બ્રહ્માંડ શા માટે વિસ્તરી રહ્યું છે? ડાર્ક એનર્જીની શોધ ક્યારે થઈ?

• અનુવાદ

જો બ્રહ્માંડ વિસ્તરી રહ્યું છે, તો આપણે સમજી શકીએ છીએ કે શા માટે દૂરની તારાવિશ્વો આપણાથી દૂર જઈ રહી છે. પરંતુ શા માટે તારા, ગ્રહો અને અણુઓ વિસ્તરતા નથી?

20મી સદીના સૌથી મોટા વૈજ્ઞાનિક આશ્ચર્યમાંનું એક બ્રહ્માંડના વિસ્તરણની શોધ હતી. દૂરની તારાવિશ્વો આપણાથી અને એકબીજાથી નજીકના કરતાં વધુ ઝડપથી દૂર જઈ રહી છે, જાણે અવકાશની ખૂબ જ ફેબ્રિક ખેંચાઈ રહી છે. સૌથી મોટા સ્કેલ પર, બ્રહ્માંડમાં પદાર્થ અને ઊર્જાની ઘનતા અબજો વર્ષોથી ઘટી રહી છે, અને તેમ કરવાનું ચાલુ રાખે છે. અને જો આપણે પર્યાપ્ત દૂર જોઈએ, તો આપણે આકાશગંગાઓ એટલી ઝડપથી ઉડતી જોઈશું કે આજે આપણે જે કંઈપણ તેમને મોકલી શકીએ છીએ તે તેમને પકડી શકતું નથી - પ્રકાશની ગતિ પણ નહીં. પરંતુ શું આમાં વિરોધાભાસ નથી? વાચક જે પૂછે છે તે આ બરાબર છે:

જો બ્રહ્માંડ પ્રકાશની ઝડપ કરતાં વધુ ઝડપથી વિસ્તરી રહ્યું છે, તો આ આપણા સૌરમંડળ અને સૂર્યથી ગ્રહોના અંતરને કેમ અસર કરતું નથી? અને આપણી આકાશગંગાના તારાઓ વચ્ચેનું સાપેક્ષ અંતર કેમ વધી રહ્યું નથી... અથવા વધી રહ્યું છે?

વાચકનો વિચાર સાચો છે, અને સૂર્યમંડળ, બ્રહ્માંડના વિસ્તરણ સાથે ગ્રહો અને તારાઓ વચ્ચેનું અંતર વધતું નથી. તો વિસ્તરતા બ્રહ્માંડમાં શું વિસ્તરી રહ્યું છે? ચાલો તેને આકૃતિ કરીએ.



ન્યુટનનો અવકાશનો મૂળ વિચાર નિશ્ચિત, નિરપેક્ષ અને અપરિવર્તનશીલ છે. તે એક એવો તબક્કો હતો કે જેના પર જનતાનું અસ્તિત્વ અને આકર્ષણ થઈ શકે છે

જ્યારે ન્યૂટને સૌપ્રથમ બ્રહ્માંડ વિશે વિચાર્યું, ત્યારે તેણે જગ્યાને ગ્રીડ તરીકે કલ્પના કરી. તે એક સંપૂર્ણ, નિશ્ચિત એન્ટિટી હતી, જે સમૂહોથી ભરેલી હતી જે ગુરુત્વાકર્ષણથી એકબીજા તરફ આકર્ષિત હતી. પરંતુ જ્યારે આઈન્સ્ટાઈન આવ્યા ત્યારે તેમને સમજાયું કે આ કાલ્પનિક ગ્રીડ નિશ્ચિત નથી, નિરપેક્ષ નથી અને ન્યૂટનની રજૂઆત જેવી નથી. આ મેશ ફેબ્રિક જેવું છે, અને આ ફેબ્રિક વાંકી, વિકૃત અને દ્રવ્ય અને ઊર્જાની હાજરીને કારણે સમય જતાં બદલાય છે. તદુપરાંત, પદાર્થ અને ઊર્જા તેની વક્રતા નક્કી કરે છે.

સામાન્ય સાપેક્ષતા અનુસાર ગુરુત્વાકર્ષણ સમૂહ દ્વારા અવકાશ-સમયની વક્રતા

પરંતુ જો તમારા અવકાશ-સમયમાં વિવિધ સમૂહોનો જ સંગ્રહ હોત, તો તે અનિવાર્યપણે તૂટી જશે અને બ્લેક હોલ બનાવશે. આઈન્સ્ટાઈનને આ વિચાર ગમ્યો ન હતો, તેથી તેણે કોસ્મોલોજીકલ કોન્સ્ટન્ટના રૂપમાં "સુધારણા" ઉમેર્યું. જો સમીકરણમાં તે વધારાનો શબ્દ હોય - વધારાની ઉર્જા ખાલી જગ્યામાં પ્રવેશે છે - તે તે બધા સમૂહને દૂર કરી શકે છે અને બ્રહ્માંડને સ્થિર રાખી શકે છે. તે ગુરુત્વાકર્ષણના પતનને અટકાવશે. તેને ઉમેરીને, આઈન્સ્ટાઈને બ્રહ્માંડને કાયમ માટે લગભગ ગતિહીન સ્થિતિમાં અસ્તિત્વમાં રહેવાની મંજૂરી આપી.

પરંતુ દરેક જણ સ્થિર બ્રહ્માંડના વિચાર તરફ આકર્ષાયા ન હતા. પ્રથમ ઉકેલોમાંથી એક એલેક્ઝાન્ડર ફ્રીડમેન નામના ભૌતિકશાસ્ત્રીએ મેળવ્યો હતો. તેણે બતાવ્યું કે જો તમે આ કોસ્મોલોજિકલ કોન્સ્ટન્ટ ન ઉમેરશો, અને બ્રહ્માંડને ઊર્જા - દ્રવ્ય, કિરણોત્સર્ગ, ધૂળ, પ્રવાહી વગેરેથી ભરી દો. - પછી ઉકેલોના બે વર્ગો છે: એક સંકુચિત બ્રહ્માંડ માટે, અને બીજો વિસ્તરણ માટે.

બ્રહ્માંડના વિસ્તરણનું "કિસમિસ બ્રેડ" મોડેલ, જ્યાં જગ્યા વિસ્તરે તેમ સંબંધિત અંતર વધે છે (કણક)

ગણિત તમને સંભવિત ઉકેલો આપે છે, પરંતુ તમારે ભૌતિક બ્રહ્માંડને જોવાની જરૂર છે જે તેનું વર્ણન કરે છે. એડવિન હબલના કામને કારણે 1920ના દાયકામાં આવું બન્યું હતું. હબલ એ સૌપ્રથમ શોધ્યું હતું કે અન્ય તારાવિશ્વોમાં વ્યક્તિગત તારાઓની લાક્ષણિકતાઓને માપવા અને તેમનું અંતર નક્કી કરવું શક્ય છે. આ માપને વેસ્ટો સ્લિફરના કામ સાથે જોડીને, જેમણે બતાવ્યું કે આ પદાર્થો પરમાણુ સ્પેક્ટ્રમમાં ફેરફાર કરે છે, તેણે એક અદ્ભુત પરિણામ મેળવ્યું.

વિસ્તરણના દેખીતા દર (વાય-અક્ષ) વિરુદ્ધ અંતર (x-અક્ષ) એ બ્રહ્માંડને અનુરૂપ છે જે ભૂતકાળમાં ઝડપથી વિસ્તર્યું હતું પરંતુ આજે પણ વિસ્તરી રહ્યું છે. આ હબલના કાર્યનું આધુનિક સંસ્કરણ છે, જે મૂળ કરતાં હજારો ગણા વધારે અંતર સુધી વિસ્તરેલું છે.

