ઈથર (ભૌતિકશાસ્ત્ર)

January, 2002

ઈથર (ભૌતિકશાસ્ત્ર) : ઓગણીસમી સદીમાં વિદ્યુતચુંબકીય તરંગો(ર્દશ્ય પ્રકાશ, અલ્ટ્રાવાયોલેટ, ઍક્સ વગેરે કિરણો)નાં પ્રસરણ (propagation) માટે પરિકલ્પિત સમગ્ર પૃથ્વી ઉપર – અવકાશ તેમજ દ્રવ્યમાં – પ્રસરેલું સર્વવ્યાપી માધ્યમ. ધ્વનિતરંગોનું પ્રસરણ હવા જેવા સ્થિતિસ્થાપક માધ્યમ દ્વારા થાય છે તો તરંગગતિનું પ્રસરણ અવકાશમાં એટલે કે કોઈ માધ્યમ વગર થાય તે હકીકત સમજી શકાય તેવી નથી, એવું ઓગણીસમી સદીમાં જેમ્સ ક્લાર્ક મૅક્સવેલ અને તેના સમકાલીન વિજ્ઞાનીઓને લાગ્યું. આ તર્કને આધારે, સમગ્ર બ્રહ્માંડમાં વ્યાપ્ત એવા ઈથર નામના કાલ્પનિક માધ્યમનું તેમણે પ્રતિપાદન કર્યું. સર ઑલિવર લૉજે ઈથરના ગુણધર્મો આ પ્રમાણે દર્શાવ્યા છે : ઈથર વિશ્વવ્યાપી, ભારવિહીન (weightless), પારદર્શક, શીત, અપરિક્ષેપી (non-dispersive), સ્નિગ્ધતારહિત (void of viscosity), ભૌતિક કે રાસાયણિક રીતે પ્રતીત (detect) ન થઈ શકે તેવું અને વસ્તુત: બધા જ પદાર્થ અને અવકાશના દરેક ભાગમાં પ્રસરેલું હોય છે. તે વિદ્યુતચુંબકીય વિકિરણ [જેમ કે, રેડિયોતરંગ, માઇક્રોતરંગ, ઇન્ફ્રારેડ, ર્દશ્ય-પ્રકાશ, અલ્ટ્રાવાયોલેટ, ઍક્સ-કિરણો, ગૅમાકિરણો અને કૉસ્મિક કિરણો]નું અનન્ય વાહન (sole vehicle) છે. પદાર્થના બંધારણ અને પ્રકાશના સ્વરૂપ વિશે જેમ જેમ જાણકારી વધતી ગઈ, તેમ ઈથરનું અસ્તિત્વ પડકારાતું ગયું.

પ્રકાશવાહી (luminiferous) ઈથરના માધ્યમમાં પૃથ્વી ગતિ કરતી હોય ત્યારે પૃથ્વીની ગતિની દિશામાં, પ્રકાશની ઝડપનું મૂલ્ય, પ્રકાશ તેમજ પૃથ્વીના વેગના સરવાળા જેટલું થવાની અપેક્ષા રહે. જ્યારે પૃથ્વીની ગતિને લંબ દિશામાં, પ્રકાશના વેગ જેટલી હોવાની અપેક્ષા રાખી શકાય. જર્મનીમાં જન્મેલા અને અમેરિકામાં સ્થાયી થયેલા વિજ્ઞાની આલ્બર્ટ અબ્રાહમ માઇકલસને પોતે બનાવેલા ઇન્ટરફેરોમીટર નામના પ્રકાશ-સંવેદી ઉપકરણની મદદથી, 1881માં શોધી કાઢ્યું કે ઉપર જણાવેલ પરસ્પર લંબ દિશામાં માપવામાં આવેલા આ બંને પ્રકારના પ્રકાશના વેગના મૂલ્યમાં કોઈ તફાવત મળતો નથી. એટલે પ્રકાશના વેગનું મૂલ્ય અચલ રહે છે. આ ઉપરથી એવું પ્રતિપાદિત થયું કે પૃથ્વીને ઈથરની સાપેક્ષ કોઈ ગતિ નથી. આમ ઈથરના અસ્તિત્વની કલ્પના ખોટી ઠરી.

ઇન્ટરફેરોમીટર ઉપકરણમાં એવી રચના હોય છે જેથી પ્રકાશના એક કિરણનું બે ભાગમાં વિભાજન કરી, આ બંને ભાગોને પરસ્પર લંબદિશામાં પ્રસારિત કરી, ફરી પાછું તેમનું એકીકરણ કરવામાં આવે છે. જો વિભાજનની આ વચગાળાની પ્રક્રિયામાં ઉત્પન્ન થતાં બંને કિરણોમાં કલા(phase)નો તફાવત પેદા થાય તો પ્રકાશનું વ્યતીકરણ- થઈ, એકાંતરે (alternate) પ્રકાશિત અને અપ્રકાશિત વ્યતીકરણ શલાકાઓ (interference fringes) મળે. વ્યતીકરણ-શલાકાઓની પહોળાઈ તેમજ તેમની સંખ્યા ઉપરથી, પરસ્પર લંબ ગતિ કરતાં પ્રકાશકિરણોના વેગની તુલના માટેનાં અપૂર્વ સૂક્ષ્મતમ માપ મેળવી શકાય. 1887માં માઇકલસને તેના સાથી અમેરિકન રસાયણવિદ એડ્વર્ડ વિલિયમ્સ મૉર્લેની મદદથી ‘માઇકલસન-મૉર્લે’ પ્રયોગ કર્યો અને તે પ્રયોગના પરિણામસ્વરૂપે ઘોષિત કર્યું કે વ્યતીકરણ-શલાકાઓ ઉત્પન્ન થતી નથી અને તેથી દેખીતી રીતે જ પૃથ્વીને ઈથરની સાપેક્ષ કોઈ ગતિ નથી. 1905માં આઇનસ્ટાઇનના વિશિષ્ટ સાપેક્ષવાદ (special theory of relativity) દ્વારા એમ ધારી લેવામાં આવ્યું કે પ્રકાશનો વેગ અથવા વિદ્યુતચુંબકીય તરંગનો વેગ એક સાર્વત્રિક અચલ (universal constant) છે, જેનું મૂલ્ય 2.99793 x 1010 સેમી./સેકન્ડ છે. [માઇકલસન દ્વારા તેનું મૂલ્ય 2.99853 x 1010 સેમી./સેકન્ડ મળ્યું.] સામાન્યત: બધા જ વિજ્ઞાનીઓએ આનો સ્વીકાર કરેલો હોવાથી, હવે ઈથરની કલ્પનાનો અસ્વીકાર થયેલો છે.

એરચ મા. બલસારા