बीसौँ शताब्दीका सर्वाधिक महत्वपूर्ण उपलब्धिहरुमध्ये एक हो– परमाणु शक्ति (एटोमिक इनर्जी) । सापेक्षताको सिद्धान्त यो उपलब्धिसँग जोडिएको छ । त्यसकारण यो सिद्धान्तले विश्वमा सबैभन्दा बढी प्रभाव पारेको छ र सबभन्दा बढी प्रसिद्धी पनि प्राप्त गरेको छ । त्यसै गरी यसका प्रवर्तक अल्बर्ट आइन्स्टाइन पनि महान् वैज्ञानिक बनेका छन् ।

सामान्य रुपमा भन्दा सापेक्षता भनेको दुई वस्तुहरुबीचको सम्बन्ध (रिलेसन) हो । हाम्रो व्यवहारिक जीवनमा सापेक्षताका अनेकौँ उदाहरणहरु पाइन्छन् । जस्तो कि कुनै एउटा व्यक्तिको अन्य व्यक्तिहरुसँग अलग–अलग सम्बन्ध हुन सक्दछ । कसैसँग उसको बाबु–छोरा अथवा बाबु–छोरीको सम्बन्ध हुन सक्दछ, कसैसँग श्रीमान्–श्रीमतीको सम्बन्ध हुन सक्दछ भने कसैसँग दाजु–भाई अथवा दिदी–बहिनीको सम्बन्ध हुन सक्दछ । उसको सम्बन्ध के हो भन्ने कुरा अर्को व्यक्ति को हो भन्ने कुराले निर्धारण गर्दछ । हामी इलामलाई पूर्व मान्दछौँ, र पोखरालाई पश्चिम मान्दछौँ । तर स्वयं इलाम पूर्व, पश्चिम, उत्तर र दक्षिण केही पनि होइन । काठमाण्डौँबाट हेर्दा मात्र इलाम पूर्व हुन्छ । यदि सिक्किमबाट इलामलाई हेर्ने हो भने यो पश्चिम हुन्छ । पोखरा पनि स्वयंमा पश्चिम होइन । यदि दिपायलबाट पोखरालाई हेर्ने हो भने यो पूर्व हुन्छ । त्यसैगरी दुई मिटर लामो लठ्ठी एक मिटर लामो अर्को लठ्ठीको लागि लामो हुन्छ तर तीन मिटर लामो अर्को लठ्ठीको लागि चाहिँ छोटो हुन्छ । खोलाको तुलनामा नदी ठूलो हुन्छ तर सागरको तुलनामा त्यो सानो हुन्छ ।

तर यी कुराहरुसँग विज्ञान जगतको सापेक्षताको कुनै सम्बन्ध हुँदैन । विज्ञान जगतको सापेक्षताको आफ्नो निश्चित अर्थ छ र आफ्नो निश्चित क्षेत्र छ । त्यसकारण कहिले–काहीँ विज्ञान जगतको सापेक्षतालाई सबैतिर लागू गर्ने गल्ती गरिन्छ र भनिन्छ–संसारमा सबै कुरा सापेक्षिक छन् । संसारमा सबै कुरा सापेक्षिक छैनन्, सापेक्षिक हुने कुरा मात्र सापेक्षिक छन् । संसारमा निरपेक्ष कुराहरु पनि छन् । उदाहरणको लागि, २ जोड २ बराबर ४ हुन्छ भन्ने तथ्य निरपेक्ष हो । त्यसैगरी सूर्यको वरिपरि पृथ्वी घुम्छ भने कुरा पनि निरपेक्ष नै हो । नेपालको इतिहासमा पृथ्वीनारायण शाह नामका राजा थिए भन्ने तथ्य पनि निरपेक्ष हो ।

