ब्रह्मांड विज्ञान: ब्रह्मांड की कहानी को उजागर करना

हजारों सालों से, इंसानों ने तारों को देखा है और आश्चर्य किया है कि ब्रह्मांड कैसे हुआ। लेकिन यह प्रथम विश्व युद्ध के वर्षों तक नहीं था कि शोधकर्ताओं ने उन बड़े सवालों को अध्ययन के सटीक क्षेत्र में बदलने के लिए पहले अवलोकन उपकरण और सैद्धांतिक उपकरण विकसित किए: कॉस्मोलॉजी।

प्रिंसटन यूनिवर्सिटी के एक कॉस्मोलॉजिस्ट पॉल स्टीनहार्ड ने कहा, "मैं ब्रह्मांड विज्ञान को मानव हित के सबसे पुराने विषयों में से एक के रूप में सबसे नए विज्ञानों में से एक मानता हूं।"

ब्रह्मांड विज्ञान, संक्षेप में, ब्रह्मांड को एक इकाई के रूप में अध्ययन करता है, न कि इसे भरने वाले तारों, ब्लैक होल और आकाशगंगाओं का अलग-अलग विश्लेषण करने के बजाय। यह क्षेत्र बड़े सवाल पूछता है: ब्रह्मांड कहाँ से आया है? इसके पास तारे, आकाशगंगा और आकाशगंगा समूह क्यों हैं? आगे क्या होने वाला है? "कॉस्मोलॉजी ब्रह्मांड की प्रकृति का एक बहुत बड़े पैमाने पर चित्र बनाने का प्रयास कर रही है," न्यूयॉर्क विश्वविद्यालय के कण भौतिक विज्ञानी ग्लेनीस फरार ने कहा।

क्योंकि यह अनुशासन कई घटनाओं के साथ निर्वात में कणों से लेकर अंतरिक्ष और समय के कपड़े तक फैलता है, ब्रह्मांड विज्ञान खगोल विज्ञान, खगोल भौतिकी और तेजी से कण भौतिकी सहित कई क्षेत्रों पर भारी पड़ता है।

"कॉस्मोलॉजी में इसके कुछ भाग हैं जो पूरी तरह से भौतिकी में हैं, ऐसे भाग जो पूरी तरह से खगोल भौतिकी में हैं, और ऐसे हिस्से जो आगे और पीछे जाते हैं," स्टाइनहार्ड ने कहा। "यह उत्साह का हिस्सा है।"

ब्रह्मांड के इतिहास का एक इतिहास

क्षेत्र की अंतःविषय प्रकृति इसकी तुलनात्मक रूप से देर से शुरू करने में मदद करती है। ब्रह्मांड की हमारी आधुनिक तस्वीर 1920 के दशक में ही एक साथ आने लगी थी, इसके तुरंत बाद अल्बर्ट आइंस्टीन ने सामान्य सापेक्षता के सिद्धांत को विकसित किया, एक गणितीय ढांचा जो गुरुत्वाकर्षण को अंतरिक्ष और समय के झुकने के परिणामस्वरूप बताता है।

"इससे पहले कि आप गुरुत्वाकर्षण की प्रकृति को समझें, आप वास्तव में इस बात का सिद्धांत नहीं बना सकते कि चीजें किस तरह से हैं," स्टाइनहार्ड ने कहा। अन्य बलों का कणों पर अधिक प्रभाव पड़ता है, लेकिन ग्रहों, सितारों और आकाशगंगाओं के क्षेत्र में गुरुत्वाकर्षण प्रमुख खिलाड़ी है। आइजैक न्यूटन के गुरुत्वाकर्षण का वर्णन अक्सर उस दायरे में भी काम करता है, लेकिन यह अंतरिक्ष (और समय) को एक कठोर और अपरिवर्तनीय पृष्ठभूमि के रूप में मानता है जिसके खिलाफ घटनाओं को मापना है। आइंस्टीन के काम से पता चला है कि अंतरिक्ष खुद ही विस्तार और अनुबंध कर सकता है, ब्रह्मांड को मंच से अभिनेता तक स्थानांतरित कर सकता है और इसे अध्ययन के लिए एक गतिशील वस्तु के रूप में मैदान में ला सकता है।

1920 के दशक के मध्य में, खगोलविज्ञानी एडविन हबल ने कैलिफोर्निया में माउंट विल्सन वेधशाला में हाल ही में निर्मित 100-इंच (254 सेंटीमीटर) हुकर टेलीस्कोप से अवलोकन किया। वह अंतरिक्ष में कुछ बादलों के स्थान के बारे में एक बहस को निपटाने का प्रयास कर रहा था जिसे खगोलविद देख सकते थे। हबल ने साबित किया कि ये "नेबुला" छोटे, स्थानीय बादल नहीं थे, बल्कि हमारे अपने मिल्की वे के समान विशाल, दूर के तारा समूह थे - समय के समानान्तर में "द्वीप ब्रह्मांड"। आज, हम उन्हें आकाशगंगा कहते हैं और जानते हैं कि वे खरबों में संख्या में हैं।

