बिग बैंग, बिग क्लेम: व्हाई दिस बोल्ड आइडिया इज राइट

शुरुआत में, ब्रह्मांड का विस्तार बहुत तेजी से हुआ।

(छवि: © फ़्लिकर / जेमी, सीसी बाय-एसए)

पॉल सटर ओहियो स्टेट यूनिवर्सिटी में एक खगोल भौतिकीविद् और COSI विज्ञान केंद्र के मुख्य वैज्ञानिक हैं। सटर एस्क अ स्पेसमैन एंड स्पेस रेडियो के होस्ट भी हैं, और दुनिया भर के लीडअर्सट्रो। सटर ने इस लेख को स्पेस.कॉम के एक्सपर्ट वॉयस: ओप-एड एंड इनसाइट्स में योगदान दिया।

13.8 बिलियन साल पहले, हमारा संपूर्ण अवलोकन ब्रह्मांड एक आड़ू के आकार का था और इसमें एक ट्रिलियन डिग्री से अधिक तापमान था।

यह बनाने के लिए एक बहुत ही सरल, लेकिन बहुत ही साहसिक कथन है, और यह एक ऐसा बयान नहीं है जिसे हल्के या आसानी से बनाया गया है। वास्तव में, सौ साल पहले भी, यह बिल्कुल सटीक लगता था, लेकिन यहां हम कह रहे हैं कि यह कोई बड़ी बात नहीं है। लेकिन विज्ञान में किसी भी चीज़ के साथ, इस तरह के सरल कथन कई स्वतंत्र सबूतों के पहाड़ों से निर्मित होते हैं जो सभी एक ही निष्कर्ष की ओर इशारा करते हैं - इस मामले में, बिग बैंग, हमारे ब्रह्मांड के इतिहास का हमारा मॉडल। [द यूनिवर्स: बिग बैंग टु नाउ इन 10 इज़ी स्टेप्स]

लेकिन, जैसा कि वे कहते हैं, इसके लिए मेरे शब्द मत लो। बिग बैंग के साक्ष्य के पाँच टुकड़े इस प्रकार हैं:

# 1: रात का आसमान अंधेरा है

एक पल के लिए कल्पना कीजिए कि हम समय और स्थान दोनों में एक पूरी तरह से अनंत ब्रह्मांड में रहते थे। सितारों का चमकता हुआ संग्रह हर दिशा में हमेशा के लिए चला जाता है, और ब्रह्मांड बस हमेशा रहा है और हमेशा रहेगा। इसका मतलब यह होगा कि जहाँ भी आप आकाश में दिखते हैं - बस एक यादृच्छिक दिशा चुनें और घूरें - आप कुछ दूरी पर, कहीं न कहीं, एक स्टार खोजने के लिए बाध्य होंगे। वह अनंत ब्रह्मांड का अनिवार्य परिणाम है।

और अगर वही ब्रह्मांड हमेशा के लिए चारों ओर हो गया है, तो उस तारे से प्रकाश के लिए बहुत समय है, अपने नेत्रगोलक तक पहुंचने के लिए सी की अपेक्षाकृत सुस्त गति से ब्रह्मांड के माध्यम से रेंगते हुए। यहां तक ​​कि किसी भी हस्तक्षेप करने वाली धूल की उपस्थिति एक अनंत बड़े ब्रह्मांड पर फैले तारों के अनंत से संचित प्रकाश को कम नहीं करेगी।

एर्गो, आकाश को सितारों की एक भीड़ के संयुक्त प्रकाश के साथ समाप्त कर दिया जाना चाहिए। इसके बजाय, यह ज्यादातर अंधेरा है। खालीपन। शून्य। तिमिर। तुम्हें पता है, अंतरिक्ष।

जर्मन भौतिक विज्ञानी हेनरिक ओलेर्स इस स्पष्ट विरोधाभास को नोट करने वाले पहले व्यक्ति नहीं हो सकते हैं, लेकिन उनका नाम इस विचार से जुड़ा हुआ है: इसे ओलेर्स के विरोधाभास के रूप में जाना जाता है। सरल संकल्प? या तो ब्रह्मांड आकार में अनंत नहीं है या यह समय में अनंत नहीं है। या शायद है भी नहीं।

# 2: क्वासर मौजूद हैं

जैसे ही शोधकर्ताओं ने संवेदनशील रेडियो टेलीस्कोप विकसित किए, 1950 और 60 के दशक में, उन्होंने आकाश में अजीब तरह से रेडियो स्रोतों को देखा। महत्वपूर्ण खगोलीय स्लीथिंग के माध्यम से, वैज्ञानिकों ने निर्धारित किया कि ये अर्ध-तारकीय रेडियो स्रोत, या "क्वासर" बहुत दूर लेकिन असामान्य रूप से उज्ज्वल, सक्रिय आकाशगंगाएं थे।

