ગુરુત્વાકર્ષણ

‘ગુરુત્વાકર્ષણ’ શું છે, એની સાથે આપણો સમ્બન્ધ શું છે વગેરે વીશે ખરેખર કેટલા લોકો જાણતા હશે? ‘કુદરતને સમજીએ’ પુસ્તકના લેખક શ્રી. મુરજી ગડા એ વીશે શું જાણકારી આપે છે તે જાણીએ…

પ્રકરણ : 04

ગુરુત્વાકર્ષણ

                                                                   – મુરજી ગડા

(‘કુદરતને સમજીએ’ પુસ્તીકના તૃતીય લેખ https://govindmaru.com/2020/04/10/murji-gada-50/ ­­­­­­­ના અનુસન્ધાનમાં..)

વીજ્ઞાનના હીમાયતીઓ અને વીજ્ઞાનથી અજાણ્યા એવા એના વીરોધીઓ વચ્ચે જ્યારે પણ ચર્ચા થાય છે, ત્યારે બે વૈજ્ઞાનીકોના નામ અવશ્ય લેવાય છે. એ છે ન્યુટન અને આઈન્સ્ટાઈન. ન્યુટનના નામ સાથે ગુરત્વાકર્ષણ પણ અવશ્ય જોડાય છે. જો કે ગુરુત્વાકર્ષણ સાચે જ શું છે, એની સાથે આપણો સમ્બન્ધ શું છે વગેરે વીશે ખરેખર કેટલા લોકો જાણતા હશે તે કહી ન શકાય. ન્યુટને ‘ગુરુત્વાકર્ષણ’ ઉપરાંત વીજ્ઞાનના અન્ય વીષયોમાં પણ ઘણું યોગદાન આપ્યું છે; પરન્તુ અત્યારે આપણે માત્ર ‘ગુરુત્વાકર્ષણ’ની વાત કરવી છે.

ગુરુત્વાકર્ષણ હવામાં છે, પાણીમાં છે, સજીવ અને નીર્જીવ બધામાં છે. એ પૃથ્વીમાં છે, સુર્ય, ચન્દ્ર અને તારાઓમાં પણ છે. એ અણુ અને પરમાણુમાં છે તેમ જ બ્રહ્માંડના શુન્યાવકાશમાં પણ મોજુદ છે. એ સર્વત્ર, સર્વવ્યાપી, રુપરંગ રહીત, નીરાકાર છે. એ બ્રહ્માંડની શરુઆતથી છે અને અન્ત સુધી રહેવાનું છે. એ બધા સાથે સમાનતાથી વર્તે છે, એના પ્રતાપથી કોઈ બચી શકતું નથી. એની વીરુદ્ધ જવું ઘણું અઘરું છે. એ દેખાતું નથી છતાં હરપળે એ અનુભવાય છે. એના વગર કોઈનું પણ અસ્તીત્વ શક્ય નથી.

ગુરુત્વાકર્ષણ પદાર્થનો એક ગુણધર્મ છે. જેવી રીતે દરેક પદાર્થને કદ આકાર અને વજન હોય છે, એવી જ રીતે, દરેક પદાર્થની આસપાસ એક ‘બળ–ક્ષેત્ર’ (Force Field) રચાય છે, જે એની આસપાસના પદાર્થોને આકર્ષે છે. વાસ્તવમાં, દરેક પદાર્થનું પૃથ્વી પરનું વજન પૃથ્વીના ગુરુત્વાકર્ષણને આભારી છે. અન્ય કોઈ ગ્રહ કે ઉપગ્રહ પર એ પદાર્થનું વજન અલગ થશે. પૃથ્વી ફરતે પ્રદક્ષીણા કરતા અવકાશયાનોમાં વજનરહીતપણું અનુભવી શકાય છે; કારણ કે આગલા પ્રકરણમાં કહ્યું છે તેમ ત્યાં પૃથ્વીનું ગુરુત્વાકર્ષણ બળ અને અવકાશ યાનની ગતીને લીધે સર્જતું બળ એકબીજાને રદ કરે છે.

