کہکشاؤں کی تقسیم میں عدم توازن کا پتہ چلا

طبیعیات دانوں کا خیال ہے کہ انہوں نے آسمان میں کہکشاؤں کے انتظامات میں ایک حیرت انگیز عدم توازن کا پتہ لگایا ہے۔ اگر تصدیق ہو جاتی ہے، تو یہ دریافت ان نامعلوم بنیادی قوانین کی خصوصیات کی طرف اشارہ کرے گی جو بگ بینگ کے دوران کام کرتے تھے۔

"اگر یہ نتیجہ حقیقی ہے، تو کسی کو نوبل انعام ملے گا،" کہا مارک کامیونکوسکیجان ہاپکنز یونیورسٹی کے ماہر طبیعیات جو اس تجزیے میں شامل نہیں تھے۔

گویا کنیکٹ دی ڈاٹس کا ایک کائناتی کھیل کھیل رہے ہیں، محققین نے چار کہکشاؤں کے سیٹوں کے درمیان لکیریں کھینچیں، چار کونوں والی شکلیں بنائیں جنہیں ٹیٹراہیڈرا کہتے ہیں۔ جب انہوں نے 1 ملین کہکشاؤں کے کیٹلاگ سے ہر ممکن ٹیٹراہیڈرون بنایا، تو انہوں نے پایا کہ ٹیٹراہیڈرا پر مبنی ایک طرفہ ان کی عکس کی تصاویر سے زیادہ ہے۔

ٹیٹراہیڈرا اور ان کے آئینے کی تصاویر کے درمیان عدم توازن کا اشارہ سب سے پہلے تھا۔ رپورٹ کے مطابق by اولیور فلکوکسنیو یارک میں کولمبیا یونیورسٹی میں ایک فلکیاتی طبیعیات دان، میں شائع ہونے والے ایک مقالے میں جسمانی جائزہ D ستمبر میں. بیک وقت کیے گئے ایک آزاد تجزیے میں جو اب ہم مرتبہ کے جائزے سے گزر رہا ہے، جیامن ہو اور زچری سلیپین فلوریڈا یونیورسٹی کے اور رابرٹ کین لارنس برکلے نیشنل لیبارٹری کی پتہ چلا اعداد و شمار کے یقین کی سطح کے ساتھ عدم توازن جسے طبیعیات دان عام طور پر حتمی سمجھتے ہیں۔

لیکن اس طرح کی بلاک بسٹر تلاش کے ساتھ - اور ایک جس کا ابھی بھی جائزہ لیا جارہا ہے - ماہرین کا کہنا ہے کہ احتیاط کی ضرورت ہے۔

"اس کی کوئی واضح وجہ نہیں ہے کہ انہوں نے غلطی کی ہے،" کہا شان ہوٹکس، آکلینڈ یونیورسٹی میں ایک کاسمولوجسٹ۔ ’’اس کا مطلب یہ نہیں کہ کوئی غلطی نہیں ہے۔‘‘

پوٹیٹو عدم توازن ایک توازن کی خلاف ورزی کرتا ہے جسے "پیریٹی" کہا جاتا ہے، جو بائیں اور دائیں کی مساوات ہے۔ اگر مشاہدہ جانچ پڑتال کا مقابلہ کرتا ہے، تو طبیعیات دانوں کے خیال میں اسے بنیادی عمل میں ایک نامعلوم، برابری کی خلاف ورزی کرنے والے جزو کی عکاسی کرنی چاہیے جس نے ہماری کائنات میں تیار ہونے والے تمام ڈھانچے کے بیج بوئے۔

"یہ ایک ناقابل یقین نتیجہ ہے - واقعی متاثر کن،" Kamionkowski نے کہا۔ "کیا میں اس پر یقین کرتا ہوں؟ میں واقعی جشن منانے کا انتظار کروں گا۔"

بائیں ہاتھ کی کائنات

برابری کبھی طبیعیات کی ایک پسندیدہ ہم آہنگی تھی۔ لیکن پھر، 1957 میں، چینی امریکی ماہر طبیعیات Chien-Shiung Wu کے جوہری کشی کے تجربات۔ نازل کیا کہ ہماری کائنات کا واقعی اس سے تھوڑا سا تعلق ہے: کمزور جوہری قوت میں شامل ذیلی ایٹمی ذرات، جو جوہری کشی کا سبب بنتے ہیں، ہمیشہ مقناطیسی طور پر اس سمت کے مخالف سمت میں ہوتے ہیں جس میں وہ حرکت کرتے ہیں، تاکہ وہ بائیں طرف کے دھاگوں کی طرح گھوم جائیں۔ - ہاتھ کا پیچ۔ آئینے کی تصویر کے ذرات - جو دائیں ہاتھ کے پیچ جیسے ہیں - کمزور قوت کو محسوس نہیں کرتے ہیں۔

