🧜🏾 🕐 🗄️ एथन # 50 से पूछें: ब्रह्मांड एक ब्लैक होल में क्यों नहीं बदल गया? ↙️ 🍯 🕺

यह देखते हुए कि यह सब मामला और सारी ऊर्जा एक जगह इतनी मजबूती से एकत्र की गई थी, और बिग बैंग के समय इतने घने थे - ब्रह्मांड का पुनर्स्मरण क्यों नहीं हुआ?

"Es ist immer angenehm, über strenge Lösungen einfacher Form zuffgen।" (अपने निपटान में सरल तरीके से सटीक समाधान करना हमेशा अच्छा होता है)
- कार्ल श्वार्ज़चाइल्ड

यहां तक कि अगर आप किसी भी समय ब्रह्मांड के सभी स्थानों में भौतिकी के सभी नियमों को जानते हैं, तो भी यह ब्रह्मांड की वर्तमान स्थिति की भविष्यवाणी करने के लिए पर्याप्त नहीं होगा। चूंकि, भौतिकी के नियम एक प्रणाली के विकास के लिए नियम स्थापित करते हैं, फिर भी इसे शुरू करने के लिए प्रारंभिक परिस्थितियों के एक सेट की आवश्यकता होती है। इस हफ्ते हमारा मुद्दा एड्रैस लॉसर के सवाल को समर्पित है, जो पूछता है:

हालाँकि मुझे थोड़ा संदेह है कि बिग बैंग सिद्धांत सही है, या, जैसा कि आप कहेंगे, जो हुआ उसका एक अच्छा अनुमान है, एक बात यह है कि जब मैं ब्रह्मांड विज्ञान के इस हिस्से के बारे में सोचता हूं तो मुझे प्रतिबिंबित होता है। क्या इस तथ्य के लिए कोई स्पष्टीकरण है कि यूनिवर्स तुरंत ब्लैक होल में नहीं बदल गया? मेरा मानना है कि इसका प्रारंभिक घनत्व श्वार्जस्किल की सीमा से बहुत अधिक था।

हमने पहले ही इस प्रश्न पर चर्चा की है , लेकिन आपको अतिरिक्त विवरण और मेरे द्वारा दिए गए उत्तर की तुलना में बेहतर उत्तर की आवश्यकता है। आइए, 100 साल पहले गुरुत्वाकर्षण के सबसे सफल सिद्धांत, जीआर के जन्म के क्षण पर लौटते हैं।

आइंस्टीन से पहले, गुरुत्वाकर्षण का न्यूटोनियन कानून गुरुत्वाकर्षण का मान्यता प्राप्त सिद्धांत था। ब्रह्माण्ड की सभी गुरुत्वाकर्षण घटनाएं, पृथ्वी पर द्रव्यमान के त्वरण से लेकर, ग्रहों के चारों ओर चंद्रमाओं की कक्षाओं तक और स्वयं सूर्य के चारों ओर ग्रहों की कक्षाओं, उनके सिद्धांत द्वारा वर्णित की गईं। वस्तुओं ने एक दूसरे के साथ बातचीत करते समय समान और विपरीत रूप से निर्देशित बलों के आकर्षण को बढ़ा दिया, उन्होंने द्रव्यमान के साथ तेजी से वृद्धि की, और बलों ने व्युत्क्रम वर्गों के सार्वभौमिक कानून का पालन किया। 1900 के दशक तक, कानून का अच्छी तरह से परीक्षण किया गया था और कोई अपवाद नहीं मिला था। खैर, अधिक सटीक रूप से, हजारों और हजारों सफल परीक्षणों के बीच, वे व्यावहारिक रूप से नहीं पाए गए थे।

लेकिन दूरदर्शी दिमाग और विवरण में रुचि रखने वालों के लिए, कुछ समस्याएं थीं।

1. बहुत तेज़ गति पर, प्रकाश की गति के निकट, न्यूटन के निरपेक्ष स्थान और समय के विचार अब सामना नहीं कर सकते थे। रेडियोधर्मी कण लंबे समय तक रहते थे, दूरियां संकुचित थीं, और द्रव्यमान आकर्षण का मुख्य स्रोत नहीं था - यह सम्मान ऊर्जा पर जाना प्रतीत होता था, और द्रव्यमान केवल इसके रूपों में से एक था।

2. बहुत मजबूत गुरुत्वाकर्षण क्षेत्रों में - कम से कम अगर, इस वजह से, बुध हमारे सौर मंडल में एक विशेष ग्रह था, जो सूर्य के चारों ओर घूमता है - वस्तुओं के गुरुत्वाकर्षण व्यवहार के बारे में न्यूटन की भविष्यवाणियां थोड़ा, लेकिन ध्यान देने योग्य हैं, टिप्पणियों से अलग। ऐसा लगता था कि यदि आप बहुत बड़े पैमाने पर स्रोतों के करीब हैं, तो आकर्षण का एक अतिरिक्त बल दिखाई दिया, जिसे न्यूटोनियन गुरुत्वाकर्षण ने ध्यान में नहीं लिया।

