ईथन नंबर 59 से पूछें: डार्क एनर्जी क्या है?

ब्रह्मांड, ज़ाहिर है, विस्तार कर रहा है, और यह विस्तार तेज हो रहा है। लेकिन हम इस प्रक्रिया को सरल नाम "डार्क एनर्जी" के अलावा क्या जानते हैं?

निराशा और ऊर्जा के बीच चयन करते हुए, मैं अंतिम
- जॉन कीट्स को चुनूंगा

पूरे हफ्ते आपने यूनिवर्स के बारे में एक गहन और रहस्यमयी सवाल पूछने की कोशिश में अपना दिमाग लगाया, और हमें बहुत सारे शानदार सवाल मिले - यह अफ़सोस की बात है कि मैं उनमें से केवल एक को चुन सकता हूँ। इस सप्ताह, सम्मान पायस गुप्ते को जाता है, जो पूछता है:

हमने सीखा कि ब्रह्मांड की ऊर्जा का लगभग 70% हिस्सा डार्क एनर्जी है। हमारे पास विभिन्न अवलोकनों के माध्यम से इसके अस्तित्व का प्रमाण है। और यह वास्तव में ब्रह्मांड के विकास को प्रभावित करता है। लेकिन डार्क एनर्जी क्या है? क्या हमारे पास कोई विचार है? क्या उसके लिए कोई स्वीकार्य मॉडल हैं?

और हमारे पास वास्तव में कुछ अच्छे विचार हैं, लेकिन पहले अपने ज्ञान की तुलना करते हैं।



पहली बात को स्वीकार करना अंतरिक्ष-समय की अवधारणा है, साथ ही सापेक्षता के सामान्य सिद्धांत का सबसे महत्वपूर्ण विचार: ब्रह्मांड में मात्रा और प्रकार की पदार्थ और ऊर्जा अंतरिक्ष-समय के विकास के साथ अटूट रूप से जुड़े हुए हैं क्योंकि ब्रह्मांड समय में आगे बढ़ता है। आइंस्टीन से पहले यह माना जाता था कि अंतरिक्ष और समय स्थिर और निश्चित हैं। एक तरफ, अंतरिक्ष है जिसे स्थिर त्रि-आयामी ग्रिड के रूप में दर्शाया जा सकता है, और दूसरी तरफ, समय है, एक अलग स्थिर सातत्य जिसके माध्यम से अंतरिक्ष के सभी बिंदु एक साथ चलते हैं।

सामान्य सापेक्षता में, यह सब एक बार दो तरीकों से बदलता है - और दोनों बहुत महत्वपूर्ण हैं।



पहले, स्थान और समय को एक दूसरे से अलग नहीं किया जा सकता है। सभी ऑब्जेक्ट एक-दूसरे के सापेक्ष अंतरिक्ष-समय से गुजरते हैं। यह इस विचार से है कि अंतरिक्ष और समय में न केवल आपकी स्थिति मायने रखती है, बल्कि आपकी गति, यानी अंतरिक्ष और समय के माध्यम से आंदोलन, सापेक्षता के सिद्धांत का नाम इस प्रकार है। यदि आप और मैं अंतरिक्ष-समय में एक ही बिंदु पर हैं, लेकिन आप मेरे सापेक्ष काफी गति से आगे बढ़ते हैं, तो हम न केवल अंतरिक्ष के माध्यम से, बल्कि समय के माध्यम से भी भिन्न होते हैं। यह यहां से है कि यह विचार है कि घड़ी संदर्भ के विभिन्न फ्रेम से पर्यवेक्षकों के लिए अलग-अलग गति से चलती है, साथ ही जुड़वा बच्चों के विरोधाभास से भी आती है।

इसलिए, अंतरिक्ष और समय एक दूसरे के पूर्ण और स्वतंत्र नहीं हैं। सभी ऑब्जेक्ट अंतरिक्ष और समय के माध्यम से दोनों को स्थानांतरित करते हैं, और यदि आप किसी अन्य व्यक्ति की तुलना में तेजी से अंतरिक्ष के माध्यम से आगे बढ़ते हैं, तो आप उसकी तुलना में समय धीमी गति से आगे बढ़ते हैं। इसलिए, जब आप 9.9 प्रकाश वर्षों तक प्रकाश की गति की 99% की गति से चलते हुए एक रॉकेट में उड़ते हैं, तो चारों ओर मुड़ें और प्रकाश की गति की 99% की गति पर वापस जाएँ, आप पाएंगे कि पृथ्वी पर सभी की आयु 20 वर्ष है, और आप केवल 3 साल के लिए।



