ईथन से पूछें: संपूर्ण के रूप में संपूर्ण अप्राप्य ब्रह्मांड कितना बड़ा है?

हबल दूरबीन से छवि PLCK_G308.3-20.2 आकाशगंगाओं का एक विशाल समूह दिखाती है जो अंधेरे में चमकते हैं। यह दूर के ब्रह्मांड के विशाल वर्गों जैसा दिखता है। लेकिन ज्ञात ब्रह्मांड का कितना विस्तार होता है, जिसमें वह हिस्सा भी शामिल है जिसका हम निरीक्षण नहीं कर सकते हैं?

13.8 बिलियन साल पहले एक बिग बैंग हुआ था। ब्रह्मांड पदार्थ, एंटीमैटर, विकिरण से भरा था, और एक सुपरहॉट और सुपरडेंस में मौजूद था, लेकिन विस्तार और ठंडा राज्य था। आज तक, हम जिस ब्रह्मांड को देख रहे हैं, उसकी मात्रा, इस बिंदु तक विस्तारित हो गई है कि इसकी त्रिज्या 46 बिलियन प्रकाश-वर्ष है, और प्रकाश जो आज पहली बार हमारी आंखों में आता है, हम जो माप सकते हैं उसकी सीमाएं पूरी होती हैं। और आगे क्या है? ब्रह्मांड के अप्राप्य भाग के बारे में क्या? यह वही है जो हमारे पाठक जानना चाहते हैं:

हम देखे गए ब्रह्मांड के आकार को जानते हैं, क्योंकि हम इसकी आयु (कम से कम चरण संक्रमण के क्षण से) जानते हैं और हम जानते हैं कि प्रकाश कैसे फैलता है। मेरा प्रश्न है कि विकिरण और अन्य भविष्यवाणियों का वर्णन करने वाला गणित हमें ब्रह्मांड का आकार क्यों नहीं बता सकता है? हम जानते हैं कि वह कितनी गर्म थी और अब वह कितनी ठंडी है। पैमाने पर इन गणनाओं को प्रभावित नहीं करता है?

ओह, अगर यह केवल इतना आसान था।


यूनिवर्स के इतिहास को परिभाषित किया गया है और साथ ही हम अतीत में विभिन्न उपकरणों और दूरबीनों की मदद से कितनी दूर तक देख सकते हैं। लेकिन हम यह कह सकते हैं कि टॉटोलॉजी का सहारा लेते हुए, कि हमारी टिप्पणियों से हमें इसके प्रेक्षित भागों के बारे में ही जानकारी मिल सकती है। बाकी सब कुछ अनुमान लगाया जाना चाहिए, और ये अनुमान केवल उतना ही अच्छा है जितना कि अंतर्निहित धारणाएं।

आज ब्रह्मांड ठंडा और ढला हुआ है, और इसका विस्तार भी है और इसका गुरुत्वाकर्षण प्रभाव है। अंतरिक्ष में दूर से देखने पर, हम न केवल लंबी दूरी पर देखते हैं, बल्कि प्रकाश की परिमित गति के कारण, दूर के अतीत को भी देखते हैं। ब्रह्माण्ड के दूरस्थ भाग कम ढेलेदार और अधिक सजातीय हैं, उनके पास गुरुत्वाकर्षण के प्रभाव में बड़ी और अधिक जटिल संरचनाओं के निर्माण के लिए कम समय था।

हमारे द्वारा हटाया गया प्रारंभिक ब्रह्मांड भी अधिक गर्म था। विस्तार ब्रह्मांड इसके माध्यम से प्रकाश के प्रसार की तरंग दैर्ध्य में वृद्धि की ओर जाता है। इसके विस्तार के साथ, प्रकाश ऊर्जा खो देता है, ठंडा होता है। इसका मतलब यह है कि दूर के अतीत में ब्रह्मांड गर्म था - और हमने ब्रह्मांड के दूर के हिस्सों के गुणों को देखकर इस तथ्य की पुष्टि की।


2011 का एक अध्ययन (लाल बिंदु) आज उपलब्ध सर्वोत्तम प्रमाण प्रदान करता है कि सीएमबी का तापमान अतीत में अधिक था। दूर से आने वाले प्रकाश के वर्णक्रमीय और तापमान गुण इस तथ्य की पुष्टि करते हैं कि हम एक विस्तारित स्थान में रहते हैं।

