सिद्धांत और रिक्तियां

एक महत्वपूर्ण अवधारणा जो ब्रह्मांड की आधुनिक समझ में एक बड़ी भूमिका निभाती है, वह है लैटिन भाषा में रिक्त स्थान, या वेकुआ, शब्द "वैक्यूम" का बहुवचन रूप।

आप यह जान सकते हैं कि भौतिक विज्ञानी एक रिक्त स्थान को रिक्त स्थान कहते हैं जिसमें कुछ भी नहीं है - न तो वायु, न ही उड़ान के प्रारंभिक कण। लेकिन फिर बहुवचन में वैक्यूम के विचार में कुछ अजीब है। जाहिरा तौर पर इस अवधारणा में कुछ और जोड़ा गया है! यही मैं समझाने की कोशिश करूंगा।

थ्योरी रिक्त स्थान का विवरण प्रस्तुत कर सकती है

के साथ शुरू करने के लिए, मुझे याद दिलाएं कि भौतिकी में क्या सिद्धांत है। यह तर्क या विचार नहीं है; यह कुछ अधिक विशिष्ट है। एक सिद्धांत समीकरणों और संबंधित अवधारणाओं का एक सेट है जो वैज्ञानिकों को भौतिक वस्तुओं के व्यवहार के बारे में भविष्यवाणियां करने की अनुमति देता है। कुछ सिद्धांतों को वास्तविक दुनिया का वर्णन करना चाहिए; अधिकांश सिद्धांत काल्पनिक दुनिया का वर्णन करते हैं; लेकिन कोई भी उचित सिद्धांत निरंतर भविष्यवाणियां करता है और एक संभावित दुनिया के पहलुओं का वर्णन करता है।

उदाहरण के लिए, गुरुत्वाकर्षण के न्यूटन के सिद्धांत, जिसमें दूरी r पर स्थित दो वस्तुओं के बीच गुरुत्वाकर्षण बल 1 / r ^{2 के} अनुपात में है, मोटे तौर पर वर्णन करता है कि वास्तविक दुनिया में क्या हो रहा है। गुरुत्वाकर्षण का एक और सिद्धांत हो सकता है, जिसमें बल 1 / r ^{3 के} समानुपाती होता है। यह अभी भी एक भौतिक सिद्धांत होगा, क्योंकि यह स्पष्ट भविष्यवाणी करता है कि गुरुत्वाकर्षण के लिए वस्तुओं को एक दूसरे के लिए कैसे आकर्षित किया जाना चाहिए, लेकिन यह एक काल्पनिक दुनिया का वर्णन करेगा, हमारा नहीं, वास्तविक। यह पूरी तरह से सामान्य भौतिक सिद्धांत है, लेकिन यह हमारी दुनिया की प्रकृति का वर्णन नहीं करता है।

कुछ सिद्धांत (निश्चित रूप से, सभी) न केवल वस्तुओं का वर्णन करते हैं, बल्कि रिक्त स्थान के रूप में वस्तुओं की अनुपस्थिति - जिसे वैक्यूम के रूप में भी जाना जाता है। न्यूटन के समय में, खाली जगह सरल थी। बस इतना ही था, बस खाली जगह। लेकिन वर्षों में, खाली स्थान तेजी से जटिल हो गया है। XIX शताब्दी में यह ज्ञात हो गया कि खाली जगह में फ़ील्ड हैं - और आज हम फ़ील्ड को ब्रह्मांड के प्राथमिक पहलुओं पर विचार करते हैं, इसलिए वे बेहद महत्वपूर्ण हैं!

खेतों

एक फ़ील्ड एक इकाई है जो किसी भी समय अंतरिक्ष में कहीं भी एक अंतर बना सकती है। रोजमर्रा की जिंदगी में, हम हवा के तापमान के रूप में एक क्षेत्र का सामना करते हैं - किसी भी समय किसी भी स्थान पर आप तापमान को माप सकते हैं, और यदि आप पूरे अंतरिक्ष में तापमान को जानते हैं, तो आप उस पल में तापमान क्षेत्र को जानते हैं। लेकिन यह उदाहरण हमारे लिए उपयुक्त नहीं है, क्योंकि हवा का तापमान हवा की उपस्थिति में समझ में आता है, और खाली जगह में तापमान क्षेत्र अर्थहीन है।