इस चर्चा के लिए जो सबसे महत्वपूर्ण है, वह उस निष्कर्ष का "बहुत दूर" हिस्सा है।

क्योंकि प्रकाश को एक स्थान से दूसरे स्थान तक जाने में समय लगता है, हम सितारों और आकाशगंगाओं को नहीं देखते हैं जैसा कि वे अब हैं, लेकिन जैसा कि वे हजारों, लाखों या अरबों साल पहले थे। इसका मतलब है कि ब्रह्मांड में गहराई से देखने से अतीत में भी गहराई दिख रही है। हम दूर के ब्रह्मांड में बहुत सारे क्वासर्स देखते हैं, जिसका अर्थ है कि ये वस्तुएं अरबों साल पहले बहुत आम थीं। लेकिन हमारे स्थानीय, अप-टू-डेट पड़ोस में शायद ही कोई क्वासर है। और वे काफी दूर (यानी, युवा) ब्रह्मांड में हैं कि हमें अपने आसपास के क्षेत्र में बहुत अधिक देखना चाहिए।

सरल निष्कर्ष: ब्रह्मांड आज की तुलना में अपने अतीत में अलग था।

# 3: यह बड़ा हो रहा है

हम एक विस्तारित ब्रह्मांड में रहते हैं। औसतन, आकाशगंगाएँ अन्य सभी आकाशगंगाओं से दूर होती जा रही हैं। निश्चित रूप से, कुछ छोटे स्थानीय टकराव बचे हुए गुरुत्वाकर्षण संबंधों से होते हैं, जैसे कि मिल्की वे कुछ अरब वर्षों में एंड्रोमेडा से कैसे टकराते हैं। लेकिन बड़े पैमाने पर, यह सरल, विस्तारवादी संबंध सही है। यह वह है जो खगोलविज्ञानी एडविन हबल ने 20 वीं शताब्दी की शुरुआत में खोजा था, जिसके तुरंत बाद पता चला कि "आकाशगंगा" वास्तव में एक चीज थी। [मिल्की वे गैलेक्सी के हेड-ऑन क्रैश ऑन एंड्रोमेडा: आर्टिस्ट इमेजेज]

एक विस्तारित ब्रह्मांड में, नियम सरल हैं। प्रत्येक आकाशगंगा प्रत्येक (लगभग) आकाशगंगा से पुनरावृत्ति कर रही है। दूर की आकाशगंगाओं से प्रकाश फिर से लाल हो जाएगा - प्रकाश की तरंग दैर्ध्य जो वे छोड़ रहे हैं, वह लंबी हो जाएगी, और इस प्रकार अन्य आकाशगंगाओं के परिप्रेक्ष्य से लाल हो जाएगी। आपको यह सोचकर ललचाया जा सकता है कि यह ब्रह्मांड के चारों ओर गतिमान अलग-अलग आकाशगंगाओं की गति के कारण है, लेकिन गणित में जोड़ नहीं है।

एक विशिष्ट आकाशगंगा के लिए रेडशिफ्ट की मात्रा कितनी दूर है इससे संबंधित है। क्लोजर आकाशगंगाओं को एक निश्चित मात्रा में रेडशिफ्टिंग मिलेगी। एक आकाशगंगा जितनी दूर होगी, उससे दोगुनी उस लाल रंग की तरंग मिलेगी। चार गुना दूरी? यह सही है, चार बार रेडशिफ्ट। केवल आकाशगंगाओं के आसपास घूमने के साथ इसे समझाने के लिए वास्तव में एक अजीब सा षड्यंत्र होना चाहिए जहां ब्रह्मांड के सभी गैलैक्टिक नागरिक इस बहुत विशिष्ट पैटर्न में स्थानांतरित होने के लिए सहमत हों।

इसके बजाय, वहाँ एक बहुत सरल व्याख्या है: आकाशगंगाओं की गति उन आकाशगंगाओं के बीच अंतरिक्ष के खिंचाव के कारण है।

हम एक गतिशील, विकसित ब्रह्मांड में रहते हैं। यह अतीत में छोटा था और भविष्य में बड़ा होगा।

# 4: अवशेष विकिरण

चलो एक खेल खेलते है। मान लें कि ब्रह्मांड अतीत में छोटा था। इसका मतलब है कि यह सघन और गर्म दोनों होता, है ना? सही - ब्रह्मांड की सभी सामग्री को एक छोटी सी जगह में बांधा गया होता है, और उच्च घनत्व का मतलब उच्च तापमान होता है।