કાં તો સાપેક્ષતાનો સંપૂર્ણ સિદ્ધાંત ખોટો છે, આપણે બ્રહ્માંડના કેન્દ્રમાં છીએ અને બધું સમપ્રમાણરીતે આપણાથી દૂર ચાલી રહ્યું છે, અથવા સાપેક્ષતાનો સિદ્ધાંત સાચો છે, ફ્રીડમેન સાચો છે, અને આકાશગંગા આપણાથી જેટલી દૂર છે, તેટલી ઝડપથી સરેરાશ તે આપણાથી દૂર જાય છે. એક ચાલમાં, વિસ્તરતા બ્રહ્માંડનો સિદ્ધાંત એક સરળ વિચારથી બ્રહ્માંડના અગ્રણી વર્ણન તરફ આગળ વધ્યો.

એક્સ્ટેંશન થોડું વિપરીત રીતે કામ કરે છે. આ બધું એવું લાગે છે કે જાણે અવકાશનું ફેબ્રિક સમય સાથે ખેંચાઈ રહ્યું છે, અને આ જગ્યામાંના તમામ પદાર્થો એકબીજાથી દૂર ખેંચાઈ રહ્યા છે. એક પદાર્થ બીજાથી જેટલો આગળ છે, તેમની વચ્ચેનો ખેંચાણ વધારે છે, તેટલી ઝડપથી તેઓ એકબીજાથી દૂર જાય છે. જો આપણી પાસે એકસરખી રીતે દ્રવ્યથી ભરેલું બ્રહ્માંડ હોય, તો તે બાબત ઓછી ગાઢ બની જશે અને તેનો દરેક વિભાગ સમય જતાં બીજા બધાથી દૂર જશે.

સીએમબીમાં ઠંડીની વધઘટ (વાદળી) સ્વાભાવિક રીતે ઠંડી હોતી નથી, પરંતુ તે ફક્ત એવા વિસ્તારોનું પ્રતિનિધિત્વ કરે છે કે જ્યાં દ્રવ્યની ઊંચી ઘનતાને કારણે ગુરુત્વાકર્ષણ વધારે હોય છે. હોટ સ્પોટ્સ (લાલ) વધુ ગરમ હોય છે કારણ કે તે સ્થળોમાં રેડિયેશન છીછરા ગુરુત્વાકર્ષણમાં રહે છે. સમય જતાં, ગીચ વિસ્તારો તારાઓ, તારાવિશ્વો અને ક્લસ્ટરો બનવાની શક્યતા વધારે છે, જ્યારે ઓછા ગીચ વિસ્તારોમાં તારા બનવાની શક્યતા ઓછી છે.

પરંતુ બ્રહ્માંડ સંપૂર્ણ રીતે એકરૂપ નથી. તેમાં ગ્રહો, તારાઓ, આકાશગંગાઓ અને ગેલેક્સી ક્લસ્ટર જેવા વધેલા ઘનતાના વિસ્તારો છે. તેમાં નીચી ગીચતાવાળા વિસ્તારો છે, જેમ કે વિશાળ કોસ્મિક વોઈડ, જ્યાં વ્યવહારીક રીતે કોઈ મોટા પદાર્થો જોવા મળતા નથી. આ બ્રહ્માંડના વિસ્તરણ ઉપરાંત અન્ય ભૌતિક ઘટનાઓની હાજરીને કારણે છે. નાના ભીંગડા પર, પ્રાણીઓના કદના અને નાના, ઇલેક્ટ્રોમેગ્નેટિઝમ અને પરમાણુ બળો પ્રબળ છે. મોટા ભીંગડા પર - ગ્રહો, સૌરમંડળો અને તારાવિશ્વો - ગુરુત્વાકર્ષણ પ્રભાવ પ્રબળ છે. બ્રહ્માંડ સાથે સરખાવી શકાય તેવા સૌથી મોટા સ્કેલ પર-મુખ્ય સંઘર્ષ બ્રહ્માંડના વિસ્તરણ અને તેમાં હાજર તમામ પદાર્થો અને ઊર્જાના ગુરુત્વાકર્ષણ આકર્ષણ વચ્ચે છે.

સૌથી મોટા સ્કેલ પર, બ્રહ્માંડ વિસ્તરી રહ્યું છે અને તારાવિશ્વો એકબીજાથી દૂર જઈ રહ્યાં છે. નાના ભીંગડા પર, ગુરુત્વાકર્ષણ વિસ્તરણને વધારે છે, જે તારાઓ, તારાવિશ્વો અને તેમના ક્લસ્ટરોની રચના તરફ દોરી જાય છે.

સૌથી મોટા સ્કેલ પર, વિસ્તરણ જીતે છે. સૌથી દૂરની તારાવિશ્વો એટલી ઝડપથી દૂર થઈ રહી છે કે પ્રકાશની ઝડપે પણ, અમે તેમને મોકલી શકીએ એવા કોઈ સંકેતો ક્યારેય તેમના સુધી પહોંચી શકશે નહીં. બ્રહ્માંડના સુપરક્લસ્ટર્સ-લાંબા, થ્રેડ જેવા બંધારણો કે જેની સાથે ગેલેક્સીઓ લાઇન કરે છે, જે અબજો પ્રકાશ વર્ષો સુધી વિસ્તરે છે-જેમ બ્રહ્માંડ વિસ્તરે છે તેમ ખેંચાય છે અને ખેંચાય છે. પ્રમાણમાં ટૂંકા સમયમાં તેઓ અદૃશ્ય થઈ જશે. અને આકાશગંગાનું સૌથી નજીકનું ક્લસ્ટર, કન્યાનું ક્લસ્ટર, જે ફક્ત 50 મિલિયન પ્રકાશ વર્ષો દૂર સ્થિત છે, તે આપણને તેના તરફ આકર્ષિત કરશે નહીં. ગુરુત્વાકર્ષણીય ખેંચાણ આપણા પોતાના કરતા હજાર ગણા વધારે હોવા છતાં, બ્રહ્માંડનું વિસ્તરણ આપણને અલગ કરશે.

હજારો તારાવિશ્વોનો વિશાળ સંગ્રહ 100,000,000 પ્રકાશ વર્ષોમાં આપણું તાત્કાલિક વાતાવરણ બનાવે છે. કન્યા સમૂહ ગુરુત્વાકર્ષણથી બંધાયેલો રહેશે, પરંતુ આકાશગંગા સમય જતાં તેનાથી દૂર જતી રહેશે.

પરંતુ એવા નાના ભીંગડા પણ છે જ્યાં વિસ્તરણ પરાજિત થયું છે - ઓછામાં ઓછું સ્થાનિક રીતે. કન્યા સમૂહ ગુરુત્વાકર્ષણથી બંધાયેલો રહેશે. આકાશગંગા અને તારાવિશ્વોના સમગ્ર સ્થાનિક જૂથ જોડાયેલા રહેશે, અને અંતે ગુરુત્વાકર્ષણના પ્રભાવ હેઠળ ભળી જશે. પૃથ્વી હજી પણ સમાન અંતરે સૂર્યની આસપાસ ભ્રમણકક્ષામાં ફરશે, પૃથ્વી સમાન કદની રહેશે, અને અણુઓ જે બધું બનાવે છે તે વિસ્તરણ કરશે નહીં. શા માટે? કારણ કે બ્રહ્માંડનું વિસ્તરણ ફક્ત ત્યારે જ કાર્ય કરે છે જ્યાં અન્ય ક્રિયાપ્રતિક્રિયાઓ - ગુરુત્વાકર્ષણ, ઇલેક્ટ્રોમેગ્નેટિક, પરમાણુ - તેને દૂર કરી શક્યા નથી. જો અમુક બળ કોઈ વસ્તુને અકબંધ રાખવા સક્ષમ હોય, તો બ્રહ્માંડનું વિસ્તરણ પણ તેને બદલી શકતું નથી.

