બ્રહ્માંડ અને પ્રકાશના વિસ્તરણની ગતિ. બ્રહ્માંડના અનપેક્ષિત રીતે ઝડપી વિસ્તરણ પર એક નવો દેખાવ

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 વધુ એક રસપ્રદ તથ્યોતે છે કે આપણે ક્યારેય અવલોકન કરેલ તમામ તારાવિશ્વો સમાન નિયમોનું પાલન કરે છે (સરેરાશ): તેઓ આપણાથી જેટલા દૂર છે, તેટલી ઝડપથી તેઓ આપણાથી દૂર જાય 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 જગ્યાનું ફેબ્રિક છે, અને કિસમિસ છે સંબંધિત માળખાં(જેમ કે ગેલેક્સી અથવા ગેલેક્સી ક્લસ્ટર). 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 છીએ:

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

જ્યારે આપણે મહાન અંતરો જોઈએ છીએ, ત્યારે આપણને જાણવા મળે છે કે બ્રહ્માંડમાં તારાવિશ્વોની ઘનતા આપણી નજીકની આકાશગંગા કરતા વધારે 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 રીતે આપી શકે છે. અલગ રસ્તાઓ, 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. માં બ્રહ્માંડ હાલમાંભૂતકાળ 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. (MPc 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 બ્રહ્માંડશાસ્ત્રીઓની 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 પદાર્થ, રેડિયેશન, ન્યુટ્રિનો, શ્યામ પદાર્થઅને શ્યામ ઊર્જા, તેમજ બ્રહ્માંડનો વિસ્તરણ 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 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. કાયદો કે કંઈપણ હલાવી શકતું નથી ઝડપી ગતિપ્રકાશ, માત્ર અવકાશ દ્વારા ઑબ્જેક્ટની હિલચાલને 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 ભાગ કરતાં 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 દ્રવ્ય અને ઊર્જા અવકાશ-સમયને ભરે છે, જે કાયદાનું પાલન કરે છે. સામાન્ય સિદ્ધાંતસાપેક્ષતા જ્યાં સુધી દ્રવ્ય છે ત્યાં સુધી પણ છે ગુરુત્વાકર્ષણ આકર્ષણ, 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.

એક દિવસ અમે શોધ્યું કે બ્રહ્માંડ વિસ્તરી રહ્યું છે. આ પછી, આગળનું વૈજ્ઞાનિક પગલું આ વિસ્તરણનો દર અથવા દર નક્કી કરવાનું હતું. 80 વર્ષથી વધુ સમય વીતી ગયો છે, પરંતુ અમે હજી પણ આ મુદ્દા પર સહમત થયા નથી. સૌથી મોટામાં જોઈએ છીએ કોસ્મિક સ્કેલઅને સૌથી જૂના સિગ્નલોનો અભ્યાસ કરીને-બિગ બેંગની આફ્ટરગ્લો અને મોટા પાયે ગેલેક્સી સહસંબંધો-અમે એક નંબર મેળવ્યો: 67 km/s/Mpc.

પરંતુ વ્યક્તિગત તારાઓ, તારાવિશ્વો, સુપરનોવા અને અન્ય પ્રત્યક્ષ સૂચકાંકોને જોતાં, આપણને એક અલગ નંબર મળે છે: 74 km/s/Mpc. અનિશ્ચિતતાઓ ઘણી નાની છે: પ્રથમ નંબર માટે ±1 અને બીજા નંબર માટે ±2, અને આંકડાકીય તકો 0.1% કરતા ઓછી રહે છે કે આ સંખ્યાઓ એકબીજા સાથે સમાધાન કરી શકાય છે. આ વિરોધાભાસ લાંબા સમય પહેલા ઉકેલાઈ જવા જોઈએ, પરંતુ બ્રહ્માંડના વિસ્તરણની પ્રથમ શોધ થઈ ત્યારથી તે ચાલુ છે.

1923 માં, એડવિન હબલે અન્ય તારાવિશ્વોમાં નવા તારાઓ શોધવા માટે વિશ્વના સૌથી મોટા ટેલિસ્કોપનો ઉપયોગ કર્યો. તે કદાચ "ગેલેક્સીઓ" ના કહેવા જોઈએ કારણ કે તે સમયે માનવતાને અવકાશી સર્પાકારની ખાતરી નહોતી. તેમાંથી સૌથી મોટા - M31 નો અભ્યાસ કરતી વખતે, જે હવે એન્ડ્રોમેડા નેબ્યુલા તરીકે ઓળખાય છે - તેણે પ્રથમ, અને પછી બીજા અને ત્રીજા નોવા જોયા. પરંતુ ચોથો પ્રથમની જેમ જ જગ્યાએ દેખાયો, અને આ અશક્ય હતું, કારણ કે નવા રિચાર્જ કરવામાં સદીઓ અથવા વધુ સમય લે છે. તેનું નવું એક અઠવાડિયા કરતાં ઓછા સમયમાં આવ્યું. ચિંતિત, હબલે તેણે લખેલ પ્રથમ "N" ને પાર કર્યું અને તેના પર "VAR!" લખ્યું. તેને સમજાયું કે તે એક પરિવર્તનશીલ તારો છે, અને ત્યારથી ચલ તારાઓનું ભૌતિકશાસ્ત્ર દેખાયું છે. હબલ એન્ડ્રોમેડા સુધીના અંતરની ગણતરી કરવામાં સક્ષમ હતું. તેણે બતાવ્યું કે તે બરાબર બહાર હતી દૂધ ગંગાઅને દેખીતી રીતે ગેલેક્સી છે. તે સૌથી સુંદર અવલોકન હતું એકમાત્ર તારોખગોળશાસ્ત્રના ઇતિહાસમાં.

એડવિન હબલની મૂળ પ્લેટ એન્ડ્રોમેડામાં તારાની ચલ પ્રકૃતિને દર્શાવે છે.

હબલે પોતાનું કામ ચાલુ રાખ્યું, અવલોકન કર્યું ચલ તારાઘણામાં સર્પાકાર તારાવિશ્વો. તેમની બદલાયેલી સ્પેક્ટ્રલ રેખાઓ સાથે, તેણે ધ્યાન આપવાનું શરૂ કર્યું કે આકાશગંગા જેટલી દૂર હતી, તેટલી ઝડપથી તે આપણાથી દૂર જતી હતી. હબલના નિયમ તરીકે ઓળખાતા આ કાયદો તેમણે માત્ર શોધ્યો જ નહીં-વિસ્તરણના દરને માપનાર તે સૌપ્રથમ હતા: હબલ પરિમાણ. જોકે તેને મળેલી સંખ્યા મોટી હતી. બહું મોટું. એટલો મોટો કે જો તે સાચું હોત, તો તેનો અર્થ એ થશે કે બિગ બેંગ માત્ર બે અબજ વર્ષ પહેલાં થયો હતો. દેખીતી રીતે, કોઈ પણ આ પર વિશ્વાસ કરશે નહીં, કારણ કે અમારી પાસે ભૂસ્તરશાસ્ત્રીય પુરાવા છે કે એકલી પૃથ્વી ચાર અબજ વર્ષથી વધુ જૂની છે.

