भौतिकविदों ने ब्रह्मांड के प्रारंभिक विस्तार को समझाने के लिए क्वांटम गुरुत्व मॉडल विकसित किया है

शोधकर्ताओं की एक अंतरराष्ट्रीय टीम ने गुरुत्वाकर्षण सिद्धांत का एक विस्तार तैयार किया है जो ब्रह्मांड के पहले क्षणों के बारे में ऐतिहासिक गतिरोधों को हल करने में सक्षम है। गणितीय मॉडल, जिसे क्वाड्रैटिक क्वांटम ग्रेविटी कहा जाता है, बिग बैंग के प्रारंभिक चरण के दौरान अल्बर्ट आइंस्टीन की सामान्य सापेक्षता और क्वांटम यांत्रिकी के सिद्धांतों के बीच एक तकनीकी पुल स्थापित करता है।

वाटरलू विश्वविद्यालय और पेरीमीटर इंस्टीट्यूट के शोधकर्ता नियायेश अफशोर्दी द्वारा किए गए अध्ययन से संकेत मिलता है कि गुरुत्वाकर्षण बल में ही अंतरिक्ष के आदिम विस्तार को उचित ठहराने के लिए आवश्यक भौतिक तत्व हैं। सूत्रीकरण अतिरिक्त काल्पनिक क्षेत्रों के उपयोग को समाप्त करता है, मौलिक ब्रह्मांडीय संरचनाओं के निर्माण पर पारंपरिक ब्रह्मांड विज्ञान द्वारा स्थापित प्रतिमानों को बदलता है।

प्रारंभिक ब्रह्मांड में सामान्य सापेक्षता की सीमाएँ

1915 में अल्बर्ट आइंस्टीन द्वारा प्रकाशित सामान्य सापेक्षता का सिद्धांत, बड़े पैमाने पर खगोलीय घटनाओं, जैसे आकाशगंगाओं की गति और ग्रहों की कक्षा, का वर्णन करने में अत्यधिक सटीकता प्रस्तुत करता है। हालाँकि, जब भौतिक विज्ञानी इसे बिग बैंग के पहले मिलीसेकंड या ब्लैक होल के घने कोर में मौजूद चरम स्थितियों पर लागू करने का प्रयास करते हैं, तो गणितीय ढांचा संरचनात्मक पतन से ग्रस्त हो जाता है।

पूर्ण घनत्व, अगणनीय तापमान और अंतरिक्ष-समय की अत्यधिक वक्रता की परिस्थितियों में, शास्त्रीय समीकरणों का परिणाम एक विलक्षणता होता है। यह अवधारणा एक गणितीय बिंदु को परिभाषित करती है जहां भौतिक मात्राएं अनंत मूल्यों तक पहुंचती हैं, जिससे कोई भी पूर्वानुमानित गणना असंभव हो जाती है। प्रोफेसर नियायेश अफशोर्दी स्पष्ट करते हैं कि समीकरणों में अनन्तताओं की उपस्थिति दर्शाती है कि सिद्धांत अपनी परिचालन विश्वसनीयता सीमा को पार कर गया है।

सामान्य सापेक्षता ब्रह्माण्ड के जन्म के समय दर्ज किए गए ऊर्जा पैमानों पर कार्यक्षमता खो देती है। इस तकनीकी बाधा से पार पाने के लिए, वैज्ञानिक समुदाय ने सैद्धांतिक छेड़छाड़ दृष्टिकोण अपनाने में दशकों बिताए हैं। मानक विधि आइंस्टीन के समीकरणों को अक्षुण्ण रखना और आदिकालीन विस्फोट के तुरंत बाद अंतरिक्ष के त्वरित विस्तार को ध्यान में रखते हुए अतिरिक्त गणितीय परतें, जैसे कि ब्रह्मांडीय मुद्रास्फीति क्षेत्र, जोड़ना था।

भौतिक विज्ञान की पाठ्यपुस्तकों में ब्रह्मांडीय मुद्रास्फीति प्रमुख मॉडल बन गई, लेकिन इसमें हमेशा ऐसे तत्वों की आवश्यकता का बोझ रहा, जिन्हें प्रयोगशालाओं या दूरबीनों में सीधे तौर पर कभी नहीं देखा गया था। गणित को कार्यान्वित करने के लिए अज्ञात ऊर्जाओं को निर्धारित करने की आवश्यकता ने सिद्धांतकारों के बीच असुविधा पैदा की, जिससे पदार्थ की उत्पत्ति की समस्या के अधिक सुरुचिपूर्ण और एकीकृत समाधान की खोज को प्रेरित किया गया।

