एकमात्र तरीका गुरुत्वाकर्षण के नियमों को बदलना होगा, लेकिन हमारी टिप्पणियों में से अधिकांश ने इस तरह के बदलावों को नोट किया है।

उम्मीद और मनाया के बीच का अंतर वर्षों में बढ़ा है, और हम इस अंतर को भरने के लिए तनाव में हैं।
- यिर्मयाह पी। ओस्ट्राइकर

यदि आप ब्रह्मांड, ब्रह्मांड और इसमें क्या रुचि रखते हैं, तो आपको डार्क मैटर के बारे में सुनना चाहिए - या कम से कम डार्क मैटर की समस्या के बारे में। हमें संक्षेप में बताएं कि यदि आप ब्रह्मांड को सबसे बड़ी दूरबीन तकनीक की मदद से देख सकते हैं जो मानव जाति बनाने में सक्षम है।



नहीं, यह छवि नहीं। आप इसे बहुत अच्छी तरह से सशस्त्र आंखों से देख सकते हैं: अंतरिक्ष का एक छोटा क्षेत्र जिसमें हमारी आकाशगंगा में कुछ मंद तारे हैं, और कुछ भी नहीं है।

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इस तस्वीर में, 5500 अद्वितीय आकाशगंगाएँ पाई जाती हैं, जिसका अर्थ है कि ब्रह्मांड में कम से कम 200 बिलियन आकाशगंगाएँ हैं। लेकिन इस राशि द्वारा बनाई गई छाप के बावजूद, यह अभी भी सबसे प्रभावशाली खोज नहीं है जो हमने बड़ी संख्या और आकाशगंगाओं, समूहों और समूहों के अध्ययन के दौरान ब्रह्मांड के बारे में की थी।

इस बारे में सोचें कि इन आकाशगंगाओं को क्या चमकता है, चाहे वे हमारे बहुत करीब या अरबों प्रकाश वर्ष में स्थित हों।



यह आकाशगंगाओं में चमकने वाले तारे हैं! पिछले 150 वर्षों में, खगोल विज्ञान और खगोल भौतिकी की मुख्य उपलब्धियों में से एक यह समझा गया है कि जीवन के दौरान तारे कैसे रहते हैं, जीवित रहते हैं, मरते हैं और चमकते हैं। जब हम किसी भी दृश्य आकाशगंगा से तारों को मापते हैं, तो हम तुरंत बता सकते हैं कि इसमें कौन से तारे मौजूद हैं और उनका कुल द्रव्यमान क्या है।

इस तथ्य को याद रखें क्योंकि हम आगे बढ़ते हैं: आकाशगंगाओं, समूहों और समूहों से प्रकाश हमें एक आकाशगंगा, समूह या समूह में निहित तारों के द्रव्यमान के बारे में बताता है। लेकिन हम न केवल स्टारलाईट को माप सकते हैं!



हम आकाशगंगाओं की गति, उनके घूमने की गति, उनकी सापेक्ष गति और इसी तरह की गति को माप सकते हैं। यह हमें बहुत कुछ देता है, क्योंकि गुरुत्वाकर्षण के नियमों के आधार पर, यदि हम उनकी गति को मापते हैं, तो हम गणना कर सकते हैं कि उनमें कितना द्रव्यमान और पदार्थ होना चाहिए!

इसके बारे में सोचो: गुरुत्वाकर्षण के नियम सार्वभौमिक हैं, जिसका अर्थ है कि वे पूरे ब्रह्मांड में समान हैं। सौर मंडल पर शासन करने वाला कानून आकाशगंगाओं को नियंत्रित करने वाले कानून के समान होना चाहिए। यह पता चला है कि हमारे पास ब्रह्मांड की सबसे बड़ी संरचनाओं के द्रव्यमान को मापने के दो अलग-अलग तरीके हैं:

हम उनसे निकलने वाली स्टारलाईट को माप सकते हैं, और चूंकि हम तारों के कार्य के सिद्धांतों को जानते हैं, इसलिए हम मान सकते हैं कि वे कितने द्रव्यमान वाले हैं।
हम उनके आंदोलन को माप सकते हैं, यह जानते हुए कि क्या वे गुरुत्वाकर्षण से जुड़े हुए हैं, और वास्तव में कैसे। गुरुत्वाकर्षण के आधार पर, हम मान सकते हैं कि इन वस्तुओं में कितना द्रव्यमान निहित है।

और हम एक महत्वपूर्ण प्रश्न पूछते हैं: क्या ये दो अर्थ अभिसरण करते हैं, और कितना?



