ईथन से पूछें: नवजात ब्रह्मांड का आकार क्या था?

आप, शायद, ब्रह्मांड की कल्पना अनंत हैं, और, स्पष्ट रूप से, यह वास्तव में ऐसा हो सकता है - लेकिन मुझे नहीं लगता कि हम कभी भी इसके बारे में जान पाएंगे। बिग बैंग के लिए धन्यवाद - यह तथ्य कि ब्रह्मांड का जन्मदिन है, और यह कि हम अनिश्चित काल के लिए समय नहीं निकाल सकते हैं - और यह तथ्य कि प्रकाश की गति परिमित है, हम ब्रह्मांड के किस हिस्से में हम देख सकते हैं, में सीमित हैं। इस दिन तक जीवित रहने के बाद, ब्रह्मांड का अवलोकनीय भाग, जो 13.8 बिलियन वर्ष पुराना है, हमारी ओर से सभी दिशाओं में 46.1 बिलियन से अधिक प्रकाश वर्ष तक फैला हुआ है। तो 13.8 बिलियन साल पहले यह किस आकार का था? जो मूसलेरा पूछता है:

मैंने ब्रह्माण्डीय मुद्रास्फीति के अंत के ठीक बाद ब्रह्मांड के आकार के बारे में बहुत भिन्न व्याख्याएं पढ़ीं। एक स्रोत का दावा है कि यह आकार में 0.77 सेमी था, एक और - एक सॉकर बॉल का आकार, और तीसरा - जो अवलोकन योग्य ब्रह्मांड से बड़ा है। तो सही उत्तर क्या है?

आइंस्टीन के काम और अंतरिक्ष-समय की प्रकृति के बारे में सवालों के लिए एक अच्छा साल निकला। यह जनरल थ्योरी ऑफ रिलेटिविटी की 100 वीं वर्षगांठ के अनुरूप है। आइए हम उस ब्रह्मांड की चर्चा करते हुए शुरू करें जो हम देखते हैं।



दूर की आकाशगंगाओं को देखते हुए जहां तक ​​हमारी दूरबीनें देख सकती हैं, हम किसी विशेष आकाशगंगा के कुछ मापदंडों को आसानी से माप सकते हैं, जैसे:

• इसके लाल रंग का परिमाण , अर्थात्, इनर्टियल रेस्ट सिस्टम से उनके द्वारा उत्सर्जित प्रकाश की शिफ्ट,
• दृश्यमान चमक, या राशि। प्रकाश हमें एक लंबी दूरी पर पहुँचाता है,
• स्पष्ट आकार, या कोणीय डिग्री में आकार, इसके द्वारा आकाश में व्याप्त है।

यह बहुत महत्वपूर्ण है, क्योंकि यदि हम प्रकाश की गति जानते हैं (कुछ चीजें जिन्हें हम निश्चित रूप से जानते हैं), और किसी वस्तु की आंतरिक चमक या आकार (हम मानते हैं कि वे हमें जानते हैं), तो हम गणना कर सकते हैं कि यह वस्तु हमसे कितनी दूर है।



वास्तव में, हम केवल कुछ मान्यताओं का उपयोग करके वस्तु की चमक और आकार का अनुमान लगा सकते हैं। यदि आपको दूर की आकाशगंगा में सुपरनोवा विस्फोट दिखाई देता है, तो आप सुपरनोवा के एक बार देखे जाने के आधार पर अपनी स्वयं की चमक मान लेते हैं, लेकिन आप यह भी मानते हैं कि सुपरनोवा का वातावरण समान था, यह वही था, और आपके और उसके बीच नहीं था। कुछ भी नहीं जो आपके द्वारा प्राप्त सिग्नल को बदल देगा। खगोलविदों ने इन तीन मान्यताओं को विकास के प्रभाव (चाहे पुरानी / अधिक दूर की वस्तु अलग हो), पर्यावरण (उन वस्तुओं को जहां हम सोचते हैं, वहां स्थित नहीं हैं) और विलुप्त होने (यदि कुछ प्रकाश को अवरुद्ध करता है), उन प्रभावों के बारे में कहा। जिनके प्रभाव से हमें संदेह नहीं है।



यदि हमने किसी दृश्य वस्तु की आंतरिक चमक (या आकार) का सही अनुमान लगाया है, तो दूरी के लिए चमक के सरल अनुपात के आधार पर, हम उनसे दूरी निर्धारित कर सकते हैं। इसके अलावा, रेडशिफ्ट को मापने के द्वारा, आप यह जान सकते हैं कि उस समय ब्रह्मांड का कितना विस्तार हुआ था जब प्रकाश हम तक पहुंच रहा था। और चूंकि पदार्थ / ऊर्जा और अंतरिक्ष-समय के बीच एक बहुत ही निश्चित संबंध है - आइंस्टीन सामान्य सापेक्षता हमें क्या देता है - हम ब्रह्मांड में मौजूद पदार्थ और ऊर्जा के सभी रूपों के विभिन्न संयोजनों को निर्धारित करने के लिए इस जानकारी का उपयोग कर सकते हैं।

लेकिन यह सब नहीं है!