આજ સુધી આપણે કુદરતનાં ચાર મુળભુત બળો જાણી શક્યા છીએ, એમાંથી એક ગુરુત્વાકર્ષણ છે. બીજા ત્રણ બળ છે : વીજ–ચુમ્બકીય બળ (Electro-magnetic Force) અને પરમાણુ સ્તરે કામ કરતાં સ્ટ્રોંગ ફોર્સ (Strong Force) અને વીક ફોર્સ (Weak Force). ગુરત્વાકર્ષણની વીશીષ્ટતા એ છે કે આ બળ બ્રહ્માંડમાં સર્વત્ર છે. શુન્યાવકાશમાં પણ એની હાજરી છે. આપણે સતત એની અસર નીચે હોવાથી આપણા માટે તે સૌથી અગત્યનું બને છે.

બધા પદાર્થ એકબીજાને આકર્ષતા હોવા છતાં આપણી ચારેકોર આવી અથડામણો દેખાતી નથી; કારણ કે દરેક પદાર્થનું ગુરુત્વબળ એમાં રહેલા દ્રવ્ય પર આધાર રાખે છે. પૃથ્વીની સપાટી પરના પદાર્થોનું ગુરુત્વબળ પૃથ્વીના ગુરુત્વબળની સખામણીએ નગણ્ય છે, એટલે એકબીજાથી આકર્ષાવાને બદલે પૃથ્વીથી આકર્ષાઈને સપાટી પર ત્યાં સુધી પડ્યા રહે છે, જ્યાં સુધી બીજું બળ એમને ખસેડે નહીં. જો કે અવકાશમાં આવી અથડામણો અવારનવાર થતી રહે છે.

પૃથ્વીની સપાટી પર હોવાથી આપણે સતત એનું ગુરુત્વબળ અનુભવીએ છીએ. સમતળ સપાટી પર ચાલવા કરતાં દાદર ચડવો કે ડુંગર ચઢવો અઘરો લાગે છે, તેનું કારણ આ ગુરુત્વબળ છે. એ ઉપરાંત, સુર્ય અને ચન્દ્રના ગુરુત્વબળની અસર આપણે દરીયામાં આવતી ભરતી/ઓટમાં જોઈ શકીએ છીએ. અન્ય બધા અવકાશી પદાર્થોનું ગુરુત્વાકર્ષણ આપણા માટે ગણનાપાત્ર નથી; કારણ કે તે આપણાથી ઘણા દુર છે.

અવકાશી પીંડોની એકબીજા પર થતી અસર ગુરુત્વાકર્ષણના ચોક્કસ નીયમ પ્રમાણે થાય છે. ગુરુત્વબળ પદાર્થના દળના પ્રમાણમાં હોય છે અને એની અસર અન્તરના વર્ગના દરે ઘટતી જાય છે. પૃથ્વી કરતાં સુર્ય અનેકગણો મોટો હોવાથી એનું ગુરુત્વબળ પણ ઘણું વધારે છે. એટલે જ તો એ ગ્રહોને પોતાની ફરતે ‘ઝાલી’ રાખે છે. આપણે સુર્યનું ગુરુત્વબળ અનુભવી શકતા નથી; કારણ કે આપણા સ્થાન પર સુર્ય કરતાં પૃથ્વીનું ગુરુત્વબળ વધુ છે.

અવકાશયાન પૃથ્વીથી દુર જાય તેમ પૃથ્વીના ગુરુત્વબળનો પ્રભાવ ઓછો થવા લાગે છે. અવકાશમાં એક એવી જગ્યા આવે, જ્યાં પૃથ્વી અને સુર્યનું ગુરુત્વબળ સરખું હોય. આ જગ્યા એક બીંદુમાત્ર નથી પણ પૃથ્વી ફરતે તેમ જ દરેક અવકાશી પદાર્થ ફરતે ગોળાકાર આવરણ છે. ત્યાર પછી અવકાશયાન સુર્યના ગુરુત્વબળની અસર હેઠળ આવે છે. જો એ ચન્દ્ર તરફ જતું હોય તો ચન્દ્રના ગુરુત્વક્ષેત્રમાં પ્રવેશી જાય. અવકાશયાનમાં એન્જીન અને બીજા યાન્ત્રીક સાધનો હોય છે, જે જરુરી બળ અને દીશાસંચાલન પુરા પાડે છે. એટલે જ, માનવસર્જીત અવકાશયાન બધાંનાં ગુરત્વબળોને વટાવીને પોતાના લક્ષ્ય તરફ જઈ શકે છે.