وو کا انکشاف چونکا دینے والا تھا۔ ماہر طبیعیات جان بلاٹ نے وولف گینگ پاؤلی کو لکھے ایک خط میں کہا کہ "ہم سب اپنے پیارے دوست، برابری کی موت سے ہلا ک ہو گئے ہیں۔"

کمزور قوت کے بائیں ہاتھ پر ایسے لطیف اثرات ہوتے ہیں جو کہکشاں کے پیمانے پر کائنات کو متاثر نہیں کر سکتے تھے۔ لیکن وو کی دریافت کے بعد سے، طبیعیات دانوں نے دوسرے طریقے تلاش کیے ہیں جن میں کائنات اپنے عکس کی تصویر سے مختلف ہے۔

اگر، مثال کے طور پر، کچھ بنیادی برابری کی خلاف ورزی اس وقت عمل میں آئی جب کائنات اپنی ابتدائی حالت میں تھی، تو اس نے کائنات کی ساخت پر ایک موڑ کا نشان لگایا ہوگا۔

کائنات کی پیدائش کے وقت یا اس کے قریب، انفلاٹون کے نام سے جانا جاتا ایک فیلڈ کے بارے میں خیال کیا جاتا ہے کہ اس میں جگہ جگہ پھیلی ہوئی ہے۔ ایک ہلتا ​​ہوا، ابلتا ہوا میڈیم جہاں انفلاٹون کے ذرات مسلسل بلبلے اور غائب ہوتے رہتے ہیں، انفلاٹون فیلڈ بھی ناگوار تھا۔ مختصر وقت کے لیے یہ موجود ہو سکتا ہے، اس کی وجہ سے ہماری کائنات تیزی سے اپنے اصل سائز سے 100 ٹریلین ٹریلین گنا تک پھیل گئی ہو گی۔ انفلاٹون فیلڈ میں ذرات کے وہ تمام کوانٹم اتار چڑھاو باہر کی طرف پھینکے گئے اور کائنات میں جم گئے، مادے کی کثافت میں تغیرات بن گئے۔ کہکشاں اور بڑے پیمانے پر ڈھانچہ جو ہم آج دیکھ رہے ہیں، پیدا کرنے کے لیے کثافت کی کثافت کی جیبیں ثقلی طور پر یکجا ہوتی رہیں۔

1999 میں، کامیونکوسکی سمیت محققین سمجھا اگر اس دھماکے سے پہلے ایک سے زیادہ فیلڈ موجود ہوتے تو کیا ہوتا؟ انفلاٹون فیلڈ کسی دوسرے فیلڈ کے ساتھ تعامل کرسکتا تھا جو دائیں ہاتھ اور بائیں ہاتھ والے ذرات پیدا کرسکتا تھا۔ اگر انفلاٹون دائیں ہاتھ والے ذرات کو بائیں ہاتھ والے ذرات سے مختلف سمجھتا، تو یہ ترجیحی طور پر ایک ہاتھ کے ذرات دوسرے پر پیدا کر سکتا تھا۔ یہ نام نہاد Chern-Simons کے جوڑے نے ابتدائی کوانٹم اتار چڑھاو کو ترجیحی ہاتھ کے ساتھ امبیو کیا ہوگا، جو کہکشاؤں کے بائیں ہاتھ اور دائیں ہاتھ کے ٹیٹراہیڈرل انتظامات کے عدم توازن میں بدل گیا ہوگا۔

جہاں تک اضافی فیلڈ کیا ہو سکتا ہے، ایک امکان کشش ثقل کا میدان ہے۔ اس منظر نامے میں، ایک برابری کی خلاف ورزی کرنے والا چرن-سیمنز تعامل انفلاٹون ذرات اور کشش ثقل کے درمیان واقع ہوگا - کشش ثقل کی کوانٹم اکائیاں - جو افراط زر کے دوران کشش ثقل کے میدان میں پاپ اپ ہوئی ہوں گی۔ اس طرح کے تعامل نے ابتدائی کائنات کی کثافت کی مختلف حالتوں میں اور اس کے نتیجے میں، آج کے بڑے پیمانے پر ڈھانچے میں ایک ہاتھ پیدا کیا ہوگا۔

