🧛 ✌🏻 👦🏾 एथन 101 से पूछें: ब्रह्मांड असमान क्यों था? 👂🏿 👩 🙏

दूसरे शब्दों में, अगर यह पूरी तरह से चिकनी होती, तो क्या आज तक तारे और आकाशगंगाएँ दिखाई देतीं?

पहले मेरे घर को देखो। वह, ज़ाहिर है, ऐसा है, लेकिन आपके घर की तुलना में बहुत कम है।
- ढेलेदार, अंतरिक्ष राजकुमारी, साहसिक समय

यूनिवर्स की कल्पना करते हुए, आप शायद यह नहीं सोचते कि यह सभी चिकनी और सजातीय है। ग्रह पृथ्वी की तरह एक गांठ कॉस्मिक शून्य से स्पष्ट रूप से अलग है! लेकिन बड़े पैमाने पर, ब्रह्मांड काफी चिकना है, और पहले के समय में यह छोटे पैमाने पर और छोटे पैमाने पर था। मैंने पहले ही इस बारे में बात की थी, और इस सप्ताह मैंने आपके प्रश्नों में से निम्नलिखित का चयन किया:

CMB की चर्चा के दौरान आपने कई बार जो कहा, उसके बारे में मेरा एक प्रश्न है। विशेष रूप से, यदि ब्रह्मांड बड़े धमाके के बाद पूरी तरह से समान होता, तो संरचना नहीं बनती। मैं अवधारणा को समझता हूं। लेकिन क्वांटम यांत्रिकी के दृष्टिकोण से मुझे क्या दिलचस्पी है, क्या ब्रह्मांड के लिए पूरी तरह से सजातीय होना संभव है? और यदि नहीं, तो क्या शुरू में एक अधिक समान ब्रह्मांड होना संभव होगा, जिसके परिणामस्वरूप अब हमारे पास क्या होगा, क्या इसे और अधिक समय लगेगा?

आइए आज हमारे ब्रह्मांड को देखें।

निकट तराजू पर, हमारे पास पदार्थ के गुच्छे हैं: तारे, ग्रह, चंद्रमा, क्षुद्रग्रह, लोग। उनके बीच अधिक दुर्लभ स्थानों पर निवास करने वाले विशाल रिक्त स्थान हैं: इंटरस्टेलर गैस, धूल और प्लाज्मा, जो या तो मृत और मरने वाले सितारों के अवशेष हैं, या भविष्य के स्थान जहां सितारे दिखाई देंगे। और यह सब हमारी महान आकाशगंगा, मिल्की वे में एक साथ जुड़ा हुआ है।

बड़े पैमाने पर, आकाशगंगाएं अलगाव (क्षेत्र आकाशगंगाओं) में मौजूद हो सकती हैं, छोटे समूहों (जैसे आकाशगंगाओं के हमारे स्थानीय समूह) में एक साथ जुड़ी हो सकती हैं, या सैकड़ों और हजारों बड़ी आकाशगंगाओं के बड़े समूहों में मौजूद हैं। और भी बड़े पैमाने पर देखने पर, हम पाते हैं कि समूह और समूह विशाल तंतुओं के साथ स्थित हैं, जिनमें से कुछ प्रकाश के कई अरबों अंतरिक्ष वर्षों तक खिंचते हैं। और उनके बीच? विशालकाय voids, voids: विरल क्षेत्र जिनमें कोई भी नहीं होता है, या बहुत कम आकाशगंगाएँ और तारे होते हैं।

दसियों अरबों प्रकाश वर्ष से भी बड़े पैमाने पर एक नज़र, दिखाएगा कि अंतरिक्ष का कोई भी क्षेत्र किसी भी अन्य के समान दिखता है। एक ही घनत्व, एक ही तापमान, एक ही तरह के तारे और आकाशगंगाएं, एक ही तरह की आकाशगंगाएं आदि।

सबसे बड़े पैमाने पर, यूनिवर्स का एक भी हिस्सा दूसरों के सापेक्ष विशेष नहीं दिखता है। ब्रह्मांड के विभिन्न क्षेत्रों, जाहिरा तौर पर, सभी अन्य लोगों के समान मूल गुण हैं।

