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The energy conditions and model selection in the local Universe

यह शोध पत्र स्थानीय ब्रह्मांड के डेटा का उपयोग करके यह प्रदर्शित करता है कि $R_{\rm h}=ct$ कॉस्मोलॉजिकल मॉडल मानक $\Lambda$ CDM मॉडल की तुलना में दृढ़ता से अनुकूल है, न केवल उच्च संभावना के कारण बल्कि इसलिए भी क्योंकि यह सामान्य सापेक्षता की चारों ऊर्जा स्थितियों (energy conditions) का अनुपालन करता है, जबकि $\Lambda$ CDM कम रेडशिफ्ट पर स्ट्रॉन्ग एनर्जी कंडीशन (strong energy condition) का उल्लंघन करता है।

मूल लेखक: Namit Chandak, Fulvio Melia, Junjie Wei

प्रकाशित 2026-05-29

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CC BY 4.0

मूल लेखक: Namit Chandak, Fulvio Melia, Junjie Wei

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, फैलता हुआ गुब्बारा है। दशकों से, मानक वैज्ञानिक कहानी (जिसे ΛCDM कहा जाता है) हमें बताती रही है कि यह गुब्बारा केवल फैल ही नहीं रहा है; बल्कि इसे "डार्क एनर्जी" नामक एक अदृश्य, रहस्यमय बल द्वारा और तेज़ी से फुलाया जा रहा है।

हालाँकि, चंडक, मेलिया और वेई का एक नया अध्ययन सुझाव देता है कि यह कहानी गलत हो सकती है। वे एक अलग मॉडल प्रस्तावित करते हैं जिसे $R_h = ct$ ब्रह्मांड कहा जाता है, जहाँ गुब्बारा एक स्थिर, निरंतर गति से फैलता है, जो कभी तेज़ या धीमा नहीं होता।

यहाँ उनके तर्क का सरल उपमाओं के माध्यम से विवरण दिया गया है:

1. ब्रह्मांड के "ट्रैफ़िक नियम" (ऊर्जा की स्थितियाँ/Energy Conditions)

भौतिकी में, चार मौलिक "ट्रैफिक नियम" (जिन्हें ऊर्जा की स्थितियाँ कहा जाता है) हैं जो पदार्थ और ऊर्जा के व्यवहार को नियंत्रित करते हैं। इन्हें ब्रह्मांड के सड़क कानूनों के रूप में सोचें:

नकारात्मक ऊर्जा का न होना: आपके पास ऐसी "एंटी-मास" नहीं हो सकती जो चीजों को खींचने के बजाय उन्हें दूर धकेलती है।
प्रकाश से तेज़ प्रवाह का न होना: ऊर्जा प्रकाश की गति से तेज़ नहीं चल सकती।
गुरुत्वाकर्षण आकर्षक है: पदार्थ को अन्य पदार्थों को अपनी ओर खींचना चाहिए, न कि उन्हें दूर धकेलना चाहिए।
कार्य-कारण संबंध (Causality): प्रभाव, कारणों के बाद एक तार्किक क्रम में होने चाहिए।

लेखक तर्क देते हैं कि यदि कोई ब्रह्मांडीय मॉडल इन नियमों को तोड़ता है, तो यह हाईवे पर गलत दिशा में गाड़ी चलाने या बिना पंखों के उड़ने जैसा है। यह दिखने में शानदार हो सकता है, लेकिन यह हमारे वास्तविकता के मौलिक भौतिकी का उल्लंघन करता है।

2. मानक मॉडल (ΛCDM) के साथ समस्या

लेखकों ने इन ट्रैफिक नियमों के विरुद्ध मानक मॉडल (ΛCDM) का परीक्षण किया। उन्हें एक बड़ा उल्लंघन मिला: स्ट्रॉन्ग एनर्जी कंडीशन (Strong Energy Condition)।

उपमा: कल्पना कीजिए कि आप कार चला रहे हैं। "स्ट्रॉन्ग एनर्जी कंडीशन" कहती है कि यदि आप एक्सीलेटर से पैर हटा लेते हैं, तो घर्षण और गुरुत्वाकर्षण के कारण आपकी कार स्वाभाविक रूप से धीमी हो जानी चाहिए।
उल्लंघन: मानक मॉडल दावा करता है कि ब्रह्मांड त्वरित (तेज़) हो रहा है (बिना किसी गैस पेडल के)। इसे काम करने के लिए, मॉडल को "डार्क एनर्जी" का आविष्कार करना पड़ता है जो एक प्रतिकर्षक बल (एंटी-ग्रेविटी) के रूप में कार्य करती है।
परिणाम: लेखकों ने पाया कि जब उन्होंने स्थानीय ब्रह्मांड के वास्तविक डेटा को देखा, तो मानक मॉडल की "त्वरण" (तेज़ होने) की भविष्यवाणी ट्रैफिक नियमों को तोड़ देती है। इसके लिए ऐसी भौतिकी की आवश्यकता होती है जिसका अस्तित्व नहीं होना चाहिए।