विज्ञान जगतको सापेक्षताको सम्बन्ध भौतिक गतिसँग छ र यसको क्षेत्र पनि भौतिक जगत मात्र हो । त्यसकारण सापेक्षताको सिद्धान्तलाई यसरी व्यक्त गर्न सकिन्छ– गति सापेक्षिक छ, निरपेक्ष छैन । यसको अर्थ के हो भने कुनै पनि वस्तु स्वयंमा गतिशिल अथवा स्थिर हुँदैन । अर्को वस्तुको तुलनामा (सापेक्षतामा) मात्र त्यो गतिशील अथवा स्थिर हुन्छ । उदाहरणको लागि, पृथ्वी सूर्यको लागि गतिशील छ तर सगरमाथाको लागि स्थिर छ । एउटा गाडीमा यात्रा गरिरहेको मानिसले त्यो गाडी चलिरहेको छ भन्ने कुरा थाहा पाउनको लागि बाहिरी वस्तुहरुलाई हेर्नुपर्दछ, किनभने स्वयं गाडी उसको लागि स्थिर हुन्छ । यसबाट के निष्कर्ष निस्किन्छ भने गति सापेक्षिक कुरा हो, निरपेक्ष होइन । गतिको यही सापेक्षिक प्रकृति र यसबाट उत्पन्न सम्पूर्ण भौतिक घटनाहरुलाई सूत्रबद्ध गर्ने वैज्ञानिक सिद्धान्त नै सापेक्षताको सिद्धान्त (थ्योरी अफ रिलेटिभिटी) हो ।

भौतिक गति दुई प्रकारका हुन्छन्– १)समरुप गति (युनिफर्म मोसन) र २) असमरुप गति (नन् युनिफर्म मोसन) । यी दुई गतिहरुको आधारमा सापेक्षताको सिद्धान्तका पनि दुई शाखाहरु छन् । तिनीहरु हुन्– १) विशेष सापेक्षताको सिद्धान्त (स्पेसल थ्योरी अफ रिलेटिभिटी) र २) सामान्य सापेक्षताको सिद्धान्त (जनरल थ्थोरी अफ रिलेटिभिटी) विशेष सापेक्षताको सिद्धान्त समरुप गतिसँग सम्बन्धित भौतिक घटनाहरुको सिद्धान्त हो र सामान्य सापेक्षताको सिद्धान्त असमरुप गतिसँग सम्बन्धित भौतिक घटनाहरुको सिद्धान्त हो ।

१. विशेष सापेक्षताको सिद्धान्त

सापेक्षताको सिद्धान्तको आगमनः

कुनै पनि नयाँ सिद्धान्तको आगमन तब हुन्छ, जब विद्यमान पुरानो सिद्धान्तमा संकट आउँदछ । न्यूटनको समयदेखि स्थापित शास्त्रीय यान्त्रिक विज्ञान (क्लासिकल मेकानिक्स) मा समस्या देखिएपछि सापेक्षताको सिद्धान्त आएको थियो ।
क्वान्टम सिद्धान्तमा जस्तै सापेक्षताको सिद्धान्तमा पनि प्रकाशको महत्वपूर्ण भूमिका हुन्छ । त्यसकारण यो सिद्धान्त बुझ्नको लागि प्रकाशको स्वरुपबारे जान्नु आवश्यक छ । सापेक्षताको सिद्धान्तको खोज अथवा आविष्कार पनि यही प्रकाशको स्वरुपको अध्ययन गर्ने क्रममा भएको थियो ।

विगतमा प्रकाशका दुई सिद्धान्तहरु आएका थिए– १) प्रकाशको कण–सिद्धान्त र २) प्रकाशको तरंग–सिद्धान्त । प्रकाशको कण–सिद्धान्तका प्रवर्तक आइज्याक न्यूटन थिए र प्रकाशको तरंग–सिद्धान्तका प्रवर्तक क्रिश्चियन हायगेन्स थिए । तर पछि कण–सिद्धान्तको भन्दा तरंग सिद्धान्तको पक्षमा प्रमाणहरु प्रबल देखिए । फ्रान्सेली वैज्ञानिक अगस्टिन फ्रेश्नेल र अंग्रेज वैज्ञानिक टमस योङ्गले प्रयोगद्वारा प्रकाश तरंग हो भन्ने कुरा सिद्ध गरिदिए । परिणामस्वरुप विज्ञान जगतमा प्रकाशको तरंग–सिद्धान्त स्थापित भयो ।

