အထူးနှိုင်းရသီအိုရီ

နှိုင်းရ ရူပဗေဒအဖို့ အရေးပါလှသော အိုင်းရှ်တိုင်း၏ (၁၉၀၅ ခုနှစ်၌ ဖော်ထုတ်ဖြန့်ဝေသည့်) အထူး နှိုင်းရသီအိုရီ (သို့) ထူးရှားနှိုင်းရသီအိုရီ (အင်္ဂလိပ်: Special Theory of Relativity; Special TR)(အင်္ဂလိပ်: Special Relativity Theory; SRT) ဆိုသည်မှာ -
လောက(universe) ကြီး၏ ဇာတ်ခုံသဖွယ် အခြေခံကျောရိုးကျသည် အချိန် + နေရာ(အာကာသ) ပေါင်းတွဲလျက်သဘော ဖြစ်အင်ထု အကြောင်းကို ရှင်းပြရာ၌၊ (နျူတန်ပျိုး ရူပဗေဒ၏ သမားရိုးကျ ယူကလစ်ဒ် နေရာ(ရပ်ဝန်း)သဘော၊ တလောသလုံးစာ တသမတ်တည်းသော အချိန်ကုန်ဆုံးမှုသဘော တို့နှင့် မဟုတ်တော့ဘဲ)

1. "အလျင်ပြောင်းနေနှုန်း (acceleration) မရှိသော မည်သည့် နေမြဲ တွေ့ကြုံရှုထောင့် အတွင်း၌မဆို ရူပဗေဒ နိယာမများ မပြောင်းမလဲ မှန်ကန်နေဦးမည်"
2. "ကြည့်ရှုဇာတ်ကောင်က မည်သည့်နှုန်းဖြင့် မည်သို့ရွေ့နေစေကာမူ ဗလာနယ်တွင်း အလင်းအလျင် (speed of light in a vacuum) က မည်မျှ ဟူသည်ကိုမူ ဘုံကိန်းသေ ပမာဏတစ်ခုအဖြစ် တွေ့ကြုံတိုင်းတာနေမိရမည်"

ဟူသည့် အခြေခံယူဆချက် (postulates) ၂ခု^[၁][၂] ကို မှန်ကန်စေသည့် မင်ခေါ့ဗ်ရှကီး ရပ်ဝန်း+အချိန် သဘောတရားတို့ဖြင့် လောကဖြစ်အင်အချို့ကို အချိန်+ရပ်ဝန်း(အာကာသ) အမှတ်ချအိမ် ချကြည့်လေ့လာသည့် သီအိုရီ ဖြစ်တော့၏။

မက်စ်ဝဲလ် ညီမျှခြင်းများ၏ လျှပ်စစ်သံလိုက်ဓာတ်သဘောသရုပ်ကို နျူတန်ပျိုး ရွေ့လျားမှု (နျူတန် မက္ကဲန်းနစ်) နှင့် ချိန်ထိုးကြည့်လျှင် သဘောတရားချင်း ကွဲပြားမှု ထွက်ပေါ်နေခြင်းကြောင့် လည်းကောင်း၊ အလင်းစီးဆင်းရာ ကြားခံနယ်အဖြစ် ယခင်က အဆိုပြုခဲ့ကြဖူးသော အီသာ(en:Luminiferous aether) ဟူသည့်အရာ တကယ် မရှိကြောင်း (လျှပ်စစ်သံလိုက်လှိုင်းဖြစ်သည့် အလင်းသည် ကြားခံနယ်ဒြပ်သားမရှိလည်း ပျံ့နှံ့ကြောင်း) မိုက်ကယ်လ်ဆန်-မောလီ စမ်းသပ်ချက် အစရှိသော စမ်းသပ်ချက်များအရ ထင်ရှားလာခြင်းကြောင့် လည်းကောင်း၊ ပညာရှင်အသီးသီးသည် (ဂါလီ ပြောင်းကြည့်နည်းကို အချို့ စွန့်ခွါကာ) လောရန့်ဇ် ပြောင်းကြည့်နည်း သင်္ချာကို နှိုင်းရသီအိုရီများ မတိုင်မီ (၁၉ရာစုအကုန် ခန့်)ကပင် သုံးလာကြပြီ ဖြစ်၏။

