सापेक्ष वेग और प्रकाश की गति: विस्तृत स्पष्टीकरण

लेख सापेक्षता अवधारणा के विशेष सिद्धांत के बारे में चर्चा करता है जिसमें सापेक्ष वेग और प्रकाश की गति शामिल है। 

सापेक्ष वेग और प्रकाश की गति एक दूसरे के साथ परस्पर क्रिया करने वाले कई पिंडों की गति का प्रतिनिधित्व करती है। एक गतिमान पिंड के दूसरे के संबंध में वेग की गणना उनके सापेक्ष वेग के रूप में की जाती है। इसके विपरीत, दोनों सापेक्ष वेगों की अधिकतम सीमा 'प्रकाश की गति' है। 

किसी भी वस्तु का वेग फ्रेम पर निर्भर होता है. इसका मतलब है कि किसी वस्तु के वेग का अनुमान किसी अन्य अंतःक्रियात्मक वस्तु के फ्रेम के संबंध में लगाया जाना चाहिए, भले ही कोई वस्तु आराम या गतिमान हो। 

यदि दोनों वस्तुएँ A और B एक ही दिशा में गतिमान हैं, तो उनका सापेक्ष वेग VAB दोनों वेगों (VA + VB) का योग है। 

यदि दोनों वस्तुएँ A और B विपरीत दिशा में गतिमान हैं, तो उनका सापेक्ष वेग VAB उनके वेगों (VA - VB) के बीच का अंतर है। 

सापेक्ष वेग को किसी अन्य वस्तु या पर्यवेक्षक के संदर्भ के फ्रेम द्वारा चित्रित किया जाता है, जिसे स्थानिक निर्देशांक (x, y, z, t) द्वारा दर्शाया जाता है। 

लेकिन डेनिश खगोलशास्त्री ओले रोमर द्वारा खोजी गई प्रत्येक वस्तु के वेग का सबसे बड़ा मूल्य होना चाहिए। उन्होंने . की गति पर प्रयोग किया विद्युत चुम्बकीय ईएम तरंगें पृथ्वी पर यात्रा करना। उन्होंने गणना की कि प्रकाश तरंगों को हमारी पृथ्वी की कक्षा के व्यास को पार करने के लिए 17 मिनट की आवश्यकता होती है। कक्षा के व्यास को समय के अंतर से विभाजित करने पर प्रकाश की गति (c) की गणना 186,000 मील प्रति सेकंड के रूप में की जाती है। 

जेम्स मैक्सवेल ने प्रस्तावित किया कि प्रकाश, विद्युत चुम्बकीय तरंगों में से एक, 1,86,000 मील प्रति सेकंड या 3.8 x 10 . की गति से यात्रा करता है⁸ एमएस। आइंस्टीन ने सापेक्षता के विशेष सिद्धांत को इस परिकल्पना के द्वारा विकसित किया कि प्रकाश मूल्य की गति स्थिर है और इसके स्रोत की गति से स्वतंत्र है।

आइंस्टीन के सापेक्षता सिद्धांत के अनुसार, अंतरिक्ष के माध्यम से सूचना को ले जाने वाले प्रत्येक पदार्थ, ऊर्जा या संकेत की गति सीमा होती है। इसका अर्थ है कि दो परस्पर क्रिया करने वाले पिंडों के बीच सापेक्ष वेग की गति सीमा प्रकाश की गति के बराबर होती है। 

क्या सापेक्ष वेग प्रकाश की गति से अधिक हो सकता है?