किसी समय, जब ब्रह्माण्ड था, कहते हैं, अब की तुलना में एक लाख गुना छोटा है, सब कुछ एक साथ तोड़ा गया होगा कि यह एक प्लाज्मा होगा। उस स्थिति में, इलेक्ट्रॉन अपने परमाणु मेजबान से अनबाउंड होंगे और तैरने के लिए स्वतंत्र होंगे, ये सभी पदार्थ तीव्र, उच्च ऊर्जा विकिरण में नहाएंगे।

लेकिन जैसा कि शिशु ब्रह्मांड का विस्तार हुआ, यह एक बिंदु पर ठंडा हो गया, जहां, अचानक, नाभिक के चारों ओर इलेक्ट्रॉन आराम से बस सकते हैं, जिससे हाइड्रोजन और हीलियम का पहला पूर्ण परमाणु बन जाता है। उस समय, पागल-तीव्र विकिरण नए पतले और पारदर्शी ब्रह्मांड के माध्यम से घूमता रहेगा। और जैसा कि ब्रह्मांड का विस्तार हुआ, प्रकाश जो वस्तुतः सफेद-गर्म होना शुरू हो गया था, ठंडा हो गया होगा, ठंडा होगा, निरपेक्ष शून्य से ऊपर कुछ हद तक ठंडा होगा, तरंगदैर्ध्य को माइक्रोवेव रेंज में मजबूती से डाल देगा।

और जब हम आकाश में अपने माइक्रोवेव दूरबीनों को इंगित करते हैं, तो हम क्या देखते हैं? बैकग्राउंड रेडिएशन का एक स्नान, जो हमें चारों तरफ से घेरे हुए है और सभी दिशाओं में लगभग पूरी तरह से एक समान (100,000 में एक हिस्सा!) है। ब्रह्मांड का एक बच्चा चित्र। एक लंबे समय से मृत युग से एक पोस्टकार्ड। ब्रह्मांड के रूप में पुराने रूप में लगभग एक समय से प्रकाश।

# 5: यह मौलिक है

कॉस्मिक माइक्रोवेव बैकग्राउंड के गठन से भी घड़ी को पीछे धकेलें, और कुछ बिंदु पर, चीजें इतनी तीव्र, इतनी पागल हैं कि प्रोटॉन और न्यूट्रॉन भी मौजूद नहीं हैं। यह उनके मूल भागों का एक सूप है, क्वार्क और ग्लून्स। लेकिन फिर से, जैसा कि ब्रह्मांड का विस्तार हुआ और अपने अस्तित्व के पहले कुछ मिनटों में उन्मादी से ठंडा हो गया, हाइड्रोजन और हीलियम की तरह सबसे हल्का नाभिक, congealed और गठन।

हमारे पास आजकल नाभिकीय भौतिकी पर एक बहुत ही अच्छा संभाल है, और हम उस ज्ञान का उपयोग हमारे ब्रह्मांड में सबसे हल्के तत्वों की सापेक्ष मात्रा का अनुमान लगाने के लिए कर सकते हैं। भविष्यवाणी: उस शंकुधारी सूप में लगभग तीन-चौथाई हाइड्रोजन, एक-चौथाई हीलियम और "अन्य" का छींटा होना चाहिए।

चुनौती तो खगोलविदों के पास जाती है, और वे क्या पाते हैं? एक ब्रह्मांड, लगभग तीन-चौथाई हाइड्रोजन, एक-चौथाई हीलियम और "अन्य" का एक छोटा प्रतिशत। बिंगो।

वहाँ और भी सबूत है, ज़ाहिर है। लेकिन यह ब्रह्मांड के हमारे आधुनिक बिग बैंग चित्र के लिए सिर्फ शुरुआती बिंदु है। साक्ष्य की एकाधिक स्वतंत्र रेखाएं एक ही निष्कर्ष पर इंगित करती हैं: हमारा ब्रह्मांड लगभग 13.8 बिलियन वर्ष पुराना है, और एक समय में, यह एक आड़ू का आकार था और एक खरब डिग्री से अधिक का तापमान था।

एपिसोड को सुनकर और जानें "जब आकाशगंगाएं टकराती हैं तो क्या होता है?" एक अंतरिक्ष यात्री पॉडकास्ट पर, आईट्यून्स पर और वेब पर http://www.askaspaceman.com पर उपलब्ध है। माइक डी, ट्रिप बी, सेडस एस, इसला, और पैट्रिक डी के सवालों के लिए धन्यवाद जिन्होंने इस टुकड़े का नेतृत्व किया! ट्विटर पर #AskASpaceman का उपयोग करके या पॉल @PaulMattSutter और facebook.com/PaulMattSutter का उपयोग करके अपना प्रश्न पूछें। हमें @Spacedotcom, फेसबुक और Google+ पर फॉलो करें। Space.com पर मूल लेख।