शोधकर्ताओं ने ब्रह्मांड के पहले क्षणों को जानने के लिए क्वांटम गुरुत्व का प्रस्ताव रखा है

वाटरलू विश्वविद्यालय के नियायेश अफशोर्दी के नेतृत्व में शोधकर्ताओं की एक टीम ने एक नया सिद्धांत प्रस्तुत किया है जो आधुनिक भौतिकी के सबसे बड़े रहस्यों में से एक को सुलझा सकता है: बिग बैंग के पहले क्षणों में क्या हुआ था। प्रस्ताव, जिसे क्वाड्रैटिक क्वांटम ग्रेविटी कहा जाता है, आइंस्टीन की सामान्य सापेक्षता को यह सुझाव देकर चुनौती देता है कि गुरुत्वाकर्षण, जब अत्यधिक उच्च ऊर्जा तक बढ़ाया जाता है, तो अनंत विलक्षणताओं की आवश्यकता के बिना ब्रह्मांड के जन्म की व्याख्या कर सकता है। यह खोज ब्रह्मांड की उत्पत्ति की गहरी समझ का मार्ग प्रशस्त करती है।

सामान्य सापेक्षता की सीमाएँ

सामान्य सापेक्षता, एक सदी से भी पहले विकसित, कई रोजमर्रा की स्थितियों और बड़े पैमाने पर ब्रह्मांडीय घटनाओं में पूरी तरह से काम करती है। हालाँकि, बिग बैंग पर लागू होने पर यह विफल हो जाता है। उस चरम क्षण में, सिद्धांत असंभव स्थितियों की भविष्यवाणी करता है: अनंत घनत्व, वक्रता और तापमान। अफशोर्डी के अनुसार, यह दोष बताता है कि आइंस्टीन ने अपने मौलिक समीकरण में से कुछ छोड़ दिया है।

पारंपरिक बिग बैंग सिद्धांत आइंस्टीन के गुरुत्वाकर्षण से शुरू होता है और फिर ब्रह्मांड के प्रारंभिक तीव्र विस्तार को समझाने के लिए अतिरिक्त सामग्री, विशेष रूप से एक काल्पनिक “मुद्रास्फीति क्षेत्र” जोड़ता है। यह एक अपर्याप्त सिद्धांत में छेद करने जैसा है। टीम का काम पूछता है कि क्या इस व्यवहार में से कुछ सीधे गुरुत्वाकर्षण से ही आ सकता है, एक बार इसे अत्यधिक उच्च ऊर्जा पर काम करने के लिए बढ़ाया जाता है।

गुरुत्वाकर्षण के प्रति एक क्रांतिकारी दृष्टिकोण

बिग बैंग को एक ऐसे बिंदु के रूप में मानने के बजाय जहां समीकरण विफल हो जाते हैं, शोधकर्ता एक सिद्धांत का अध्ययन कर रहे हैं जिसमें गुरुत्वाकर्षण में पहले से ही इस अति-आदिम चरण का लगातार वर्णन करने के लिए आवश्यक तत्व शामिल हैं। अफशोर्डी ने “पराबैंगनी पूर्णता” की अवधारणा को समझाया: एक सिद्धांत जो मनमाने ढंग से उच्च ऊर्जा पर भी पूर्ण और आत्मनिर्भर रहता है। टीम का प्रस्तावित विस्तार प्रारंभिक ब्रह्मांडीय मुद्रास्फीति के एक मॉडल को पुनः प्राप्त करता है जबकि संभावित रूप से प्रारंभिक विलक्षणता की समस्याग्रस्त अवधारणा को समाप्त करता है।

द्विघात क्वांटम गुरुत्वाकर्षण मूल रूप से यह परिभाषित करता है कि हम उस बल को कैसे समझते हैं जो ब्रह्मांड को उसके सबसे छोटे पैमाने पर नियंत्रित करता है। सिद्धांत वर्तमान अवलोकन डेटा पर बहुत अच्छी तरह से फिट बैठता है, कुछ मामलों में कई मानक मुद्रास्फीति मॉडल से बेहतर है। शोधकर्ताओं को सबसे अधिक आश्चर्य इस बात से हुआ कि एक बार जब सिद्धांत को लगातार उच्च-ऊर्जा संदर्भ में व्यवहार किया गया तो मुद्रास्फीति जैसा चरण स्वाभाविक रूप से कैसे उभरा। आमतौर पर, वैज्ञानिक मुद्रास्फीति को एक ऐसी चीज़ के रूप में सोचते हैं जिसे गुरुत्वाकर्षण में जोड़ने की आवश्यकता है। यहां यह प्राकृतिक रूप से गुरुत्वाकर्षण से ही उत्पन्न होता है।