સંયુક્ત છબી પશ્ચિમી ગોળાર્ધપૃથ્વી 4 અબજ વર્ષથી વધુ જૂની છે.

1943 માં, ખગોળશાસ્ત્રી વોલ્ટર બાડેએ આકાશગંગાની બહારના ચલ તારાઓનું નજીકથી નિરીક્ષણ કર્યું અને અવિશ્વસનીય રીતે મહત્વપૂર્ણ કંઈક નોંધ્યું: બધા સેફિડ વેરિયેબલ્સ નથી - બ્રહ્માંડના વિસ્તરણને નિર્ધારિત કરવા માટે ઉપયોગમાં લેવાતા હબલનો પ્રકાર - તે જ રીતે વર્તે છે. તેના બદલે બે હતા વિવિધ વર્ગો. અને અચાનક તે બહાર આવ્યું કે હબલનું સ્થિરાંક હબલે વિચાર્યું તેટલું મોટું નથી.

એન્ડ્રોમેડામાં ચલ તારાઓનું વોલ્ટર બાડેનું માપ સેફેઇડ્સની બે અલગ-અલગ વસ્તીના અસ્તિત્વ માટેના સૌથી મહત્વપૂર્ણ પુરાવા હતા અને હબલ પરિમાણને વધુ અર્થપૂર્ણ મૂલ્યમાં ઘટાડવાની મંજૂરી આપી હતી.

તેના બદલે, બ્રહ્માંડ વધુ ધીમેથી વિસ્તર્યું, એટલે કે તેને પહોંચવામાં વધુ સમય લાગ્યો વર્તમાન સ્થિતિ. પ્રથમ વખત, બ્રહ્માંડ વયમાં પૃથ્વીને વટાવી ગયું, અને આ એક સારો સંકેત હતો. સમય જતાં, વધુ શુદ્ધિકરણ વધ્યું, અને હબલ ઇન્ડેક્સ ધીમે ધીમે ઘટતો ગયો, જ્યારે બ્રહ્માંડની ઉંમર સતત વધતી ગઈ. આખરે, બ્રહ્માંડના યુગમાં સૌથી જૂના તારાઓ પણ ડૂબી ગયા.

હબલ પેરામીટરના અંદાજો સમય સાથે કેવી રીતે બદલાયા છે.

વાર્તા ત્યાં સમાપ્ત થતી નથી. શું તમે જાણો છો કે હબલ સ્પેસ ટેલિસ્કોપનું નામ શા માટે આ રીતે રાખવામાં આવ્યું? એટલા માટે નહીં કે તેનું નામ એડવિન હબલના નામ પરથી રાખવામાં આવ્યું હતું, જેમણે શોધ્યું હતું કે બ્રહ્માંડ વિસ્તરી રહ્યું છે. તેના બદલે, કારણ કે તેનું મુખ્ય મિશન હબલ પેરામીટર અથવા બ્રહ્માંડ જે દરે વિસ્તરી રહ્યું છે તે માપવાનું હતું. 1990માં ટેલિસ્કોપ લોન્ચ થયા તે પહેલાં, સંપૂર્ણપણે અલગ બ્રહ્માંડો માટે દલીલ કરતી બે શિબિરો હતી: એક એલન સેન્ડેજના નેતૃત્વ હેઠળ અને 50 કિમી/સે/એમપીસીના વિસ્તરણ દર સાથે બ્રહ્માંડ અને 16 અબજ વર્ષની ઉંમર; અન્ય ગેરાર્ડ ડી વૌકોલર્સ અને બ્રહ્માંડના નેતૃત્વ હેઠળ 100 કિમી/સે/એમપીસીના વિસ્તરણ દર સાથે અને 10 અબજ વર્ષથી ઓછી ઉંમરની છે. આ બે શિબિરો માનતા હતા કે વિરોધી શિબિરો તેમના માપમાં પદ્ધતિસરની ભૂલો કરી રહ્યા છે અને તેમાં કોઈ મધ્યમ જમીન નથી. ઘર વૈજ્ઞાનિક હેતુ અવકાશ ટેલિસ્કોપહબલ એકવાર અને બધા માટે વિસ્તરણ દરને માપી રહ્યો હતો.

અને તેણે તે હાંસલ કર્યું. 72 ± 8 km/s/Mpc એ પ્રોજેક્ટનું અંતિમ પરિણામ હતું. આજે તેમાં પણ ઓછી ભૂલો કે અચોક્કસતા છે, તેમજ બંને વચ્ચે તણાવ પણ છે વિવિધ પદ્ધતિઓ. જો તમે બ્રહ્માંડને સૌથી વધુ જુઓ મોટા પાયે, કોસ્મિક માઇક્રોવેવ પૃષ્ઠભૂમિમાં વધઘટ અને ગેલેક્સી ક્લસ્ટરિંગમાં બેરીયોન એકોસ્ટિક ઓસિલેશન પર, તમને ઓછી સંખ્યા મળે છે: 67 km/s/Mpc. આ સૌથી અનુકૂળ પરિણામ નથી, પરંતુ વધુ છે ઉચ્ચ મૂલ્યોતદ્દન શક્ય.

જો તમે આપણી આકાશગંગામાંના વ્યક્તિગત તારાઓના સીધા માપન જુઓ, અને પછી અન્ય તારાવિશ્વોમાં તારાઓના સમાન વર્ગો, અને પછી તેના ઉપર સુપરનોવા જુઓ, તો તમને મળશે ઉચ્ચ મૂલ્ય: 74 કિમી/સે/એમપીસી પણ પદ્ધતિસરની ભૂલનજીકના તારાઓના માપમાં, થોડા ટકાની ભૂલ પણ આ સંખ્યાને સૂચિત સૌથી નીચા મૂલ્ય સુધી નોંધપાત્ર રીતે ઘટાડી શકે છે. ESA નું Gaia મિશન આપણી આકાશગંગામાં એક અબજ તારાઓની અભૂતપૂર્વ ચોકસાઇ સાથે લંબનને માપવાનું ચાલુ રાખે છે, આ તણાવ પોતે જ ઉકેલાઈ શકે છે.

આજે આપણે હબલના વિસ્તરણ દરને તદ્દન ચોક્કસ રીતે જાણીએ છીએ, અને બે વિવિધ પદ્ધતિઓતેના અર્ક વિરોધાભાસી અર્થો ઉપજ લાગે છે. અત્યારે ઘણું બધું ચાલી રહ્યું છે વિવિધ માપન, દરેક શિબિર એ સાબિત કરવાનો પ્રયાસ કરી રહી છે કે તે સાચું છે અને બીજાની ભૂલો શોધે છે. અને જો ઈતિહાસએ આપણને કંઈપણ શીખવ્યું હોય, તો આપણે કહી શકીએ કે, પ્રથમ, જ્યારે આ પ્રશ્નનો ઉકેલ આવશે ત્યારે આપણે આપણા બ્રહ્માંડની પ્રકૃતિ વિશે કંઈક નવું અને રસપ્રદ શીખીશું, અને બીજું, વિસ્તરણ દરના વિષય પરની આ ચર્ચા સ્પષ્ટપણે અસ્તિત્વમાં રહેશે નહીં.

