ब्रह्माण्ड विज्ञान के सबसे बड़े प्रश्नों को कैसे (लगभग) कुछ भी हल नहीं कर सकता | क्वांटा पत्रिका

बंजर रेगिस्तान के बीच में एक उज्ज्वल शहर की तरह, हमारा गैलेक्टिक पड़ोस एक ब्रह्मांडीय शून्य से घिरा हुआ है - अंतरिक्ष की एक विशाल, लगभग अथाह खाली जेब। हाल ही में, आकाश सर्वेक्षणों ने ऐसे हजारों खाली बुलबुले देखे हैं। अब, शोधकर्ताओं ने इन ब्रह्मांडीय रिक्तियों से जानकारी निकालने का एक तरीका ढूंढ लिया है: अंतरिक्ष की मात्रा में उनमें से कितने मौजूद हैं, इसकी गणना करके, वैज्ञानिकों ने ब्रह्मांड विज्ञान में दो सबसे कांटेदार प्रश्नों का पता लगाने का एक नया तरीका तैयार किया है।

"यह पहली बार है कि हमने ब्रह्माण्ड संबंधी जानकारी निकालने के लिए शून्य संख्याओं का उपयोग किया है," उन्होंने कहा ऐलिस पिसानी, प्रिंसटन यूनिवर्सिटी और फ़्लैटिरॉन इंस्टीट्यूट में एक ब्रह्मांड विज्ञानी और एक लेखक नया प्रीप्रिंट कार्य का वर्णन. "अगर हम विज्ञान की सीमाओं को आगे बढ़ाना चाहते हैं, तो हमें जो पहले ही किया जा चुका है उससे आगे जाने की ज़रूरत है।"

शोधकर्ता कुछ हद तक नए उपकरणों की तलाश में हैं क्योंकि उनके पास सुलझाने के लिए कुछ बड़े रहस्य हैं। पहला, और सबसे हैरान करने वाला, वह दर है जिस पर ब्रह्मांड का विस्तार होता है, जिसे मूल्य के रूप में जाना जाता है हबल स्थिरांक. एक दशक से भी अधिक समय से, वैज्ञानिकों ने इस दर के परस्पर विरोधी मापों में सामंजस्य स्थापित करने के लिए संघर्ष किया है, कुछ लोगों ने तो इस मुद्दे को ब्रह्मांड विज्ञान में सबसे बड़ा संकट.

इसके अलावा, शोधकर्ताओं ने परस्पर विरोधी माप ब्रह्मांडीय पदार्थ की अकड़न का - समय के फलन के रूप में पूरे ब्रह्मांड में वितरित बड़े पैमाने की संरचनाओं, डार्क मैटर, आकाशगंगाओं, गैस और रिक्तियों का औसत घनत्व।

आमतौर पर, खगोलशास्त्री उन मूल्यों को दो पूरक तरीकों से मापते हैं। दिलचस्प बात यह है कि ये दोनों विधियां हबल स्थिरांक और तथाकथित पदार्थ क्लस्टरिंग ताकत दोनों के लिए अलग-अलग मान उत्पन्न करती हैं।

अपने नए दृष्टिकोण में, पिसानी और उनके सहयोगी दोनों मूल्यों का अनुमान लगाने के लिए ब्रह्मांडीय रिक्तियों का उपयोग करते हैं। और उनके शुरुआती परिणाम, जो पारंपरिक तरीकों में से एक के साथ दूसरे की तुलना में अधिक निकटता से सहमत प्रतीत होते हैं, अब पहले से ही भरी असहमति में अपनी जटिलताओं का योगदान दे रहे हैं।

"हबल तनाव अब तक एक दशक तक चला है क्योंकि यह एक कठिन समस्या है," उन्होंने कहा एडम रीसजॉन्स हॉपकिन्स विश्वविद्यालय के एक खगोलशास्त्री जो हबल स्थिरांक का अनुमान लगाने के लिए सुपरनोवा का उपयोग करते हैं। "स्पष्ट मुद्दों की जांच कर ली गई है और डेटा में सुधार हुआ है, इसलिए दुविधा और गहरी हो गई है।"

अब, आशा यह है कि लगभग कुछ भी नहीं पढ़ने से कुछ बड़ा हो सकता है।

बुलबुले बनाना

शून्य स्थान अंतरिक्ष के ऐसे क्षेत्र हैं जो औसतन ब्रह्मांड से कम घने हैं। उनकी सीमाएँ आकाशगंगाओं की विशाल चादरों और तंतुओं से परिभाषित होती हैं जो पूरे ब्रह्मांड में बुनी हुई हैं। कुछ रिक्तियाँ करोड़ों प्रकाश-वर्ष तक फैली हुई हैं, और साथ में, ये बुलबुले ब्रह्मांड के आयतन का कम से कम 80% बनाते हैं। हालाँकि, काफी समय तक किसी ने उन पर ज्यादा ध्यान नहीं दिया। पिसानी ने कहा, "मैंने 2011 में लगभग 200 रिक्तियों के साथ अपना शोध शुरू किया।" "लेकिन अब हमारे पास लगभग 6,000 हैं।"

