Wednesday, November 30, 2022
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छह नंबर जो पूरे ब्रह्मांड को परिभाषित करते हैं

हम समग्र रूप से ब्रह्मांड का अध्ययन कैसे करते हैं?

मेरा काम पर केंद्रित है लौकिक माइक्रोवेव पृष्ठभूमि (सीएमबी) – की बेहोश ऊर्जा अवशेष महा विस्फोट – और इसे कैसे मापना यूनिवर्स को समझने के हमारे मार्ग का मार्गदर्शन कर सकता है। लेकिन ब्रह्मांड का अध्ययन करने के कई अन्य तरीके हैं, और भौतिक विज्ञानी जो इसका अध्ययन करते हैं, वे सामान्य सापेक्षता से लेकर ऊष्मागतिकी तक, प्राथमिक कण सिद्धांत तक हर चीज के विशेषज्ञ हैं।

हम लगभग हर तरंग दैर्ध्य शासन में माप के लिए सुलभ हैं और अत्याधुनिक कण डिटेक्टरों के साथ। अवलोकन पास से और अंतरिक्ष के सबसे दूर से पहुंचते हैं। इस सबूत और सिद्धांत के सभी को ब्रह्मांड विज्ञान के आश्चर्यजनक रूप से सरल मानक मॉडल में एक साथ रखा जा सकता है, जिसमें सिर्फ छह पैरामीटर हैं। ये वे संख्याएँ हैं जो हमारे पूरे ब्रह्मांड को परिभाषित करती हैं।

ब्रह्मांड की सामग्री

पहले तीन पैरामीटर हमें यूनिवर्स की सामग्री के बारे में बताते हैं। हम उन्हें कुल मामले और ऊर्जा बजट के अंश के रूप में वर्णित करते हैं, जैसे पाई चार्ट के घटक। पहले पैरामीटर की मात्रा का वर्णन करता है सामान्य बात है, या ब्रह्मांड में परमाणु, और यह कहता है कि परमाणु ब्रह्मांड के केवल 5 प्रतिशत के लिए जिम्मेदार हैं।

दूसरा पैरामीटर वर्णन करता है काला पदार्थ, कुछ प्रकार के नए मूलभूत कण जिन्हें हम अभी तक नहीं समझ पाए हैं, जो ब्रह्मांड के 25 प्रतिशत के लिए जिम्मेदार हैं।

उल्लेखनीय रूप से, डार्क मैटर की मात्रा, जिसे हम कॉस्मिक माइक्रोवेव बैकग्राउंड रेडिएशन में मिनट के तापमान में उतार-चढ़ाव के हमारे माप से प्राप्त कर सकते हैं, तारों और आकाशगंगाओं की गतियों के अवलोकन से प्राप्त मूल्य से सहमत हैं। हालाँकि, CMB माप से हम जो मूल्य प्राप्त करते हैं वह बहुत अधिक सटीक है।

हमारे माप भी हमें कुछ और बताते हैं। क्योंकि सीएमबी हमसे आता है डिकौलिंग युग – जब बिग यूनिवर्स ने बिग बैंग के बाद कई सौ हज़ार वर्षों तक गर्म प्लाज्मा से मुक्त फोटॉन को स्थापित करने के लिए पर्याप्त रूप से ठंडा किया था, जिससे ब्रह्मांड पारदर्शी हो गया – हम देख सकते हैं कि प्रारंभिक ब्रह्मांड में काले पदार्थ स्पष्ट रूप से मौजूद थे। क्या अधिक है, हम उस परमाणु को देख सकते हैं, जिसका सामान हम बना रहे हैं, ब्रह्मांड में कुल द्रव्यमान का सिर्फ एक-छठा हिस्सा है।

तीसरा पैरामीटर है ब्रह्माण्ड संबंधी स्थिरांकरहस्यमय डार्क एनर्जी जो ब्रह्मांड के त्वरित विस्तार की जड़ में है। यह ब्रह्मांड के कुल पदार्थ और ऊर्जा बजट का 70 प्रतिशत है। हम नहीं जानते कि यह अंधेरे ऊर्जा क्या है, लेकिन हम जानते हैं कि यह मौजूद है, क्योंकि हमने सीधे ब्रह्मांडीय त्वरण के माध्यम से इसकी उपस्थिति को मापा है।