માત્ર સો વર્ષ પહેલાં, વૈજ્ઞાનિકોએ શોધ્યું કે આપણું બ્રહ્માંડ કદમાં ઝડપથી વધી રહ્યું છે.

માત્ર સો વર્ષ પહેલાં, બ્રહ્માંડ વિશેના વિચારો ન્યૂટોનિયન મિકેનિક્સ અને યુક્લિડિયન ભૂમિતિ પર આધારિત હતા. લોબાચેવ્સ્કી અને ગૌસ જેવા કેટલાક વૈજ્ઞાનિકો પણ, જેમણે સ્વીકાર્યું (ફક્ત એક પૂર્વધારણા તરીકે!) ભૌતિક વાસ્તવિકતાબિન-યુક્લિડિયન ભૂમિતિ, બાહ્ય અવકાશ શાશ્વત અને અપરિવર્તનશીલ માનવામાં આવે છે

1870 માં, અંગ્રેજ ગણિતશાસ્ત્રી વિલિયમ ક્લિફોર્ડને એક ખૂબ જ ઊંડો વિચાર આવ્યો કે અવકાશ વક્ર હોઈ શકે છે, અને અસમાન રીતે વિવિધ બિંદુઓ, અને તેની વક્રતા સમય સાથે બદલાઈ શકે છે. તેણે એ પણ સ્વીકાર્યું કે આવા ફેરફારો કોઈક રીતે પદાર્થની હિલચાલ સાથે સંબંધિત છે. આ બંને વિચારો, ઘણા વર્ષો પછી, સાપેક્ષતાના સામાન્ય સિદ્ધાંતનો આધાર બન્યો. ક્લિફોર્ડ પોતે આ જોવા માટે જીવતો ન હતો - તે આલ્બર્ટ આઈન્સ્ટાઈનના જન્મના 11 દિવસ પહેલા 34 વર્ષની ઉંમરે ક્ષય રોગથી મૃત્યુ પામ્યો હતો.

રેડશિફ્ટ

બ્રહ્માંડના વિસ્તરણ વિશે પ્રથમ માહિતી એસ્ટ્રોસ્પેક્ટ્રોગ્રાફી દ્વારા પૂરી પાડવામાં આવી હતી. 1886 માં, અંગ્રેજ ખગોળશાસ્ત્રી વિલિયમ હગિન્સે નોંધ્યું કે સમાન તત્વોના પાર્થિવ સ્પેક્ટ્રાની તુલનામાં સ્ટારલાઇટની તરંગલંબાઇ સહેજ બદલાઈ ગઈ છે. ડોપ્લર ઇફેક્ટના ઓપ્ટિકલ વર્ઝન માટેના સૂત્રના આધારે, 1848માં મેળવેલી ફ્રેન્ચ ભૌતિકશાસ્ત્રીઆર્મન્ડ ફિઝેઉ, તમે તારાના રેડિયલ વેગની ગણતરી કરી શકો છો. આવા અવલોકનો સ્પેસ ઑબ્જેક્ટની હિલચાલને ટ્રૅક કરવાનું શક્ય બનાવે છે.

માત્ર સો વર્ષ પહેલાં, બ્રહ્માંડ વિશેના વિચારો ન્યુટોનિયન મિકેનિક્સ અને યુક્લિડિયન ભૂમિતિ પર આધારિત હતા. લોબાચેવ્સ્કી અને ગૌસ જેવા કેટલાક વૈજ્ઞાનિકો પણ, જેમણે બિન-યુક્લિડિયન ભૂમિતિની ભૌતિક વાસ્તવિકતાને ધારી (માત્ર એક પૂર્વધારણા તરીકે!) બાહ્ય અવકાશને શાશ્વત અને અપરિવર્તનશીલ ગણાવ્યું. બ્રહ્માંડના વિસ્તરણને કારણે, દૂરની તારાવિશ્વો સુધીના અંતરનો નિર્ણય કરવો સરળ નથી. આકાશગંગા A1689-zD1 માંથી 13 અબજ વર્ષ પછી આવેલો પ્રકાશ, 3.35 અબજ પ્રકાશવર્ષ દૂર (A), “લાલ” થાય છે અને નબળો પડે છે કારણ કે તે વિસ્તરતી અવકાશમાંથી પસાર થાય છે અને આકાશગંગા પોતે જ દૂર જાય છે (B). તે રેડશિફ્ટ (13 અબજ પ્રકાશવર્ષ) માં અંતર વિશેની માહિતી વહન કરશે કોણીય કદ(3.5 અબજ પ્રકાશ વર્ષ), તીવ્રતામાં (263 અબજ પ્રકાશ વર્ષ), જ્યારે વાસ્તવિક અંતર 30 અબજ સેન્ટ છે. વર્ષ

એક સદીના એક ક્વાર્ટર પછી, એરિઝોનામાં ફ્લેગસ્ટાફમાં વેધશાળાના કર્મચારી વેસ્ટો સ્લિફર દ્વારા આ તકનો નવી રીતે ઉપયોગ કરવામાં આવ્યો, જે 1912 થી, 24-ઇંચના ટેલિસ્કોપ સાથે સર્પાકાર નિહારિકાના સ્પેક્ટ્રાનો અભ્યાસ કરી રહ્યા હતા. સારો સ્પેક્ટ્રોગ્રાફ. ઉચ્ચ-ગુણવત્તાની છબી મેળવવા માટે, તે જ ફોટોગ્રાફિક પ્લેટ ઘણી રાત સુધી ખુલ્લી મૂકવામાં આવી હતી, તેથી પ્રોજેક્ટ ધીમે ધીમે આગળ વધ્યો. સપ્ટેમ્બરથી ડિસેમ્બર 1913 સુધી, સ્લિફરે એન્ડ્રોમેડા નિહારિકાનો અભ્યાસ કર્યો અને, ડોપ્લર-ફિઝેઉ સૂત્રનો ઉપયોગ કરીને, તે નિષ્કર્ષ પર આવ્યા કે તે દર સેકન્ડે 300 કિમીની ઝડપે પૃથ્વીની નજીક આવી રહ્યું છે.

1917 માં, તેમણે 25 નિહારિકાઓના રેડિયલ વેગ પર ડેટા પ્રકાશિત કર્યો, જે તેમની દિશામાં નોંધપાત્ર અસમપ્રમાણતા દર્શાવે છે. માત્ર ચાર નિહારિકાઓ સૂર્યની નજીક પહોંચી, બાકીના ભાગી ગયા (અને કેટલાક ખૂબ જ ઝડપથી).

સ્લિફરે ખ્યાતિ શોધી ન હતી અને તેના પરિણામોને પ્રોત્સાહન આપ્યું ન હતું. તેથી, તેઓ ખગોળશાસ્ત્રીય વર્તુળોમાં ત્યારે જ જાણીતા બન્યા જ્યારે પ્રખ્યાત બ્રિટિશ ખગોળશાસ્ત્રી આર્થર એડિંગ્ટનએ તેમના તરફ ધ્યાન દોર્યું.

