Main Menu

सन्दर्भः सामान्य सापेक्षतावादको सिद्धान्तको १०० वर्ष

गुरुत्व तरङ्गको खोजी !

LIGO-Lab-Gravity-Wavesइटलीको पिसा नजिकैको एउटा सानो गाउँमा एउटा अनुसन्धान सुरु गर्न लागिएको छ । यदि यो अनुसन्धान सफल भएको खण्डमा वैज्ञानिक अल्बर्ट आइन्स्टाइनको सामान्य सापेक्षतावादको सिद्धान्तको एउटा भविष्यवाणीको प्रत्येक्ष रुपमा अवलोकन गर्न हामी सफल हुनेछौँ । र यदि विफल भएमा ? विफल भएमा भौतिकशास्त्रका स्थापित नियमहरुलाई पुनर्जांच गरिनुपर्ने हुनसक्छ ।

यो अनुसन्धानको नाम हो, एड्भान्स्ड भर्गो । र यो अनुसन्धानले एक विशेष खगोलिय घटनाको अवलोकन गर्ने प्रयास गर्नेछ, गुरुत्व तरङ्गको ।

युनिभर्सिटी पिसाका डा. फ्रान्को फ्रान्स्कोनीका अनुसार गुरुत्व तरङ्ग पहिलोपटक प्रत्यक्ष रुपमा अवलोकन गर्नको लागि एड्भान्स्ड भर्गो हाम्रो अवसर हो । भर्गोको अन्तर्राष्ट्रिय टोलीका सदस्य समेत रहेका फ्रान्स्कोनी भन्छन्, ‘आइन्स्टाइनले १०० वर्ष अगाडि भनेको कुरा सही छ भन्ने कुराको यो स्पष्ट प्रमाण हुनेछ ।’

einstein-big-idea-merl

सामान्य सापेक्षतावादको सिद्धान्तमा आइन्स्टाइनले गुरुत्व तरङ्गको जुन भविष्यवाणी गरेका थिए, त्यसलाई अहिलेसम्म वैज्ञानिकहरुले प्रयोगात्मक रुपमा प्रत्येक्ष अवलोकन गर्न सफलता हासिल गरिसकेका छैनन् ।

सन् १९१५ को नोभेम्बर २५ मा अल्बर्ट आइन्स्टाइनले सामान्य सापेक्षतावादको सिद्धान्तको अन्तिम पेपर प्रसियन एकेडमी अफ सायन्सेजलाई बुझाएका थिए । उनको यो सिद्धान्तले भौतिकशास्त्रले खगोल, काल र गुरुत्वाकर्षण बल बुझ्ने तरिकालाई बृहत रुपमा परिवर्तन गरिदिएको थियो । सामान्य सापेक्षतावादको सिद्धान्तबाट अहिले हामीले ग्रहहरुको चालदेखि लिएर ब्ल्याक होलको अस्तित्व जस्ता खगोलिय घटनाहरुको व्याख्या गर्न सफल भएका छौँ भने जिपिएस जस्ता प्रविधिहरुको विकास पनि गरेका छौँ ।

तर सामान्य सापेक्षतावादको सिद्धान्तमा आइन्स्टाइनले गुरुत्व तरङ्गको जुन भविष्यवाणी गरेका थिए, त्यसलाई अहिलेसम्म वैज्ञानिकहरुले प्रयोगात्मक रुपमा प्रत्येक्ष अवलोकन गर्न सफलता हासिल गरिसकेका छैनन् ।

के हो गुरुत्व तरङ्ग ?

गुरुत्व तरङ्ग भनेको अति धेरै पिण्ड भएका खगोलिय वस्तुहरु चालमा रहँदा उत्पन्न हुने तरङ्ग हो । हुन त धेरै पिण्ड भएका वस्तुहरु मात्र होइनन्, जतिसुकै पिण्ड होस्, चालमा भएको पिण्डले गुरुत्व तरङ्ग उत्पन्न गर्छ । तर, थोरै पिण्ड भएका वस्तुहरुले उत्पन्न गर्ने गुरुत्व तरङ्ग नगन्य मात्र हुन्छ ।

गुरुत्व तरङ्गलाई पानीको तरङ्ग जस्तै कल्पना गर्न सकिन्छ । तपाईंले स्थीर पानी, जस्तै पोखरी वा तालमा ढुङ्गा खसाल्नुभयो भने त्यहाँ पानीको तरङ्ग उत्पन्न हुन्छ । पानीको तरङ्ग भनेको आधारभूत रुपमा भन्नुपर्दा ऊर्जा नै हो । ढुङ्गा पानीमा फाल्दा ढुङ्गाको चालको कारण पानीका अणुहरु हल्लिन्छन् । पानीका अणुहरुमा आएको यो हल्लाइबाट पानीमा तरङ्ग उत्पन्न हुन्छ । यसरी उत्पन्न हुने पानीको तरङ्ग ढुङ्गा खसालेको ठाउँबाट चारैतिर वृताकार रुपमा फैलिन्छ । ठिक त्यसै गरी कुनै पिण्ड अन्तरिक्षमा हल्लिँदा वा चालमा रहँदा त्यसले अन्तरिक्षमा खलबल पैदा गरिदिन्छ, अथवा भनौँ पिण्डका कारण अन्तरिक्ष वक्र हुने प्रकृया अनियमित हुन्छ । यस्तो अनियमितता पानीको तरङ्ग जस्तै पिण्डको चारैतिर फैलिन्छ ।

