हबल एक्सट्रीम डीप फील्ड - ब्रह्मांड की हमारी सबसे विस्तृत छवि, आकाशगंगाओं को दिखाती है जो उस समय मौजूद थीं जब ब्रह्मांड की आयु वर्तमान की 3-4% थी। तथ्य यह है कि हम बहुत कुछ देख पा रहे थे, बस लंबे समय तक आकाश के उस हिस्से का अध्ययन जो काला लग रहा था, वह भी एक आश्चर्यजनक आश्चर्य था - लेकिन वह सूची में नहीं मिलावैज्ञानिक ज्ञान की पद्धति का अध्ययन करते हुए, हम एक स्पष्ट प्रक्रिया की कल्पना करते हैं, जिसके पालन से आप ब्रह्मांड में होने वाली प्राकृतिक प्रक्रियाओं की समझ प्राप्त कर सकते हैं। हम एक विचार से शुरू करते हैं, एक प्रयोग करते हैं, और परिणाम के आधार पर या तो इसकी पुष्टि करते हैं या इसका खंडन करते हैं। यह सिर्फ वास्तविक दुनिया बहुत अधिक गड़बड़ है। कभी-कभी आप एक प्रयोग कर सकते हैं और एक परिणाम प्राप्त कर सकते हैं जो अपेक्षाओं से मौलिक रूप से अलग है। कभी-कभी एक सही व्याख्या के लिए उचित और तार्किक निष्कर्ष की सीमा से परे जाने की कल्पना की आवश्यकता होती है। आज हम ब्रह्मांड को अच्छी तरह से समझते हैं, लेकिन इसके रास्ते में हमें कई आश्चर्य मिले। आगे प्रगति करते हुए, हम निश्चित रूप से कुछ और पर ठोकर खाएंगे। यहाँ एक ऐतिहासिक भ्रमण है जो विज्ञान के इतिहास में पाँच सबसे बड़े आश्चर्य का वर्णन करता है।
यदि आप कार की गति के विपरीत दिशा में एक नाभिक के साथ एक तोप को गोली मारते हैं, और ठीक उसी गति के साथ, जिसके परिणामस्वरूप प्रक्षेप्य गति शून्य होगी। यदि हम प्रकाश के साथ गोली मारते हैं, तो यह हमेशा प्रकाश की गति से चलता है1) स्रोत की गति के कारण प्रकाश की गति में परिवर्तन नहीं होता है। कल्पना कीजिए कि आपने गेंद को बहुत मुश्किल से फेंका। आप जिस खेल के शौकीन हैं, उसके आधार पर यह 45 m / s तक की गति तक पहुँच सकता है। अब कल्पना करें कि आप 135 m / s की गति से चलने वाली ट्रेन में हैं। यदि आप अपने आंदोलन की दिशा में एक ट्रेन से एक गेंद फेंकते हैं, तो यह कितनी तेजी से उड़ जाएगा? बस गति जोड़ें - 180 मीटर / सेकंड। अब कल्पना करें कि एक गेंद के बजाय आपने प्रकाश की किरण उत्सर्जित की। प्रकाश की गति और ट्रेन की गति को जोड़ें - और गलत उत्तर प्राप्त करें।
माइकलसन इंटरफेरोमीटर (ऊपर) ने प्रकाश के व्यवहार (नीचे, ठोस) में एक नगण्य परिवर्तन दिखाया, जो कि सापेक्षता के गैलीलियन कानून (नीचे, बिंदीदार रेखा) पर काम करने से क्या होगा। इंटरफेरोमीटर के अभिविन्यास की दिशा की परवाह किए बिना प्रकाश की गति स्थिर रही - अंतरिक्ष में पृथ्वी की गति के समानांतर या लंबवत दिशा सहित।यह विचार आइंस्टीन के सापेक्षता के विशेष सिद्धांत के लिए केंद्रीय था, लेकिन यह आइंस्टीन नहीं था जिन्होंने इसे प्रयोगात्मक रूप से खोजा था; यह
अल्बर्ट माइकलसन था, जिसके अग्रणी काम ने 1880 के दशक में इस परिणाम का प्रदर्शन किया। चाहे आप पृथ्वी की गति की दिशा में प्रकाश की किरण को प्रक्षेपित करें, इस दिशा में लंबवत, या विपरीत दिशा में - कोई अंतर नहीं है। प्रकाश हमेशा एक ही गति से चलता है: c, निर्वात में प्रकाश की गति। मिशेलसन ने