यदि आपको पता है कि आपके ब्रह्मांड में क्या है, और यहाँ हमारे पास है:

• 0.01% - विकिरण (फोटॉन)
• 0.1% - न्यूट्रिनो (इलेक्ट्रॉनों की तुलना में एक लाख गुना कम)
• 4.9% - साधारण पदार्थ, जिसमें ग्रह, तारे, आकाशगंगा, गैस, धूल, प्लाज्मा, ब्लैक होल शामिल हैं
• 27% - डार्क मैटर, ग्रेविटेशनल रूप से साधारण के साथ बातचीत, लेकिन स्टैंडर्ड मॉडल के सभी कणों से अलग
• 68% - डार्क एनर्जी, जो विस्तार का कारण बनती है ब्रह्मांड में तेजी लाने के लिए,

फिर आप इस ज्ञान का उपयोग ब्रह्मांड के अतीत में किसी भी बिंदु पर समय के साथ एक्सट्रपलेशन को उल्टा करने के लिए कर सकते हैं, और पता लगा सकते हैं कि ऊर्जा घनत्व का मिश्रण तब क्या था, और किसी भी समय इसका आकार क्या था।

इसलिए, विशेष रूप से आपके लिए, जो, मैंने सभी गणनाएं कीं। और उन्होंने उन्हें एक लघुगणकीय पैमाने पर, अधिक जानकारीपूर्ण के रूप में नोट किया।



यह देखा जा सकता है कि यद्यपि आज श्याम ऊर्जा का योगदान महान है, लेकिन हाल ही में यह स्थिति उत्पन्न हुई है। ब्रह्मांड के इतिहास के पहले 9 बिलियन वर्षों में, पदार्थ - सामान्य और काले पदार्थ का एक संयोजन - ब्रह्मांड का मुख्य घटक था। लेकिन पहले कुछ हज़ार साल, विकिरण (फोटॉन और न्यूट्रिनो के रूप में) पदार्थ से भी अधिक महत्वपूर्ण थे!

मैं यह सब सूचीबद्ध करता हूं क्योंकि विभिन्न घटक, विकिरण, पदार्थ, अंधेरे ऊर्जा, विभिन्न तरीकों से ब्रह्मांड के विस्तार को प्रभावित करते हैं। यद्यपि हम जानते हैं कि आज यूनिवर्स किसी भी दिशा में 46.1 बिलियन से अधिक प्रकाश-वर्ष तक फैली हुई है, एक निश्चित समय में इसके आकार की गणना करने के लिए, हमें अतीत में प्रत्येक युग में क्या था, इसका सटीक संयोजन जानने की आवश्यकता है। यहाँ है कि यह कैसा दिखता है।



अतीत में कुछ दिलचस्प मील के पत्थर:

• मिल्की वे का व्यास 100,000 प्रकाश वर्ष है। जब वह 3 साल का था, तो देखने योग्य ब्रह्मांड की ऐसी त्रिज्या थी।
• जब ब्रह्मांड एक वर्ष पुराना था, तो यह आज की तुलना में बहुत गर्म और घनी थी। इसका मतलब है कि ब्रह्मांड का तापमान 2 मिलियन केल्विन से अधिक था।
• एक सेकंड की उम्र में, वह अपने अंदर स्थिर नाभिक के लिए बहुत गर्म थी। प्रोटॉन और न्यूट्रॉन गर्म प्लाज्मा के समुद्र में थे। इसके अलावा, पूरे अवलोकन योग्य ब्रह्मांड में ऐसी त्रिज्या थी कि अगर हम इसे अपने वर्तमान सूर्य के चारों ओर उल्लिखित करते हैं, तो इसमें निकटतम स्टार सिस्टम के केवल सात शामिल होंगे, जिनमें से सबसे दूर रॉस 154 [ 9.6 प्रकाश वर्ष है - लगभग। ट्रांस। ]
• एक बार ब्रह्मांड की त्रिज्या पृथ्वी से सूर्य की दूरी के बराबर थी, यह वृद्ध था $$10 - 12 सेकंड। तत्कालीन यूनिवर्स का विस्तार दर था$10^{-12}$$$आज की तुलना में १० २ ९ गुना अधिक। हम आगे और पीछे जा सकते हैं जहां पहली बार मुद्रास्फीति बिग बैंग को जन्म देती है। हम ब्रह्मांड को विलक्षणता के बिंदु पर वापस लाना चाहेंगे, लेकिन मुद्रास्फीति इस आवश्यकता को समाप्त कर देती है। यह अनिश्चित अवधि के घातीय विस्तार की अवधि के साथ बदल देता है, और यह एक गर्म, घने और विस्तारित राज्य के जन्म के साथ समाप्त होता है जिसे हम ब्रह्मांड की शुरुआत के साथ जोड़ते हैं। हम मुद्रास्फीति के अंतिम छोटे हिस्से के साथ कहीं न कहीं जुड़ रहे हैं$10^{29}$

