મુક્ત પતન (ખગોળવિજ્ઞાન) : બાહ્ય બળની ગેરહાજરીમાં પદાર્થનું પતન. ભૌતિકવિજ્ઞાનમાં ‘મુક્ત પતન’ શબ્દ બે અલગ અલગ સંદર્ભમાં પ્રચલિત છે. એક તો આઇન્સ્ટાઇનના વિસ્તૃત સાપેક્ષવાદ(general relativity)ના સંદર્ભમાં અને બીજો તારાના સર્જનના પ્રાથમિક તબક્કામાં સર્જાતી એક ઘટનાની સમયાવધિના સંદર્ભમાં (free fall time scale).
સાપેક્ષવાદના સંદર્ભમાં મુક્ત પતન : વિશિષ્ટ સાપેક્ષવાદ(special relativity)નો સિદ્ધાંત સૂચવ્યા બાદ, સાપેક્ષવાદના વ્યાપમાં ગુરુત્વાકર્ષણક્ષેત્રમાં પદાર્થની પ્રવેગી ગતિને આવરી લેવા માટે 1907થી 1915નાં વર્ષો દરમિયાન આઇન્સ્ટાઇન દ્વારા અનેક સંશોધનપત્રો પ્રકટ થયાં, જેની ફળશ્રુતિ રૂપે તેનો વિસ્તૃત સાપેક્ષવાદનો સિદ્ધાંત પ્રતિપાદિત થયો. વિશિષ્ટ સાપેક્ષવાદમાં પદાર્થની ગતિ બાહ્ય બળના અસ્તિત્વ વિના વર્ણવાયેલી હતી અને આ વર્ણન માટેની સંદર્ભયામપ્રણાલીઓ (reference frames) જડત્વીય પ્રણાલીઓ (inertial frames) ગણાય. આઇન્સ્ટાઇનના વિસ્તૃત સાપેક્ષવાદ અનુસાર, દળદાર પદાર્થની સમીપનો ચતુષ્પરિમાણીય દિક્કાલ (four dimensional space-time) પદાર્થના દળના પ્રભાવથી વક્રાકાર બને છે અને કોઈ પદાર્થ કણની, દળદાર પદાર્થ સમીપની ગુરુત્વાકર્ષણ-ક્ષેત્રમાંની ગતિ, આ વક્રાકાર અવકાશમાં પદાર્થકણ દ્વારા અપનાવાતા ટૂંકામાં ટૂંકા માર્ગ (અલ્પાંતરી – geodesic) સ્વરૂપની ગણી શકાય. આમ યોગ્ય રીતે વક્રાકાર બનાવાયેલ અવકાશને અનુરૂપ યામપદ્ધતિ દ્વારા વર્ણનમાં ગુરુત્વાકર્ષણ-ક્ષેત્ર નાબૂદ થઈ ગયેલું ગણાય. આના ઉદાહરણ તરીકે મુક્ત પતન અનુભવતી સંદર્ભયામ રચના(freely falling reference frame)નો દાખલો અપાય છે. ધારો કે લિફ્ટમાં કોઈ વ્યક્તિ છે અને લિફ્ટ (દોરડું કપાઈ જવાથી !) ગુરુત્વાકર્ષણ-ક્ષેત્રમાં મુક્ત પતન અનુભવી રહી છે. હવે આ લિફ્ટની અંદરની વ્યક્તિ પોતાનું વજન શૂન્ય થઈ ગયેલું અનુભવશે, તેમજ, જો તે તેના હાથમાંથી કોઈ પદાર્થ છોડશે, તો તે પદાર્થ તેને અનુલક્ષીને સ્થિર જ રહેતો જણાશે. આમ લિફ્ટની યામપ્રણાલીમાં ગુરુત્વાકર્ષણ-ક્ષેત્ર નાબૂદ થઈ ગયેલું ગણાય. આ પ્રકારનો અનુભવ હવે તો અવકાશયાત્રીઓ માટે સામાન્ય છે. પૃથ્વી ફરતું અવકાશયાન ગુરુત્વાકર્ષણરહિત ક્ષેત્ર છે, કારણ કે તે ગુરુત્વાકર્ષણક્ષેત્રમાં મુક્ત પતન ધરાવતી રચના છે. અવકાશયાનનો યાત્રી, અવકાશયાનના પદાર્થોને તરતા અનુભવે છે – પડતા નહિ. જો કોઈ અવકાશયાત્રી કોઈ પદાર્થને ફેંકે તો તે પદાર્થ તેને તેનાથી એકધારી ગતિથી દૂર જતો જણાય. આ જ કારણથી અવકાશયાન બહારની પ્રવૃત્તિ માટે અવકાશયાત્રીને દોરડા વડે યાન સાથે સાંકળી રાખવો જરૂરી છે.