तब एउटा प्रश्न उत्पन्न भयो– यदि प्रकाश तरंग हो भने यसको प्रसार हुने माध्यम के हो ? किनभने तरंग प्रसार हुनको लागि माध्यमको आवश्यकता पर्दछ । त्यसको लागि एउटा विशिष्ट द्रव्य (सब्स्टेन्स) को कल्पना गरियो– ‘इथर’ । ‘इथर’ प्राचीन ग्रिक शब्द हो । प्राचिन ग्रीसमा यो संसार पाँच तत्वहरुबाट बनेको छ भन्ने धारणा प्रचलित थियो, जसमा पृथ्वी, जल, वायु र अग्निलाई पार्थिव (टेरेस्ट्रियल) र इथरलाई स्वर्गीय (सेलेस्टियल) मानिन्थ्यो । अथवा आकाशमा अवतरित भएर रहने सूर्य, ताराजस्ता प्रकाशवान वस्तुहरु इथरबाट बनेका हुन्छन् । प्रकाश यही इथरको माध्यमबाट प्रसार हुन्छ, जुन ब्रह्माण्डको हरेक स्थानमा व्याप्त छ । त्यसकारण धेरै टाढा रहेको सूर्यबाट पनि प्रकाश पृथ्वीमा आउन सक्दछ ।

तर इथर पत्ता लगाउने वैज्ञानिकहरुको भगीरथ प्रयत्न सफल हुन सकेन । यसको लागि गरिएका सबै परीक्षणहरु असफल भए । दुई अमेरिकी वैज्ञानिकहरु अब्राहम माइकेल्सन र एडवार्ड मोर्लेले सन् १८८६ मा गरेको परीक्षण एउटा यस्तै असफल परीक्षण थियो, जुन विज्ञानको इतिहासमा नकारात्मक परिणाम दिने परीक्षणको रुपमा प्रसिद्ध छ ।

अब वैज्ञानिकहरुको सामु अर्को प्रश्न उत्पन्न भयो– यदि इथरको अस्तित्व छैन भने, प्रकाशको प्रसारण कसरी हुन्छ त ? यो प्रश्नको उत्तर दुई प्रसिद्ध बेलायती वैज्ञानिकहरु माइकेल फेराडे र जेम्स क्लर्क म्याक्सवेलको युगान्तकारी खोजमा थियो । उनीहरुको खोजबाट प्रकाश विद्युत–चुम्बकीय तरंग हो, जसको प्रसारणको लागि कुनै माध्यमको आवश्यकता पर्दैन भन्ने तथ्य स्थापित हुन्थ्यो । तर त्यो खोज शास्त्रीय यान्त्रिकीको ढाँचामा कैद भएको थियो । फलस्वरुप त्यसले इथरको अस्तित्व नरहेको निष्कर्ष निकाल्न सकेन ।

प्रकाशको अर्को महत्वपूर्ण (प्रमुख) विशेषता यसको गति सीमित हुनु हो । प्रकाशको गति सीमित छ अथवा असीमित छ भन्ने विषमा पनि प्राचीन कालदेखि दुई धारणाहरु चल्दै आएका थिए । एउटा धारणा प्रकाशको गति असीमित छ भन्ने थियो र अर्को धारणा प्रकाश सीमित छ भन्ने थियो । तर प्रकाशको गति अत्यन्त उच्च अथवा तीब्र छ भने कुरामा चाहिँ कुनै विवाद थिएन । अहिले प्रकाशको गति सीमित तर अत्यन्त उच्च छ भन्ने तथ्य प्रयोगात्मक रुपमा स्थापित भएको छ, जसको मापन शून्य स्थानमा ३० हजार किलोमिटर प्रतिसेकेण्ड गरिएको छ ।