1924 માં, તેમણે સાપેક્ષતાના સિદ્ધાંત પર એક મોનોગ્રાફ પ્રકાશિત કર્યો, જેમાં સ્લિફર દ્વારા મળેલા 41 નિહારિકાઓના રેડિયલ વેગની સૂચિ શામેલ છે. તે જ ચાર વાદળી-શિફ્ટેડ નિહારિકાઓ ત્યાં હાજર હતી, જ્યારે બાકીની 37 સ્પેક્ટ્રલ રેખાઓ લાલ-શિફ્ટ કરેલી હતી. તેમની રેડિયલ વેગ 150 થી 1800 કિમી/સેકન્ડ વચ્ચે બદલાય છે અને તે સમયે આકાશગંગાના તારાઓના જાણીતા વેગ કરતા સરેરાશ 25 ગણા વધારે હતા. આ સૂચવે છે કે નિહારિકાઓ "શાસ્ત્રીય" લ્યુમિનાયર્સ કરતાં વિવિધ હિલચાલમાં ભાગ લે છે.

અવકાશ ટાપુઓ

1920 ના દાયકાની શરૂઆતમાં, મોટાભાગના ખગોળશાસ્ત્રીઓ માનતા હતા કે સર્પાકાર નિહારિકાઓ આકાશગંગાની પરિઘ પર સ્થિત છે, અને તેની બહાર ખાલી, અંધારી જગ્યા સિવાય બીજું કંઈ નથી. સાચું, 18મી સદીમાં, કેટલાક વૈજ્ઞાનિકોએ વિશાળકાય જોયો સ્ટાર ક્લસ્ટરો(ઈમેન્યુઅલ કાન્ટે તેમને ટાપુ બ્રહ્માંડ કહ્યા). જો કે, આ પૂર્વધારણા લોકપ્રિય ન હતી, કારણ કે નિહારિકાના અંતરને વિશ્વસનીય રીતે નક્કી કરવું અશક્ય હતું.

કેલિફોર્નિયાના માઉન્ટ વિલ્સન ઓબ્ઝર્વેટરી ખાતે 100-ઇંચના પ્રતિબિંબિત ટેલિસ્કોપ પર કામ કરીને એડવિન હબલ દ્વારા આ સમસ્યાનું નિરાકરણ કરવામાં આવ્યું હતું. 1923-1924 માં, તેમણે શોધ્યું કે એન્ડ્રોમેડા નિહારિકામાં સેફિડ પરિવારના પરિવર્તનશીલ તારાઓ સહિત ઘણા તેજસ્વી પદાર્થોનો સમાવેશ થાય છે. તે પહેલાથી જ જાણીતું હતું કે તેમની દેખીતી તેજમાં ફેરફારનો સમયગાળો સંપૂર્ણ તેજ સાથે સંબંધિત છે, અને તેથી સેફિડ્સ કોસ્મિક અંતરને માપાંકિત કરવા માટે યોગ્ય છે. તેમની મદદથી, હબલે એન્ડ્રોમેડા સુધીના અંતરનો અંદાજ 285,000 પાર્સેક (આધુનિક ડેટા અનુસાર, તે 800,000 પાર્સેક છે). તે સમયે આકાશગંગાનો વ્યાસ આશરે 100,000 પાર્સેક હોવાનું માનવામાં આવતું હતું (વાસ્તવમાં તે ત્રણ ગણું નાનું છે). તે અનુસરે છે કે એન્ડ્રોમેડા અને આકાશગંગાને સ્વતંત્ર સ્ટાર ક્લસ્ટર ગણવામાં આવે છે. હબલે ટૂંક સમયમાં વધુ બે સ્વતંત્ર તારાવિશ્વોની ઓળખ કરી, જેણે આખરે "ટાપુ બ્રહ્માંડ" પૂર્વધારણાની પુષ્ટિ કરી.

વાજબી બનવા માટે, એ નોંધવું યોગ્ય છે કે હબલના બે વર્ષ પહેલાં, એસ્ટોનિયન ખગોળશાસ્ત્રી અર્ન્સ્ટ ઓપિક દ્વારા એન્ડ્રોમેડાના અંતરની ગણતરી કરવામાં આવી હતી, જેનું પરિણામ - 450,000 પાર્સેક - સાચાની નજીક હતું. જો કે, તેમણે સંખ્યાબંધ સૈદ્ધાંતિક વિચારણાઓનો ઉપયોગ કર્યો હતો જે હબલના પ્રત્યક્ષ અવલોકનો જેટલા વિશ્વાસપાત્ર ન હતા.

1926 સુધીમાં હબલખર્ચવામાં આંકડાકીય વિશ્લેષણચારસો "એક્સ્ટ્રાગાલેક્ટિક નેબ્યુલા" ના અવલોકનો (તેમણે લાંબા સમય સુધી આ શબ્દનો ઉપયોગ કર્યો, તેમને આકાશગંગા કહેવાનું ટાળ્યું) અને નિહારિકા સાથેના અંતરને તેની દેખીતી તેજ સાથે સાંકળવા માટેનું સૂત્ર પ્રસ્તાવિત કર્યું. આ પદ્ધતિની પ્રચંડ ભૂલો હોવા છતાં, નવા ડેટાએ પુષ્ટિ કરી છે કે નિહારિકાઓ અવકાશમાં વધુ કે ઓછા સમાનરૂપે વિતરિત થાય છે અને તે આકાશગંગાની સીમાઓથી દૂર સ્થિત છે. હવે એમાં કોઈ શંકા નથી કે અવકાશ આપણા ગેલેક્સી અને તેના નજીકના પડોશીઓ સુધી મર્યાદિત નથી.

સ્પેસ ફેશન ડિઝાઇનર્સ

સર્પાકાર નિહારિકાની પ્રકૃતિ આખરે સ્પષ્ટ થાય તે પહેલાં જ એડિંગ્ટનને સ્લિફરના પરિણામોમાં રસ પડ્યો. આ સમય સુધીમાં, એક કોસ્મોલોજિકલ મોડેલ પહેલેથી જ અસ્તિત્વમાં હતું, જે ચોક્કસ અર્થમાં સ્લિફર દ્વારા ઓળખાયેલી અસરની આગાહી કરે છે. એડિંગ્ટને તેના વિશે ઘણું વિચાર્યું અને, સ્વાભાવિક રીતે, એરિઝોના ખગોળશાસ્ત્રીના અવલોકનોને બ્રહ્માંડ સંબંધી અવાજ આપવાની તક ગુમાવી નહીં.

આધુનિક સૈદ્ધાંતિક બ્રહ્માંડ વિજ્ઞાનની શરૂઆત 1917માં સામાન્ય સાપેક્ષતા પર આધારિત બ્રહ્માંડના નમૂનાઓ રજૂ કરતા બે ક્રાંતિકારી કાગળો સાથે થઈ હતી. તેમાંથી એક આઈન્સ્ટાઈને પોતે લખ્યો હતો, બીજો ડચ ખગોળશાસ્ત્રી વિલેમ ડી સિટર દ્વારા લખવામાં આવ્યો હતો.

