अंतरिक्ष कैसे तेजी से प्रकाश की गति से यात्रा कर सकता है?

कॉस्मोलॉजिस्ट बौद्धिक समय यात्री हैं। अरबों वर्षों से पीछे मुड़कर देखें, तो ये वैज्ञानिक आश्चर्यजनक रूप से हमारे ब्रह्मांड के विकास का पता लगाने में सक्षम हैं। आगामी युगों में, हमारे ब्रह्मांड इतने विशाल आकार में बढ़ गए हैं कि अब हम इसके दूसरे पक्ष को नहीं देख सकते हैं।

लेकिन यह कैसे हो सकता है? यदि प्रकाश का वेग एक ब्रह्मांडीय गति सीमा को चिह्नित करता है, तो संभवतः स्पेसटाइम के क्षेत्र कैसे हो सकते हैं जिनके फोटोन हमेशा हमारी पहुंच से बाहर हैं? और यहां तक ​​कि अगर वहाँ हैं, तो हम कैसे जानते हैं कि वे बिल्कुल मौजूद हैं?

विस्तार ब्रह्मांड

भौतिकी में सब कुछ की तरह, हमारे ब्रह्मांड संभव सबसे कम ऊर्जा स्थिति में मौजूद होने का प्रयास करते हैं। लेकिन 10 के आसपास^-36 बिग बैंग के कुछ सेकंड बाद, मुद्रास्फीतिवादी कॉस्मोलॉजिस्टों का मानना ​​है कि कॉसमॉस ने खुद को "झूठी वैक्यूम ऊर्जा" के बजाय आराम पाया - एक कम-बिंदु जो वास्तव में कम-बिंदु नहीं था। एक पल के एक मिनट के अंश पर, वैक्यूम ऊर्जा की सच्ची नादिर की तलाश, ब्रह्मांड को 10 के एक कारक द्वारा गुब्बारा माना जाता है⁵⁰.

उस समय से, हमारे ब्रह्मांड का विस्तार जारी रहा है, लेकिन बहुत धीमी गति से। हम दूर की वस्तुओं से प्रकाश में इस विस्तार का प्रमाण देखते हैं। जैसे ही किसी तारे या आकाशगंगा द्वारा उत्सर्जित फोटॉन पूरे ब्रह्मांड में फैलते हैं, अंतरिक्ष में फैलाव उन्हें ऊर्जा खो देता है। एक बार जब फोटॉन हमारे पास पहुंचते हैं, तो उनकी तरंग दैर्ध्य को उनके द्वारा तय की गई दूरी के अनुसार पुनर्निर्धारित किया जाता है।

यही कारण है कि कॉस्मोलॉजिस्ट अंतरिक्ष और समय दोनों में दूरी के एक समारोह के रूप में रेडशिफ्ट की बात करते हैं। इन दूर की वस्तुओं से प्रकाश इतने लंबे समय से यात्रा कर रहा है कि, जब हम अंत में इसे देखते हैं, तो हम वस्तुओं को देख रहे हैं जैसे कि वे अरबों साल पहले थे।

हबल वॉल्यूम

Redshifted प्रकाश हमें आकाशगंगाओं जैसी वस्तुओं को देखने की अनुमति देता है, जैसा कि वे सुदूर अतीत में मौजूद थे; लेकिन हम देख नहीं सकते सब हमारे इतिहास में उसके इतिहास में घटित हुई घटनाएँ। क्योंकि हमारे ब्रह्मांड का विस्तार हो रहा है, कुछ वस्तुओं से प्रकाश हमारे लिए कभी देखने के लिए बहुत दूर है।

उस सीमा के भौतिकी भाग में, आसपास के स्पेसटाइम के एक भाग पर हबल वॉल्यूम कहा जाता है। यहाँ पृथ्वी पर, हम हबल पैरामीटर को मापते हैं जिसे हबल पैरामीटर (H) कहा जाता है₀), एक मूल्य जो दूर की वस्तुओं की स्पष्ट मंदी की गति को उनके पुनर्वितरण से संबंधित करता है। पहली बार 1929 में गणना की गई थी, जब एडविन हबल ने पाया कि दूर की आकाशगंगाएं हमसे दूर ऐसी दर पर चलती दिखाई दीं जो उनके प्रकाश के लाल रंग के समानुपाती थी।

H द्वारा प्रकाश की गति को विभाजित करना₀, हम हबल मात्रा प्राप्त करते हैं। यह गोलाकार बुलबुला एक ऐसे क्षेत्र को घेरता है जहां सभी वस्तुएं प्रकाश की गति से कम गति पर एक केंद्रीय पर्यवेक्षक से दूर जाती हैं। इसके विपरीत, हबल वॉल्यूम के बाहर सभी ऑब्जेक्ट केंद्र से दूर चले जाते हैंऔर तेज प्रकाश की गति से।

हां, "प्रकाश की गति से तेज"। यह कैसे हो सकता है?

