🧜🏿 📘 🅾️ ईथन नंबर 60 से पूछें: ब्रह्मांड से ऊर्जा क्यों गायब हो जाती है? 🙋🏾 🐛 🗿

ब्रह्मांड में पृष्ठभूमि ब्रह्मांडीय विकिरण एक बार चारों ओर सब कुछ भुना हुआ है, लेकिन अब यह लगभग पूर्ण शून्य के करीब है। सारी ऊर्जा कहां चली गई?

मुझे लगता है कि आप जो सबसे अच्छी चीज कर सकते हैं वह थोड़ी देर के लिए गायब हो जाती है, क्योंकि यह आपको फिर से प्रकट होने का मौका देगा।
- जोश माइकल होमी

यदि आप इसके बारे में सोचते हैं, तो बिग बैंग सबसे जटिल अमूर्तताओं में से एक है जिसकी कल्पना की जा सकती है। बेशक, अब यूनिवर्स का विस्तार हो रहा है, जिसका अर्थ है कि इससे पहले कि सब कुछ एक-दूसरे के करीब था और यूनिवर्स घनी थी। लेकिन यह भी गर्म था, इसलिए इसमें मौजूद कणों में आज की तुलना में अधिक ऊर्जा थी, जब वे पहले से ही "ठंडे" थे। इस हफ्ते, बैरी परेड जीत का सवाल है, जो पूछता है:

जैसा कि मैंने इसे समझा, कॉस्मिक माइक्रोवेव बैकग्राउंड रेडिएशन (KMFI) ब्रह्मांड के विस्तार के साथ धीरे-धीरे ठंडा हो रहा है, और यह कि केएमएफआई कण रेडशिफ्ट के साथ बढ़ते तरंग दैर्ध्य और घटते ऊर्जा स्तर पर स्विच कर रहे हैं। लेकिन इन कणों की ऊर्जा कहां जाती है?

आइए इसे समझें और समझें कि यह सवाल इतना गहरा क्यों है।

यह समझना आसान है कि ब्रह्मांड के फैलने के साथ घनत्व कैसे घटता है, और कैसे - अगर यह अचानक सिकुड़ना शुरू हो जाता है - इसका घनत्व बढ़ना शुरू हो जाएगा। आखिरकार, घनत्व अंतरिक्ष के एक निश्चित क्षेत्र में सिर्फ पदार्थ की मात्रा है: द्रव्यमान घनत्व प्रति मात्रा द्रव्यमान है, मात्रात्मक घनत्व मात्रा प्रति मात्रा है, और ऊर्जा घनत्व प्रति मात्रा ऊर्जा है।

पदार्थ के मामले में - परमाणु, गैस, ग्रह, तारे, आकाशगंगा, यहां तक कि डार्क मैटर - आप इसे सहज रूप से अंतरिक्ष-समय से संबंधित कर सकते हैं, जो समय के साथ बदलता रहता है। यदि अंतरिक्ष-समय का विस्तार होता है, घनत्व घटता है, अगर यह सिकुड़ता है, तो यह बढ़ता है।

यह सोचना गलत है कि बिग बैंग एक खाली जगह में बम विस्फोट की तरह है, जहां विस्फोट के केंद्र में दबाव बड़ा था और बाहर यह छोटा था।
वास्तव में, पूरे अंतरिक्ष "विस्फोट", विस्फोट में एक केंद्र नहीं था, और घनत्व और दबाव हर जगह समान थे। इसलिए, दबाव अंतर जो विस्फोट के लिए ले जाएगा बस मौजूद नहीं था।

यह सब मात्रा परिवर्तन के कारण हुआ है। द्रव्यमान समान रहता है, कणों की संख्या ऊर्जा की मात्रा के समान रहती है। द्रव्य से भरे एक विस्तारित ब्रह्मांड में, ब्रह्मांड के विस्तार के रूप में घनत्व में परिवर्तन होता है।

लेकिन हमारे मामले में विकिरण - फोटॉन या प्रकाश के कणों से भरे एक ब्रह्मांड में - ब्रह्मांड की मात्रा में बदलाव से कुछ अप्रत्याशित परिणाम निकलते हैं।