हम बिग बैंग के 13.8 बिलियन साल बाद आज के यूनिवर्स के तापमान को माप सकते हैं, जो उस गर्म, जल्दी प्रारंभिक अवस्था में छोड़े गए विकिरण का अध्ययन कर रहा है। आज, यह स्पेक्ट्रम के माइक्रोवेव हिस्से में खुद को प्रकट करता है और अवशेष विकिरण के रूप में जाना जाता है। यह पूरी तरह से काले शरीर के उत्सर्जन स्पेक्ट्रम में फिट बैठता है और इसमें 2.725 K का तापमान होता है, और यह दिखाना काफी आसान है कि ये अवलोकन हमारे ब्रह्मांड के लिए बिग बैंग मॉडल की भविष्यवाणियों के साथ आश्चर्यजनक सटीकता के साथ मेल खाते हैं।


सूर्य का वास्तविक प्रकाश (बाएं, पीला वक्र) और पूरी तरह से काला शरीर (ग्रे)। सूर्य के प्रकाश क्षेत्र की मोटाई के कारण, यह काले पिंडों को अधिक संदर्भित करता है। दाईं ओर वास्तविक राहत विकिरण है, जो ब्लैकबॉडी विकिरण के साथ मेल खाता है, जैसा कि COBE उपग्रह द्वारा मापा जाता है। ध्यान दें कि दाईं ओर ग्राफ़ पर फैली त्रुटि आश्चर्यजनक रूप से छोटी है (लगभग 400 सिग्मा)। सिद्धांत और व्यवहार का संयोग ऐतिहासिक है।

इसके अलावा, हम जानते हैं कि ब्रह्मांड के विस्तार के साथ इस विकिरण की ऊर्जा कैसे बदलती है। फोटॉन ऊर्जा तरंग दैर्ध्य के व्युत्क्रमानुपाती होती है। जब ब्रह्मांड दो गुना छोटा था, तो बिग बैंग से छोड़े गए फोटों में दो गुना अधिक ऊर्जा थी; जब ब्रह्मांड का आकार इसके वर्तमान का 10% था, तो इन फोटोन की ऊर्जा 10 गुना अधिक थी। यदि हम उस क्षण में वापस जाना चाहते हैं जब ब्रह्मांड का आकार इसके वर्तमान का 0.092% था, तो हम पाते हैं कि ब्रह्मांड आज की तुलना में 10 ⁸⁹ गुना अधिक गर्म था: लगभग 3000 K. इन तापमानों पर, ब्रह्मांड इसमें मौजूद सभी परमाणुओं को आयनित करने में सक्षम है। ठोस, तरल या गैसीय पदार्थों के बजाय, पूरे ब्रह्मांड में सभी पदार्थ आयनित प्लाज्मा के रूप में थे।


एक ब्रह्मांड जिसमें मुक्त इलेक्ट्रॉनों और प्रोटॉन फोटोन से टकराते हैं, यह फोटॉनों के लिए एक तटस्थ, पारदर्शी में बदल जाता है, क्योंकि यह ठंडा और फैलता है। बाईं ओर CMB विकिरण के उत्सर्जन से पहले आयनित प्लाज्मा है, दाईं ओर तटस्थ ब्रह्मांड है, जो फोटॉन के लिए पारदर्शी है।

हम तीन संबंधित मुद्दों को समझते हुए, आज के ब्रह्मांड के आकार पर आते हैं:

1. आज ब्रह्मांड कितनी तेजी से विस्तार कर रहा है - हम इसे कई तरीकों से माप सकते हैं।
2. ब्रह्माण्ड आज कितना गर्म है - यह हम विकिरण विकिरण का अध्ययन करके पता लगा सकते हैं।
3. यूनिवर्स में क्या होते हैं - जिसमें पदार्थ, विकिरण, न्यूट्रिनो, एंटीमैटर, डार्क मैटर, डार्क एनर्जी आदि शामिल हैं।

ब्रह्मांड की वर्तमान स्थिति का उपयोग करते हुए, हम हॉट बिग बैंग के शुरुआती चरणों में वापस एक्सट्रपलेशन कर सकते हैं और ब्रह्मांड की आयु और आकार के लिए मूल्यों पर पहुंच सकते हैं।


बिग बैंग के बाद से गुजरे समय की मात्रा पर, प्रकाशमान वर्षों में, देखे गए ब्रह्मांड के आकार का एक लघुगणितीय कथानक। यह सब केवल अवलोकन योग्य ब्रह्मांड पर लागू होता है।

उपलब्ध अवलोकनों के पूरे सेट से, जिसमें विकिरण, सुपरनोवा डेटा, बड़े पैमाने पर संरचनाओं के अवलोकन और ध्वनिक बैरियन दोलन शामिल हैं, हमें अपने ब्रह्मांड का वर्णन करने वाली एक तस्वीर मिलती है। बिग बैंग के 13.8 बिलियन वर्ष बाद, इसका दायरा 46.1 बिलियन प्रकाश वर्ष है। यह प्रेक्षित की सीमा है। वह सब कुछ जो दूर है, यहां तक ​​कि गर्म बिग बैंग के क्षण से प्रकाश की गति पर चलते हुए, हमारे पास पहुंचने के लिए पर्याप्त समय नहीं होगा। समय के साथ, ब्रह्मांड की आयु और आकार बढ़ता जाता है, और हमेशा एक सीमा होती है कि हम क्या देख सकते हैं।


