एथन से पूछें: क्या ब्रह्मांड अभी भी एक महान संकुचन में आ सकता है?

बिग बाउंस को फिर से पतन के चरण (बिग कम्प्रेशन) की आवश्यकता होती है, इसके बाद विस्तार (नया बिग बैंग) होता है

20 वीं शताब्दी की सबसे बड़ी सफलताओं में से एक यह निर्धारित करना था कि वास्तव में हमारा ब्रह्मांड कितना समृद्ध और विशाल है। लगभग 46 बिलियन प्रकाश वर्ष की त्रिज्या में लगभग दो ट्रिलियन आकाशगंगाएँ होती हैं। हमारे अवलोकनीय ब्रह्मांड हमें हमारे लौकिक इतिहास के पूरे इतिहास को फिर से बनाने की अनुमति देते हैं, बिग बैंग तक वापस और यहां तक ​​कि शायद, थोड़ा आगे। भविष्य के बारे में क्या? ब्रह्मांड के भाग्य के बारे में क्या? क्या यह निश्चित है? यह वही है जो हमारे पाठक जानना चाहते हैं:

आपने लिखा है कि ब्रह्मांड का विस्तार धीमी गति से हो रहा है। मुझे लगा कि नोबल पुरस्कार की खोज के लिए सम्मानित किया गया था कि ब्रह्मांड त्वरण के साथ विस्तार कर रहा है। क्या आप प्रमुख सिद्धांतों को स्पष्ट कर सकते हैं? क्या कोई महान संपीड़न विशेषताएं हैं?

भविष्य के व्यवहार की सबसे अच्छी भविष्यवाणी अतीत में है। लेकिन लोग और ब्रह्मांड दोनों कभी-कभी हमें आश्चर्यचकित कर सकते हैं।


बिग बैंग के बाद, ब्रह्मांड लगभग पूरी तरह से सजातीय था, पदार्थ, ऊर्जा और विकिरण से भर गया, और तेजी से विस्तारित हुआ। किसी भी क्षण ब्रह्मांड का विकास उसकी सामग्री की ऊर्जा घनत्व से निर्धारित होता है।

किसी भी समय ब्रह्मांड का विस्तार दर केवल दो चीजों पर निर्भर करता है: अंतरिक्ष-समय और स्थानिक वक्रता में विद्यमान कुल ऊर्जा घनत्व। यदि हम गुरुत्वाकर्षण के नियमों को समझते हैं और समय के साथ विभिन्न प्रकार की ऊर्जा कैसे विकसित होती है, तो हम यह बता सकते हैं कि अतीत में किसी भी समय विस्तार दर क्या थी। हम अपने से अलग दूरी पर स्थित विभिन्न दूर की वस्तुओं का भी अध्ययन कर सकते हैं, और यह माप सकते हैं कि अंतरिक्ष के विस्तार के कारण उनका प्रकाश कितना फैला है। प्रत्येक आकाशगंगा, सुपरनोवा, आणविक गैस बादल, आदि। - जो कुछ भी प्रकाश को अवशोषित या उत्सर्जित करता है, वह ब्रह्मांडीय कहानी को बताएगा कि अंतरिक्ष के विस्तार ने इसे उस समय से कैसे बढ़ाया जब इसे उस क्षण के लिए उत्सर्जित किया गया था जब हम इसे देखने में सक्षम थे।


आकाशगंगा जितनी दूर है, उतनी ही तेजी से यह विस्तार के कारण हमसे दूर चली जाती है, और इसके प्रकाश को एक लाल रंग का अनुभव होता है, यही कारण है कि हमें अधिक से अधिक लंबी लहरों को देखना पड़ता है।

विभिन्न स्वतंत्र टिप्पणियों से, हम यह निष्कर्ष निकालने में सक्षम थे कि वास्तव में ब्रह्मांड क्या हैं। अवलोकन की तीन बड़ी और स्वतंत्र रेखाएँ हैं:

• सीएमबी विकिरण के तापमान में उतार-चढ़ाव, जो ब्रह्मांड की वक्रता, सामान्य द्रव्य, डार्क मैटर, न्यूट्रिनो और सामग्री के कुल घनत्व के बारे में जानकारी रखता है।
• सबसे बड़े पैमाने पर आकाशगंगाओं के बीच सहसंबंध - जिसे बेरोनिक ध्वनिक दोलनों के रूप में जाना जाता है - पदार्थ के कुल घनत्व, सामान्य और अंधेरे पदार्थ के अनुपात और समय के साथ विस्तार की दर में परिवर्तन के बहुत स्पष्ट माप प्राप्त करता है।
• और यूनिवर्स की सबसे दूर और उज्ज्वल मानक मोमबत्तियाँ , टाइप I की सुपरनोवा, हमें विस्तार की गति और अंधेरे ऊर्जा के विकास का विवरण बता रही हैं।

मानक मोमबत्तियाँ (एल) और मानक शासक ® दो अलग-अलग तकनीकें हैं जिनका उपयोग खगोलविदों द्वारा अलग-अलग दूरी पर और अलग-अलग समय में अंतरिक्ष के विस्तार को मापने के लिए किया जाता है।

ये सभी प्रमाण एक साथ ब्रह्मांड की एक सुसंगत छवि की ओर इशारा करते हैं। वे हमें बताते हैं कि आज ब्रह्मांड में क्या है, और हमें ब्रह्मांड विज्ञान प्रदान करते हैं जिसमें:

• ब्रह्मांड की ऊर्जा का 4.9% सामान्य पदार्थ (प्रोटॉन, न्यूट्रॉन, इलेक्ट्रॉन) में निहित है।
• 0.1% ऊर्जा बड़े पैमाने पर न्यूट्रिनो (हाल के दिनों में व्यवहार करना, और विकिरण के रूप में शुरुआती लोगों में) के रूप में है।
• 0.01% ऊर्जा विकिरण (फोटॉनों) के रूप में मौजूद है।
• 27% ऊर्जा डार्क मैटर में है।
• ऊर्जा का 68% अंतरिक्ष में निहित ऊर्जा के रूप में है: अंधेरे ऊर्जा।

वे हमें एक फ्लैट यूनिवर्स देते हैं, जिसमें 0% वक्रता होती है, एक यूनिवर्स बिना टोपोलॉजिकल दोष (चुंबकीय मोनोपोल, कॉस्मिक स्ट्रिंग्स, डोमेन दीवारें, कॉस्मिक टेक्सचर), और एक यूनिवर्स विद एक्‍सटेंशन।


अतीत में अलग-अलग समय में ब्रह्मांड के विभिन्न ऊर्जा घटकों के सापेक्ष महत्व। भविष्य में, अंधेरे ऊर्जा 100% महत्व का रुख करेगी।

जीटीआर को नियंत्रित करने वाले समीकरण इस अर्थ में बहुत निश्चित हैं: यदि हम जानते हैं कि ब्रह्मांड में आज के समय के साथ-साथ गुरुत्वाकर्षण के नियम भी हैं, तो हम यह जानते हैं कि अतीत में किसी भी बिंदु पर प्रत्येक घटक कितना महत्वपूर्ण था। सबसे पहले, विकिरण और न्यूट्रिनो हावी थे। अरबों वर्षों के लिए, डार्क मैटर और सामान्य पदार्थ सबसे महत्वपूर्ण घटक थे। और पिछले कुछ अरब वर्षों में - और समय के साथ स्थिति केवल बदतर होती जाएगी - ब्रह्मांड के विस्तार में अंधेरे ऊर्जा प्रमुख कारक बन जाएगी। यह ब्रह्मांड को गति देता है, और यही वह जगह है जहां ज्यादातर लोग भ्रमित होते हैं।


एक विस्तारित ब्रह्मांड के भाग्य के वेरिएंट। अतीत में विभिन्न मॉडलों के बीच अंतर पर ध्यान दें।