$$10 - 30 से$10^{-30}$$$10 - 35 सेकंड। जब भी ऐसा होता है, हमें मुद्रास्फीति के अंत में और बिग बैंग की शुरुआत में, ब्रह्मांड के आकार की ठीक गणना करने की आवश्यकता होती है।छवि थोड़ी पुरानी है - ब्रह्मांड की आयु 13.8 बिलियन वर्ष है। और फिर, हम प्रेक्षित ब्रह्मांड के आकार के बारे में बात कर रहे हैं। वास्तविक "ब्रह्मांड का आकार" शायद जितना हम देख सकते हैं उससे कहीं अधिक बड़ा है, लेकिन हम यह नहीं जानते कि कितना है। हमारे सबसे अच्छे अवलोकन, स्लोअन डिजिटल स्काई सर्वे और प्लैंक स्पेस ऑब्जर्वेटरी, हमें यह स्पष्ट करते हैं कि यदि यूनिवर्स झुकता है, कहीं खुद को बंद कर रहा है, तो हम जो हिस्सा देखते हैं वह एक सपाट यूनिवर्स से इतना अप्रभेद्य है कि पूरा ब्रह्मांड कम से कम होना चाहिए अपने देखे गए भाग की त्रिज्या से 250 गुना बड़ा है।$10^{-35}$






सिद्धांत रूप में, यह आम तौर पर अनंत हो सकता है, क्योंकि हमें इस बारे में जानकारी नहीं है कि मुद्रास्फीति के शुरुआती चरणों में इसने क्या किया। मुद्रास्फीति के इतिहास में बहुत अंतिम विभाजन के बाद तक जो कुछ भी हुआ है, वह साफ हो गया है कि हम टिप्पणियों के आधार पर मुद्रास्फीति के बारे में क्या कह सकते हैं। लेकिन अगर हम देखे गए ब्रह्मांड के आकार के बारे में बात करते हैं, और विचार करते हैं कि हम केवल के बीच अंतर को प्राप्त कर सकते हैं$$10 - 30 और$10^{-30}$$$बिग बैंग से पहले मुद्रास्फीति के 10 - 35 सेकंड, तब हम जानते हैं कि तब ब्रह्मांड का मनाया भाग 17 सेमी आकार में था$10^{-35}$$$10 - 35 ) 168 मीटर (के लिए)$10^{-35}$$$10 - 30 ), और है कि इस तरह यह गर्म और घने राज्य की शुरुआत है, जो हम बिग बैंग फोन से पहले था। 17 सेमी के बारे में जवाब, वैसे, मोटे तौर पर एक सॉकर बॉल के आकार से मेल खाती है! इसलिए यदि आप सोच रहे थे कि उपरोक्त मान्यताओं में से कौन सा सही के करीब था, तो आप इसका उपयोग कर सकते हैं। एक सेंटीमीटर से कम बहुत छोटा है, हमारे पास राहत विकिरण से उपजा प्रतिबंध है, यह कहते हुए कि मुद्रास्फीति इतनी उच्च ऊर्जाओं पर समाप्त नहीं हो सकती है, अर्थात्, बिग बैंग की शुरुआत में ब्रह्मांड के ऐसे आकार को बाहर रखा गया है। आज के यूनिवर्स से बड़े आकार के बारे में उत्तर, स्पष्ट रूप से, संपूर्ण अप्रमाणित ब्रह्मांड के आकार के अनुमानों से संबंधित है, जो शायद सही है, लेकिन इसे मापना अभी भी संभव नहीं है।$10^{-30}$





जब यह सिर्फ पैदा हुआ था तो ब्रह्मांड किस आकार का था? यदि हमारे सर्वश्रेष्ठ मुद्रास्फीति मॉडल सही हैं, तो कहीं मानव सिर के आकार से लेकर गगनचुंबी इमारतों के साथ शहर के ब्लॉक तक। और अगर उस क्षण से आप केवल 13.8 बिलियन वर्षों तक प्रतीक्षा करते हैं, तो आपके पास आज हमारा पूरा ब्रह्मांड होगा।