ईथन से पूछें: हम कैसे जानते हैं कि ब्रह्मांड 13.8 बिलियन वर्ष पुराना है?

आपने शायद पहले ही सुना होगा कि ब्रह्मांड 13.8 बिलियन साल पहले बिग बैंग के साथ शुरू हुआ था, और जीवन की उपस्थिति के लिए आवश्यक संरचना वाले परमाणुओं, सितारों, आकाशगंगाओं और आखिरकार ग्रहों का गठन किया। ब्रह्माण्ड के दूरस्थ स्थानों को देखते हुए, हम समय पर वापस लौटते हैं, और किसी तरह, भौतिकी और खगोल विज्ञान की क्षमताओं के लिए धन्यवाद, हमने न केवल गणना की कि ब्रह्मांड कैसे शुरू हुआ, बल्कि इसकी आयु भी। लेकिन हम कैसे जानते हैं कि वह कितनी पुरानी है? यह वह प्रश्न है जो पाठक हमसे पूछता है:

एथन, यह आंकड़ा 13.8 बिलियन वर्षों में कैसे अनुमानित है? (सीधे सादे भाषा में समझाएं, कृपया!)

वास्तव में, इस मात्रा को मापने के लिए दो अलग-अलग, स्वतंत्र तरीके हैं, और हालांकि उनमें से एक दूसरे की तुलना में बहुत अधिक सटीक है, कम सटीक मान्यताओं का उपयोग कम सटीक में किया जाता है।



एक अधिक सटीक विधि यह सोचने का सुझाव देती है कि ब्रह्मांड का विस्तार और शीतलन हो रहा है, जिसका अर्थ है कि अतीत में यह गर्म और घना था। यदि हम समय में वापस जाते हैं, तो हम पाते हैं कि ब्रह्मांड की एक छोटी मात्रा में, न केवल सभी पदार्थ एक-दूसरे के करीब स्थित थे, बल्कि सभी फोटॉनों की तरंगदैर्ध्य भी छोटी थी, क्योंकि ब्रह्मांड के विस्तार ने उन्हें उनकी वर्तमान स्थिति तक बढ़ा दिया था।



चूंकि फोटॉन की तरंग दैर्ध्य इसकी ऊर्जा और तापमान को निर्धारित करती है, शॉर्ट-वेव फोटॉन अधिक ऊर्जावान और गर्म होती है। आगे हम समय में वापस चले जाते हैं, उच्च तापमान होगा, जब तक कि कुछ बिंदु पर हम बिग बैंग के शुरुआती चरणों तक नहीं पहुंच जाते। महत्वपूर्ण: हॉट बिग बैंग में एक मंच था जिसे जल्द से जल्द कहा जा सकता है!

अगर हम अतीत को अनिश्चित काल के लिए बढ़ाते हैं, तो हम एक विलक्षणता प्राप्त करेंगे जिसमें भौतिकी काम करना बंद कर देती है। ब्रह्मांड की प्रारंभिक स्थिति की हमारी वर्तमान समझ के साथ, हम जानते हैं कि गर्म और घने बिग बैंग मुद्रास्फीति की स्थिति से पहले था, और इसकी अवधि अनिश्चित थी। जब हम यूनिवर्स की उम्र के बारे में बात करते हैं, तो हम इस बारे में बात करते हैं कि पहली बार यूनिवर्स को हॉट बिग बैंग के माध्यम से वर्णित किया जा सकता है।



हमारे जैसे ब्रह्मांड में जनरल थ्योरी ऑफ रिलेटिविटी के नियमों के अनुसार:

• सबसे बड़े पैमाने पर समान घनत्व के साथ,
• सभी स्थानों में समान कानूनों और गुणों के साथ,
• सभी दिशाओं में समान,
• बिग बैंग के साथ जो एक ही समय में सभी जगहों पर हुआ,

ब्रह्मांड की उम्र और जीवन भर इसके विस्तार के बीच एक अनूठा संबंध है।



दूसरे शब्दों में, यदि हम यह माप सकते हैं कि ब्रह्मांड आज कैसे विस्तृत होता है, और जीवन भर इसका विस्तार कैसे हुआ, तो हम इसकी गणना करेंगे कि इसमें कौन से घटक शामिल हैं। हम इसे कई अलग-अलग टिप्पणियों से जानते हैं, अर्थात्:

• सितारों, आकाशगंगाओं और सुपरनोवा के रूप में ब्रह्मांड की ऐसी वस्तुओं की चमक और दूरी के प्रत्यक्ष माप से, जो हमें दूरियों की एक अंतरिक्ष सीढ़ी बनाने की अनुमति देते हैं।
• बड़े पैमाने पर संरचनाओं के माप से, आकाशगंगाओं और बेरोनिक ध्वनिक दोलनों के समूह।
• पृष्ठभूमि विकिरण में उतार-चढ़ाव से, ब्रह्मांड की एक "तस्वीर" में लिया गया जब यह 380,000 साल पुराना था।



इन सभी को मिलाकर, हम ब्रह्मांड को प्राप्त करते हैं, जिसमें वर्तमान में 68% डार्क एनर्जी, 27% डार्क मैटर, 4.9% नॉर्मल मैटर, 0.1% न्यूट्रिनो और 0.01% रेडिएशन हैं। , और, सामान्य तौर पर, यह सब है। लेकिन यदि आप ब्रह्मांड के विस्तार की आज की विशेषताओं को जोड़ते हैं, तो इसे वापस एक्सट्रपलेशन किया जा सकता है और विस्तार के पूरे इतिहास का पता लगा सकते हैं, और इसलिए, ब्रह्मांड की आयु।



परिणामी संख्या - सबसे सटीक रूप से, प्लैंक प्रयोग हमें देता है, लेकिन अन्य स्रोत, जैसे सुपरनोवा की माप, हबल टेलीस्कोप और स्लोअन के डिजिटल आकाश सर्वेक्षण - उनके सुधार करते हैं - यह केवल 120 मिलियन वर्षों की त्रुटि के साथ 13.81 बिलियन वर्ष हो जाता है। इसका मतलब है कि ब्रह्मांड की आयु में हम 99.1% निश्चित हैं, जो आश्चर्यजनक रूप से सटीक है!