आइन्स्टाइनका अनुसार ब्रम्हाण्ड यस्ता गुरुत्व तरङ्गहरुले भरिपूर्ण छ । तर, बेलायतको इम्पेरियल कलेज लण्डनका भौतिकशास्त्री डा. टोबि वाइजम्यानका अनुसार जताततै गुरुत्व तरङ्गहरु भए पनि हामीले अहिलेसम्म प्रत्येक्ष रुपमा यसलाई नदेख्नु कुनै अनौठो कुरा होइन । उनी भन्छन्, ‘गुरुत्व भनेको सबैभन्दा कमजोर बल हो र अन्तरिक्षमा हुने ठूलाभन्दा ठूला घटनाले पनि निकै थोरै वा भनौँ निकै कमजोर गुरुत्व तरङ्ग मात्र उत्पन्न गर्छ ।’

Virgo

भर्गो अनुसन्धानको पहिलो संस्करण सन् २००७ मा सुरु गरिएको थियो । तर, त्यो अनुसन्धानमा केही देखिएन । अहिले यस यन्त्रलाई धेरै रकम खर्च गरेर अपग्रेड

अहिले इटलीमा वैज्ञानिकहरुले तिनै गुरुत्व तरङ्गहरु मापन गर्ने तयारी गर्दैछन् । तर यो त्यति सजिलो भने छैन । भर्गो अनुसन्धानको पहिलो संस्करण सन् २००७ मा सुरु गरिएको थियो । तर, त्यो अनुसन्धानमा केही देखिएन । यही उद्देश्यको लागि स्थापना गरिएको अमेरिकाको Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory अथावा लाइगोले पनि केही पत्ता लगाउन सकेन । तर, इन्टरफेरोमिटर भनिने यी दुबै यन्त्रहरुलाई अहिले धेरै रकम खर्च गरेर अपग्रेड गरिएको छ । यसबाट दुबै मेसिनको संवेदनशीलताको गुणस्तर उल्लेखनीय रुपमा बढ्ने आशा गरिएको छ ।

advभर्गो मेसिनमा ३ किलोमिटर लामा दुईवटा एकै खालका सुरुङ्गहरु छन् । ती दुई सुरुङ्गहरुलाई अंग्रेजी अक्षरको ‘L’ आकारमा मिलाएर राखिएका छन् । यस अनुसन्धानमा एउटा लेजर किरण उत्पन्न गरिन्छ । त्यो लेजर किरणलाई ठ्याक्क बीच्चमा चिरेर दुई वटा किरणहरुमा विभाजन गरिन्छ । एउटा किरण एउटा सुरुङ्गमा र अर्को किरण अर्को सुरुङ्गमा पठाइन्छ । ती सुरुङ्गहरुको दुबै सिरामा राखिएका ऐनाहरुले सुरुङ्गभित्र पठाइएका लेजर किरणहरुलाई परावर्तन गरिदिन्छ । यसरी ती किरणहरु सुरुङ्गभित्र राखिएका ऐनाहरुको कारण सुरुङ्गको एक छेऊबाट अर्कोमा यात्रा गरिरहन्छन् । केही समय यसरी यताउता गरिसकेपछि ती किरणहरुलाई फेरि संगै मिसाइन्छ ।

हामीले पोखरीमा ढुङ्गा फाल्दा देखेकै छौँ होला कि दुईटा तरङ्गहरु जोडिँदा यदि एउटा तरङ्गको माथिल्लो विन्दु, अथवा क्रेस्ट (crest), दोस्रो तरङ्गको तल्लो विन्दु अथवा ट्रफ (trough) सित मिसियो भने ती दुई तरङ्गहरुले एकअर्कालाई निस्तेज पारिदिन्छन् । र, तरङ्ग बिलाउँछ । किरण पनि खासमा तरङ्ग नै हो । त्यसैले भर्गो मेसिनभित्र पनि यस्तै हुन्छ । यदि दुबै किरणहरुले सुरुङ्गभित्र उत्ति नै दूरी पार गरेको छ भने ती दुई किरणहरु मिसिँदा एकले अर्कोलाई निस्तेज पारिदिन्छ, त्यसैले यस्तो अवस्थामा कुनै सिग्नल आउँदैन ।