મૅક(Mach)ના સિદ્ધાંતથી પ્રભાવિત થયેલ આઇન્સ્ટાઇન દ્વારા આ પ્રકારની વિચારધારા અનુસાર ગુરુત્વાકર્ષણ-ક્ષેત્ર, ગુરુત્વાકર્ષણ સર્જતા દળ દ્વારા સર્જાતી અવકાશની વક્રતાના સ્વરૂપનું મનાયું. આને ગુરુત્વાકર્ષણનું ભૌમિતિકીકરણ (geometrization of gravitation) પણ કહેવાય છે.
મુક્ત પતન (તારાના સર્જનની પ્રક્રિયાના સંદર્ભમાં) : આપણી આકાશગંગા, તેમજ બ્રહ્માંડમાં આવેલ અન્ય તારાવિશ્વોમાં ઠેર ઠેર વાયુવાદળો પ્રસરેલાં હોય છે અને આવાં વાયુવાદળોના ઘટ્ટ વિસ્તારોમાં, વાયુના પોતાના ગુરુત્વાકર્ષણ બળના પ્રભાવ નીચે એકત્રીકરણ થતાં, નવા તારાઓનું સર્જન થતું રહે છે. આ એકત્રીકરણની પ્રક્રિયાના આરંભ માટે વાયુવાદળની ઘનતા, તેનો વિસ્તાર, વિવિધ ક્ષેત્રમાં પ્રવર્તતા ઘનતાના ફેરફાર તથા વાયુના તાપમાન વચ્ચેની કેટલીક શરતો પરિપૂર્ણ કરવાનું જરૂરી છે. આ શરતોને જીનનું અભિલક્ષણ (Jeans’ criteria) કહેવામાં આવે છે. જો વાયુવાદળના કોઈ વિસ્તારમાં આ શરતો પરિપૂર્ણ થાય તો વાયુના એકત્રીકરણની પ્રક્રિયાનો આરંભ થાય. આ માટે વાયુવાદળને બહારનો કોઈ ધક્કો (shock) લાગે તો, સીમિત વિસ્તારમાં ઘનતા વધી જતાં તે વિસ્તારમાં જીન્સ(Jeans)ની શરત પરિપૂર્ણ થાય. નજીકમાં બનતા સુપરનોવા વિસ્ફોટ દ્વારા પણ આ પ્રકારનો ધક્કો લાગી શકે.
એકત્રીકરણના પ્રથમ તબક્કામાં વાયુનું દ્રવ્ય તેના ગુરુત્વકેન્દ્ર તરફ કોઈ પણ અવરોધ વગર ધસે છે. આ તબક્કાને મુક્ત પતન તબક્કો (free fall stage) કહેવાય છે; અને જે સમયાવધિ માટે આ પ્રક્રિયા ચાલુ રહે તે સમયાવધિ મુક્ત પતન સમયાવધિ (free fall time scale) કહેવાય છે. સામાન્ય રીતે આ અવધિ માત્ર પાંચેક હજાર વર્ષ જેટલી જ હોય છે.
એક વાર કેન્દ્રવિસ્તારમાં ઘનતા સારી એવી વધે, ત્યારબાદ વાયુવાદળમાં આંતરિક દબાણ બહારના વિસ્તારના દબાણ કરતાં વધી જાય. આ આંતરિક દબાણ હવે મુક્ત પતનને અવરોધે છે અને ત્યારબાદ સંકોચનની પ્રક્રિયા, અર્ધસમતુલન (quasi-equilibrium) સ્થિતિમાં ચાલુ રહે છે. આ સ્થિતિમાં વાયુવાદળના કેન્દ્રભાગમાંથી ગુરુત્વશક્તિ, ધીમે ધીમે વિકિરણ રૂપે ઉત્સર્જિત થતી રહે છે અને તે કારણે દબાણ ઘટતાં સંકોચનની પ્રક્રિયા ધીરે ધીરે ચાલતી રહે છે. આ તબક્કો કેલ્વિન-હેલ્મોલ્ટ્ઝ (Kelvin-Helmholtz) તબક્કો કહેવાય છે અને તેની સમયાવધિ લગભગ દસ કરોડ વર્ષ જેવી ગણાય. આ સમયને અંતે કેન્દ્રભાગમાં તાપમાન ખૂબ વધી જતાં નાભિકીય સંલયન શરૂ થાય છે અને તારો મુખ્ય શ્રેણી(main-sequence)ના તારા તરીકે પ્રકાશવાનું શરૂ કરે છે. મુખ્ય શ્રેણી પરની સમયાવધિ લાંબામાં લાંબી છે. સૂર્ય જેવા તારા માટે તો તે દસ અબજ વર્ષની ગણાય છે.
જ્યોતીન્દ્ર ન. દેસાઈ