इस सब के बाद, दो घटनाक्रम सामने आए जिन्होंने न्यूटन के स्थान पर आए एक नए सिद्धांत के लिए मार्ग प्रशस्त किया - एक शानदार लेकिन बहुत पुरानी अवधारणा जो ब्रह्मांड के कार्य के सिद्धांतों का वर्णन करती है।

वैज्ञानिकों का पहला विकास यह था कि अंतरिक्ष और समय, पहले अलग-अलग संस्थाओं (तीन-आयामी स्थान और रैखिक समय) को एक गणितीय उपकरण में जोड़ा गया था जिसने चार-आयामी स्थान-समय बनाया था। यह 1907 में जर्मन मिंकोवस्की द्वारा किया गया था:

अंतरिक्ष और समय के बारे में विचार जो मैं आपके सामने प्रस्तुत करना चाहता हूं, प्रायोगिक भौतिकी के आधार पर विकसित हुए हैं और यही उनकी ताकत है। [...] इसलिए, अपने आप में अंतरिक्ष, और समय अपने आप में, छाया में गायब हो जाता है, और केवल दो का मिलन ही स्वतंत्र वास्तविकता की भूमिका में रहेगा।

यह केवल फ्लैट यूक्लिडियन स्थान के लिए काम करता था, लेकिन यह विचार गणित के दृष्टिकोण से बेहद शक्तिशाली था, और सामान्य सापेक्षता के सभी कानून इसके अपरिहार्य परिणाम बन गए। जब इस विचार को बुध की कक्षा के साथ समस्या पर लागू किया गया था, तो न्यूटनियन भविष्यवाणी, नए तंत्र को ध्यान में रखते हुए, थोड़ा मनाया मापदंडों से संपर्क किया, लेकिन फिर भी उन तक नहीं पहुंची।

आइंस्टीन ने खुद दूसरा विकास किया था, और यह विचार था कि अंतरिक्ष-समय सपाट नहीं है, लेकिन घुमावदार है। और अंतरिक्ष-समय की वक्रता को निर्धारित करने वाला बहुत ही कारक द्रव्यमान सहित इसके सभी अभिव्यक्तियों में ऊर्जा की उपस्थिति थी। 1915 में प्रकाशित, आइंस्टीन का तंत्र गणना के लिए उपयोग करना बहुत कठिन था, लेकिन सभी वैज्ञानिकों को सटीकता के एक नए स्तर पर भौतिक प्रणालियों को मॉडल करने के महान अवसर दिए।

मिन्कोवस्की का अंतरिक्ष-समय एक खाली ब्रह्मांड के अनुरूप था जिसमें किसी भी प्रकार की ऊर्जा और पदार्थ नहीं थे।

आइंस्टीन एक समाधान खोजने में सक्षम थे जिसमें ब्रह्मांड का एक बिंदु द्रव्यमान था, इस शर्त के साथ कि आप इस बिंदु से बाहर हैं। यह लंबी दूरी पर न्यूटोनियन भविष्यवाणियों के लिए नीचे आया, लेकिन छोटी दूरी पर अधिक सटीक डेटा दिया। परिणाम न केवल बुध की कक्षा के अवलोकन के साथ मेल खाते हैं, जिसे न्यूटोनियन गुरुत्वाकर्षण ने भविष्यवाणी नहीं की थी, लेकिन सूर्य के प्रकाश की वक्रता के बारे में नई धारणाएं बनाना संभव बना दिया, जो कि कुल सूर्यग्रहण पर देखा जा सकता है - इन भविष्यवाणियों की पुष्टि बाद में हुई, 1919 के ग्रहण के दौरान।

लेकिन एक और उपाय है, अप्रत्याशित और दिलचस्प, जो आइंस्टीन द्वारा ईटीओ के प्रकाशन के कुछ ही हफ्तों बाद सामने आया। कार्ल श्वार्जचाइल्ड ने विवरण में बताया कि मनमाने ढंग से परिमाण के एक बिंदु के साथ विन्यास में क्या होता है, और जो उसने पाया वह अद्भुत था:

बड़ी दूरी पर, आइंस्टीन का समाधान काम करता है, और न्यूटन के परिणामों को कम करता है
लेकिन द्रव्यमान के बहुत करीब, प्राकृतिक इकाइयों में R = 2M की दूरी पर, आप एक बिंदु पर पहुंच जाते हैं, जहां कुछ भी नहीं बच सकता है - घटना क्षितिज।
इसके अलावा, घटना के अंदर सब कुछ अनिवार्य रूप से एक केंद्रीय विलक्षणता तक ढह जाता है, जो आइंस्टीन के सिद्धांत का एक अनिवार्य परिणाम है।
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यह समाधान, श्वार्जस्किल्ड मेट्रिक, जीआर का पहला पूर्ण और अनुवर्ती समाधान था।

आइए हम उपरोक्त सभी को याद रखें और प्रश्न के सार पर आगे बढ़ें: गर्म, घने प्रारंभिक ब्रह्मांड के बारे में, जहां सभी पदार्थ और ऊर्जा, जो अब 92 अरब प्रकाश वर्ष के अंतरिक्ष में फैले हुए हैं, हमारे सौर मंडल से बड़ी मात्रा में समाहित नहीं थे?

