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Bayesian and Machine-Learning Analyses of Nonminimal f(Q)f(Q) Gravity and H0H_0 Tension

यह अध्ययन मेट्रिक-एफ़ाइन (metric-affine) औपचारिकता के भीतर नॉनमिनिमली कपल्ड (nonminimally coupled) f(Q)f(Q) गुरुत्वाकर्षण पर बेयसियन (Bayesian) और मशीन-लर्निंग विश्लेषणों का उपयोग करता है ताकि यह प्रदर्शित किया जा सके कि यह ढांचा विलंबित-समय ब्रह्मांड विज्ञान (late-time cosmology) के लिए एक लचीला दृष्टिकोण प्रदान करता है जो विविध अवलोकन संबंधी डेटासेट्स के साथ सुसंगत रहते हुए H0H_0 तनाव को आंशिक रूप से कम करता है।

मूल लेखक: Simran Arora, Mridul Patel

प्रकाशित 2026-07-30
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मूल लेखक: Simran Arora, Mridul Patel

मूल पेपर CC BY 4.0 (http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/) के तहत लाइसेंस किया गया है। नीचे दिए गए पेपर की यह व्याख्या AI से तैयार की गई है। इसे लेखकों ने न तो लिखा है, न इसका समर्थन किया है। तकनीकी सटीकता के लिए मूल पेपर देखें। पूरा डिस्क्लेमर पढ़ें

कल्पना कीजिए कि ब्रह्मांड एक विशाल, फैलते हुए गुब्बारे की तरह है। दशकों से, वैज्ञानिकों के पास इस गुब्बारे को फुलाने का एक बहुत ही विश्वसनीय नुस्खा रहा है, जिसे कॉस्मोलॉजी का "स्टैंडर्ड मॉडल" कहा जाता है। यह नुस्खा दो मुख्य सामग्रियों पर निर्भर करता है: "डार्क मैटर" नामक अदृश्य चीज़ जो आकाशगंगाओं को एक साथ थामे रखती है, और "डार्क एनर्जी" नामक एक रहस्यमय धक्का जो गुब्बारे को तेज़ी से और तेज़ी से फैलाता है। यह नुस्खा इतना अच्छा काम करता है कि यह बिग बैंग की अवशेष चमक से लेकर तारों की गति तक, लगभग सब कुछ समझा देता है।

लेकिन हाल ही में, इस नुस्खे में एक छोटी सी दरार दिखाई दी है। जब वैज्ञानिकों ने दो अलग-अलग तरीकों का उपयोग करके यह मापा कि ब्रह्मांड अभी कितनी तेज़ी से फैल रहा है, तो उन्हें दो अलग-अलग उत्तर मिले। एक विधि, जो ब्रह्मांड के शिशु रूप (बिग बैंग के अवशेषों) को देखती है, कहती है कि विस्तार दर लगभग 67.4 किमी/सेकंड/Mpc है। दूसरी विधि, जो पास के "वयस्क" ब्रह्मांड को विस्फोट करने वाले तारों का उपयोग करके देखती है, कहती है कि यह लगभग 73.04 किमी/सेकंड/Mpc है। यह ऐसा है जैसे दो शेफ एक ही केक को माप रहे हों और उन्हें अलग-अलग आकार मिल रहे हों; पूर्ण मान में अंतर छोटा है, लेकिन सांख्यिकीय रूप से, यह एक बहुत बड़ी बात है। इस असहमति को "हबल टेंशन" (Hubble Tension) के रूप में जाना जाता है, और यह सुझाव देता है कि हमारे नुस्खे में कोई गुप्त सामग्री गायब है या गुरुत्वाकर्षण के जो नियम हम उपयोग कर रहे हैं, वे पूरी कहानी नहीं बताते।

