کاسمولوجی کے سب سے بڑے سوالات کیسے (تقریباً) کچھ بھی حل نہیں کر سکتا کوانٹا میگزین

ایک بنجر صحرا کے بیچ میں ایک روشن شہر کی طرح، ہمارا کہکشاں پڑوس ایک کائناتی خلا سے ڈھکا ہوا ہے — ایک بہت بڑا، تقریباً ناقابل یقین حد تک خالی جیب۔ حال ہی میں، آسمانی سروے نے ان میں سے ہزاروں خالی بلبلوں کو دیکھا ہے۔ اب، محققین نے ان کائناتی خالی جگہوں سے معلومات نکالنے کا ایک طریقہ ڈھونڈ لیا ہے: ان میں سے کتنے خلا کے حجم میں موجود ہیں یہ شمار کرکے، سائنس دانوں نے کاسمولوجی کے دو کانٹے دار سوالات کو دریافت کرنے کا ایک نیا طریقہ وضع کیا ہے۔

"یہ پہلی بار ہے کہ ہم نے کائناتی معلومات کو نکالنے کے لیے باطل نمبروں کا استعمال کیا ہے،" کہا ایلس پسانی، پرنسٹن یونیورسٹی اور فلیٹیرون انسٹی ٹیوٹ میں ایک کاسمولوجسٹ اور ایک مصنف نیا پری پرنٹ کام کی وضاحت. "اگر ہم سائنس کی حدود کو آگے بڑھانا چاہتے ہیں، تو ہمیں اس سے آگے بڑھنے کی ضرورت ہے جو پہلے ہی کیا جا چکا ہے۔"

محققین جزوی طور پر نئے ٹولز تلاش کر رہے ہیں کیونکہ ان کے پاس حل کرنے کے لیے کچھ بڑے اسرار ہیں۔ پہلی، اور سب سے زیادہ پریشان کن، وہ شرح ہے جس سے کائنات پھیلتی ہے، ایک قدر جس کے نام سے جانا جاتا ہے۔ ہبل مستقل. ایک دہائی سے زیادہ عرصے سے، سائنس دانوں نے اس شرح کی متضاد پیمائشوں کو ملانے کے لیے جدوجہد کی ہے، اور کچھ لوگ اس مسئلے کو کاسمولوجی میں سب سے بڑا بحران.

اس کے علاوہ، محققین نے متضاد پیمائش کائناتی مادّے کے گہرے پن کا—بڑے پیمانے پر ڈھانچے، تاریک مادّہ، کہکشاؤں، گیس اور خلا کی اوسط کثافت جو وقت کی ایک تقریب کے طور پر پوری کائنات میں تقسیم ہوتی ہے۔

عام طور پر، ماہرین فلکیات ان اقدار کو دو تکمیلی طریقوں سے ماپتے ہیں۔ دلچسپ بات یہ ہے کہ یہ دونوں طریقے ہبل مستقل اور نام نہاد مادے کی کلسٹرنگ طاقت دونوں کے لیے مختلف قدریں پیدا کرتے ہیں۔

اپنے نئے انداز میں، پیسانی اور اس کے ساتھی دونوں قدروں کا اندازہ لگانے کے لیے کائناتی خالی جگہوں کا استعمال کرتے ہیں۔ اور ان کے ابتدائی نتائج، جو بظاہر روایتی طریقوں میں سے ایک کے ساتھ دوسرے کے مقابلے میں بہت زیادہ متفق نظر آتے ہیں، اب ان کی اپنی پیچیدگیوں کو پہلے سے ہی بھرے ہوئے اختلاف میں شامل کر رہے ہیں۔

"ہبل تناؤ اب تک ایک دہائی تک جاری رہا ہے کیونکہ یہ ایک مشکل مسئلہ ہے،" کہا آدم رائسزجانس ہاپکنز یونیورسٹی کے ماہر فلکیات جو ہبل کے مستقل کا اندازہ لگانے کے لیے سپر نواس استعمال کرتے ہیں۔ "واضح مسائل کی جانچ پڑتال کی گئی ہے اور ڈیٹا میں بہتری آئی ہے، لہذا مخمصہ مزید گہرا ہوتا جا رہا ہے۔"

اب، امید ہے کہ تقریباً کسی بھی چیز کا مطالعہ کرنے سے کچھ بڑا نہیں ہو سکتا۔

بلڈنگ بلبلے۔

خلا کے وہ علاقے ہیں جو اوسطاً کائنات سے کم گھنے ہیں۔ ان کی حدود کی وضاحت کہکشاؤں کی بے پناہ چادروں اور تنتوں سے ہوتی ہے جو پورے کائنات میں بنے ہوئے ہیں۔ کچھ خالی جگہیں کروڑوں نوری سال پر محیط ہوتی ہیں، اور ایک ساتھ مل کر یہ بلبلے کائنات کے حجم کا کم از کم 80 فیصد بنتے ہیں۔ ایک طویل عرصے تک، اگرچہ، کسی نے ان پر زیادہ توجہ نہیں دی. پسانی نے کہا، "میں نے 2011 میں تقریباً 200 خالی جگہوں کے ساتھ اپنی تحقیق کا آغاز کیا۔ "لیکن اب ہمارے پاس تقریباً 6,000 ہیں۔"

