हमें कॉस्मिक इन्फ्लेशन की आवश्यकता क्यों है

कॉस्मिक माइक्रोवेव बैकग्राउंड में तापमान के अंतर का एक दृश्य, उत्पन्न हुआ जब आकाशगंगा 400,000 वर्ष से कम पुरानी थी, जिसे विल्किंसन माइक्रोवेव अनीसोट्रॉफी जांच (डब्ल्यूएमएपी) के नौ वर्षों के अवलोकन से बनाया गया था।

(छवि: © नासा)

पॉल सटर ओहियो स्टेट यूनिवर्सिटी में एक खगोल भौतिकीविद् और COSI विज्ञान केंद्र के मुख्य वैज्ञानिक हैं। सटर "आस्क ए अ स्पेसमैन", "स्पेस रेडियो" की भी मेजबानी करता है और दुनिया भर में एस्ट्रोटर्फ का नेतृत्व करता है। सटर ने इस लेख को स्पेस.कॉम के एक्सपर्ट वॉयस: ओप-एड एंड इनसाइट्स में योगदान दिया।

बिग बैंग मॉडल ब्रह्मांड के इतिहास के लिए हमारी सबसे सफल व्याख्या है, जिसमें हम रहते हैं, और यह हास्यास्पद है कि एक एकल, टी-शर्टेबल वाक्य में इसके मुख्य ढांचे को घेरना आसान है: बहुत समय पहले, हमारा ब्रह्मांड बहुत छोटा था। इस सरल कथन से प्रमुख परीक्षण योग्य भविष्यवाणियां प्रवाहित होती हैं जिन्हें दशकों के अवलोकन द्वारा सत्यापित किया गया है। ब्रह्मांड की विस्तार दर। कॉस्मिक माइक्रोवेव बैकग्राउंड। सबसे हल्के तत्वों का उत्पादन। निकट और दूर की आकाशगंगाओं के बीच का अंतर। सबूतों की सभी रसदार रेखाएं जो कॉस्मोलॉजी को एक विज्ञान बनाती हैं।

लेकिन कुछ मुद्दे हैं। [द यूनिवर्स: बिग बैंग टु नाउ इन 10 इज़ी स्टेप्स]

"वेनिला" बिग बैंग मॉडल, बिना किसी अतिरिक्त या संशोधन के, सभी टिप्पणियों को नहीं समझा सकता है।

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क्षितिज पर आँखें

हम कच्चे अंतरिक्ष की एक जबरदस्त मात्रा देख सकते हैं। हमारा अवलोकनीय ब्रह्माण्ड 90 अरब प्रकाश वर्ष से अधिक व्यास का है। और बाहर हम अतीत में गहरा हम सहकर्मी देखो। हमें चारों ओर से घेरे में लौकिक माइक्रोवेव बैकग्राउंड है, जब दुनिया में बमुश्किल एक नवजात शिशु - केवल 270,000 साल पुराना, बचे हुए जीवाश्म प्रकाश को छोड़ दिया जाए, तो अतीत में यह 13.8 बिलियन साल से अधिक पुराना था।

वह प्रकाश हमारे पास ब्रह्मांड की पहुंच से दूर है, इतना दूर कि यह अब हमारे लिए दुर्गम है। और उस पृष्ठभूमि प्रकाश के विभिन्न खंड एक दूसरे के लिए दुर्गम हैं। भौतिकी के अद्भुत शब्दजाल में, लौकिक माइक्रोवेव पृष्ठभूमि के क्षेत्र यथोचित रूप से जुड़े नहीं हैं। दूसरे शब्दों में, पिछले 13.8 बिलियन वर्षों में एक और चंक के साथ संचार करने के लिए हमारे अवलोकनीय ब्रह्माण्ड की सीमाओं के एक भाग के लिए, उन्हें प्रकाश की गति की तुलना में तेज़ी से संकेत भेजने होंगे।

अगर लौकिक माइक्रोवेव पृष्ठभूमि लगभग पूरी तरह से चिकनी नहीं थी तो कोई बड़ी बात नहीं होगी। शिशु ब्रह्मांड में एक ही तापमान एक मिलियन में था। जब एक क्षेत्र में परिवर्तन दूसरों को प्रभावित करने के लिए पर्याप्त समय नहीं था तो सभी को इतनी अच्छी तरह से समन्वय कैसे किया गया?