बुलबुलों में फैलने की प्रवृत्ति होती है क्योंकि उनके अंदर, अंदर की ओर गुरुत्वाकर्षण खींचने के लिए ज्यादा पदार्थ नहीं होते हैं। उनके बाहर का सामान दूर ही रहता है। और कोई भी आकाशगंगा जो शून्य के अंदर शुरू होती है, शून्य के किनारे को परिभाषित करने वाली संरचनाओं के गुरुत्वाकर्षण खिंचाव से बाहर की ओर खिंच जाती है। इस वजह से, शून्य में "बहुत कम होता है," पिसानी ने कहा। “कोई विलय नहीं है, कोई जटिल खगोल भौतिकी नहीं है। इससे उनसे निपटना बहुत आसान हो जाता है।”

लेकिन प्रत्येक शून्य का आकार अलग-अलग होता है, जिससे वैज्ञानिकों के लिए उन्हें पहचानना मुश्किल हो सकता है। पिसानी ने कहा, "हम यह सुनिश्चित करना चाहते हैं कि हमारी रिक्तियां मजबूत हों।" "यह कितना खाली होना चाहिए, और मैं इसे कैसे मापूं?"

यह पता चला है कि "कुछ नहीं" की परिभाषा उस प्रकार की जानकारी पर निर्भर करती है जिसे खगोलशास्त्री निकालना चाहते हैं। पिसानी और उनके सहयोगियों ने वोरोनोई आरेख नामक एक गणितीय उपकरण से शुरुआत की, जो 3डी मोज़ेक बनाने वाली आकृतियों की पहचान करता है। इन आरेखों का उपयोग आम तौर पर फोम में बुलबुले और जैविक ऊतकों में कोशिकाओं जैसी चीजों का अध्ययन करने के लिए किया जाता है।

वर्तमान कार्य में, पिसानी और उनके सहयोगियों ने एक विशाल गैलेक्टिक मैपिंग परियोजना से डेटा में लगभग 6,000 रिक्तियों की पहचान करने के लिए अपने वोरोनोई टेसेलेशन को तैयार किया। बैरियन ऑसीलेशन स्पेक्ट्रोस्कोपिक सर्वेक्षण (रोब जमाना)।

"रिक्त स्थान आकाशगंगाओं की सूची के पूरक हैं," ने कहा बेंजामिन वांडेल्ट, पेरिस में सोरबोन विश्वविद्यालय के एक खगोल भौतिकीविद् जो अध्ययन में शामिल नहीं थे। "वे ब्रह्मांडीय संरचना की जांच करने का एक नया तरीका हैं।"

एक बार जब पिसानी और उनके सहयोगियों के पास शून्यता का नक्शा था, तो वे यह देखने के लिए निकल पड़े कि यह विस्तारित ब्रह्मांड के बारे में क्या बता सकता है।

कुछ नहीं से कुछ

प्रत्येक ब्रह्मांडीय शून्य एक महान ब्रह्मांडीय संघर्ष की खिड़की है। एक तरफ, डार्क एनर्जी है, रहस्यमय शक्ति जो हमारे ब्रह्मांड को और अधिक तेजी से विस्तारित करने का कारण बनती है। डार्क एनर्जी खाली स्थान में भी मौजूद होती है, इसलिए यह शून्य की भौतिकी पर हावी होती है। संघर्ष के दूसरी तरफ गुरुत्वाकर्षण है, जो शून्य को एक साथ खींचने का प्रयास करता है। और फिर पदार्थ की गांठ रिक्तता में झुर्रियां डाल देती है।

पिसानी और उनके सहयोगियों सहित सोफिया कॉन्टारिनी बोलोग्ना विश्वविद्यालय ने मॉडल तैयार किया कि ब्रह्मांड का विस्तार विभिन्न आकारों की रिक्तियों की संख्या को कैसे प्रभावित करेगा। उनके मॉडल में, जिसने मुट्ठी भर अन्य ब्रह्माण्ड संबंधी मापदंडों को स्थिर रखा, धीमी विस्तार दर ने छोटे, अधिक टूटे हुए रिक्त स्थान का उच्च घनत्व उत्पन्न किया। दूसरी ओर, यदि विस्तार तेज़ होता और पदार्थ इतनी आसानी से एकत्रित नहीं होता, तो उन्हें और अधिक मिलने की उम्मीद थी बड़ी, चिकनी रिक्तियाँ।