بلبلوں میں پھیلنے کا رجحان ہوتا ہے کیونکہ ان کے اندر، اندر کی کشش ثقل کو کھینچنے کے لیے زیادہ مادہ نہیں ہوتا ہے۔ ان کے باہر کی چیزیں دور رہتی ہیں۔ اور کوئی بھی کہکشائیں جو خلا کے اندر سے شروع ہوتی ہیں وہ خلا کے کنارے کی وضاحت کرنے والے ڈھانچے کی کشش ثقل کے ذریعے باہر کی طرف کھینچ جاتی ہیں۔ پسانی نے کہا کہ اس کی وجہ سے، "بہت کم ہوتا ہے"۔ "کوئی انضمام نہیں ہے، کوئی پیچیدہ فلکی طبیعیات نہیں ہے۔ اس سے ان سے نمٹنے میں بہت آسانی ہوتی ہے۔"

لیکن ہر باطل کی شکل مختلف ہوتی ہے، جو سائنسدانوں کے لیے ان کی شناخت کرنا مشکل بنا سکتی ہے۔ پسانی نے کہا کہ "ہم اس بات کو یقینی بنانا چاہتے ہیں کہ ہمارے خلا مضبوط ہوں۔" "یہ کتنا خالی ہونا ضروری ہے، اور میں اس کی پیمائش کیسے کروں؟"

اس سے پتہ چلتا ہے کہ "کچھ نہیں" کی تعریف اس بات پر منحصر ہے کہ ماہرین فلکیات کس قسم کی معلومات نکالنا چاہتے ہیں۔ Pisani اور ساتھیوں نے ایک ریاضی کے آلے کے ساتھ شروع کیا جسے Voronoi ڈایاگرام کہا جاتا ہے، جو ان شکلوں کی شناخت کرتا ہے جو 3D موزیک بناتے ہیں۔ یہ خاکے عام طور پر فوموں میں بلبلوں اور حیاتیاتی بافتوں میں خلیات جیسی چیزوں کا مطالعہ کرنے کے لیے استعمال ہوتے ہیں۔

موجودہ کام میں، Pisani اور اس کے ساتھیوں نے اپنے Voronoi tessellations کو تیار کیا تاکہ ایک بہت بڑے کہکشاں کی نقشہ سازی کے منصوبے سے ڈیٹا میں تقریباً 6,000 voids کی شناخت کی جا سکے۔ Baryon Oscillation Spectroscopic سروے (BOSS)۔

"Voids کہکشاؤں کے کیٹلاگ کے تکمیلی ہوتے ہیں،" کہا بینجمن وانڈیلٹ، پیرس کی سوربون یونیورسٹی میں ایک فلکیاتی طبیعیات دان جو اس مطالعے میں شامل نہیں تھے۔ "وہ کائناتی ڈھانچے کی تحقیقات کا ایک نیا طریقہ ہیں۔"

ایک بار جب پیسانی اور ساتھیوں کے پاس خالی جگہوں کا نقشہ تھا، تو وہ یہ دیکھنے کے لیے نکلے کہ یہ پھیلتی ہوئی کائنات کے بارے میں کیا ظاہر کر سکتا ہے۔

کچھ بھی نہیں سے کچھ

ہر کائناتی خلا ایک عظیم کائناتی تصادم کی کھڑکی ہے۔ ایک طرف، تاریک توانائی ہے، وہ پراسرار قوت جس کی وجہ سے ہماری کائنات تیزی سے پھیلتی ہے۔ ڈارک انرجی خالی جگہ میں بھی موجود ہوتی ہے، اس لیے یہ صفر کی طبیعیات پر حاوی ہے۔ تنازعہ کے دوسری طرف کشش ثقل ہے، جو باطل کو ایک ساتھ کھینچنے کی کوشش کرتی ہے۔ اور پھر مادے کی گڑبڑ پن سے خالی جگہوں پر جھریاں پڑ جاتی ہیں۔

پسانی اور ان کے ساتھیوں سمیت صوفیہ کونٹرینی یونیورسٹی آف بولوگنا کے، نمونہ بنایا کہ کس طرح کائنات کی توسیع مختلف سائز کے voids کی تعداد کو متاثر کرے گی۔ ان کے ماڈل میں، جس نے مٹھی بھر دیگر کائناتی پیرامیٹرز کو مستقل رکھا، ایک دھیمی توسیع کی شرح نے چھوٹے، زیادہ پسے ہوئے خالی جگہوں کی زیادہ کثافت پیدا کی۔ دوسری طرف، اگر توسیع تیز تھی اور مادّہ اتنی آسانی سے جمع نہیں ہوتا تھا، تو وہ مزید تلاش کرنے کی توقع رکھتے تھے۔ بڑے، ہموار voids.