ईथर के सापेक्ष पृथ्वी की गति को मापने के लिए एक इंटरफेरोमीटर विकसित किया और इसके बजाय सापेक्षता का मार्ग प्रशस्त किया। उनका 1907 का नोबेल पुरस्कार सबसे प्रसिद्ध शून्य परिणाम है और विज्ञान के इतिहास में सबसे महत्वपूर्ण है।
नाभिक के साथ हीलियम परमाणु एक अनुमानित पैमाने पर होता है2) परमाणु के द्रव्यमान का 99.99% एक अविश्वसनीय रूप से घने कोर में केंद्रित है। क्या आपने "
परमाणु हलवा मॉडल " के बारे में सुना है? आज यह अजीब लगता है, लेकिन 20 वीं शताब्दी की शुरुआत में यह आम तौर पर स्वीकार किया गया था कि एक परमाणु में नकारात्मक चार्ज किए गए इलेक्ट्रॉनों (किशमिश) का मिश्रण होता है जो एक सकारात्मक चार्ज किए गए पदार्थ (हलवा) में अंतर्निहित होता है जो पूरे स्थान को भरता है। इलेक्ट्रॉनों को इससे हटाया जा सकता है, जो स्थैतिक बिजली की घटना की व्याख्या करता है। वर्षों से, थॉमसन समग्र परमाणु मॉडल, छोटे इलेक्ट्रॉनों के साथ एक सकारात्मक चार्ज सब्सट्रेट पर स्थित है, सामान्य है। अर्नेस्ट रदरफोर्ड ने इसकी जाँच करने का निर्णय लिया।
गोल्ड फ़ॉइल के साथ रदरफोर्ड के अनुभव से पता चला कि एक परमाणु ज्यादातर खाली है, लेकिन एक बिंदु पर एक द्रव्यमान की एकाग्रता है जो एक अल्फा कण के द्रव्यमान से काफी अधिक है: परमाणु नाभिक।उच्च-ऊर्जा आवेशित कणों (रेडियोधर्मी क्षय से) को सोने की पन्नी की एक बहुत पतली शीट में प्रक्षेपित करके, रदरफोर्ड ने उनसे इसके माध्यम से गुजरने की अपेक्षा की। उनमें से ज्यादातर ने ऐसा किया, लेकिन कुछ ने शानदार प्रदर्शन किया! रदरफोर्ड याद करते हैं:
यह मेरे जीवन में मेरे साथ हुई सबसे अविश्वसनीय बात थी। यह लगभग अविश्वसनीय था जैसे कि आपने एक नैपकिन में पंद्रह इंच के गोले को गोली मार दी, और वह इसे उछालकर आपको मार देगा।
रदरफोर्ड ने एक परमाणु नाभिक की खोज की जिसमें एक परमाणु का लगभग पूरा द्रव्यमान है और पूरे परमाणु के आकार के 10
-15 की मात्रा तक सीमित है। इस प्रकार 20 वीं सदी की क्वांटम क्रांति का मार्ग प्रशस्त करते हुए आधुनिक भौतिकी का जन्म हुआ।
न्यूट्रॉन के दो प्रकार (उत्सर्जक और गैर-विकीर्ण) बीटा क्षय । बीटा क्षय, अल्फा या गामा क्षय के विपरीत, ऊर्जा का संरक्षण नहीं करता है - जब तक कि आप न्यूट्रिनो का पता नहीं लगा सकते।3) "मिसिंग एनर्जी" ने एक छोटे, लगभग अदृश्य कण की खोज की। कणों के बीच सभी देखे गए इंटरैक्शन में, ऊर्जा हमेशा संरक्षित होती है। इसे एक प्रकार से दूसरे प्रकार में परिवर्तित किया जा सकता है - क्षमता, गतिज, शेष द्रव्यमान, रसायन, परमाणु, विद्युत, आदि। - लेकिन इसे बनाया या नष्ट नहीं किया जा सकता है। इसलिए, लगभग सौ साल पहले, यह जानकर बहुत आश्चर्य हुआ था कि रेडियोधर्मी क्षय के कुछ उत्पाद मूल अभिकर्मकों की तुलना में थोड़ी कम कुल ऊर्जा का उत्पादन करते हैं। इसने बोह्र को इस विचार की ओर अग्रसर किया कि ऊर्जा हमेशा बची रहती है ... सिवाय जब खोए लेकिन बोहर गलत था, और पाउली का एक और विचार था।
