No late-time role for adiabatic torsion: a no-go result for Hubble-cutoff holographic dark energy in Einstein--Cartan cosmology

ब्रह्मांडीय रहस्य: ब्रह्मांड की गति क्यों बढ़ रही है

कल्पना कीजिए कि ब्रह्मांड एक विशाल, फैलते हुए गुब्बारे की तरह है। दशकों से, खगोलशास्त्री इस गुब्बारे को फूलते हुए देख रहे हैं, यह उम्मीद करते हुए कि यह धीमा हो जाएगा क्योंकि गुरुत्वाकर्षण हर चीज़ को वापस खींच रहा है, जैसे कि ऊपर उठते समय एक फेंकी गई गेंद अपनी गति खो देती है। लेकिन 1990 के दशक के अंत में, एक चौंकाने वाली खोज ने सब कुछ बदल दिया: गुब्बारा न केवल फूल रहा है; बल्कि यह तेज़ और तेज़ होता जा रहा है। कोई अदृश्य चीज़ ब्रह्मांड को अलग धकेल रही है, एक रहस्यमय बल जिसे वैज्ञानिक "डार्क एनर्जी" (Dark Energy) कहते हैं।

इस बल को समझने के लिए, भौतिक विज्ञानी अक्सर "कॉस्मिक डिटेक्टिव" (ब्रह्मांडीय जासूस) का खेल खेलते हैं। वे ब्रह्मांड के नियमों को देखते हैं—विशेष रूप से, कैसे स्थान (space) और समय एक साथ बुने हुए हैं। मानक नियम पुस्तिका को "जनरल रिलेटिविटी" (General Relativity) कहा जाता है, जो स्थान को एक चिकने, लचीले कपड़े के रूप में मानती है। लेकिन नियम पुस्तिका में एक गुप्त अध्याय है जिसे "आइंस्टीन-कार्टन थ्योरी" (Einstein–Cartan theory) कहा जाता है। इस संस्करण में, स्थान केवल चिकना ही नहीं है; इसमें एक सूक्ष्म, सूक्ष्मदर्शीय "मरोड़" या "किक" भी हो सकती है जिसे टॉर्शन (torsion) कहा जाता है। टॉर्शन को एक रस्सी के मरोड़ या डीएनए (DNA) की सर्पिल संरचना की तरह समझें। आमतौर पर, यह मरोड़ इतना छोटा होता है कि इसका कोई महत्व नहीं होता, लेकिन कुछ वैज्ञानिकों ने सोचा: क्या यह मरोड़ ब्रह्मांड के त्वरण (acceleration) को चलाने वाला गुप्त इंजन हो सकता है?

हाल ही में, शोधकर्ताओं की एक टीम ने एक विशिष्ट विचार प्रस्तावित किया: शायद स्थान का यह "मरोड़", ब्रह्मांड के आकार को मापने के एक चतुर तरीके (जिसे "हबल कटऑफ" कहा जाता है) के साथ मिलकर, यह समझा सकता है कि हम तेज़ क्यों हो रहे हैं। उन्होंने सुझाव दिया कि यह मरोड़ एक छिपी हुई बैटरी की तरह कार्य करता है, जो ब्रह्मांड को एक बढ़ावा देता है। लेकिन इससे पहले कि हम बहुत उत्साहित हों, फर्नांडो इजाउरिटिएटा, सैमुअल लेपे और क्रिस्टियन क्विनज़कारा के एक नए शोध पत्र ने गणित की जांच करने के लिए कदम बढ़ाया। उन्होंने केवल विचार को नहीं देखा; उन्होंने इसे सूक्ष्मदर्शी के नीचे रखा ताकि यह देखा जा सके कि क्या यह वास्तव में हमारे पास मौजूद वास्तविक डेटा के साथ काम करता है।

वह मरोड़ जो नहीं था

इस शोध पत्र की कहानी एक जासूसी कहानी की तरह है जहाँ संदिग्ध निर्दोष पाया जाता है, लेकिन एक बहुत ही विशिष्ट कारण से। शोधकर्ता एक ऐसे प्रस्ताव की जांच कर रहे थे जिसमें दावा किया गया था कि स्थान का "मरोड़" (torsion) डार्क एनर्जी के एक लोकप्रिय सिद्धांत को बचा सकता है। विचाराधीन सिद्धांत, जिसे "होलोग्राफिक डार्क एनर्जी" कहा जाता है, ब्रह्मांड के त्वरण को यह कहकर समझाने की कोशिश करता है कि ऊर्जा घनत्व ब्रह्मांड के "क्षितिज" (horizon - वह सबसे दूर की दूरी जिसे हम देख सकते हैं) के आकार पर निर्भर करता है। समस्या यह थी कि यह सिद्धांत आमतौर पर त्वरण की व्याख्या करने में विफल रहता है जब तक कि आप एक बहुत ही विशिष्ट, जटिल क्षितिज का चयन न करें। नया प्रस्ताव कहता है, "रुको! यदि हम स्थान-मरोड़ जोड़ते हैं, तो गणित काम करता है, और हबल क्षितिज फिर से एक वैध विकल्प बन जाता है!"