TRAPPIST-1 સિસ્ટમમાં ગ્રહોની ભ્રમણકક્ષા બ્રહ્માંડના વિસ્તરણ સાથે ગુરુત્વાકર્ષણના સુસંગત બળને કારણે બદલાતી નથી, જે વિસ્તરણના તમામ પરિણામોને દૂર કરે છે.

આનું એક અસ્પષ્ટ કારણ છે, કારણ કે વિસ્તરણ એ ક્રિયાપ્રતિક્રિયા વિશે નથી, પરંતુ ઝડપ વિશે વધુ છે. અવકાશ તમામ ભીંગડા પર વિસ્તરે છે, પરંતુ વિસ્તરણ માત્ર તમામ વસ્તુઓને સામૂહિક રીતે અસર કરે છે. બે બિંદુઓ વચ્ચે, અવકાશ ચોક્કસ ઝડપે વિસ્તરશે, પરંતુ જો આ ઝડપ બે વસ્તુઓ વચ્ચેની એસ્કેપ ઝડપ કરતાં ઓછી હોય - જો તેમની વચ્ચે બળ હોય તો - તો તેમની વચ્ચેનું અંતર વધશે નહીં. અંતરમાં વધારો નહીં, વિસ્તરણની અસર નહીં. કોઈપણ ક્ષણે, વિસ્તરણને માર્જિનથી દૂર કરવામાં આવે છે, તેથી તે અસંબંધિત વસ્તુઓ વચ્ચે જોવા મળેલી કુલ અસર ક્યારેય પ્રાપ્ત કરી શકશે નહીં. પરિણામે, સ્થિર, સુસંગત પદાર્થો વિસ્તરતા બ્રહ્માંડમાં કાયમ માટે અપરિવર્તિત રહી શકે છે.

સ્થિર પદાર્થોના કદ એકસાથે રાખવામાં આવે છે, પછી ભલે તે ગુરુત્વાકર્ષણ, ઇલેક્ટ્રોમેગ્નેટિઝમ અથવા અન્ય બળ દ્વારા બંધાયેલા હોય, બ્રહ્માંડના વિસ્તરણની સાથે બદલાશે નહીં. જો તમે બ્રહ્માંડના વિસ્તરણને દૂર કરવામાં મેનેજ કરશો, તો તમે હંમેશ માટે જોડાયેલા રહેશો.

જ્યાં સુધી બ્રહ્માંડમાં આપણે માપેલા ગુણધર્મો છે ત્યાં સુધી બધું એવું જ ચાલુ રહેશે. શ્યામ ઉર્જા અસ્તિત્વમાં હોઈ શકે છે અને દૂરના તારાવિશ્વો આપણાથી દૂર થઈ શકે છે, પરંતુ નિશ્ચિત અંતર પર વિસ્તરણની અસર બદલાશે નહીં. માત્ર વિકલ્પમાં

(Science@Science_Newworld).

દરેક વ્યક્તિ જાણે છે કે બ્રહ્માંડ વિસ્તરી રહ્યું છે. પણ ક્યાં? આ એક્સ્ટેંશન શું છે? ન્યુક્લિયર મશરૂમ કેવી રીતે વધે છે તેનું અવલોકન કરીને, અમે ચોક્કસપણે તે જગ્યાને મર્યાદિત કરી શકીએ છીએ જેમાં તે વધે છે. પ્રશ્ન એક તરફ ખૂબ જ મૂર્ખ હોઈ શકે છે, પરંતુ બીજી બાજુ, ખૂબ જ રસપ્રદ છે.

તેથી, મહાવિસ્ફોટથી બ્રહ્માંડ વિસ્તરી રહ્યું છે અથવા સંકુચિત થઈ રહ્યું છે (અનુક્રમે રેડશિફ્ટિંગ અને બ્લુશિફ્ટિંગ). પરંતુ તેના વિસ્તરણનો અંત ક્યાં આવશે? છેવટે, તે અનંતમાં હોઈ શકતું નથી. શા માટે આપણે બ્રહ્માંડના વિસ્તરણ વિશે વાત કરવી જોઈએ કે જાણે તે વિશ્વની સૌથી સામાન્ય અને કુદરતી વસ્તુ હોય?

પ્રથમ, થોડા સરળ સત્યો.

1. તમે અત્યારે વિસ્તરણ કરી રહ્યાં નથી. પૃથ્વી પણ નથી. ન તો સોલાર સિસ્ટમ કે ન તો મિલ્કી વે. બ્રહ્માંડનું વિસ્તરણ ગુરુત્વાકર્ષણ પર આધારિત છે, જેનો અર્થ માત્ર એટલો જ થાય છે કે ઉચ્ચ-ઘનતાવાળા પ્રદેશો સ્થાનિક ગુરુત્વાકર્ષણ-પ્રબળ અસરો અનુભવે છે. તે તારણ આપે છે કે તમામ તારાવિશ્વો આકાશગંગાથી દૂર જતા નથી. આપણો સૌથી નજીકનો પાડોશી, એન્ડ્રોમેડા ગેલેક્સી, 80 કિમી/સેકંડની ઝડપે આપણી તરફ ધસી રહ્યો છે અને કેટલાંક અબજ વર્ષોમાં આપણી સાથે ટકરાશે.

2. રૂપકો પર વિશ્વાસ ન કરો. તમને લાગે છે કે બ્રહ્માંડ હવાથી ફૂલેલા ફુગ્ગાની જેમ વિસ્તરી રહ્યું છે. "જુઓ, બ્રહ્માંડની જેમ!", એક ફેશનેબલ બ્રિટિશ વૈજ્ઞાનિક તમને કહેશે. પરંતુ તમે, સ્માર્ટ હોવાને કારણે, જોશો કે બોલની બહાર જગ્યા છે, અને બોલની 2-પરિમાણીય સપાટી 3-પરિમાણીય જગ્યામાં વિસ્તરે છે. જો કે, આપણા બ્રહ્માંડના ત્રણ પરિમાણો છે.

3. બ્રહ્માંડનો કોઈ અંત કે ધાર નથી. અમને ખાતરી નથી કે બ્રહ્માંડ અનંત મોટું છે કે ખરેખર મોટું છે, પરંતુ જો તે હોય તો પણ, જો તમે એક દિશામાં લાંબા સમય સુધી મુસાફરી કરો છો તો તમે એક ચોરસ પર પાછા આવી જશો. પેક-મેન વિચારો, પરંતુ ફળ અને ભૂત વિના. બ્રહ્માંડના કેન્દ્રની વાત કરીએ તો, ત્યાં જ બોલ સાદ્રશ્ય આપણને મદદ કરે છે. અમને લાગે છે કે બધી તારાવિશ્વો આપણાથી દૂર જઈ રહી છે, પરંતુ તેમના દૃષ્ટિકોણથી તેઓ બ્રહ્માંડનું કેન્દ્ર પણ હશે. તે માત્ર એક ભ્રમણા છે.

તો બ્રહ્માંડ ખરેખર ક્યાં વિસ્તરી રહ્યું છે? હા, ક્યાંય નથી. વસ્તુઓથી ભરેલી જગ્યા કબાટ નથી. પરંતુ આ સમજવા માટે, ચાલો જોઈએ કે અવકાશ સમય વિશે સામાન્ય સાપેક્ષતા શું કહે છે.