एक प्रोटॉन, इलेक्ट्रॉन और एंटी-इलेक्ट्रॉन न्यूट्रिनो में न्यूट्रॉन का रूपांतरण बीटा क्षय में ऊर्जा गैर-संरक्षण की समस्या का समाधान हैपाउली ने तर्क दिया कि ऊर्जा को संरक्षित किया जाना चाहिए, इसलिए 1930 के दशक में उन्होंने एक नए कण: न्यूट्रिनो के अस्तित्व का सुझाव दिया। यह "छोटा न्यूट्रॉन" कण चुंबकीय बातचीत में प्रवेश नहीं करता था, बल्कि एक छोटे द्रव्यमान को रखता था और गतिज ऊर्जा को दूर ले जाता था। कई लोग संदेहवादी थे, लेकिन 1950 और 1960 के दशक में परमाणु प्रतिक्रियाओं के उत्पादों के बीच प्रयोगों में, न्यूट्रिनो और एंटीन्यूट्रिनोस अंततः पाए गए थे, जो भौतिकविदों को स्टैंडर्ड मॉडल और कमजोर परमाणु इंटरैक्शन के मॉडल को लाने में मदद करते थे। यह एक प्रमुख उदाहरण है कि कैसे सैद्धांतिक भविष्यवाणियां कभी-कभी उपयुक्त प्रयोगात्मक प्रौद्योगिकियों के विकास के बाद भयानक सफलताओं का कारण बन सकती हैं।
स्टैंडर्ड मॉडल में क्वार्क, एंटीकार्क्स और ग्लून्स का द्रव्यमान और विद्युत आवेश जैसे अन्य गुणों के अलावा एक रंग आवेश होता है। ये सभी कण, जहां तक हम जानते हैं, बिंदु-समान हैं, और तीन पीढ़ियों से वितरित हैं4) सभी कण जिनके साथ हम बातचीत करते हैं उनमें अस्थिर उच्च-ऊर्जा रिश्तेदार होते हैं। यह अक्सर कहा जाता है कि वैज्ञानिक उपलब्धियां आमतौर पर "यूरेका" के उद्गार के साथ नहीं मिलती हैं, लेकिन "हम्म, यह अजीब है ..." टिप्पणी के साथ - लेकिन मूलभूत भौतिकी में पहला विकल्प भी हुआ। यदि आप एक
इलेक्ट्रोस्कोप चार्ज करते हैं - जिसमें दो प्रवाहकीय धातु की चादरें दूसरे कंडक्टर से जुड़ी होती हैं - दोनों शीटों को एक ही चार्ज प्राप्त होगा और पीछे हटाना होगा। यदि आप इसे एक वैक्यूम में रखते हैं, तो पत्तियों को शुल्क नहीं खोना चाहिए, लेकिन वे समय के साथ उन्हें खो देते हैं। इसके लिए सबसे अच्छी व्याख्या यह थी कि उच्च-ऊर्जा वाले कण, ब्रह्मांडीय किरणें बाहरी अंतरिक्ष से पृथ्वी की ओर उड़ती हैं, और उनकी टक्करों के परिणामस्वरूप इलेक्ट्रोस्कोप का निर्वहन होता है।
कॉस्मिक किरण खगोल विज्ञान की शुरुआत 1912 में हुई थी, जब विक्टर हेस ऊपरी वायुमंडल के एक गुब्बारे पर गए और उन्होंने अंतरिक्ष से पृथ्वी पर गिरने वाले कणों की खोज की।1912 में, विक्टर हेस ने एक गुब्बारे का उपयोग करते हुए, इन उच्च-ऊर्जा ब्रह्मांडीय कणों की खोज करने के लिए एक प्रयोग किया, और तुरंत उन्हें बहुतायत में खोजा, जो ब्रह्मांडीय किरणों के पिता बन गए। एक चुंबकीय क्षेत्र के साथ एक कक्ष का निर्माण करके, कोई कण पथ की वक्रता के आधार पर वेग और आवेश के अनुपात को माप सकता है। प्रोटॉन, इलेक्ट्रॉनों और यहां तक कि एंटीमैटर के पहले कणों को भी इस तरह से खोजा गया था, लेकिन सबसे बड़ा आश्चर्य 1933 में हुआ था, जब पॉल कुंज ने ब्रह्मांडीय किरणों के साथ काम करते हुए एक इलेक्ट्रॉन के समान एक कण का पता लगाया था, केवल एक सौ भारी!
