महाविस्फोट का सिद्धांत (The Big Bang Theory)

किसी बादलो और चांद रहित रात मे यदि आसमान को देखा जाये तब हम पायेंगे कि आसमान मे सबसे ज्यादा चमकीले पिंड शुक्र, मंगल, गुरू, और शनि जैसे ग्रह हैं। इसके अलावा आसमान मे असंख्य तारे भी दिखाई देते है जो कि हमारे सुर्य जैसे ही है लेकिन हमसे काफी दूर हैं। हमारे सबसे नजदिक का सितारा प्राक्सीमा सेंटारी हमसे चार प्रकाश वर्ष(१०) दूर है। हमारी आंखो से दिखाई देने वाले अधिकतर तारे कुछ सौ प्रकाश वर्ष की दूरी पर हैं। तुलना के लिये बता दें कि सुर्य हमसे केवल आठ प्रकाश मिनट और चांद १४ प्रकाश सेकंड की दूरी पर है। हमे दिखाई देने वाले अधिकतर तारे एक लंबे पट्टे के रूप मे दिखाई देते है, जिसे हम आकाशगंगा कहते है। जो कि वास्तविकता मे चित्र मे दिखाये अनुसार पेंचदार (Spiral) है। इस से पता चलता है कि ब्रम्हांड कितना विराट है ! यह ब्रम्हाम्ड आस्तित्व मे कैसे आया ?

महाविस्फोट का सिद्धांत ब्रम्हांड की उत्पत्ती के संदर्भ मे सबसे ज्यादा मान्य है। यह सिद्धांत व्याख्या करता है कि कैसे आज से लगभग १३.७ खरब वर्ष पुर्व एक अत्यंत गर्म और घनी अवस्था से ब्रम्हांड का जन्म हुआ। १९१९ मे ह्ब्बल ने पाया था लाल विचलन(१) (Red Shift) के सिद्धांत के आधार पर पाया था कि ब्रम्हांड फैल रहा है, ब्रम्हाडं की आकाशगंगाये एक दूसरे से तेजी से दूर जा रही है। यही हब्बल के द्वारा किया गया निरिक्षण और ब्रम्हांडीय सिद्धांत (२) (Cosmological Principle)इस महाविस्फोट के सिद्धांत का मूल है। इस सिद्धांत को भूतकाल मे ले जाने पर , निरिक्षणो से यह निष्कर्ष निकलता है कि ब्रम्हांड ने एक ऐसी स्थिती से जन्म लिया है जिसमे ब्रम्हांड का सारा पदार्थ और उर्जा अत्यंत गर्म तापमान और घनत्व पर एक ही स्थान पर था। इस स्थिती को गुरुत्विय ‘सिन्गुलरीटी‘( Gravitational Singularity) कहते है। महाविस्फोट यह शब्द उस समय की ओर संकेत करता है जब निरिक्षित ब्रम्हांड का विस्तार प्रारंभ हुआ जो कि गणना करने पर आज से १३.७ खरब वर्ष पूर्व(१.३७ x १०१०) पाया गया है। इस सिद्धांत की सहायता से जार्ज गैमो ने १९४८ मे ब्रम्हाडीय सुक्ष्म तरंग विकिरण(cosmic microwave background radiation-CMB)(३) की भविष्यवाणी की थी , इसे १९६० मे खोज ली गयी थी। इस खोज ने इस सिद्धांत को एक ठोस आधार प्रदान किया।


महाविस्फोट का सिद्धांत अनुमान और निरिक्षण के आधार पर रचा गया है। खगोलशास्त्रीयो ने यह निरिक्षण किया था कि अधिकतर निहारिकायें(nebulae)(४) पृथ्वी से दूर जा रही है।उन्हे इसके खगोल शास्त्र पर प्रभाव और इसके कारण के बारे मे ज्ञात नही था। उन्हे यह भी ज्ञात नही था की ये निहारिकायें हमारी अपनी आकाशगंगा के बाहर है। यह क्यों हो रहा है,कैसे हो रहा है एक रहस्य था।

