एक रहस्यमयी शक्ति ब्रह्मांड के विस्तार को गति दे रही है। अजीब प्रभाव गुरुत्वाकर्षण के विरुद्ध काम करता है, सभी पदार्थ को अंदर से बाहर धकेलता है
जोस टाडेउ अरंतेस द्वारा /
यह 20वीं सदी के अंत की सबसे बड़ी खोज हो सकती है। और नई सहस्राब्दी की शुरुआत की सबसे बड़ी वैज्ञानिक चुनौती। वैज्ञानिकों को आश्चर्यचकित करने के लिए, खगोलविदों की दो प्रतिद्वंद्वी टीमों ने दिखाया है कि बिग बैंग (ब्रह्मांड की उत्पत्ति का महान विस्फोट) के कारण ब्रह्मांड का विस्तार गुरुत्वाकर्षण के आकर्षण के कारण धीमा नहीं हो रहा है। इसके विपरीत, यह तेजी से तेज हो रहा है। दूसरे शब्दों में: एक अजीब शक्ति ब्रह्मांड को "बाहर" धकेलती रहती है, जिससे आकाशगंगाएं एक-दूसरे से तेजी से दूर होती जाती हैं।
केवल एक साल पहले, यह कल्पना की गई थी कि ब्रह्मांड के विस्तार को पूरी तरह से रोका भी जा सकता है। और, तब से, गुरुत्वाकर्षण का आकर्षण सब कुछ वापस खींच लेगा, जब तक कि एक नया सुपर-विस्फोट न हो जाए - बिग क्रंच। इस विनाशकारी परिदृश्य को अब पूरी तरह से खारिज कर दिया गया है। रहस्यमयी शक्ति से प्रेरित होकर जो गुरुत्वाकर्षण के विरुद्ध काम करती है, ब्रह्मांड हमेशा के लिए फैलने के लिए नियत लगता है। अनंत काल तक। नई खोज को भौतिकी में क्रांति लानी चाहिए। और यह ब्रह्मांड की आयु के गणनाओं पर भी एक संशोधन की ओर ले जाती है। यह शायद सोचा गया था उससे कहीं अधिक पुराना हो सकता है।
ब्रह्मांड के विस्तार में तेजी की खोज एक साथ दो बहुराष्ट्रीय खगोलविदों की टीमों द्वारा घोषित की गई थी: हाई जेड सुपरनोवा सर्च टीम, जिसका नेतृत्व ऑस्ट्रेलियाई ब्रायन श्मिट ने किया था, और सुपरनोवा कॉस्मोलॉजी प्रोजेक्ट, अमेरिकी सॉल पर्लमटर (नीचे दिया गया बॉक्स पढ़ें) के नेतृत्व में, दोनों इस वर्ष के भौतिकी के नोबेल पुरस्कार के प्रबल दावेदार हैं। यह खबर इतनी असाधारण है कि दुनिया भर के खगोलविद इसे अस्वीकार करने की कोशिश कर रहे हैं। यदि इसकी पुष्टि हो जाती है, तो यह वास्तविकता के बारे में हमारे पूरे दृष्टिकोण को बदल देगा। क्योंकि यह एक शक्ति की खोज करेगा - पहले अज्ञात और जिसका भौतिक प्रकृति एक पूर्ण रहस्य है - जो गुरुत्वाकर्षण के विपरीत दिशा में कार्य करती है, जिससे भौतिक पिंड एक-दूसरे से दूर हो जाते हैं। इस प्रतिकारक शक्ति के लिए अब तक पाया गया एकमात्र स्पष्टीकरण यह है कि यह शून्य से उत्पन्न होती है।
यह बेतुका लगता है। लेकिन क्वांटम भौतिकी में, निर्वात ऊर्जा का एक जबरदस्त भंडार है, जो लगातार कणों को बनाता और नष्ट करता है। ब्रह्मांड की 70% तक ऊर्जा इस शून्य से जुड़ी होगी, जबकि स्वयं पदार्थ केवल 30% का योगदान देगा। "हमारे पास निर्वात से निपटने के लिए पर्याप्त परिष्कृत भौतिकी नहीं है। इसका मतलब है कि ब्रह्मांड की 70% सामग्री को विज्ञान द्वारा कभी भी खोजा नहीं गया है," यूएसपी के खगोल भौतिकी और भूभौतिकी संस्थान (IAG) के खगोलशास्त्री अमैनसियो फ्रीका ने जोर दिया।