लेकिन हमारे ब्रह्मांड की शुरुआत में ये विशालकाय गांठ और voids नहीं थे। अगर हम ब्रह्मांड के "शिशु चित्र" को देखें - विकिरण (आरआईआई) से छुटकारा - हम पाएंगे कि युवा ब्रह्मांड का घनत्व शाब्दिक रूप से हर जगह सभी पैमानों पर समान था। और जब मैं कहता हूं "वही", मेरा मतलब है कि माप के अनुसार, सभी दिशाओं में तापमान 2 K था, फिर 2.7 K, फिर 2.73 K, फिर 2.725 K था। यह वास्तव में हर जगह एक समान था।

अंत में, 1990 के दशक तक, हमने पाया कि कुछ क्षेत्र औसत से थोड़ा ही सघन थे, जबकि अन्य औसतन 80-90 माइक्रोकेल्विन की तुलना में थोड़ा दुर्लभ थे। औसत दिनों में ब्रह्मांड बहुत ही सजातीय था, और इससे होने वाले विचलन 0.003% से अधिक नहीं थे।

प्लैंक के उपग्रह से शिशु की तस्वीर आदर्श समरूपता से विचलन दिखाती है, जहां लाल "गर्म धब्बे" विरल क्षेत्रों के अनुरूप होते हैं और नीले "ठंडे धब्बे" घने लोगों के अनुरूप होते हैं: वे फिर सितारों और आकाशगंगाओं से समृद्ध क्षेत्रों में विकसित होते हैं। ब्रह्मांड को इन खामियों की आवश्यकता थी - इन स्थानों में वृद्धि और घनत्व में कमी - ताकि संरचनाएं बन सकें।

यदि यह पूरी तरह से एक समान होते, तो अंतरिक्ष का कोई भी क्षेत्र किसी भी अन्य की तुलना में अधिक मामले को आकर्षित नहीं कर सकता था, और गुरुत्वाकर्षण विकास नहीं होगा। लेकिन यहां तक कि अगर आप बहुत छोटी खामियों के साथ शुरू करते हैं - प्रति 100,000 के कुछ हिस्से - तो 50-100 मिलियन वर्षों में पहले सितारे बनेंगे। कुछ सौ मिलियन वर्षों में, पहली आकाशगंगा दिखाई देगी। केवल आधे से अधिक अरब वर्षों में, इतने सारे सितारे और आकाशगंगाएँ दिखाई देंगी कि दृश्यमान प्रकाश ब्रह्मांड के माध्यम से बिना तटस्थ पदार्थ को अवरुद्ध किए यात्रा कर पाएंगे। कई अरबों वर्षों में, आकाशगंगाओं के समूह और समूह, जिन्हें हम आज जानते हैं, दिखाई देंगे।

आइए हम इस ज्ञान के साथ जिम के प्रश्न पर लौटते हैं। क्या उतार-चढ़ाव के बिना ब्रह्मांड बनाना संभव है? उत्तर: नहीं, यदि आप इसे उसी तरह बनाते हैं जैसे इसे बनाया गया था। यूनिवर्स का दृश्यमान हिस्सा बिग बैंग से आया था, जब यूनिवर्स अचानक पदार्थ, एंटीमैटर और विकिरण के गर्म और घने समुद्र से भर गया था।

गर्म बिग बैंग की ऊर्जा मुद्रास्फीति के अंत से आई - तब अंतरिक्ष में निहित ऊर्जा स्वयं पदार्थ और विकिरण में बदल गई - एक प्रक्रिया में जिसे माध्यमिक ब्रह्मांडीय तापन कहा जाता है। ब्रह्मांड सभी स्थानों पर समान तापमान तक गर्म नहीं हुआ, क्योंकि मुद्रास्फीति के दौरान पूरे ब्रह्मांड में मात्रा में उतार-चढ़ाव था! यह घने और विरल क्षेत्रों की उपस्थिति का मूल है।

यदि हम ब्रह्माण्ड को लेते हैं, जो कि पदार्थ और विकिरण से समृद्ध है, जो मुद्रास्फीति के परिणामस्वरूप हुआ और हमारे लिए ज्ञात भौतिकी के नियमों का पालन करता है, तो हम बिल्कुल ऐसे उतार-चढ़ाव प्राप्त करेंगे, जिससे घने और विरल क्षेत्रों की उपस्थिति होगी।

लेकिन उनका आकार क्या निर्धारित करता है? क्या वे छोटे हो सकते हैं?