एक बेहतर उदाहरण एक विद्युत क्षेत्र (बिजली, स्थैतिक आसंजन और तारों में विद्युत धाराओं के लिए जिम्मेदार) होगा। एक विद्युत क्षेत्र प्रकृति का एक प्राथमिक क्षेत्र है जो खाली जगह में भी मौजूद है। वही प्रकृति के सभी प्राथमिक क्षेत्रों के लिए सच है, जिसमें डब्ल्यू-फ़ील्ड, इलेक्ट्रॉन फ़ील्ड, म्यूऑन फ़ील्ड, आदि शामिल हैं, जिसमें अब प्रसिद्ध हिग्स फ़ील्ड भी शामिल है।

वैक्यूम बनाम वैक्यूम

इसलिए जब हम खाली जगह की बात करते हैं, तो हमारा मतलब उस जगह से है जो सबसे खाली है। एक अर्थ में, यह खाली है, क्योंकि इसमें कोई कण नहीं हैं, प्रकाश के कण भी नहीं हैं (फोटॉनों)। और कण लंबे समय तक जीवित रहते हैं और बस क्षेत्र की गड़बड़ी का व्यवहार करते हैं। लेकिन एक अर्थ में, यह खाली नहीं है, बिजली के क्षेत्र, डब्ल्यू-फील्ड, हिग्स फील्ड के कारण, हर समय! आप एक खाली वाक्यांश "खाली स्थान" के साथ परिभाषित नहीं कर सकते हैं, क्योंकि हमें यह कहने की आवश्यकता नहीं है कि इसमें कोई कण नहीं हैं, हमें यह भी कहने की आवश्यकता है कि इस खाली जगह में क्षेत्र वास्तव में क्या कर रहे हैं। यही है, हमें इस वैक्यूम में फ़ील्ड के कॉन्फ़िगरेशन को निर्धारित करने की आवश्यकता है।

एक निश्चित वैक्यूम में, खेतों को इस तरह से समायोजित किया जा सकता है कि उनमें से अधिकांश के लिए औसत मूल्य शून्य होगा। औसतन, क्योंकि क्वांटम उतार-चढ़ाव मूल्यों के एक मामूली घबराहट की गारंटी देते हैं। लेकिन उनमें से कुछ औसत शून्य पर नहीं हो सकते हैं। यह हमारे निर्वात के लिए सच है - सभी क्षेत्र औसत शून्य पर हैं, सिवाय हिग्स फ़ील्ड के, जिनका औसत मूल्य यूनिवर्स और यूनिवर्स के दृश्यमान भाग (क्वांटम जिटर के अपवाद के साथ) में निरंतर है। यह बहुत महत्वपूर्ण है! यदि हम हिग्स फील्ड के औसत मूल्य को शून्य मान रहे हैं, तो हम यह नहीं जान पाएंगे कि हम इसमें शामिल नहीं होंगे।

ब्रह्मांड में कई अलग-अलग रिक्त स्थान हो सकते हैं। अर्थात्, अंतरिक्ष कई मायनों में यथासंभव खाली हो सकता है - किसी भी कण की अनुपस्थिति में भी ब्रह्मांड के क्षेत्रों को समायोजित करने के लिए एक से अधिक तरीके हैं। इसी तरह, ब्रह्मांड का वर्णन करने वाला एक सिद्धांत एक से अधिक प्रकार के वैक्यूम की उपस्थिति का अनुमान लगा सकता है। इस तरह के सिद्धांत का एक उदाहरण है स्टैंडर्ड मॉडल, प्रकृति के ज्ञात प्राथमिक कणों और अंतःक्रियाओं के व्यवहार का वर्णन करने और भविष्यवाणी करने के लिए उपयोग किए जाने वाले समीकरण (अधिक रहस्यमय तत्व शामिल नहीं हैं: गुरुत्वाकर्षण, डार्क मैटर और डार्क एनर्जी)। अब, जब हमने हिग्स कण के द्रव्यमान को मापा है, तो हम जानते हैं कि स्टैंडर्ड मॉडल दो अलग-अलग रिक्तियों की भविष्यवाणी करता है - उनमें से एक में हिग्स फ़ील्ड का मान है जिसका हम निरीक्षण करते हैं, और दूसरे में यह बहुत बड़ा है। सामान्य तौर पर, सिद्धांत खाली स्थान के व्यवहार के दो बहुत अलग तरीकों के अस्तित्व की संभावना की भविष्यवाणी करता है।


