स्पेसटाइम: अंतरिक्ष और समय के परस्पर आयाम

स्पेसटाइम एक ऐसा शब्द है जिसका प्रयोग अक्सर भौतिकी और खगोल विज्ञान के संदर्भ में किया जाता है। यह एक अवधारणा है जिसने सदियों से वैज्ञानिकों और शोधकर्ताओं को आकर्षित किया है, और इसने ब्रह्मांड की हमारी समझ में महत्वपूर्ण भूमिका निभाई है। स्पेसटाइम का विचार यह है कि समय और स्थान आपस में जुड़े हुए हैं, और उन्हें एक दूसरे से अलग नहीं किया जा सकता है। इस लेख में, हम पता लगाएंगे कि स्पेसटाइम क्या है, यह कैसे काम करता है और यह क्यों महत्वपूर्ण है।

स्पेसटाइम (Spacetime) क्या है?

स्पेसटाइम एक गणितीय मॉडल है जो अंतरिक्ष के तीन आयामों को समय के एक आयाम के साथ एक चार-आयामी सातत्य में जोड़ता है। इस मॉडल को भौतिक विज्ञानी अल्बर्ट आइंस्टीन ने अपने सापेक्षता के सिद्धांत के हिस्से के रूप में विकसित किया था, जिसने ब्रह्मांड की हमारी समझ में क्रांति ला दी थी। आइंस्टीन के सिद्धांत के अनुसार, स्पेसटाइम केवल एक निष्क्रिय चरण नहीं है जिसमें घटनाएं घटित होती हैं, बल्कि यह एक सक्रिय खिलाड़ी है जिस तरह से घटनाएं सामने आती हैं।

Spacetime(स्पेसटाइम) की परिभाषा: भौतिक विज्ञान में स्पेसटाइम एक गणितीय मॉडल है, जो अंतरिक्ष के तीन आयामों और समय के एक आयाम को एक एकल चार-आयामी अबाध क्रम मे जोड़ती है। Spacetime diagrams का उपयोग सापेक्ष प्रभावों की कल्पना करने के लिए किया जा सकता है, जैसे कि इसके उपयोग से अलग-अलग समीक्षकों को यह पता चलता है, कि कहां और कब घटनाएं अलग-अलग प्रकार से होती हैं।

स्पेसटाइम कैसे काम करता है?

अंतरिक्ष-समय की अवधारणा को समझना कठिन हो सकता है, लेकिन ब्रह्मांड की हमारी समझ के लिए यह महत्वपूर्ण है। कागज की एक शीट की कल्पना करें जो अंतरिक्ष का प्रतिनिधित्व करती है, और कल्पना करें कि समय कागज की मोटाई से दर्शाया गया है। परिणामी संरचना स्पेसटाइम है। ब्रह्मांड में होने वाली किसी भी घटना को स्पेसटाइम में एक बिंदु के रूप में माना जा सकता है, अंतरिक्ष में स्थान के साथ और जिस समय घटना होती है उस बिंदु के निर्देशांक द्वारा प्रतिनिधित्व किया जाता है।

स्पेसटाइम स्थिर नहीं है; ब्रह्मांड में पदार्थ और ऊर्जा की प्रतिक्रिया में यह लगातार बदल रहा है और विकृत हो रहा है। पदार्थ और ऊर्जा की उपस्थिति ही स्पेसटाइम को वक्र बनाती है, और यह वक्रता ब्रह्मांड में वस्तुओं की गति को प्रभावित करती है। कोई वस्तु जितनी अधिक विशाल होती है, वह स्पेस-टाइम को उतना ही अधिक मोड़ती है, और उसका गुरुत्वाकर्षण खिंचाव उतना ही मजबूत होता है।

स्पेसटाइम क्यों महत्वपूर्ण है?

अंतरिक्ष-समय कई कारणों से महत्वपूर्ण है। सबसे पहले, यह ब्रह्मांड की हमारी समझ में एक मौलिक अवधारणा है। स्पेसटाइम के बिना, हम यह वर्णन नहीं कर पाएंगे कि घटनाएं कैसे होती हैं या अंतरिक्ष में वस्तुएं कैसे चलती हैं। दूसरा, अंतरिक्ष-समय सापेक्षता के सिद्धांत में महत्वपूर्ण भूमिका निभाता है, जो भौतिकी में सबसे महत्वपूर्ण और अच्छी तरह से परीक्षित सिद्धांतों में से एक है। इस सिद्धांत ने कई महत्वपूर्ण खोजों को जन्म दिया है, जैसे कि ब्लैक होल की भविष्यवाणी और विशाल वस्तुओं के चारों ओर प्रकाश का मुड़ना।

अंत में, स्पेसटाइम महत्वपूर्ण है क्योंकि यह हमें समय की प्रकृति को समझने में मदद करता है। भौतिकी के शास्त्रीय दृष्टिकोण में, समय को एक सार्वभौमिक और निरपेक्ष अवधारणा के रूप में देखा जाता है जो एक स्थिर दर पर टिक जाती है। हालांकि, सापेक्षता के सिद्धांत में, समय पर्यवेक्षक के सापेक्ष होता है और यह दिक्-काल की वक्रता से प्रभावित हो सकता है। इसका मतलब यह है कि जिन परिस्थितियों में यह देखा जाता है, उसके आधार पर समय धीमा या तेज हो सकता है।