वे सिर्फ अभिसरण नहीं करते हैं, वे पास भी नहीं खड़े होते हैं! यदि आप तारों में द्रव्यमान की मात्रा की गणना करते हैं, तो आपको एक संख्या मिलती है, और यदि आप गुरुत्वाकर्षण के आधार पर द्रव्यमान की मात्रा की गणना करते हैं, तो आपको संख्या 50 गुना बड़ी हो जाती है। यह इस बात की परवाह किए बिना होता है कि आप छोटी आकाशगंगाओं, बड़ी आकाशगंगाओं, या समूहों और आकाशगंगाओं के समूहों का अध्ययन करते हैं।

यह एक महत्वपूर्ण बात है: ब्रह्मांड के सभी मामलों में या तो 98% सितारों में निहित नहीं है, या गुरुत्वाकर्षण के बारे में हमारा विचार गलत है। आइए पहले विकल्प को देखें, क्योंकि हमारे पास इस पर बहुत अधिक डेटा है।



सितारों के अलावा भी कुछ चीजें हो सकती हैं, जो आकाशगंगाओं और समूहों का द्रव्यमान बनाती हैं, जिनमें शामिल हैं:

• ग्रह, चंद्रमा, छोटे उपग्रह, क्षुद्रग्रह, बर्फ ब्लॉक, आदि जैसे गैर-चमकदार पदार्थ की गांठ।
• तटस्थ और आयनित इंटरस्टेलर गैस, धूल और प्लाज्मा;
• ब्लैक होल;
• सफेद बौनों और न्यूट्रॉन सितारों जैसे सितारों के अवशेष;
• बहुत मंद तारे और बौने तारे।

तथ्य यह है कि हमने विभिन्न स्वतंत्र टिप्पणियों से ब्रह्मांड में बड़ी संख्या में ऐसी वस्तुओं और सामान्य (प्रोटॉन, न्यूट्रॉन और इलेक्ट्रॉनों से मिलकर) की कुल मात्रा को मापा, जिसमें प्रकाश तत्वों की प्रचुरता, कॉस्मिक माइक्रोवेव बैकग्राउंड रेडिएशन, ब्रह्मांड की बड़े पैमाने पर संरचनाएं, आदि शामिल हैं, जो खगोल भौतिकी के लिए धन्यवाद है। टिप्पणियों। हमने न्यूट्रिनो के योगदान को भी काफी हद तक सही ढंग से सीमित किया है; और यही हमने सीखा।



ब्रह्माण्ड में पदार्थ की कुल मात्रा का लगभग 15-16% प्रोटॉन, न्यूट्रॉन और इलेक्ट्रॉन होते हैं, और इसमें से अधिकांश इंटरस्टेलर (और अंतरजाल) गैस और प्लाज्मा में होता है। न्यूट्रिनो के रूप में संभवतः एक और 1% है, और बाकी द्रव्यमान में है, जिसमें मानक मॉडल में मौजूद कण शामिल नहीं हैं।

यह डार्क मैटर की समस्या है। यह संभव है कि पदार्थ के कुछ अदृश्य नए रूप को जोड़ना एक समाधान नहीं है, लेकिन बस बड़े पैमाने पर गुरुत्वाकर्षण के नियम उस तरह से काम नहीं करते हैं। मैं आपको काले पदार्थ की समस्या का एक संक्षिप्त इतिहास बताता हूं, और हमने समय के साथ इसके बारे में क्या सीखा।



बड़े पैमाने पर संरचनाओं के गठन की शुरुआत में खराब कल्पना की गई थी। लेकिन 1930 के दशक में शुरू करते हुए, फ्रिट्ज ज़्विकी ने गुच्छों में आकाशगंगाओं से आने वाली तारों को मापना शुरू किया, साथ ही एक दूसरे के सापेक्ष व्यक्तिगत आकाशगंगाओं की गति भी। उन्होंने सितारों में मौजूद द्रव्यमान और द्रव्यमान को एक दूसरे के साथ जोड़ने के लिए होने वाले द्रव्यमान के बीच उपर्युक्त महान विसंगति का उल्लेख किया।