क्वांटम यांत्रिकी और अंतरिक्ष का प्राकृतिक विस्तार

नया प्रस्ताव भौतिकी विभागों द्वारा हाल के दशकों में अपनाए गए अनुसंधान तर्क को उलट देता है। सामान्य सापेक्षता में खामियों को ठीक करने के लिए बाहरी सामग्रियों को सम्मिलित करने के बजाय, अनुसंधान दल ने गुरुत्वाकर्षण सिद्धांत की संरचना को ही संशोधित कर दिया। केंद्रीय उद्देश्य यह सुनिश्चित करना था कि ऊर्जा और दबाव के अत्यधिक स्तर के तहत भी समीकरण सुसंगत और क्रियाशील बने रहें।

इस सैद्धांतिक विस्तार को कण भौतिकी के शब्दजाल में पराबैंगनी पूर्णता का तकनीकी नाम प्राप्त होता है। दृष्टिकोण यह जांच करता है कि क्या प्रारंभिक ब्रह्मांड का अराजक व्यवहार सीधे संशोधित गुरुत्वाकर्षण से उत्पन्न होता है, जो उच्च-ऊर्जा वातावरण में स्थिर रूप से कार्य करने में सक्षम है। द्विघात क्वांटम गुरुत्व मॉडल आइंस्टीन के गणितीय आधार को संरक्षित करता है, लेकिन नए शब्दों को शामिल करता है जो किसी भी पैमाने पर गणना को स्थिर करते हैं।

इस विस्तारित गुरुत्वाकर्षण को बिग बैंग परिदृश्य में लागू करने से ऐसे परिणाम उत्पन्न हुए जिन्होंने स्वयं अध्ययन लेखकों को आश्चर्यचकित कर दिया। त्वरित विस्तार का एक चरण, ब्रह्मांडीय मुद्रास्फीति के समान, मनमाने मापदंडों के मैन्युअल सम्मिलन की आवश्यकता के बिना, नए समीकरणों से स्वाभाविक रूप से उभरा। व्यापक व्यवहार संशोधित गुरुत्वाकर्षण की आंतरिक संपत्ति के रूप में उभरा है।

विस्तार की व्याख्या करने के अलावा, गणितीय सूत्रीकरण प्रारंभिक विलक्षणता की आवश्यकता को समाप्त कर देता है। अनंत घनत्व का बिंदु, जिसे आधुनिक ब्रह्मांड विज्ञान में सबसे बड़ी बाधाओं में से एक माना जाता है, द्विघात क्वांटम गुरुत्वाकर्षण की गणना में गायब हो जाता है। ब्रह्मांड की उत्पत्ति अब गणितीय उल्लंघनों के बिना सुसंगत भौतिक कानूनों द्वारा वर्णित की जा सकती है, जिसके लिए प्रकृति के ज्ञात नियमों के निलंबन की आवश्यकता होती है।

ब्रह्मांडीय माइक्रोवेव पृष्ठभूमि में साक्ष्य की खोज

गणितीय परिकल्पना से समेकित वैज्ञानिक सिद्धांत में परिवर्तन के लिए कठोर अनुभवजन्य प्रमाण की आवश्यकता होती है। शोधकर्ताओं ने जांच के अगले चरणों के लिए स्पष्ट दिशानिर्देश स्थापित किए, डेटा एकत्र करने पर ध्यान केंद्रित किया जो पारंपरिक मुद्रास्फीति सिद्धांतों के खिलाफ नए मॉडल की भविष्यवाणियों को मान्य कर सकता है।

अवलोकन संबंधी परीक्षण और सैद्धांतिक सुधार के रोडमैप में खगोल भौतिकी के लिए निम्नलिखित मूलभूत कदम शामिल हैं:

• जटिल ब्रह्माण्ड संबंधी परिदृश्यों में स्थिरता का परीक्षण करने के लिए गणितीय मॉडल के सैद्धांतिक आधार में सुधार करें।
• सटीक अवलोकन संबंधी भविष्यवाणियां तैयार करें जो पारंपरिक मुद्रास्फीति मॉडल से नए गुरुत्वाकर्षण को अलग करती हैं।
• समय की शुरुआत में उत्पन्न मौलिक गुरुत्वाकर्षण तरंगों के प्रसार में विशिष्ट पैटर्न का पता लगाएं।
• अंतरिक्ष में सबसे पुराना चमकदार जीवाश्म माने जाने वाले ब्रह्मांडीय माइक्रोवेव पृष्ठभूमि में सूक्ष्म विसंगतियों की जांच करें।
• उठाई गई परिकल्पनाओं की पुष्टि करने या उन्हें खारिज करने के लिए अगली पीढ़ी के दूरबीनों से डेटा संसाधित करें।

प्रोफेसर नियायेश अफशोर्दी ने इस बात पर प्रकाश डाला कि ये उपकरण ब्रह्मांडीय इतिहास के अत्यंत सुदूर काल में भौतिकी के बारे में प्रत्यक्ष जानकारी प्रदान करने में सक्षम एकमात्र जांच का प्रतिनिधित्व करते हैं। गुरुत्वाकर्षण तरंगों या ब्रह्मांडीय माइक्रोवेव पृष्ठभूमि में विशिष्ट हस्ताक्षरों का पता लगाना द्विघात क्वांटम गुरुत्वाकर्षण की वैधता के लिए निश्चित प्रमाण के रूप में कार्य करेगा।

स्थलीय और अंतरिक्ष वेधशालाएँ इन आदिकालीन उतार-चढ़ाव की खोज में पहले से ही आकाश का मानचित्रण करती हैं। ब्रह्मांडीय माइक्रोवेव पृष्ठभूमि, जो पूर्ण शून्य से कुछ डिग्री ऊपर तापमान के साथ पूरे दृश्यमान ब्रह्मांड में व्याप्त है, में छोटे तापमान भिन्नताएं शामिल हैं जो बिग बैंग के तुरंत बाद पदार्थ के वितरण के मानचित्र के रूप में कार्य करती हैं। नया मॉडल इन थर्मल पैच में विशिष्ट पैटर्न की भविष्यवाणी करता है।

समकालीन ब्रह्माण्ड संबंधी मॉडलों पर प्रभाव

वर्तमान ब्रह्माण्ड संबंधी डेटा के विरुद्ध नए गणितीय सूत्रीकरण का प्रदर्शन वैज्ञानिक समुदाय के लिए आशाजनक परिणाम प्रस्तुत करता है। द्विघात क्वांटम गुरुत्व विशिष्ट सिमुलेशन में कई मानक मुद्रास्फीति मॉडल की दक्षता को पार करते हुए, उपलब्ध खगोलीय अवलोकनों पर सटीक रूप से फिट बैठता है। यद्यपि समायोजन निश्चित प्रमाण का प्रतिनिधित्व नहीं करता है, यह शोधकर्ताओं द्वारा चुने गए पथ की व्यवहार्यता को मान्य करता है।

क्वांटम गुरुत्व के कार्यशील सिद्धांत का प्रतिपादन आधुनिक सैद्धांतिक भौतिकी का अंतिम लक्ष्य बना हुआ है। सामान्य सापेक्षता और क्वांटम यांत्रिकी के बीच सफल एकीकरण आकाशगंगाओं के स्थूल जगत और उपपरमाण्विक कणों के सूक्ष्म जगत के बीच मौलिक असंगति को हल करेगा। वर्तमान में, भौतिकी के ये दोनों क्षेत्र गणितीय नियमों के साथ संचालित होते हैं जो एक दूसरे के साथ संवाद नहीं करते हैं।

पेरीमीटर इंस्टीट्यूट टीम द्वारा उठाई गई परिकल्पनाओं की पुष्टि अंतरिक्ष-समय की संरचना की मानवीय समझ को बदल देगी। कार्य दर्शाता है कि अल्बर्ट आइंस्टीन सही रास्ते पर थे और उनके सिद्धांत को पूर्ण ऊर्जा शासन में संचालित करने के लिए केवल एक प्राकृतिक गणितीय विस्तार की आवश्यकता थी। विज्ञान ऐसे परिदृश्य की ओर आगे बढ़ रहा है जहां ब्रह्मांड की उत्पत्ति के लिए विदेशी ताकतों के निर्माण की आवश्यकता नहीं है, यह स्वयं गुरुत्वाकर्षण की प्रकृति पर निर्भर है।