🌦️ 🤐 🤚🏾 एथन नंबर 39 से पूछें: ब्रह्मांड फैलते ही प्रकाश क्यों फैलता है? 🐊 🍮 🤽🏽

वे कहते हैं कि ब्रह्मांड का विस्तार हो रहा है। इससे ट्रैफिक जाम की समस्या का समाधान होना चाहिए।
स्टीफन राइट।

पाठक पूछता है:

, – . , . . ? , , , , ?

एक बहुत बड़ा सवाल है, तो हम शुरू करें ताकि हमारे पास एक संदर्भ हो।

यह कोई रहस्य नहीं है कि यूनिवर्स का दृश्य भाग बिग बैंग में उत्पन्न होता है: प्रारंभिक परिस्थितियों का एक सेट जिसके तहत यह गर्म, सघन, अधिक कॉम्पैक्ट था, और फिर यह तेजी से विस्तार करने लगा। ब्रह्मांड आज तक विस्तार कर रहा है, और जो कुछ भी गुरुत्वाकर्षण से जुड़ा नहीं है, वह अनिश्चित काल तक विस्तार करता रहता है।

सिद्धांत रूप में, हम कल्पना कर सकते हैं कि हम ब्रह्माण्ड के दिए गए आयतन के चारों ओर एक गोला खींचेंगे, जो समस्त ऊर्जा-ऊर्जा को अपने भीतर समाहित कर लेगा। और अगर हम फिर घड़ी को वापस करते हैं, तो यह पता चलता है कि समान कणों की संख्या एक छोटे क्षेत्र में संलग्न होगी।

बस यह मत भूलो कि यह उस तरह का स्थान नहीं है जो हमारे महान-परदादाओं ने कल्पना की थी - जहां निर्देशांक तय किए गए हैं, बिंदुओं के बीच की दूरी स्पष्ट रूप से परिभाषित है और विभिन्न बिंदुओं से पर्यवेक्षक पूरी तरह से एक दूसरे के साथ सहमत हैं कि क्या, कहाँ और कब होता है। यह जनरल थ्योरी ऑफ रिलेटिविटी के नियमों के अनुसार काम करने वाला एक ब्रह्मांड है, जहां अंतरिक्ष और समय ऊर्जा, गति और प्रेक्षक के स्थान पर निर्भर करते हैं।

यदि हम ब्रह्मांड में एक एकल, लंबे समय तक रहने वाले पर्यवेक्षक थे, और हम अरबों साल पहले आकाशगंगाओं के स्थान को देखेंगे, और अब, हम क्या देखेंगे?

हम देखते हैं कि आकाशगंगाओं की सापेक्ष स्थिति उसी तरह बदलती है जैसे परीक्षण में अनाज का स्थान, खमीर पर बढ़ रहा है। बीज खुद नहीं बढ़ते हैं - वे गुरुत्वाकर्षण से बंधे हैं। ब्रह्मांड उनके चारों ओर विस्तार कर रहा है, जिसके परिणामस्वरूप उनके बीच की दूरियां बढ़ रही हैं। लेकिन ग्रह, तारे, आकाशगंगा और यहां तक कि समूह और समूह ब्रह्मांड के साथ विस्तार नहीं करते हैं। वे अन्य संरचनाओं से दूर चले जाते हैं जिनके साथ वे जुड़े नहीं हैं।

दूसरे शब्दों में, यदि आपकी कमर का विस्तार होता है, तो यह ब्रह्मांड का दोष नहीं है!

ऐसा क्यों हो रहा है?

दोष अंतरिक्ष-समय के गुण हैं। ब्रह्मांड का विकास, या जिस तरीके से अंतरिक्ष पर्यवेक्षक के दृष्टिकोण से अंतरिक्ष को संकुचित या विस्तारित किया जाता है, ब्रह्मांड में ऊर्जा और पदार्थ की मात्रा द्वारा विनियमित होता है। यह जीआर द्वारा वर्णित एक प्रमुख संपत्ति है: ब्रह्मांड में मौजूद पदार्थ और ऊर्जा अंतरिक्ष-समय के विकास को निर्धारित करते हैं।

तो प्रकाश के साथ क्या हो रहा है? वास्तव में, कोई एक फुलाया हुआ गेंद की सतह की कल्पना कर सकता है, जिस पर रेखाएं खींची गई हैं। चूंकि फोटॉनों की ऊर्जा उनके तरंग दैर्ध्य द्वारा निर्धारित की जाती है, इसलिए यह उचित लगता है कि ब्रह्मांड के विस्तार के साथ, तरंग दैर्ध्य बढ़ता है और एक रेडशिफ्ट होता है।

लेकिन ऐसा क्यों हो रहा है, और अन्य प्रभाव इसे प्रभावित नहीं कर रहे हैं? हो सकता है कि ब्रह्माण्ड का विस्तार हो रहा हो, लेकिन अचानक इस कारण से रेडशिफ्ट नहीं होता है।

विशेष रूप से, एक डॉपलर प्रभाव होता है, जिसके कारण पुलिस सायरन अधिक लगता है यदि कार आपके दिशा में आगे बढ़ रही है, और यदि यह आपसे यात्रा कर रही है तो कम है।