इसके बाद समूह ने अपने मॉडल पूर्वानुमानों की तुलना बीओएसएस सर्वेक्षण की टिप्पणियों से की। इससे वे अकड़न और हबल स्थिरांक दोनों का अनुमान लगाने में सक्षम थे।

फिर उन्होंने इन मूल्यों को मापने के लिए अपने माप को दो पारंपरिक तरीकों के साथ जोड़ दिया। पहली विधि एक प्रकार के ब्रह्मांडीय विस्फोट का उपयोग करती है जिसे टाइप Ia सुपरनोवा कहा जाता है। दूसरा कॉस्मिक माइक्रोवेव बैकग्राउंड (सीएमबी) पर निर्भर करता है, जो बिग बैंग से बचा हुआ विकिरण है।

शून्य डेटा से हबल स्थिरांक का पता चला जो सीएमबी के अनुमान से 1% से कम भिन्न था। अकड़न का परिणाम अधिक गड़बड़ था, लेकिन यह टाइप Ia सुपरनोवा की तुलना में सीएमबी के साथ अधिक निकटता से जुड़ा हुआ था।

हैरानी की बात यह है कि बीओएसएस सर्वेक्षण में रिक्तियां स्थान और समय में हाल के प्रकार Ia सुपरनोवा के करीब हैं - जिससे यह थोड़ा आश्चर्यजनक हो जाता है कि शून्य माप प्राइमर्डियल सीएमबी के साथ अधिक निकटता से संरेखित होते हैं। हालाँकि, वांडेल्ट ने सुझाव दिया कि परिणाम ब्रह्मांड के बारे में एक नई समझ प्रकट कर सकते हैं।

उन्होंने कहा, "एक गहरी अंतर्दृष्टि है जो मेरे रोंगटे खड़े कर देती है।" रिक्तियों के अंदर, संरचनाएं कभी नहीं बनीं और विकसित हुईं, इसलिए रिक्तियां "प्रारंभिक ब्रह्मांड के समय कैप्सूल हैं।"

दूसरे शब्दों में, यदि प्रारंभिक ब्रह्मांड की भौतिकी वर्तमान समय की भौतिकी से भिन्न थी, तो रिक्तियों ने इसे संरक्षित किया होगा।

अनुपस्थिति का भविष्य

अन्य लोग सोचते हैं कि नए परिणामों से कोई निष्कर्ष निकालना जल्दबाजी होगी।

हजारों रिक्तियों के बावजूद, अध्ययन की त्रुटि पट्टियाँ अभी भी इतनी बड़ी हैं कि कुछ भी निर्णायक नहीं कहा जा सकता। "यह विश्लेषण बहुत अच्छी तरह से किया गया है," उन्होंने कहा रूथ ड्यूरर, जिनेवा विश्वविद्यालय के एक सैद्धांतिक भौतिक विज्ञानी जिन्होंने शोध में भाग नहीं लिया। लेकिन, ड्यूरर ने कहा, परिणाम अभी तक सांख्यिकीय महत्व तक नहीं पहुंचे हैं। ड्यूरर ने कहा, "अगर ऐलिस आश्चर्यजनक रूप से अच्छे हबल निरंतर माप के क्लब में रहना चाहती है, तो उसे 1% की सीमा तक पहुंचना होगा, जो एक बड़ी चुनौती है।"

पिसानी ने कहा कि वह इस काम को अवधारणा का प्रमाण मानती हैं। विरोधाभासी सीएमबी और टाइप आईए सुपरनोवा माप के बराबर पर्याप्त शून्य डेटा जमा करने में संभवतः एक और दशक लगेगा - और नासा के नैन्सी ग्रेस रोमन स्पेस टेलीस्कोप और एसपीएचईआरईएक्स वेधशाला जैसे भविष्य के मिशनों की मदद से।

ड्यूरर यह भी बताते हैं कि शायद ये तर्क - ब्रह्मांडीय तनावों को सुलझाने के प्रयास - किसी भी चीज़ के बारे में बहुत कुछ नहीं हैं, और यह कि अवलोकन संबंधी असहमति एक वास्तविकता की ओर इशारा कर सकती है जिसे वैज्ञानिकों को मिटाने की कोशिश नहीं करनी चाहिए।

उन्होंने कहा, "सुपरनोवा और सीएमबी समूह माप कर रहे हैं जो बहुत, बहुत अलग हैं।" "तो नई भौतिकी हो सकती है जो बताती है कि हमें वही चीज़ क्यों नहीं देखनी चाहिए।"

संपादक का नोट: ऐलिस पिसानी को फंडिंग प्राप्त होती है सिमंस फाउंडेशन, जो इस संपादकीय स्वतंत्र पत्रिका को फंड भी करता है। सिमंस फाउंडेशन के फंडिंग फैसलों का हमारे कवरेज पर कोई प्रभाव नहीं है। अधिक विवरण हैं यहाँ उपलब्ध.