इस काम को लगभग 40 वर्षों से अनदेखा किया गया है।



जब हमने 1970 के दशक में बड़े पैमाने पर ब्रह्माण्ड संबंधी टिप्पणियों का आयोजन करना शुरू किया, जैसे कि PSCz, तो उनके परिणामों से पता चला कि ज़्विकी क्लस्टरों की गतिशीलता की समस्या के अलावा, जिन संरचनाओं को हमने देखा था, इन संरचनाओं के अस्तित्व के लिए एक अदृश्य गैर-बैरिया मास स्रोत की आवश्यकता थी। (इन परिणामों के बाद से 2dF, ऊपर और SDSS जैसी टिप्पणियों से सुधार हुआ है।)

इसके अलावा, 1970 के दशक में, वेरा रुबिन के काम, मूल और बहुत प्रभावशाली, ने आकाशगंगाओं के रोटेशन पर नया ध्यान आकर्षित किया, और डार्क मैटर की समस्या पर उनके द्वारा प्रदर्शित किया गया।



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डार्क मैटर इस समस्या के प्रस्तावित समाधानों में अग्रणी था, लेकिन किसी को नहीं पता था कि यह बायोनिक है या नहीं, इसकी क्या तापमान विशेषताएँ हैं, और क्या यह स्वयं और सामान्य पदार्थों के साथ बातचीत करता है। हमारे पास उसकी सीमाएँ थीं, जो वह नहीं कर सकीं और कुछ ने शुरुआती सिमुलेशन का वादा किया, लेकिन कुछ भी विशेष रूप से आश्वस्त नहीं था। और फिर विकल्प दिखाई देने लगे।



MOND, या संशोधित न्यूटोनियन डायनेमिक्स, एक संशोधित न्यूटोनियन डायनेमिक्स, 1980 के दशक की शुरुआत में आकाशगंगाओं के रोटेशन के एक प्रयोगात्मक और अनुभवजन्य विवरण के रूप में प्रस्तावित किया गया था। एक गांगेय पैमाने पर छोटी संरचनाओं के लिए, इसने अच्छा काम किया, लेकिन बड़े पैमाने पर सामना नहीं कर सका। वह अन्य बातों के अलावा, गांगेय समूहों, बड़े पैमाने पर संरचनाओं और प्रकाश तत्वों की प्रचुरता की व्याख्या नहीं कर सका।

और यद्यपि आकाशगंगा गतिकी विशेषज्ञों ने MOND को भुनाया, क्योंकि इसने आकाशगंगाओं के घूर्णन वक्रों को काले पदार्थ की तुलना में बेहतर बताया, बाकी सभी बहुत संशयवादी थे, और व्यर्थ नहीं।


डबल क्वासर, गुरुत्वाकर्षण लेंसिंग से गुजरने वाली पहली वस्तु है

व्यक्तिगत आकाशगंगाओं से बड़ी संरचनाओं के साथ विफलताओं के अलावा, सिद्धांत गुरुत्वाकर्षण के एक अविश्वसनीय सिद्धांत के रूप में निकला। यह सापेक्षतावादी नहीं था, और द्रव्यमान के प्रभाव के तहत तारों के झुकने, समय और रेडशिफ्ट में गुरुत्वाकर्षण परिवर्तन, डबल पल्सर के व्यवहार या अन्य सभी सापेक्षतावादी गुरुत्वाकर्षण घटना के बारे में नहीं बता सकता था, जिसकी आइंस्टीन की भविष्यवाणियों के अनुपालन की पुष्टि की गई थी। मैंडी ग्रेल ग्रिल - ऐसा कुछ जिसे डार्क मैथ एडहेरेंट्स ने मांग लिया, मेरे सहित - ऐसा एक सापेक्ष संस्करण था जो गुरुत्वाकर्षण के सिद्धांत में अन्य सभी सफलताओं के साथ-साथ आकाशगंगाओं के घूर्णन घटता को भी समझा सकता है।





हाल ही में, नासा ने दूरबीन से छवियों का एक सेट जारी किया। हबल, जिन्होंने गुरुत्वाकर्षण लेंसिंग की घटना के कारण ब्रह्मांड के अतीत में और भी गौर किया, आइंस्टीन के गुरुत्वाकर्षण के सिद्धांत का एक परिणाम है। MOND इस घटना की व्याख्या नहीं कर सकता है क्योंकि यह देखा गया है: किसी भी लेंस वाली आकाशगंगाओं, कई छवियों, खींच या प्रकाश के झुकने की भयावहता के लिए नहीं।