लेकिन नई खोज से उत्पन्न आश्चर्य यहीं समाप्त नहीं होता है। निर्वात की ऊर्जा सामग्री ब्रह्मांड के त्वरण का कारण बनने के लिए आवश्यक से 10120 गुना अधिक हो सकती है। यह अद्भुत आंकड़ा 120 शून्य के बाद 1 का अंक है: एक अकल्पनीय संख्या। "इस निर्वात की प्रकृति की जांच करना अगले दशकों की सबसे बड़ी वैज्ञानिक चुनौती होगी," फ्रीका उत्साहित है। "हम विज्ञान के इतिहास में एक विशेषाधिकार प्राप्त और रोमांचक क्षण जी रहे हैं।"
प्रतिकारक शक्ति का अस्तित्व या गैर-अस्तित्व का ब्रह्मांड की आयु की गणना पर सीधा प्रभाव पड़ता है। यदि यह मौजूद है - यानी, यदि ब्रह्मांड का विस्तार वास्तव में तेज हो रहा है, जैसा कि खगोलविदों की दो टीमों का दावा है - तो ब्रह्मांड सोचा गया था उससे पुराना होना चाहिए। क्योंकि, अतीत में आज की तुलना में कम विस्तार वेग होने के कारण, इसे वर्तमान आकार तक पहुंचने में अधिक समय लगा होगा (चित्र देखें)। पिछले साल तक सोची गई धीमी गति से विस्तार, ब्रह्मांड को 9.3 बिलियन वर्ष की आयु प्रदान करता है। त्वरित विस्तार के साथ, ब्रह्मांड के जीवनकाल को 13.4 या यहां तक कि 15 बिलियन वर्ष तक बढ़ाया जा सकता है। 4.1 से 5.7 बिलियन वर्षों का यह लाभ ब्रह्मांड की आयु को हमारे आकाशगंगा की अनुमानित आयु, लगभग 12 बिलियन वर्ष के साथ संगत बनाने के लिए आवश्यक है।
खोज कैसे की गई
शोधकर्ताओं ने पाया कि ब्रह्मांड का विस्तार टाइप 1a सुपरनोवा नामक तारों के एक विशिष्ट वर्ग के अवलोकन की बदौलत तेज हो रहा था। इन सितारों से उत्सर्जित प्रकाश विकिरण इतना कड़ाई से समान है कि खगोलविद उन्हें सार्वभौमिक मानकों के रूप में उपयोग करते हैं। सुपरनोवा कॉस्मोलॉजी प्रोजेक्ट और हाई जेड सुपरनोवा सर्च टीमों का विचार तब पास के सुपरनोवा के चमक की तुलना बहुत दूर के सुपरनोवा से करना था। वर्षों के व्यवस्थित अवलोकन के बाद, दोनों टीमों ने स्वतंत्र रूप से एक ही परिणाम पर पहुंचे: दूर के सितारों की स्पष्ट चमक उम्मीद से कम थी।
इन आंकड़ों की सैद्धांतिक मॉडल की भविष्यवाणियों से तुलना करके, समूहों ने निष्कर्ष निकाला कि यह उन आकाशगंगाओं के दूर जाने की गति में तेजी के कारण था जहां ऐसे तारे स्थित थे। इस तरह की खोज एक दशक पहले संभव नहीं होती। सुपरनोवा कॉस्मोलॉजी प्रोजेक्ट और हाई जेड सुपरनोवा सर्च के पास खगोल विज्ञान में अब तक के सबसे परिष्कृत उपकरणों का सेट उपलब्ध था: हबल स्पेस टेलीस्कोप, हवाई में स्थित 10-मीटर एपर्चर वाले शानदार केके टेलीस्कोप, और दुनिया भर में फैले कई 4-मीटर टेलीस्कोप।