लौकिक परिप्रेक्ष्य में सबसे बड़ी उथल-पुथल अभी बाकी थी। 1920 के दशक के उत्तरार्ध में हब्बल के काम ने सुझाव दिया कि हर दिशा में आकाशगंगाएं हमसे दूर हो रही हैं, आगे की बहस के दशकों को ट्रिगर कर रही हैं। ब्रह्मांडीय माइक्रोवेव बैकग्राउंड (CMB) की अंतिम माप - ब्रह्मांड के प्रारंभिक वर्षों से चली आ रही रोशनी और जब से माइक्रोवेव में फैली है - 1960 के दशक में साबित हुआ कि वास्तविकता सामान्य सापेक्षता द्वारा सुझाई गई संभावनाओं में से एक से मेल खाती है: छोटे और गर्म, ब्रह्मांड ने शुरू किया जब से बड़ा और ठंडा हो रहा है। इस अवधारणा को बिग बैंग सिद्धांत के रूप में जाना जाता है, और इसने कॉस्मोलॉजिस्टों को चकमा दिया क्योंकि यह निहित था कि ब्रह्मांड भी एक शुरुआत और एक अंत हो सकता है।

लेकिन कम से कम उन खगोलविदों ने अपनी दूरबीनों में आकाशगंगाओं की गति को देखा। ब्रह्माण्ड विज्ञान के सबसे भूकंपीय बदलावों में से एक, फरार ने कहा, यह विचार है कि बाहर का अधिकांश सामान किसी और चीज से बना है, कुछ पूरी तरह से अदृश्य है। सामग्री जिसे हम कॉस्मिक राउंडिंग त्रुटि से थोड़ी अधिक मात्रा में देख सकते हैं - ब्रह्मांड में सब कुछ का लगभग 5%।

ब्रह्माण्ड के अन्य ९ ५% लोगों में से पहला प्रथम नागरिक, जिसे "डार्क सेक्टर" कहा जाता है, ने 1970 के दशक में अपने सिर को पीछे किया। इसके बाद, खगोलविद वेरा रुबिन को एहसास हुआ कि आकाशगंगाएँ इतनी तेजी से घूम रही थीं कि उन्हें खुद को अलग करने की इच्छा थी। हार्ड-टू-व्यू मामले से अधिक, फरार ने कहा, आकाशगंगाओं को रखने वाले सामान को भौतिकविदों के लिए पूरी तरह से अज्ञात होना चाहिए, कुछ ऐसा - जो इसके गुरुत्वाकर्षण खिंचाव को छोड़कर - पूरी तरह से साधारण पदार्थ और प्रकाश की उपेक्षा करता है। बाद में मानचित्रण से पता चला कि जिन आकाशगंगाओं को हम देखते हैं, वे बस "डार्क मैटर" क्षेत्रों के केंद्र में नाभिक हैं। ब्रह्मांड में फैलने वाले दृश्य पदार्थ के फिलामेंट एक अंधेरे फ्रेम पर लटकते हैं जो दिखाई देने वाले कणों को पांच से एक तक फैला देते हैं।

हबल स्पेस टेलीस्कोप ने तब अप्रत्याशित ऊर्जा के विभिन्न प्रकार के संकेतों को उजागर किया - जिसे ब्रह्मांड विज्ञानी अब अंधेरे पदार्थ (25%) और दृश्यमान पदार्थ (5%) के लिए लेखांकन के बाद ब्रह्मांड के शेष 70% के लिए कहते हैं - 1990 के दशक में, जब यह एक भगोड़ा ट्रेन की तरह तेजी के साथ ब्रह्मांड के विस्तार को देखा। "डार्क एनर्जी," संभवतः एक प्रकार की ऊर्जा जो खुद अंतरिक्ष में निहित है, ब्रह्मांड को धक्का दे रही है क्योंकि गुरुत्वाकर्षण गुरुत्वाकर्षण को एक साथ खींच सकता है। एक ट्रिलियन वर्षों में, मिल्की वे में छोड़े गए किसी भी खगोलविद खुद को अंधेरे से ढंके हुए एक सच्चे द्वीप ब्रह्मांड में पाएंगे।

"हम ब्रह्मांड के इतिहास में एक संक्रमण बिंदु पर हैं, जहां से यह बात है कि जहां यह ऊर्जा के एक नए रूप में हावी है, वहां से हावी है," स्टाइनहार्ड ने कहा। "डार्क मैटर ने हमारे अतीत को निर्धारित किया है। डार्क एनर्जी हमारे भविष्य का निर्धारण करेगी।"

आधुनिक और भावी ब्रह्मांड विज्ञान

वर्तमान ब्रह्मांड विज्ञान इन ऐतिहासिक खोजों को अपनी मुकुट उपलब्धि, लैंबडा-सीडीएम मॉडल में पैकेज करता है। कभी-कभी कोस्मोलॉजी का मानक मॉडल कहा जाता है, समीकरणों के इस बंडल में ब्रह्मांड का वर्णन इसके पहले दूसरे भाग से किया गया है। मॉडल एक निश्चित मात्रा में डार्क एनर्जी (लैम्ब्डा, सामान्य सापेक्षता में इसके प्रतिनिधित्व के लिए) और ठंडे डार्क मैटर (सीडीएम) को मानता है और दृश्यमान पदार्थ की मात्रा, ब्रह्मांड के आकार और अन्य विशेषताओं के बारे में समान अनुमान लगाता है, जो सभी प्रयोगों के लिए निर्धारित हैं और अवलोकन