ઓટોમાં (વ્યાવસાયિકો કહે છે તેમ), જગ્યા (અને સમય) ની સૌથી મહત્વપૂર્ણ મિલકત બે બિંદુઓ વચ્ચેનું અંતર (અને સમય અંતરાલ) છે. હકીકતમાં, અંતર સંપૂર્ણપણે જગ્યા નક્કી કરે છે. અંતર સ્કેલની ઉત્ક્રાંતિ અવકાશમાં દ્રવ્ય અને ઊર્જાના જથ્થા દ્વારા નક્કી કરવામાં આવે છે, અને જેમ જેમ સમય આગળ વધે છે તેમ, સ્કેલ વધે છે અને તેથી તારાવિશ્વો વચ્ચેનું અંતર પણ વધે છે. જો કે - અને આ વિચિત્ર બાબત છે - આ તારાવિશ્વોની વાસ્તવિક હિલચાલ વિના થાય છે.

કદાચ આ સમયે તમારી અંતર્જ્ઞાન નિષ્ફળ ગઈ. પરંતુ આ આપણને વિચિત્રતાને સમજવાથી રોકશે નહીં.

અમે પહેલેથી જ કહ્યું છે કે આકાશગંગાઓ આપણાથી દૂર જઈ રહી છે. ખરેખર નથી. ખરેખર શું થઈ રહ્યું છે તે સમજાવવું વૈજ્ઞાનિકો માટે સરળ છે. તેઓ તમને છેતરે છે.

"પરંતુ રાહ જુઓ!", તમારામાંથી સૌથી વધુ વૈજ્ઞાનિક રીતે જાણકાર કહેશે. - "અમે દૂરના તારાવિશ્વોની ડોપ્લર શિફ્ટને માપી રહ્યા છીએ." આ કહેવાતી “રેડ શિફ્ટ”, જેના વિશે તમે જાણો છો, તે જમીન પર રેકોર્ડ કરવામાં આવે છે, અને પસાર થતી એમ્બ્યુલન્સના સાયરનની જેમ, અમને જણાવે છે કે ત્યાં હલનચલન છે. પરંતુ કોસ્મોલોજિકલ સ્કેલ પર આવું થતું નથી. તે માત્ર એટલું જ છે કે જ્યારથી દૂરની તારાવિશ્વો પ્રકાશ ફેંકે છે અને તે આપણા સુધી પહોંચે છે, અવકાશનું પ્રમાણ ગંભીરપણે બદલાઈ ગયું છે અને વધ્યું છે. જેમ જેમ અવકાશ વિસ્તર્યો છે તેમ, ફોટોનની તરંગલંબાઇ પણ વધી છે, જેના કારણે પ્રકાશ લાલ દેખાય છે.

આ અભિગમ અન્ય પ્રશ્ન તરફ દોરી જાય છે: "શું બ્રહ્માંડ ખરેખર પ્રકાશની ગતિ કરતા વધુ ઝડપથી વિસ્તરે છે તે એકદમ સાચું છે કે મોટા ભાગની દૂરની તારાવિશ્વો પ્રકાશની ગતિ કરતાં વધુ ઝડપથી વધે છે, પરંતુ તેથી શું? પ્રકાશ (તેઓ સામાન્ય રીતે સ્થિર રહે છે તદુપરાંત, આ જાણવું તમને કોઈપણ રીતે મદદ કરશે નહીં: માહિતી પ્રસારિત થતી નથી. જો તમે અન્ય આકાશગંગાને ખોરાકનું પેકેજ મોકલો છો, તો આ પ્રકાશની ગતિ કરતાં વધુ ઝડપથી થઈ શકતું નથી (અને અહીં પણ, સૈદ્ધાંતિક રીતે, તમારે પ્રકાશની ગતિ સાર્વત્રિક ગતિ મર્યાદા રહે છે.

અમે બ્રહ્માંડના વિસ્તરણ અંગે સૌથી વધુ વ્યાપક (અથવા સાપેક્ષવાદીઓના ક્ષેત્રમાં સુસ્થાપિત) અભિપ્રાય રજૂ કર્યા છે, પરંતુ તે હકીકત સાથે સમાપ્ત થવું તાર્કિક હશે કે અમે બિલકુલ સમજી શકતા નથી. જો તમારી પાસે આગળ વધવા અને ખેંચવા માટે જગ્યા હોય તો ઉપરોક્ત તમામ સરસ કામ કરે છે. પરંતુ ખૂબ જ શરૂઆતમાં એવું શું બન્યું કે જેના કારણે જગ્યા શાબ્દિક રીતે શૂન્યની બહાર બની ગઈ? ભૌતિકશાસ્ત્ર પાસે આ પ્રશ્નનો કોઈ જવાબ નથી. અને જ્યાં સુધી ક્વોન્ટમ ગુરુત્વાકર્ષણનો સિદ્ધાંત દેખાય અને આ મુદ્દા પર પ્રકાશ ન પડે ત્યાં સુધી આપણે રાહ જોવી પડશે.

દરેક વ્યક્તિ જાણે છે કે બ્રહ્માંડ વિસ્તરી રહ્યું છે. પણ ક્યાં? આ એક્સ્ટેંશન શું છે? ન્યુક્લિયર મશરૂમ કેવી રીતે વધે છે તેનું અવલોકન કરીને, અમે ચોક્કસપણે તે જગ્યાને મર્યાદિત કરી શકીએ છીએ જેમાં તે વધે છે. પ્રશ્ન એક તરફ ખૂબ જ મૂર્ખ હોઈ શકે છે, પરંતુ બીજી બાજુ, ખૂબ જ રસપ્રદ છે.

તેથી, બિગ બેંગથી બ્રહ્માંડ વિસ્તરી રહ્યું છે અથવા સંકુચિત થઈ રહ્યું છે (અનુક્રમે લાલ શિફ્ટિંગ અને બ્લુશિફ્ટિંગ). પરંતુ તેના વિસ્તરણનો અંત ક્યાં આવશે? છેવટે, તે અનંતમાં ન હોઈ શકે. શા માટે આપણે બ્રહ્માંડના વિસ્તરણ વિશે વાત કરવી જોઈએ કે જાણે તે વિશ્વની સૌથી સામાન્ય અને કુદરતી વસ્તુ હોય?

પ્રથમ, થોડા સરળ સત્યો.

1. તમે અત્યારે વિસ્તરણ કરી રહ્યાં નથી. પૃથ્વી પણ નથી. ન તો સૂર્યમંડળ કે ન તો આકાશગંગા. બ્રહ્માંડનું વિસ્તરણ ગુરુત્વાકર્ષણ પર આધારિત છે, જેનો અર્થ માત્ર એ છે કે ઉચ્ચ-ઘનતાવાળા પ્રદેશો સ્થાનિક ગુરુત્વાકર્ષણ-પ્રબળ અસરો અનુભવે છે. તે તારણ આપે છે કે તમામ તારાવિશ્વો આકાશગંગાથી દૂર જતા નથી. આપણો સૌથી નજીકનો પાડોશી, એન્ડ્રોમેડા ગેલેક્સી 80 કિમી/સેકન્ડની ઝડપે આપણી તરફ ધસી રહ્યો છે અને કેટલાંક અબજ વર્ષોમાં આપણી સાથે અથડાશે.