सापेक्षताको सिद्धान्त बुझ्नको लागि आवश्यक पर्ने अर्को महत्वपूर्ण विषय यान्त्रिक अथवा शास्त्रीय सापेक्षताको धारणा हो, जसलाई ग्यालिलीय सापेक्षता भनिन्छ । सापेक्षताको धारणा अल्बर्ट आइन्स्टाइनभन्दा पहिले नै आएको थियो, जसलाई आधुनिक कालका प्रसिद्ध वैज्ञानिक ग्यालिलियोले ल्याएका थिए । उनले त्यसको वर्णन आफ्नो प्रमुख कृति ‘डायलग अन टु साइन्सेज’ मा गरेका थिए । तर त्यो यान्त्रिक प्रकृतिको थियो । त्यसकारण त्यसको आधारमा प्रकाशको गतिको व्याख्या हुन सकेन । उन्नाइसौँ शताब्दीको उत्तरार्धमा यस्ता प्रकाशीय तथा विद्युतीय परिघटनाहरु अगाडि आएका थिए, जसले यान्त्रिक विज्ञानका नियमहरुको पालन गर्दैनथे ।

यही जटिल परिवेशमा एक २६ वर्षीय युवा वैज्ञानिक रंगमञ्चमा आए, जसको नाम विज्ञान जगतमा परिचित थिएन । उनी थिए अल्बर्ट आइन्स्टाइन (१८७९–१९५५) । आइन्स्टाइनले सन् १९०५ मा पाँच वटा शोधपत्रहरु जर्मनीको एउटा प्रसिद्ध विज्ञान पत्रिकामा छपाए । तिनीहरुमध्ये दुई वटा शोधपत्रहरु युगान्तकारी सिद्ध भए । उनले एउटा शोधपत्रमा सापेक्षताको सिद्धान्तको प्रतिपादन गरेका थिए भने अर्कोमा क्वान्टम सिद्धान्तकधो जग हालेका थिए । यिनै दुई शोधपत्रहरुमा व्यक्त विचारहरुले आइन्स्टाइनलाई एक्कासि विश्व प्रसिद्ध बनाइदिए । किनभने यी दुई सिद्धान्तहरु वर्तमान भौतिक विज्ञानका आधारस्तम्भहरु हुन् ।

अल्बर्ट आइन्स्टाइनले भौतिक विज्ञानमा आएका समस्याहरुलाई समाधान गर्नको लागि दुई वटा साहसिक कदमहरु चाले । तिनीहरु थिए– एउटा इथरको अस्तित्वलाई स्वीकार गर्ने र अर्को सापेक्षताको धारणालाई विस्तार गर्ने ।

इथर पत्ता लगाउने प्रयत्न असफल भएपछि वैज्ञानिकहरुको सामु दुई वटा विकल्पहरु देखिए, जसमध्ये एउटा विकल्प रोज्नुपर्ने भयो । उनीहरुले कि इथरको अस्तित्वलाई अस्वीकार गर्नुपर्दथ्यो कि त प्रकाशको गतिको सापेक्षतालाई परित्याग गर्नुपर्दथ्यो । आइन्स्टाइनले पहिलो विकल्प रोजे । उनले प्रकाशको प्रसारणको माध्यम मानिएको सर्वव्यापी इथरको अस्तित्वलाई अस्वीकार गरिदिए र प्रकाशलाई कुनै माध्यमको आवश्यकता नपर्ने तरंगको रुपमा स्थापित गरे, जुन माइकेल फराडे र जेम्स क्लर्क म्याक्सवेलको खोजअनुरुप थियो । त्यसै गरी उनले सापेक्षताको धारणालाई पनि विस्तार गरे ।