१९२७ मे जार्जस लेमिट्र ने आईन्साटाइन के सापेक्षता के सिद्धांत(Theory of General Relativity) से आगे जाते हुये फ़्रीडमैन-लेमिट्र-राबर्टसन-वाकर समीकरण (Friedmann-Lemaître-Robertson-Walker equations) बनाये। उसने यह प्रतिपादन किया की ब्रम्हांड की उत्पत्ती एक प्राथमिक परमाणु से हुयी है, इस प्रतिपादन को आज हम महाविस्फोट का सिद्धांत कहते हैं। इस विचार को किसी ने गंभीरता से नही लिया।

१९२५ मे हब्बल ने पाया था कि ब्रम्हांड मे हमारी आकाशगंगा अकेली नही है, ऐसी अनेको आकाशगंगाये है। जिनके बीच मे विशालकाय अंतराल है। इसे प्रमाणित करने के लिये उसे इन आकाशगंगाओ के पृथ्वी से दूरी गणना करनी थी। लेकिन ये आकाशगंगाये हमे दिखायी देने वाले तारो की तुलना मे काफी दूर थी। इस दूरी की गणना के लिये हब्बल ने अप्रत्यक्ष तरिका प्रयोग मे लाया। किसी भी तारे की चमक(brightness) दो कारको पर निर्भर करती है, वह कितना दिप्ती(luminosity) का प्रकाश उत्सर्जित करता है और कितनी दूरी पर स्थित है। हम पास के तारो की चमक और दूरी की ज्ञात हो तब उनकी दिप्ती की गणना की जा सकती है| उसी तरह तारे की दिप्ती ज्ञात होने पर उसकी चमक का निरिक्षण से प्राप्त मान का प्रयोग कर दूरी ज्ञात की जा सकती है।इस तरह से हब्ब्ल ने नौ विभीन्न आकाशगंगाओ की दूरी का गणना की थी।(११)

१९२९ मे हब्बल जब इन्ही आकाशगंगाओ का निरिक्षण कर दूरीयो की गणना कर रहा था। वह हर तारे से उत्सर्जीत प्रकास का वर्णक्रम और दूरी का एक सुचीपत्र बना रहा था। उस समय तक यह माना जाता था कि ब्रम्हांड मे आकाशगंगाये किसी विशिष्ट क्रम के ऐसे ही विचरण कर रही है। उसका अनुमान था कि इस सुची पत्र मे उसे समान मात्रा मे लाल विचलन(१) और बैगनी विचलन मिलेगा। लेकिन नतिजे विपरित थे। उसे लगभग सभी आकाशगंगाओ से लाल विचलन ही मिला। इसका अर्थ यह था कि सभी आकाशगंगाये हमसे दूर जा रही है। सबसे ज्यादा आश्चर्य जनक खोज यह थी कि यह लाल विचलन क्रम रहित नही था ,उल्टे उस आकाशगंगा की गति के समानुपाती था। इसका अर्थ यह था कि ब्रम्हांड स्थिर नही है, आकाशगंगाओ के बिच की दूरी बढते जा रही है।इस प्रयोग ने लेमिट्र के सिद्धांत को निरिक्षण से प्रायोगिक आधार दिया था। यह निरिक्षण आज हब्बल के नियम के रूप मे जाना जाता है।

हब्बल का नियम और ब्रम्हांडीय सिद्धांत (२)ने यह बताया कि ब्रम्हांड का विस्तार हो रहा है। यह सिद्धांत आईन्स्टाईन के अनंत और स्थैतिक ब्रम्हांड के विपरित था।