यह शोध पत्र गुरुत्वाकर्षण के एक नए, थोड़े अजीब नुस्खे की जांच करता है ताकि यह देखा जा सके कि क्या यह उस केक के माप को ठीक कर सकता है। सामान्य गुरुत्वाकर्षण के नियमों (जनरल रिलेटिविटी) के बजाय, लेखक f(Q) ग्रेविटी नामक एक सिद्धांत का पता लगाते हैं। इस सिद्धांत में, गुरुत्वाकर्षण केवल स्थान के झुकने (वक्रता) या स्थान के मरोड़ने (टोरशन) के बारे में नहीं है, बल्कि यह नॉनमेट्रिसिटी (nonmetricity) नामक किसी चीज़ के बारे में है। नॉनमेट्रिसिटी को आप एक "खिंचाव" या दूरियों को मापने के लिए उपयोग किए जाने वाले पैमाने में बदलाव के रूप में समझ सकते हैं। इस नए ढांचे में, लेखक प्रस्तावित करते हैं कि यह खिंचाव केवल वहां बैठा नहीं रहता; यह ब्रह्मांड में मौजूद पदार्थ (जैसे तारे और गैस) से सीधे संवाद करता है, जिससे एक "नॉनमिनिमल कपलिंग" (nonminimal coupling) पैदा होती है। यह ऐसा है जैसे स्वयं पैमाना ही केक से बातें कर रहा हो, जिससे उसके विस्तार के तरीके में बदलाव आ रहा हो। लेखकों ने इस नए गणितीय मॉडल को बनाया, टेलीस्कोपों के वास्तविक डेटा का उपयोग करके एक विशाल कंप्यूटर सिमुलेशन चलाया, और अपने काम की दोबारा जांच करने के लिए आर्टिफिशियल इंटेलिजेंस का भी उपयोग किया।

जांच: एक नया गुरुत्वाकर्षण नुस्खा

लेखकों ने इस "खिंचाव वाले" गुरुत्वाकर्षण सिद्धांत का एक विशिष्ट संस्करण बनाने से शुरुआत की। उन्होंने एक ऐसे ब्रह्मांड की कल्पना की जहाँ नॉनमेट्रिसिटी स्केलर (मान लीजिए इसे Q कहें, जो उस खिंचाव का माप है) सीधे ब्रह्मांड में मौजूद पदार्थ से जुड़ा हुआ है। मानक भौतिकी में, पदार्थ और ज्यामिति (स्थान) आमतौर पर अपने अलग-अलग नियमों का पालन करते हैं। यहाँ, वे नृत्य करने वाले साथियों की तरह एक-दूसरे से बंधे हुए हैं। लेखकों ने इस संबंध के लिए एक सरल गणितीय आकार चुना: एक सीधी रेखा और एक वक्र (पावर-लॉ मॉडल) का मिश्रण। फिर उन्होंने पूछा: "यदि हम इस नए गुरुत्वाकर्षण नुस्खे का उपयोग करें, तो क्या हम ब्रह्मांड के विस्तार दर के दो अलग-अलग मापों को बेहतर ढंग से एक समान ला सकते हैं?"

यह जानने के लिए, उन्होंने केवल अनुमान नहीं लगाया; वे डेटा की भारी तोप लेकर आए। उन्होंने चार अलग-अलग ब्रह्मांडीय स्रोतों से मिली जानकारी को जोड़ा:

  1. कॉस्मिक क्रोनोमीटर: ये प्राचीन, निष्क्रिय आकाशगंगाएँ हैं जो ब्रह्मांडीय स्टॉपवॉच के रूप में कार्य करती हैं, जो हमें बताती हैं कि अतीत में अलग-अलग समय पर ब्रह्मांड कितनी तेज़ी से फैल रहा था।
  2. टाइप Ia सुपरनोवा: ये विस्फोट करने वाले तारे हैं जो "स्टैंडर्ड कैंडल्स" (मानक मोमबत्तियों) के रूप में कार्य करते हैं। क्योंकि हम जानते हैं कि उन्हें कितना चमकीला होना चाहिए, इसलिए हम बता सकते हैं कि वे हमसे कितनी दूर हैं और कितनी तेज़ी से हमसे दूर जा रहे हैं। टीम ने अत्यधिक सावधानी बरतने के लिए इन तारों के तीन अलग-अलग कैटलॉग (Pantheon+, DESY5, और Union3) का उपयोग किया।
  3. DESI BAO: यह "बेरियन एकोस्टिक ऑसिलेशन" (Baryon Acoustic Oscillations) का उपयोग करता है, जो प्रारंभिक ब्रह्मांड में जमी हुई ध्वनि तरंगें हैं। ये एक ब्रह्मांडीय पैमाने के रूप में कार्य करते हैं, जो आकाशगंगाओं के बीच की दूरी को मापते हैं।
  4. CMB (कॉस्मिक माइक्रोवेव बैकग्राउंड): यह ब्रह्मांड की "शिशु तस्वीर" है, बिग बैंग से बची हुई गर्मी, जो हमें एक आधार प्रदान करती है कि ब्रह्मांड कैसे शुरू हुआ था।

परिणाम: एक आंशिक समाधान, कोई जादुई छड़ी नहीं

संख्याओं की गणना करने के बाद, जिसका उपयोग MCMC (जो कि एक आदर्श नुस्खा खोजने के लिए लाखों अलग-अलग सामग्रियों के संयोजन को आज़माने जैसा है) नामक एक शक्तिशाली सांख्यिकीय विधि के रूप में किया गया था, लेखकों को कुछ दिलचस्प परिणाम मिले।

सबसे पहले, नया गुरुत्वाकर्षण मॉडल काम करता है। यह डेटा के साथ लगभग उतना ही अच्छा फिट बैठता है जितना कि मानक नुस्खा। उनके मॉडल में ब्रह्मांड का विस्तार इस तरह से होता है जो हमारे अवलोकन के बहुत समान दिखता है। अंतरिक्ष का "खिंचाव" (नॉनमेट्रिसिटी) विस्तार के इतिहास को थोड़ा बदलने के लिए पर्याप्त अतिरिक्त धक्का प्रदान करता है।

दूसरा, और सबसे महत्वपूर्ण, यह नया मॉडल हबल टेंशन को आंशिक रूप से कम करता है। जब उन्होंने अपने नए मॉडल का उपयोग करके विस्तार दर (H0H_0) की गणना की, तो उन्हें लगभग 68.4 से 68.8 किमी/सेकंड/Mpc का मान मिला।

  • यह "शिशु ब्रह्मांड" के माप (67.4) से अधिक है, जो कि अच्छी बात है।
  • लेकिन यह "वयस्क ब्रह्मांड" के माप (73.04) से अभी भी कम है।
  • मॉडल और "वयस्क ब्रह्मांड" के बीच का अंतर लगभग 4.4 मानक विचलन (एक बड़ा असंतुलन) से घटकर लगभग 3 मानक विचलन रह गया है।

इसे इस तरह समझें: मानक नुस्खे ने कहा कि केक का आकार 67 था। स्थानीय माप ने कहा कि केक का आकार 73 था। नया नुस्खा सुझाव देता है कि केक वास्तव में आकार 68.5 का है। यह स्थानीय माप के लिए एकदम सटीक मेल नहीं है, लेकिन यह पहले की तुलना में बहुत बेहतर समझौता है। तनाव अभी भी बना हुआ है, लेकिन यह कम गंभीर है। लेखक नोट करते हैं कि हालांकि यह एक आशाजनक कदम है, लेकिन यह रहस्य को पूरी तरह से हल नहीं करता है। मॉडल डेटा के अनुरूप है, लेकिन मानक मॉडल अभी भी सांख्यिकीय रूप से बहुत प्रतिस्पर्धी है।

AI चेक: मशीनों को पैटर्न पहचानना सिखाना

यह सुनिश्चित करने के लिए कि उनका गणित केवल एक इत्तेफाक नहीं था, लेखकों ने एक तीसरे पक्ष को शामिल किया: मशीन लर्निंग। उन्होंने उनके नए गुरुत्वाकर्षण मॉडल द्वारा अनुमानित विस्तार के इतिहास को एक "शिक्षक" के रूप में माना और तीन अलग-अलग प्रकार के AI एल्गोरिदम से सीखा और भविष्य के विस्तार की भविष्यवाणी करने के लिए कहा।