RSI सापेक्ष वेग किसी भी वस्तु का प्रकाश मान की गति से अधिक नहीं हो सकता है। 

सभी EM विकिरण में द्रव्यमान रहित कण होते हैं। इसलिए, वे प्रकाश की गति प्राप्त करने के लिए कम ऊर्जा की मांग करते हैं। तुलनात्मक रूप से, गैर-शून्य द्रव्यमान वाले कण अत्यधिक बड़ी ऊर्जा की मांग करते हैं। इसलिए, संदर्भ के फ्रेम के बावजूद, EM तरंग प्रकाश की गति से यात्रा करती है; लेकिन इसे पार नहीं कर सकता।

इससे पहले, भौतिकविदों ने माना था कि किसी वस्तु की गति की कोई सीमा नहीं होती है। लेकिन आइंस्टीन ने निर्वात में प्रकाश की गति (सी) मान को पृथ्वी पर सभी वस्तुओं की गति सीमा के रूप में उजागर किया। कि इसका मतलब है कि कोई भी वस्तु 3 x 108 m/s के मान से तेज गति से यात्रा नहीं कर सकती है। RSI सापेक्ष वेग गैर-शून्य द्रव्यमान वाली विशेष वस्तु की गणना दूसरी वस्तु के संदर्भ के फ्रेम में की जाती है। लेकिन कोई भी पर्यवेक्षक किसी पर्यवेक्षक को संदर्भ के किसी अन्य फ्रेम में नहीं देखेगा जो c मान के करीब या उससे अधिक हो। 

मान लीजिए एक आदमी ट्रेन में यात्रा करता है और दूसरा आदमी ट्रेन के बाहर खड़ा है। ट्रेन के अंदर के आदमी ने 30 किमी/घंटा की गति से गुजरते हुए बाहर के व्यक्ति को पकड़ लिया, जबकि बाहर के व्यक्ति ने ट्रेन के अंदर उस व्यक्ति की झलक देखी, जो 250 किमी/घंटा की गति से गुजर रहा था। ' के बारे में सवालट्रेन का वास्तविक वेग क्या है' के पास एक भी उत्तर नहीं है।

ट्रेन के बाहर खड़े व्यक्ति के सापेक्ष ट्रेन का वेग 30 + 250 = 280 किमी/घंटा के रूप में वेग जोड़कर निर्धारित किया जाता है। इसकी तुलना में, ट्रेन के अंदर आदमी के सापेक्ष ट्रेन का वेग 30 किमी/घंटा है। साथ ही, आकाशगंगा के सापेक्ष उसी ट्रेन का वेग 2,20,000 m/s है। 

आइए ईएम तरंगों को ऐसे उदाहरण में पेश करें जैसे रात में यात्रा करने वाली ट्रेन, और ट्रेन के बाहर का आदमी ट्रेन के अंदर आदमी पर टॉर्च द्वारा प्रकाश की एक फ्लैश को रोशन करता है। हम समझते हैं कि बाहर के आदमी के सापेक्ष ट्रेन की गति 280 किमी/घंटा है। वहीं, प्रकाश का वेग 3 x 10 . है⁸ एमएस। तो, ट्रेन के सापेक्ष प्रकाश का वेग 3 x 10 . है⁸ सुश्री। 

अगर हम ट्रेन के अंदर आदमी के सापेक्ष प्रकाश की गति की गणना करना चाहते हैं, तो हम कहेंगे 280 + 3 x 10⁸ = 3,00,000,280 मी/से. लेकिन यह मान्य नहीं है। ट्रेन के अंदर आदमी के सापेक्ष प्रकाश की गति अभी भी 3 x 10 . है⁸ आइंस्टीन के सापेक्षता के सिद्धांत के अनुसार। क्योंकि सभी गति सापेक्ष हैं, प्रकाश की गति एक निरपेक्ष या सार्वभौमिक स्थिर मान है जो उस माध्यम और संदर्भ के फ्रेम से स्वतंत्र है जो उसने यात्रा की थी.

इसलिए, प्रकाश स्रोत के सापेक्ष प्रेक्षक चाहे कितनी भी तेजी से आगे बढ़ रहा हो, प्रकाश की गति समान होती है जब कोई पर्यवेक्षक इसे देखता है। हम समझ गए थे कि सापेक्ष वेग वेगों को जोड़कर प्राप्त किया जाता है, लेकिन यह c मान से अधिक नहीं हो सकता। 

सापेक्ष वेग प्रकाश की गति से अधिक क्यों नहीं हो सकते?