20वीं सदी मे इसकी धारणा

20वीं शताब्दी तक, यह धारणा थी कि ब्रह्मांड के त्रि-आयामी ज्यामिति (निर्देशांक, दूरी और दिशाओं के संदर्भ में इसकी स्थानिक अभिव्यक्ति) एक-आयामी समय थी। लेकिन 1905 में अल्बर्ट आइंस्टीन ने दो पदों पर विशेष सापेक्षता पर अपने सेमिनल कार्य को आधार बनाया और उन्होंने बताया –

1. भौतिक विज्ञान के नियम सभी inertial systems (यानी non-accelerating frames of reference) में अपरिवर्तनीय हैं (यानी समान हैं)
2. vacuum में प्रकाश की गति सभी समीक्षकों के लिए समान होती है, प्रकाश स्रोत की गति की परवाह किए बिना।

इन पदों को एक साथ लेने का तार्किक परिणाम चार आयामों के साथ मिलकर अविभाज्य है। जिसके कई प्रतिवाद परिणाम सामने आते हैं जैसे की प्रकाश स्रोत की गति से स्वतंत्र होने के अलावा, प्रकाश की गति में संदर्भ के फ्रेम की परवाह किए बिना समान गति होती है जिसमें इसे मापा जाता है; दूरी और यहां तक कि घटनाओं के जोड़े के अस्थायी आदेश जब संदर्भ के विभिन्न जड़त्वीय फ्रेम में मापा जाता है (यह एक साथ की सापेक्षता है) और वेगों की रेखीय व्यसनशीलता अब सही नहीं है।

किनेमैटिक्स (चलती निकायों के अध्ययन)

आइंस्टीन ने अपने सिद्धांत को किनेमैटिक्स (चलती निकायों के अध्ययन) के संदर्भ में तैयार किया। उनका सिद्धांत लॉरेंत्ज़ के 1904 के विद्युत चुम्बकीय घटना और पॉइंकेरे के इलेक्ट्रोडायनामिक सिद्धांत पर एक सफलता अग्रिम था। यद्यपि इन सिद्धांतों में आइंस्टीन द्वारा पेश किए गए (यानी लोरेंट्ज़ परिवर्तन) के समान समीकरण शामिल थे, वे अनिवार्य रूप से विभिन्न प्रयोगों के परिणामों को समझाने के लिए प्रस्तावित मॉडल थे – जिसमें प्रसिद्ध माइकलसन-मॉर्ले इंटरफेरोमीटर प्रयोग भी शामिल था – जो मौजूदा में फिट होना बहुत मुश्किल था।

1908 में हरमन मिंकोव्स्की-एक बार ज़्यूरिख में एक युवा आइंस्टीन के गणित के प्राध्यापकों में से एक ने विशेष सापेक्षता की एक ज्यामितीय व्याख्या प्रस्तुत की, जो समय और एक ही चार-आयामी निरंतरता में अंतरिक्ष के तीन स्थानिक आयामों को मिंकोव्स्की अंतरिक्ष के रूप में जाना जाता है। इस व्याख्या की एक प्रमुख विशेषता स्पेसटाइम अंतराल की औपचारिक परिभाषा है। यद्यपि घटनाओं के बीच दूरी और समय के माप अलग-अलग संदर्भ फ़्रेमों में किए गए मापों के लिए भिन्न होते हैं, लेकिन स्पेसटाइम अंतराल उस संदर्भ के जड़त्वीय फ्रेम से स्वतंत्र होता है जिसमें वे दर्ज किए जाते हैं।

मिन्कोवस्की की सापेक्षता की ज्यामितीय व्याख्या

मिन्कोवस्की की सापेक्षता की ज्यामितीय व्याख्या आइंस्टीन के अपने 1915 के सापेक्षतावाद के सामान्य सिद्धांत के विकास के लिए महत्वपूर्ण साबित हुई थी, जिसमें उन्होंने दिखाया था कि एक छद्म रीमानोल्ड मैनिफोल्ड के लिए इस सपाट जीवनकाल में कितने बड़े पैमाने पर और ऊर्जा वक्र है।

निष्कर्ष

स्पेसटाइम एक जटिल अवधारणा है, लेकिन ब्रह्मांड की हमारी समझ के लिए यह महत्वपूर्ण है। अंतरिक्ष और समय के आयामों को एक ही चार-आयामी सातत्य में जोड़कर, हम यह वर्णन करने में सक्षम हैं कि कैसे घटनाएं होती हैं और ब्रह्मांड में वस्तुएं कैसे चलती हैं। स्पेसटाइम स्थिर नहीं है; ब्रह्मांड में पदार्थ और ऊर्जा की प्रतिक्रिया में यह लगातार बदल रहा है और विकृत हो रहा है। अंत में, अंतरिक्ष-समय हमें स्वयं समय की प्रकृति को समझने में मदद करता है, और इसने भौतिकी और खगोल विज्ञान में कई महत्वपूर्ण खोजों को जन्म दिया है।

स्त्रोत

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