अंजीर। 1

लेकिन चलो कुछ स्पष्ट करते हैं। मानक मॉडल नामक एक सिद्धांत मानक मॉडल द्वारा वर्णित काल्पनिक ब्रह्मांड के लिए इसकी भविष्यवाणी करता है। हम अभी तक प्रयोगों से नहीं जानते हैं कि क्या मानक मॉडल वास्तविक ब्रह्मांड का वर्णन करता है - अर्थात्, मानक मॉडल का काल्पनिक ब्रह्मांड और वास्तविक ब्रह्मांड जिसमें हम रहते हैं, समान हैं ताकि मानक मॉडल (सिद्धांत) की भविष्यवाणियां सभी प्रयोगों के सभी परिणामों के साथ मेल खाती हैं (डेटा)। इसलिए, हम नहीं जानते कि वास्तविक दुनिया में स्टैंडर्ड मॉडल द्वारा भविष्यवाणी की गई दो रिक्तियां हैं या नहीं।

वैक्यूम एक कटोरे के नीचे की तरह है

मैं एक वैक्यूम के मुख्य गुणों में से एक का वर्णन करूंगा। वही संपत्ति गेंद को कटोरे के नीचे आराम करने देती है।


अंजीर। 2

गेंद के नीचे कटोरी स्थिर है। यदि आप गेंद को किसी भी दिशा में थोड़ी दूरी पर घुमाते हैं, तो यह पीछे की ओर लुढ़क जाएगी, थोड़ी अधिक महंगी हो जाएगी और फिर घर्षण बल इसे बहुत नीचे तक रोक देगा। जब आप गेंद को नीचे से थोड़ी दूरी पर ले जाते हैं, तो इसकी ऊर्जा (पृथ्वी के गुरुत्वाकर्षण के साथ बातचीत) बढ़ जाती है, और यह इस ऊर्जा को शुरुआती बिंदु पर लौटने के माध्यम से कम कर देता है, जहां गुरुत्वाकर्षण ऊर्जा सबसे छोटी है। एक स्थिर स्थिति वह है जिसमें गेंद की कोई भी गति उसकी ऊर्जा को बढ़ाती है, या कम से कम इसे कम नहीं करती है। तदनुसार, यदि आप गेंद को स्थानांतरित कर सकते हैं ताकि इसकी ऊर्जा को कम किया जा सके, तो गेंद उस दिशा में लुढ़केगी और जरूरी नहीं कि वापस लौटेगी - इस मामले में, प्रारंभिक धारा एक स्थिर स्थिति नहीं होगी।

परिभाषा के अनुसार, एक शून्य ब्रह्मांड और ब्रह्मांड के क्षेत्रों का एक स्थिर विन्यास है। "यदि कोई खेतों के मूल्यों को थोड़ा शून्य में बदलता है, तो खेतों के मूल्यों को अपनी प्रारंभिक स्थिति में वापस जाना होगा, फिर वे थोड़ा घूमेंगे और शांत हो जाएंगे। वैक्यूम खेतों का विन्यास है, के लिए। जो ब्रह्मांड की ऊर्जा न्यूनतम है, खेतों में कोई भी छोटा सा परिवर्तन ब्रह्मांड की ऊर्जा में वृद्धि (या कम से कम कमी नहीं करता है) की ओर जाता है, और क्षेत्र हमेशा शून्य में अपने मूल्यों पर लौटने की प्रवृत्ति रखते हैं।


अंजीर। 3: गेंद के लिए अलग स्थिर स्थिति के साथ अलग कटोरे

आइए गेंद पर वापस जाएं। आप ऐसी स्थिति की कल्पना कर सकते हैं जिसमें मेरे पास दो समान कटोरे हों, जिनमें से प्रत्येक में गेंद के लिए एक स्थिर स्थिति हो। या आप अलग-अलग ऊंचाइयों पर दो अलग-अलग स्थिर स्थितियों के साथ एक अजीब आकार के कटोरे की कल्पना कर सकते हैं। या आप कई स्थिर पदों के साथ बहुत अधिक जटिल कटोरे की कल्पना कर सकते हैं। आप अंदाजा लगा सकते हैं कि कैसे अंजीर में चिह्नित विभिन्न पदों में से एक में हम गेंद डालते हैं। 3 तीर, और यह अनिश्चित काल तक बना रहता है, क्योंकि गेंद की स्थिति में कोई भी छोटी पारी इसे एक स्थिर स्थिति से दूसरे स्थान पर स्थानांतरित करने के लिए पर्याप्त नहीं होगी (क्वांटम टनलिंग प्रभाव इस स्थिति को जटिल करता है, लेकिन हम अगली बार इसके बारे में बात करेंगे)।

इसी तरह, ब्रह्मांड के पास - या ब्रह्मांड के सिद्धांत के अस्तित्व की भविष्यवाणी कर सकते हैं - एक से अधिक क्षेत्रों के स्थिर विन्यास, यानी एक से अधिक वैक्यूम। कोई भी संभव रिक्तियों की संख्या को सीमित नहीं करता है, हालांकि सरल सिद्धांत आमतौर पर उनमें से बहुत कम हैं। केवल कई प्रकार के क्षेत्रों वाले सिद्धांतों में आमतौर पर कई रिक्त स्थान होते हैं। यह पता चला है कि सवाल, प्रत्यक्ष रूप से नहीं, हमारे यूनिवर्स में कितने प्रकार के क्षेत्र से संबंधित है? केवल हमारे लिए जाना जाता है? या उनमें से हजारों?