स्टाइनहार्ड्ट ने कहा कि 13.8 बिलियन वर्षों में बेबी-ब्रह्माण्ड फिल्म को आगे बढ़ाएं, और कॉस्मोलॉजिस्ट को एक स्नैपशॉट मिलता है कि "सांख्यिकीय रूप से हमारे पास सब कुछ हो सकता है।" यह मॉडल लक्ष्य को हराता है क्योंकि ब्रह्मांड विज्ञानी ब्रह्मांड के अपने विवरणों को अतीत और भविष्य में गहराई से धकेलते हैं।

लैंबडा-सीडीएम के रूप में सफल होने के बाद, इसमें अभी भी बहुत सारे किंक हैं जिन्हें बाहर काम करने की आवश्यकता है। ब्रह्मांड के वर्तमान विस्तार का अध्ययन करने की कोशिश करने पर कॉस्मोलॉजिस्टों को परस्पर विरोधी परिणाम मिलते हैं, जो इस बात पर निर्भर करता है कि वे इसे सीधे निकटवर्ती आकाशगंगाओं में मापते हैं या सीएमबी से इसका अनुमान लगाते हैं। यह मॉडल डार्क मैटर या एनर्जी के मेकअप के बारे में कुछ नहीं कहता है।

तब अस्तित्व के पहले दूसरे स्थान पर परेशानी तब होती है, जब ब्रह्माण्ड संभवतः असीम रूप से अच्छी तरह से व्यवहार किए जाने वाले बुलबुले से अनन्तमिल स्पेक से चला जाता है। "इन्फ्लेशन" एक लोकप्रिय सिद्धांत है, जो इस अवधि को संभालने की कोशिश करता है, जिसमें बताया गया है कि कैसे त्वरित विस्तार के एक संक्षिप्त क्षण ने आज की आकाशगंगाओं के बड़े पैमाने पर असमानता में माइनस्यूअल प्राइमर्डिएल बदलावों को उड़ा दिया, साथ ही साथ लैंबडा-सीडीएम इनपुट्स को उनके मूल्य कैसे मिले ।

किसी को नहीं पता कि मुद्रास्फीति ने कैसे विस्तार से काम किया, हालांकि, या यह क्यों रुका जहां यह संभव है। स्टाइनहार्ड ने कहा कि मुद्रास्फीति को अंतरिक्ष के कई क्षेत्रों में जारी रखना चाहिए, जिसका अर्थ है कि हमारा ब्रह्मांड एक "मल्टीवर्स" का सिर्फ एक टुकड़ा है जिसमें हर संभव भौतिक वास्तविकता है - एक ऐसा विचार जो बहुत से प्रयोगवादियों को अयोग्य लगता है।

इन जैसे सवालों पर प्रगति करने के लिए, कॉस्मोलॉजिस्ट हबल स्पेस टेलीस्कोप और आगामी जेम्स वेब स्पेस टेलीस्कोप जैसे अंतरिक्ष-आधारित दूरबीनों से सटीक मापों को देखते हैं, साथ ही साथ राष्ट्रीय विज्ञान फाउंडेशन जैसे गुरुत्वाकर्षण तरंग खगोल विज्ञान के उभरते क्षेत्र में प्रयोग करते हैं। लेजर इंटरफेरोमीटर गुरुत्वीय-वेव वेधशाला। कोस्मोलॉजिस्ट अन्तरविषयक दौड़ में कण भौतिकविदों और खगोल भौतिकीविदों से मिलकर काले पदार्थ के कणों का पता लगाते हैं।

जैसे ही कॉस्मोलॉजी शुरू नहीं हो सकती, जब तक कि भौतिकी की अन्य शाखाएं परिपक्व नहीं हो जातीं, यह ब्रह्मांड के इतिहास को प्रकट करने में सक्षम नहीं होगा, जब तक कि अन्य क्षेत्र अधिक पूर्ण नहीं होते हैं। "कहानी को सीधे प्राप्त करने के लिए, आपको अनिवार्य रूप से सभी पर काम करना होगा। स्टीनहार्ट ने कहा, "सभी ऊर्जा पैमानों और सभी स्थितियों में भौतिकी के नियम।" "और उनमें से किसी एक में एक परिवर्तन ब्रह्मांड संबंधी कहानी को मौलिक रूप से बदल सकता है।"

फरार ने कहा कि वह नहीं जानती कि ऐसा होगा, लेकिन लोगों को पता है कि लोगों ने ब्रह्मांड की जटिलताओं को जितना समझा है, उतना ही वे समझ गए हैं। "यह आश्चर्यजनक है कि मानव मस्तिष्क इस बिंदु पर विकसित हुआ है कि इन सवालों का स्पष्ट रूप से उत्तर दिया जा सकता है," उसने कहा। "उनमें से कुछ कम से कम।"

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