दूसरा अंतर यह है कि अब आप जिस स्थान-समय पर रह रहे हैं - पूरे ब्रह्मांड का वर्णन करते हुए - यह उस वाक्य से अलग है, जिस समय आप इस वाक्य को पढ़ना शुरू करते हैं। ब्रह्मांड समय के साथ फैलता है, और विस्तार की दर ब्रह्मांड में मौजूद विभिन्न प्रकार के पदार्थ और ऊर्जा द्वारा निर्धारित होती है। विस्तार दर समय के साथ बदलती है, क्योंकि ऊर्जा घनत्व, या पदार्थ और ऊर्जा की मात्रा प्रति इकाई मात्रा में, पदार्थ और विकिरण में ब्रह्मांड के विस्तार के रूप में घट जाती है।

लेकिन ब्रह्मांड में पदार्थ और विकिरण के अलावा अन्य चीजें भी हैं; कई अन्य खिलाड़ी हैं, जिनमें शामिल हैं:

• सामयिक दोष
• लौकिक तार
• डोमेन की सीमाएँ
• अंतर्निहित वक्रता
• अंतर्निहित अंतरिक्ष ऊर्जा
• चर क्षेत्र जिसमें कोई गुण हो सकते हैं

जीआर में महान क्या है इसकी भविष्यवाणियों की स्पष्टता है: हमें बस समय के साथ ब्रह्मांड के विस्तार को मापने की आवश्यकता है, और हम सब कुछ पता लगाएंगे कि किस प्रकार के पदार्थ और ऊर्जा हैं, उनके अनुपात क्या हैं, और किस विश्वास के साथ हम कह सकते हैं कि वे हैं जैसे हम उनकी कल्पना करते हैं।



हमारी टिप्पणियां तीन स्रोतों से आती हैं: सबसे पहले, दूर की वस्तुओं की दूरी, जैसे सितारों, आकाशगंगाओं और सुपरनोवा की माप। वस्तुओं की स्पष्ट चमक को मापकर, और उनके मूल के साथ तुलना करके, हमारे लिए जाना जाता है, चमक, हम उनसे दूरी की गणना कर सकते हैं। इसके अलावा, हम उनके रिडफ़्ट को माप सकते हैं, जो हमें उस क्षण से ब्रह्मांड के विस्तार का विचार देता है जब प्रकाश उनके द्वारा उत्सर्जित किया गया था। और यह संयोजन हमें यह समझने का अवसर देता है कि समय के साथ ब्रह्मांड का विस्तार कैसे बदल गया है।




दूसरी विधि माइक्रोवेव पृष्ठभूमि विकिरण में विभिन्न उतार-चढ़ाव की माप है। विस्तार ब्रह्मांड में पदार्थ और ऊर्जा के परस्पर संपर्क की प्रकृति के कारण, और क्योंकि बिग बैंग का अवशिष्ट विकिरण आयनित पदार्थ पर नहीं बिखरा था, क्योंकि ब्रह्मांड केवल कई लाख साल पुराना था, हम ब्रह्मांड के राज्य का एक स्नैपशॉट प्राप्त कर सकते हैं जिसमें यह बहुत था लंबे समय तक। लेकिन यह सब प्रकाश हमारे सामने १३. billion बिलियन वर्ष पहले आया था, और ब्रह्मांड के विस्तार के रूप में एक लाल रंग का अनुभव किया, जो हमें विस्तार के पूरे लौकिक इतिहास का एक और आयाम देता है।



अंत में, कोई सबसे बड़े पैमाने पर ब्रह्मांड की संरचनाओं का अध्ययन कर सकता है। ब्रह्मांड के जन्म के बाद से हर समय होने वाली महान अंतरिक्ष प्रतियोगिता के कारण - गुरुत्वाकर्षण के बीच, पदार्थ को आकर्षित करने और संकुचन संरचनाओं का निर्माण, और विस्तार, जो हर चीज को अलग धकेलता है, हम संरचनाओं के आकार, तराजू, घनत्व का अध्ययन कर सकते हैं, साथ ही साथ लंबे समय तक उनका विकास भी कर सकते हैं। समय, जो हमें तीसरा माप विधि देता है।

तीनों विधियों को मिलाकर, हम उनकी कनेक्टिविटी और सटीकता की जांच करके दिखा सकते हैं कि वे सभी एक ही परिणाम देते हैं, जो सभी डेटा के साथ मेल खाता है। और मेरे पास आपके लिए बहुत अच्छी खबर है: सब कुछ समान है!