एक लघुगणकीय पैमाने पर अवलोकन ब्रह्मांड का कलात्मक प्रतिनिधित्व। ध्यान दें कि हम कितने समय तक अतीत में देख सकते हैं, गर्म बिग बैंग के बाद से कितना समय बीत चुका है। यह 13.8 बिलियन वर्ष है, या (ब्रह्मांड के विस्तार को देखते हुए) 46 बिलियन प्रकाश वर्ष। हमारे ब्रह्मांड में रहने वाले हर व्यक्ति, किसी भी बिंदु पर, लगभग एक ही तस्वीर देखेंगे।

हम ब्रह्मांड के उस हिस्से के बारे में क्या कह सकते हैं जो हमारी टिप्पणियों के दायरे से परे है? हम केवल भौतिकी के नियमों के आधार पर अनुमान लगा सकते हैं और हम अपने अवलोकन योग्य भाग में क्या माप सकते हैं। उदाहरण के लिए, हम देखते हैं कि बड़े पैमाने पर ब्रह्मांड स्थानिक रूप से सपाट है: यह 0.25% की सटीकता के साथ या तो सकारात्मक या नकारात्मक रूप से घुमावदार नहीं है। यदि हम मानते हैं कि भौतिकी के हमारे नियम सही रूप से तैयार किए गए हैं, तो हम यह मूल्यांकन कर सकते हैं कि ब्रह्मांड कितना बड़ा हो सकता है जब तक कि यह अपने आप बंद न हो जाए।


गर्म और ठंडे वर्गों की परिमाण और उनके तराजू ब्रह्मांड की वक्रता को दर्शाते हैं। हम कितनी सही तरह से नाप पा रहे हैं, यह बिल्कुल सपाट दिखता है। ध्वनिक बेरियन दोलन वक्रता पर प्रतिबंध लगाने के लिए एक और तरीका प्रदान करते हैं, और इसी तरह के परिणाम पैदा करते हैं।

स्लोअन के डिजिटल आकाश सर्वेक्षण और प्लैंक उपग्रह हमें आज के लिए सबसे अच्छा डेटा देते हैं। वे कहते हैं कि यदि ब्रह्माण्ड भी झुकता है, अपने आप को बंद करता है, तो उसका वह हिस्सा जिसे हम देख सकते हैं, वह फ्लैट से इतना अविभाज्य है कि उसका दायरा, देखे गए भाग की त्रिज्या से 250 गुना कम नहीं होना चाहिए।

इसका अर्थ है कि अप्रमाणित ब्रह्मांड, यदि इसमें कोई टोपोलॉजिकल विषमताएं नहीं हैं, तो कम से कम 23 ट्रिलियन प्रकाश वर्ष का व्यास होना चाहिए, और हम जो देखते हैं, उसकी मात्रा कम से कम 15 मिलियन गुना अधिक होनी चाहिए। लेकिन अगर हम खुद को सैद्धांतिक रूप से बहस करने की अनुमति देते हैं, तो हम काफी हद तक यह साबित कर सकते हैं कि अप्रमाणित ब्रह्मांड का आकार इन अनुमानों से काफी अधिक होना चाहिए।


देखे गए यूनिवर्स का हमारे स्थान से सभी दिशाओं में 46 बिलियन प्रकाश वर्ष का आकार हो सकता है, लेकिन इन सीमाओं से परे निश्चित रूप से इसका एक बड़ा हिस्सा मौजूद है, अप्रचलित, संभवतः अनंत भी, जैसा हम देखते हैं। समय के साथ, हम थोड़ा अधिक देख पाएंगे, लेकिन यह सब नहीं।

हॉट बिग बैंग हमारे लिए ज्ञात अवलोकनीय ब्रह्मांड की उपस्थिति को चिह्नित कर सकता है, लेकिन यह अंतरिक्ष और समय की उत्पत्ति को चिह्नित नहीं करता है। बिग बैंग से पहले ब्रह्मांड ब्रह्माण्डीय मुद्रास्फीति के दौर से गुजरा था। यह पदार्थ और विकिरण से भरा नहीं था, और गर्म नहीं था, लेकिन:

• अंतरिक्ष में निहित ऊर्जा से ही भरा था,
• एक स्थिर, घातीय दर पर विस्तारित,
• और इतनी तेजी से एक नई जगह बनाई कि सबसे छोटी संभव लंबाई, <a

प्लैंक लंबाई [1.6 × 10 ^-35 मीटर], ब्रह्मांड के आकार तक फैली हुई है जो आज हर 10 ^-32 सेकंड में देखी जाती है।