4-मीटर दूरबीनों का उपयोग करते हुए, खगोलविदों ने आकाश के विभिन्न क्षेत्रों की तस्वीरें लीं और तीन सप्ताह बाद उन्हें फिर से लिया। प्रत्येक प्राप्त छवि में लाखों आकाशगंगाओं का रिकॉर्ड था। अगला कदम प्रत्येक क्षेत्र की दो छवियों के बीच के अंतरों को ट्रैक करना था - भूसे के ढेर में सुई खोजने से अधिक कठिन। लेकिन अंतिम पीढ़ी के कंप्यूटरों की मदद से असंभव नहीं। खगोलविदों ने तर्क दिया - इन अंतरों को एक तस्वीर और दूसरी के बीच की अवधि के दौरान होने वाले सुपरनोवा विस्फोटों का परिणाम होना चाहिए। पाए गए सुपरनोवा के सेट में, टाइप 1a का चयन किया गया था। लगभग सौ सितारों तक पहुंचा गया, कुछ बहुत पुराने, 10 बिलियन वर्ष की आयु तक। वांछित वस्तुओं का पता लगाने के बाद, टीमों ने हबल और केके का उपयोग करके उनकी दूरी और स्पष्ट चमक को अधिकतम सटीकता के साथ निर्धारित किया। और, संख्याओं के दो सेटों की तुलना करके, वे ब्रह्मांड के विस्तार में तेजी तक पहुंचे।
ब्रह्मांड की आयु
पिछले मई में, हबल स्पेस टेलीस्कोप से एकत्र किए गए डेटा के साथ काम करते हुए, अमेरिकी वेंडी फ्रीडमैन के नेतृत्व वाली खगोलविदों की एक टीम ने ब्रह्मांड की आयु के लिए एक नया मूल्य पाया: 12 बिलियन वर्ष। यह अनुमान हबल स्थिरांक की सटीक गणना पर आधारित था, जो आकाशगंगाओं की एक-दूसरे से दूर जाने की गति और उनकी सापेक्ष दूरी को जोड़ता है।
पहले, स्थिरांक की गणना इतनी अविश्वसनीय थी कि खगोलविद अक्सर दो के कारक से भिन्न होते थे - यानी, वे ब्रह्मांड को 10 से 20 बिलियन वर्ष के बीच की आयु का श्रेय देते थे। यह अनिश्चितता अब केवल 10% तक कम हो गई है। फ्रीडमैन ने सेफिड्स नामक लगभग 800 तारों का अध्ययन करके इसे हासिल किया - चर चमक वाले तारे जिनका उपयोग खगोलविद दूरियों को मापने के लिए करते हैं। सेफिड्स को मार्कर के रूप में उपयोग करते हुए, उन्होंने 65 मिलियन प्रकाश-वर्ष के दायरे में स्थित 18 आकाशगंगाओं की पृथ्वी से दूरी निर्धारित की। इन आंकड़ों को समान आकाशगंगाओं के वेगों के साथ जोड़कर, जो उनसे प्राप्त प्रकाश की विशेषताओं से अनुमानित हैं, खगोलविदों ने हबल स्थिरांक के नए मूल्य और, इसलिए, 12 बिलियन वर्ष तक पहुंचा। यह ब्रह्मांड की आयु का अब तक का सबसे अच्छा निर्धारण है। लेकिन यह अभी तक निश्चित नहीं है। खासकर इसलिए क्योंकि यह ब्रह्मांड की विस्तार दर के केवल वर्तमान मूल्य पर आधारित है। यदि यह दर तेज हो रही है, तो आयु को 13.4 बिलियन वर्ष के निशान को पार करना होगा।
अविश्वसनीय मुद्रास्फीति
विस्तार शीतलन की ओर ले जाता है। और इसने पदार्थ के संरचनाकरण को संभव बनाया, जिससे ब्रह्मांड में भारी परिवर्तन हुए। बिग बैंग के तुरंत बाद, तापमान में अचानक गिरावट ने असंतुलन पैदा किया जिसने अंतरिक्ष के विस्तार को हिंसक रूप से तेज कर दिया। इस घटना, जिसे मुद्रास्फीति नाम दिया गया, एक बहुत छोटे सेकंड के अंश तक चली। लेकिन यह इतना तीव्र था कि इसने ब्रह्मांड को एक प्रोटॉन के आयतन से उस आकार में बदल दिया जिसे आज सबसे शक्तिशाली दूरबीनों द्वारा देखा जा सकता है।