2006 میں سٹیفن الیگزینڈر، اب براؤن یونیورسٹی میں ماہر طبیعیات، تجویز پیش کی ہے کہ Chern-Simons کی کشش ثقل بھی ممکنہ طور پر کاسمولوجی کے سب سے بڑے رازوں میں سے ایک کو حل کر سکتی ہے: کیوں ہماری کائنات اینٹی میٹر سے زیادہ مادے پر مشتمل ہے۔ اس نے اندازہ لگایا کہ چرن-سائمنز کے تعامل سے بائیں ہاتھ کے کشش ثقل کی نسبتا کثرت ہو سکتی ہے، جس کے نتیجے میں دائیں ہاتھ کے اینٹی میٹر پر بائیں ہاتھ کا مادہ ترجیحی طور پر پیدا ہو گا۔

سکندر کا خیال برسوں تک نسبتاً مبہم رہا۔ جب اس نے نئے نتائج کے بارے میں سنا تو اس نے کہا، "یہ ایک بڑا تعجب تھا۔"

آسمان میں ٹیٹراہیڈرا

Cahn کا خیال تھا کہ ابتدائی کائنات میں برابری کی خلاف ورزی کے ساتھ مادّے کے مخالف مادّہ کے توازن کی پہیلی کو حل کرنے کا امکان "قیاس آرائی، بلکہ اشتعال انگیز بھی تھا۔" 2019 میں، اس نے سلوان ڈیجیٹل اسکائی سروے میں کہکشاؤں کے کیٹلاگ میں برابری کی خلاف ورزی کو تلاش کرنے کا فیصلہ کیا۔ اسے کچھ ملنے کی امید نہیں تھی لیکن اس نے سوچا کہ یہ چیک کرنے کے قابل ہوگا۔

یہ جانچنے کے لیے کہ کہکشاں کی تقسیم برابری کا احترام کرتی ہے یا اس کی خلاف ورزی کرتی ہے، وہ اور اس کے ساتھی جانتے تھے کہ انہیں چار کہکشاؤں کے ٹیٹراہیڈرل انتظامات کا مطالعہ کرنے کی ضرورت ہے۔ اس کی وجہ یہ ہے کہ ٹیٹراہیڈرون سب سے آسان سہ جہتی شکل ہے، اور صرف 3D اشیاء کو برابری کی خلاف ورزی کا موقع ملتا ہے۔ اس کو سمجھنے کے لیے اپنے ہاتھوں پر غور کریں۔ چونکہ ہاتھ 3D ہیں، اس لیے بائیں ہاتھ کو گھمانے کا کوئی طریقہ نہیں ہے تاکہ اسے دائیں ہاتھ کی طرح دکھائی دے۔ اپنے بائیں ہاتھ کو اس طرح پلٹائیں کہ دونوں ہاتھوں کے انگوٹھے بائیں طرف ہوں، اور آپ کے ہاتھ اب بھی مختلف نظر آتے ہیں - ہتھیلیوں کا رخ مخالف راستوں سے ہوتا ہے۔ اس کے برعکس، اگر آپ کاغذ کی شیٹ پر بائیں ہاتھ کا سراغ لگاتے ہیں اور 2D تصویر کو کاٹتے ہیں، تو کٹ آؤٹ کو پلٹنے سے یہ دائیں ہاتھ کی طرح نظر آتا ہے۔ کٹ آؤٹ اور اس کے آئینے کی تصویر کو الگ نہیں کیا جا سکتا۔

2020 میں، Slepian اور Cahn نے آسمان میں بائیں ہاتھ اور دائیں ہاتھ والوں کی تعداد کا موازنہ کرنے کے لیے کہکشاؤں کے ٹیٹراہیڈرل ترتیب کے "ہاتھ" کی وضاحت کرنے کا ایک طریقہ نکالا۔ سب سے پہلے انہوں نے ایک کہکشاں لی اور تین دیگر کہکشاؤں کے فاصلے کو دیکھا۔ اگر دائیں ہاتھ کے اسکرو کی طرح گھڑی کی سمت میں فاصلے بڑھتے ہیں، تو وہ ٹیٹراہیڈرون کو دائیں ہاتھ کہتے ہیں۔ اگر فاصلہ گھڑی کی مخالف سمت میں بڑھتا ہے، تو یہ بائیں ہاتھ تھا۔