इस सिद्धांत ने दो विरोधाभाषी संभावनाओ को हवा दी थी। पहली संभावना थी, लेमिट्र का महाविस्फोट सिद्धांत जिसे जार्ज गैमो ने समर्थन और विस्तार दिया था। दूसरी संभावना थी, फ़्रेड होयेल का स्थायी स्थिती माडल (Fred Hoyle’s steady state model), जिसमे दूर होती हुयी आकाशगंगाओ के बिच मे हमेशा नये पदार्थ की उत्पती का प्रतिपादन था। दूसरे शब्दो मे आकाशगंगाये एक दूसरे से दूर जाने पर जो खाली स्थान बनता है वहां पर नये पदार्थ का निर्माण होता है। इस संभावना के अनुसार मोटे तौर पर ब्रम्हांड हर समय एक जैसा ही रहा है और रहेगा। होयेल ही वह व्यक्ति थे जिन्होने लेमिट्र का महाविस्फोट सिद्धांत का मजाक उडाते हुये “बिग बैंग आईडीया” का नाम दिया था।

काफी समय तक इन दोनो माड्लो के बिच मे वैज्ञानिक विभाजित रहे। लेकिन धीरे धीरे वैज्ञानिक प्रयोगो और निरिक्षणो से महाविस्फोट के सिद्धांत को समर्थन बढता गया। १९६५ के बाद ब्रम्हांडिय सुक्षम तरंग विकिरण (Cosmic Microwave Radiation) की खोज के बाद इस सिद्धांत को सबसे ज्यादा मान्य सिद्धांत का दर्जा मिल गया। आज की स्थिती मे खगोल विज्ञान का हर सिध्दांत इसी सिद्धांत पर आधारित है और इसी सिद्धांत का विस्तार है।

महाविस्फोट के बाद शुरुवाती ब्रम्हांड समांगी और सावर्तिक रूप से अत्याधिक घन्तव का और उर्जा से भरा हुआ था. उस समय दबाव और तापमान भी अत्याधिक था। यह धीर धीरे फैलता गया और ठंडा होता गया, यह प्रक्रिया कुछ वैसी थी जैसे भाप का धीरे धीरे ठंडा हो कर बर्फ मे बदलना, अंतर इतना ही है कि यह प्रक्रिया मूलभूत कणो(इलेक्ट्रान, प्रोटान, फोटान इत्यादि) से संबधीत है।

प्लैंक काल(५) के १० -३५ सेकंड के बाद एक संक्रमण के द्वारा ब्रम्हांड की काफी तिव्र गति से वृद्धी(exponential growth) हुयी। इस काल को अंतरिक्षिय स्फिती(cosmic inflation) काल कहा जाता है। इस स्फिती के समाप्त होने के पश्चात, ब्रम्हांड का पदार्थ एक क्वार्क-ग्लूवान प्लाज्मा की अवस्था मे था, जिसमे सारे कण गति करते रहते हैं। जैसे जैसे ब्रम्हांड का आकार बढने लगा, तापमान कम होने लगा। एक निश्चित तापमान पर जिसे हम बायरोजिनेसीस संक्रमण कहते है, ग्लुकान और क्वार्क ने मिलकर बायरान (प्रोटान और न्युट्रान) बनाये। इस संक्रमण के दौरान किसी अज्ञात कारण से कण और प्रति कण(पदार्थ और प्रति पदार्थ) की संख्या मे अंतर आ गया। तापमान के और कम होने पर भौतिकी के नियम और मूलभूत कण आज के रूप मे आस्तिव मे आये। बाद मे प्रोटान और न्युट्रान ने मिलकर ड्युटेरीयम और हिलीयम के केंद्रक बनाये, इस प्रक्रिया को महाविस्फोट आणविक संश्लेषण(Big Bang nucleosynthesis.) कहते है। जैसे जैसे ब्रम्हांड ठंडा होता गया, पदार्थ की गति कम होती गयी, और पदार्थ की उर्जा गुरुत्वाकर्षण मे तब्दिल होकर विकिरण की उर्जा से अधिक हो गयी। इसके ३००,००० वर्ष पश्चात इलेक्ट्रान और केण्द्रक ने मिलकर परमाणू (अधिकतर हायड्रोजन) बनाये; इस प्रक्रिया मे विकिरण पदार्थ से अलग हो गया । यह विकिरण ब्रम्हाण्ड मे अभी तक ब्रम्हाण्डीय सुक्ष्म तरंग विकिरण (cosmic microwave radiation)के रूप मे बिखरा पडा है।