હબલના નિયમો

એડવિન હબલે પ્રાયોગિક રીતે રેડશિફ્ટ્સ અને ગેલેક્ટીક ડિસ્ટન્સના અંદાજિત પ્રમાણની શોધ કરી હતી, જેને તેણે ડોપ્લર-ફિઝેઉ ફોર્મ્યુલાનો ઉપયોગ કરીને વેગ અને અંતર વચ્ચેના પ્રમાણમાં ફેરવી હતી. તેથી અમે અહીં બે અલગ અલગ પેટર્ન સાથે કામ કરી રહ્યા છીએ.
હબલને ખબર ન હતી કે તેઓ એકબીજા સાથે કેવી રીતે સંબંધિત છે, પરંતુ આજનું વિજ્ઞાન તેના વિશે શું કહે છે?
જેમ કે લેમેટ્રેએ પણ દર્શાવ્યું છે તેમ, બ્રહ્માંડ સંબંધી (બ્રહ્માંડના વિસ્તરણને કારણે) લાલ શિફ્ટ અને અંતર વચ્ચેનો રેખીય સંબંધ કોઈ પણ રીતે નિરપેક્ષ નથી. વ્યવહારમાં, તે માત્ર 0.1 કરતા ઓછા વિસ્થાપન માટે જ સારી રીતે જોવા મળે છે. તેથી પ્રયોગમૂલક હબલ કાયદો ચોક્કસ નથી, પરંતુ અંદાજિત છે, અને ડોપ્લર-ફિઝેઉ સૂત્ર માત્ર સ્પેક્ટ્રમની નાની શિફ્ટ માટે માન્ય છે.
અને અહીં સૈદ્ધાંતિક કાયદો, જે દૂરના પદાર્થોના રેડિયલ વેગને તેમની સાથેના અંતર સાથે જોડે છે (હબલ પરિમાણ V=Hd ના સ્વરૂપમાં પ્રમાણસરતા ગુણાંક સાથે), કોઈપણ રેડશિફ્ટ માટે માન્ય છે. જો કે, તેમાં જે સ્પીડ V દેખાય છે તે ફિઝિકલ સિગ્નલોની બધી ઝડપે નથી અથવા વાસ્તવિક સંસ્થાઓભૌતિક અવકાશમાં. આ ગેલેક્સીઓ અને ગેલેક્સી ક્લસ્ટરો વચ્ચેના અંતરમાં વધારો થવાનો દર છે, જે બ્રહ્માંડના વિસ્તરણને કારણે થાય છે. જો આપણે બ્રહ્માંડના વિસ્તરણને અટકાવી શકીએ, તારાવિશ્વો વચ્ચેના માપન ટેપને તરત જ ખેંચી લઈએ, તેમની વચ્ચેના અંતરને વાંચી શકીએ અને માપન વચ્ચેના સમય અંતરાલોમાં વિભાજીત કરીએ તો જ આપણે તેને માપી શકીશું. સ્વાભાવિક રીતે, ભૌતિકશાસ્ત્રના નિયમો આને મંજૂરી આપતા નથી. તેથી, બ્રહ્માંડશાસ્ત્રીઓ હબલ પેરામીટર H નો ઉપયોગ અન્ય સૂત્રમાં કરવાનું પસંદ કરે છે, જેમાં બ્રહ્માંડના સ્કેલ ફેક્ટરનો સમાવેશ થાય છે, જે વિવિધ કોસ્મિક યુગોમાં તેના વિસ્તરણની ડિગ્રીનું ચોક્કસ વર્ણન કરે છે (કારણ કે આ પરિમાણ સમય સાથે બદલાય છે, તેના આધુનિક અર્થ H0 સૂચવો). બ્રહ્માંડ હવે પ્રવેગક દરે વિસ્તરી રહ્યું છે, તેથી હબલ પરિમાણનું મૂલ્ય વધી રહ્યું છે.
કોસ્મોલોજિકલ રેડશિફ્ટ્સને માપવાથી, આપણે અવકાશના વિસ્તરણની હદ વિશે માહિતી મેળવીએ છીએ. ગેલેક્સીનો પ્રકાશ, જે બ્રહ્માંડ સંબંધી રેડશિફ્ટ z સાથે અમારી પાસે આવ્યો હતો, જ્યારે તમામ બ્રહ્માંડ સંબંધી અંતર આપણા યુગની તુલનામાં 1+z ગણા નાના હતા ત્યારે તેને છોડી દીધો હતો. આ આકાશગંગા વિશે મેળવો વધારાની માહિતી, જેમ કે તેનું વર્તમાન અંતર અથવા આકાશગંગામાંથી દૂર કરવાની ગતિ, ચોક્કસ કોસ્મોલોજીકલ મોડેલની મદદથી જ શક્ય છે. ઉદાહરણ તરીકે, આઈન્સ્ટાઈન-ડી સિટર મોડેલમાં, z = 5 વાળી આકાશગંગા આપણાથી 1.1 સે (પ્રકાશની ઝડપ) જેટલી ઝડપે દૂર જઈ રહી છે. પરંતુ જો તમે સામાન્ય ભૂલ કરો છો અને ફક્ત V/c અને z સમાન કરો છો, તો આ ઝડપ પ્રકાશની ગતિ કરતા પાંચ ગણી વધારે હશે. વિસંગતતા, જેમ આપણે જોઈએ છીએ, તે ગંભીર છે.
STR, GTR (મોડલ અને સમય પર આધાર રાખે છે, વળાંક વર્તમાન સમય અને વર્તમાન મોડલ બતાવે છે) અનુસાર રેડશિફ્ટ પર દૂરના ઑબ્જેક્ટ્સની ગતિનું નિર્ભરતા. નાના વિસ્થાપન પર અવલંબન રેખીય છે.

આઈન્સ્ટાઈન, સમયની ભાવનામાં, માનતા હતા કે સમગ્ર બ્રહ્માંડ સ્થિર છે (તેણે તેને અવકાશમાં અનંત બનાવવાનો પણ પ્રયાસ કર્યો હતો, પરંતુ યોગ્ય શોધી શક્યા ન હતા. સરહદ શરતોતમારા સમીકરણો માટે). તેણે એક મોડેલ બનાવવાનું સમાપ્ત કર્યું બંધ બ્રહ્માંડ, જેની અવકાશમાં સતત હકારાત્મક વક્રતા હોય છે (અને તેથી તેની સતત મર્યાદિત ત્રિજ્યા હોય છે). આ બ્રહ્માંડમાં સમય, તેનાથી વિપરીત, ન્યૂટનની જેમ, એક દિશામાં અને સમાન ગતિએ વહે છે. આ મોડેલનો સ્પેસ-ટાઇમ અવકાશી ઘટકને કારણે વક્ર છે, જ્યારે સમય ઘટક કોઈપણ રીતે વિકૃત નથી. આ વિશ્વની સ્થિર પ્રકૃતિ મુખ્ય સમીકરણમાં એક વિશેષ "દાખલ" પ્રદાન કરે છે, જે ગુરુત્વાકર્ષણના પતનને અટકાવે છે અને ત્યાં સર્વવ્યાપી ગુરુત્વાકર્ષણ વિરોધી ક્ષેત્ર તરીકે કાર્ય કરે છે. તેની તીવ્રતા એક વિશિષ્ટ સ્થિરાંકના પ્રમાણસર છે, જેને આઈન્સ્ટાઈને સાર્વત્રિક (હવે કોસ્મોલોજિકલ કોન્સ્ટન્ટ તરીકે ઓળખવામાં આવે છે) કહે છે.