सीधा और संकरा

जब तक हम माप सकते हैं, तब तक हमारे ब्रह्मांड की ज्यामिति पूरी तरह से, पूरी तरह से, कभी-उबाऊ सपाट प्रतीत होती है। बड़े पैमाने पर, ब्रह्मांडीय तराजू, समानांतर रेखाएं हमेशा के लिए समानांतर रहती हैं, त्रिकोण के आंतरिक कोण 180 डिग्री तक जोड़ते हैं, और इसी तरह। यूक्लिडियन ज्यामिति के सभी नियम जो आपने हाई स्कूल में सीखे थे, लागू होते हैं।

लेकिन नहीं है कारण हमारे ब्रह्मांड के सपाट होने के लिए। बड़े पैमाने पर यह किसी भी पुराने वक्रता को चाह सकता था। हमारा ब्रह्मांड एक विशाल, बहुआयामी समुद्र तट गेंद या घोड़े की सवारी की काठी की तरह आकार ले सकता था। लेकिन, नहीं, यह फ्लैट उठाया। और सिर्फ थोड़ा सा फ्लैट नहीं है। वर्तमान ब्रह्माण्ड में कुछ प्रतिशत की शुद्धता के लिए कोई वक्रता मापने के लिए, युवा ब्रह्माण्ड को एक मिलियन में एक भाग के लिए फ्लैट होना चाहिए।

क्यों? वक्रता के लिए सभी संभावित विकल्पों में से, लगभग पूरी तरह से फ्लैट थोड़ा संदिग्ध नहीं लगता है? और वास्तव में, हमें संदेह है कि वहाँ सपाटता का एक कारण है, और यह सिर्फ पासा का भाग्यशाली रोल नहीं है।

सिर्फ एक ध्रुव

चुंबकीय मोनोपोल सैद्धांतिक जानवर हैं; अंतरिक्ष-समय में होने वाले फ्रैक्चर जो केवल चुंबकीय ध्रुवों में से एक को प्रदर्शित करते हैं - एक उत्तरी या दक्षिण-ध्रुवीय कण की कल्पना करते हैं जो अपने अकेले में घूमते हैं। (जैसा कि हम जानते हैं, चुंबकीय उत्तर के साथ एक वस्तु के दूसरे छोर पर एक चुंबकीय दक्षिण भी होगा।) अत्यधिक प्रारंभिक ब्रह्मांड के हमारे सबसे अच्छे मॉडल के अनुसार (जब यह लगभग 10 ^ -35 सेकंड पुराना था,) और नहीं, यह एक टाइपो नहीं है) विदेशी प्रक्रिया बिल्कुल इन nasties के साथ हमारे ब्रह्मांड बाढ़ आनी चाहिए।

ये मोनोपोल इतने सामान्य होने चाहिए कि ये हमारे रोजमर्रा के कॉस्मोलॉजिकल जीवन का एक सामान्य हिस्सा होंगे। और फिर भी, हमने एक एकल के लिए सबूत नहीं देखा है। शून्य। कुछ भी नहीं। कोई भी मोनोपोल राक्षस अंधेरे ब्रह्मांड के खारे पानी में दुबका हुआ नहीं दिखाई देता है।

तो वे कहां गए? उन्हें बहुतायत में निर्मित किया जाना चाहिए था जैसा कि हमारा ब्रह्मांड दिलचस्प हो रहा था, लेकिन वे कहीं नहीं पाए जाते हैं।

बस इसे बड़ा करें

हमारे पास इन समस्याओं के लिए सबसे अच्छा समाधान एक प्रक्रिया है जिसे मुद्रास्फीति कहा जाता है। विचार पहले प्रस्तावित था - और गढ़ा! - भौतिक विज्ञानी एलन गुथ द्वारा 1980 में जब उन्होंने सुझाव दिया कि चुंबकीय मोनोपोल के साथ ब्रह्मांड को भरने वाली एक ही विदेशी प्रक्रिया ब्रह्मांड को अत्यधिक तेजी से विस्तार की अवधि में भेज सकती है।