RSI सापेक्ष वेग बड़ी ऊर्जा आवश्यकता के कारण प्रकाश की गति से अधिक नहीं हो सकता। 

परस्पर क्रिया करने वाली वस्तुओं को उच्च गति से गति करने के लिए बड़े द्रव्यमानों को रखना चाहिए। वस्तु जितनी बड़ी होती है, उतनी ही तेजी से चलती है। हालांकि, वस्तुएं अपने सापेक्ष वेग को प्रकाश की गति से अधिक करने के लिए अनंत मात्रा में ऊर्जा की मांग करती हैं, जो कि गैर-शून्य द्रव्यमान वस्तुओं के लिए व्यावहारिक रूप से नहीं होती है। 

आइंस्टीन ने विकसित किया बड़े पैमाने पर ऊर्जा तुल्यता जो गैर-शून्य द्रव्यमान वाली वस्तु को स्थानांतरित करने के लिए आवश्यक ऊर्जा की मात्रा की भविष्यवाणी करता है। ई = एमसी². सूत्र हमें बताता है कि ऊर्जा और द्रव्यमान मात्राएं परस्पर परिवर्तनीय हैं. इसका मतलब है कि द्रव्यमान को ऊर्जा में बदला जा सकता है और इसके विपरीत। द्रव्यमान-ऊर्जा तुल्यता ऊर्जा और द्रव्यमान के बीच विनिमय दर को परिभाषित करती है। 

EM तरंगें ऊर्जा की एक बड़ी मात्रा के रूप में निर्वहन करती हैं ऊर्जा रूपांतरण प्रक्रिया. प्रकाश तरंगों में केवल ऐसे प्रोटॉन होते हैं जिनका द्रव्यमान शून्य होता है। द्रव्यमान-ऊर्जा तुल्यता सूत्र में, प्रकाश तरंगों के छोटे द्रव्यमान को उच्चतम संभव गति से यात्रा करने के लिए उच्चतम संभव ऊर्जा में परिवर्तित किया जाता है। 

सापेक्ष वेग केवल प्रकाश की गति से अधिक हो सकते हैं यदि;

• उनके बीच की दूरी शून्य है।
• यात्रा के लिए आवश्यक समय अनंत है।
• दोनों पर कोई संपर्क या गैर-संपर्क प्रकार का बल कार्य नहीं कर रहा है, इसलिए उनका त्वरण शून्य है।
• और उनके द्रव्यमान अनंत हैं। 

तो अनंत द्रव्यमान वाली वस्तु वास्तविक जीवन में व्यावहारिक नहीं है। इसलिए नहीं वस्तुओं या उनके सापेक्ष वेग प्रकाश की गति के मान से अधिक नहीं हो सकता। 

क्या कोई प्रकाश की गति से भी तेज गति से जा सकता है?

शून्य द्रव्यमान वाली वस्तु तेजी से जा सकती है और यहां तक ​​कि प्रकाश की गति के मूल्य तक भी पहुंच सकती है लेकिन इससे अधिक कभी नहीं हो सकती है।

RSI लार्ज हैड्रॉन कोलाइडर (LHC) कण त्वरक है जिसने प्रोटॉन के दूसरे समूह के सापेक्ष प्रकाश की 99.99% गति प्राप्त की है। लेकिन c मान से तेज़ी से जाने के लिए, आवश्यक ऊर्जा पूरे शहर द्वारा खपत की गई ऊर्जा से अधिक है।  

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मनीष नायको

नमस्ते, मैं मनीष नाइक ने विशेषज्ञता के रूप में सॉलिड-स्टेट इलेक्ट्रॉनिक्स के साथ एमएससी भौतिकी पूरा किया है। मेरे पास भौतिकी विषय पर आलेख लेखन का तीन वर्ष का अनुभव है। लेखन, जिसका उद्देश्य शुरुआती और विशेषज्ञों से लेकर सभी पाठकों को सटीक जानकारी प्रदान करना था।
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