Renormalization group corrections to $\Lambda$CDM model and observational consequences for $H_0$ tension

ब्रह्मांड का विस्तार हो रहा है, और दशकों से, खगोलविदों ने बढ़ती सटीकता के साथ इस विकास को मैप करने में सफलता प्राप्त की है। बिग बैंग की अवशेष चमक, जिसे कॉस्मिक माइक्रोवेव बैकग्राउंड (cosmic microwave background) के रूप में जाना जाता है, को देखकर और पास के ब्रह्मांड में फटने वाले सितारों की दूरी को मापकर, वैज्ञानिकों ने ब्रह् diology का एक मानक मॉडल बनाया है। यह मॉडल एक ब्रह्मांडीय नियम पुस्तिका के रूप में कार्य करता है, जो यह बताता है कि अरबों वर्षों में पदार्थ, ऊर्जा और गुरुत्वाकर्षण कैसे परस्पर क्रिया करते हैं। हालाँकि, हाल के वर्षों में एक महत्वपूर्ण समस्या उभर कर आई है। जब वैज्ञानिक आज ब्रह्मांड के विस्तार की गति की भविष्यवाणी करने के लिए मानक मॉडल का उपयोग करते हैं, तो उन्हें एक संख्या प्राप्त होती है। जब वे स्थानीय अवलोकनों का उपयोग करके उस गति को सीधे मापते हैं, तो उन्हें एक अलग, अधिक तेज़ संख्या प्राप्त होती है। यह विसंगति, जिसे हबल टेंशन (Hubble tension) के रूप में जाना जाता है, इतनी बड़ी हो गई है कि यह संकेत देती है कि हमारी वर्तमान समझ में ब्रह्मांड का एक महत्वपूर्ण हिस्सा गायब हो सकता है।

ब्राजील के शोधकर्ताओं की एक टीम ने गुरुत्वाकर्षण के मौलिक नियमों और खाली स्थान की प्रकृति पर पुनर्विचार करके इस संघर्ष को हल करने का एक नया तरीका प्रस्तावित किया है। उनका कार्य सुझाव देता है कि प्रकृति के स्थिरांक (constants), जिन्हें हम आमतौर पर स्थिर मानते हैं, वास्तव में ब्रह्मांड के ऊर्जा पैमाने के आधार पर थोड़े बदल सकते हैं। इस दृष्टिकोण में, गुरुत्वात्व की शक्ति और निर्वात ऊर्जा (vacuum energy) का घनत्व स्थिर मान नहीं हैं, बल्कि क्वांटम प्रभावों के कारण होने वाले सूक्ष्म बदलावों के अधीन हैं। शोधकर्ताओं ने 'रिनॉर्मलाइजेशन ग्रुप' (renormalization group) पर आधारित एक गणितीय ढांचा विकसित किया, जो क्वांटम भौतिकी का एक उपकरण है जो बताता है कि भौतिक मात्राएं कैसे विकसित होती हैं। उन्होंने इसे ब्रह्मांड विज्ञान पर लागू किया, जिससे गुरुत्वाकर्षण स्थिरांक और कॉस्मोलॉजिकल स्थिरांक को ब्रह्मांड के विस्तार और ठंडा होने के साथ परिवर्तनशील बनाया जा सका।

टीम ने इस विचार का परीक्षण उपलब्ध सबसे हालिया और सटीक कॉस्मोलॉogical डेटा के विरुद्ध किया, जिसमें प्लैंक सैटेलाइट से प्राप्त कॉस्मिक माइक्रोवेव बैकग्राउंड के माप, डार्क एनर्जी स्पेक्ट्रोस्कोपिक इंस्ट्रूमेंट से प्राप्त आकाशगंगाओं का वितरण और दूर स्थित सुपरनोवा के अवलोकन शामिल हैं। उन्होंने पाया कि उनका मॉडल, जो इन स्थिरांकों के बदलने या चलने (run/change) का वर्णन करने के लिए एक नए एकल पैरामीटर को पेश करता है, मानक मॉडल की तुलना में डेटा के साथ बेहतर फिट बैठता है। विशेष रूप से, डेटा एक ऐसे परिदृश्य का समर्थन करता है जहाँ यह नया पैरामीटर थोड़ा नकारात्मक है। यह छोटा विचलन यह सुझाव देता है कि प्रारंभिक ब्रह्मांड में डार्क एनर्जी का व्यवहार आज की तुलना में थोड़ा भिन्न था, जो हबल टेंशन के अन्य प्रस्तावित समाधानों के समान कार्य करता है।

