यह हम से सबसे पुराना और सबसे दूर का प्रकाश है। लेकिन वास्तव में यह कहाँ स्थित है?

यह कहा गया था कि हम अपने प्रकाश को बस चमकने देते हैं, और फिर हमें हर किसी को यह बताने की आवश्यकता नहीं है कि यह चमकता है। प्रकाशस्तंभ अपने प्रकाश का ध्यान आकर्षित करने के लिए तोपों में आग नहीं लगाते हैं - वे बस चमकते हैं।
- ड्वाइट एल। मूडी

यदि आप ब्रह्मांड के दूर के हिस्सों को देखते हैं, तो आप अतीत पर गौर करेंगे, क्योंकि प्रकाश की गति परिमित है, हालांकि बहुत महान है। इसलिए, हमारे उपकरण द्वारा कथित पहले प्रकाश पर, दृश्यमान की सबसे दूर की वस्तु को देखते हुए, हमें कुछ हासिल करना चाहिए। हमारे ब्रह्मांड के मामले में, जहां तक हम जानते हैं, यह बिग बैंग: कॉस्मिक माइक्रोवेव बैकग्राउंड रेडिएशन की अवशिष्ट चमक होगी। आप सभी ने बड़ी संख्या में प्रश्न भेजे, और इस सप्ताह मैंने डेविड इंग्लिश के प्रश्न का उत्तर देने का निर्णय लिया:

हम KMFI की एक लोकप्रिय छवि को ग्लोब के रूप में देखते हैं। यह हमें घेर लेता है। जैसा कि मैं इसे समझता हूं, केएमएफआई यूनिवर्स की शुरुआती छवि है। चूंकि हम अतीत में देख रहे हैं जब हम दूर की वस्तुओं का निरीक्षण करते हैं, तो केएमएफआई तार्किक रूप से सभी का सबसे दूर होना चाहिए। इसका मतलब है कि ब्रह्मांड के अंत में KMFI है, लेकिन ऐसा नहीं है। अंतरिक्ष अनंत है, जहां तक हम जानते हैं, और इसके किनारे हम नहीं देखते हैं। तो ब्रह्मांड के अंत में नहीं तो केएमएफआई कहां है?

चलो बिग बैंग से शुरू करते हैं, फिर केएमएफआई में आने के लिए।

जब हॉट बिग बैंग की शुरुआत हुई - लौकिक मुद्रास्फीति के बाद, जो अनिश्चित काल तक चली - ब्रह्मांड में निम्नलिखित गुण थे:
• यह बड़ा था। सबसे अधिक संभावना है, जिस भाग की हम समीक्षा कर रहे हैं उससे बहुत अधिक (कम से कम सैकड़ों बार)।
• यह बहुत ही सजातीय था - एक ही ऊर्जा घनत्व के साथ - औसतन 10,000 में से 1 भाग के लिए।
• यह बहुत गर्म था। लार्ज हैड्रोन कोलाइडर में ऊर्जा उच्चतम स्तर से कम से कम 10,000,000 गुना अधिक थी।
• वह भी घनी थी। विकिरण, द्रव्य और एंटीमैटर के घनत्व अरबों खरबों यूरेनियम नाभिक से अधिक थे।
• और फिर भी यह बहुत तेज़ी से विस्तारित हुआ और एक ही समय में ठंडा हो गया।

यहीं से हमारी शुरुआत हुई। यह 13.8 बिलियन साल पहले का हमारा अतीत है।

लेकिन विस्तार और शीतलन के साथ, हमारे अंतरिक्ष इतिहास में और हर जगह एक ही समय में कई आश्चर्यजनक चीजें हुईं। जब ब्रह्मांड अपनी सहज उपस्थिति के लिए आवश्यक तापमान सीमा से नीचे ठंडा हो जाता है, तो अस्थिर मामला / एंटीमैटर जोड़े का विनाश हो जाता है। परिणामस्वरूप, हम कुछ मात्रा में पदार्थ से बचे थे, जो किसी भी तरह एंटीमैटर पर हावी होने लगे।

