ब्रह्माण्ड के वर्तमान लोकप्रिय मॉडल में, डार्क एनर्जी को 70%, डार्क मैटर को 25% और नॉर्मल मैटर को 5% माना जाता है, लेकिन वास्तविकता यह है कि हम अभी भी ब्रह्मांड के बारे में ज्यादा नहीं जानते। जहाँ कुछ वैज्ञानिकों ने यह सिद्धांत दिया कि ब्रह्माण्ड बिग बैंग से शुरू हुआ और इसके साथ ही सभी प्रकार के मैटर्स यानि पदार्थ भी बने, लेकिन वहीँ ऐसे भी वैज्ञानी हैं जो बिग बैंग को सच नहीं मानते लेकिन सभी वैज्ञानिकों के अनुसार ब्रह्माण्ड बनाने वाले इन तत्वों के विषय मे हम अभी भी बहुत कुछ नहीं जानते। तो ब्रह्मांड की संरचना किन पदार्थों से हुई है यह अभी भी एक रहस्य है और यह आज भी वैज्ञानिकों के लिए सबसे बड़ा चुनौतीपूर्ण प्रश्न है।
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ब्रह्मांड का कॉम्पोसिशन किस पदार्थ से बना है?
परमाणु जो हमारे चारों ओर सब कुछ बनाते हैं, केवल 5% हैं और पिछले 80 वर्षों में यह स्पष्ट हो गया है कि ब्रह्मांड का शेष हिस्सा अधिकांश दो मैटर्स से बना हैं जिन्हें डार्क मैटर और डार्क एनर्जी कहा जाता है। 1998 में यह खोजा गया कि ये पदार्थ ब्रह्मांड के विस्तार को अधिक गति प्रदान करते हैं। खगोलविदों ने अब इन अनदेखी इंटरलॉपर्स की सही पहचान करना शुरू कर दिया है। अधिकांश डार्क मैटर को प्रकृति में गैर-बैरोनिक माना जाता है, जो अभी तक कुछ अनदेखे उप-परमाणु कणों से बना हो सकता है।
डार्क मैटर और डार्क एनर्जी के विषय में विस्तार से जानने के लिए यह लेख पढ़ें: डार्क मैटर का इतिहास।
ब्रह्मांड के इतिहास में अब तक सभी प्रकार के पदार्थ और ऊर्जा के अनुपात बदल गए हैं। पिछले 2 अरब वर्षों में ब्रह्मांड के भीतर उत्पन्न विद्युत चुम्बकीय विकिरण की कुल मात्रा में 1/2 की कमी आई है। आज साधारण पदार्थ, जिसमें परमाणु, तारे, आकाशगंगा और जीवन शामिल हैं, ब्रह्मांड के पदार्थ का केवल 4.9% हिस्सा है। इस प्रकार के पदार्थ का वर्तमान समग्र घनत्व बहुत कम है, लगभग 4.5×10−31 ग्राम प्रति घन सेंटीमीटर, जो कि प्रत्येक चार घन मीटर आयतन के लिए केवल एक प्रोटॉन के क्रम के घनत्व के अनुरूप। डार्क एनर्जी और डार्क मैटर दोनों की प्रकृति अज्ञात है। डार्क मैटर पदार्थ का एक रहस्यमय रूप जिसे अभी तक पहचाना नहीं गया, कॉस्मिक पदार्थ का 26.8% है। डार्क एनर्जी जो खाली जगह की ऊर्जा है और ब्रह्मांड के विस्तार में तेजी ला रहा है, शेष 68.3% है। इन डेटा को आप निचे चित्रों में देख सकते हैं।