कालांतर मे थोडे अधिक घनत्व वाले क्षेत्र गुरुत्वाकर्षण के द्वारा और ज्यादा घनत्व वाले क्षेत्र मे बदल गये। महाविस्फोट से पदार्थ एक दूसरे से दूर जा रहा था वंही गुरुत्वाकर्षण इन्हे पास खिंच रहा था। जहांपर पदार्थ का घनत्व ज्यादा था वहां पर गुरुत्वाकर्षण बल ब्रम्हांड के प्रसार के लिये कारणीभूत बल से ज्यादा हो गया। गुरुत्वाकर्षण बल की अधिकता से पदार्थ एक जगह इकठ्ठा होकर विभिन्न खगोलिय पिण्डो का निर्माण करने लगा। इस तरह गैसो के बादल, तारो, आकाशगंगाओ और अन्य खगोलिय पिंडो का जन्म हुआ,जिन्हे आज हम देख सकते है।

आकाशिय पिण्डो के जन्म की इस प्रक्रिया की और विस्तृत जानकारी पदार्थ की मात्रा और प्रकार पर निर्भर करती है। पदार्थ के तिन संभव प्रकार है शीतल श्याम पदार्थ (cold dark matter)(६), तप्त श्याम पदार्थ(hot dark matter) तथा बायरोनिक पदार्थ। खगोलिय गणना के अनुसार शीतल श्याम पदार्थ की मात्रा सबसे ज्यादा(लगभग ८०%) है। मानव द्वारा निरिक्षित लगभग सभी आकाशीय पिण्ड बायरोनिक पदार्थ (८) से बने है।


श्याम पदार्थ की तरह आज का ब्रम्हाड एक रहस्यमय प्रकार की उर्जा,श्याम उर्जा (dark energy)(६) के वर्चश्व मे है। लगभग ब्रम्हांड की कुल उर्जा का ७०% भाग इसी उर्जा का है। यही उर्जा ब्रम्हांड के विस्तार की गति को एक सरल रैखीक गति-अंतर समीकरण से विचलीत कर रही है, यह गति अपेक्षित गति से कहीं ज्यादा है। श्याम उर्जा अपने सरल रूप मे आईन्स्टाईन के समीकरणो मे एक ब्रम्हांडिय स्थिरांक(cosmological constant) है । लेकिन इसके बारे मे हम जितना जानते है उससे कहीं ज्यादा नही जानते है। दूसरे शब्दो मे भौतिकी मे मानव को जितने बल(९) ज्ञात है वे सारे बल और भौतिकी के नियम ब्रम्हांड के विस्तार की गति की व्याख्या नही कर पा रहे है। इसे व्याख्या करने क एक काल्पनिक बल का सहारा लिया गया है जिसे श्याम उर्जा कहा जाता है।

यह सभी निरीक्षण लैम्डा सी डी एम माडेल के अंतर्गत आते है, जो महाविस्फोट के सिद्धांत की गणीतिय रूप से छह पैमानो पर व्याख्या करता है। रहस्य उस समय गहरा जाता है जब हम शुरूवात की अवस्था की ओर देखते है, इस समय पदार्थ के कण अत्याधिक उर्जा के साथ थे, इस अवस्था को किसी भी प्रयोगशाला मे प्राप्त नही किया जा सकता है। ब्रम्हांड के पहले १० -३३ सेकंड की व्याख्या करने के लिये हमारे पास कोइ भी गणितिय या भौतिकिय माडेल नही है, जिस अवस्था का अनुमान ब्रहृत एकीकृत सिद्धांत(Grand Unification Theory)(७) करता है। पहली नजर से आईन्स्टाईन का गुरुत्वाकर्षण का सिद्धांत एक गुरुत्विय बिन्दू (gravitational singularity) का अनुमान करता है जिसका घन्तव अपरिमित (infinite) है।. इस रहस्य को सुलझाने के लिये क्वांटम गुरुत्व के सिद्धांत की आवश्यकता है। इस काल (ब्रम्हांड के पहले १० -३३ सेकंड) को समझ पाना विश्व के सबसे महान अनसुलझे भौतिकिय रहस्यो मे से एक है।