બ્રહ્માંડના વિસ્તરણનું લેમેટ્રેનું કોસ્મોલોજિકલ મોડલ તેના સમય કરતાં ઘણું આગળ હતું. Lemaitre બ્રહ્માંડ સાથે શરૂ થાય છે મોટા ધડાકા, જે પછી વિસ્તરણ પ્રથમ ધીમો પડી જાય છે અને પછી વેગ આપવાનું શરૂ કરે છે.

આઈન્સ્ટાઈનના મોડેલે બ્રહ્માંડના કદની ગણતરી કરવાનું શક્ય બનાવ્યું, કુલદ્રવ્ય અને કોસ્મોલોજિકલ કોન્સ્ટન્ટનું મૂલ્ય પણ. આ માટે તમારે ફક્ત જરૂર છે સરેરાશ ઘનતાકોસ્મિક મેટર, જે, સૈદ્ધાંતિક રીતે, અવલોકનો દ્વારા નક્કી કરી શકાય છે. તે કોઈ સંયોગ નથી કે એડિંગ્ટન આ મોડેલની પ્રશંસા કરે છે અને હબલ દ્વારા વ્યવહારમાં તેનો ઉપયોગ કરે છે. જો કે, તે અસ્થિરતા દ્વારા બરબાદ થઈ ગયું છે, જે આઈન્સ્ટાઈને ફક્ત નોંધ્યું ન હતું: સંતુલન મૂલ્યમાંથી ત્રિજ્યાના સહેજ વિચલન પર, આઈન્સ્ટાઈનનું વિશ્વ કાં તો વિસ્તરે છે અથવા પસાર થાય છે. ગુરુત્વાકર્ષણ પતન. તેથી, આ મોડેલનો વાસ્તવિક બ્રહ્માંડ સાથે કોઈ સંબંધ નથી.

ખાલી દુનિયા

ડી સિટરે પણ બનાવ્યું, જેમ કે તે પોતે માનતા હતા, સતત વક્રતાની સ્થિર દુનિયા, પરંતુ હકારાત્મક નહીં, પણ નકારાત્મક. તેમાં આઈન્સ્ટાઈનનો કોસ્મોલોજિકલ કોન્સ્ટન્ટ છે, પરંતુ તેમાં દ્રવ્યનો સંપૂર્ણ અભાવ છે. જ્યારે પરીક્ષણ કણો આપખુદ રીતે રજૂ કરવામાં આવે છે નીચા માસતેઓ છૂટાછવાયા અને અનંતમાં જાય છે. વધુમાં, સમય તેના કેન્દ્ર કરતાં ડી સિટર બ્રહ્માંડની પરિઘ પર વધુ ધીમેથી વહે છે. આ કારણે, સાથે લાંબા અંતર પ્રકાશ તરંગોરેડ શિફ્ટ સાથે આવો, ભલે તેમનો સ્ત્રોત નિરીક્ષકની સાપેક્ષ સ્થિર હોય. તેથી 1920 ના દાયકામાં, એડિંગ્ટન અને અન્ય ખગોળશાસ્ત્રીઓએ આશ્ચર્ય વ્યક્ત કર્યું કે શું સ્લિફરના અવલોકનોમાં પ્રતિબિંબિત વાસ્તવિકતા સાથે ડી સિટરના મોડેલમાં કંઈ સામ્ય છે.

આ શંકાઓની પુષ્ટિ કરવામાં આવી હતી, જોકે અલગ રીતે. ડી સિટર બ્રહ્માંડની સ્થિર પ્રકૃતિ કાલ્પનિક હોવાનું બહાર આવ્યું, કારણ કે તે સંકલન પ્રણાલીની અસફળ પસંદગી સાથે સંકળાયેલું હતું. આ ભૂલ સુધાર્યા પછી, ડી સિટર સ્પેસ સપાટ, યુક્લિડિયન, પરંતુ બિન-સ્થિર હોવાનું બહાર આવ્યું. એન્ટિગ્રેવિટેશનલ કોસ્મોલોજિકલ કોન્સ્ટન્ટ માટે આભાર, તે શૂન્ય વક્રતા જાળવી રાખીને વિસ્તરે છે. આ વિસ્તરણને કારણે, ફોટોનની તરંગલંબાઇ વધે છે, જે ડી સિટર દ્વારા અનુમાનિત શિફ્ટને સામેલ કરે છે. વર્ણપટ રેખાઓ. એ નોંધવું યોગ્ય છે કે આ રીતે દૂરના તારાવિશ્વોની કોસ્મોલોજીકલ રેડશિફ્ટ આજે સમજાવવામાં આવી છે.

આંકડાઓથી ગતિશીલતા સુધી

ખુલ્લેઆમ બિન-સ્થિરનો ઇતિહાસ કોસ્મોલોજિકલ સિદ્ધાંતોબે નોકરીઓથી શરૂ થાય છે સોવિયત ભૌતિકશાસ્ત્રીએલેક્ઝાન્ડર ફ્રિડમેન, 1922 અને 1924 માં જર્મન જર્નલ ઝેઇટસ્ક્રિફ્ટ ફર ફિઝિકમાં પ્રકાશિત. ફ્રિડમેને સમય-વિવિધ હકારાત્મક અને નકારાત્મક વક્રતા સાથે બ્રહ્માંડોના મોડલની ગણતરી કરી, જે સૈદ્ધાંતિક બ્રહ્માંડવિજ્ઞાનનો સુવર્ણ ભંડોળ બની ગયો. જો કે, સમકાલીન લોકોએ ભાગ્યે જ આ કાર્યોની નોંધ લીધી (આઈન્સ્ટાઈને પહેલા તો ફ્રિડમેનના પ્રથમ પેપરને ગાણિતિક રીતે ભૂલભરેલું માન્યું હતું). ફ્રાઈડમેન પોતે માનતા હતા કે ખગોળશાસ્ત્રમાં હજુ સુધી અવલોકનોનું શસ્ત્રાગાર નથી કે જેનાથી તે નક્કી કરી શકાય કે કયું બ્રહ્માંડ સંબંધી મોડેલ વાસ્તવિકતા સાથે વધુ સુસંગત છે, અને તેથી તે પોતાને શુદ્ધ ગણિત સુધી મર્યાદિત કરે છે. જો તેણે સ્લિફરના પરિણામો વાંચ્યા હોત તો કદાચ તેણે અલગ રીતે અભિનય કર્યો હોત, પરંતુ આવું થયું નહીં.

