ईथन से पूछें: क्या डार्क एनर्जी ब्रह्मांड के जीवन चक्र को दोहरा सकती है?

हमारे ब्रह्मांड की शुरुआत के लिए कुछ अलौकिक समानता है - लौकिक मुद्रास्फीति की अवधि, और अंधेरे मामले के त्वरित विस्तार से ब्रह्मांड के अंतिम भाग्य का निर्धारण करना। अनजाने में, आप इस बात पर विचार करना शुरू कर देंगे कि वे संबंधित हैं या नहीं। इस हफ्ते मैंने एंड्रयू जिलेट से एक पाठक प्रश्न पूछा:

यदि शाश्वत मुद्रास्फीति सही है, तो क्या अंधेरे ऊर्जा इस मूल स्थिति में वापसी के लिए अग्रदूत हो सकती है?

यह केवल संभव नहीं है, अंधेरे ऊर्जा सदा के लिए मुद्रास्फीति के सिद्धांत की शुद्धता पर निर्भर नहीं करती है। आइए उस चरण से शुरू करें जो ब्रह्मांड की शुरुआत से पहले और इसके आक्रामक रूप से तैयार किया गया था: लौकिक मुद्रास्फीति के साथ।


ब्रह्मांड के तापमान समान रूप से स्वतंत्र रूप से आकाश के सभी हिस्सों में हर जगह समान हैं

जब पदार्थ और विकिरण से भरे परिचित यूनिवर्स का अस्तित्व शुरू हुआ, तो इसके कुछ प्रारंभिक गुण अजीब थे, और सिद्धांत रूप में, उन्हें ऐसा नहीं करना था। यह स्थानिक रूप से सपाट था, हर जगह इसका तापमान समान था, इसमें अल्ट्राहिज ऊर्जाओं के अवशेष नहीं थे, और इसमें उच्च और निम्न घनत्व वाले क्षेत्रों की बहुत विशिष्ट तस्वीर थी। यह संभव है कि यूनिवर्स सिर्फ ऐसे गुणों के साथ पैदा हुआ था, लेकिन ब्रह्मांडीय मुद्रास्फीति का विचार यह है कि यदि ब्रह्मांड का विस्तार विस्तार की अवधि के साथ शुरू हुआ, जिसके दौरान अंतरिक्ष में आंतरिक ऊर्जा थी, और फिर यह अवधि समाप्त हो गई, तो बिग बैंग सिर्फ ऐसे गुणों के साथ बाहर हो जाएगा। । इस विचार के सभी परिणामों की सही ढंग से गणना करने और CMB के उतार-चढ़ाव पर डेटा से इसकी पुष्टि प्राप्त करने के लिए और भी अधिक समय लगने में कई साल लग गए। लेकिन अब, लौकिक मुद्रास्फीति पहली प्रक्रिया है जिसके प्रमाण हमारे पास हैं।



स्थायी मुद्रास्फीति एक संपत्ति पर आधारित मुद्रास्फीति से संबंधित एक विचार है जिसके बारे में आपने शायद ही कभी सोचा हो। आमतौर पर, किसी भी प्राकृतिक क्षणिक प्रक्रिया - उदाहरण के लिए, गर्म पानी के साथ एक केतली तरल से गैसीय अवस्था में गुजरती है - एक साथ कई स्थानों पर होती है, और ये स्थान विस्तारित होते हैं और फिर एक साथ विलय होते हैं। उबलते पानी के मामले में, हम इसे "परकोलेशन" कहते हैं, नीचे छोटे बुलबुले की उपस्थिति, जिस तरह से साथ एकजुट होती है, और जब तक वे सतह तक पहुंचते हैं, तब तक वे पहले से ही बड़े हो जाते हैं। लेकिन मुद्रास्फीति के साथ एक समस्या है: उन क्षेत्रों में जिनमें मुद्रास्फीति समाप्त नहीं हुई है, तेजी से विस्तार जारी है, जो उन क्षेत्रों को रोकता है जहां यह समाप्त हो गया है, "विनाश"। तदनुसार, हमारे अवलोकनीय ब्रह्मांड को पूरे बुलबुले के अंदर दिखाई देना चाहिए था जिसमें मुद्रास्फीति समाप्त हो गई थी, न कि कई बुलबुले से एक दूसरे में विलय हो गया था।



लेकिन स्पेक्ट्रम के विपरीत छोर पर यूनिवर्स के विस्तार के त्वरण का एक तथ्य है। इसके लिए सबसे अच्छी व्याख्या, जो हमारे लिए उपलब्ध उच्चतम सटीकता के साथ मापा वास्तविकता से मेल खाती है, यह है कि छोटी ऊर्जा अंतरिक्ष में ही निहित है: हम इसे अंधेरे ऊर्जा कहते हैं। यह ऊर्जा सर्वव्यापी है, यह सभी स्थानों पर समान रूप से मौजूद है, और यह बहुत छोटा है: यदि आप इसे आइंस्टीन के E = mc ² के माध्यम से द्रव्यमान में परिवर्तित करते हैं, तो आपको प्रति घन मीटर एक प्रोटॉन के बराबर मिलता है। लेकिन अंतरिक्ष न केवल विशाल है, इसका विस्तार भी है! इसलिए, समय के साथ, यह गहरी ऊर्जा अधिक महत्वपूर्ण हो जाती है, और इसके परिणामस्वरूप, 8 बिलियन वर्षों के बाद, इसने ब्रह्मांड के विस्तार में तेजी लाई, और बाद में प्रमुख ऊर्जा बन गई।