અવકાશયાનની સરખામણીએ ધુમકેતુ માત્ર પોતાની ગતી અને સુર્યના ગુરુત્વબળની અસર હેઠળ જ અબજ કરતાં પણ વધારે વર્ષોથી અવકાશમાં ફર્યે રાખે છે. એમના ભ્રમણ દરમીયાન ક્યારેક તે કોઈ ગ્રહ કે ઉપગ્રહના ગુરત્વક્ષેત્રમાં પ્રવેશી જાય, તો મોટા ભાગે તો એ ખેંચાઈને ગ્રહ/ઉપગ્રહ સાથે ટકરાય છે. ચન્દ્રની સપાટી પર દેખાતા સેંકડો ખાડા આવી ટકરામણની નીશાનીઓ છે. જુજ કીસ્સાઓમાં તે ગ્રહની પ્રદક્ષીણા કરવા પણ કરવા લાગી જતો હોય છે. આનો આધાર એની ગતી અને ગુરુત્વક્ષેત્રમાં પ્રવેશ વખતની દીશા પર હોય છે.

પૃથ્વીના કે અન્ય કોઈ ગ્રહ/તારાના ગુરત્વક્ષેત્રની બહાર નીકળવાની એક માત્ર રીત છે. જરુરી ગતીથી ‘ભાગી’ છુટવાની! આ જરુરી ગતીને ઍસ્કેપ વેલોસીટી (Escape Velocity – EV) કહે છે, જે દરેક તારા કે ગ્રહ માટે અલગ અલગ હોય છે. પૃથ્વીની સપાટી પર આ EV કલાકના 40,000 કીલોમીટરની છે અને ચન્દ્રની સપાટી પર કલાકના 8640 કીલોમીટરની છે, જ્યારે સુર્યની સપાટી પર કલાકના 22,23,000 કીલોમીટરની છે. એનો સીધો સમ્બન્ધ જે તે અવકાશી ગોળાના ગુરુત્વબળ અને એના કદ સાથે છે.

આ આંકડાઓનું મહત્ત્વ સમજવા થોડી સરખામણીઓ જોઈએ. પૃથ્વી પર સુકી હવામાં અવાજની ગતી કલાકના 1236 કીલોમીટર હોય છે. જેને 1 મેક (Mach) કહે છે. પેસેન્જર વીમાનની ઝડપ કલાકે 1000 કીલોમીટર હોય છે, જ્યારે યુદ્ધવીમાનની ઝડપ કલાકે 2000-3000 કીલોમીટરની હોય છે. રાઈફલમાંથી છુટતી ગોળીની ઝડપ કલાકના 6000 કીલોમીટર હોય છે. આપણે જાણીએ છીએ કે બન્દુકની ગોળી પાછી પૃથ્વી પર જ પડે છે. કોઈ વીમાન અવકાશમાં જઈ નથી શકતાં, માત્ર રોકેટ જ જઈ શકે છે; કારણ કે માત્ર રોકેટની ગતી કલાકના 40,000 કીલોમીટર કરતાં વધારે હોય છે.

એમ કહી શકાય કે ગુરુત્વબળ દરેક અવકાશી પીંડની ‘સામ્રાજ્ય રેખા’ નક્કી કરે છે. સુર્યમંડળની વાત કરે તો સુર્યનું સામ્રાજ્ય બે પ્રકાશવર્ષની ત્રીજ્યા ધરાવતા ગોળાથી પણ વધારે વીસ્તારમાં ફેલાયેલું છે (1 પ્રકાશવર્ષ = 9500 અબજ કીલોમીટર) આ કાલ્પનીક અવકાશી ગોળાની અન્દર દરેક ગ્રહ અને ઉપગ્રહનું પોતાનું ‘ગુરુત્વ’ સામ્રાજ્ય હોય છે. એમની હદની અન્દરનું ગુરુત્વબળ સુર્યના તે સ્થાનના ગુરુત્વબળ કરતાં વધુ હોય છે. ગ્રહોના સામ્રાજ્યનો આકાર દડા જેવો ગોળ નહીં પણ ડુંગળી જેવો ગોળ હોય છે; કારણ કે સુર્ય તરફની બાજુ સુર્યનું ગુરુત્વબળ વધુ હોય જ્યારે સુર્યથી દુરની બાજુ ગ્રહોનું ગુરુત્વબળ વધુ અન્તર સુધી અસરકારક રહે છે.