कॉस्मिक किरणों के अन्य कणों के साथ खोजे गए म्यूऑन्स में से पहला, इलेक्ट्रॉन के समान चार्ज के लिए निकला, केवल एक द्रव्यमान के साथ सैकड़ों गुना बड़ा - यह इसकी गति और पथ की वक्रता की त्रिज्या से स्पष्ट थाकेवल 2.2 μ के जीवनकाल के साथ एक म्यूऑन के अस्तित्व की पुष्टि बाद में अनुभव द्वारा की गई जब कार्ल विर्सन और उनके छात्र सेठ नेडरमीयर द्वारा
विल्सन के ग्राउंड-आधारित
कैमरे का उपयोग करके इसकी खोज की गई थी। जब भौतिक विज्ञानी
इसिडोर रबी , जिन्होंने खुद परमाणु चुंबकीय अनुनाद की खोज के लिए नोबेल पुरस्कार जीता, एक म्यूऑन के अस्तित्व के बारे में पता चला, तो उन्होंने अब प्रसिद्ध वाक्यांश कहा: "यह किसने आदेश दिया?" बाद में यह पाया गया कि दोनों मिश्रित कण (प्रोटॉन और न्यूट्रॉन) और मौलिक (क्वार्क, इलेक्ट्रॉन, न्यूट्रिनो) कई पीढ़ियों के भारी रिश्तेदार हैं, और म्यूऑन "दूसरी पीढ़ी" के खुले कणों में से पहला बन गया।
जितना दूर आप अंतरिक्ष में देखते हैं, उतना ही दूर आप समय में देखते हैं। समय के साथ, आप 13.8 बिलियन वर्षों से अधिक नहीं देख सकते हैं: यह ब्रह्मांड की आयु का हमारा अनुमान है। डेटा को शुरुआती दौर में वापस लाने से बिग बैंग का विचार सामने आया।5) ब्रह्मांड की शुरुआत बिग बैंग के साथ हुई थी, लेकिन यह खोज दुर्घटना से काफी बनी थी। 1940 के दशक में,
जियोरी एंटोनोविच गैमोव और सहयोगियों ने एक कट्टरपंथी विचार सामने रखा: यूनिवर्स, जो वर्तमान में विस्तार और ठंडा कर रहा है, अतीत में न केवल गर्म और सघन था, बल्कि मनमाने ढंग से गर्म और घना था। यदि आप बहुत दूर वापस एक्सट्रपलेशन करते हैं, तो आपको एक ब्रह्मांड मिलता है जो इसमें मौजूद सभी पदार्थों को आयनित करने के लिए पर्याप्त गर्म होता है, और इससे भी आगे परमाणु नाभिक क्षय होता है। बिग बैंग के रूप में इस विचार को प्रसिद्धि मिली, और दो मुख्य भविष्यवाणियां सामने आईं:
1. जिस ब्रह्मांड में हमने शुरुआत की थी, वहां सिर्फ प्रोटॉन और इलेक्ट्रॉन नहीं होने चाहिए थे, बल्कि उच्च ऊर्जा पर प्रकाश तत्वों के एक पूरे मिश्रण को एक साथ संश्लेषित किया गया था।
2. जब ब्रह्माण्ड तटस्थ परमाणु बनाने के लिए पर्याप्त ठंडा हो गया है, उच्च-ऊर्जा विकिरण मुक्त हो गया है और एक सीधी रेखा में हमेशा के लिए यात्रा करता है जब तक कि यह किसी चीज पर ठोकर नहीं खाता है, ब्रह्मांड का विस्तार होने पर एक लाल रंग का अनुभव करना और ऊर्जा खोना।