तापमान में कमी के साथ, प्रोटॉन और न्यूट्रॉन के बीच परमाणु संलयन होने लगा, जिससे भारी तत्वों की उपस्थिति हुई। और यद्यपि बहुत समय - 3 से 4 मिनट तक (और यह प्रारंभिक ब्रह्मांड में एक संपूर्ण जीवन है) - सभी परमाणु प्रतिक्रियाओं में पहला कदम (एक ड्युट्रॉन एक प्रोटॉन और एक न्यूट्रॉन) है, तब से हम बहुत हीलियम प्राप्त करते हैं और हाइड्रोजन, साथ ही साथ लिथियम की थोड़ी मात्रा।

ब्रह्मांड के पहले तत्व यहां न्यूट्रॉन, फोटॉन और आयनित इलेक्ट्रॉनों के समुद्र में बनाए गए थे।

यह प्रकाश से भारी तत्वों के संश्लेषण के लिए कई MeV के क्रम की ऊर्जा लेता है, लेकिन यदि आपको तटस्थ परमाणुओं को बनाने की आवश्यकता है, तो यह आवश्यक है कि ऊर्जा कई eV पर गिरती है - लगभग एक लाख बार।

जो हो रहा है उसे देखने के लिए तटस्थ परमाणुओं का बनना बहुत महत्वपूर्ण है। क्योंकि उपलब्ध प्रकाश की मात्रा की परवाह किए बिना, अगर यह चारों ओर तैरते इलेक्ट्रॉनों के विशाल घने झुंडों से परेशान है, तो यह प्रकाश उनके द्वारा थोमसन बिखरने (और, उच्च ऊर्जा, कॉम्पटन बिखरने के लिए) के रूप में जाना जाने वाली प्रक्रिया के अनुसार बिखरेगा।

और जब आपके पास मुक्त इलेक्ट्रॉनों का पर्याप्त उच्च घनत्व होता है, तो यह सब प्रकाश, लगभग ऊर्जा की परवाह किए बिना, परिलक्षित और बिखरेगा, ऊर्जा का आदान-प्रदान करेगा और टकराव (या बल्कि, यादृच्छिक) में किसी भी जानकारी को नष्ट कर देगा। जब तक तटस्थ परमाणु दिखाई नहीं देते तब तक ट्रैप इलेक्ट्रॉनों ताकि फोटॉन स्वतंत्र रूप से यात्रा कर सकें, कुछ भी "देखा" नहीं जा सकता है (कम से कम प्रकाश की मदद से नहीं)।

यह पता चला है कि इस ब्रह्मांड के लिए 3000 K के तापमान को ठंडा करना आवश्यक है। इलेक्ट्रॉनों की तुलना में बहुत अधिक फोटॉन हैं (लगभग एक अरब बार), इसलिए आपको इस तरह के "अल्ट्रा-लो" तापमान को प्राप्त करने की आवश्यकता है ताकि फोटॉनों की उच्चतम-ऊर्जा - जो आयनीकरण के लिए ऊर्जा हो हाइड्रोजन - महत्वपूर्ण ऊर्जा के इस पट्टी के नीचे। उस समय तक, ब्रह्मांड पहले से ही 380,000 वर्षों में आ चुका था, और यह प्रक्रिया लगभग 100,000 वर्षों तक चली।

यह हर जगह एक साथ, धीरे-धीरे होता है, और प्रक्रिया के अंत में ब्रह्मांड के सभी प्रकाश को आखिरकार प्रकाश की गति से सभी दिशाओं में बाहर निकलने का अवसर मिलता है। KMPI का उत्सर्जन तब किया गया जब ब्रह्मांड 380,000 वर्ष पुराना था, और उत्सर्जन के क्षण में यह "माइक्रोवेव" प्रकाश नहीं था: यह अवरक्त था, इतने उच्च तापमान के कुछ भागों के साथ कि यह मानव आंख के साथ देखा जा सकता था, अगर कोई भी देख सकता था तो उस पर।