सापेक्षता का जादू

इसका जवाब विशेष सापेक्षता और सामान्य सापेक्षता के बीच अंतर के साथ करना है। विशेष सापेक्षता की आवश्यकता होती है जिसे "जड़त्वीय संदर्भ फ्रेम" कहा जाता है - अधिक बस, एक पृष्ठभूमि। इस सिद्धांत के अनुसार, सभी जड़त्वीय संदर्भ फ़्रेमों की तुलना में प्रकाश की गति समान होती है। चाहे एक पर्यवेक्षक ग्रह पृथ्वी पर एक पार्क बेंच पर बैठा हो या फ्यूचरिस्टिक हाई-वेग रॉकेटशिप में नेप्च्यून से अतीत को ज़ूम कर रहा हो, प्रकाश की गति हमेशा समान होती है। एक फोटॉन हमेशा पर्यवेक्षक से 300,000,000 मीटर प्रति सेकंड की दूरी पर यात्रा करता है, और वह कभी भी पकड़ नहीं पाएगा।

हालाँकि, सामान्य सापेक्षता स्वयं स्पेसटाइम के कपड़े का वर्णन करती है। इस सिद्धांत में, कोई जड़त्वीय संदर्भ फ्रेम नहीं है। स्पेसटाइम स्वयं के बाहर किसी भी चीज़ के संबंध में विस्तार नहीं कर रहा है, इसलिए प्रकाश की गति इसके वेग पर एक सीमा के रूप में लागू नहीं होती है। हाँ, हमारे हब्बल क्षेत्र के बाहर की आकाशगंगाएँ प्रकाश की गति की तुलना में तेजी से हमसे दूर हो रही हैं। लेकिन आकाशगंगाएँ स्वयं किसी भी ब्रह्मांडीय गति सीमा को तोड़ती नहीं हैं। उन आकाशगंगाओं में से एक पर्यवेक्षक के लिए, कुछ भी विशेष सापेक्षता का उल्लंघन नहीं करता है। यह हमारे और उन आकाशगंगाओं के बीच का स्थान है जो तेजी से तेजी से फैल रही है और तेजी से फैल रही है।

अवलोकनीय ब्रह्मांड

अब अगले धमाके के लिए: हब्बल की मात्रा अवलोकनीय ब्रह्मांड के समान नहीं है।

इसे समझने के लिए, इस बात पर विचार करें कि जैसे-जैसे ब्रह्मांड पुराना होता जाता है, पृथ्वी पर हमारे डिटेक्टरों तक पहुँचने के लिए दूर के प्रकाश का अधिक समय होता है। हम उन वस्तुओं को देख सकते हैं जो हमारे वर्तमान हबल वॉल्यूम से परे तेज हो गए हैं क्योंकि हम आज जो प्रकाश देखते हैं वह तब उत्सर्जित होता था जब वे इसके भीतर थे।

कड़ाई से बोलने पर, हमारे अवलोकनीय ब्रह्मांड को कुछ कहा जाता है कण क्षितिज। कण क्षितिज दूर के प्रकाश की दूरी को चिह्नित करता है जिसे हम संभवतः इस क्षण में देख सकते हैं - फोटॉन जिनके पास पर्याप्त समय है या तो भीतर रह सकते हैं, या पकड़ सकते हैं, धीरे से हबल क्षेत्र का विस्तार करते हैं।

और बस यह दूरी क्या है? हर दिशा में 46 बिलियन से अधिक प्रकाश वर्ष - हमारे अवलोकनीय ब्रह्मांड को लगभग 93 बिलियन प्रकाश वर्ष, या 500 बिलियन ट्रिलियन मील से अधिक का व्यास देते हैं।

(एक त्वरित ध्यान दें: कण क्षितिज समान नहीं है ब्रह्माण्ड संबंधी घटना क्षितिज। कण क्षितिज अतीत की सभी घटनाओं को समाहित करता है जो हम वर्तमान में देख सकते हैं। दूसरी ओर, ब्रह्माण्ड संबंधी घटना क्षितिज, एक दूरी को परिभाषित करता है, जिसके भीतर एक भविष्य का पर्यवेक्षक उस प्राचीन प्रकाश को देख सकेगा, जो कि हमारे जीवनकाल के छोटे से कोने को आज उत्सर्जित कर रहा है।