शास्त्रीय भौतिक विज्ञानमा, जसलाई न्यूटनीय भौतिकी भनिन्छ, स्थान र समयलाई निरपेक्ष मानिन्थ्यो र तिनीहरुको आधारमा गतिलाई सापेक्ष मानिन्थ्यो । अब इथरको अस्तित्व नभएपछि प्रकाशको गति पनि निरपेक्षजस्तो देखियो । किनभने प्रकाशको गति सबै स्थान र सबै दर्शकको लागि समान, ३ लाख किलोमिटर प्रतिसेकेन्ड छ । पहिले इथरको सापेक्षतामा यो गतिलाई मानिएको थियो । तर अब के को प्रसारणको माध्यम मानिएको सर्वव्यापी इथरको अस्तित्वलाई अस्वीकार गरिदिए र प्रकाशलाई कुनै माध्यमको आवश्यकता नपर्ने तरंगको रुपमा स्थापित गरे, जुन माइकेल फराडे र जेम्स क्लर्क म्याक्सवेलको खोजअनुरुप थियो ।

त्यसैगरी उनले सापेक्षताको धारणालाई पनि विस्तार गरे । शास्त्रीय भौतिक विज्ञानमा, जसलाई न्यूटनीय भौतिकी भनिन्छ, स्थान र समयलाई निरपेक्ष मानिन्थ्यो र तिनीहरुको आधारमा गतिलाई सापेक्ष मानिन्थ्यो । अब इथरको अस्तित्व नभएपछि प्रकाशको गति पनि निरपेक्षजस्तो देखियो । किनभने प्रकाशको गति सबै स्थान र सबै दर्शकको लागि समान, ३ लाख किलोमिटर प्रतिसेकेन्ड छ । पहिले इथरको सापेक्षतामा यो गतिलाई मानिएको थियो । तर अब के को सापेक्षतामा ? यो समस्यालाई समाधान गर्नको लागि आइन्स्टाइनले सापेक्षताको धारणालाई स्थान र समय तथा प्रकाशको गतिमा समेत विस्तार गरे । उनले जडत्व तन्त्र (इन्टेरियल फ्रेम) अथवा दर्शक (अब्जर्भ) को सापेक्षतामा प्रकाशको गति ३ लाख किलोमिटर प्रतिसेकेन्ड माने । अब निरपेक्षजस्तो देखिएको प्रकाशको गति सापेक्षिक बन्यो ।

आइन्स्टाइनले शास्त्रीय यान्त्रिकीमा निरपेक्ष मानिएका स्थान र समयलाई सापेक्षिक बनाएर ‘स्थान–समय सातत्य’ (स्पेस टाइम कन्टिनम) को धारणा अगाडि सारे । फलस्वरुप अब भौतिक घटनालाई तीन आयामको सट्टा चार आयाममा हेर्नुपर्ने भयो, जसमा स्थानका तीन आयामहरु लम्बाइ, चौडाइ र उचाइ हुन्छन् र समयको एक आयाम हुन्छ । यिनीहरुलाई गणितीय निर्देशांक पद्धति (कोअर्डिनेट सिस्टम) मा एक्स, वाई र जेडद्वारा जनाइन्छ, जसमा एक्स, वाई र जेड स्थानका आयामहरु हुन् र टी समयको आयाम हो । यसरी आइन्स्टाइनको कार्यद्वारा सापेक्षताको सिद्धान्त अझ व्यापक बनेर पुनः स्थापित भयो ।

आइन्स्टाइनद्वारा प्रवर्तित सापेक्षताको सिद्धान्त अति उच्च गतिमा काम गर्ने सिद्धान्त हो, जसमा प्रकाशको गति सामेल हुन्छ । कम गतिमा ग्यालिलीय सापेक्षता नै मान्य हुन्छ, जहाँ प्रकाशको गति सामेल हुँदैन । (क्रमशः)