चूंकि ध्वनि तरंगें गति की दिशा में संकुचित होती हैं और विपरीत में फैली होती हैं, उसी प्रकार प्रकाश भी। यदि प्रकाश स्रोत आपसे दूर जाता है, तो प्रकाश एक लाल बदलाव से गुजरता है, और यदि आपकी ओर - तो नीला।

लेकिन जीटीआर के अनुसार, गुरुत्वाकर्षण को फोटॉन ऊर्जा को भी प्रभावित करना चाहिए। अंतरिक्ष-समय और पदार्थ ऊर्जा से निकटता से संबंधित हैं। कल्पना कीजिए कि किस तरह पृथ्वी के चारों ओर पृथ्वी का स्थान द्रव्यमान की उपस्थिति के कारण घुमावदार है।

जब हम पृथ्वी की कक्षा से सतह और पीछे (GPS) पर संकेत भेजते हैं, तो हमें न केवल गति (एसटीआर) के लिए, बल्कि पृथ्वी के गुरुत्वाकर्षण क्षेत्र (जीआर) के लिए सापेक्ष प्रभावों को भी ध्यान में रखना होगा।

कल्पना कीजिए कि हमारे पास इलेक्ट्रॉन और पॉज़िट्रॉन का एक जोड़ा है जो पृथ्वी से ऊपर लटका हुआ है। जब उनका सत्यानाश हो जाता है, तो ऊर्जा को एक निश्चित ऊर्जा के साथ दो फोटॉन के रूप में छोड़ा जाएगा - बाकी कणों के बराबर ऊर्जा।

यदि ये फोटॉन पृथ्वी पर उड़ते हैं तो क्या होता है? क्या उनकी सतह पर उतनी ही ऊर्जा होगी, जितनी अंतरिक्ष में थी?

नहीं, इसके लिए ऊर्जा के संरक्षण के कानून का उल्लंघन होगा। यदि हम अपने कणों को गिरा देते हैं, तो वे नीचे गिरते हैं और गतिज ऊर्जा प्राप्त करते हैं, तेजी से और तेजी से आगे बढ़ते हैं। और पृथ्वी पर गिरने से पहले, वे मिलेंगे और विनाश करेंगे।

इससे कोई फर्क नहीं पड़ता कि क्या कण तुरंत नष्ट हो जाते हैं या पहले बंद हो जाते हैं - संरक्षण कानून के अनुसार, अंतरिक्ष की गुरुत्वाकर्षण गुणों में परिवर्तन के कारण फोटॉनों की ऊर्जा का गुरुत्वाकर्षण परिवर्तन भी होना चाहिए।

मैं इसे समझाता हूं ताकि आपको एहसास हो कि रेडशिफ्ट दो कारणों से हो सकता है। उन आकाशगंगाओं को लें जो हमारे पास स्थित हैं, और बहुत दूर हैं।

क्या स्पेसशिप (गुरुत्वाकर्षण कारण) के कारण रेडशिफ्ट होता है, या ऐसा इसलिए होता है क्योंकि आकाशगंगाएँ हमसे दूर जाती हैं?

यह पता चला कि अंतिम कथन सत्य है। चूंकि अधिकतम गति पर प्रतिबंध है, प्रकाश की गति, आकाशगंगाएं जो हमसे काफी दूरी पर स्थित हैं, ऐसा लगता है, जीआर की भविष्यवाणी के अनुसार, उनकी दूरी के लिए समान रेडशिफ्ट अनुपात नहीं होना चाहिए। ग्राफ पर, जीटीआर की भविष्यवाणी को काले रंग में दिखाया गया है, और वह भविष्यवाणी जो अंतरिक्ष-समय के साथ रेडशिफ्ट को सहसंबंधित नहीं करती है (लेकिन बस बीत चुके समय द्वारा प्रकाश की गति को गुणा करना) को लाल रंग में दिखाया गया है।

यह एक महत्वपूर्ण ब्रह्माण्ड संबंधी परीक्षण है: यदि ब्रह्मांड के विस्तार के साथ प्रकाश की तरंग दैर्ध्य खिंचाव नहीं करती है, तो ब्रह्मांडीय माइक्रोवेव पृष्ठभूमि विकिरण की व्याख्या नहीं की जा सकती है, और बिग बैंग का पूरा सिद्धांत काम करना बंद कर देता है।

सौभाग्य से, जीटीआर पूरी तरह से इस परीक्षा को पास करता है, और तरंगदैर्ध्य के साथ-साथ ब्रह्मांड के विस्तार के साथ आवृत्तियों में परिवर्तन होता है। ब्रह्मांड के इतिहास में विभिन्न युगों के तापमान सहित विभिन्न तरीकों से इसे मापा गया है।

इसीलिए, एक ऐसे ब्रह्मांड में जो सामान्य सापेक्षता के नियमों का पालन करता है (और हमारा ब्रह्मांड बस यही है), ब्रह्मांड के विस्तार, या दूसरे शब्दों में, जब अंतरिक्ष के गुरुत्वाकर्षण गुण बदलते हैं, तो प्रकाश एक लाल रंग का अनुभव करता है।

एथन नंबर 39 से पूछें: ब्रह्मांड फैलते ही प्रकाश क्यों फैलता है?

More articles: