Scalar-Tensor Symmetric Teleparallel Gravity: Reconstruct the Cosmological History with a Steep Potential

ब्रह्मांड फैल रहा है, और पिछले कुछ दशकों से, खगोलविदों को पता है कि यह विस्तार तेज हो रहा है। गुरुत्वाकर्षण के हमारे वर्तमान सर्वोत्तम सिद्धांत के भीतर इस त्वरण की व्याख्या करने के लिए, वैज्ञानिकों को 'डार्क एनर्जी' नामक एक रहस्यमय, अदृश्य बल का आविष्कार करना पड़ता है जो अंतरिक्ष को अलग करता है। हालाँकि, कई भौतिकविदों को संदेह है कि डार्क एनर्जी कोई नई वस्तु नहीं है, बल्कि इस बात का संकेत है कि हमारा गुरुत्वाकर्षण की समझ स्वयं अधूरी है। वे प्रस्ताव करते हैं कि बड़े पैमाने पर गुरुत्वाकर्षण अलग तरह से व्यवहार कर सकता है, जिसमें शायद अंतरिक्ष-समय के छिपे हुए ज्यामितीय गुण शामिल हैं जिन्हें हमने अभी तक पूरी तरह से मापा नहीं है। ऐसा एक विचार एक ऊर्जा के क्षेत्र से संबंधित है जो समय के साथ बदलता है, और अंतरिक्ष के ताने-बाने के साथ उन तरीकों से अंतःक्रिया करता है जो मानक गुरुत्वाकर्षण की अनुमति नहीं देता है।

शोधकर्ताओं की एक टीम ने हाल ही में इस विचार के एक विशिष्ट संस्करण की खोज की है, यह परीक्षण करते हुए कि क्या एक विशेष प्रकार का परिवर्तनशील ऊर्जा क्षेत्र ब्रह्मांड के अपने शुरुआती क्षणों में तीव्र विकास और वर्तमान त्वरण दोनों की व्याख्या कर सकता है। उन्होंने एक ऐसे सिद्धांत पर ध्यान केंद्रित किया जहाँ गुरुत्वाकर्षण को केवल अंतरिक्ष की वक्रता द्वारा नहीं, बल्कि 'नॉन-मेट्रिसिटी' (non-metricity) नामक एक गुण द्वारा वर्णित किया जाता है, जो यह मापता है कि एक बिंदु से दूसरे बिंदु तक दूरी मापने के नियम कैसे बदलते हैं। इस ज्यामितीय दृष्टिकोण को एक तीव्र ऊर्जा क्षमता (energy potential)—जो ऊर्जा क्षेत्र के तेजी से बदलने के गणितीय विवरण का वर्णन करती है—के साथ जोड़कर, उन्होंने यह जांचा कि क्या यह मॉडल स्वाभाविक रूप से एक ऐसे ब्रह्मांड का निर्माण कर सकता है जो एक विकास के विस्फोट के साथ शुरू होता है और आज के धीमे, स्थिर त्वरण पर समाप्त होता है।

शोधकर्ताओं ने ब्रह्मांड का एक विस्तृत गणितीय मॉडल बनाया, यह मानते हुए कि यह हर दिशा में एक जैसा दिखता है और बड़े पैमाने पर समतल है। इस ढांचे में, अंतरिक्ष कैसे जुड़ा हुआ है यह निश्चित नहीं है; यह तीन अलग-अलग रूपों में हो सकता है, जिनमें से प्रत्येक ब्रह्मांड के विकास के लिए नियमों का एक अलग सेट प्रदान करता है। टीम ने ब्रह्मांड को एक गतिशील प्रणाली के रूप में माना, जिससे ऊर्जा क्षेत्र और विस्तार दर में समय के साथ होने वाले परिवर्तनों को ट्रैक किया गया। उन्होंने विशिष्ट अवस्थाओं, या "क्रिटिकल पॉइंट्स" (critical points) की तलाश की, जहाँ ब्रह्मांड लंबे समय तक स्थिर रह सकता है। ये अवस्थाएँ ब्रह्मांड के इतिहास के विभिन्न युगों का प्रतिनिधित्व करती हैं, जैसे कि वह समय जब पदार्थ का प्रभुत्व था, वह समय जब ऊर्जा क्षेत्र इतनी तेजी से गति कर रहा था कि वह एक कठोर तरल की तरह कार्य कर रहा था, और वह समय जब ऊर्जा क्षेत्र हावी था और निरंतर, त्वरित विस्तार का कारण बना।