اس بات کا تعین کرنے کے لیے کہ آیا مجموعی طور پر کائنات کا کوئی ترجیحی ہاتھ ہے، انہیں 1 ملین کہکشاؤں کے اپنے ڈیٹا بیس سے بنائے گئے تمام ٹیٹراہیڈرا کا تجزیہ دہرانا پڑا۔ تقریباً 1 ٹریلین ٹریلین اس طرح کے ٹیٹراہیڈرا ہیں - ایک وقت میں ایک کو سنبھالنے کے لیے ایک ناقابل فہرست فہرست۔ لیکن ایک فیکٹرنگ چال اس میں تیار ہوئی۔ پہلے کام ایک مختلف مسئلے پر محققین کو ٹیٹراہیڈرا کی برابری کو زیادہ جامع طور پر دیکھنے کی اجازت دی: ایک وقت میں ایک ٹیٹراہیڈرون کو جمع کرنے اور اس کی برابری کا تعین کرنے کے بجائے، وہ ہر کہکشاں کو باری باری لے سکتے ہیں اور دیگر تمام کہکشاؤں کو اس کہکشاں سے ان کی دوری کے مطابق گروپ کر سکتے ہیں، پیاز کی تہوں کی طرح پرتیں بنانا۔ کروی ہارمونکس کہلانے والے زاویوں کے ریاضیاتی افعال کے لحاظ سے ہر پرت میں کہکشاؤں کی رشتہ دار پوزیشنوں کا اظہار کرتے ہوئے، وہ منظم طریقے سے تین تہوں کے سیٹ کو یکجا کر کے اجتماعی ٹیٹراہیڈرا بنا سکتے ہیں۔

محققین نے پھر نتائج کا موازنہ طبیعیات کے برابری کے تحفظ کے قوانین کی بنیاد پر اپنی توقعات سے کیا۔ Hou نے اس قدم کی قیادت کی، کہکشاؤں کے جعلی کیٹلاگوں کا تجزیہ کیا جو کائنات کے ارتقاء کو چھوٹے، برابری کو محفوظ رکھنے والی کثافت کی مختلف حالتوں سے شروع کرتے ہوئے تخلیق کیے گئے تھے۔ ان فرضی کیٹلاگوں سے، Hou اور اس کے ساتھی اس بات کا تعین کر سکتے ہیں کہ بائیں اور دائیں ہاتھ والے ٹیٹراہیڈرا کی تعداد تصادفی طور پر کیسے مختلف ہوتی ہے، یہاں تک کہ آئینے کی ہم آہنگی والی دنیا میں بھی۔

ٹیم کو حقیقی اعداد و شمار میں برابری کی خلاف ورزی کی "سات سگما" کی سطح ملی، مطلب یہ ہے کہ بائیں اور دائیں ہاتھ والے ٹیٹراہیڈرا کے درمیان عدم توازن سات گنا زیادہ تھا جس کی بے ترتیب موقع اور غلطی کے دیگر قابل فہم ذرائع سے توقع کی جا سکتی تھی۔

Kamionkowski نے اسے "ناقابل یقین ہے کہ وہ ایسا کرنے کے قابل تھے" قرار دیا، انہوں نے مزید کہا کہ "تکنیکی طور پر، یہ بالکل حیران کن ہے۔ یہ واقعی، واقعی، واقعی پیچیدہ تجزیہ ہے۔"

Philcox نے اسی طرح کے طریقے استعمال کیے (اور Hou، Slepian اور Cahn کے ساتھ اس طرح کے تجزیے کی تجویز کرنے والے کچھ پہلے کاغذات کی مشترکہ تصنیف کی تھی)، لیکن اس نے کچھ مختلف انتخاب کیے - مثال کے طور پر، کہکشاؤں کو Hou اور ساتھیوں کے مقابلے کم تہوں میں گروپ کرنا، اور کچھ مسائل کو چھوڑنا۔ تجزیہ سے ٹیٹراہیڈرا - اور اس وجہ سے برابری کی زیادہ معمولی 2.9-سگما خلاف ورزی پائی گئی۔ محققین اب ان کے تجزیوں کے درمیان فرق کا مطالعہ کر رہے ہیں۔ اعداد و شمار کو سمجھنے کی وسیع کوششوں کے بعد بھی تمام فریق محتاط رہتے ہیں۔

تصدیقی ثبوت

نئی طبیعیات میں حیرت انگیز تلاش کے اشارے جو ممکنہ طور پر کائنات کے بارے میں دیرینہ سوالات کا جواب دے سکتے ہیں۔ لیکن کام ابھی شروع ہوا ہے۔

سب سے پہلے طبیعیات دانوں کو مشاہدے کی تصدیق (یا جھوٹا) کرنے کی ضرورت ہے۔ نئے، مہتواکانکشی کہکشاں سروے جن پر تجزیے کو دہرانا ہے پہلے سے ہی جاری ہے۔ جاری ڈارک انرجی سپیکٹروسکوپک انسٹرومنٹ سروے، مثال کے طور پر، اب تک 14 ملین کہکشاؤں کو لاگ ان کر چکا ہے اور جب یہ مکمل ہو جائے گا تو اس میں 30 ملین سے زیادہ ہوں گے۔ "اس سے ہمیں بہت بہتر اعدادوشمار کے ساتھ اس کو زیادہ تفصیل سے دیکھنے کا موقع ملے گا،" Cahn نے کہا۔

