Big Bang: ब्रम्हांड के रहस्य की चाभी अब तक है खामोश

Big Bang: वास्तव में 14 अरब साल पहले ब्रह्मांड की शुरुआत में जो हुआ था, वह भौतिकी के सबसे महान रहस्यों में से एक है - इसकी जांच करने का कोई आसान तरीका नहीं है। ऐसा इसलिए है, क्योंकि अपने शुरुआती चरणों में, ब्रह्मांड घने प्लाज्मा से भरा हुआ था - इलेक्ट्रॉनों और प्रोटॉन (कण जिनमें न्यूट्रॉन के साथ परमाणु नाभिक शामिल होते हैं) सहित आवेशित कणों से बनी एक गैस। फोटॉन (प्रकाश के कण) मिश्रण में फंस गए थे, अन्य कणों को उग्र रूप से उछालते हुए, बचने का कोई रास्ता नहीं था।

जैसे-जैसे ब्रह्मांड का विस्तार हुआ और घनत्व काफी कम होता गया, फोटॉन अंततः बच गए और प्रकाश स्वतंत्र रूप से यात्रा करने लगा। बिग बैंग के 380,000 साल बाद होने वाली इस घटना, जिसे "पुनर्संयोजन" कहा जाता है, ने ब्रह्मांड की उत्पत्ति के पहले स्नैपशॉट को जन्म दिया - कॉस्मिक माइक्रोवेव बैकग्राउंड - जिसे हम दूरबीनों से देखते हैं। प्रारंभिक ब्रह्मांड के बारे में हम जो कुछ भी जानते हैं, वह बिग बैंग से बचे हुए विकिरण पर आधारित है। लेकिन पुनर्संयोजन एक दीवार की तरह काम करता है: हम दूरबीन के साथ सीधे पहले के युगों की जांच नहीं कर सकते, क्योंकि उस समय प्रकाश फंस गया था।

अब कई परियोजनाएं गुरुत्वाकर्षण तरंगों का उपयोग करके बड़े धमाके को सुनने की कोशिश कर रही हैं - स्पेसटाइम के बहुत ही कपड़े में तरंगें। हमारी नई परियोजना, अल्ट्रा-हाई फ़्रीक्वेंसी पर ऐसी तरंगों का पता लगाने का लक्ष्य रखेगी, और इससे बिल्कुल नई भौतिकी की खोज हो सकती है।

लिगो/कन्या प्रयोगों द्वारा हाल ही में गुरुत्वाकर्षण तरंगों, स्पेसटाइम के ताने-बाने में तरंगों की खोज ने ब्रह्मांड पर अवलोकन की एक नई खिड़की खोल दी है। वे हमें उन घटनाओं की जांच करने में सक्षम बनाते हैं जिनमें प्रकाश के बजाय गुरुत्वाकर्षण संदेशवाहक है। अब तक खोजी गई गुरुत्वाकर्षण तरंगों को खगोलभौतिकीय गुरुत्वाकर्षण तरंगें कहा जाता है - वे अपेक्षाकृत हाल की भौतिक प्रक्रियाओं, जैसे ब्लैक होल के विलय से निर्मित होती हैं।

प्रारंभिक ब्रह्मांड में उत्पन्न होने वाली तरंगों के प्रकार को ब्रह्माण्ड संबंधी गुरुत्वाकर्षण तरंगें कहा जाता है और अभी तक इसका पता नहीं चला है। ऐसी तरंगें उत्पन्न होने के बाद स्वतंत्र रूप से यात्रा करती हैं; वे भूतों की तरह कार्य करते हैं जो पुनर्संयोजन दीवार के माध्यम से जा सकते हैं और प्रारंभिक ब्रह्मांड की जांच के लिए एक अनूठा उपकरण प्रदान कर सकते हैं। जबकि खगोलभौतिकीय गुरुत्वाकर्षण तरंगें आकाश में एक सटीक दिशा से आती हैं, ब्रह्माण्ड संबंधी तरंगें सभी संभावित दिशाओं से हम तक पहुँचती हैं, विभिन्न क्षेत्रों के अनुरूप जहाँ वे अतीत में उत्पन्न हुई थीं। इससे उनका पता लगाना बहुत मुश्किल हो जाता है।

लेकिन ब्रह्मांड संबंधी गुरुत्वाकर्षण तरंगों का पता लगाने में सक्षम होने का इनाम बहुत बड़ा होगा: प्रारंभिक ब्रह्मांड में कई संभावित प्रलयकारी घटनाएं हैं जो उन्हें उत्पन्न कर सकती हैं। उदाहरण के लिए, प्रीहीटिंग को विस्फोटों की एक श्रृंखला के रूप में माना जा सकता है, जिसके दौरान ऊर्जा को अज्ञात कणों से मुद्रास्फीति को स्थानांतरित करने के लिए स्थानांतरित किया गया था - एक युग जब ब्रह्मांड आकार में उड़ा था - आज कण भौतिकी के मानक मॉडल में वर्णित कणों के लिए। यह तब हुआ जब मुद्रास्फीति की समाप्ति के तुरंत बाद ब्रह्मांड दूसरे पुराने का एक अंश था। यह भी बहुत संभावना है कि ब्रह्मांड ने अपने पहले सेकंड के दौरान कुछ बार (जैसे पानी उबाला जाता है) राज्य बदल दिया: ऐसी घटनाओं को चरण संक्रमण कहा जाता है।