इस तरह के औजारों से हम यह जान सकते हैं कि इन आंकड़ों में हमारे आत्मविश्वास के स्तर की गणना करते समय, ब्रह्मांड क्या हैं। अब यह माना जाता है कि इसकी रचना इस प्रकार है:

• 0,01% — ,
• 4,9% — , ,
• 27% — , , 0,1%,
• 68% —

तो यह "डार्क एनर्जी" क्या है?



जहाँ तक कोई व्यक्ति ऊर्जा के इस रूप के विकास की टिप्पणियों से न्याय कर सकता है, यह एक ब्रह्मांडीय स्थिरांक से अप्रभेद्य है। सामान्य सापेक्षता में, ब्रह्मांडीय स्थिरांक अंतरिक्ष में अंतर्निहित है, इसलिए जब ब्रह्मांड का विस्तार होता है और आकाशगंगाओं के बीच एक नया स्थान दिखाई देता है, तो अंधेरे ऊर्जा का घनत्व कम नहीं होता है, हालांकि अन्य सभी का घनत्व बस गिरता है! यही कारण है कि ब्रह्मांड का विस्तार अब न केवल तेजी से बढ़ रहा है - पिछले 6 अरब वर्षों से ऐसा करना जारी है।



क्वांटम क्षेत्र सिद्धांत में, ब्रह्माण्ड संबंधी स्थिरांक एक क्वांटम वैक्यूम की शून्य ऊर्जा के बराबर है, अर्थात्, मनाया प्रभाव संभवतः ब्रह्मांड और गुरुत्वाकर्षण के क्वांटम क्षेत्रों से संबंधित है, हालांकि हम अभी भी कल्पना नहीं कर सकते कि इसे संख्याओं में कैसे रखा जाए।



, : ( ) , ( ) . .



– – w. w = -1,0, . w = -1/3, ; w = -2/3, , .


, w_a = 0, w₀ = -1, , w₀डब्ल्यू _ए से कम है , फिर समय के साथ अंधेरे ऊर्जा बढ़ जाती है।

यह स्वीकार करना सबसे आसान है कि इसका मूल्य स्थिर है, और अब प्राप्त डेटा हमें मूल्य w = -1.02 ± 0.08 देता है, जो सामान्य रूप से, बहुत अधिक संकेत देता है कि यह वास्तव में एक ब्रह्मांडीय स्थिरांक है, या ऊर्जा निहित है अंतरिक्ष, या एक क्वांटम वैक्यूम की शून्य ऊर्जा, जो अपने आप में शून्य से अधिक है। यदि यह अचानक पता चला कि w <-1.0, तो ब्रह्मांड एक बड़े अंतर से अपना जीवन समाप्त कर लेगा - हमने इस अद्भुत विकल्प पर हाल ही में विचार किया।



21 वीं सदी के खगोलविदों (और संभवतः निम्नलिखित शताब्दियों के) का वर्तमान कार्य यह पता लगाना है कि समीकरण w = -1.0000 मनमानी सटीकता के साथ और दशमलव अंकों की बढ़ती संख्या के साथ पूरा हुआ है या नहीं। और सिद्धांतकारों का कार्य इस प्रश्न को स्पष्ट करना है कि ब्रह्मांड के लिए इसका क्या अर्थ है, या जीआर या क्वांटम क्षेत्र सिद्धांत के आधार पर इस मूल्य की गणना कैसे करें। अब तक, सभी डेटा एक ब्रह्माण्ड संबंधी स्थिरांक को इंगित करते हैं - लेकिन आप पहले से कभी नहीं जानते हैं। यह एक अदिश, दहाई या गतिशील क्षेत्र हो सकता है, जहाँ तक हम देखते हैं, उससे कहीं अधिक जटिल व्यवहार के साथ। लेकिन यह अंतरिक्ष में निहित सरल ऊर्जा भी हो सकती है, और इस धारणा का खंडन करने वाली टिप्पणियों के अभाव में, इस विकल्प को रखना बेहतर है।

पॉश प्रश्न, पायस, और इस अवसर के लिए धन्यवाद कि हम सभी को ब्रह्मांड की ऊर्जा के शक्ति और स्रोत का थोड़ा और अध्ययन करना पड़ा है, जो कि सबसे कम ज्ञात है। सीखने के लिए अभी भी बहुत कुछ है, लेकिन भले ही यह विषय अभी भी सबसे महान रहस्यों में से एक है, इसके बारे में पहले से ही बहुत कुछ ज्ञात है! अपने प्रश्न का उत्तर पढ़ने का मौका पाने के लिए हमें अपने प्रश्न भेजें।