ये दो अवधियां अलग-अलग लग सकती हैं: मुद्रास्फीति और शुरुआत के कुछ समय बाद त्वरित विस्तार। वास्तव में, ऊर्जाओं का क्रम लगभग १० ^१२० गुना, यानी अत्यंत भिन्न होता है! लेकिन दोनों ही अंतरिक्ष में निहित ऊर्जा से निपटते हैं, दोनों ब्रह्मांड के ऊतक का विस्तार करने के लिए कारण बनते हैं, और समय के साथ, मुद्रास्फीति के मामले में एक सेकंड के अंश से लेकर खरबों साल तक अंधेरे ऊर्जा के मामले में, वे सब कुछ दूर ले जाएंगे जो जुड़ा नहीं है एक अभिन्न संरचना में। इन प्रक्रियाओं को संयोजित करने के लिए बहुत सारे मॉडल हैं, जिन्हें क्विंटेसन कहा जाता है।

तो ब्रह्मांड के अस्तित्व के चक्र को दोहराने की क्या संभावनाएं हैं? अब तक, दो अच्छे उम्मीदवार हैं।



1) यदि डार्क एनर्जी एक कॉस्मोलॉजिकल स्थिरांक है, तो यह मुद्रास्फीति की अवधि से अवशिष्ट ऊर्जा हो सकती है, जहां से यह सब शुरू हुआ था। इस मामले में, कोई कारण नहीं है कि यह समय के साथ एक भी कम ऊर्जा की स्थिति को क्षय नहीं कर सकता है। शायद यह बहुत छोटे द्रव्यमान के कणों की एक बड़ी संख्या को जन्म देगा, जैसे कि न्यूट्रिनो, अक्षतंतु या कुछ और भी अधिक विदेशी, जो एक साथ बड़े पैमाने पर सितारों, ग्रहों या यहां तक ​​कि लोगों के अपने एनालॉग बनाने के लिए एकजुट होने में सक्षम होने की संभावना है। सिर्फ इसलिए कि यह हमारे लिए दुर्गम है इसका मतलब यह नहीं है कि यह असंभव है, और यह समय के बड़े पैमाने पर यूनिवर्स की संभावित नियति में से एक है, भले ही यह आने वाले वर्षों के लक्ष्य को ले जाए।

2) डार्क एनर्जी एक कॉस्मोलॉजिकल स्थिरांक नहीं हो सकती है, लेकिन यह समय के साथ अपनी ताकत बढ़ा सकती है। इस मामले में, यह बढ़ता रहेगा, जो "बड़े अंतर" परिदृश्य को जन्म देगा, जिसमें ब्रह्मांड का प्रत्येक जुड़ा हुआ ढांचा अंततः टूट जाएगा। लेकिन एरिक गावेसर की पटकथा के अनुसार, यह संभव है कि बहुत ही अंतिम समय में - जब अंतरिक्ष खुद को फोड़ने वाला हो - अंतरिक्ष में निहित यह ऊर्जा, मुद्रास्फीति से अप्रभेद्य, गर्म बिग बैंग को संक्रमण कर देगी! "बहाल" यूनिवर्स का परिदृश्य न केवल हमारे दूर के भविष्य के लिए, बल्कि हमारे अतीत के लिए भी एक वास्तविकता हो सकता है - क्योंकि इसकी वजह से, यूनिवर्स दिखने में बहुत पुराना हो सकता है, और शायद असीम रूप से पुराना भी!



अब तक, हमारे लिए उपलब्ध सर्वोत्तम साक्ष्य इंगित करता है कि डार्क एनर्जी एक कॉस्मोलॉजिकल स्थिरांक है, अर्थात। परिदृश्य 2 काम नहीं करता है। यदि कोई निम्न ऊर्जा स्थिति नहीं है, तो 1 परिदृश्य को बाहर रखा गया है - लेकिन अभी तक हमारे पास उनमें से किसी को बाहर करने के लिए पर्याप्त जानकारी नहीं है। यदि मुझे चुनना था, तो मैं कहूंगा कि कम ऊर्जा स्तर पर संक्रमण अधिक होने की संभावना है, लेकिन हमारा डेटा वास्तविक ऊर्जा के स्थिरांक के रूप में अंधेरे ऊर्जा के विचार का बेहतर समर्थन करता है। लेकिन जब तक यह निश्चित रूप से पुष्टि नहीं हो जाती, तब तक किसी भी अवसर के लिए तैयार रहना आवश्यक है!

EUCLID , WFIRST और LSST मिशन हमें अंधेरे ऊर्जा को और भी अधिक सटीकता के साथ मापने में मदद करेंगे, जो उल्लिखित दो संभावनाओं के लिए या उनके खिलाफ तर्क प्रदान करना चाहिए, और सैद्धांतिक उच्च-ऊर्जा भौतिकी में विकास हमें पहली संभावना के बारे में अधिक बता सकते हैं। किसी भी मामले में, एंड्रयू के सवाल का जवाब यह है कि अंधेरे ऊर्जा एक राज्य के मुद्रास्फीति के बाद गर्म बिग बैंग की वापसी को झुठला सकती है, लेकिन यह स्वयं मुद्रास्फीति की शाश्वत प्रकृति पर निर्भर नहीं करता है!