क्या होगा अगर स्पेस-टाइम 'चंकी' था? यह हमेशा के लिए वास्तविकता की प्रकृति को बदल देगा।

क्या हमारी मौलिक वास्तविकता निरंतर है या यह छोटे, असतत बिट्स में कटा हुआ है?

दूसरा रास्ता पूछा, क्या स्पेस-टाइम स्मूथ या चंकी है? प्रश्न भौतिकी के सबसे मौलिक सिद्धांतों के दिल में कटौती करता है, जिस तरह से अंतरिक्ष और समय को एक साथ जोड़ते हुए हमारे रोजमर्रा के अस्तित्व की सामग्री के साथ जुड़ जाते हैं।

हालांकि, अंतरिक्ष और समय की प्रकृति का प्रायोगिक परीक्षण असंभव हो गया है, क्योंकि ब्रह्मांड में इस तरह के छोटे पैमाने की जांच करने के लिए अत्यधिक ऊर्जा की आवश्यकता होती है. वह है - अब तक। खगोलविदों की एक टीम ने प्रकाश की गति में सूक्ष्म परिवर्तनों का पता लगाने के लिए छोटे अंतरिक्ष यान के एक बेड़े का उपयोग करने के लिए एक महत्वाकांक्षी नई योजना का प्रस्ताव किया है, जो ब्रह्मांड के कुछ सबसे अधिक झुकने वाले सिद्धांतों की एक बानगी है। यदि अंतरिक्ष और समय वास्तव में छोटे टुकड़ों में टूट गए हैं, तो शोध वास्तविकता की पूरी तरह से नई समझ का मार्ग प्रशस्त कर सकता है।

चंकी बनाम चिकनी

का प्रश्न "अंतरिक्ष और समय क्या है?" हजारों साल पीछे चला जाता है, और हमारी आधुनिक समझ दो विचित्र असंगत स्तंभों पर टिकी हुई है: क्वांटम यांत्रिकी और आइंस्टीन का सामान्य सापेक्षता का सिद्धांत।

सामान्य सापेक्षता में, अंतरिक्ष और समय को एक साथ एकीकृत कपड़े में बुना जाता है अंतरिक्ष समयहमारे ब्रह्मांड को रेखांकित करने वाला चार आयामी चरण। यह अंतरिक्ष-समय निरंतर है, जिसका अर्थ है कि कहीं भी अंतराल नहीं हैं; यह सब एक चिकनी बनावट है। अंतरिक्ष-समय हमारे लिए अपने हिस्से का कार्य करने का एक मंच नहीं है, हालाँकि; यह एक खिलाड़ी भी है: अंतरिक्ष-समय का झुकना और ताना-बाना हमें अपने गुरुत्वाकर्षण का अनुभव देता है।

विपरीत कोने में, क्वांटम यांत्रिकी के नियमों का एक सेट ब्रह्मांड में बहुत छोटी चीज़ों की बातचीत को नियंत्रित करता है। क्वांटम यांत्रिकी इस विचार पर टिकी हुई है कि हमारे रोजमर्रा के अनुभव में से अधिकांश चिकना और निरंतर नहीं है, लेकिन चंकी है। दूसरे शब्दों में, इसकी मात्रा निर्धारित है। ऊर्जा, गति, स्पिन और पदार्थ के कई अन्य गुण केवल असतत छोटे पैकेट में आते हैं।

क्या अधिक है, क्वांटम यांत्रिकी खुद को भी दो शिविरों में विभाजित करता है। एक तरफ, हमारे पास हमारे रोजमर्रा के अस्तित्व के परिचित कण हैं, जैसे कि इलेक्ट्रॉनों और प्रोटॉन, जो अन्य दिलचस्प चीजों को बातचीत करते हैं और करते हैं। ये स्पष्ट रूप से बहुत चंकी हैं, क्योंकि वे असतत हैं "बातें।" दूसरी ओर, हमारे पास क्वांटम क्षेत्र हैं। उप-परमाणु दुनिया में, प्रत्येक प्रकार के कण का अपना क्षेत्र होता है जो पूरे अंतरिक्ष-समय में फैलता है; जब हम कणों के बारे में सोचते हैं, तो हम उनके क्षेत्रों में कम कंपन के बारे में सोचते हैं, जो अन्य कणों के साथ बातचीत करते हैं, और कुछ अन्य दिलचस्प चीजें करते हैं। खेत बहुत सहज हैं।

समय और स्थान की सीमा

तो, हमारे पास हमारे ब्रह्मांड की कुछ चिकनी तस्वीरें हैं और कुछ चंकी हैं। जब अंतरिक्ष-समय की बात आती है, तो हम आसानी से क्वांटम यांत्रिकी की अवधारणाओं को उनके तार्किक निष्कर्ष तक पहुंचाने की कल्पना कर सकते हैं, और यह निर्णय लेते हुए कि अंतरिक्ष और समय असतत हैं: वास्तविकता का बहुत ही कपड़ा कंप्यूटर स्क्रीन पर पिक्सल की तरह विभाजित होता है , और जिसे हम सहज, निरंतर गति के रूप में अनुभव करते हैं, वह तराजू के शीर्ष पर असतत पिक्सल का एक ग्रिड के अलावा और कुछ नहीं है।

क्वांटम यांत्रिकी और सामान्य सापेक्षता को एक साथ मिलाने के कई सिद्धांत, जैसे स्ट्रिंग सिद्धांत और लूप क्वांटम गुरुत्व, असतत अंतरिक्ष-समय के कुछ रूप की भविष्यवाणी करते हैं (हालांकि उस chunkiness के सटीक पूर्वानुमान, व्याख्या और निहितार्थ अभी भी खराब समझे जाते हैं)। यदि हम असतत अंतरिक्ष-समय के लिए सबूत पा सकते हैं, तो यह न केवल वास्तविकता की हमारी समझ को पूरी तरह से फिर से लिख देगा, बल्कि भौतिकी में एक क्रांति का दरवाजा भी खोल देगा।