चित्र 2 में: WMAP डेटा से पता चलता है कि ब्रह्मांड के कॉम्पोसिशन में 4.6% परमाणु, सितारों और ग्रहों के निर्माण खंड शामिल हैं। डार्क मैटर में ब्रह्मांड का 23% हिस्सा शामिल है, परमाणुओं से भिन्न यह पदार्थ प्रकाश का उत्सर्जन या अवशोषण नहीं करता है। गुरुत्वाकर्षण से ही परोक्ष रूप से इसका पता लगाया जाता है। ब्रह्मांड का 72%, “अंधेरे ऊर्जा” यानि डार्क एनर्जी से बना है, जो एक प्रकार के गुरुत्वाकर्षण-विरोधी के रूप में कार्य करता है। डार्क मैटर से अलग यह ऊर्जा सार्वभौमिक विस्तार के वर्तमान त्वरण के लिए जिम्मेदार है। WMAP डेटा दो अंकों के लिए सटीक है इसलिए इन संख्याओं का योग 100% नहीं है। यह डार्क मैटर और डार्क एनर्जी को परिभाषित करने की WMAP की क्षमता की वर्तमान सीमाओं को दर्शाता है। यह ग्राफ थोड़ा बदलता रहेगा क्योंकि बेहतर डेटा लगातार एकत्र किया जाता है यह छवि 5 साल के WMAP डेटा के साथ बनाई गई है। अंतिम 9-वर्ष का डेटा अधिक सटीक परिणाम देता है।
चित्र 3 में: ब्रह्मांड की समयरेखा 13.77 अरब वर्षों में ब्रह्मांड के विकास और फैलाव को दिखाया गया है। बाईं ओर सबसे शुरुआती क्षण को दर्शाया गया है जिसे अब हम जांच सकते हैं जब “स्फीति” की अवधि ने ब्रह्मांड में घातीय वृद्धि का विस्फोट किया। (इस ग्राफिक में ग्रिड की ऊर्ध्वाधर सीमा द्वारा आकार दर्शाया गया है।) अगले कई अरब वर्षों के लिए, ब्रह्मांड का विस्तार धीरे-धीरे धीमा हो गया क्योंकि ब्रह्मांड में पदार्थ गुरुत्वाकर्षण के माध्यम से अपने आप खींच लिया गया था। हाल ही में, विस्तार फिर से तेज होना शुरू हुआ है, क्योंकि ब्रह्मांड के विस्तार पर डार्क एनर्जी के प्रतिकूल प्रभाव हावी हो गए हैं। WMAP द्वारा देखी गई आफ्टरग्लो लाइट स्फीति के लगभग 375,000 साल बाद उत्सर्जित हुई थी और तब से बड़े पैमाने पर ब्रह्मांड को पार कर चुकी है। इस आलोक में पूर्वकाल की परिस्थितियाँ अंकित हैं। यह ब्रह्मांड के बाद के विकास के लिए एक बैकलाइट भी बनाता है।
अधिकांश वैज्ञानी दावा करते हैं कि ब्रह्मांड लगभग पूरी तरह से अंधेरे ऊर्जा, अंधेरे पदार्थ और सामान्य पदार्थ से बना है। अन्य सामग्री विद्युत चुम्बकीय विकिरण (ब्रह्मांड की कुल द्रव्यमान ऊर्जा का 0.005% से 0.01% के करीब होने का अनुमान है) और अन्य एंटीमैटर हैं। लेकिन अभी भी कई अन्य वैज्ञानिकों के पास ब्रह्मांड की रचना के बारे में अलग-अलग सिद्धांत हैं।
पिछले 40 वर्षों में, खगोलविदों को एक दुविधा की समस्या का सामना करना पड़ा है। क्योंकि उन्होंने ब्रह्मांड के निर्माण खंडों को निर्धारित करने का प्रयास किया। इससे पहले, उन्होंने सोचा था कि ब्रह्मांड में कुछ सामान्य था – वही बेरोनिक पदार्थ जो हम देख सकते थे। दूरबीन के माध्यम से ब्रह्मांड में देखें, और इस तरह की चीजें स्पष्ट प्रतीत होती हैं। लेकिन फिर डार्क मैटर और डार्क एनर्जी की खोज ने सभी को चौंका दिया।
Dark Matters और Dark energy
Dark Matters और Dark energy के अस्तित्व पर अभी भी ब्रह्मवैज्ञानिकों और सैद्धांतिक भौतिकविदों द्वारा बहस की जा रही है। जून 2001 में, नासा ने विल्किंसन माइक्रोवेव अनिसोट्रॉपी प्रोब, या डब्लूएमएपी लॉन्च किया, जहां उपकरणों ने ब्रह्मांडीय माइक्रोवेव पृष्ठभूमि की सबसे विस्तृत तस्वीर “बिग बैंग से निकलने वाले विचित्र विकिरण” के रूप में ली। इसने वैज्ञानिकों को ब्रह्मांड की सटीकता, घनत्व और संरचना के साथ मापने में सक्षम बना दिया। यहां WMAP ने निर्धारित किया: बैरोनिक पदार्थ ब्रह्मांड का केवल 4.6 प्रतिशत और डार्क मैटर्स पार्ट एफ 23% और 72% डार्क एनर्जी बनाता है।