नये सिद्धांत की मुख्य विशेषताएँ

• अनंत विलक्षणताओं के बिना मनमाने ढंग से उच्च ऊर्जा पर स्थिरता बनाए रखता है
• प्रारंभिक ब्रह्मांडीय मुद्रास्फीति मॉडल को स्वाभाविक रूप से पुनर्प्राप्त करता है
• उपलब्ध वर्तमान अवलोकन डेटा के साथ अच्छी तरह फिट बैठता है
• प्रारंभिक ब्रह्मांड के बारे में अतिरिक्त धारणाओं की आवश्यकता कम हो जाती है
• ब्रह्मांडीय उत्पत्ति की समस्या के लिए अधिक सुंदर दृष्टिकोण प्रदान करता है

अवलोकन संबंधी परीक्षण और अगले चरण

टीम का अगला कदम मॉडल की अवलोकन संबंधी भविष्यवाणियों में सुधार करना और भविष्य के डेटा के साथ सावधानीपूर्वक उनकी तुलना करना है। शोध दो मुख्य दिशाओं का अनुसरण करता है: सैद्धांतिक और अवलोकनात्मक। सैद्धांतिक मोर्चे पर, शोधकर्ता क्वांटम गुरुत्व की संरचना को पूरी तरह से समझना चाहते हैं और उनके द्वारा अध्ययन किए गए सरलीकृत परिदृश्य से परे निष्कर्षों की मजबूती का परीक्षण करना चाहते हैं।

अवलोकन के मोर्चे पर, उन्हें आदिम गुरुत्वाकर्षण तरंगों और प्रारंभिक ब्रह्मांड के अन्य अवशेषों के लिए स्पष्ट भविष्यवाणियां करने की आवश्यकता है। सिद्धांत की पुष्टि करने वाले अवलोकन संबंधी साक्ष्य ब्रह्मांड के कुछ सबसे पुराने अवलोकन योग्य संकेतों से आएंगे। अंतरिक्ष-समय में छोटी तरंगें, जिन्हें आदिम गुरुत्वाकर्षण तरंगें कहा जाता है, बिग बैंग के बारे में सीधी जानकारी देती हैं। ब्रह्मांडीय माइक्रोवेव पृष्ठभूमि में सूक्ष्म छापें भी उतनी ही महत्वपूर्ण हैं, एक ब्रह्मांडीय जीवाश्म जो ब्रह्मांड के पहले प्रकाश का प्रतिनिधित्व करता है जो तब बचा था जब ब्रह्मांड केवल 380,000 वर्ष पुराना था।

मौलिक भौतिकी के लिए निहितार्थ

भौतिकविदों के लिए, क्वांटम गुरुत्व की अवधारणा को सिद्ध करना विज्ञान के पवित्र ग्रेल के बराबर है। यह सामान्य सापेक्षता द्वारा शासित विशाल ब्रह्मांडीय पैमानों और क्वांटम भौतिकी द्वारा शासित छोटे पैमानों पर ब्रह्मांड की हमारी व्याख्या के बीच के अंतर को पाट देगा। दशकों से, वैज्ञानिक एक एकीकृत सिद्धांत की खोज कर रहे हैं जो दोनों छोरों पर काम करता है।

अफशोर्डी ने इस बात पर प्रकाश डाला कि यदि भविष्य के अवलोकन ब्रह्मांडीय माइक्रोवेव पृष्ठभूमि में प्राइमर्डियल गुरुत्वाकर्षण तरंगों या अन्य विशिष्ट चिह्नों के सही पैटर्न का पता लगाते हैं, तो यह परीक्षण करने का एक तरीका प्रदान करेगा कि प्रारंभिक ब्रह्मांड की यह तस्वीर सही है या नहीं। यह शोध आइंस्टीन के सिद्धांत के अपेक्षाकृत न्यूनतम विस्तार का प्रतिनिधित्व करता है, लेकिन ब्रह्मांडीय उत्पत्ति की गहन समस्या को हल करने में महत्वपूर्ण योगदान देने की क्षमता रखता है। वैज्ञानिक समुदाय इस जांच के अगले चरणों का दिलचस्पी से अनुसरण कर रहा है जो ब्रह्मांड के जन्म के बारे में मानवीय समझ में क्रांतिकारी बदलाव ला सकता है।