हालाँकि, इस शोध पत्र के लेखकों ने स्वयं गणना करने का निर्णय लिया। उन्होंने इस बात से शुरुआत की कि यह "मरोड़" कैसे व्यवहार करता है। उनके मॉडल में, मरोड़ कणों के स्पिन (जैसे छोटे घूमते हुए लट्टू) से जुड़ा हुआ है। यदि ब्रह्मांड फैलता है और कण फैल जाते हैं, तो मरोड़ बहुत तेज़ी से कमजोर हो जाता है, जैसे कि एक घूमता हुआ लट्टू अपनी गति खो देता है। शोध पत्र दिखाता है कि यह घटता हुआ मरोड़ एक "नकारात्मक ऊर्जा" की तरह कार्य करता है जो ब्रह्मांड को धकेलता है, लेकिन केवल ब्रह्मांड के इतिहास के एक बहुत ही छोटे, विशिष्ट क्षण के लिए।

यहाँ बड़ा खुलासा है: मरोड़ आज दिखने वाले त्वरण की व्याख्या नहीं कर सकता।

लेखकों ने पाया कि "मरोड़" केवल एक "बाउंस" (एक क्षण जहाँ ब्रह्मांड सिकुड़ना बंद करता है और फैलना शुरू करता है) के ठीक बाद त्वरण का एक विस्फोट पैदा करता है। यह विस्फोट समय के एक बहुत छोटे अंतराल में होता है—इतना छोटा कि ब्रह्मांड पूरे त्वरण चरण के दौरान केवल लगभग 1.6 के कारक से बढ़ता है। यदि आप इस खिड़की को वर्तमान में देखे जाने वाले अरबों वर्षों के त्वरण से मेल खाने के लिए खींचने की कोशिश करते हैं, तो आप एक बड़ी समस्या का सामना करते हैं। आज के लिए गणित को सही बनाने के लिए, ब्रह्मांड को कुछ ही अरब साल पहले विस्तार करना बंद कर देना चाहिए था और फिर से सिकुड़ने लगना चाहिए था। लेकिन दूरबीनें हमें बताती हैं कि ब्रह्मांड तब से सुचारू रूप से और लगातार फैलता आ रहा है। डेटा सरल रूप से ऐसे ब्रह्मांड की अनुमति नहीं देता जो हाल ही में रुक गया और फिर से शुरू हो गया।

"नो-गो" सीढ़ी

अपने बिंदु को सिद्ध करने के लिए, लेखकों ने बाधाओं की एक "सीढ़ी" बनाई, यह जाँचते हुए कि इस "मरोड़" का कितना हिस्सा ब्रह्मांड के ज्ञात इतिहास को तोड़े बिना अस्तित्व में रह सकता है। उन्होंने $\Omega_\Phi$ नामक एक पैरामीटर का उपयोग किया जो आज मरोड़ की ताकत को मापता है।

• पहला पायदान (DESI डेटा): उन्होंने DESI (डार्क एनर्जी स्पेक्ट्रोस्कोपिक इंस्ट्रूमेंट) सर्वेक्षण के नवीनतम मापों को देखा, जो लाखों आकाशगंगाओं की स्थिति का मानचित्र बनाता है। कुछ भी मान लिए बिना भी, डेटा कहता है कि मरोड़ अविश्वसनीय रूप से कमजोर होना चाहिए। उन्होंने गणना की कि मरोड़ का योगदान कुल ऊर्जा बजट का $8.7 \times 10^{-4}$ (यानी 0.00087) से कम होना चाहिए।
• दूसरा पायदान (प्राचीन आकाशगंगाएँ): इसके बाद उन्होंने एक बहुत पुरानी आकाशगंगा, JADES-GS-z14-0 के अस्तित्व को देखा, जो इतनी दूर है कि वह तब अस्तित्व में थी जब ब्रह्मांड केवल 300 मिलियन वर्ष पुराना था (रेडशिफ्ट $z = 14.32$ पर)। यदि मरोड़ इससे अधिक मजबूत होता, तो यह आकाशगंगा बनने से पहले ही ब्रह्मांड ढह जाता। यह सीमा को और नीचे $8.4 \times 10^{-5}$ तक ले आता है।
• तीसरा पायदान (कॉस्मिक माइक्रोवेव बैकग्राउंड): ब्रह्मांड की "बेबी पिक्चर" (CMB) की ओर और पीछे देखते हुए, सीमा और भी सख्त होकर $3.1 \times 10^{-10}$ हो जाती है।
• अंतिम पायदान (बिग बैंग न्यूक्लियोसिंथेसिस): सबसे बड़ा प्रहार ब्रह्मांड के पहले कुछ मिनटों से आता है, जब पहले परमाणुओं का निर्माण हो रहा था। यदि मरोड़ $5 \times 10^{-24}$ से अधिक मजबूत होता, तो इसने इन परमाणुओं के निर्माण में गड़बड़ी कर दी होती, और हम यहाँ नहीं होते।