၁၉၀၅ ခုနှစ် စက်တင်ဘာလ ၂၆ ရက်နေ့တွင် ထုတ်ဝေသော အိုင်းစတိုင်း၏ Annus mirabilis (လက်တင်စကားဖြင့် "ထူးခြားဆန်းကျယ်သော နှစ်များ" အမည်ရ) စာတမ်း ၄စောင် မှ ကောက်နှုတ်နိုင်သည့် "ရွေ့လျားဝတ္ထုတို့၏ ရွေ့လျားလျှပ်စစ်အကြောင်း" စာတမ်းသည် ဤ ထူးရှား နှိုင်းရသီအိုရီ၏ အုတ်မြစ် ဖြစ်၏။ ^[၃]

ထူးရှားနိုင်းရသီအိုရိ (Sepcial Relativity Theory) ကမူ ယနေ့ခေတ် စမ်းသပ်သိရှိဖူးသမျှတို့ အရ၊ ဒြပ်ဆွဲမှုသဘောတရား (gravitational effects) နှင့် စမွှားသဘောတရား (quantum effects) တို့ကို ပလှပ်ချန်ထားသရွေ့၊ လောကအတွင်း ရွေ့လျားမှုများ အကြောင်းကို အတိအကျဆုံး၊ အဖြစ်မှန်နှင့် အနီးစပ်ဆုံး ဖော်ပြနေနိုင်သည့် သင်္ချာ-ရူပ ရှုထောင့် ဖြစ်တော့၏။^[၄][၅] အလင်းအလျင်နှင့် မယှဉ်သောသော နေ့တဓူဝသုံး အလျင်များနှင့် ကိစ္စရပ်တို့တွင်မူ နျူတန်ပျိုးရူပဗေဒက ကောင်းစွာ အသုံးဝင်ဆဲမူ ဖြစ်၏။

လက်တွေ့စမ်းသပ်မှု မျိုးစုံ၌ ဤနှိုင်းရသီအိုရီ မှန်ကန်မှ အမှန်တကယ် ဖြစ်ပေါ်မည့် ကိစ္စရပ်များကို စမ်းသပ်မှန်ကန်ဖူးပြီး ဖြစ်၏။^[၆] ထိုကိစ္စရပ်များမှာ တပြိုင်တည်းများ၏ နှိုင်းရဖြစ်မှု၊ အလျားကျုံမှု၊ အချိန် နှေးကျမှု စသည်တို့ ဖြစ်၏။ အချိန်ကုန်ဆုံးမှုနှုန်းမှာ တလောကလုံးအဖို့ တသမတ်တည်း ဖြစ်မနေဘဲ တွေ့ကြုံရှုထောင့်တို့ကို လိုက်၍ အချိန်ကုန်ဆုံးမှုနှုန်းကိုယ်တိုင်က အမျိုးမျိုး ကွဲပြားနေနိုင်ကြောင်း ဤ ထူးရှားနှိုင်းရ၏ သင်္ချာတို့က ဆိုထား၏။ သို့ဖြင့် -

• သမားရိုးကျ ယူကလစ်ဒ်ရပ်ဝန်း + တသမတ်တည်းသောအချိန် သဘောတွင် တာသေရင်းဖြစ်သည်က အလျား ဖြစ်သော်လည်း၊
• ဤ ထူးရှားနှိုင်းရသုံး မင်ခေါ့ဗ်ရှကီး ရပ်ဝန်း+အချိန် သဘောတွင်မူ တာသေရင်း (invarience) က ဖြစ်အင်ထုတွင်း ခြားနားချက် (spacetime interval) များ ဖြစ်သွား၏။

သီအိုရီ၏ အခြေခံယူဆချက်ကြီး ၂ခုကို သုံး၍ အခြားရူပဗေဒ ဥပဒေသများကို ထည့်တွက်လျှင် ဒြပ်-စွမ်းအင်ညီမျှမှု သဘောဝင် ${\displaystyle E=mc^{2}}$ ဖှော်မျူလာ ထွက်ပေါ်လာသည်သာ။^[၇][၈] လျှပ်စစ်ဓာတ်နှင့် သံလိုက်ဓာတ်တို့၏ တသဘောတည်း ဆက်စပ်ပုံတို့လည်း ထွက်ပေါ်လာသည်။^[၁][၂]