उनके विश्लेषण से पता चला कि यह मॉडल संभावनाओं से समृद्ध है। यह सफलतापूर्वक एक ऐसे ब्रह्मांड का वर्णन करता है जो पदार्थ-प्रधान युग से गुजरता है, जो आकाशगंगाओं के निर्माण के लिए आवश्यक है, और फिर एक त्वरित चरण में परिवर्तित होता है। हालाँकि, परिणाम काफी हद तक ऊर्जा क्षेत्र के विशिष्ट आकार और गुरुत्वाकर्षण के साथ इसके अंतःक्रिया की शक्ति पर निर्भर करते हैं। शोधकर्ताओं ने पाया कि ब्रह्मांड को एक स्थिर, त्वरित अवस्था में बसने के लिए, जो हमारे अपने ब्रह्मांड के समान हो, ऊर्जा क्षेत्र और अंतरिक्ष की ज्यामिति के बीच की अंतःक्रिया को एक विशिष्ट पावर-लॉ (power-law) पैटर्न का पालन करना चाहिए। यदि अंतःक्रिया बहुत सरल है, तो ब्रह्मांड अस्थिर हो सकता है या त्वरित होने में विफल हो सकता है।

उनके कार्य का एक महत्वपूर्ण हिस्सा इन त्वरित अवस्थाओं की स्थिरता की जाँच करना था। कई गणितीय मॉडलों में, एक समाधान पहली नज़र में स्थिर लग सकता है लेकिन सूक्ष्म निरीक्षण के तहत ढह सकता है। इन क्रिटिकल पॉइंट्स के पास सिस्टम के व्यवहार का विश्लेषण करने के लिए एक परिष्कृत पद्धति का उपयोग करते हुए, टीम ने निर्धारित किया कि यह मॉडल वास्तव में ब्रह्मांड के इतिहास का एक एकीकृत विवरण प्रदान कर सकता है। उन्होंने पाया कि कुछ शर्तों के तहत, तीव्र ऊर्जा क्षमता ब्रह्मांड को विनाशकारी अंत, जैसे कि खुद को फाड़ देने या वापस सिमट जाने, से बचने देती है और इसके बजाय एक सुचारू, शाश्वत विस्तार में स्थिर होने देती है।

इस अध्ययन ने अन्य सिद्धांतों के साथ भी अपने निष्कर्षों की तुलना की जो ब्रह्मांडीय त्वरण की व्याख्या करने का प्रयास करते हैं। समान विचारों का उपयोग करने वाले लेकिन भिन्न ज्यामितीय ढांचों वाले पिछले प्रयासों को अक्सर समस्याओं का सामना करना पड़ा, जैसे कि अवास्तविक व्यवहार की भविष्यवाणी करना या एक स्थिर त्वरित चरण उत्पन्न करने में विफल रहना। यह नया कार्य सुझाव देता है कि नॉन-मेट्रिसिटी की विशिष्ट ज्यामिति और एक तीव्र ऊर्जा क्षमता का उपयोग करके, इन समस्याओं से बचा जा सकता है। यह मॉडल एक ऐसा व्यवहार्य मार्ग प्रदान करता है जहाँ ब्रह्मांड का एक एकल घटक अतीत में सामान्य पदार्थ की तरह कार्य करता है ताकि संरचना का निर्माण हो सके, और फिर वर्तमान में त्वरण के चालक के रूप में परिवर्तित हो जाता है।

हालाँकि गणितीय परिणाम आशाजनक हैं, शोधकर्ता नोट करते हैं कि यह एक सैद्धांतिक जांच है। मॉडल समीकरणों के भीतर काम करता है, लेकिन अभी तक इसका परीक्षण दूरबीनों और उपग्रहों के पूर्ण अवलोकन डेटा के विरुद्ध नहीं किया गया है। अध्ययन इस बात की पुष्टि करता है कि यह विचार गणितीय रूप से सुसंगत है और एक यथार्थवादी ब्रह्मांडीय इतिहास का वर्णन करने में सक्षम है, लेकिन यह अंतिम निर्णय भविष्य के अवलोकनों पर छोड़ देता है। यह कार्य इस बात को समझने की दिशा में एक महत्वपूर्ण कदम है कि अंतरिक्ष-समय की ज्यामिति स्वयं ब्रह्मांड के त्वरित विस्तार की कुंजी कैसे हो सकती है, जो उस रहस्यमय डार्क एनर्जी का एक सम्मोहक विकल्प पेश करती है जो वर्तमान में हमारे ब्रह्मांड संबंधी मॉडलों पर हावी है।