Using a modified Cavendish experiment to measure dynamics of unexpected effect thanks to modern technology
एक कंप्यूटर-नियंत्रित संशोधित कैवेन्डिश प्रयोग का उपयोग करते हुए, शोधकर्ताओं ने एक पुनरुत्पादक "विद्युत चुम्बकीय-गुरुत्वाकर्षण प्रभाव" का पता लगाया जो मानक न्यूटनियन भविष्यवाणियों और इलेक्ट्रोस्टैटिक संदर्भ प्रयोगों की तुलना में 90-डिग्री का चरण विस्थापन (फेज शिफ्ट) प्रदर्शित करता है, एक ऐसी घटना जिसे वर्तमान में ज्ञात भौतिक नियमों के भीतर कोई स्पष्टीकरण नहीं मिल पा रहा है।
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गुरुत्वाकर्षण वह बल है जो हमारे पैरों को जमीन पर टिकाए रखता है और ग्रहों को उनकी कक्षाओं में बनाए रखता है, एक ऐसी घटना जो इतनी परिचित है कि हम शायद ही कभी विस्तार से यह सवाल करते हैं कि यह कैसे व्यवहार करती है। सदियों से, वैज्ञानिकों ने समझा है कि गुरुत्वाकर्षण वस्तुओं पर एक ऐसी शक्ति के साथ खिंचाव डालता है जो सीधे उनके द्रव्यमान (mass) पर निर्भर करती है; एक भारी वस्तु हल्की वस्तु की तुलना में अधिक खिंचाव महसूस करती है, फिर भी दोनों एक ही गति से गिरती हैं। इसके विपरीत, विद्युत बल, जो वस्तुओं को धकेल या खींच भी सकते हैं, अलग तरह से व्यवहार करते हैं: खिंचाव की ताकत वस्तु के विद्युत आवेश (charge) पर निर्भर करती है, न कि उसके वजन पर। जब भौतिक विज्ञानी इन बलों को मापने के लिए सूक्ष्म उपकरण बनाते हैं, तो वे उम्मीद करते हैं कि परिणाम इन स्थापित नियमों के अनुरूप होंगे। यदि कोई प्रयोग कुछ ऐसा दिखाता है जो इन नियमों का खंडन करता है, तो यह या तो माप में त्रुटि या किसी नए, अज्ञात बल की खोज का संकेत देता है।
हाल ही में एक अध्ययन में, प्राग के एक स्वतंत्र शोधकर्ता ने पिछले दीर्घकालिक प्रयोगों में देखे गए एक अजीब व्यवहार की जांच करने के लिए कदम उठाया। एक अत्यधिक संवेदनशील उपकरण, जिसे टॉर्शन पेंडुलम (torsion pendulum) कहा जाता है—जो मूल रूप से एक पतला तार द्वारा लटका हुआ एक बार है जो बल लगने पर मुड़ जाता है—का उपयोग करके, शोधकर्ता ने यह मापने का प्रयास किया कि उपकरण विभिन्न प्रकार के उद्दीपन (stimulation) के प्रति कैसे प्रतिक्रिया करता है। लक्ष्य एक ज्ञात बल, जो उच्च-वोल्टेज बिजली द्वारा बनाया गया था, की तुलना एक साधारण लाइट बल्ब द्वारा उत्पन्न "अप्रत्याशित प्रभाव" के व्यवहार से करना था। जबकि बिजली ठीक उसी तरह व्यवहार कर रही थी जैसा भौतिकी भविष्यवाणी करती है, लाइट बल्ब ने व्याख्या से परे परिणाम दिए, जो एक ऐसी गतिशीलता दिखाते हैं जो कुछ मायनों में गुरुत्वाकर्षण के समान है लेकिन अन्य में इसका खंडन करती है, और एक ऐसी टाइमिंग के साथ चलती है जिसे वर्तमान का कोई भी सिद्धांत नहीं समझा सकता।
यह प्रयोग एक सीलबंद, बिना खिड़की वाले कमरे में गहराई में स्थित भूमिगत कक्ष में किया गया था ताकि संवेदनशील उपकरणों को बाहरी कंपन और वायु धाराओं से बचाया जा सके। सेटअप के केंद्र में कार्बन फाइबर से बना एक लंबा हाथ (arm) था, जो एक महीन टंगस्टन तार से लटका हुआ था। इस हाथ के प्रत्येक छोर पर एक भारी वजन लटका हुआ था। इस प्रयोग के क्लासिक संस्करण में, जिसे 18वीं शताब्दी में किया गया था, लटके हुए भारों के पास बड़े स्थिर वजन हिलाकर गुरुत्वाकर्षण का परीक्षण किया जाता था। इस आधुनिक संस्करण में, शोधकर्ता ने चलते हुए भारों के स्थान पर दो कंटेनर रखे जो कंप्यूटर द्वारा चालू और बंद किए जा सकते थे। एक कंटेनर में एक मानक 105-वाट का लाइट बल्ब था, जो रहस्यमय प्रभाव का स्रोत बना। दूसरे सेटअप में एक उच्च-वोल्टेज बिजली स्रोत से जुड़कर एक मजबूत विद्युत क्षेत्र उत्पन्न किया गया। पूरी प्रक्रिया की निगरानी लेजर सेंसरों द्वारा की गई, जिन्होंने सूक्ष्म सटीकता के साथ हाथ की गति को मापा, जबकि यह सुनिश्चित करने के लिए कमरा खाली रखा गया कि मानवीय उपस्थिति परिणामों को प्रभावित न करे।