उन्होंने भविष्यवाणी की कि इस "विकिरण से राहत" का तापमान पूर्ण शून्य से कई डिग्री अधिक होगा।
पेनज़ियास और विल्सन द्वारा प्रारंभिक टिप्पणियों के अनुसार, गांगेय विमान में विकिरण के कई स्रोत हैं (बीच में), लेकिन ऊपर और नीचे लगभग पूरी तरह से समान पृष्ठभूमि थी1964 में, अर्नो पेन्ज़ियास और बॉब विल्सन ने गलती से बिग बैंग के अवशिष्ट विकिरण की खोज की। रडार का अध्ययन करने के लिए बेल की प्रयोगशालाओं में रेडियो एंटीना के साथ काम करते हुए, उन्होंने पाया कि पूरे आसमान से एक समान शोर आ रहा था। यह सूर्य नहीं था, गैलेक्सी नहीं, पृथ्वी का वातावरण नहीं था - लेकिन वे नहीं जानते थे कि यह क्या था। उन्होंने लत्ता के साथ एंटीना की सतह को साफ किया, कबूतरों को तितर-बितर कर दिया, लेकिन शोर कहीं नहीं हुआ। केवल जब भौतिक विज्ञानी ने माप के परिणामों को देखा, प्रिंसटन समूह (डिक, पीबल्स, विल्किंसन, आदि) की विस्तृत भविष्यवाणियों से परिचित था, और रेडियोमीटर के साथ, जो कि केवल इस तरह के संकेत का पता लगाने के लिए बनाया गया था, उन्हें इस बात की समझ नहीं थी कि उन्होंने क्या पाया। पहली बार, ब्रह्मांड की उत्पत्ति ज्ञात हुई।
अंतरिक्ष में मौजूद क्वांटम उतार-चढ़ाव ब्रह्मांडीय मुद्रास्फीति के दौरान पूरे ब्रह्मांड में फैला हुआ था, और आज हमें ज्ञात ब्रह्मांड के सितारों, आकाशगंगाओं और अन्य बड़े पैमाने पर संरचनाओं को जन्म दिया। 2017 के लिए, यह ब्रह्मांड की संरचना और पदार्थ की उत्पत्ति का सबसे अच्छा विचार है।आज इकट्ठा किए गए वैज्ञानिक ज्ञान को देखते हुए, उनकी भविष्य कहनेवाला क्षमताएं और खोज की सदियों ने हमारे जीवन को कैसे बदल दिया है, विज्ञान के विचारों के निरंतर विकास के रूप में देखने के लिए किसी को भी लुभाया जा सकता है। लेकिन वास्तव में, विज्ञान का इतिहास गड़बड़ है, आश्चर्य से भरा है और असहमति का बोझ है। आधुनिक ज्ञान की सीमा पर काम करने वालों के लिए, विज्ञान एक जोखिम है, नए परिदृश्यों को सीखना, अज्ञात दिशा में जाने की कोशिश करना। हमारी स्मृति में छोड़ी गई कहानी सफलताओं से भरी है, लेकिन असली कहानी मृत अंत, असफल अनुभवों और स्पष्ट गलतियों से भरी है। फिर भी, एक खुले दिमाग, इच्छा और विचारों का परीक्षण करने की क्षमता, परिणामों से सीखने और निष्कर्षों को संशोधित करने की हमारी क्षमता, हमें अंधकार से प्रकाश की ओर ले जाती है। और अंत में, सभी को इससे लाभ होता है।