ચન્દ્ર પૃથ્વી ફરતે પ્રદક્ષીણા કરે છે, એનો અર્થ એ થયો કે પૃથ્વીનું ગુરુત્વબળ ચન્દ્ર કરતાં પણ વધુ દુર સુધી વીસ્તરેલું છે એને ચન્દ્ર પર સુર્યના ગુરુત્વબળ કરતાં પૃથ્વીના ગુરુત્વબળની અસર વધારે છે. જો ચન્દ્ર પૃથ્વીથી વધારે દુર જવા લાગે, તો એક ચોક્કસ સીમાની બહાર એ પૃથ્વીનો ઉપગ્રહ મટીને ગ્રહ બની જાય અને સુર્યની પ્રદક્ષીણા કરવા લાગે. એક સમયે નવમાં ગ્રહનું સ્થાન ધરાવતો પ્લુટો, દુરના ભુતકાળમાં નેપ્ચ્યુનનો ઉપગ્રહ હોવાનું કેટલાક ખગોળશાસ્ત્રીઓનું માનવું છે.

બધા જ તારાઓની જેમ આપણો સુર્ય પણ પ્રકાશ/ગરમી અને સૌર પવનો(Solar Winds)રુપે સતત પોતાનું દળ ગુમાવી રહ્યો છે. એ સાથે એનું ગુરુત્વબળ સતત ઓછું થતું જાય છે. પરીણામે, બધા ગ્રહોની ગતી અને સુર્યથી એમનું અન્તર પણ જરુર પ્રમાણે આપોઆપ બદલાય છે. આવું ન થાય તો ગ્રહ સુર્યમંડળમાંથી ફંટાઈને અવકાશમાં જતો રહે. જો કે, આ ફેરફારો એટલા સુક્ષ્મ છે કે બે–ચાર સદીઓમાં એમાં ગણનાપાત્ર ફરક પડતો નથી; છતાં દસ–વીસ હજાર વર્ષ પહેલાં પૃથ્વીની પ્રદક્ષીણાની ઝડપ થોડી વધુ હશે અને સૌર વર્ષ 365 દીવસ 6 કલાક કરતાં થોડી મીનીટો કે થોડા કલાક જેટલું ટુંકું હશે. ગુરુત્વાકર્ષણ વીશે ઘણું વધારે લખી શકાય; પણ અત્યારે આટલું પુરતું છે.

–મુરજી ગડા

લેખક અને પ્રકાશક શ્રી. મુરજી ગડાનું  પુસ્તક ‘કુદરતને સમજીએ’ પ્રથમ આવૃત્તી : ફેબ્રુઆરી, 2016; પાનાં : 94, મુલ્ય : ની:શુલ્ક)માંનો આ ચતુર્થ લેખ, પુસ્તકનાં પાન 16થી 19 ઉપરથી, લેખક અને પ્રકાશકશ્રીના સૌજન્યથી સાભાર..

લેખક–વ–પ્રકાશક–સમ્પર્ક : શ્રી. મુરજી ગડા, 1, શ્યામ વાટીકા સોસાયટી, વાસણા રોડ, વડોદરા –  390 007 સેલફોન : 972 679 9009 ઈ.મેલ : mggada@gmail.com

નવી દૃષ્ટી, નવા વીચાર, નવું ચીન્તન ગમે છે ? તેના પરીચયમાં રહેવા નીયમીત મારો રૅશનલ બ્લોગ https://govindmaru.com/ વાંચતા રહો. દર શુક્રવારે સવારે 7.00 અને દર સોમવારે સાંજે 7.00 વાગ્યે, આમ, સપ્તાહમાં બે પોસ્ટ મુકાય છે. તમારી મહેનત ને સમય નકામાં નહીં જાય તેની સતત કાળજી રાખીશ..

અક્ષરાંકન : ગોવીન્દ મારુ ઈ.મેલ : govindmaru@gmail.com