2. રૂપકો પર વિશ્વાસ કરશો નહીં. તમને લાગે છે કે બ્રહ્માંડ હવાથી ફૂલેલા ફુગ્ગાની જેમ વિસ્તરી રહ્યું છે. "જુઓ, બ્રહ્માંડની જેમ!", એક ફેશનેબલ બ્રિટિશ વૈજ્ઞાનિક તમને કહેશે. પરંતુ તમે, સ્માર્ટ હોવાને કારણે, જોશો કે બોલની બહાર જગ્યા છે, અને બોલની 2-પરિમાણીય સપાટી 3-પરિમાણીય જગ્યામાં વિસ્તરે છે. જો કે, આપણા બ્રહ્માંડના ત્રણ પરિમાણો છે.

3. બ્રહ્માંડનો કોઈ અંત કે ધાર નથી. અમને ખરેખર ખાતરી નથી કે બ્રહ્માંડ અનંત મોટું છે કે ખરેખર મોટું છે, પરંતુ જો તે હોય તો પણ, જો તમે એક દિશામાં લાંબા સમય સુધી મુસાફરી કરો છો તો તમે એક ચોરસ પર પાછા આવી જશો. પેક-મેન વિચારો, પરંતુ ફળ અને ભૂત વિના. બ્રહ્માંડના કેન્દ્રની વાત કરીએ તો, ત્યાં જ બોલ સાદ્રશ્ય આપણને મદદ કરે છે. અમને લાગે છે કે બધી તારાવિશ્વો આપણાથી દૂર જઈ રહી છે, પરંતુ તેમના દૃષ્ટિકોણથી તેઓ બ્રહ્માંડનું કેન્દ્ર પણ હશે. તે માત્ર એક ભ્રમણા છે.

તો બ્રહ્માંડ ખરેખર ક્યાં વિસ્તરી રહ્યું છે? હા, ક્યાંય નથી. વસ્તુઓથી ભરેલી જગ્યા કબાટ નથી. પરંતુ આ સમજવા માટે, ચાલો જોઈએ કે સામાન્ય સાપેક્ષતા અવકાશ-સમય વિશે શું કહે છે.

સામાન્ય સાપેક્ષતામાં (વ્યાવસાયિકો કહે છે તેમ), જગ્યા (અને સમય) ની સૌથી મહત્વપૂર્ણ મિલકત બે બિંદુઓ વચ્ચેનું અંતર (અને સમય અંતરાલ) છે. હકીકતમાં, અંતર સંપૂર્ણપણે જગ્યા નક્કી કરે છે. અંતરના સ્કેલનું ઉત્ક્રાંતિ અવકાશમાં દ્રવ્ય અને ઊર્જાના જથ્થા દ્વારા નક્કી કરવામાં આવે છે, અને જેમ જેમ સમય જાય છે તેમ તેમ આકાશગંગાઓ વચ્ચેનું અંતર વધતું જાય છે. જો કે - અને આ વિચિત્ર વસ્તુ છે - આ તારાવિશ્વોની વાસ્તવિક હિલચાલ વિના થાય છે.

કદાચ આ સમયે તમારી અંતર્જ્ઞાન નિષ્ફળ ગઈ. પરંતુ આ આપણને વિચિત્રતાને સમજવાથી રોકશે નહીં.

અમે પહેલેથી જ કહ્યું છે કે આકાશગંગાઓ આપણાથી દૂર જઈ રહી છે. ખરેખર નથી. ખરેખર શું થઈ રહ્યું છે તે સમજાવવું વૈજ્ઞાનિકો માટે સરળ છે. તેઓ તમને છેતરે છે.

"પરંતુ રાહ જુઓ!", તમારામાંથી સૌથી વધુ વૈજ્ઞાનિક રીતે જાણકાર કહેશે. - "અમે દૂરના તારાવિશ્વોની ડોપ્લર શિફ્ટને માપીએ છીએ." આ કહેવાતી “રેડશિફ્ટ”, જેના વિશે તમે જાણો છો, તે પૃથ્વી પર રેકોર્ડ કરવામાં આવે છે, અને પસાર થતી એમ્બ્યુલન્સના સાયરનની જેમ, તે અમને જણાવે છે કે ત્યાં હલનચલન છે. પરંતુ કોસ્મોલોજિકલ સ્કેલ પર આવું થતું નથી. તે માત્ર એટલું જ છે કે જ્યારથી દૂરની તારાવિશ્વો પ્રકાશ ઉત્સર્જિત કરે છે અને તે આપણા સુધી પહોંચે છે, અવકાશનું પ્રમાણ ગંભીરપણે બદલાઈ ગયું છે અને વધ્યું છે. જેમ જેમ અવકાશ વિસ્તર્યો છે તેમ, ફોટોનની તરંગલંબાઇ પણ વધી છે, જેના કારણે પ્રકાશ લાલ દેખાય છે.

આ અભિગમ અન્ય પ્રશ્ન તરફ દોરી જાય છે: "શું બ્રહ્માંડ ખરેખર પ્રકાશની ગતિ કરતાં વધુ ઝડપથી વિસ્તરી રહ્યું છે?" તે એકદમ સાચું છે કે મોટા ભાગની દૂરની તારાવિશ્વો પ્રકાશની ગતિ કરતાં વધુ ઝડપથી આપણાથી તેમનું અંતર વધારે છે, પરંતુ શું? તેઓ પ્રકાશ કરતાં વધુ ઝડપથી આગળ વધતા નથી (તેઓ સામાન્ય રીતે સ્થિર રહે છે). તદુપરાંત, આ જાણવું તમને કોઈપણ રીતે મદદ કરશે નહીં: માહિતી પ્રસારિત થતી નથી. જો તમે પ્રકાશની ગતિ કરતાં વધુ ઝડપથી અન્ય ગેલેક્સીમાં ખોરાકનું પેકેજ મોકલો છો, તો આ કરી શકાતું નથી (અને અહીં પણ, સૈદ્ધાંતિક રીતે, તમારે પ્રયાસ કરવો પડશે). પ્રકાશની ગતિ સાર્વત્રિક ગતિ મર્યાદા રહે છે.

અમે બ્રહ્માંડના વિસ્તરણ અંગે સૌથી વધુ વ્યાપક (અથવા સાપેક્ષવાદીઓના ક્ષેત્રમાં સુસ્થાપિત) અભિપ્રાય રજૂ કર્યા છે, પરંતુ તે હકીકત સાથે સમાપ્ત થવું તાર્કિક હશે કે અમે બિલકુલ સમજી શકતા નથી. જો તમારી પાસે આગળ વધવા અને ખેંચવા માટે જગ્યા હોય તો ઉપરોક્ત તમામ સરસ કામ કરે છે. પરંતુ ખૂબ જ શરૂઆતમાં એવું શું બન્યું કે જેના કારણે જગ્યા શાબ્દિક રીતે શૂન્યની બહાર બની ગઈ? ભૌતિકશાસ્ત્ર પાસે આ પ્રશ્નનો કોઈ જવાબ નથી. અને જ્યાં સુધી ક્વોન્ટમ ગુરુત્વાકર્ષણનો સિદ્ધાંત દેખાય અને આ મુદ્દા પર પ્રકાશ ન પડે ત્યાં સુધી આપણે રાહ જોવી પડશે.

દરેક વ્યક્તિ જાણે છે કે બ્રહ્માંડ વિસ્તરી રહ્યું છે. પણ ક્યાં? આ એક્સ્ટેંશન શું છે? ન્યુક્લિયર મશરૂમ કેવી રીતે વધે છે તેનું અવલોકન કરીને, અમે ચોક્કસપણે તે જગ્યાને મર્યાદિત કરી શકીએ છીએ જેમાં તે વધે છે. પ્રશ્ન એક તરફ ખૂબ જ મૂર્ખ હોઈ શકે છે, પરંતુ બીજી બાજુ, ખૂબ જ રસપ્રદ છે.