तर, यदि कुनै गुरुत्व तरङ्ग सुरुङ्ग भएर गुज्रिएको छ भने त्यसले वरिपरिको सम्पूर्ण चिजहरुलाई खल्बलाइदिन्छ । आइन्स्टाइनको सापेक्षतावादको सिद्धान्त अनुसार यसरी गुरुत्व तरङ्गको कारण अन्तरिक्ष वक्र हुँदा त्यसले त्यहाँ रहेका वस्तुहरुको लम्बाइ–चौडाइमा असर गर्छ । निश्चित रुपमा, गुरुत्व तरङ्गको कारण सुरुङ्गहरुको लम्बाइमा पनि असर पर्छ । लम्बाइमा आउने यो परिवर्तन अत्यन्त कम हुन्छ, एउटा अणुको चौडाइभन्दा पनि सानो । तर, यी सुरुङ्गहरुलाई ‘L’ आकारमा राखिएको हुनाले एउटा सुरुङ्गको लम्बाइ बढ्छ भने अर्कोको घट्छ । त्यसैले एउटा लेजर किरणले केही बढी दूरी पार गर्छ भने अर्को लेजर किरणले थोरै ।

यही कारण जब यी दुई किरणहरुलाई मिसाइन्छ, तब एकले अर्कोलाई पूर्ण रुपमा निस्तेज पार्न सक्दैन । भिन्नै किसिमले यी दुई किरणहरु एकअर्कासित मिसिन्छन् । र, यो सिग्नल वैज्ञानिकहरुले अति संवेदनशील यन्त्रहरुमार्फत् मापन गर्न सक्छन् ।

तर, यही प्रक्रिया पनि भनेजस्तो सजिलो छैन । पृथ्वीमा थुप्रै घटनाहरु घटिरहेका हुन्छन् जसले यो अनुसन्धानमा बाधा पुर्याउन सक्छन् । यस्ता वाधाहरुलाई वैज्ञानिकहरु नोइज (noise) भन्छन् । उदाहरणको लागि, भूकम्प ।

डाक्टर फ्रान्स्कोनी भन्छन्, ‘हामी यहाँ सम्भावित नोइज पन्छाउन सकिने मेसिन बनाउने प्रयास गर्दैछौँ । यो मेसिन सिधै जमिनमा राखिएको छ । र, जमिन, सामान्य रुपमा भन्नुपर्दा, हल्लिरहेको हुन्छ । हाम्रो सबैभन्दा ठूलो चुनौति भनेको ऐनाहरुमा यी नोइजहरुको असर पर्न नदिनु हो । यसको लागि सुरुदेखि नै हामीले बहुचरणयुक्त पेन्डुलमको डिजाइन गर्न थुप्रै समय खर्चंदै आएका छौँ, ताकि कुनै किसिमको साइज्मिक नोइजले ऐनालाई असर नगरोस् ।’

aerial_ligo5_300v4

एड्भान्स्ड भर्गो अनुसन्धान सफल भइहाले पनि गुरुत्व तरङ्गको सिद्धान्त पुष्टि गर्नको लागि यो मात्र पर्याप्त भने हुने छैन । त्यसैले अमेरिकाको लाइगोमा पनि यही अध्ययन थालिनेछ ।

एड्भान्स्ड भर्गो अनुसन्धान सफल भइहाले पनि गुरुत्व तरङ्गको सिद्धान्त पुष्टि गर्नको लागि यो मात्र पर्याप्त भने हुने छैन । विज्ञानको नियम अनुसार कुनै सिद्धान्त प्रयोगात्मक रुपमा स्थापित हुन एकचोटीको अनुसन्धानले मात्र पुष्टि गरेर काफि हुँदैन । त्यसको लागि त्यस्तै वातारणमा अरु कसैले अनुसन्धान गर्दा पनि त्यस्तै निष्कर्ष निस्कनुपर्ने हुन्छ । यस्ता अनुसन्धानहरु चलिरहन्छन् र जबसम्म अनुसन्धानहरु सफल हुन्छन्, तबसम्म त्यो सिद्धान्त ठीक रहेको ठहरिन्छ । तर, एकपटकको असफलता मात्रले पनि त्यो सिद्धान्त अपूर्ण रहेको ठहरिन सक्छ । त्यसैले अमेरिकाको लाइगोमा पनि यही अध्ययन थालिनेछ । लाइगोमा भने ४ किलोमिटर लामा सुरुङ्गहरु राखिएका छन् । लाइगो पनि सफल भएमा आइन्स्टाइनको गुरुत्व तरङ्गको सिद्धान्तको पुष्टिमा बलियो आधार मिल्नेछ ।

डा. वाइजम्यानका अनुसार हामीसँग अप्रत्येक्ष रुपमा यी तरङ्गहरु छन् भन्ने कुराको बलियो आधार छ । ‘तर,’ उनी भन्छन्, ‘प्रत्येक्ष रुपमा अवलोकन गर्न नसकिएसम्म सामान्य सापेक्षतावादको सिद्धान्त हामीले पूर्ण रुपमा बुझेका छौँ भन्न सकिने अवस्था हुन्न ।’

(Visited 601 times, 1 visits today)

टिप्पणी

comments