जब शोधकर्ताओं ने उच्च-वोल्टेज स्रोत को चालू किया, तो परिणाम बिल्कुल वैसे ही थे जैसी उन्हें उम्मीद थी। विद्युत बल ने भारों को धकेला, और भारी भार हल्के भारों की तुलना में अधिक धीरे चले, जैसा कि उन बलों के लिए भौतिकी के नियम भविष्यवाणी करते हैं जो द्रव्यमान पर निर्भर नहीं होते हैं। गति का समय भी मानक गणनाओं के अनुरूप था। हालांकि, जब उन्होंने लाइट बल्ब चालू किया, तो व्यवहार पूरी तरह से बदल गया। भारी भार हल्के भारों की तुलना में अधिक तेजी से चले, जो कि बिजली के मामले में होने वाली घटना के ठीक विपरीत है। इसके अलावा, भारी भारों के लिए हाथ का मुड़ना बहुत अधिक था, जिससे पता चलता है कि लाइट बल्ब से उत्पन्न बल वस्तु के द्रव्यमान के अनुपात में कार्य कर रहा था, ठीक वैसे ही जैसे गुरुत्वाकर्षण करता है।
सबसे पहेली भरा निष्कर्ष केवल यह नहीं था कि भार कैसे चले, बल्कि यह था कि वे कब चले। शोधकर्ताओं ने सिस्टम का परीक्षण एक लयबद्ध पैटर्न में उद्दीपन को चालू और बंद करके किया जो पेंडुलम की प्राकृतिक झूलने की गति से मेल खाता था। उच्च-वोल्टेज स्रोत के साथ, भार ठीक उसी क्षण प्रतिक्रिया दे रहे थे जिसकी कंप्यूटर सिमुलेशन द्वारा भविष्यवाणी की गई थी। लेकिन लाइट बल्ब के साथ, भार एक चौथाई चक्र (cycle) बाद प्रतिक्रिया दे रहे थे। यदि पेंडुलम आगे-पीछे झूल रहा था, तो लाइट बल्ब का प्रभाव तब चरम पर था जब भार अपने झूले के सबसे ऊपरी हिस्से पर था, जबकि विद्युत बल तब चरम पर था जब भार बीच में सबसे तेज गति से गुजर रहा था। यह समय का अंतर, यानी 90 डिग्री का बदलाव, सुसंगत और पुनरुत्पादनीय (reproducible) था, जो भार के आकार की परवाह किए बिना हर परीक्षण में दिखाई दिया।
शोधकर्ता ने इन निष्कर्षों की तुलना दो मुख्य विचारों के विरुद्ध की: एक जहाँ बल वस्तु के द्रव्यमान से स्वतंत्र रूप से कार्य करता है, और दूसरा जहाँ बल सीधे द्रव्यमान से जुड़ा होता है, जैसे गुरुत्वाकर्षण। लाइट बल्ब से प्राप्त परिणाम कुछ मायनों में "गुरुत्वाकर्षण-समान" विचार से मेल खाते थे, जैसे कि भारी भारों का तेजी से चलना और बड़े चाप (arcs) के साथ झूलना। हालांकि, लाइट बल्ब के लिए स्थिर विक्षेपण (static deflection) के परिणाम गुरुत्वाकर्षण परिकल्पना के अनुकूल नहीं थे, जो गतिशील मापों में देखी गई पद्धति का खंडन करते हैं। इसके अतिरिक्त, गति का वह अजीब समय भी किसी भी मॉडल में फिट नहीं बैठा। भौतिकी के ज्ञात नियमों पर आधारित कंप्यूटर सिमुलेशन इस विलंबित प्रतिक्रिया को पुनरुत्पादित करने में विफल रहे। शोधकर्ता ने यह भी विचार किया कि क्या लाइट बल्ब स्वयं प्रतिक्रिया देने में धीमा हो सकता है, लेकिन गणनाओं से पता चला कि बल्ब की बनावट के कारण होने वाला विलंब, समय के इस विशाल बदलाव को समझाने के लिए बहुत छोटा था। प्रमुख कारक पेंडुलम की प्रतिक्रिया में एक वास्तविक 'फेज शिफ्ट' (phase shift) था।
माप की सटीकता और सावधानीपूर्वक नियंत्रण के बावजूद, इस "विद्युत चुम्बकीय-गुरुत्वाकर्षण प्रभाव" की प्रकृति एक रहस्य बनी हुई है। अध्ययन इस बात की पुष्टि करता है कि यह प्रभाव वास्तविक और मापने योग्य है, लेकिन यह स्पष्ट नहीं करता है कि इसका कारण क्या है। निष्कर्ष बताते हैं कि यह परस्पर क्रिया गतिशील प्रभावों के लिए द्रव्यमान पर अपनी निर्भरता के मामले में कुछ हद तक गुरुत्वाकर्षण की तरह व्यवहार करती है, फिर भी यह स्थिर विक्षेपण में गुरुत्वाकर्षण का खंडन करती है और ऐसी टाइमिंग प्रदर्शित करती है जो वर्तमान भौतिक नियमों द्वारा वर्णित किसी भी चीज़ से भिन्न है। शोधकर्ता का निष्कर्ष है कि हालांकि प्रयोग ने इस अप्रत्याशित व्यवहार को सफलतापूर्वक अलग कर लिया है, लेकिन इसे समझाने के लिए नए सिद्धांतों या इस बात की गहरी समझ की आवश्यकता होगी कि प्रकाश, बिजली और गुरुत्वाकर्षण एक ऐसे तरीके से कैसे परस्पर क्रिया करते हैं जो अभी तक देखे नहीं गए हैं। फिलहाल, लाइट बल्ब एक ऐसी लय में पेंडुलम को धकेलता रहता है जिसे विज्ञान ने अभी तक सुलझाया नहीं है।
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