તેથી, બિગ બેંગથી બ્રહ્માંડ વિસ્તરી રહ્યું છે અથવા સંકુચિત થઈ રહ્યું છે (અનુક્રમે લાલ શિફ્ટિંગ અને બ્લુશિફ્ટિંગ). પરંતુ તેના વિસ્તરણનો અંત ક્યાં આવશે? છેવટે, તે અનંતમાં ન હોઈ શકે. શા માટે આપણે બ્રહ્માંડના વિસ્તરણ વિશે વાત કરવી જોઈએ કે જાણે તે વિશ્વની સૌથી સામાન્ય અને કુદરતી વસ્તુ હોય?

પ્રથમ, થોડા સરળ સત્યો.

1. તમે અત્યારે વિસ્તરણ કરી રહ્યાં નથી. પૃથ્વી પણ નથી. ન તો સૂર્યમંડળ કે ન તો આકાશગંગા. બ્રહ્માંડનું વિસ્તરણ ગુરુત્વાકર્ષણ પર આધારિત છે, જેનો અર્થ માત્ર એ છે કે ઉચ્ચ-ઘનતાવાળા પ્રદેશો સ્થાનિક ગુરુત્વાકર્ષણ-પ્રબળ અસરો અનુભવે છે. તે તારણ આપે છે કે તમામ તારાવિશ્વો આકાશગંગાથી દૂર જતા નથી. આપણો સૌથી નજીકનો પાડોશી, એન્ડ્રોમેડા ગેલેક્સી 80 કિમી/સેકન્ડની ઝડપે આપણી તરફ ધસી રહ્યો છે અને કેટલાંક અબજ વર્ષોમાં આપણી સાથે અથડાશે.

2. રૂપકો પર વિશ્વાસ કરશો નહીં. તમને લાગે છે કે બ્રહ્માંડ હવાથી ફૂલેલા ફુગ્ગાની જેમ વિસ્તરી રહ્યું છે. "જુઓ, બ્રહ્માંડની જેમ!", એક ફેશનેબલ બ્રિટિશ વૈજ્ઞાનિક તમને કહેશે. પરંતુ તમે, સ્માર્ટ હોવાને કારણે, જોશો કે બોલની બહાર જગ્યા છે, અને બોલની 2-પરિમાણીય સપાટી 3-પરિમાણીય જગ્યામાં વિસ્તરે છે. જો કે, આપણા બ્રહ્માંડના ત્રણ પરિમાણો છે.

3. બ્રહ્માંડનો કોઈ અંત કે ધાર નથી. અમને ખરેખર ખાતરી નથી કે બ્રહ્માંડ અનંત મોટું છે કે ખરેખર મોટું છે, પરંતુ જો તે હોય તો પણ, જો તમે એક દિશામાં લાંબા સમય સુધી મુસાફરી કરો છો તો તમે એક ચોરસ પર પાછા આવી જશો. પેક-મેન વિચારો, પરંતુ ફળ અને ભૂત વિના. બ્રહ્માંડના કેન્દ્રની વાત કરીએ તો, ત્યાં જ બોલ સાદ્રશ્ય આપણને મદદ કરે છે. અમને લાગે છે કે બધી તારાવિશ્વો આપણાથી દૂર જઈ રહી છે, પરંતુ તેમના દૃષ્ટિકોણથી તેઓ બ્રહ્માંડનું કેન્દ્ર પણ હશે. તે માત્ર એક ભ્રમણા છે.

તો બ્રહ્માંડ ખરેખર ક્યાં વિસ્તરી રહ્યું છે? હા, ક્યાંય નથી. વસ્તુઓથી ભરેલી જગ્યા કબાટ નથી. પરંતુ આ સમજવા માટે, ચાલો જોઈએ કે સામાન્ય સાપેક્ષતા અવકાશ-સમય વિશે શું કહે છે.

સામાન્ય સાપેક્ષતામાં (વ્યાવસાયિકો કહે છે તેમ), જગ્યા (અને સમય) ની સૌથી મહત્વપૂર્ણ મિલકત બે બિંદુઓ વચ્ચેનું અંતર (અને સમય અંતરાલ) છે. હકીકતમાં, અંતર સંપૂર્ણપણે જગ્યા નક્કી કરે છે. અંતરના સ્કેલનું ઉત્ક્રાંતિ અવકાશમાં દ્રવ્ય અને ઊર્જાના જથ્થા દ્વારા નક્કી કરવામાં આવે છે, અને જેમ જેમ સમય જાય છે તેમ તેમ આકાશગંગાઓ વચ્ચેનું અંતર વધતું જાય છે. જો કે - અને આ વિચિત્ર વસ્તુ છે - આ તારાવિશ્વોની વાસ્તવિક હિલચાલ વિના થાય છે.

કદાચ આ સમયે તમારી અંતર્જ્ઞાન નિષ્ફળ ગઈ. પરંતુ આ આપણને વિચિત્રતાને સમજવાથી રોકશે નહીં.

અમે પહેલેથી જ કહ્યું છે કે આકાશગંગાઓ આપણાથી દૂર જઈ રહી છે. ખરેખર નથી. ખરેખર શું થઈ રહ્યું છે તે સમજાવવું વૈજ્ઞાનિકો માટે સરળ છે. તેઓ તમને છેતરે છે.

"પરંતુ રાહ જુઓ!", તમારામાંથી સૌથી વધુ વૈજ્ઞાનિક રીતે જાણકાર કહેશે. - "અમે દૂરના તારાવિશ્વોની ડોપ્લર શિફ્ટને માપીએ છીએ." આ કહેવાતી “રેડશિફ્ટ”, જેના વિશે તમે જાણો છો, તે પૃથ્વી પર રેકોર્ડ કરવામાં આવે છે, અને પસાર થતી એમ્બ્યુલન્સના સાયરનની જેમ, તે અમને જણાવે છે કે ત્યાં હલનચલન છે. પરંતુ કોસ્મોલોજિકલ સ્કેલ પર આવું થતું નથી. તે માત્ર એટલું જ છે કે જ્યારથી દૂરની તારાવિશ્વો પ્રકાશ ઉત્સર્જિત કરે છે અને તે આપણા સુધી પહોંચે છે, અવકાશનું પ્રમાણ ગંભીરપણે બદલાઈ ગયું છે અને વધ્યું છે. જેમ જેમ અવકાશ વિસ્તર્યો છે તેમ, ફોટોનની તરંગલંબાઇ પણ વધી છે, જેના કારણે પ્રકાશ લાલ દેખાય છે.

આ અભિગમ અન્ય પ્રશ્ન તરફ દોરી જાય છે: "શું બ્રહ્માંડ ખરેખર પ્રકાશની ગતિ કરતાં વધુ ઝડપથી વિસ્તરી રહ્યું છે?" તે એકદમ સાચું છે કે મોટા ભાગની દૂરની તારાવિશ્વો પ્રકાશની ગતિ કરતાં વધુ ઝડપથી આપણાથી તેમનું અંતર વધારે છે, પરંતુ શું? તેઓ પ્રકાશ કરતાં વધુ ઝડપથી આગળ વધતા નથી (તેઓ સામાન્ય રીતે સ્થિર રહે છે). તદુપરાંત, આ જાણવું તમને કોઈપણ રીતે મદદ કરશે નહીં: માહિતી પ્રસારિત થતી નથી. જો તમે પ્રકાશની ગતિ કરતાં વધુ ઝડપથી અન્ય ગેલેક્સીમાં ખોરાકનું પેકેજ મોકલો છો, તો આ કરી શકાતું નથી (અને અહીં પણ, સૈદ્ધાંતિક રીતે, તમારે પ્રયાસ કરવો પડશે). પ્રકાશની ગતિ સાર્વત્રિક ગતિ મર્યાદા રહે છે.