हालांकि यह बहुत कम हो गया था, तापमान अभी भी बहुत अधिक था - 1027 डिग्री केल्विन के क्रम में, यानी, पूर्ण शून्य से एक अरब अरब अरब डिग्री ऊपर। ब्रह्मांड तब शुद्ध ऊर्जा से बना था, जो उन्मत्त गतिविधि में था, कणों और प्रति-कणों का लगातार निर्माण और विनाश हो रहा था। ये पहले कॉर्पसकल्स क्वार्क और एंटीक्वार्क और लेप्टन और एंटीलेप्टन से संबंधित थे। बिग बैंग के एक मिलियनवें सेकंड बाद, तापमान 10 ट्रिलियन डिग्री के स्तर तक गिर गया था, जिससे क्वार्क और एंटीक्वार्क के तीन समूह प्रोटॉन, न्यूट्रॉन और उनके संबंधित प्रति-कण बनाने के लिए जुड़ सके।
तीन मिनट और बीत गए और ब्रह्मांड इतना ठंडा हो गया था कि प्रोटॉन और न्यूट्रॉन पहले से ही मिलकर सबसे सरल तत्वों के परमाणु नाभिक बना सकते थे: हाइड्रोजन (एक प्रोटॉन), ड्यूटेरियम (एक प्रोटॉन और एक न्यूट्रॉन), हीलियम (दो प्रोटॉन और दो न्यूट्रॉन), लिथियम (तीन प्रोटॉन और चार न्यूट्रॉन)। ब्रह्मांडीय थर्मामीटर तब एक मिलियन डिग्री पर था। "आदिम न्यूक्लियोसिंथेसिस" के रूप में जाना जाने वाला नाभिकों का यह निर्माण लगभग 20 मिनट तक चला। लेकिन नाभिकों के मुक्त इलेक्ट्रॉनों को पकड़ने और पहले परमाणुओं का निर्माण करने के लिए 300 हजार से 400 हजार साल के शीतलन की प्रतीक्षा करना आवश्यक था।
और जीवन प्रकट होता है
परमाणुओं के बनने से पहले, ब्रह्मांड अपारदर्शी था, क्योंकि मुक्त इलेक्ट्रॉनों और फोटॉनों (प्रकाश के कणों) के बीच परस्पर क्रिया से प्रकाश विकिरण का प्रसार बाधित होता था। मुक्त इलेक्ट्रॉनों के कब्जा होने से, फोटोन स्वतंत्र रूप से यात्रा कर सके। और ब्रह्मांड पारदर्शी हो गया। एक अरब वर्ष से भी कम समय बाद, परमाणुओं के बीच गुरुत्वाकर्षण आकर्षण ने तारों और आकाशगंगाओं की पहली पीढ़ियों को जन्म दिया। न्यूक्लियोसिंथेसिस तारों के भीतर जारी रहा, जिससे ब्रह्मांड अधिक जटिल तत्वों (कार्बन, ऑक्सीजन, लोहा आदि) के परमाणु नाभिकों से समृद्ध हुआ। ये बाद की पीढ़ी के तारों के निर्माण में भाग लेंगे - अंततः ग्रहों से युक्त, जहां, विशेष परिस्थितियों में, पदार्थ का संगठन जीवन की उपस्थिति के लिए स्थितियां बनाएगा।
कई ब्रह्मांडों में से केवल एक
बिग बैंग से पहले क्या था? कुछ साल पहले तक, यह प्रश्न बिल्कुल भी समझ में नहीं आता था। वैज्ञानिकों का मानना था कि स्थान और समय बिग बैंग के साथ पैदा हुए थे। इसलिए, "पहले" शब्द केवल इस घटना के बाद ही इस्तेमाल किया जा सकता था। आज, एक अलग तरीके से सोचना शुरू हो रहा है। "कई ब्रह्मांड विज्ञानी मानते हैं कि हमारा ब्रह्मांड कई, शायद अनंत, ब्रह्मांडों में से केवल एक है," यूएसपी-आईएजी के खगोलशास्त्री लाएर्टे सोद्रे कहते हैं। "बिग बैंग केवल हमारे ब्रह्मांड के जन्म को चिह्नित करेगा, लेकिन अन्य, शायद बहुत पुराने, मौजूद होंगे।"