इसके लिए सभी को डार्क मैटर या द्रव्यमान के कुछ अदृश्य स्रोत की आवश्यकता होती है, न कि कणों के किसी भी ज्ञात मानक मॉडल से। लेकिन यह एकमात्र ऐसा प्रमाण नहीं है जो हमारे पास है जो आइंस्टीन के सिद्धांत या यहां तक ​​कि काल्पनिक परिवर्तनों के विकल्पों का खंडन करता है, जिन्हें अभी तक खोजा नहीं गया है, जो हमें MOND को पुन: उत्पन्न करने की अनुमति देगा।



वर्षों से, डार्क मैटर ने कई ब्रह्मांड संबंधी सफलताएं हासिल की हैं। यूनिवर्स के बड़े पैमाने पर संरचनाओं की समझ खराब से अच्छे में सुधार हुई, और मामले (ऊपर) के पावर स्पेक्ट्रम और कॉस्मिक माइक्रोवेव बैकग्राउंड रेडिएशन (नीचे) के उतार-चढ़ाव की सटीक माप दिखाई दी, यह पाया गया कि बड़े पैमाने पर डार्क मैटर ठीक काम करता है।



दूसरे शब्दों में, नए अवलोकन - बिग बैंग के न्यूक्लियोसिंथेसिस के लिए किए गए टिप्पणियों की तरह - यूनिवर्स के अनुरूप हैं, जिसमें सामान्य से पांच गुना अधिक डार्क मैटर (गैर-बेरियन) शामिल हैं।

फिर 2005 में सबूतों की खोज की गई। हमने टकराव के दौरान दो गांगेय समूहों को देखा, और इसका मतलब है कि जब हम डार्क मैटर के सिद्धांत की पुष्टि करते हैं, तो हम देखेंगे कि बैरोनिक पदार्थ - इंटरस्टेलर और इंटरगलेक्टिक गैस - कैसे टकराता है और गर्म होता है, और डार्क मैटर और ग्रेविटेशनल सिग्नल से गुजरना चाहिए और धीमा मत करो। नीचे आप गुलाबी रंग में बुलेट क्लस्टर की एक्स-रे रेंज में टिप्पणियों को देख सकते हैं, जिस पर नीले रंग में दर्शाया गया गुरुत्वाकर्षण लेंस सुपरिम्पोज किया गया है।



यह डार्क मैटर के लिए एक बड़ी जीत थी और परिवर्तित गुरुत्वाकर्षण के सभी मॉडलों के लिए एक बड़ी चुनौती: यदि डार्क मैटर मौजूद नहीं है, तो क्लस्टर ने टक्कर के बाद "अलग द्रव्यमान और गैस" का अनुमान कैसे लगाया होगा, लेकिन इससे पहले नहीं?

हालांकि, छोटे तराजू अभी भी काले पदार्थ के लिए एक समस्या हैं, वे अभी भी व्यक्तिगत आकाशगंगाओं के रोटेशन के साथ-साथ मोनड के बारे में नहीं बताते हैं। और इसके सापेक्षतावादी संस्करण के लिए धन्यवाद, टीईवीएस, जो कि देर से जैकब बीकेनस्टीन द्वारा तैयार किया गया है, सब कुछ दिखता है जैसे कि मोनड के पास एक मौका है।

गुरुत्वाकर्षण लेंसिंग (सामान्य द्रव्य द्वारा किया गया) और कुछ सापेक्ष घटनाओं को इसकी मदद से समझाया जा सकता है और अंत में, दो सिद्धांतों के बीच अंतर करने के लिए एक समझदार तरीका दिखाई दिया: एक अवलोकनीय घटना का पता लगाना आवश्यक था जिसमें टीईवीएस की भविष्यवाणियां सामान्य सापेक्षता की भविष्यवाणियों से भिन्न होंगी। आश्चर्यजनक रूप से, ऐसी स्थिति प्रकृति में मौजूद है।