3. वैकल्पिक मॉडल ( $R_h = ct$ )

लेखकों ने मानक मॉडल की तुलना $R_h = ct$ ब्रह्मांड से की।

उपमा: एक कार के तेज़ होने के बजाय, यह मॉडल एक सीधी पटरी पर बिल्कुल स्थिर, निरंतर गति से चलने वाली ट्रेन की तरह है। इसे चलते रहने के लिए किसी रहस्यमय "गैस पेडल" (डार्क एनर्जी) की आवश्यकता नहीं है; यह बस उसी गति से चलता रहता है जिससे यह पैदा हुआ था।
परिणाम: यह मॉडल सभी चार ट्रैफिक नियमों को तोड़े बिना डेटा के साथ पूरी तरह से फिट बैठता है। यह भौतिकी के सभी नियमों का पूरी तरह से पालन करता है।

4. साक्ष्य: दो अलग-अलग "स्पीडोमीटर"

इन मॉडलों का परीक्षण करने के लिए, शोधकर्ताओं ने ब्रह्मांड के विस्तार की दर को विभिन्न दूरियों पर मापने के लिए दो अलग-अलग प्रकार के ब्रह्मांडीय "स्पीडोमीटर" का उपयोग किया:

HII गैलेक्सियाँ: ये विशाल तारा-निर्माण क्षेत्र हैं जो "स्टैंडर्ड कैंडल्स" (ज्ञात चमक वाले बल्बों की तरह) के रूप में कार्य करते हैं। यह देखकर कि वे कितने धुंधले दिखते हैं, हम जानते हैं कि वे कितनी दूर हैं।
कॉस्मिक क्रोनोमीटर (Cosmic Chronometers): ये पुरानी, निष्क्रिय गैलेक्सियाँ हैं जो "ब्रह्मांडीय घड़ियों" के रूप में कार्य करती हैं। समय के साथ उनकी आयु में परिवर्तन को मापकर, हम विस्तार दर की गणना कर सकते हैं।

उन्होंने 195 HII गैलेक्सियों और 34 कॉस्मिक क्रोनोमीटर के डेटा को संयोजित किया।

5. निर्णय: एक स्पष्ट विजेता

जब उन्होंने गणना की, तो परिणाम निर्णायक थे:

मानक मॉडल (ΛCDM): इस डेटा के आधार पर हमारे ब्रह्मांड का सही वर्णन होने की संभावना केवल लगभग 8% है। इसके अलावा, इसका सबसे सटीक फिट होने के लिए "स्ट्रॉन्ग एनर्जी कंडीशन" (वह नियम कि गुरुत्वाकर्षण आकर्षक होना चाहिए) को तोड़ने की आवश्यकता होती है।
$R_h = ct$ मॉडल: इसके सही होने की संभावना लगभग 92% है। यह डेटा के साथ खूबसूरती से फिट बैठता है और भौतिकी के सभी नियमों का पालन करता है।

बड़ी तस्वीर

लेखक केवल यह नहीं कह रहे हैं कि एक मॉडल दूसरे की तुलना में डेटा में बेहतर फिट बैठता है; वे कह रहे हैं कि मानक मॉडल मौलिक रूप से टूटा हुआ है क्योंकि इसके लिए "विदेशी" (exotic) भौतिकी की आवश्यकता होती है (जैसे प्रतिकर्षक गुरुत्वाकर्षण) जो ब्रह्मांड के ट्रैफिक नियमों को तोड़ता है।

$R_h = ct$ ब्रह्मांड एक "ईमानदार" मॉडल है: यह उन अदृश्य बलों को आविष्कार किए बिना जो भौतिकी के नियमों को तोड़ते हैं, वर्तमान में देखे गए डेटा की व्याख्या करता है। यह सुझाव देता है कि ब्रह्मांड की शुरुआत से ही एक स्थिर, रैखिक गति से विस्तार हो रहा है, जिससे कई "टाइम कम्प्रेशन" की समस्याओं (जैसे आकाशगंगाओं का बहुत जल्दी बनना) का समाधान होता है जो मानक मॉडल को परेशान करती हैं।

संक्षेप में: मानक मॉडल एक ऐसी कहानी की तरह है जिसे समझने के लिए जादू की आवश्यकता है। $R_h = ct$ मॉडल एक ऐसी कहानी है जो भौतिकी के नियमों का पालन करती है और साक्ष्यों के साथ बहुत बेहतर तरीके से फिट बैठती है।