ဤ ထူးရှားနှိုင်းရသီအိုရီ၏ သဘောတစ်ခုမှာ နယူတန်မက္ကင်းနစ် ၏ ဂါလီလေ့ယို ရှုထောင့်ပြောင်းကြည့်နည်း ကို လောရန့်ဇ် ရှုထောင့်ပြောင်းကြည့်နည်း ဖြင့်အစားထိုးခြင်းဖြစ်သည်။ အချိန်နှင့် အာကာသကို သီးခြားစီ သတ်မှတ်၍ မရတော့ပါ။ အချိန်နှင့် အာကာသသည် အပြန်အလှန်ယှက်နွယ်နေသည့် တစ်ခုတည်းသော အရာဖြစ်သည့် အာကာသအချိန် ဟူသောအရာ ဖြစ်သည်။ ကြည့်ရှုသူတစ်ဦးအတွက် တပြိုင်တည်းဖြစ်သော အဖြစ်အပျက်များသည် အခြား ကြည့်ရှုသူအတွက် အချိန်သီးခြားစီဖြစ်ပွားသော အဖြစ်အပျက်များ ဖြစ်နိုင်သည်။

ဒြပ်ဆွဲမှုကိုပါ တွက်ချက်ဖြေရှင်း ပြနိုင်သွားသည့် ဖြစ်အင်ထု ပုံယွင်းချက် (spacetime curvature)ကို သင်္ချာသရုပ်ဖော်သော အိုင်းရှ်တိုင်း၏ အထွေထွေ နှိုင်းရသီအိုရီကြီး မတိုင်မီ အချိန်အထိ၊ အထူးနှိုင်းရသီအိုရီ ကို "Special Relativity" (ထူးရှားနှိုင်းရ) အမည်ဖြင့် ခွဲခြား မသုံးနှုန်းကြသေးဘဲ "Restricted Relativity" (ပြန်ချုပ်တွေးနှိုင်းရ) ဟုသာ တခါတရံ သုံးနှုန်းကြသေးသည်။ ထူးရှား(Special) ဆိုသည်မှာ ရူပဗေဒတွင် တွက်ချက်မှု လွယ်ရှင်းစေရန် ထူးခြားရှားပါးသည့် အခြေအနေမျိုးကိုသာ ကန့်သတ်ထားသည့် စဉ်းစားထားခြင်း ဖြစ်၏။ သို့ဖြင့် ဒြပ်ဆွဲအားကို ထည့်သွင်းတွက်ချက်မထားသည့် အခြေအနေ အထူးအရှားကို ကြံဖန်ဖော်ပြနေသကဲ့သို့သာ ဖြစ်ခဲ့သော ပထမ နှိုင်းရသီအိုရီကို ထူးရှားနှိုင်းရ (Special Relativity) ဟု ယခုအခါ ညွှန်းဆိုလိုက်ကြခြင်း ဖြစ်၏။ ဒြပ်ဆွဲမှု ရှိခြင်း အခြေအနေတို့ကိုပါ ထည့်သွင်းစဉ်းစားထားသည့် အထွေထွေနှိုင်းရသီအိုရီ ကို အိုင်းရှ်တိုင်းန်က ၁၉၁၅ ခုနှစ်တွင် ထုတ်ဝေခဲ့၏။

