Chaotic Inflation RIDES Again

आज हम जो ब्रह्मांड देखते हैं वह उल्लेखनीय रूप से सुव्यवस्थित और सपाट है, फिर भी इसकी शुरुआत समय के आरंभ के कुछ ही अंशों के भीतर होने वाले कॉस्मिक इन्फ्लेशन (cosmic inflation) नामक एक हिंसक, तीव्र विस्तार से हुई थी। विस्तार का यह संक्षिप्त क्षण, जिसने ब्रह्मांड को सुव्यवस्थित किया और भविष्य की सभी आकाशगंगाओं के लिए बीज बोए। दशकों तक, भौतिकविदों ने यह समझाने के लिए विभिन्न मॉडलों का प्रस्ताव दिया है कि यह कैसे हुआ, जो अक्सर 'इनफ्लॉन' (inflaton) नामक एक काल्पनिक कण पर निर्भर करते हैं। हालाँकि, ब्रह्मांड केवल तीव्र विस्तार का स्थान नहीं है; यह वर्तमान में फिर से अपने विस्तार की गति बढ़ा रहा है, जो डार्क एनर्जी (dark energy) नामक एक रहस्यमय बल द्वारा संचालित है। ब्रह्मांड विज्ञान का मानक मॉडल इन दोनों घटनाओं को दो पूरी तरह से अलग घटनाओं के रूप में मानता है—एक प्राचीन और एक आधुनिक—जिनके बीच कोई स्पष्ट संबंध नहीं है। यह अलगाव हमारी समझ में एक कमी छोड़ देता है, क्योंकि यह कोई एकल स्पष्टीकरण नहीं देता कि ब्रह्मांड अपने सबसे शुरुआती और नवीनतम क्षणों में इस तरह व्यवहार क्यों करता है।

शोधकर्ताओं की एक टीम ने एक पुराने विचार को फिर से परखा है ताकि इस अंतर को पाटा जा सके, यह प्रस्तावित करते हुए कि ऊर्जा का एक एकल क्षेत्र प्रारंभिक उछाल (इन्फ्लेशन) और ब्रह्मांड के वर्तमान त्वरण दोनों के लिए जिम्मेदार हो सकता है। उनका कार्य 'केओटिक इन्फ्लेशन' (chaotic inflation) नामक एक विशिष्ट प्रकार के मॉडल पर केंद्रित है, जो यह सुझाव देता है कि ब्रह्मांड की शुरुआत एक ऐसे क्षेत्र से हुई जिसमें एक बड़ा, यादृच्छिक मान (random value) था। हालांकि यह सरल विचार अतीत में लोकप्रिय था, अंतरिक्ष दूरबीनों के हालिया, अत्यधिक सटीक मापों ने दिखाया है कि इस सिद्धांत के मूल संस्करण द्वारा गुरुत्वाकर्षण तरंगों (gravitational waves) का स्तर बहुत अधिक अनुमानित है, जो वास्तव में देखे गए स्तर की तुलना में बहुत अधिक है। नया अध्ययन इस क्लासिक मॉडल में जटिलता की एक परत जोड़ता है: रेडिएटिव करेक्शन (radiative corrections)। क्वांटम दुनिया में, कण लगातार अपने वातावरण के साथ अंतःक्रिया करते हैं, जिससे ऊर्जा में छोटे बदलाव आते हैं। इन बदलावों को शामिल करके, शोधकर्ताओं ने पाया कि क्षेत्र की संभावित ऊर्जा (potential energy) का आकार बदल जाता है, जिससे एक घाटी बन जाती है जहाँ क्षेत्र स्थिर हो सकता है। यह स्थिरता क्षेत्र में एक समरूपता (symmetry) को तोड़ती है, जिससे एक नया, हल्का कण उत्पन्न होता है जो डार्क एनर्जी के रूप में कार्य कर सकता है जो ब्रह्मांड के वर्तमान विस्तार को चला रहा है।

शोधकर्ताओं, वीनसियस (Venus Keus) और स्टीफन एफ. किंग (Stephen F. King) ने इस संयुक्त मॉडल की जांच से शुरुआत की, जिसे वे रेडिएटिव इन्फ्लेशन एंड डार्क एनर्जी (RIDE) कहते हैं। इस परिदृश्य में, ब्रह्मांड तीव्र विस्तार को चलाने के लिए एक भारी, रेडियल घटक के साथ शुरू होता है। जैसे-जैसे ब्रह्मांड ठंडा होता है, यह क्षेत्र एक स्थिर अवस्था में बस जाता है, और एक हल्का, कोणीय (angular) घटक उभरता है। यह हल्का घटक एक "क्विंटेसेंस" (quintessence) क्षेत्र की तरह व्यवहार करता है, जो डार्क एनर्जी का एक गतिशील रूप है जो एक निश्चित स्थिरांक रहने के बजाय समय के साथ विकसित होता है। हालांकि यह सुंदर एकीकरण ब्रह्मांड के दो युगों के लिए आशाजनक लग रहा था, लेकिन मॉडल को एक महत्वपूर्ण बाधा का सामना करना पड़ा। जब टीम ने मूल RIDE मॉडल के अनुमानों की तुलना प्लैंक सैटेलाइट (Planck satellite) के डेटा से की, तो परिणाम मेल नहीं खाए। मॉडल ने घनत्व के उतार-चढ़ाव (density fluctuations) के मुकाबले गुरुत्वाकर्षण तरंगों का एक ऐसा अनुपात अनुमानित किया जो बहुत अधिक था, जो आधुनिक अवलोकनों द्वारा निर्धारित कड़े सीमाओं के साथ विरोधाभासी था।