20મી સદીના પૂર્વાર્ધના સૌથી મોટા કોસ્મોલોજિસ્ટ, જ્યોર્જ લેમૈત્રે અલગ રીતે વિચાર્યું. ઘરે, બેલ્જિયમમાં, તેમણે ગણિતમાં તેમના નિબંધનો બચાવ કર્યો, અને પછી 1920 ના દાયકાના મધ્યમાં તેમણે ખગોળશાસ્ત્રનો અભ્યાસ કર્યો - એડિંગ્ટનના નિર્દેશન હેઠળ કેમ્બ્રિજ ખાતે અને હાર્લો શેપ્લી હેઠળ હાર્વર્ડ ઓબ્ઝર્વેટરીમાં (યુએસએમાં, જ્યાં તેમણે સેકન્ડની તૈયારી કરી. MIT ખાતે નિબંધ, તે સ્લિફર અને હબલને મળ્યો). 1925 માં પાછા, લેમાત્રે પ્રથમ વ્યક્તિ હતા જેણે બતાવ્યું કે ડી સિટરના મોડેલની સ્થિર પ્રકૃતિ કાલ્પનિક હતી. લુવેન યુનિવર્સિટીમાં પ્રોફેસર તરીકે તેમના વતન પરત ફર્યા પછી, લેમેત્રે સ્પષ્ટ ખગોળશાસ્ત્રીય આધાર સાથે વિસ્તરતા બ્રહ્માંડનું પ્રથમ મોડેલ બનાવ્યું. અતિશયોક્તિ વિના, આ કાર્ય અવકાશ વિજ્ઞાનમાં ક્રાંતિકારી સફળતા હતી.

સાર્વત્રિક ક્રાંતિ

તેમના મોડેલમાં, લેમેત્રે આઈન્સ્ટાઈન સાથે કોસ્મોલોજિકલ કોન્સ્ટન્ટને સાચવ્યું હતું સંખ્યાત્મક મૂલ્ય. તેથી, તેનું બ્રહ્માંડ સ્થિર સ્થિતિમાં શરૂ થાય છે, પરંતુ સમય જતાં, વધઘટને કારણે, તે વધતા દરે સતત વિસ્તરણના માર્ગ પર આગળ વધે છે. આ તબક્કે તે હકારાત્મક વળાંક જાળવી રાખે છે, જે ત્રિજ્યામાં વધારો થતાં ઘટે છે. તેમના બ્રહ્માંડની રચનામાં સમાવિષ્ટ લેમેત્રે માત્ર વાંધો જ નહીં, પણ ઇલેક્ટ્રોમેગ્નેટિક રેડિયેશન. ન તો આઈન્સ્ટાઈન કે ન ડી સિટર, જેનું કામ લેમેટ્રે જાણતું હતું, ન તો ફ્રીડમેન, જેમના વિશે તે તે સમયે કંઈપણ જાણતા હતા, તેમણે આ કર્યું.

સંકળાયેલ કોઓર્ડિનેટ્સ

કોસ્મોલોજિકલ ગણતરીઓમાં તે સાથેનો ઉપયોગ કરવો અનુકૂળ છે સંકલન સિસ્ટમો, જે બ્રહ્માંડના વિસ્તરણ સાથે એકસાથે વિસ્તરે છે. એક આદર્શ મોડેલમાં, જ્યાં ગેલેક્સીઓ અને ગેલેક્સી ક્લસ્ટરો કોઈપણમાં ભાગ લેતા નથી પોતાની હિલચાલ, તેમની સાથેના કોઓર્ડિનેટ્સ બદલાતા નથી. પરંતુ બે પદાર્થો વચ્ચેનું અંતર છે આ ક્ષણસમય સાથેના કોઓર્ડિનેટ્સમાં તેમના સતત અંતર જેટલો છે, આ ક્ષણ માટે સ્કેલ ફેક્ટરના મૂલ્ય દ્વારા ગુણાકાર કરવામાં આવે છે. આ પરિસ્થિતિને ફૂલેલા ગ્લોબ પર સરળતાથી દર્શાવી શકાય છે: દરેક બિંદુના અક્ષાંશ અને રેખાંશ બદલાતા નથી, અને બિંદુઓની કોઈપણ જોડી વચ્ચેનું અંતર વધતી ત્રિજ્યા સાથે વધે છે.
કોમોવિંગ કોઓર્ડિનેટ્સનો ઉપયોગ વિસ્તરતા બ્રહ્માંડના બ્રહ્માંડવિજ્ઞાન, વિશેષ સાપેક્ષતા અને વચ્ચેના ગહન તફાવતોને સમજવામાં મદદ કરે છે. ન્યુટોનિયન ભૌતિકશાસ્ત્ર. આમ, ન્યુટોનિયન મિકેનિક્સમાં બધી હિલચાલ સાપેક્ષ છે, અને સંપૂર્ણ સ્થિરતા નથી ભૌતિક અર્થ. તેનાથી વિપરિત, બ્રહ્માંડ વિજ્ઞાનમાં, કોમોવિંગ કોઓર્ડિનેટ્સમાં સ્થિરતા નિરપેક્ષ છે અને, સૈદ્ધાંતિક રીતે, અવલોકનો દ્વારા પુષ્ટિ કરી શકાય છે. વિશેષ સિદ્ધાંતસાપેક્ષતા અવકાશ-સમયમાં પ્રક્રિયાઓનું વર્ણન કરે છે, જેમાંથી લોરેન્ટ્ઝ ટ્રાન્સફોર્મેશનનો ઉપયોગ કરીને શક્ય છે અનંત સંખ્યાઅવકાશી અને ટેમ્પોરલ ઘટકોને અલગ કરવાની રીતો. બ્રહ્માંડ સંબંધી અવકાશ-સમય, તેનાથી વિપરીત, કુદરતી રીતે વક્ર વિસ્તરતી જગ્યામાં વિભાજીત થાય છે અને એક કોસ્મિક સમય. આ કિસ્સામાં, દૂરની તારાવિશ્વોની પીછેહઠની ઝડપ પ્રકાશની ગતિ કરતાં અનેક ગણી વધારે હોઈ શકે છે.

યુ.એસ.એ.માં પાછા આવેલા લેમેટ્રેએ સૂચવ્યું હતું કે અંતરિક્ષના વિસ્તરણને કારણે દૂરની તારાવિશ્વોની લાલ શિફ્ટ થાય છે, જે પ્રકાશ તરંગોને "વિસ્તરે છે". હવે તેણે તેને ગાણિતિક રીતે સાબિત કરી દીધું છે. તેમણે એ પણ દર્શાવ્યું કે નાના (ઘણા નાના એકમો) રેડશિફ્ટ પ્રકાશ સ્ત્રોતના અંતરના પ્રમાણસર હોય છે, અને પ્રમાણસરતા ગુણાંક માત્ર સમય પર આધાર રાખે છે અને બ્રહ્માંડના વિસ્તરણના વર્તમાન દર વિશેની માહિતી વહન કરે છે. ડોપ્લર-ફિઝેઉ સૂત્ર સૂચવે છે કે આકાશગંગાની રેડિયલ ગતિ તેની રેડશિફ્ટના પ્રમાણમાં છે, લેમાત્રે નિષ્કર્ષ પર આવ્યા કે આ ઝડપ તેના અંતરના પણ પ્રમાણસર છે. હબલની સૂચિમાંથી 42 તારાવિશ્વોની ગતિ અને અંતરનું વિશ્લેષણ કર્યા પછી અને સૂર્યની ઇન્ટ્રાગાલેક્ટિક ગતિને ધ્યાનમાં લીધા પછી, તેણે પ્રમાણસરતા ગુણાંકના મૂલ્યો સ્થાપિત કર્યા.