तीन "छात्र" थे:

  1. लीनियर रिग्रेशन (Linear Regression): एक सरल छात्र जो सीधे रेखा वाले पैटर्न की तलाश करता है।
  2. रैंडम फॉरेस्ट (Random Forest): एक छात्र जो जटिल पैटर्न खोजने के लिए कई निर्णय वृक्षों (decision trees) का उपयोग करता है।
  3. सपोर्ट वेक्टर रिग्रेशन (SVR): एक परिष्कृत छात्र जो बहुत जटिल, घुमावदार संबंधों को संभाल सकता है।

परिणाम स्पष्ट थे: SVR विद RBF कर्नेल (एक विशिष्ट प्रकार की गणितीय तकनीक) स्टार स्टूडेंट रहा। इसने विस्तार के इतिहास की भविष्यवाणी लगभग पूर्ण सटीकता (99.93% सटीकता) के साथ की। यह सरल लीनियर छात्र से कहीं बेहतर था और रैंडम फॉरेस्ट से भी बेहतर था। इसने पुष्टि की कि उनके नए गुरुत्वाकर्षण मॉडल द्वारा उत्पन्न विस्तार का इतिहास सुचारू, सुसंगत और एक पैटर्न का पालन करता है जिसे उन्नत AI आसानी से पहचान सकता है। यह ऐसा है जैसे AI ने नए गुरुत्वाकर्षण नुस्खे को देखा और कहा, "हाँ, यह समझ में आता है; पैटर्न ठोस है।"

निष्कर्ष

तो, अंतिम निष्कर्ष क्या है? शोध पत्र सुझाव देता है कि एक ऐसा ब्रह्मांड जहाँ अंतरिक्ष में एक "खिंचाव" वाला गुण है जो सीधे पदार्थ से बात करता है, हमारे ब्रह्मांड की व्याख्या करने के लिए एक व्यवहार्य उम्मीदवार है। यह एक लचीला ढांचा प्रदान करता है जो मानक मॉडल की नकल कर सकता है लेकिन विस्तार दर को बदलने के लिए भी इसे थोड़ा ट्यून कर सकता है ताकि तनाव को कम करने में मदद मिल सके।

हालाँकि, लेखक जीत की घोषणा करने में सावधानी बरतते हैं। वे बताते हैं कि हालांकि तनाव कम हो गया है, लेकिन यह खत्म नहीं हुआ है। नया मॉडल एक "आशाजनक और लचीला ढांचा" है, लेकिन इसके लिए अधिक परीक्षण की आवश्यकता है। बेयसियन विश्लेषण (यह मापने का एक तरीका कि एक सिद्धांत दूसरे की तुलना में कितना संभावित है) बताता है कि हालांकि नया मॉडल डेटा के साथ फिट बैठता है, लेकिन वर्तमान अवलोकनों द्वारा अतिरिक्त जटिलता की मजबूत मांग नहीं की गई है। यह एक मजबूत दावेदार है, लेकिन मानक मॉडल अभी भी अपनी जगह बनाए हुए है।

अंत में, यह शोध पत्र एक याद दिलाता है कि ब्रह्मांड आश्चर्यों से भरा है। गुरुत्वाकर्षण के नियमों को थोड़ा सा बदलकर—स्थान की ज्यामिति और उसके भीतर मौजूद पदार्थ के बीच एक संवाद पेश करके—हम शायद यह समझने के करीब पहुँच रहे हैं कि ब्रह्मांड जिस दर से फैल रहा है वह क्यों है। हबल टेंशन एक पहेली बनी हुई है, लेकिन यह नया हिस्सा एक ऐसा टुकड़ा है जो तस्वीर को थोड़ा और स्पष्ट बनाता है।

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