ब्रह्मांड के विस्तार के संबंध में, हम दो चीजों को माप सकते हैं: विस्तार की गति, और जिस गति से एक व्यक्ति आकाशगंगा हमारे दृष्टिकोण से हमसे दूर जाती है। ये पैरामीटर संबंधित हैं, लेकिन मेल नहीं खाते। विस्तार की दर इंगित करती है कि अंतरिक्ष-समय का कपड़ा कैसे फैला है। यह हमेशा प्रति इकाई दूरी पर गति का अनुमान लगाया जाता है, आमतौर पर प्रति सेकंड मेगापैर्सेक में किलोमीटर में, जहां एक मेगापार्सेक 3.26 मिलियन प्रकाश-वर्ष है।


पदार्थ की तरह (ऊपर), विकिरण (बीच में) और ब्रह्माण्ड संबंधी स्थिरांक एक विस्तारित ब्रह्मांड में समय के साथ विकसित होते हैं

अगर कोई डार्क एनर्जी नहीं होती है, तो समय के साथ विस्तार दर घट जाएगी, शून्य के करीब पहुंच जाएगी, क्योंकि पदार्थ का घनत्व और विकिरण बढ़ती मात्रा के साथ शून्य तक पहुंच जाएगा। लेकिन डार्क एनर्जी की उपस्थिति में, यह विस्तार दर डार्क एनर्जी के घनत्व के करीब पहुंचती है, जो भी हो। उदाहरण के लिए, अगर डार्क एनर्जी, एक कॉस्मैटिक स्थिरांक है, तो विस्तार दर asymptotically एक निरंतर मान में चली जाती है। लेकिन अगर ऐसा है, तो हमसे दूर जाने वाली अलग-अलग आकाशगंगाओं की गति बढ़ जाएगी।


रेडियो डेटा ओवरले ( VLT ) के साथ ऑप्टिकल रेंज में दूरस्थ आकाशगंगा मार्केरियन 1018

कल्पना कीजिए कि विस्तार की गति का एक निश्चित मूल्य है: 50 किमी / एस / एमपीके। यदि आकाशगंगा हमसे 20 मील दूर स्थित है, तो हमारे दृष्टिकोण से यह 1000 किमी / सेकंड की गति से हमसे दूर चली जाएगी। लेकिन समय के साथ, जब अंतरिक्ष का कपड़ा फैलता है, तो यह आकाशगंगा हमसे और आगे होगी। जब तक यह हमसे 40 मील दूर होगा, तब तक हमारे द्वारा इसे हटाने की गति पहले से 2000 किमी / घंटा होगी। इससे भी अधिक समय के बाद, यह हमसे दस गुना अधिक होगा - 200 मेगापिक्सल की दूरी पर, और 10,000 किमी / सेकंड की गति से हमसे दूर जा रहा होगा। जब तक यह 6,000 मेगापिक्सल से दूर चला जाता है, तब तक यह प्रकाश की गति से 300,000 किमी / सेकंड की गति से हमसे दूर जा रहा होगा। लेकिन यह आगे भी जारी रहेगा; जितना अधिक समय बीतता है, उतनी ही तेजी से आकाशगंगा हमसे दूर जाती है। यह "त्वरित" ब्रह्मांड का मतलब है: विस्तार की गति कम हो जाती है, लेकिन अलग-अलग आकाशगंगाओं को हटाने की दर समय के साथ बढ़ती है।


हबल ईएक्सट्रीम डीप फील्ड प्रोजेक्ट की पराबैंगनी, दृश्य और अवरक्त श्रेणियों का एक संयोजन। ब्रह्मांड के सुदूर हिस्सों की सबसे बड़ी छवि।