तारे और आकाशगंगाएँ बनाना

चौथा पैरामीटर है ऑप्टिकल गहराई, या ब्रह्मांड कैसे अपारदर्शी इसके माध्यम से यात्रा करने वाले फोटोन के लिए था। यह ब्रह्माण्ड विज्ञान के मानक मॉडल के सभी मापदंडों में सबसे अधिक खगोल है। इसके द्वारा, हमारा मतलब है कि यह ब्रह्मांड के पहले सितारों के गठन और उसके बाद के विस्फोट की पूरी जटिल प्रक्रिया के बारे में हमारे बल्कि अल्प ज्ञान को पकड़ लेता है और ब्रह्मांड में पहली आकाशगंगाओं के गठन को दर्शाता है।

इन प्रारंभिक तारों और आकाशगंगाओं से तीव्र प्रकाश हाइड्रोजन के अलावा टूट गया जो ब्रह्मांड में प्रचलित अपने घटक प्रोटॉन और इलेक्ट्रॉनों में था, जिससे पुनर्मिलन ब्रह्माण्ड का। इस प्रक्रिया में, सीएमबी फोटॉनों के लगभग 5-8 प्रतिशत – फोटॉन जो डिकॉउलिंग के समय जारी किए गए थे – बचाया गया।

डार्क मैटर के बारे में और पढ़ें:

एक समानता का उपयोग करने के लिए, यह देखते हुए कि ब्रह्मांड पहले पारदर्शी था, यह ऐसा है जैसे कि कोहरे का एक सा लुढ़का हुआ है। बहुत अधिक नहीं – आप अभी भी एक दूर के किनारे को देख सकते हैं – लेकिन दृश्यता कम हो गई थी। दिलचस्प है, ब्रह्मांड की ऑप्टिकल गहराई का निर्धारण करने के लिए, यह माप लेता है ध्रुवीकरण CMB का।

ध्रुवीकरण, तीव्रता और तरंग दैर्ध्य के साथ, एक प्रकाश तरंग की तीन विशेषताओं में से एक है। ध्रुवीकरण उस दिशा को निर्दिष्ट करता है जिसमें एक प्रकाश तरंग दोलन करती है। उदाहरण के लिए, आपकी कार के हुड से परावर्तित प्रकाश क्षैतिज रूप से ध्रुवीकृत होता है। यही है, प्रकाश की लहर क्षैतिज रूप से आगे और पीछे घूमती है। ध्रुवीकृत धूप का चश्मा इस दोलन दिशा और इसके जुड़े परिलक्षित चमक को अवरुद्ध करता है।

इसी तरह, इलेक्ट्रॉनों ने पुनर्वितरण की प्रक्रिया से मुक्त कर दिया और CMB फोटॉनों को ध्रुवीकृत कर दिया। यदि आप “धूप का चश्मा” के साथ या बिना ध्रुवीकृत सीएमबी को देख सकते हैं, तो आप देखेंगे कि यह थोड़ा अलग दिखता है।

लौकिक माइक्रोवेव पृष्ठभूमि का एक अखिल आकाश मानचित्र © नासा / WMAP विज्ञान टीम

क्वांटम उतार-चढ़ाव

अंतिम दो मापदंडों ने मिनट के उतार-चढ़ाव के बीज का वर्णन किया है जो ब्रह्मांड में आज हमारे द्वारा देखे गए सभी ढांचे को जन्म देता है। अगर हमारे पास यूनिवर्स का पूरा मॉडल होता है – एक जो छोटे क्वांटम उतार-चढ़ाव के साथ शुरू होता है और सफलतापूर्वक भविष्यवाणी करता है कि 25 मिलियन प्रकाश वर्ष व्यास वाले क्षेत्रों में पदार्थ के उतार-चढ़ाव क्या होंगे – हम इन दो मापदंडों में से एक को खत्म कर सकते हैं।

दुर्भाग्य से, जब हमारे पास यह समझने के लिए एक बहुत ही सफल रूपरेखा है कि ब्रह्मांड कैसे विकसित हुआ, तो हम अभी तक सभी कनेक्शनों को नहीं जानते हैं, और इसलिए हमें एक पैरामीटर के रूप में इसकी आवश्यकता है।

इसे कहते हैं आदिम शक्ति स्पेक्ट्रम और यह तीन आयामी अंतरिक्ष में ब्रह्मांड के घनत्व में उतार-चढ़ाव का वर्णन करता है। बहुत प्रारंभिक ब्रह्मांड में, ये उतार-चढ़ाव छोटे थे, लेकिन जैसे-जैसे ब्रह्मांड का विस्तार हुआ, ये घनत्व भिन्नता ब्रह्मांड के पार बड़े आकार के थे।