इस संघर्ष को हल करने के लिए, लेखकों ने मॉडल में दो नए समायोजन पेश किए। पहले, उन्होंने इनफ्लॉन क्षेत्र को सीधे गुरुत्वाकर्षण के साथ इस तरह से अंतःक्रिया करने की अनुमति दी जो सामान्य सापेक्षता (general relativity) के मानक नियमों से थोड़ा भिन्न है। यह 'नॉन-मिनिमल कपलिंग' (non-minimal coupling) एक मंदक (dampener) के रूप में कार्य करता है, जो प्रभावी रूप से क्षेत्र के ऊर्जा परिदृश्य को सपाट कर देता है। इस परिवर्तन ने गुरुत्वाकर्षण तरंगों के अनुमानित स्तर को कम कर दिया, जिससे यह प्लैंक डेटा के साथ पूरी तरह से संरेखित हो गया। हालाँकि, टीम यह भी देखना चाहती थी कि क्या मॉडल अटकामा कॉस्मोलॉजी टेलीस्कोप (Atacama Cosmology Telescope) के नवीनतम डेटा के साथ फिट बैठ सकता है, जिसने प्रारंभिक ब्रह्मांड के तापमान पैटर्न का अधिक विस्तृत दृश्य प्रदान किया है। इन विशिष्ट अवलोकनों से मेल खाने के लिए, उन्होंने दूसरा समायोजन जोड़ा: एक छोटा, अतिरिक्त इंटरेक्शन टर्म जो बहुत उच्च मानों पर क्षेत्र की ऊर्जा को संशोधित करता है।

इन दो नए मापदंडों को सावधानीपूर्वक ट्यून करके, शोधकर्ताओं ने एक ऐसा 'स्वीट स्पॉट' खोजा जहाँ यह मॉडल खूबसूरती से काम करता है। उन्होंने पाया कि गुरुत्वाकर्षण के साथ अंतःक्रिया की एक विशिष्ट शक्ति और क्षेत्र की ऊर्जा में एक सूक्ष्म, लगभग नगण्य वृद्धि के साथ, मॉडल के अनुमान प्लैंक और अटकामा डेटा द्वारा अनुमत सीमा के भीतर आते हैं। इसका अर्थ है कि मॉडल अब हमारे पास मौजूद सबसे सटीक मापों के साथ विरोधाभास किए बिना ब्रह्मांड के तीव्र जन्म और इसके वर्तमान त्वरण का सफलतापूर्वक वर्णन कर सकता है। इस समाधान की सुंदरता यह है कि यह ब्रह्मांड के इतिहास के दो चरणों को अलग रखते हुए भी उन्हें जोड़ता है। क्षेत्र का भारी हिस्सा इन्फ्लेशन को संचालित करता है, जबकि हल्का हिस्सा, जो नए समायोजनों से अप्रभावित है, डार्क एनर्जी को संचालित करना जारी रखता है। यह अलगाव सुनिश्चित करता है कि मॉडल स्थिर बना रहे और ऐसे अवांछित उतार-चढ़ाव पैदा न करे जो आकाशगंगाओं के निर्माण को बाधित कर सकें।

अध्ययन यह निष्कर्ष निकालता है कि RIDE मॉडल का यह परिष्कृत संस्करण हमारे ब्रह्मांड का वर्णन करने के लिए एक व्यवहार्य उम्मीदवार है। यह प्रदर्शित करता है कि एक एकल, जटिल क्षेत्र वास्तव में बिग बैंग के इन्फ्लेशन चरण और आज ब्रह्मांड पर हावी डार्क एनर्जी दोनों का वास्तुकार हो सकता है। जबकि सिद्धांत का मूल, सरल संस्करण हाल के डेटा द्वारा खारिज कर दिया गया था, इन सूक्ष्म क्वांटम सुधारों और गुरुत्वाकर्षण अंतःक्रियाओं के जुड़ने से यह विचार पुनर्जीवित हो गया है। निष्कर्ष बताते हैं कि ब्रह्मांड का इतिहास पहले की तुलना में अधिक एकीकृत हो सकता है, जिसमें एक ही मौलिक बल इसके आरंभ और इसके भविष्य को आकार दे रहा है। शोधकर्ता इस बात पर जोर देते हैं कि हालांकि यह मॉडल वर्तमान डेटा के साथ अच्छी तरह से फिट बैठता है, यह एक सैद्धांतिक प्रस्ताव बना हुआ है जो इस बात की विशिष्ट धारणाओं पर निर्भर करता है कि कण गुरुत्वाकर्षण के साथ कैसे अंतःक्रिया करते हैं। यह पुष्टि करने के लिए कि क्या ब्रह्मांडीय बलों का यह विशिष्ट एकीकरण हमारे ब्रह्मांड की वास्तविक कहानी है, भविष्य के अवलोकनों की आवश्यकता होगी।