अभी तक अनदेखे कणों जैसे अक्षतंतु (जो डार्क मैटर बना सकते हैं) से जुड़ी प्रक्रियाएं भी तरंगों का उत्पादन कर सकती थीं। इसलिए यदि ब्रह्मांड संबंधी गुरुत्वाकर्षण तरंगों का पता लगाया जाता है, तो वे हमें इस बारे में महत्वपूर्ण जानकारी दे सकती हैं कि समय की शुरुआत में क्या हुआ था।

उच्च बनाम निम्न आवृत्ति

वर्तमान और नियोजित गुरुत्वाकर्षण तरंग डिटेक्टर ज्यादातर कम आवृत्तियों पर ध्यान केंद्रित करते हैं, जहां ज्योतिषीय संकेतों के मौजूद होने की गारंटी होती है। ये ब्रह्माण्ड संबंधी गुरुत्वाकर्षण तरंगों की भी तलाश कर सकते हैं और जब ब्रह्मांड अत्यंत युवा था, तब उत्पन्न संकेतों की जांच करने में सक्षम होंगे, मुद्रास्फीति के पहले क्षणों को रोक दें।

ऐसा इसलिए है क्योंकि उत्पादित तरंग की तरंग दैर्ध्य ब्रह्मांड के "आकार" (जो कि विस्तार कर रही है) के समानुपाती होती है। जितनी जल्दी इसका उत्पादन किया गया था, उतनी ही छोटी तरंग दैर्ध्य - और आवृत्ति जितनी अधिक होगी। मुद्रास्फीति की समाप्ति के तुरंत बाद का युग वह है जिसे हम अपनी नई परियोजना के साथ जांचना चाहते हैं। इसमें ऐसे समय शामिल हैं जब हम प्रकृति के कुछ सबसे आकर्षक सिद्धांतों जैसे कि स्ट्रिंग सिद्धांत के वास्तविक प्रमाण देख सकते हैं।

ऐसे अन्य संभावित स्रोत भी हैं जो हाल के ब्रह्मांड में उच्च-आवृत्ति गुरुत्वाकर्षण तरंगों का उत्पादन करेंगे। उदाहरणों में रहस्यमय वस्तुएं शामिल हैं जिन्हें बोसोन स्टार (बोसोन नामक प्राथमिक कणों से बने तारे) या "प्राथमिक ब्लैक होल" कहा जाता है, जो डार्क मैटर की रचना कर सकते हैं। ये दोनों काल्पनिक संस्थाएं मौजूद हैं जिन्हें कभी नहीं देखा गया है।

उच्च आवृत्ति पर संकेतों का विशाल बहुमत तुरंत कणों या घटनाओं को इंगित करेगा जिन्हें कण भौतिकी के मानक मॉडल और ब्रह्मांड विज्ञान के मानक मॉडल, प्रकृति के हमारे सर्वोत्तम विवरण के भीतर वर्णित नहीं किया जा सकता है। तो एक खोज हमारे ब्रह्मांड की कुछ अनसुलझी समस्याओं पर प्रकाश डालेगी, जैसे कि डार्क मैटर की संरचना और मुद्रास्फीति की उत्पत्ति।

छोटी मशीनरी

उच्च-आवृत्ति डिटेक्टरों के कुछ स्पष्ट लाभ हैं। सबसे पहले, चूंकि डिटेक्टर का आकार जांच की जाने वाली तरंग दैर्ध्य के समानुपाती होता है, इसलिए उच्च-आवृत्ति वाले गुरुत्वाकर्षण तरंग डिटेक्टर कम-आवृत्ति वाले की तुलना में बहुत छोटे (और सस्ते) होंगे। उदाहरण के लिए, लिगो हथियारों की लंबाई चार किलोमीटर है। हम एक डिटेक्टर के साथ बिग बैंग की आवाज सुनने का सपना देखते हैं जो हमारी रसोई में फिट होगा। हमें उम्मीद है कि यह काम कर सकता है - उच्च आवृत्ति पर कोई ज्योतिषीय पृष्ठभूमि संकेत नहीं हैं जो हम मापना चाहते हैं।

हालांकि उच्च आवृत्ति वाली गुरुत्वाकर्षण तरंगों का पता लगाना कठिन है। लिगो जैसा एक प्रयोग दो दर्पणों के बीच की दूरी की भिन्नता की तलाश करता है, जो एक परमाणु के नाभिक के आकार के एक अंश के बराबर गुरुत्वाकर्षण तरंग के कारण होता है। चूंकि उच्च-आवृत्ति वाले गुरुत्वाकर्षण तरंग डिटेक्टर छोटे होते हैं, इसलिए पता लगाया जाने वाला बदलाव और भी छोटा होगा।

हमारी वर्तमान में उपलब्ध तकनीक के साथ, हम पहले से ही उच्च-आवृत्ति रेंज में मिनट भिन्नताओं का पता लगाने में सक्षम हैं (हालांकि हमने अभी तक कोई गुरुत्वाकर्षण तरंग नहीं पकड़ी है)। लेकिन प्रारंभिक ब्रह्मांड से गुरुत्वाकर्षण तरंगों का पता लगाने के लिए हमें इसमें थोड़ा और सुधार करने की आवश्यकता है। इस तकनीकी विकास का समर्थन करना ही हमारी परियोजना है।

आखिरकार, हम एक चुनौतीपूर्ण यात्रा शुरू करने की कोशिश कर रहे हैं, जैसा कि लोगों ने 1970 के दशक में किया था जब उन्होंने खगोल भौतिक गुरुत्वाकर्षण तरंगों की खोज शुरू की थी। इसमें लगभग 50 साल और 20 से अधिक प्रयास लगे, जो अंततः दिखाता है कि कड़ी मेहनत और धैर्य का नतीजा बेहतर ही होता है।

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