लेकिन एक को ध्यान में रखना चाहिए कि, मिंकोव्स्की अंतरिक्ष-समय की तरह, श्वार्ज़स्चिल्ड समाधान स्थिर है, अर्थात इसमें अंतरिक्ष का मीट्रिक समय के साथ नहीं बदलता है। लेकिन कई अन्य समाधान भी हैं - डी सिटर स्पेस, फ्राइडमैन-रॉबर्टसन-वॉकर मीट्रिक जो अंतरिक्ष-समय का वर्णन करते हैं, जो विस्तार या अनुबंध करते हैं।

अगर हम बिग बैंग के शुरुआती चरणों में ब्रह्मांड में निहित पदार्थ और ऊर्जा के साथ शुरू करते हैं, और हमारे ब्रह्मांड का विस्तार नहीं होगा, लेकिन स्थैतिक, और एक गैर-शून्य वेग वाले कण भी नहीं होंगे, और कण एक दूसरे से नहीं टकराएंगे - यह सब ऊर्जा एक श्वार्जचाइल्ड ब्लैक होल को बहुत जल्दी, लगभग तुरंत बना देगी। लेकिन जीआरटी में एक और महत्वपूर्ण रोड़ा है: इस तथ्य के अलावा कि पदार्थ और ऊर्जा की उपस्थिति अंतरिक्ष की वक्रता को निर्धारित करती है, इस जगह में जो कुछ भी है वह अंतरिक्ष-समय के विकास को स्वयं निर्धारित करता है!

सबसे आश्चर्य की बात है, हम जानते हैं कि बिग बैंग के बाद से, हमारे ब्रह्मांड में केवल तीन संभावित विकासात्मक विकल्प हैं, जो इस पर मौजूद पदार्थ और ऊर्जा और विस्तार की प्रारंभिक दर पर निर्भर करता है।

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यह पता चला है कि हम लगभग गोल्डीलॉक्स क्षेत्र में रहते हैं, लेकिन एक छोटी मात्रा में अंधेरे ऊर्जा के साथ, जो विस्तार की दर को थोड़ा बढ़ाता है, और इसका मतलब यह है कि, अंत में, सभी पदार्थ जो गुरुत्वाकर्षण के साथ एक साथ बंधे नहीं हैं और गहरे अंतरिक्ष के रसातल में गायब हो जाएंगे। ।

यहाँ आश्चर्य की बात यह है कि कितने सटीक समायोजन होने थे ताकि ब्रह्मांड की विस्तार दर और पदार्थ और ऊर्जा का घनत्व इतनी अच्छी तरह से मेल खाता हो कि हम न तो तुरंत पिछड़ें और न ही विस्तार करें, ताकि निर्माण के मामले में बुनियादी ईंटें न बन सकें। इसकी संभावना 10 ^ 24 में लगभग एक है, और लगभग उस संभावना के बराबर है जिसके साथ दो लोग, उनमें निहित इलेक्ट्रॉनों की संख्या की गणना करते हुए, यह पता लगाएंगे कि वे एक इलेक्ट्रॉन की सटीकता के समान हैं। यदि हम ऐसे समय में वापस चले गए जब ब्रह्मांड की आयु बिग बैंग के क्षण से केवल एक नैनोसेकंड थी, तो हम संख्यात्मक रूप से गणना कर सकते हैं कि विस्तार की घनत्व और गति कितनी अच्छी है।

मेरी राय में, बल्कि एक अविश्वसनीय कहानी!

और, फिर भी, यह है कि हम अपने यूनिवर्स का वर्णन कैसे कर सकते हैं, जो तुरंत नहीं ढह गया और बहुत तेज़ी से विस्तार नहीं हुआ, ताकि जटिल संरचनाएं इसमें न बन सकें। इसके बजाय, इसने परमाणु, परमाणु, आणविक, सेलुलर, भूवैज्ञानिक, ग्रहों, तारकीय, मंदाकिनीय और क्लस्टर घटनाओं की पूरी अद्भुत विविधता को जन्म दिया जिसे हम देख सकते हैं। यह सौभाग्य की बात है कि हम मौजूद हैं, और हमने जो कुछ भी सीखा है, उसे सीखा है, और यह कि हम आगे की अनुभूति की प्रक्रिया में शामिल हैं: विज्ञान में।

एथन # 50 से पूछें: ब्रह्मांड एक ब्लैक होल में क्यों नहीं बदल गया?

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