အဖြစ်အပျက်(event) တစ်ခု၏ ဖြစ်ပျက်သွားချိန် ${\displaystyle t}$ နှင့် ဖြစ်ပျက်သွားသည့် ရပ်ဝန်းအတွင်း တည်နေရာတို့ကို ပေါင်းတွဲလျက်၊ ပထမ တွေ့ကြုံရှုထောင့် S အတွင်း၌ ${\displaystyle (t,x,y,z)}$ ဟူသော ချအမှတ်(coordinate) တို့အဖြစ် ဖော်ပြအံ့။ ၎င်းရှုထောင့်နှင့် နှိုင်းစာလျှင် ${\displaystyle X}$-စံတိုင် တလျှောက်အတိုင်း နှိုင်းရအလျင် ${\displaystyle v}$ ဖြင့်၊ ${\displaystyle x}$ အပေါင်းတန်ဖိုးဘက်သို့ ရွေ့လျားနေသည့် ဒုတိယ တွေ့ကြုံရှုထောင့် S′ ရှိသည် ဆိုပါစို့၊ ထို အဖြစ်အပျက် တခုတည်းကိုပင် ၎င်း ဒုတိယအမှတ်ချအိမ်၌ တွေ့ကြုံတိုင်းတာမိမည့် အချိန်နှင့် တည်နေရာကို ${\displaystyle (t',x',y',z')}$ ဟူသော ချအမှတ်(coordinate) တို့အဖြစ် ဖော်ပြလတ္တံ။ ယခု ကိုင်တွယ်စဉ်းစားနေသည်မှာ မင်ခေါ့ဗ်ရှကီး အချိန်+ရပ်ဝန်းသဘော ဖြစ်သည့်အလျောက် လောရန့်ဇ် ပြောင်းကြည့်နည်းဖြင့် ဒုတိယရှုထောင့်အိမ်တွင်း ချအမှတ်တို့ကို ဤသို့ တွက်ထုတ်ရရှိပေမည်။ $${\displaystyle {\begin{aligned}t'&=\gamma \ (t-vx/c^{2})\\x'&=\gamma \ (x-vt)\\y'&=y\\z'&=z,\end{aligned}}}$$

• ${\displaystyle c}$ = ဗလာနယ်တွင်း အလင်းအလျင်။
• ${\displaystyle v}$ = ပထမရှုထောင့်အိမ် S အတွင်း၌ တိုင်းတာရရှိသည့် ဒုတိယရှုထောင့်အိမ် S′ ၏ အလျင်
• ${\displaystyle \gamma }$ =လောရန့်ဇ် မြှောက်ဖော်ကိန်း။

$${\displaystyle \gamma ={\frac {1}{\sqrt {1-v^{2}/c^{2}}}}}$$

နေရာ(ရပ်ဝန်း)သဘော တိုင်းကြောင်း ၃ခု ပေါင်းစပ်ပါဝင်ရာ တည်နေရာ ဗှတ္တာ ${\displaystyle x^{i}}$ တွင် အချိန်-တိုင်းကြောင်း ကို လောရန့်ဇ်နည်းကျ ပေါင်းတွဲထားသည့် ထူးရှားနှိုင်းရသီအိုရီသုံး ၄-တိုင်းကြောင်းပါ တည်နေရာ (4-position) ၏ ကိုယ်ပြန်မြှောက်လဒ်သဘော တာသေရင်းနှစ်ထပ်ကိန်းမှာ ဤသို့ ဖြစ်၏။ $${\displaystyle ds^{2}=dt^{2}-dx^{2}-dy^{2}-dz^{2}}$$ ကျပန်း ${\displaystyle (t,x,y,z)}$ ချအမှတ်တို့ဖြင့် ထိုအတိုင်း တွက်ထုတ်သည့်အဖြေနှင့်၊ ၎င်း ဗှတ္တာတန်ဖိုးကိုပင် လောရန့်ဇ် ပြောင်းကြည့်နည်း ဖြင့် ${\displaystyle (t',x',y',z')}$ ဟူသော တန်ဖိုးသစ်များ (အခြား နေမြဲ တွေ့ကြုံရှုထောင့်အိမ်တွင်း ချအမှတ်များ) ပြောင်းလဲပြီးနောက် တွက်ထုတ်သည့်အဖြေ၊ တူညီနေမည်ဖြစ်လျက် တာသေရင်း (invarience) မြောက်ကြောင်း ထင်ရှားနေမည်။
သို့ဖြင့် ဤသင်္ချာအတိုင်းသွားလျှင် အလင်း၏ ဗလာနယ်တွင်း အလျင် မပြောင်းလဲကြောင်း လက်တွေ့စမ်းသပ် သိရှိချက်တို့နှင့် ကိုက်ညီနေအံ့။