ગાયબ કામ

લેમેત્રે 1927 માં તેમની કૃતિ પ્રકાશિત કરી ફ્રેન્ચઓછા વાંચેલા મેગેઝિનમાં “એનલ્સ ઓફ ધ બ્રસેલ્સ વૈજ્ઞાનિક સમાજ" એવું માનવામાં આવે છે કે આ મુખ્ય કારણ હતું કે શા માટે તેણી શરૂઆતમાં વર્ચ્યુઅલ રીતે કોઈનું ધ્યાન ન ગયું (તેના શિક્ષક એડિંગ્ટન દ્વારા પણ). સાચું છે, તે જ વર્ષના પાનખરમાં, લેમેટ્રે આઈન્સ્ટાઈન સાથે તેમના તારણોની ચર્ચા કરી શક્યા અને ફ્રાઈડમેનના પરિણામો વિશે તેમની પાસેથી શીખ્યા. જનરલ રિલેટિવિટીના સર્જકને કોઈ ટેકનિકલ વાંધો નહોતો, પરંતુ તે લેમીટરના મોડેલની ભૌતિક વાસ્તવિકતામાં નિશ્ચિતપણે માનતો ન હતો (જેમ કે તેણે અગાઉ ફ્રિડમેનના તારણો સ્વીકાર્યા ન હતા).

હબલ આલેખ

દરમિયાન, 1920 ના દાયકાના અંતમાં, હબલ અને હ્યુમસને શોધ કરી રેખીય સહસંબંધ 24 જેટલા તારાવિશ્વો અને તેમના રેડિયલ વેગ વચ્ચેના અંતરની ગણતરી (મોટેભાગે સ્લિફર દ્વારા) રેડશિફ્ટથી કરવામાં આવે છે. હબલે આના પરથી તારણ કાઢ્યું કે આકાશગંગાની રેડિયલ ગતિ તેના અંતરના સીધા પ્રમાણસર છે. આ પ્રમાણના ગુણાંકને હવે H0 દ્વારા સૂચવવામાં આવે છે અને તેને હબલ પરિમાણ કહેવામાં આવે છે (નવીનતમ ડેટા અનુસાર, તે સહેજ 70 (km/s)/megaparsec કરતાં વધી જાય છે).

ગ્રાફ સાથે હબલ લેખ રેખીય અવલંબનઆકાશગંગાની ગતિ અને અંતર વચ્ચે 1929 ની શરૂઆતમાં પ્રકાશિત કરવામાં આવી હતી. એક વર્ષ અગાઉ, યુવા અમેરિકન ગણિતશાસ્ત્રી હોવર્ડ રોબર્ટસને, લેમેટ્રીને અનુસરીને, વિસ્તરતા બ્રહ્માંડના મોડેલમાંથી આ અવલંબન મેળવ્યું હતું, જેના વિશે હબલ જાણતું હશે. જો કે, તેમના પ્રખ્યાત લેખમાં આ મોડેલનો પ્રત્યક્ષ કે પરોક્ષ રીતે ઉલ્લેખ કરવામાં આવ્યો નથી. હબલે પાછળથી શંકા વ્યક્ત કરી કે તેના સૂત્રમાં દેખાતા વેગ વાસ્તવમાં તારાવિશ્વોની ગતિનું વર્ણન કરે છે. બાહ્ય અવકાશમાંજોકે, હંમેશા તેમના ચોક્કસ અર્થઘટનથી દૂર રહે છે. તેણે તેની શોધનો અર્થ આકાશગંગાના અંતર અને રેડશિફ્ટની પ્રમાણસરતા દર્શાવવામાં જોયો, બાકીનું સિદ્ધાંતવાદીઓ પર છોડી દીધું. તેથી, હબલને પૂરા આદર સાથે, તેને બ્રહ્માંડના વિસ્તરણના શોધક ગણવાનું કોઈ કારણ નથી.

અને તેમ છતાં તે વિસ્તરી રહ્યું છે!

તેમ છતાં, હબલે બ્રહ્માંડના વિસ્તરણ અને લેમેટ્રેના મોડેલને માન્યતા આપવાનો માર્ગ મોકળો કર્યો. પહેલેથી જ 1930 માં, એડિંગ્ટન અને ડી સિટર જેવા બ્રહ્માંડ વિજ્ઞાનના માસ્ટર્સે તેણીને શ્રદ્ધાંજલિ આપી હતી; થોડા સમય પછી, વૈજ્ઞાનિકોએ ફ્રિડમેનના કાર્યની નોંધ લીધી અને પ્રશંસા કરી. 1931 માં, એડિંગ્ટનની ઉશ્કેરણી પર, લેમૈત્રે રોયલ એસ્ટ્રોનોમિકલ સોસાયટીના માસિક સમાચાર માટે તેમના લેખનો અંગ્રેજીમાં (નાના કાપ સાથે) અનુવાદ કર્યો. તે જ વર્ષે, આઈન્સ્ટાઈન લેમેટ્રેના તારણો સાથે સંમત થયા, અને એક વર્ષ પછી, ડી સિટર સાથે મળીને, તેમણે વિસ્તરતા બ્રહ્માંડનું એક મોડેલ બનાવ્યું. સપાટ જગ્યાઅને વિકૃત સમય. આ મોડેલ, તેની સરળતાને કારણે ઘણા સમય સુધીકોસ્મોલોજિસ્ટ્સમાં ખૂબ જ લોકપ્રિય હતું.

એ જ 1931માં, લેમૈત્રે બ્રહ્માંડના બીજા મોડેલનું સંક્ષિપ્ત (અને કોઈપણ ગણિત વિના) વર્ણન પ્રકાશિત કર્યું, જેમાં બ્રહ્માંડવિજ્ઞાન અને ક્વોન્ટમ મિકેનિક્સ. આ મોડેલમાં પ્રારંભિક ક્ષણપ્રાથમિક પરમાણુનો વિસ્ફોટ દેખાય છે (લેમાઇટ્રે તેને ક્વોન્ટમ પણ કહે છે), જેણે અવકાશ અને સમય બંનેને જન્મ આપ્યો. કારણ કે ગુરુત્વાકર્ષણ નવજાત બ્રહ્માંડના વિસ્તરણને ધીમું કરે છે, તેની ઝડપ ઘટે છે - કદાચ લગભગ શૂન્ય. લેમૈત્રે પાછળથી તેમના મોડેલમાં બ્રહ્માંડ સંબંધી સ્થિરાંક રજૂ કર્યો, જેણે બ્રહ્માંડને આખરે ઝડપી વિસ્તરણના સ્થિર શાસનમાં પ્રવેશવાની ફરજ પાડી. તેથી તેણે બિગ બેંગ અને આધુનિક બંને વિચારની અપેક્ષા રાખી કોસ્મોલોજિકલ મોડલ, શ્યામ ઊર્જાની હાજરીને ધ્યાનમાં લેતા. અને 1933 માં, તેમણે શૂન્યાવકાશની ઉર્જા ઘનતા સાથે કોસ્મોલોજિકલ કોન્સ્ટન્ટને ઓળખી કાઢ્યું, જે પહેલાં કોઈએ ક્યારેય વિચાર્યું ન હતું. બ્રહ્માંડના વિસ્તરણના શોધકના બિરુદ માટે ચોક્કસપણે લાયક આ વૈજ્ઞાનિક તેના સમય કરતાં કેટલો આગળ હતો તે ફક્ત આશ્ચર્યજનક છે!