اس کے بعد گروپ نے اپنی ماڈل کی پیشین گوئیوں کا موازنہ BOSS سروے کے مشاہدات سے کیا۔ اس سے، وہ گڑبڑ اور ہبل مستقل دونوں کا اندازہ لگانے کے قابل تھے۔

اس کے بعد انہوں نے اپنی پیمائش کو ان اقدار کی پیمائش کے دو روایتی طریقوں سے جوڑ دیا۔ پہلا طریقہ کائناتی دھماکے کی ایک قسم کا استعمال کرتا ہے جسے Type Ia سپرنووا کہتے ہیں۔ دوسرا کاسمک مائیکرو ویو بیک گراؤنڈ (سی ایم بی) پر انحصار کرتا ہے، بگ بینگ سے بچ جانے والی تابکاری۔

باطل اعداد و شمار نے ایک ہبل مستقل کا انکشاف کیا جو CMB کے تخمینہ سے 1% سے بھی کم مختلف تھا۔ گڑبڑ کا نتیجہ زیادہ گڑبڑ تھا، لیکن یہ ٹائپ Ia سپرنواس کے مقابلے CMB کے ساتھ زیادہ قریب سے جڑا ہوا تھا۔

حیران کن طور پر، BOSS سروے میں خلا اور وقت میں زیادہ حالیہ قسم Ia سپرنواس کے قریب ہیں - یہ قدرے حیران کن ہے کہ باطل کی پیمائشیں ابتدائی CMB کے ساتھ زیادہ قریب سے سیدھ میں ہیں۔ وانڈیلٹ نے، اگرچہ، تجویز کیا کہ نتائج کائنات کے بارے میں ایک نئی تفہیم کو ظاہر کر سکتے ہیں.

"ایک گہری بصیرت ہے جس سے میرے بال کھڑے ہو جاتے ہیں،" اس نے کہا۔ voids کے اندر، ڈھانچے کبھی نہیں بنتے اور تیار نہیں ہوتے، لہذا voids "ابتدائی کائنات کے ٹائم کیپسول ہیں۔"

دوسرے لفظوں میں، اگر ابتدائی کائنات کی طبیعیات موجودہ دور کی طبیعیات سے مختلف ہوتی، تو ممکن ہے کہ خلا نے اسے محفوظ رکھا ہو۔

غیر موجودگی کا مستقبل

دوسروں کا خیال ہے کہ نئے نتائج سے کوئی نتیجہ اخذ کرنا بہت جلد ہے۔

یہاں تک کہ ہزاروں خالی جگہوں کے باوجود، مطالعہ کی غلطی کی سلاخیں اب بھی اتنی بڑی ہیں کہ حتمی طور پر کچھ نہیں کہا جا سکتا۔ "یہ تجزیہ بہت اچھی طرح سے کیا گیا ہے،" کہا روتھ ڈورر، جنیوا یونیورسٹی کے ایک نظریاتی طبیعیات دان جنہوں نے تحقیق میں حصہ نہیں لیا۔ لیکن، ڈورر نے نوٹ کیا، نتائج ابھی تک شماریاتی اہمیت تک نہیں پہنچے ہیں۔ "اگر ایلس حیرت انگیز طور پر اچھی ہبل مستقل پیمائش کے کلب میں رہنا چاہتی ہے، تو اسے 1٪ کی حد تک پہنچنا ہوگا، جو کہ ایک بہت بڑا چیلنج ہے،" ڈورر نے کہا۔

پسانی نے کہا کہ وہ اس کام کو تصور کا ثبوت سمجھتی ہیں۔ اس میں ممکنہ طور پر ایک اور دہائی لگ جائے گی — اور مستقبل کے مشنوں جیسے کہ NASA کے نینسی گریس رومن اسپیس ٹیلی سکوپ اور SPHEREx آبزرویٹری کی مدد — متضاد CMB اور Type Ia سپرنووا پیمائش کے برابر ہونے کے لیے کافی باطل ڈیٹا جمع کرنے میں۔

ڈورر نے یہ بھی بتایا کہ شاید یہ دلائل - کائناتی تناؤ کو ملانے کی کوششیں - کچھ بھی نہیں ہے، اور یہ کہ مشاہداتی اختلاف ایک ایسی حقیقت کی طرف اشارہ کر سکتا ہے جسے سائنسدانوں کو مٹانے کی کوشش نہیں کرنی چاہیے۔

"سپرنووا اور سی ایم بی گروپ پیمائش کر رہے ہیں جو بہت، بہت مختلف ہیں،" انہوں نے کہا۔ "لہذا وہاں نئی ​​طبیعیات ہوسکتی ہیں جو یہ بتاتی ہیں کہ ہمیں ایک ہی چیز کیوں نہیں دیکھنی چاہئے۔"

ایڈیٹر کا نوٹ: ایلس پسانی کو فنڈنگ ​​مل رہی ہے۔ سیمون فائونڈیشن، جو اس ادارتی طور پر آزاد میگزین کو بھی فنڈز فراہم کرتا ہے۔ سائمنز فاؤنڈیشن کے فنڈنگ ​​کے فیصلوں کا ہماری کوریج پر کوئی اثر نہیں ہوتا ہے۔ مزید تفصیلات یہ ہیں۔ یہاں دستیاب.