घूर्णन न्यूट्रॉन सितारे - अल्ट्रामैसिव सितारों के अवशेष जो सुपरनोवा में बदल गए और सौर द्रव्यमान के परमाणु नाभिक को पीछे छोड़ दिया - छोटे ऑब्जेक्ट, केवल कुछ किलोमीटर व्यास में। हमारे ग्रह से 300,000 गुना भारी एक वस्तु की कल्पना करें, जो पृथ्वी के एक सौ मिलियनवें हिस्से में संकुचित है! कोई सोच सकता है कि इन लोगों के पास गुरुत्वाकर्षण क्षेत्र वास्तव में तीव्र हो जाते हैं, और हमें मजबूत क्षेत्रों और सापेक्षता के सिद्धांत के क्षेत्र में कुछ सबसे ठोस परीक्षण प्रदान करते हैं।

ऐसा होता है कि एक न्यूट्रॉन स्टार में इसकी अक्षीय "किरणों" को सीधे हमारे ऊपर निर्देशित किया जाता है, और वे हर बार स्टार को अपने रोटेशन को पूरा करते हैं - और ऐसी छोटी वस्तुएं प्रति सेकंड 766 बार तक ऐसा कर सकती हैं! (ऐसे स्पंदनों के मामले में, न्यूट्रॉन सितारों को पल्सर कहा जाता है)। 2004 में, एक भी दुर्लभ प्रणाली की खोज की गई थी: एक डबल पल्सर!



पिछले दस वर्षों में, इस प्रणाली के करीब गुरुत्वाकर्षण नृत्य को देखा गया है, और आइंस्टीन के जीआरटी ने एक अभूतपूर्व परीक्षण किया है। आप देखते हैं, जब बड़े पिंड बहुत मजबूत गुरुत्वाकर्षण क्षेत्रों में एक दूसरे के चारों ओर परिक्रमा करते हैं, तो उन्हें गुरुत्वाकर्षण विकिरण की एक बहुत विशिष्ट मात्रा का उत्सर्जन करना होगा। और यद्यपि हमारे पास इन तरंगों को सीधे मापने की तकनीक नहीं है, फिर भी हमारे पास इस विकिरण के कारण कक्षाओं में कमी को मापने की क्षमता है! रेडियो एस्ट्रोनॉमी इंस्टीट्यूट के माइकल क्रेमर। मैक्स प्लैंक उन वैज्ञानिकों में से एक था, जिन्होंने इस मामले में काम किया था, और यहाँ उन्होंने इस प्रणाली में कक्षाओं के बारे में क्या कहा है:

हमने पाया कि इससे प्रति वर्ष 7.12 मिलीमीटर की कमी के साथ 7.1 मिलीमीटर प्रति वर्ष की कक्षा में कमी आती है।

और टीवीएस और जीटीआर इस अवलोकन के बारे में क्या कह सकते हैं?



यह ९९.९ ५% (०.१% की एक त्रुटि के साथ) सापेक्षता के सिद्धांत के अनुरूप है, और तैयार - Bekenstein TeVeS के सभी भौतिक रूप से सार्थक अवतरणों का उल्लेख करता है। जैसा कि वैज्ञानिक नॉर्बर्ट वीएक्स ने अभूतपूर्व संक्षिप्तता के साथ कहा:

हमारे दृष्टिकोण से, यह TeVeS को नापसंद करता है।

वास्तव में, इतिहास में संरचनाओं के गठन (जीआर और डार्क मैटर का उपयोग करके) का सबसे सटीक सिमुलेशन हाल ही में प्रकाशित हुआ है, और यह हमारी तकनीकी क्षमताओं के साथ संगत सभी टिप्पणियों के अनुरूप है। मार्क Vogelsberger और चमत्कार से इस अद्भुत वीडियो देखें!



और, इस सब पर विचार करते हुए, यही कारण है कि प्रतिस्पर्धा से काले पदार्थ का मुख्य प्रतिद्वंद्वी बाहर हो गया। वह हठधर्मिता, सर्वसम्मति या राजनीतिक इच्छाशक्ति से नहीं, बल्कि स्वयं अवलोकनों द्वारा मारे गए: पल्सर, टकराने वाले गुच्छे, कॉस्मिक माइक्रोवेव विकिरण, बड़े पैमाने पर संरचनाएं, गुरुत्वाकर्षण लेंसिंग। यह अभी भी स्पष्ट नहीं है कि मोनड आकाशगंगाओं के पैमाने पर बेहतर व्यवहार क्यों करता है, लेकिन जब तक वह अन्य सभी देखी गई घटनाओं की व्याख्या नहीं कर सकता, वह सिद्धांत का एक भूत बना रहेगा।