इन ब्रह्मांडों में हमारे ब्रह्मांड से बहुत अलग भौतिक गुण हो सकते हैं। और विज्ञान के विकास के वर्तमान चरण में, वे हमारी अवलोकन क्षमता से पूरी तरह बाहर हैं। "लेकिन यह स्पष्ट होना चाहिए कि ये विचार विशुद्ध रूप से अनुमानित हैं," सोद्रे चेतावनी देते हैं। "हमारे पास अभी तक बिग बैंग के बाद पहले सेकंड के अंशों में क्या हुआ, इसे समझने के लिए पर्याप्त विकसित भौतिकी नहीं है, उससे भी कम क्या हुआ।" ब्रह्मांड विज्ञान का एक गुण यह है कि यह आदमी को उसके अज्ञान के आकार का थोड़ा सा अनुभव कराता है।
जैसा कि पहले ही कहा जा चुका है, ब्रह्मांड की 70% ऊर्जा एक ऐसे निर्वात से उत्पन्न हो सकती है जिसकी विज्ञान ने मुश्किल से जांच शुरू की है। लेकिन यह सब कुछ नहीं है: शेष 30% सामग्री में से, केवल एक तिहाई पारंपरिक पदार्थ के अनुरूप है, जिसका भौतिकी द्वारा अध्ययन किया गया है। अन्य दो तिहाई तथाकथित "डार्क मैटर" से बने होंगे, जिनकी प्रकृति पूरी तरह से अज्ञात है (नीचे दिया गया बॉक्स पढ़ें)। उन्हें उदास महसूस कराने के बजाय, अज्ञात की यह झलक रचनात्मक वैज्ञानिकों के लिए एक जबरदस्त प्रोत्साहन है। "अविश्वसनीय रूप से दिलचस्प चीजें वैज्ञानिक जांच के लिए खुद को प्रस्तुत करना शुरू कर रही हैं," अमैनसियो फ्रीका घोषणा करते हैं। "विज्ञान अभी शुरू हो रहा है।"
अजीब डार्क मैटर
प्रोटॉन, इलेक्ट्रॉन, न्यूट्रॉन: पारंपरिक पदार्थ से जुड़े ये सभी अवधारण डार्क मैटर पर लागू नहीं होते हैं। वैज्ञानिक अभी भी इसकी प्रकृति के बारे में बिल्कुल नहीं जानते हैं। लेकिन वे इस बात के प्रति तेजी से आश्वस्त हो रहे हैं कि यह मौजूद है। "यह विश्वास 1930 के दशक में मजबूत होने लगा," लाएर्टे सोद्रे बताते हैं। "उस समय, आकाशगंगा समूहों के व्यवहार का अध्ययन करते हुए, बुल्गारियाई खगोलशास्त्री फ्रिट्ज़ ज़्विकी (1898-1974) ने गणना की कि आकाशगंगाओं के द्रव्यमान क्या होना चाहिए ताकि उनके सापेक्ष गति गुरुत्वाकर्षण आकर्षण का मुकाबला कर सके, उन्हें एक-दूसरे को कुचलने से रोका जा सके। और वह इस निष्कर्ष पर पहुंचे कि उनमें उनके सितारों के योग से आवंटित किए जा सकने वाले से बहुत अधिक पदार्थ था।"
तब से, डार्क मैटर के पक्ष में साक्ष्य लगातार बढ़े हैं। यह ब्रह्मांड को भरेगा, आकाशगंगाओं के चारों ओर उनके दिखाई देने वाले कोर से बहुत बड़े हेलो का निर्माण करेगा। हालांकि इसे पारंपरिक साधनों से नहीं देखा जा सकता है, डार्क मैटर पृथ्वी पर भी मौजूद होगा - यहां तक कि मानव शरीर के अंदर भी। और इसका अस्तित्व कई रहस्यों की व्याख्या कर सकता है जो आज भी विज्ञान को चुनौती देते हैं।