मुद्रास्फीति के कारण अंतरिक्ष तेजी से फैलता है, जो बहुत जल्दी इस तथ्य को जन्म दे सकता है कि घुमावदार या सपाट स्थान सपाट नहीं लगेगा। यदि ब्रह्माण्ड घुमावदार है, तो इसकी वक्रता की त्रिज्या कम से कम सैकड़ों गुना अधिक है जो हम देख सकते हैं।

ब्रह्मांड के हमारे हिस्से में, मुद्रास्फीति वास्तव में समाप्त हो गई है। लेकिन तीन प्रश्न, जिनके उत्तर हमें नहीं पता हैं, यूनिवर्स के वास्तविक आकार को बहुत प्रभावित करते हैं, और क्या यह अनंत है:

1. मुद्रास्फीति के बाद ब्रह्मांड का कितना बड़ा भाग है जिसने हमारे बिग बैंग को जन्म दिया?
2. क्या स्थायी मुद्रास्फीति का विचार सही है, जिसके अनुसार यूनिवर्स का विस्तार असीम रूप से हो रहा है, कम से कम कुछ क्षेत्रों में?
3. महंगाई कितनी देर तक रुकी रही और गर्म बिग बैंग को रोक दिया?

यह संभव है कि ब्रह्माण्ड का वह हिस्सा जहाँ महंगाई घट रही थी, जो हमारे द्वारा देखे जा सकने वाले आकार से बहुत बड़ा नहीं हो पा रहा था। यह संभव है कि किसी भी क्षण "मार्जिन" के अस्तित्व का सबूत होगा, जिस पर मुद्रास्फीति समाप्त हो गई। लेकिन यह भी संभव है कि गोगल्स में यूनिवर्स मनाया के मुकाबले कई गुना बड़ा हो। इन सवालों के जवाब के बिना, हमें मुख्य एक का जवाब नहीं मिलेगा।


जिन क्षेत्रों में बिग बैंग हुआ, उनमें से एक बड़ी संख्या को एक अंतरिक्ष द्वारा साझा किया जाता है जो लगातार मुद्रास्फीति के परिणामस्वरूप बढ़ रहा है। लेकिन हमारे पास यह देखने का कोई उपाय नहीं है कि हमारे अवलोकन योग्य ब्रह्मांड के बाहर क्या है, कैसे मापें, परीक्षण करें या पहुंच प्राप्त करें।

हम जो देख सकते हैं, उसकी सीमाओं से परे, सबसे अधिक संभावना है, यहां तक ​​कि एक बड़ा ब्रह्मांड भी है, हमारा भी, भौतिक विज्ञान के समान नियमों के साथ, समान ब्रह्मांडीय संरचनाओं और एक जटिल जीवन के लिए समान अवसरों के साथ। इसके अलावा, "बबल" जिसमें मुद्रास्फीति समाप्त हो गई थी, उसके पास एक परिमित आकार होना चाहिए, इस तथ्य के बावजूद कि इस तरह के बुलबुले की एक बड़ी संख्या में एक बड़ा, अंतरिक्ष-समय का विस्तार होता है। लेकिन भले ही यह पूरा ब्रह्मांड, या मल्टीवर्स, अविश्वसनीय रूप से बड़ा हो, यह अनंत नहीं हो सकता है। वास्तव में, जब तक मुद्रास्फीति अनिश्चित काल तक जारी नहीं होती, या ब्रह्माण्ड असीम रूप से बड़ा नहीं होता, तब तक इसका परिमित होना आवश्यक है।


कोई फर्क नहीं पड़ता कि हम ब्रह्मांड का कितना बड़ा हिस्सा देखते हैं, चाहे हम कितनी भी दूर देख सकते हैं, यह सब केवल एक छोटा सा अंश है जो वहां मौजूद होना चाहिए, बाहर।

सबसे बड़ी समस्या यह है कि हमारे पास प्रश्न के विशिष्ट उत्तर के लिए पर्याप्त जानकारी नहीं है। हम केवल यह जानते हैं कि हमारे अवलोकन योग्य ब्रह्मांड में उपलब्ध जानकारी का उपयोग कैसे किया जाता है: सभी दिशाओं में ये 46 बिलियन प्रकाश वर्ष। सबसे बड़े सवाल का जवाब, ब्रह्मांड की सुंदरता या अनंत के बारे में, ब्रह्मांड में ही छिपा हो सकता है, लेकिन हम सुनिश्चित करने के लिए जानने के लिए एक बड़े हिस्से को नहीं जान सकते हैं। और जब तक हम इससे निपटते हैं, या भौतिकी की संभावनाओं की सीमाओं का विस्तार करने के लिए एक चालाक योजना के साथ आते हैं, हमारे पास केवल संभावनाएं होंगी।