हां, हमारे पास इस संख्या को इंगित करने वाले बहुत से अलग-अलग डेटा हैं, लेकिन वास्तव में यह एक तरीका है। हम सिर्फ भाग्यशाली थे कि एक सुसंगत तस्वीर है जो सभी डेटा को इंगित करता है, लेकिन इनमें से प्रत्येक सीमा व्यक्तिगत रूप से कहने के लिए पर्याप्त नहीं है: "ब्रह्मांड बस यही है।" इसके बजाय, वे सभी संभावनाओं की एक श्रृंखला की पेशकश करते हैं, और जिस स्थान पर वे प्रतिच्छेदन करते हैं वह हमें बताता है कि हम कहां रहते हैं।



यदि आज ब्रह्मांड के पास समान गुण थे, लेकिन इसमें 100% सामान्य पदार्थ शामिल होंगे, बिना अंधेरे पदार्थ और अंधेरे ऊर्जा के, तो यह केवल 10 अरब साल पुराना होगा। यदि यूनिवर्स में 5% सामान्य पदार्थ होते थे (डार्क मैटर और डार्क एनर्जी के बिना), और हब्बल स्थिरांक 70 किमी / s / Mps के बजाय 50 किमी / s / Mps के बराबर होता, तो यूनिवर्स 16 बिलियन वर्ष का होता। लेकिन, सभी ज्ञात आंकड़ों को मिलाकर, हम विश्वास के साथ कह सकते हैं कि 13.81 बिलियन वर्ष एक छोटी सी त्रुटि के साथ ब्रह्मांड की आयु है। यह विज्ञान की एक अद्भुत उपलब्धि है।

और यह सब सामान्य रूप से एक विधि देता है। यह विभिन्न सबूतों की एक बड़ी राशि के साथ मुख्य, सबसे अच्छा, सबसे पूर्ण विधि है। लेकिन हमारे परिणामों की जाँच के लिए आश्चर्यजनक रूप से उपयोगी एक और तथ्य है।


चमकती अवधि के अद्वितीय अनुपात के कारण सितारों की झिलमिलाहट उनकी परिवर्तनशीलता का प्रमाण है।

यह हमारी समझ का एक तथ्य है कि तारे कैसे रहते हैं, उनका ईंधन जलाते हैं और मर जाते हैं। अधिक विशेष रूप से, हम जानते हैं कि सभी तारे, जब वे जीवित होते हैं और अपने मुख्य ईंधन (हाइड्रोजन से हीलियम को संश्लेषित करते हैं) को जलाते हैं, तो एक निश्चित चमक और रंग होता है, और वे एक निश्चित अवधि के लिए इन चमक और रंग को बरकरार रखते हैं: जब तक कि ईंधन उनके कोर में बहना शुरू नहीं हो जाता है ।

इस समय, उज्ज्वल, नीले और अधिक बड़े सितारे मुख्य अनुक्रम (रंग और आकार आरेख में एक वक्र) से "बंद" होने लगते हैं, जो दिग्गजों और / या सुपरजायंट्स में बदल जाते हैं।



यह देखते हुए कि यह "टर्न-ऑफ" बिंदु तारों के समूहों के लिए स्थित है, जो एक ही समय में दिखाई देते हैं, हम गणना कर सकते हैं - यह जानना कि तारे कैसे काम करते हैं - क्लस्टर में सितारे कितने पुराने हैं। सबसे पुराने गोलाकार समूहों को ध्यान में रखते हुए, जिनमें कम से कम भारी तत्व होते हैं, और जिनके शटडाउन सबसे छोटे द्रव्यमान वाले सितारों के साथ होते हैं, हम पाते हैं कि उनकी आयु लगातार 13.2 बिलियन वर्षों के बराबर है, लेकिन कोई और अधिक (ध्यान रखें कि यह मामला, त्रुटि काफी बड़ी है, लगभग एक अरब वर्ष)।


सबसे पुराने ज्ञात गोलाकार समूहों की आयु ब्रह्मांड की आयु का 95% है।

काफी बार 12 अरब वर्ष की आयु होती है, लेकिन 14 अरब वर्ष और अधिक के क्रम की आयु कभी नहीं पाई जाती है, हालांकि 1990 के दशक में वे अक्सर 14-16 अरब वर्ष की आयु का उल्लेख करते हैं। सितारे कैसे काम करते हैं और उनके विकास ने इन संख्याओं को कैसे कम किया है, इसकी समझ में सुधार करना।

सामान्य तौर पर, हमारे पास दो तरीके हैं - एक अंतरिक्ष इतिहास से, और दूसरा स्थानीय सितारों को मापने से - यह दर्शाता है कि हमारे ब्रह्मांड की आयु 13 से 14 अरब वर्ष की है। कोई भी आश्चर्यचकित नहीं होगा यदि हमारे पास 13.6 बिलियन या 14.0 बिलियन हैं, लेकिन इसे बहुत सटीकता के साथ कहा जा सकता है कि हम 13.0 या 15.0 बिलियन साल पुराने नहीं हैं। विश्वास के साथ बोलें कि हम 13.8 बिलियन वर्ष पुराने हैं - अब आप जानते हैं कि हमने इसकी गणना कैसे की!