निष्कर्ष स्पष्ट है: मरोड़ आज इतना कमजोर है कि यह व्यावहारिक रूप से अदृश्य है। यह आज के त्वरण को चलाने वाला इंजन नहीं हो सकता।

फैंटम डिवाइड और गलत दीवार का पक्ष

मूल प्रस्ताव को उम्मीद थी कि यह मरोड़ न केवल त्वरण की व्याख्या करेगा बल्कि ब्रह्मांड को एक रहस्यमय सीमा को पार करने की अनुमति भी देगा जिसे "फैंटम डिवाइड" (जहाँ डार्क एनर्जी इतनी मजबूत हो जाती है कि यह अंततः ब्रह्मांड को फाड़ सकती है) कहा जाता है। लेखकों ने पाया कि हालांकि मरोड़ इस पारगमन (crossing) की अनुमति देता है, लेकिन यह उस छोटे, शुरुआती "बाउंस" की खिड़की में होता जिसका हमने उल्लेख किया था। जब तक हम वर्तमान समय तक पहुँचते हैं, मरोड़ इतना कम हो जाता है कि वह कुछ भी नहीं कर सकता।

वास्तव में, शोध पत्र दिखाता है कि यदि आप इस मरोड़ को आज के त्वरण की व्याख्या करने के लिए मजबूर करते हैं, तो आप एक "फैंटम" व्यवहार की भविष्यवाणी करते हैं जो रेखा के गलत पक्ष पर है। DESI डेटा बताता है कि ब्रह्मांड "क्विंटेसेंस" (एक सौम्य, विकसित होने वाला बल) की तरह व्यवहार कर रहा है, लेकिन मरोड़ मॉडल एक "फैंटम" व्यवहार (एक हिंसक, फाड़ने वाला बल) की भविष्यवाणी करता है जो समीकरण के पूरी तरह से गलत पक्ष पर और दो से बाईस आदेश (orders of magnitude) बहुत कमजोर है।

अन्य मरोड़ों के बारे में क्या?

क्या इसका मतलब यह है कि स्थान-मरोट के सभी विचार मर चुके हैं? पूरी तरह से नहीं। लेखक सावधानी से कहते हैं कि उन्होंने केवल "एडियाबेटिक" (adiabatic) मरोड़ को खारिज किया है—वह प्रकार जो कणों के फैलने के साथ स्वाभाविक रूप से कम हो जाता है। वे सुझाव देते हैं कि यदि मरोड़ पदार्थ के साथ अधिक जटिल तरीके से परस्पर क्रिया करता है (जैसे कि यदि कणों के स्पिन संरेखित होते हैं या समय के साथ बदलते हैं), तो इसके पास अभी भी एक मौका हो सकता है। लेकिन वह सरल, "घटता हुआ" संस्करण जिसे हबल कटऑफ को बचाने के लिए प्रस्तावित किया गया था, निश्चित रूप से बाहर है।

उन्होंने सिद्धांत का एक अलग संस्करण भी जांचा जिसे "ग्रैंडा-ओलिवरोस" (Granda–Oliveros) कटऑफ कहा जाता है। समस्या को ठीक करने के बजाय, उन्होंने पाया कि मरोड़ वास्तव में "बिग रिप" (वह परिदृश्य जहाँ ब्रह्मांड खुद को फाड़ देता है) को पहले और अधिक हिंसक रूप से होने का कारण बनाता है।

फैसला

अंत में, यह शोध पत्र एक वास्तविकता की जाँच है। यह दिखाता है कि हालांकि एक "मरोटे हुए" ब्रह्मांड का विचार गणितीय रूप से आकर्षक है और इसका एक शानदार इतिहास है, लेकिन जिस विशिष्ट संस्करण को डार्क एनर्जी के लिए हबल कटऑफ को बचाने के लिए प्रस्तावित किया गया था, वह साक्ष्यों के सामने टिक नहीं पाता है। मरोड़ बहुत शुरुआती ब्रह्मांड का एक अवशेष है, एक "बाउंस" का अवशेष जो बहुत पहले हुआ था। यह बहुत तेज़ी से फीका पड़ जाता है ताकि यह आज हमारे ब्रह्मांड को धकेलने वाले रहस्यमय बल के रूप में कार्य कर सके।

लेखक निष्कर्ष निकालते हैं कि यदि टॉर्शन (मरोड़) को डार्क एनर्जी की व्याख्या करनी है, तो इसे "एडियाबैटिसिटी" (उस नियम कि यह बस कम हो जाता है) के नियमों को तोड़ना होगा। इसे एक नए, अप्रत्याशित तरीके से मजबूत रहने या पदार्थ के साथ बातचीत करने का तरीका खोजना होगा। तब तक, "मरोड़" अतीत का एक भूत बना हुआ है, न कि हमारे भविष्य का चालक।