मुझे लग रहा है इस लेख ने महाविस्फोट के सिद्धांत की गुत्थी को कुछ और उलझा दिया है, इस गुत्थी को हम धीरे धीरे आगे के लेखो मे विस्तार से चर्चा कर सुलझाने का प्रयास करेंगे। अगला लेख श्याम पदार्थ (Dark Matter) और श्याम उर्जा(dark energy) पर होगा।


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(१) लाल विचलन (Red Shift) के बारे मे यहां देखे.

(२)ब्रम्हांडीय सिद्धांत (Cosmological Principle) :यह एक सिद्धांत नही एक मान्यता है। इसके अनुसार ब्रम्हांड समांगी(homogeneous) और सावर्तिक(isotrpic) है| एक बडे पैमाने पर किसी भी जगह से निरिक्षण करने पर ब्रम्हांड हर दिशा मे एक ही जैसा प्रतित होता है।

(३)ब्रम्हाडीय सुक्ष्म तरंग विकिरण(cosmic microwave background radiation-CMB): यह ब्रम्हांड के उत्पत्ती के समय से लेकर आज तक सम्पूर्ण ब्रम्हांड मे फैला हुआ है। इस विकिरण को आज भी महसूस किया जा सकता है।

(४)निहारिका (Nebula) : ब्रम्हांड मे स्थित धुल और गैस के बादल।

(५) प्लैंक काल:मैक्स प्लैंक के नाम पर पर, ब्रम्हांड के इतिहास मे ० से लेकर १० -४३ (एक प्लैंक ईकाइ समय), जब सभी चारो मूलभूत बल(गुरूत्व बल, विद्युत चुंबकिय बल, कमजोर आणविक आकर्षण बल और मजबूत आणविक आकर्षण बल) एक संयुक्त थे और मूलभूत कणो का आस्तित्व नही था।

(६) श्याम पदार्थ (Dark Matter) और श्याम उर्जा(dark energy) इस पर पूरा एक लेख लिखना है।

(७)ब्रहृत एकीकृत सिद्धांत(Grand Unification Theory) : यह सिद्धांत अभी अपूर्ण है, इस सिद्धांत से अपेक्षा है कि यह सभी रहस्य को सुलझा कर ब्रम्हाम्ड उत्पत्ती और उसके नियमो की एक सर्वमान्य गणितिय और भौतिकिय व्याख्या देगा।

(८) बायरान : प्रोटान और न्युट्रान को बायरान भी कहा जाता है। विस्तृत जानकारी पदार्थ के मूलभूत कण लेख मे।

(९) भौतिकि के मूलभूत बल :गुरूत्व बल, विद्युत चुंबकिय बल, कमजोर आणविक आकर्षण बल और मजबूत आणविक आकर्षण बल

(१०) : एक प्रकाश वर्ष : प्रकाश द्वारा एक वर्ष मे तय की गयी दूरी। लगभग ९,५००,०००,०००,००० कीलो मिटर। अतंरिक्ष मे दूरी मापने के लिये इस ईकाई का प्रयोग किया जाता है।

(११)आज हम जानते है कि अत्याधुनिक दूरबीन से खरबो आकाशगंगाये देखी जा सकती है, जिसमे से हमारी आकाशगंगा एक है और एक आकाशगंगा मे भी खरबो तारे होते है। हमारी आकासगंगा एक पेंचदार आकाशगंगा है जिसकी चौडाई लगभग हजार प्रकाशवर्ष है और यह धीमे धीमे घुम रही है। इसकी पेंचदारो बाहों के तारे १,०००,००० वर्ष मे केण्द्र की एक परिक्रमा करते है। हमारा सुर्य एक साधारण औसत आकार का पिला तारा है, जो कि एक पेण्च्दार भूजा के अंदर के किनारे पर स्थित है।