उत्तर: हां, वे कर सकते थे। यदि मुद्रास्फीति कम ऊर्जा पर हुई, या यदि मुद्रास्फीति की क्षमता में अन्य गुण थे, तो ये उतार-चढ़ाव बहुत छोटे हो सकते हैं। न सिर्फ दस गुना कम, बल्कि सौ, एक हजार, एक लाख और यहां तक कि एक अरब गुना भी कम!

यह अत्यंत महत्वपूर्ण है क्योंकि अंतरिक्ष संरचनाओं के गठन में बहुत लंबा समय लगता है। हमारे ब्रह्मांड में, प्रारंभिक उतार-चढ़ाव से उस समय तक संक्रमण जब हम उन्हें (आरआई) को मापने में सक्षम थे, सैकड़ों हजारों साल लगते हैं। आरआई से उस क्षण में संक्रमण जब गुरुत्वाकर्षण पहले सितारों के गठन में योगदान देता है, सैकड़ों लाखों साल लगते हैं।

लेकिन पहले तारों से ब्रह्मांड में संक्रमण, जिसमें अंधेरे ऊर्जा हावी है - और जिसमें कोई नई संरचना नहीं होगी, केवल वे जो पहले से ही गुरुत्वाकर्षण से जुड़े हुए हैं - इतना बड़ा नहीं है। बिग बैंग से त्वरण की शुरुआत तक ब्रह्मांड को लगभग 7.8 बिलियन वर्ष की आवश्यकता है। इसलिए, यदि शुरुआती उतार-चढ़ाव बहुत छोटे थे, ताकि बिग बैंग के बाद पहले दस अरब वर्षों में पहले सितारे नहीं बनते हैं, तो अंधेरे ऊर्जा के साथ इन छोटे उतार-चढ़ाव का संयोजन निश्चित रूप से इस तथ्य को जन्म देगा कि सितारे बिल्कुल भी दिखाई नहीं देंगे।

ऐसे उतार-चढ़ाव कितने छोटे होने चाहिए? जवाब आपको आश्चर्यचकित करेगा - केवल हमारी तुलना में कुछ सौ गुना कम! यदि नीचे के ग्राफ में इन उतार-चढ़ावों की संख्या (आरआई) दसियों के क्षेत्र में होती है, तो कई हजार की तुलना में, ब्रह्मांड भाग्यशाली होगा यदि आज इसमें कम से कम एक तारा या आकाशगंगा होगी, और यह निश्चित रूप से हमारी तुलना में अलग दिखेगी ब्रह्मांड।

यदि यह अंधेरे ऊर्जा के लिए नहीं था - यदि हमारे पास केवल पदार्थ और विकिरण था - तो, यदि पर्याप्त समय था, तो हम प्रारंभिक उतार-चढ़ाव के आकार की परवाह किए बिना, संरचनाएं बना सकते हैं। लेकिन त्वरित विस्तार की अनिवार्यता कुछ तात्कालिकता देती है, जो अन्यथा मौजूद नहीं होती है, और यह पूरी तरह से अनिवार्य है कि औसत उतार-चढ़ाव औसत घनत्व का कम से कम 0.00001% है, ताकि ब्रह्मांड में कोई भी ध्यान देने योग्य जुड़े संरचनाएं हों।

उतार-चढ़ाव को छोटा करें, और ब्रह्मांड में कुछ भी नहीं होगा। उन्हें 0.003% के "विशाल" स्तर तक उठाएं, और आपको हमारे समान एक ब्रह्मांड बनाने में कोई समस्या नहीं होगी।

हमारा यूनिवर्स अनियमितताओं के साथ पैदा हुआ था, लेकिन अगर मुद्रास्फीति अलग थी, तो इन गांठों का द्रव्यमान अलग होना चाहिए था। मजबूत रूप से छोटा - और परिणामस्वरूप, कोई संरचना प्राप्त नहीं की जाएगी। बहुत अधिक - और ब्रह्मांड भयावह रूप से ब्लैक होल से भरा होगा जो बहुत पहले बन गया था।

ऐसा ब्रह्मांड प्राप्त करने के लिए जैसा कि हमारे पास आज है, परिस्थितियों का एक बहुत ही सफल संयोजन होना था, और सौभाग्य से, हमारे ब्रह्मांड, जाहिरा तौर पर, बस यही होना चाहिए।

एथन 101 से पूछें: ब्रह्मांड असमान क्यों था?

दूसरे शब्दों में, अगर यह पूरी तरह से चिकनी होती, तो क्या आज तक तारे और आकाशगंगाएँ दिखाई देतीं?

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