અમે બ્રહ્માંડના વિસ્તરણ અંગે સૌથી વધુ વ્યાપક (અથવા સાપેક્ષવાદીઓના ક્ષેત્રમાં સુસ્થાપિત) અભિપ્રાય રજૂ કર્યા છે, પરંતુ તે હકીકત સાથે સમાપ્ત થવું તાર્કિક હશે કે અમે બિલકુલ સમજી શકતા નથી. જો તમારી પાસે આગળ વધવા અને ખેંચવા માટે જગ્યા હોય તો ઉપરોક્ત તમામ સરસ કામ કરે છે. પરંતુ ખૂબ જ શરૂઆતમાં એવું શું બન્યું કે જેના કારણે જગ્યા શાબ્દિક રીતે શૂન્યની બહાર બની ગઈ? ભૌતિકશાસ્ત્ર પાસે આ પ્રશ્નનો કોઈ જવાબ નથી. અને જ્યાં સુધી ક્વોન્ટમ ગુરુત્વાકર્ષણનો સિદ્ધાંત દેખાય અને આ મુદ્દા પર પ્રકાશ ન પડે ત્યાં સુધી આપણે રાહ જોવી પડશે.

જ્યારે આપણે દૂરના બ્રહ્માંડને જોઈએ છીએ, ત્યારે આપણે દરેક જગ્યાએ ગેલેક્સીઓ જોઈએ છીએ - બધી દિશામાં, લાખો અને અબજો પ્રકાશ વર્ષો દૂર. કારણ કે ત્યાં બે ટ્રિલિયન તારાવિશ્વો છે જેને આપણે અવલોકન કરી શકીએ છીએ, તેમની બહારની દરેક વસ્તુનો સરવાળો આપણી સૌથી જંગલી કલ્પનાઓ કરતાં મોટો અને ઠંડી છે. સૌથી રસપ્રદ તથ્યોમાંની એક એ છે કે આપણે ક્યારેય અવલોકન કરેલ તમામ તારાવિશ્વો સમાન નિયમોનું પાલન કરે છે (સરેરાશ): તેઓ આપણાથી જેટલા દૂર છે, તેટલી ઝડપથી તેઓ આપણાથી દૂર જઈ રહ્યા છે. 1920 ના દાયકામાં એડવિન હબલ અને તેના સાથીદારો દ્વારા કરવામાં આવેલી આ શોધ, અમને વિસ્તરતા બ્રહ્માંડના ચિત્ર તરફ દોરી ગઈ. પરંતુ જો તે વિસ્તરે તો શું? વિજ્ઞાન જાણે છે, અને હવે તમે પણ જાણશો.

પ્રથમ નજરમાં, આ પ્રશ્ન સામાન્ય જ્ઞાનના પ્રશ્ન જેવો લાગે છે. કારણ કે જે કંઈપણ વિસ્તરે છે તે સામાન્ય રીતે દ્રવ્યથી બનેલું હોય છે અને બ્રહ્માંડના અવકાશ અને સમયમાં અસ્તિત્વમાં હોય છે. પરંતુ બ્રહ્માંડ પોતે અવકાશ અને સમય છે જે પોતાની અંદર દ્રવ્ય અને ઊર્જા ધરાવે છે. જ્યારે આપણે કહીએ છીએ કે "બ્રહ્માંડ વિસ્તરી રહ્યું છે," ત્યારે આપણો અર્થ અવકાશનું વિસ્તરણ છે, જેના કારણે વ્યક્તિગત તારાવિશ્વો અને તારાવિશ્વોના ક્લસ્ટરો એકબીજાથી દૂર જાય છે. સૌથી સહેલો રસ્તો એ છે કે અંદર કિસમિસ સાથે કણકના બોલની કલ્પના કરવી, જે પકાવવાની નાની ભઠ્ઠીમાં શેકવામાં આવે છે, એથન સિગેલ કહે છે.

બ્રહ્માંડનું વિસ્તરતું "બન" મોડલ, જેમાં અવકાશ વિસ્તરે તેમ સંબંધિત અંતર વધે છે

આ કણક અવકાશનું ફેબ્રિક છે, અને કિસમિસ એકબીજા સાથે જોડાયેલી રચનાઓ છે (જેમ કે તારાવિશ્વો અથવા તારાવિશ્વોના ક્લસ્ટરો). કોઈપણ કિસમિસના દૃષ્ટિકોણથી, અન્ય તમામ કિસમિસ તેનાથી દૂર જશે, અને તે જેટલા દૂર હશે, તેટલી ઝડપથી. ફક્ત બ્રહ્માંડના કિસ્સામાં, કણકની બહાર પકાવવાની નાની ભઠ્ઠી અને હવા અસ્તિત્વમાં નથી, ત્યાં માત્ર કણક (જગ્યા) અને કિસમિસ (દ્રવ્ય) છે.

તે માત્ર દૂર થતી તારાવિશ્વો નથી જે રેડશિફ્ટ બનાવે છે, પરંતુ આપણી વચ્ચેની જગ્યા છે

આપણે કેવી રીતે જાણી શકીએ કે આ જગ્યા વિસ્તરી રહી છે અને તારાવિશ્વો દૂર નથી જઈ રહ્યા?

જો તમે જોશો કે વસ્તુઓ તમારી પાસેથી બધી દિશાઓમાં દૂર જતી હોય, તો એક જ કારણ છે જે તેને સમજાવી શકે છે: તમારી અને આ વસ્તુઓ વચ્ચેની જગ્યા વિસ્તરી રહી છે. તમે એમ પણ ધારી શકો છો કે તમે વિસ્ફોટના કેન્દ્રની નજીક છો, અને ઘણી વસ્તુઓ ફક્ત વધુ દૂર છે અને ઝડપથી દૂર થઈ રહી છે કારણ કે તેમને વિસ્ફોટથી વધુ ઊર્જા પ્રાપ્ત થઈ છે. જો આ કિસ્સો હોત, તો અમે તેને બે રીતે સાબિત કરી શકીએ:

• વધુ અંતર અને ઊંચી ઝડપે ઓછા તારાવિશ્વો હશે કારણ કે સમય જતાં તેઓ અવકાશમાં મોટા પ્રમાણમાં ફેલાઈ જશે
• રેડશિફ્ટ અને અંતર વચ્ચેનો સંબંધ વધુ અંતરે ચોક્કસ આકાર લેશે, જે આકારથી અલગ હશે જો અવકાશનું ફેબ્રિક વિસ્તરતું હોય.

જ્યારે આપણે વધુ અંતરો જોઈએ છીએ, ત્યારે આપણને જાણવા મળે છે કે બ્રહ્માંડમાં તારાવિશ્વોની ઘનતા આપણી નજીકના કરતાં વધુ છે. આ એક ચિત્ર સાથે સુસંગત છે જેમાં જગ્યા વિસ્તરી રહી છે, કારણ કે આગળ જોવું એ ભૂતકાળમાં જોવા જેવું જ છે, જ્યાં ઓછું વિસ્તરણ થયું હતું. અમે એ પણ શોધી કાઢ્યું છે કે દૂરની તારાવિશ્વોમાં જગ્યાના વિસ્તરણ સાથે સુસંગત રેડશિફ્ટ-ટુ-અંતર ગુણોત્તર હોય છે, અને બિલકુલ નહીં - જો તારાવિશ્વો ફક્ત ઝડપથી આપણાથી દૂર જતી હોય. વિજ્ઞાન આ પ્રશ્નનો જવાબ બે અલગ અલગ રીતે આપી શકે છે અને બંને જવાબો બ્રહ્માંડના વિસ્તરણને સમર્થન આપે છે.