आपको अंतरिक्ष में कण, बिंदु के रूप में कणों की गिनती करने के लिए उपयोग किया जाता है। आप उन्हें आकार के बिना संस्थाओं पर विचार करते हैं, इसलिए जब ब्रह्मांड का विस्तार होता है (या अनुबंध, हालांकि ऐसा नहीं होता है), कण समान रहते हैं। लेकिन फोटॉन इस तरह से व्यवहार नहीं करते हैं।

एक फोटॉन न केवल एक कण है (हालांकि यह कणों के तरीके से टकराने और बातचीत करने में सक्षम है), लेकिन यह भी एक विद्युत चुम्बकीय तरंग की तरह व्यवहार करता है। और एक लहर की सबसे बुनियादी मौलिक विशेषताओं में से एक लंबाई है, जो एक फोटॉन के मामले में अपनी ऊर्जा निर्धारित करता है।

जितनी लंबी लहर, उतनी कम ऊर्जा, और उतनी ही छोटी लहर - उतनी अधिक ऊर्जा। अब, आज के आकार के एक ब्रह्मांड में, एक विशिष्ट फोटॉन जो ब्रह्मांड के विकास के शुरुआती चरणों से बना हुआ है, में 2.725 K के तापमान के अनुरूप ऊर्जा होती है। इसे स्थिरांक के एक सेट का उपयोग करके एक तरंग दैर्ध्य में परिवर्तित किया जा सकता है - बोल्टमैन, प्लैंक और प्रकाश की गति। तब हम पाएंगे कि तरंग दैर्ध्य 5.28 मिमी के बराबर होगी, अर्थात्, नाखून के सफेद भाग की लंबाई के बराबर, जब इसे काटने का समय होता है।

एक मीटर लगभग 189 ऐसे तरंग दैर्ध्य फिट होगा। लेकिन अतीत में, ब्रह्मांड के विस्तार के कारण, अंतरिक्षीय अंतरिक्ष का हर मीटर छोटा था!

लेकिन इसका मतलब यह नहीं है कि कम तरंगें एक ही स्थान में फिट होंगी। मात्रात्मक घनत्व प्रति इकाई आयतन स्थिर रहता है। तो फिर क्या होता है? आप इस प्रकाश की 189 तरंगों को कुछ दूरी पर फिट कर सकते हैं जो आज के मीटर तक विस्तारित हो गया है!

ब्रह्मांड आज अपने आकार का आधा कब था? आधे मीटर पर 189 तरंगें, या 2.64 मिमी तरंग दैर्ध्य
ब्रह्मांड आज के आकार का 10% कब था? 189 तरंग प्रति डेसीमीटर, या 528 माइक्रोन तरंग दैर्ध्य
ब्रह्मांड आज के आकार का 0.01% पर कब था? एक मिलीमीटर के दसवें हिस्से में 189 तरंगें, या 528 नैनोमीटर की तरंग दैर्ध्य - दृश्य प्रकाश! (पीला हरा)

आगे हम वापस जाते हैं - ऐसे समय में जब ब्रह्मांड छोटा था - विकिरण में अधिक ऊर्जा निहित थी। बिग बैंग के बाद बचे हुए विकिरण का आज अवलोकन किया गया, उस समय से हमारे पास आया जब पहला तटस्थ परमाणु बना: अंतिम बिखरने की ब्रह्मांडीय सतह।

केएमएफआई, अंतिम प्रकीर्णन की सतह - बादलों के माध्यम से गुजरने वाली और हमारी आंख में गिरने वाले प्रकाश का एक एनालॉग। हम केवल बादलों की सतह को देख सकते हैं, जिसमें से आखिरी बार प्रकाश परिलक्षित हुआ था।

और यह बताता है कि क्यों एक समय था जब कोई तटस्थ परमाणु नहीं थे (जहां से केएमपीआई उत्सर्जित किया गया था), जब कोई परमाणु नाभिक नहीं थे (क्योंकि वे भागों में टूट गए थे - और उसके ठीक बाद का क्षण आया जब ब्रह्मांड के सबसे हल्के तत्वों को संश्लेषित किया गया था), जब प्रोटॉन। और न्यूट्रॉन एक क्वार्क-ग्लुआन प्लाज्मा में भागों में टूट गए थे, और इससे पहले भी, जब सब कुछ इतना गर्म था कि पदार्थ-एंटीमैटर कणों के जोड़े अनायास उच्च-ऊर्जा गामा किरणों से बनाए गए थे जो ब्रह्मांड में बाढ़ आ गई थी।