यह विसंगति खुद को केवल सबसे सूक्ष्म तरीकों से प्रकट कर सकती है; अन्यथा हम इसे अब तक देख चुके होते। विभिन्न सिद्धांतों ने भविष्यवाणी की है कि यदि अंतरिक्ष-समय वास्तव में चंकी था, तो प्रकाश की गति पूरी तरह से स्थिर नहीं हो सकती है - यह उस प्रकाश की ऊर्जा के आधार पर कभी भी थोड़ा बदलाव कर सकती है। उच्च ऊर्जा प्रकाश में एक छोटी तरंग दैर्ध्य होती है, और जब तरंग दैर्ध्य काफी छोटा हो जाता है, तो यह स्पेसटाइम के घुटन को "देख" सकता है। नीचे फुटपाथ पर चलने की कल्पना करें: बड़े पैरों के साथ आप किसी भी छोटी दरार या धक्कों पर ध्यान नहीं देते हैं, लेकिन अगर आपके पास सूक्ष्म पैर हैं तो आप हर छोटी-मोटी अपूर्णता पर यात्रा करेंगे, आपको धीमा कर देंगे। लेकिन यह पारी अविश्वसनीय रूप से छोटी है; यदि अंतरिक्ष-समय असतत है, तो यह एक अरब गुना से भी अधिक छोटे पैमाने पर है जो हम वर्तमान में अपने सबसे शक्तिशाली प्रयोगों में जांच कर सकते हैं।

कब्र के लिए एक खोज

दर्ज GrailQuest: स्पेस-टाइम के क्वांटम एक्सप्लोरेशन के लिए गामा-रे एस्ट्रोनॉमी इंटरनेशनल लेबोरेटरी। यूरोपीय अंतरिक्ष एजेंसी (ईएसए) के नए अंतरिक्ष-समय-शिकार विचारों के लिए एक कॉल के जवाब में खगोलविदों की एक टीम ने इस मिशन के लिए एक प्रस्ताव प्रस्तुत किया। उनका प्रस्ताव arXiv डेटाबेस में विस्तृत है, जिसका अर्थ है कि यह अभी तक क्षेत्र में साथियों द्वारा समीक्षा नहीं की गई है।

यहां स्कूप है: यह देखने के लिए कि क्या प्रकाश की गति विभिन्न ऊर्जाओं के साथ बदलती है, हमें ब्रह्मांड में सबसे अधिक ऊर्जा वाली प्रकाश की एक बड़ी मात्रा को इकट्ठा करने की आवश्यकता है, और ग्रिलक्वेस्ट बस ऐसा करने की उम्मीद करता है।

GrailQuest में छोटे, सरल अंतरिक्ष यान (सटीक संख्या भिन्न होती है, सिर्फ कुछ दर्जन से, यदि उपग्रहों को कुछ हज़ार से अधिक हो तो वे छोटे होते हैं) से लेकर गामा-रे के फटने तक के लिए आकाश की निगरानी करना शामिल है। ये ब्रह्मांड के सबसे शक्तिशाली विस्फोटों में से कुछ हैं। जैसा कि उनके नाम से पता चलता है, ये फटने उच्च ऊर्जा वाले फोटॉनों के प्रचुर मात्रा में रिलीज होते हैं, जैसे कि गामा किरणें। ये गामा किरणें अंतरिक्ष यान के बेड़े तक पहुंचने से पहले अरबों वर्षों में यात्रा करती हैं, जो गामा किरणों की ऊर्जा और समय के अंतर को बेड़े के ऊपर फटने वाले राख के रूप में दर्ज करती हैं।

पर्याप्त सटीकता के साथ, अगर स्पेस-टाइम असतत है, तो GrailQuest प्रकट कर सकता है। कम से कम, इसका सही सेटअप है: यह उच्चतम-ऊर्जा प्रकाश की जांच कर रहा है (जो कि अंतरिक्ष-समय चंकी होने की भविष्यवाणी करने वाले सिद्धांतों में सबसे अधिक प्रभावित होता है); गामा किरणें अरबों प्रकाश वर्ष (समय के साथ प्रभाव बनाने की अनुमति) के लिए यात्रा कर रही हैं; और अंतरिक्ष यान उत्पादन करने के लिए काफी सरल हैं en मस्से (इसलिए पूरे बेड़े को यथासंभव पूरे आकाश में देखा जा सकता है)।

यदि अंतरिक्ष-समय की विसंगति के लिए ग्रेनुलेस्ट को सबूत तलाशना होता तो वास्तविकता की हमारी अवधारणाएँ कैसे बदलतीं? यह कहना असंभव है - हमारे वर्तमान सिद्धांत सभी नक्शे पर हैं जब यह निहितार्थ की बात आती है। लेकिन कोई बात नहीं, हमें इंतजार करना होगा। ईएसए प्रस्तावों का यह दौर 2035 और 2050 के बीच कुछ समय के लिए शुरू किया गया है। जब तक हम इंतजार कर रहे हैं, हम बहस कर सकते हैं कि क्या अब और फिर समय के बीच मौलिक रूप से सुचारू या चंकी है।

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पॉल एम। सटर पर एक खगोल भौतिकीविद् है ओहियो स्टेट यूनिवर्सिटी, का मेजबान एक अंतरिक्ष यात्री से पूछें तथा अंतरिक्ष रेडियोऔर के लेखक हैं ब्रह्मांड में आपका स्थान.