यह सब हमारे सबसे अच्छे मापों के साथ मेल खाता है: अंतरिक्ष में निहित ऊर्जा एक निरंतर ऊर्जा घनत्व है। अंतरिक्ष के विस्तार के साथ, अंधेरे ऊर्जा का घनत्व स्थिर रहता है, और ब्रह्मांड बिग फ्रीज मोड में अपना अस्तित्व समाप्त कर देगा, जिसमें सब कुछ जो गुरुत्वाकर्षण नहीं बांधता है (यह बांधता है, उदाहरण के लिए, हमारी आकाशगंगाओं का स्थानीय समूह, हमारी गैलेक्सी, सौर प्रणाली, आदि) एक दूसरे से अलग होकर उड़ेंगे। यदि वास्तव में डार्क एनर्जी ब्रह्माण्ड संबंधी स्थिरांक बन जाती है, तो विस्तार हमेशा के लिए हो जाएगा, और एक ठंडा और खाली यूनिवर्स बन जाएगा।


जब खगोलविदों ने पहली बार महसूस किया कि ब्रह्मांड में तेजी आ रही है, तो सामान्य ज्ञान ने कहा कि यह हमेशा के लिए विस्तारित होगा। हालांकि, जब तक हम अंधेरे ऊर्जा की प्रकृति को बेहतर ढंग से समझते हैं, ब्रह्मांड के भाग्य के अन्य परिदृश्य संभव हैं। उन्हें आरेख में दिखाया गया है: बड़े संपीड़न, सतत विस्तार, बड़े अंतर।

लेकिन अगर डार्क एनर्जी बदलती है - सैद्धांतिक रूप से यह संभव है, लेकिन टिप्पणियों द्वारा इसकी पुष्टि नहीं की जाती है - यह बिग कंप्रेशन और बिग ब्रेक दोनों के लिए आ सकता है। महान संपीड़न में, अंधेरे ऊर्जा कमजोर हो जाएगी और इसके संकेत को बदल देगी, जिसके कारण ब्रह्मांड सबसे बड़े आकार तक पहुंच जाएगा, विस्तार करेगा, और सिकुड़ जाएगा। यह एक चक्रीय ब्रह्मांड को भी जन्म दे सकता है जब संकुचन एक और बिग बैंग उत्पन्न करता है। अगर डार्क एनर्जी बढ़ेगी, तो विपरीत स्थिति सामने आएगी, जिसमें बाउंड स्ट्रक्चर को आखिरकार विस्तार की बढ़ती गति से तोड़ दिया जाएगा। लेकिन आज के सबूत आत्मविश्वास से "बिग फ्रीज" का समर्थन करते हैं, जिसमें विस्तार दर हमेशा के लिए स्थिर रहेगी।

भविष्य की वेधशालाओं के मुख्य लक्ष्यों, जैसे कि यूक्लिड, डब्ल्यूएफआईआरएसटी, एलएसएसटी, में माप शामिल हैं जो पुष्टि करते हैं कि क्या अंधेरे ऊर्जा वास्तव में एक ब्रह्मांडीय स्थिरांक है। हालांकि अग्रणी सिद्धांत निरंतर अंधेरे ऊर्जा का पक्षधर है, टिप्पणियों और मापों को छोड़कर सभी संभावनाओं पर विचार करना महत्वपूर्ण है। और जब ग्रेट निचोड़ की संभावना नहीं दिखती है, तो इसे अभी तक खारिज नहीं किया गया है। बेहतर गुणवत्ता के अधिक डेटा के आगमन के साथ, हम अभी भी दिलचस्प संकेत पा सकते हैं कि वास्तविकता हम में से अधिकांश की तुलना में अधिक असामान्य है!

एथन सीगल - खगोल वैज्ञानिक, विज्ञान लोकप्रिय, एक बैंग्स के साथ शुरुआत के लेखक! उन्होंने "बियॉन्ड द गैलेक्सी" [ बियॉन्ड द गैलेक्सी ], और "ट्रैकनोलॉजी: स्टार ट्रेक का विज्ञान" [ ट्रेकोनोलॉजी ] किताबें लिखीं ।

सामान्य प्रश्न: यदि ब्रह्मांड का विस्तार हो रहा है, तो हम विस्तार क्यों नहीं कर रहे हैं