दूसरे शब्दों में, कण क्षितिज अतीत की वस्तुओं से दूरी तय करता है जिनकी प्राचीन प्रकाश जिसे हम आज देख सकते हैं; ब्रह्माण्ड संबंधी घटना क्षितिज इस दूरी से संबंधित है कि हमारा वर्तमान प्रकाश, जो ब्रह्मांड के दूर क्षेत्रों के रूप में यात्रा करने में सक्षम होगा, हमसे दूर जाता है।)

काली ऊर्जा

ब्रह्मांड के विस्तार के लिए धन्यवाद, ब्रह्मांड के ऐसे क्षेत्र हैं जिन्हें हम कभी नहीं देख पाएंगे, भले ही हम उनके प्रकाश तक पहुंचने के लिए अनंत समय तक प्रतीक्षा कर सकें। लेकिन उन क्षेत्रों के बारे में क्या है जो हमारे वर्तमान हबल वॉल्यूम की पहुंच से परे हैं? यदि उस क्षेत्र का भी विस्तार हो रहा है, तो क्या हम कभी उन सीमाओं को देख पाएंगे?

यह इस बात पर निर्भर करता है कि किस क्षेत्र में तेजी से विस्तार हो रहा है - हबल वॉल्यूम या इसके बाहर सिर्फ यूनिवर्स के हिस्से। और उस प्रश्न का उत्तर दो चीजों पर निर्भर करता है: 1) क्या एच₀ बढ़ रहा है या घट रहा है, और 2) क्या यूनिवर्स में तेजी आ रही है या कम हो रही है। ये दोनों दरें अंतरंग रूप से संबंधित हैं, लेकिन वे समान नहीं हैं।

वास्तव में, कॉस्मोलॉजिस्ट मानते हैं कि हम वास्तव में एक समय में जी रहे हैं जब एच₀ कम हो रहा है; लेकिन डार्क एनर्जी के कारण, यूनिवर्स के विस्तार का वेग बढ़ रहा है।

वह काउंटरटाइनेटिव लग सकता है, लेकिन जब तक एच₀ धीमी गति से घटता है मूल्यांकन करें उससे भी अधिक जिस पर ब्रह्माण्ड का विस्तार वेग बढ़ रहा है, हमसे दूर आकाशगंगाओं का समग्र आवागमन अभी भी त्वरित गति से होता है। और इस समय में, ब्रह्मांड विज्ञानियों का मानना ​​है कि ब्रह्माण्ड का विस्तार हबल मात्रा के अधिक मामूली विकास को पीछे छोड़ देगा।

इसलिए भले ही हमारी हबल मात्रा का विस्तार हो रहा है, लेकिन डार्क एनर्जी का प्रभाव बढ़ते-बढ़ते अवलोकनीय ब्रह्मांड के लिए एक कठिन सीमा प्रदान करता है।

हमारी सांसारिक सीमाएँ

कॉस्मोलॉजिस्टों को लगता है कि हमारे अवलोकन योग्य ब्रह्मांड किसी दिन कैसा दिखेगा और कॉस्मॉस का विस्तार कैसे होगा, जैसे गहरे सवालों पर एक अच्छा हैंडल है। लेकिन आखिरकार, वैज्ञानिक केवल ब्रह्मांड के बारे में अपनी वर्तमान समझ के आधार पर भविष्य के बारे में सवालों के जवाब को ही प्रमाणित कर सकते हैं। ब्रह्माण्ड संबंधी समयकाल इतना अकल्पनीय है कि ब्रह्मांड भविष्य में कैसा व्यवहार करेगा, इस बारे में कुछ भी ठोस कहना असंभव है। आज के मॉडल वर्तमान डेटा को अच्छी तरह से फिट करते हैं, लेकिन सच्चाई यह है कि हम में से कोई भी लंबे समय तक यह देखने के लिए पर्याप्त नहीं होगा कि क्या भविष्यवाणियां वास्तव में सभी परिणामों से मेल खाती हैं।

निराशाजनक? ज़रूर। लेकिन पूरी तरह से हमारे पुनीत दिमागों को इस तरह के दिमाग-ब्लॉगिंग विज्ञान पर विचार करने में मदद करने के प्रयास के लायक है - एक वास्तविकता है कि हमेशा की तरह, कल्पना की तुलना में सिर्फ सादा अजनबी है।