हमारे पास पर्याप्त सबूत हैं कि अतीत में KMFI का तापमान अधिक था; तेजी से मजबूत होने वाले रेडशिफ्ट के क्षेत्र में चढ़ना, यह वही है जो हम देख रहे हैं।

आज जो हम देखते हैं, उसके अतीत में विस्तार - 2.725 K की पृष्ठभूमि, जो z = 1089 की ऑफसेट के साथ उत्सर्जित होती है, यह दर्शाता है कि KMFI के उत्सर्जन के क्षण में, इसका तापमान 2940 K था। KMFI ब्रह्मांड का किनारा नहीं है, लेकिन "किनारे" हम क्या देख सकते हैं।

जब हम KMFI को देखते हैं, तो हम इसमें उतार-चढ़ाव भी पाते हैं: वृद्धि की घनत्व (अधिक "नीला" या ठंडा) और कम (अधिक "लाल" या गर्म) के क्षेत्र, आदर्श एकरूपता से छोटे विचलन का प्रतिनिधित्व करते हैं।

यह दो कारणों से अच्छा है:
1. इन उतार-चढ़ावों की भविष्यवाणी मुद्रास्फीति द्वारा की गई थी, और उनके पैमाने की स्वतंत्रता की भविष्यवाणी की गई थी। वह 1980 के दशक में था; 90 के दशक (COBE), 00s (WMAP) और 10s (प्लैंक) में उपग्रहों द्वारा इन उतार-चढ़ाव की टिप्पणियों और पुष्टि ने मुद्रास्फीति के सिद्धांत की पुष्टि की।
2. औसत से ऊपर और नीचे के क्षेत्रों की उपस्थिति के साथ ये उतार-चढ़ाव बड़े पैमाने पर संरचनाओं की उपस्थिति के लिए आवश्यक हैं - सितारों, आकाशगंगाओं, समूहों, समूहों और धागे - विशाल अंतरिक्ष voids द्वारा अलग किए गए।

इन उतार-चढ़ावों के बिना, हमारे पास ऐसा कोई ब्रह्मांड नहीं होता।

फिर भी, हालांकि केएमएफआई से प्रकाश उस क्षण से उत्पन्न होता है जब ब्रह्मांड 380,000 साल पुराना था, जिस प्रकाश को हम पृथ्वी पर देखते हैं वह लगातार बदल रहा है। आप देखते हैं, ब्रह्मांड लगभग 13.8 बिलियन वर्ष पुराना है, और हालांकि डायनासोर - यदि वे माइक्रोवेव रेडियो दूरबीनों का निर्माण करते हैं - अपने दम पर KMPI का निरीक्षण कर सकते हैं, तो यह थोड़ा अलग होगा।

यह कई मिली केल्विन हॉटटर होगा, क्योंकि कुछ सौ मिलियन साल पहले ब्रह्मांड छोटा था, लेकिन, इससे भी महत्वपूर्ण बात यह है कि उतार-चढ़ाव की तस्वीर आज से बहुत अलग होगी। सांख्यिकीय रूप से नहीं: गर्म या ठंडे क्षेत्रों का कुल आकार या स्पेक्ट्रम लगभग उसी (ब्रह्मांडीय परिवर्तनों की सीमाओं के भीतर) होगा जैसा कि वे आज हैं। लेकिन तथ्य यह है कि आज गर्म या ठंडा शायद ही इस तथ्य से जुड़ा होगा कि यह एक या दो लाख साल पहले गर्म या ठंडा रहा होगा, और इससे भी अधिक, सौ मिलियन।