समस्या विवरण
मानक ब्रह्मांड संबंधी मॉडल, $\Lambda$ CDM, अवलोकन संबंधी डेटा और मौलिक भौतिक सिद्धांतों दोनों से बढ़ते संदेह का सामना कर रहा है। हालिया उच्च-रेडशिफ्ट अवलोकनों (जैसे, JWST और Planck से) ने विसंगतियों को उजागर किया है, जैसे कि विशाल आकाशगंगाओं और सुपरमैसिव ब्लैक होल की प्रारंभिक उपस्थिति, जो मानक मॉडल की समयरेखा को चुनौती देती है। इसके अलावा, $\Lambda$ CDM इन्फ्लेशन (inflation) और डार्क एनर्जी (एक कॉस्मोलॉजिकल कांस्टेंट के रूप में) जैसी प्रक्रियाओं पर निर्भर करता है, जिन्हें जनरल रिलेटिविटी की शास्त्रीय ऊर्जा स्थितियों (ECs) का उल्लंघन करने की आवश्यकता होती है। विशेष रूप से, स्ट्रॉन्ग एनर्जी कंडीशन (SEC), जो यह निर्धारित करती है कि गुरुत्वाकर्षण हमेशा आकर्षक होता है और विस्तार त्वरित नहीं होना चाहिए, $\Lambda$ CDM द्वारा इन्फ्लेशन और वर्तमान युग में डार्क एनर्जी के प्रभुत्व के दौरान उल्लंघन की जाती है। जबकि मानक मॉडल के समर्थकों का तर्क है कि ये उल्लंघन अवलोकनों की व्याख्या करने के लिए आवश्यक हैं, लेखक यह प्रतिपादित करते हैं कि ऊर्जा स्थितियों (ECs) का उल्लंघन इस बात का संकेत हो सकता है कि स्वयं मॉडल त्रुटिपूर्ण है। यह शोध स्थानीय ब्रह्मांड के डेटा के विरुद्ध चार प्रमुख ऊर्जा स्थितियों का पालन या उल्लंघन करके $R_h = ct$ ब्रह्मांड के विरुद्ध $\Lambda$ CDM की व्यवहार्यता का परीक्षण करने के लिए एक अध्ययन प्रस्तुत करता है।

कार्यप्रणाली
लेखक दो अलग-अलग कॉस्मोलॉजी की तुलना करते हुए एक मॉडल चयन विश्लेषण करते हैं: मानक फ्लैट- $\Lambda$ CDM मॉडल और $R_h = ct$ ब्रह्मांड। यह अध्ययन दो स्वतंत्र, निम्न-रेडशिफ्ट ( $z \lesssim 8$ ) अवलोकन संबंधी डेटासेट का उपयोग करता है:

HII गैलेक्सीज़: 195 स्रोतों का एक कैटलॉग, जिसमें JWST द्वारा खोजे गए 5 नए स्रोत भी शामिल हैं, जो H $\beta$ ल्यूमिनोसिटी और आयनित गैस वेलोसिटी डिस्पर्शन के बीच सहसंबंध के आधार पर 'स्टैंडर्ड कैंडल्स' के रूप में कार्य करते हैं।
कॉस्मिक क्रोनोमीटर: निष्क्रिय रूप से विकसित होने वाली आकाशगंगाओं का एक नमूना जिसका उपयोग डिफरेंशियल एज विधि ( $H(z) = -1/(1+z) \cdot dz/dt$ ) के माध्यम से सीधे हबल पैरामीटर $H(z)$ को मापने के लिए किया जाता है।

लेखक चार ऊर्जा स्थितियों: वीक (WEC), नल (NEC), स्ट्रॉन्ग (SEC), और डोमिनेंट (DEC) द्वारा आरोपित दूरी मॉड्यूलस $\mu(z)$ और हबल पैरामीटर $H(z)$ पर गणितीय प्रतिबंध प्राप्त करते हैं। वे फिर दोनों मॉडलों के लिए मापदंडों को डेटा के विरुद्ध अनुकूलित करने के लिए मार्कोव चेन मोंटे कार्लो (MCMC) का उपयोग करके एक मैक्सिमम लाइकलीहुड एस्टीमेशन (MLE) प्रक्रिया लागू करते हैं। अनुकूलित मापदंडों में हबल स्थिरांक ( $H_0$ ), पदार्थ घनत्व ( $\Omega_m$ ), और HII गैलेक्सी ल्यूमिनोसिटी सहसंबंध से संबंधित न्युसेंस पैरामीटर्स ( $\alpha, \beta$ ) शामिल हैं। मॉडल चयन बीजे (Bayes) इंफॉर्मेशन क्राइटेरियन (BIC) का उपयोग करके किया जाता है ताकि प्रत्येक मॉडल की सापेक्ष संभावनाओं की गणना की जा सके।