مزید یہ کہ، اگر برابری کی خلاف ورزی کرنے والا سگنل حقیقی ہے، تو یہ کہکشاؤں کی تقسیم کے علاوہ ڈیٹا میں ظاہر ہو سکتا ہے۔ آسمان کی قدیم ترین روشنی، مثال کے طور پر - تابکاری کا غسل جسے کائناتی مائیکرو ویو کے پس منظر کے نام سے جانا جاتا ہے، جو ابتدائی کائنات سے بچا ہوا ہے - برہمانڈ میں مقامی تغیرات کا ہماری ابتدائی تصویر فراہم کرتا ہے۔ اس روشنی کے ڈپلڈ پیٹرن میں وہی برابری کی خلاف ورزی کرنے والے ارتباط پر مشتمل ہونا چاہئے جو کہ کہکشائیں بعد میں بنیں۔ طبیعیات دانوں کا کہنا ہے کہ روشنی میں اس طرح کے سگنل کو تلاش کرنا ممکن ہونا چاہیے۔

دیکھنے کے لیے ایک اور جگہ کشش ثقل کی لہروں کا نمونہ ہو گا جو افراط زر کے دوران پیدا ہوئی ہوں گی، جسے اسٹاکسٹک گروویٹیشنل ویو بیک گراؤنڈ کہا جاتا ہے۔ خلائی وقت کے تانے بانے میں یہ کارک سکرو جیسی لہریں دائیں ہاتھ یا بائیں ہاتھ ہوسکتی ہیں، اور برابری کو محفوظ رکھنے والی دنیا میں، ان میں ہر ایک کی برابر مقدار ہوگی۔ لہذا اگر طبیعیات دان اس پس منظر کی پیمائش کرنے کا انتظام کرتے ہیں اور یہ محسوس کرتے ہیں کہ ایک ہاتھ کو پسند کیا گیا ہے، تو یہ ابتدائی کائنات میں برابری کی خلاف ورزی کرنے والی طبیعیات کی ایک غیر مبہم، آزاد جانچ ہوگی۔

جیسے ہی مصدقہ شواہد کی تلاش شروع ہوتی ہے، نظریہ دان افراط زر کے ان ماڈلز کا مطالعہ کریں گے جو سگنل پیدا کر سکتے تھے۔ کے ساتھ جیوانی کیباسپرنسٹن، نیو جرسی میں انسٹی ٹیوٹ فار ایڈوانسڈ اسٹڈی کے ایک نظریاتی طبیعیات دان نے حال ہی میں اپنی پیمائش کا استعمال کیا برابری کی خلاف ورزی کرنے والے متعدد ماڈلز کی جانچ کریں۔ افراط زر کی، بشمول چرن سائمنز کی قسم۔ (وہ ابھی تک یقین کے ساتھ نہیں کہہ سکتے کہ کون سا ماڈل، اگر کوئی ہے، درست ہے۔)

الیگزینڈر نے چرن سائمنز کشش ثقل کو سمجھنے پر بھی اپنی کوششوں کو دوبارہ مرکوز کیا ہے۔ کامیونکوسکی سمیت ساتھیوں کے ساتھ سیرل کریک-سربینوسکی فلیٹیرون انسٹی ٹیوٹ کے مرکز برائے کمپیوٹیشنل ایسٹرو فزکس کے، الیگزینڈر نے اس بارے میں لطیف تفصیلات پر کام شروع کر دیا ہے کہ کس طرح ابتدائی کائنات میں چرن-سیمنز کی کشش ثقل آج کی کہکشاؤں کی تقسیم کو متاثر کرے گی۔

انہوں نے کہا، ’’میں اس قسم کا تھا جیسے اکیلا سپاہی اس سامان کو تھوڑی دیر کے لیے دھکیل رہا تھا۔ "لوگوں کو دلچسپی لیتے دیکھنا اچھا لگتا ہے۔"

ایڈیٹر کا نوٹ: فلیٹیرون انسٹی ٹیوٹ کو سائمنز فاؤنڈیشن کی طرف سے مالی اعانت فراہم کی جاتی ہے، جو اس ادارتی طور پر آزاد میگزین کی بھی حمایت کرتی ہے۔ اس کے علاوہ، اولیور فل کوکس کو سائمنز فاؤنڈیشن سے فنڈنگ ​​ملتی ہے۔