ब्रह्मांड के निर्माण खंडों के सापेक्ष अनुपात को मापने की अभी शुरुआत है, अब Dark matters के लिए संभावित उम्मीदवारों की पहचान करने की उम्मीद है, वैज्ञानी अभी Brown dwarf को एक सराहनीय उम्मीदवार मानते हैं। भूरे रंग के बौने ब्रह्मांड में सितारों की तरह की वस्तुएं हैं, लेकिन उनका तीव्र गुरुत्वाकर्षण, जो आस-पास की वस्तुओं को प्रभावित करता है, उनके अस्तित्व और स्थान के बारे में सुराग प्रदान करता है। सुपरमैसिव ब्लैक होल ब्रह्मांड में गहरे पदार्थ के लिए भी जिम्मेदार हैं। वैज्ञानिकों ने अनुमान लगाया है कि ये ब्रह्मांडीय सिंकहोल दूर के क्वासरों को शक्ति दे सकते हैं और उनकी कल्पना से कहीं अधिक प्रचुर मात्रा में हो सकते हैं।
Brown dwarf के विषय में विस्तार से जानने के लिए यह लेख पढ़ें: Brown dwarf
क्या ब्रह्मांड अरबों आकाशगंगाओं से बना है?
आधुनिक वैज्ञानिक डेटा के अनुसार पूरे ब्रह्माण्ड मे अरबों आकाशगंगाएँ हैं, जिनमें से प्रत्येक में अरबों तारे भरे हुए हैं, जिनमें से कुछ में सितारों, ग्रहों और उनके चंद्रमाओं की अण्डाकार कक्षाएँ हैं और जिनका पता लगाया जा सकता है। उन बड़े गोलाकार पिंडों के बीच अनियमित आकार की वस्तुएं होती हैं, जिनमें विशाल क्षुद्रग्रहों से लेकर चट्टान के आकार के उल्कापिंड होते हैं, जो धूल के कणों से छोटे कणों तक होते हैं। खगोलविद इन सभी को बैरोनिक पदार्थ के रूप में वर्गीकृत करते हैं, और हम इसे परमाणु की सबसे मूलभूत इकाई के रूप में जानते हैं, जो स्वयं प्रोटॉन, न्यूट्रॉन और इलेक्ट्रॉनों जैसे छोटे उप-परमाणु कणों से बना है।
ब्रह्मांड किससे बना है इसे जानने के लिए 1970 के दशक से ही, वैज्ञानिकों ने सबूत इकट्ठा करना शुरू कर दिया था कि ब्रह्मांड की तुलना हम अपनी आँखों से देखकर कर सकते हैं या नहीं ( यहाँ आँखों से देखने से तात्पर्य यह है कि उन सभी मशीन और उपकरण का प्रयोग जिन्हे मानव ने बनाया है )। और फिर सबसे बड़े सुरागों में से एक तब आया जब वैज्ञानिकों ने आकाशगंगाओं मे दूसरे गृहों पर “Aliens “को ढूंढ़ने की कोशिश की।
वैज्ञानिकों ने ऐसा करके आकाशगंगा के बाहरी किनारों की परिक्रमा करने वाले बादलों के त्वरण को मापकर उन्हें उस द्रव्यमान के सही द्रव्यमान की गणना करने में सक्षम बनाया। उन्होंने जो पाया वह आश्चर्यचकित करने वाला था। आकाशगंगा के बादलों के कक्षीय त्वरण(orbital acceleration) के पीछे का द्रव्यमान आम द्रव्यमान से पांच गुना बड़ा था, जिसे आकाशगंगाओं में घूम रहे तारों और गैस का अध्ययन करके समझाया जा सकता है। आकाशगंगा के चारों ओर कुछ अदृश्य पदार्थ है, जो पूरे ब्रह्माण्ड को एक साथ जोड़कर रखती है। उन्होंने इसे ‘फिजिकल डार्क मैटर’ नाम दिया और इस तरह 1930 के दशक में स्विस खगोलशास्त्री फ्रिट्ज ज़्विकी द्वारा इस्तेमाल किए गए शब्द को आधार मिला।