मुख्य योगदान और परिणाम
यह शोध तीन मुख्य विश्लेषणात्मक दृष्टिकोण प्रस्तुत करता है: अकेले HII गैलेक्सी डेटा को फिट करना, अकेले कॉस्मिक क्रोनोमीटर डेटा को फिट करना, और दोनों डेटासेट का संयुक्त विश्लेषण।

मॉडल प्राथमिकता: तीनों दृष्टिकोणों में, $R_h = ct$ ब्रह्मांड को फ्लैट- $\Lambda$ CDM की तुलना में दृढ़ता से प्राथमिकता दी गई है। संयुक्त विश्लेषण $R_h = ct$ के लिए $\sim 92\%$ की संभावना (likelihood) देता है, जबकि $\Lambda$ CDM के लिए केवल $\sim 8\%$ है। BIC अंतर ( $\Delta \text{BIC} \approx 5$ ) $R_h = ct$ मॉडल के पक्ष में "काफी मजबूत" साक्ष्य दर्शाता है।
ऊर्जा स्थिति अनुपालन:
- $R_h = ct$ : $R_h = ct$ ब्रह्मांड के लिए अनुकूलित फिट पूरे परीक्षण किए गए रेडशिफ्ट रेंज में चारों ऊर्जा स्थितियों (WEC, NEC, SEC, और DEC) के पूर्णतः अनुरूप है। इस मॉडल में, SEC प्रतिबंध गणितीय रूप से मॉडल की भविष्यवाणी के समान है, जिसका अर्थ है कि विस्तार गैर-त्वरित है और गुरुत्वाकर्षण आकर्षक बना हुआ है।
- $\Lambda$ CDM: सर्वश्रेष्ठ-फिट फ्लैट- $\Lambda$ CDM मॉडल $z \lesssim 2$ रेडशिफ्ट पर स्ट्रॉन्ग एनर्जी कंडीशन (SEC) का उल्लंघन करता है। यह उल्लंघन दूरी मॉड्यूलस और हबल पैरामीटर प्लॉट्स में स्पष्ट है, जहाँ मानक मॉडल की भविष्यवाणी को डेटा से मेल खाने के लिए "एंटी-ग्रेविटी" (त्वरित विस्तार) की आवश्यकता होती है, विशेष रूप से HII गैलेक्सीज़ के लिए $z \in (0.2, 1.5)$ और कॉस्मिक क्रोनोमीटर के लिए $z \in (0, 1.75)$ की सीमा में।
पैरामीटर निरंतरता: अध्ययन नोट करता है कि हालांकि डेटा का अलग-अलग उपयोग करने पर अनुकूलित $\Omega_m$ के मान थोड़े भिन्न होते हैं (जो संभावित व्यवस्थित त्रुटियों या डेटा में कम अनुमानित अनिश्चितताओं का सुझाव देते हैं), मॉडल चयन का परिणाम सुसंगत रहता है: $R_h = ct$ को सभी मामलों में प्राथमिकता दी गई है। $R_h = ct$ मॉडल में अनुकूलित $H_0$ , $\Lambda$ CDM की तुलना में कम है लेकिन पिछले साहित्य में अन्य डेटासेट से प्राप्त मूल्यों के अनुरूप है।

महत्व
यह शोध तर्क देता है कि स्थानीय ब्रह्मांड में स्ट्रॉन्ग एनर्जी कंडीशन का उल्लंघन $\Lambda$ CDM मॉडल के लिए एक महत्वपूर्ण सैद्धांतिक दोष है, न कि केवल एक अवलोकन संबंधी आवश्यकता। यह प्रदर्शित करके कि $R_h = ct$ ब्रह्मांड उसी उच्च-परिशुद्धता वाले स्थानीय डेटा को काफी बेहतर तरीके से फिट करता है और सभी शास्त्रीय ऊर्जा स्थितियों के साथ सख्ती से अनुपालन करता है, लेखक यह सुझाव देते हैं कि मानक मॉडल की विलक्षण भौतिकी (इन्फ्लेशन और डार्क एनर्जी) पर निर्भरता अनावश्यक हो सकती है। परिणाम संकेत देते हैं कि $\Lambda$ CDM द्वारा अनुमानित "त्वरित विस्तार" मॉडल के बाधाओं का एक आर्टिफैक्ट (artifact) हो सकता है, न कि एक भौतिक वास्तविकता। लेखक निष्कर्ष निकालते हैं कि ऊर्जा स्थितियों को ब्रह्मांड संबंधी मॉडलों के मूल्यांकन के लिए एक प्राथमिक मानदंड होना चाहिए, और इन मौलिक सिद्धांतों के साथ $R_h = ct$ की निरंतरता, स्थानीय डेटा के साथ इसके बेहतर सांख्यिकीय फिट के साथ मिलकर, मानक प्रतिमान के लिए एक सम्मोहक विकल्प प्रस्तुत करती है।