શું બ્રહ્માંડ હંમેશા સમાન દરે વિસ્તર્યું છે?

આપણે તેને હબલ કોન્સ્ટન્ટ કહીએ છીએ, પરંતુ તે માત્ર અવકાશમાં સ્થિર છે, સમયમાં નહીં. બ્રહ્માંડ વર્તમાનમાં ભૂતકાળ કરતાં વધુ ધીમેથી વિસ્તરી રહ્યું છે. જ્યારે આપણે વિસ્તરણની ઝડપ વિશે વાત કરીએ છીએ, ત્યારે આપણે એકમ અંતર દીઠ ઝડપ વિશે વાત કરી રહ્યા છીએ: આજે લગભગ 70 km/s/Mpc. (એમપીસી એક મેગાપાર્સેક છે, આશરે 3,260,000 પ્રકાશ વર્ષ). પરંતુ વિસ્તરણનો દર બ્રહ્માંડની તમામ વિવિધ વસ્તુઓની ઘનતા પર આધાર રાખે છે, જેમાં દ્રવ્ય અને કિરણોત્સર્ગનો સમાવેશ થાય છે. જેમ જેમ બ્રહ્માંડનું વિસ્તરણ થાય છે તેમ તેમ તેમાં રહેલા પદાર્થ અને કિરણોત્સર્ગની ઘનતા ઓછી થતી જાય છે અને જેમ જેમ ઘનતા ઘટતી જાય છે તેમ તેમ વિસ્તરણ દર પણ ઘટતો જાય છે. બ્રહ્માંડ ભૂતકાળમાં વધુ ઝડપથી વિસ્તર્યું છે અને બિગ બેંગ પછી તે ધીમી પડી રહ્યું છે. હબલ કોન્સ્ટન્ટ એ ખોટું નામ છે; તેને હબલ પેરામીટર કહેવા જોઈએ.

બ્રહ્માંડનું દૂરનું ભાગ્ય વિવિધ શક્યતાઓ પ્રદાન કરે છે, પરંતુ જો ડેટા સૂચવે છે તેમ ડાર્ક એનર્જી ખરેખર સ્થિર હોય, તો આપણે લાલ વળાંકને અનુસરીશું.

શું બ્રહ્માંડ હંમેશ માટે વિસ્તરશે અથવા તે ક્યારેય બંધ થશે?

ખગોળ ભૌતિકશાસ્ત્રીઓ અને બ્રહ્માંડ વિજ્ઞાનીઓની ઘણી પેઢીઓ આ પ્રશ્ન પર મૂંઝવણમાં છે, અને તેનો જવાબ ફક્ત બ્રહ્માંડના વિસ્તરણના દર અને તેમાં હાજર ઊર્જાના તમામ પ્રકારો (અને માત્રા) નક્કી કરીને જ આપી શકાય છે. અમે પહેલાથી જ સફળતાપૂર્વક માપી લીધું છે કે સામાન્ય દ્રવ્ય, રેડિયેશન, ન્યુટ્રિનો, ડાર્ક મેટર અને ડાર્ક એનર્જી કેટલી છે, તેમજ બ્રહ્માંડના વિસ્તરણનો દર. ભૌતિકશાસ્ત્રના નિયમો અને ભૂતકાળમાં જે બન્યું છે તેના આધારે, એવું લાગે છે કે બ્રહ્માંડ કાયમ માટે વિસ્તરશે. જો કે આની સંભાવના 100% નથી; જો ભૂતકાળ અને વર્તમાનની તુલનામાં ભવિષ્યમાં ડાર્ક એનર્જી જેવું કંઈક અલગ રીતે વર્તે છે, તો આપણા તમામ તારણો પર પુનર્વિચાર કરવો પડશે.

શું તારાવિશ્વો પ્રકાશની ગતિ કરતાં વધુ ઝડપથી આગળ વધે છે? શું આ પ્રતિબંધિત નથી?

આપણા દૃષ્ટિકોણથી, આપણી અને દૂરના બિંદુ વચ્ચેની જગ્યા વિસ્તરી રહી છે. તે આપણાથી જેટલું આગળ છે, તેટલું જ ઝડપથી તે આપણને લાગે છે કે તે દૂર જઈ રહ્યું છે. જો વિસ્તરણનો દર નાનો હોત તો પણ, દૂરની વસ્તુ એક દિવસ કોઈપણ ગતિ મર્યાદાના થ્રેશોલ્ડને ઓળંગી જશે કારણ કે વિસ્તરણનો દર (એકમ અંતર દીઠ ઝડપ) પર્યાપ્ત અંતર સાથે અનેક ગણો વધી જશે. OTO આ દૃશ્યને મંજૂરી આપે છે. કોઈ પણ વસ્તુ પ્રકાશની ગતિ કરતાં વધુ ઝડપથી મુસાફરી કરી શકતી નથી તે નિયમ માત્ર અવકાશમાં કોઈ વસ્તુની ગતિને લાગુ પડે છે, જગ્યાના વિસ્તરણને નહીં. વાસ્તવમાં, તારાવિશ્વો પોતે માત્ર થોડા હજાર કિલોમીટર પ્રતિ સેકન્ડની ઝડપે આગળ વધે છે, જે પ્રકાશની ગતિ દ્વારા નિર્ધારિત 300,000 કિમી/સેકંડની મર્યાદાથી ઘણી નીચે છે. તે બ્રહ્માંડનું વિસ્તરણ છે જે મંદી અને રેડશિફ્ટનું કારણ બને છે, ગેલેક્સીની સાચી ગતિ નથી.

અવલોકનક્ષમ બ્રહ્માંડ (પીળા વર્તુળ) ની અંદર અંદાજે 2 ટ્રિલિયન તારાવિશ્વો છે. બ્રહ્માંડના વિસ્તરણને કારણે આ સીમાના ત્રીજા ભાગથી વધુ નજીક આવેલી તારાવિશ્વોને આપણે ક્યારેય પકડી શકીશું નહીં. બ્રહ્માંડના માત્ર 3% જથ્થા માનવ સંશોધન માટે ખુલ્લા છે.

બ્રહ્માંડનું વિસ્તરણ એ હકીકતનું આવશ્યક પરિણામ છે કે પદાર્થ અને ઊર્જા અવકાશ-સમયને ભરે છે, જે સામાન્ય સાપેક્ષતાના નિયમોનું પાલન કરે છે. જ્યાં સુધી દ્રવ્ય છે ત્યાં સુધી ગુરુત્વાકર્ષણ આકર્ષણ પણ છે, તેથી કાં તો ગુરુત્વાકર્ષણ જીતે છે અને બધું ફરીથી સંકોચાય છે, અથવા ગુરુત્વાકર્ષણ હારી જાય છે અને વિસ્તરણ જીતે છે. વિસ્તરણનું કોઈ કેન્દ્ર નથી અને અવકાશની બહાર કંઈ નથી જે વિસ્તરી રહ્યું છે; તે બ્રહ્માંડનું ખૂબ જ ફેબ્રિક છે જે વિસ્તરી રહ્યું છે. સૌથી રસપ્રદ બાબત એ છે કે જો આપણે આજે પૃથ્વીને પ્રકાશની ઝડપે છોડી દઈએ તો પણ આપણે અવલોકનક્ષમ બ્રહ્માંડમાં માત્ર 3% તારાવિશ્વોની મુલાકાત લઈ શકીશું; તેમાંથી 97% પહેલાથી જ આપણી પહોંચની બહાર છે. બ્રહ્માંડ જટિલ છે.