क्या हमारे ब्रह्मांड में कई रिक्त स्थान हैं?

यह कैसे है कि मानक मॉडल भविष्यवाणी करता है कि हमारे ब्रह्मांड में दो रिक्तियां हैं? सबसे पहले, बस दिखाएं (यदि आप जानते हैं कि गणना कैसे करें) कि मानक मॉडल में प्रत्येक प्राथमिक क्षेत्र, हिग्स फ़ील्ड के अपवाद के साथ, किसी भी शून्य में शून्य माध्य मान होना चाहिए। लेकिन हिग्स फील्ड ऐसा नहीं है; यह हमारे पास ज्ञात वैक्यूम में एक नोज़ेरो माध्य मान के पास हो सकता है और इसे किसी अन्य संभावित वैक्यूम में रख सकता है। हिग्स क्षेत्र के लिए स्थिर मूल्य क्या हैं, यह जानने के लिए, हम हिग्स फ़ील्ड के औसत मूल्य के एक फ़ंक्शन के रूप में खाली स्थान की ऊर्जा की गणना करते हैं। दिलचस्प है, आज भौतिक विज्ञानी बहुत विस्तृत गणना कर सकते हैं, क्योंकि वे पहले से ही हैं:

• ऊपरी क्वार्क के द्रव्यमान को सटीकता से मापा गया,
• हिग्स कण की खोज की (जो कि मानक मॉडल के अनुसार केवल एक प्रजाति है), और
• हिग्स कण के द्रव्यमान को मापा गया।

नतीजतन, वे अंजीर में दिखाए गए के समान निष्कर्ष पर आते हैं। 4. अंजीर के बीच में एक डबल कटोरे की तरह। 3, जिसमें दो स्थिर स्थितियां हैं, जहां गेंद के किसी भी आंदोलन से इसकी ऊर्जा बढ़ जाती है, हिग्स फ़ील्ड की ऊर्जा। मानक मॉडल दो मिनीमा की भविष्यवाणी करता है। इसका मतलब यह है कि अंजीर में तीर द्वारा इंगित दो रिक्तिकाएं हैं। 4, अंजीर में संकेतित गुणों के साथ। 1: एक वैक्यूम हमारे लिए जाना जाता है, जिसमें हिग्स फ़ील्ड का एक छोटा सा मूल्य होता है, दूसरा, एक विदेशी वैक्यूम, एक बड़े मूल्य के साथ।

एक विदेशी निर्वात का सटीक स्थान और गहराई (हिग्स फ़ील्ड का मूल्य और खाली स्थान की ऊर्जा) एक खुला प्रश्न है। वे ऊपरी क्वार्क और हिग्स कण के द्रव्यमान पर बहुत अधिक निर्भर करते हैं, हमारी समझ अभी भी बड़े हैड्रॉन कोलाइडर के आंकड़ों के आधार पर छोटे लेकिन महत्वपूर्ण परिवर्तनों से गुजर सकती है। अंजीर। 4 वर्तमान सबसे अच्छा अनुमान दिखाता है, जहां हमारे वैक्यूम में विदेशी से अधिक ऊर्जा है।


अंजीर। 4

लेकिन आपको हमेशा याद रखना चाहिए कि स्टैंडर्ड मॉडल हमारे यूनिवर्स को अच्छी तरह से वर्णित नहीं कर सकता है ताकि ये सभी निष्कर्ष सही हों। हम पहले से ही जानते हैं कि मानक मॉडल गुरुत्वाकर्षण, अंधेरे पदार्थ और अंधेरे ऊर्जा को ध्यान में नहीं रखता है; यह अज्ञात कणों की एक पूरी वैगन को ध्यान में नहीं रख सकता है। अन्य प्रकार के हिग्स कण भी मौजूद हो सकते हैं। तदनुसार, हम विश्वास के साथ कुछ भी नहीं जानते हैं। हमारे ब्रह्मांड में केवल एक निर्वात, या तीन, एक सौ, या बहुत कुछ हो सकता है। ब्रह्मांड के निर्वात का अध्ययन सक्रिय अनुसंधान का एक क्षेत्र बना हुआ है, जो सिद्धांत रूप में सदियों तक जारी रह सकता है।