कल्पना कीजिए कि अगर मैंने आपको - आपके शरीर, हिम्मत, मस्तिष्क, कंकाल, पूरे सौदे - को हमारे संपूर्ण अवलोकन ब्रह्मांड के आकार के लिए गुब्बारा दिया। और कल्पना कीजिए कि मुझे ऐसा करने में 10 ^ -32 सेकंड से भी कम समय लगा। यह कुछ गंभीर विस्तार है, और वास्तव में मुद्रास्फीति से हमारा मतलब है। जब हमारा ब्रह्मांड अविश्वसनीय रूप से युवा था, तो गुथ ने प्रस्तावित किया फुलाया आँख की झपकी से कम में ऐसे गरुण तराजू पर।

गुथ के लिए, यह मोनोपोल समस्या को हल करने का सबसे साफ रास्ता था। ब्रह्मांड को इतना कठोर बनाकर बड़े, मोनोपोल बस पतला हो जाता है। ब्रह्मांड का हमारा अवलोकनीय पैच है, लेकिन पूरे शेबंग का एक छोटा सा कोना है, और वहां से केवल इतना वॉल्यूम है कि हमें एक मोनोपोल, जैसे, कभी भी मुठभेड़ की उम्मीद नहीं करनी चाहिए।

इस मुद्रास्फीति का दौर वनीला बिग बैंग की अन्य दो कमियों को भी हल करता है। प्री-इन्फ्लेशनरी ब्रह्माण्ड में तापमान के समतुल्य और समतुल्य होने से पहले एक बहुत बड़े राज्य में, एक बार जुड़े हुए क्षेत्रों से बाहर संपर्क में आने के बाद तापमान को बराबर करने के लिए बहुत समय था। और इस तरह के एक विशाल ब्रह्मांड में, हम मदद नहीं कर सकते हैं लेकिन हमारे अवलोकन योग्य पैच में एक फ्लैट ज्यामिति को माप सकते हैं। कौन परवाह करता है कि पूरे ब्रह्मांड की वक्रता क्या है - यह इतना बड़ा है कि यह हमारे लिए सपाट दिखाई देगा। पृथ्वी घुमावदार है, लेकिन मेरा पिछवाड़ा अच्छा और सपाट है, क्योंकि यह हमारे ग्रह की सतह से बहुत छोटा है। बस उसी तर्क को ब्रह्माण्डीय तराजू पर लागू करें और आप सुनहरे हैं।

फिर भी, मुद्रास्फीति को नियंत्रित करने वाले तंत्र को खराब तरीके से समझा जाता है, और एक आधे-सभ्य वैज्ञानिक सिद्धांत पर विचार करने के लिए, यह केवल वर्तमान टिप्पणियों की व्याख्या नहीं कर सकता है, बल्कि भविष्य के लिए भविष्यवाणियां कर सकता है।

और वह एक और दिन के लिए कहानी होगी।

एपिसोड के बारे में अधिक जानें "हमें ब्रह्मांडीय मुद्रास्फीति की आवश्यकता क्यों है? (भाग 2)" पूछें एक स्पेसमैन पॉडकास्ट पर, आईट्यून्स पर और वेब पर http://www.askaspaceman.com पर उपलब्ध है। मैसिमिलियानो एस, लोरेंजो बी, @ZachCoty, पीट ई।, क्रिश्चियन डब्ल्यू।, @up_raw, विकी के।, थॉमस, बांदा सी।, स्टीव एस।, इवान डब्ल्यू।, एंड्रयू पी।, @MarkRiepe, @ Luft08, @kazoukis, गॉर्डन एम।, जिम डब्ल्यू।, कॉस्मिक वेक्स, फ्लोरीन एच।, गैबी पी।, अमांडा जेड, और @scaredjackel इस सवाल के लिए जो इस टुकड़े की ओर ले गए! ट्विटर पर #AskASpaceman का उपयोग करके या पॉल @PaulMattSutter और facebook.com/PaulMattSutter का उपयोग करके अपना प्रश्न पूछें। हमें ट्विटर @Spacedotcom और फेसबुक पर फ़ॉलो करें। Space.com पर मूल लेख।