टाइप Ia supernova
20 साल बाद, वैज्ञानिकों ने देखा कि Type Ia supernova, मरने वाले तारे, अन्य सभी की समान आंतरिक चमक हैं और यह हमारी आकाशगंगा से दूर होती जा रही है। इस अवलोकन की व्याख्या करते हुए, उन्होंने बताया कि ब्रह्मांड का विस्तार वास्तव में तेज है और ब्रह्मांड का त्वरण(acceleration) वास्तव में भयानक है क्योंकि इस तरह के विस्तार को रोकने के लिए डार्क मटर्स में अंतर्निहित गुरुत्वाकर्षण काफी मजबूत रहा होगा। क्या कुछ अन्य पदार्थ, कुछ एंटी-ग्रेविटी प्रभाव के साथ ब्रह्मांड को तेजी से विस्तार की ओर ले जाएगी? वैज्ञानिकों ने ऐसा माना, और उन्होंने पदार्थ को “डार्क मैटर” कहा।
निष्कर्ष
ब्रह्मांड किससे बना है? इस रहस्य को सुलझाना विज्ञान की सर्वोच्च प्राथमिकताओं में से एक है। जब तक कि समाधान नहीं आएगा, तब तक हमे यह मानना होगा कि हम जो भी कुछ वर्षों से जानने की कोशिश कर रहे हैं, वह हमारी तुलना में बहुत बड़ा है और हमारी समझ से परे और अधिक परेशानीयों से भरा है। मगर फिर भी मनुष्य हर प्रकार के परेशानियों को पार करता आया है, इसलिए एक दिन इस सवाल का भी उत्तर हम जरूर खोज लेंगें। आप इस पुस्तक को पढ़कर ब्रह्मांड के बारे में अधिक जान सकते हैं: एस्ट्रोनॉमी फॉर बिगिनर्स।
स्त्रोत
- “Physics – for the 21st Century”. www.learner.org. Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics Annenberg Learner.
- “Dark matter – A history shaped by dark force”. Timothy Ferris. National Geographic. 2015.
- “First Planck results: the universe is still weird and interesting”. Matthew Francis. Ars Technica. March 21, 2013.
- NASA/WMAP Science Team (January 24, 2014). “Universe 101: What is the Universe Made Of?”. NASA.
- “Two Trillion Galaxies, at the Very Least”. The New York Times.
- “How Many Stars Are There In The Universe?”. European Space Agency. “Unveiling the Secret of a Virgo Dwarf Galaxy”. European Southern Observatory Press Release. ESO: 12. May 3, 2000. Bibcode:2000eso..pres…12.
- “Hubble’s Largest Galaxy Portrait Offers a New High-Definition View”. NASA. February 28, 2006.
- Gibney, Elizabeth (September 3, 2014). “Earth’s new address: ‘Solar System, Milky Way, Laniakea'”. Nature. DOI:10.1038/nature.2014.15819.
- “Local Group”. Fraser Cain. Universe Today. May 4, 2009. Archived from the original.
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