سے ہٹ گیا، نیوٹن کی میراث سیاروں کی حرکت سے لے کر روزمرہ کی حرکیات تک، قدرتی مظاہر کے مطالعہ اور سمجھنے کے لیے ایک طاقتور بنیاد ہے۔