यह यह भी बताता है कि अवशिष्ट विकिरण स्पेक्ट्रम के माइक्रोवेव हिस्से में इतनी मजबूती से क्यों दिखाई देता है। ये भौतिक कानूनों और बिग बैंग अवधारणा से उपजी सरल भविष्यवाणियां हैं।

लेकिन इससे आपको बैरी के समान प्रश्न हो सकते हैं। ऊर्जा की बचत नहीं है? और अगर आज इसका स्तर कम है, तो क्या इसका मतलब यह नहीं है कि यह खो गया है, और इसलिए संरक्षित नहीं है? (कड़े शब्दों में, जीआर में ऊर्जा की कोई परिभाषा नहीं है - लेकिन हम इसका उपयोग उत्तर को मिटाने के लिए नहीं करेंगे)।

विकिरण ऊर्जा गायब नहीं हुई; आइए एक सादृश्य देखें। कल्पना करें कि आपके पास एक गुब्बारा है जिसे आपने फुलाया है और बांधा है, और जब फुलाया जाता है, तो यह पर्यावरण के साथ संतुलन में है। आप गेंद के अंदर मौजूद हवा में ऊर्जा की मात्रा को माप सकते हैं और इससे संतुष्ट हो सकते हैं।

अब हम इसके साथ कठोरता से निपटेंगे, और इसे 77 किलोग्राम के तापमान पर तरल नाइट्रोजन में कम कर देंगे। नाइट्रोजन हवा के अणुओं (और गेंद) से गर्मी को चूस लेगी, और गेंद का आयतन गिर जाएगा।

लेकिन यह सब नहीं है। एक अन्य सिद्धांत यहां काम करता है: अणुओं ने गेंद की दीवारों पर दबाव डाला, जो इसे अंदर गिरने की अनुमति नहीं देता था, और जब वे ऊर्जा खो देते थे, तो उनके द्वारा लगाए गए बल अपर्याप्त हो गए, और गेंद को संपीड़ित करना शुरू कर दिया। यदि आप गेंद को नाइट्रोजन से बाहर निकालते हैं और हवा को गर्म करते हैं, तो यह ऊर्जा प्राप्त करेगा और अंदर से दीवारों को धक्का देकर फिर से गेंद को फुलाएगा।

एक निश्चित दिशा में बल लगाने का विचार जब इसमें कुछ चलता है, या विपरीत दिशा में, काम की भौतिक अवधारणा का वर्णन करता है। यदि आप बाहर की ओर धक्का देते हैं, और कुछ अंदर की ओर बढ़ता है, तो आप सिस्टम से ऊर्जा लेते हुए एक नकारात्मक कार्य करते हैं। यदि आप बाहर धक्का देते हैं और यह बाहर निकलता है, तो आप सिस्टम में ऊर्जा जोड़कर एक सकारात्मक काम करते हैं। यही कारण है कि गुब्बारा फुलाया जाता है, शायद, ताकत, दूरी और काम के इस संयोजन का सबसे सरल उदाहरण है।

यूनिवर्स के मामले में, फोटॉन एक गेंद के अंदर हवा की तरह काम करते हैं: वे बाहर प्रेस करते हैं जबकि यूनिवर्स फैलता है और एक सकारात्मक काम करता है। फोटॉन ऊर्जा खो देते हैं, लेकिन ऊर्जा ब्रह्मांड में ही गुजरती है, और प्रतिवर्ती तरीके से! दूसरे शब्दों में, यदि ब्रह्माण्ड सिकुड़ता है या यहाँ तक कि पुनरावृत्त होता है, तो फोटॉनों द्वारा इसमें जोड़ी गई ऊर्जा वापस उनके पास लौट आएगी।

तो, विस्तार ब्रह्मांड में फोटॉन ऊर्जा कहां जाती है? फोटॉनों की ऊर्जा काम करती है, इसे ब्रह्मांड में ही स्थानांतरित करती है।

अद्भुत सवाल के लिए धन्यवाद, बैरी, और मुझे आशा है कि स्पष्टीकरण आपको और बाकी लोगों के लिए स्पष्ट कर दिया गया है। निम्नलिखित लेखों के लिए मुझे अपने प्रश्न और सुझाव भेजें।

ईथन नंबर 60 से पूछें: ब्रह्मांड से ऊर्जा क्यों गायब हो जाती है?

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