जहां प्राइमर्ड कॉसमॉस में थोड़ा सघन क्षेत्र था, वहां पदार्थ आपस में टकराते रहे, और अब हम आकाशगंगा या आकाशगंगाओं के समूह देख सकते हैं; दूसरों में, जहां कम घनत्व था, हम लगभग कुछ भी नहीं देखते हैं।

शेष पैरामीटर, जिसे कहा जाता है स्केलर वर्णक्रमीय सूचकांक, समझने के लिए सबसे चुनौतीपूर्ण है – लेकिन यह ब्रह्मांड के जन्म में हमारी सबसे अच्छी खिड़की भी है। यह बताता है कि प्राइमर्डियल उतार-चढ़ाव, शिशु ब्रह्मांड में मौजूद छोटी ऊर्जा विविधताएं किस तरह निर्भर करती हैं कोणीय पैमाने

इसे बेहतर ढंग से समझने के लिए, आइए एक संगीत सादृश्य का उपयोग करें। यह अंतिम ब्रह्माण्डीय पैरामीटर हमें “सफेद शोर” और “गुलाबी शोर” के बीच अंतर करने की अनुमति देता है, जिसमें बास नोट्स (बड़े कोणीय तराजू के अनुरूप) तिहरा नोट (छोटे कोणीय तराजू के अनुरूप) की तुलना में कुछ अधिक जोर होता है।

कॉस्मोलॉजी के बारे में और पढ़ें:

सीएमबी का उपयोग करते हुए, हम पाते हैं कि प्राइमर्डियल उतार-चढ़ाव कभी बड़े तो कभी छोटे पैमाने पर बड़े कोणीय पैमाने पर आयाम में बड़े थे। दूसरा रास्ता रखो, प्राइमर्डियल कॉस्मिक शोर थोड़ा गुलाबी है।

हाथ में इन छह मापदंडों के साथ, हम न केवल सीएमबी की बल्कि विशेषताओं की गणना कर सकते हैं कोई कॉस्मोलॉजिकल माप हम बनाना चाहते हैं। उदाहरण के लिए, हम ब्रह्माण्ड की आयु की गणना कर सकते हैं: १३. give अरब वर्ष (दे या ४० मिलियन वर्ष)।

तापमान में उतार-चढ़ाव की सबसे अधिक कमी सीएमबी अनिसोट्रॉपी की है। हालांकि, कॉस्मोलॉजी का मानक मॉडल भौतिकी और खगोल विज्ञान के सभी क्षेत्रों से सभी मापों के अनुरूप है।

संक्षेप में, कोई फर्क नहीं पड़ता कि हम ब्रह्मांड को कैसे देखते हैं – आकाशगंगा सर्वेक्षण के साथ, विस्फोट सितारों के माध्यम से, प्रकाश तत्वों की प्रचुरता के माध्यम से, आकाशगंगाओं की गति के माध्यम से, या सीएमबी के माध्यम से – हमें ऊपर दिए गए केवल छह मापदंडों की आवश्यकता है, और ज्ञात भौतिक प्रक्रियाओं, ब्रह्मांड का वर्णन करने के लिए हम निरीक्षण करते हैं।

इसका क्या मतलब है कि इतनी आसानी से और मात्रात्मक रूप से कुछ का वर्णन किया जा सकता है? इसका मतलब है कि हम समझते हैं कि ब्रह्मांड के टुकड़े एक साथ कैसे पूरे रूप में फिट होते हैं। हम प्रकृति में कुछ गहरे संबंधों को समझते हैं।

इसका मतलब है कि हम गलत साबित हो सकते हैं – अलग-अलग तर्कों से नहीं, बल्कि एक बेहतर मात्रात्मक मॉडल द्वारा जो प्रकृति के अधिक पहलुओं का वर्णन करता है। वैज्ञानिकों द्वारा अध्ययन की जाने वाली कुछ प्रणालियाँ हैं जिनका वर्णन इतनी सरलता से और पूरी तरह से किया जा सकता है। हम भाग्यशाली हैं कि अवलोकनीय ब्रह्मांड उनमें से एक है।

कॉस्मोलॉजी की छोटी किताब लाइमैन पेज अब बाहर है (£ 16.99, प्रिंसटन यूनिवर्सिटी प्रेस)।

लिमन पेज द्वारा कॉस्मोलॉजी की छोटी पुस्तक अब बाहर है (£ 16.99, प्रिंसटन यूनिवर्सिटी प्रेस)

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