परिणाम संकेत देते हैं कि यह भिन्नता प्रारंभिक ब्रह्मांड की भविष्यवाणियों और स्थानीय मापों के बीच के अंतर को पाटने में मदद करती है। जबकि मानक मॉडल लगभग 67 किलोमीटर प्रति सेकंड प्रति मेगापारसेक की हबल स्थिरांक की भविष्यवाणी करता है, नया मॉडल नवीनतम डेटा के साथ मिलकर इस मान को बढ़ाकर लगभग 68 किलोमीटर प्रति सेकंड प्रति मेगापारसेक कर देता है। यह बदलाव सैद्धांतिक भविष्यवाणी को स्थानीय मापों के करीब ले जाता है, जो लगभग 73 किलोमीटर प्रति सेकंड प्रति मेगापारसेक के आसपास रहते हैं, जिससे दोनों के बीच का सांख्यिकीय तनाव कम हो जाता है। शोधकर्ता इस बात पर जोर देते हैं कि हालांकि यह समस्या को पूरी तरह से हल नहीं करता है, लेकिन यह एक सुसंगत और सैद्धांतिक रूप से प्रेरित मार्ग प्रदान करता है, जो यह सुझाव देता है कि ब्रह्मांड के विस्तार के इतिहास को उन क्वांटम प्रभावों से प्रभावित किया जाता है जिन्हें अनदेखा किया गया है।

यह अध्ययन यह भी स्पष्ट करता है कि यह मॉडल क्या नहीं है। यह इस विचार को खारिज करता है कि अंतरिक्ष के निर्वात और पदार्थ के बीच ऊर्जा का ऐसा आदान-प्रदान हो रहा है जो ऊर्जा संरक्षण के नियम का उल्लंघन करता हो। इसके बजाय, स्थिरांकों में भिन्नता वक्रित स्पेसटाइम (curved spacetime) में क्वांटम फील्ड थ्योरी की गणितीय संरचना से स्वाभाविक रूप से उत्पन्न होती है, जिसके लिए किसी विचित्र नए कणों या बलों की आवश्यकता नहीं है। यह मॉडल विलंबित समय (late times) में मानक कॉस्मोलॉजिकल व्यवहार को पुनः प्राप्त करता है, जिसका अर्थ है कि यह आज के परिचित ब्रह्मांड जैसा ही दिखता है, लेकिन यह प्रारंभिक ब्रह्मांड में एक विशिष्ट, गणना योग्य अंतर पेश करता है जो कॉस्मिक माइक्रोवेव बैकग्राउंड पर एक पता लगाने योग्य छाप छोड़ता है।

डेटा का विश्लेषण करके, शोधकर्ताओं ने निर्धारित किया कि उनके नए पैरामीटर का सबसे संभावित मान लगभग माइनस 0.00025 का एक छोटा नकारात्मक नंबर है। यह मान सांख्यिकीय रूप से इतना महत्वपूर्ण है कि यह सुझाव देता है कि मानक मॉडल पूरी कहानी नहीं है, हालांकि यह अभी तक एक निर्णायक प्रमाण नहीं है। निष्कर्ष imply करते हैं कि पदार्थ क्षेत्रों (matter fields) के अंतर्निहित क्वांटम सिद्धांत में द्रव्यमान के पैमाने प्लैंक स्केल से बहुत नीचे हैं, लेकिन संभावित रूप से ग्रैंड यूनिफाइड थ्योरीज़ (grand unified theories) में पाए जाने वाले पैमानों से अधिक हैं। ब्रह्मांड के सबसे बड़े पैमानों और कण भौतिकी के सबसे छोटे पैमानों के बीच यह संबंध इन क्वांटम सुधारों को गंभीरता से लेने का एक ठोस कारण प्रदान करता है।

अंततः, यह कार्य मानक मॉडल के एक सैद्धांतिक रूप से मजबूत विकल्प के रूप में कार्य करता है जो सभी वर्तमान अवलोकनों के अनुरूप है। यह सुझाव देता है कि ब्रह्मांड कठोर, अपरिवर्तनीय स्थिरांकों द्वारा नहीं, बल्कि गतिशील मात्राओं द्वारा शासित है जो ब्रह्मांडीय वातावरण के साथ विकसित होती हैं। यद्यपि साक्ष्य अभी भी संचित हो रहे हैं और सांख्यिकीय महत्व अभी भी अत्यधिक नहीं है, विभिन्न डेटासेटों में इस भिन्नता के लिए निरंतर प्राथमिकता एक वास्तविक भौतिक प्रभाव की ओर इशारा करती है। जैसे-जैसे अगली पीढ़ी के टेलीस्कोप और सर्वेक्षण ऑनलाइन होंगे, वे इस विचार का अधिक सटीकता के साथ परीक्षण कर पाएंगे, जिससे यह पुष्टि हो सके कि क्या गुरुत्वाकर्षण स्थिरांकों का बदलना हबल टेंशन के रहस्य को खोलने की कुंजी है।