जब हम ब्रह्मांड को देखते हैं, तो KMFI हर जगह, सभी दिशाओं में मौजूद है। यह सभी बिंदुओं पर सभी पर्यवेक्षकों के लिए मौजूद है, और स्रोत से किसी भी दिशा में लगातार विकीर्ण होता है, जिसे "अंतिम बिखरने की सतह" के रूप में देखा जाता है। यदि हम लंबे समय तक प्रतीक्षा करते हैं, तो हम न केवल बचपन में ब्रह्मांड की एक तस्वीर देखेंगे, बल्कि एक पूरी फिल्म जो हमें समय के साथ तीन आयामों में अधिक या कम घने क्षेत्रों के मानचित्र को संकलित करने की अनुमति देगी! सिद्धांत रूप में, हम इसे भविष्य में एक्सट्रपलेशन कर सकते हैं, क्योंकि माइक्रोवेव विकिरण रेडियो स्पेक्ट्रम में चला जाता है जब फोटॉन घनत्व 411 प्रति क्यूबिक सेंटीमीटर से दसियों तक, इकाइयों तक, और आज के घनत्व के मिलियन तक हो जाता है। विकिरण कहीं भी नहीं जा रहा है, जब तक कि हम इसका पता लगाने के लिए पर्याप्त बड़े और संवेदनशील दूरबीन का निर्माण नहीं कर सकते।

तो KMFI ब्रह्मांड का अंत नहीं है, लेकिन हम जो देख सकते हैं उसकी सीमा, दोनों दूरी में (हम कितनी दूर चढ़ते हैं) और समय में (हम कितनी दूर अतीत में दिखते हैं)। सैद्धांतिक रूप से, आशा है कि हम अतीत में और भी आगे बढ़ सकते हैं।

हालाँकि प्रकाश 380,000 वर्ष की आयु तक सीमित है, लेकिन बिग बैंग के दौरान बनाए गए न्यूट्रिनोस और एंटीन्यूट्रिनो ने स्वतंत्र रूप से और लगभग प्रतिबंधों के बिना यात्रा की है, जब से ब्रह्मांड एक से तीन सेकंड में बदल गया था! यदि हम लौकिक न्युट्रीनो पृष्ठभूमि (CNF) को मापने और मैप करने के लिए संवेदनशील डिटेक्टर का निर्माण कर सकते हैं, तो हम आगे भी देख सकते हैं: कई बार गर्म बिग बैंग की शुरुआत के करीब। ये ऊर्जा बहुत छोटी हैं - कई सौ माइक्रोएवी - लेकिन उनका अस्तित्व होना चाहिए। वे हमें इंतजार कर रहे हैं कि कैसे पता लगाया जाए।

तो, डेविड, हम ब्रह्मांड के किनारे नहीं देखते हैं, और सबसे दूर की चीज भी उपलब्ध नहीं है। यह बस है - हमारी तकनीक और ज्ञान की सीमाओं को ध्यान में रखते हुए - सबसे दूर की चीज जिसे हम आज देख सकते हैं। और वह लगातार दूर जा रही है। ब्रह्मांड के युग के रूप में, हम अतीत में गहरे और गहरे दिखते हैं। जैसा कि मैथ्यू मैककोनाघी ने एक बार कहा था, "मैं बूढ़ा हो रहा हूं, और वे एक ही उम्र के हैं।"

इसलिए यह यूनिवर्स के साथ है: हम उम्रदराज हैं, लेकिन KMFI एक ही उम्र का है।

अद्भुत सवाल के लिए धन्यवाद, और मुझे आशा है कि आपको वापस देखने में मज़ा आया। निम्नलिखित लेखों के लिए मुझे अपने प्रश्न और सुझाव भेजें ।

ईथन नंबर 88 से पूछें: कॉस्मिक माइक्रोवेव बैकग्राउंड रेडिएशन कहाँ स्थित है?

यह हम से सबसे पुराना और सबसे दूर का प्रकाश है। लेकिन वास्तव में यह कहाँ स्थित है?

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