New results concerning the curvature of the Universe

लगभग एक सदी से, ब्रह्मांड विज्ञानी एक ही, दिखने में सरल लगने वाले प्रश्न को पूछ रहे हैं: ब्रह्मांड का आकार क्या है? उत्तर इस बात पर निर्भर करता है कि ब्रह्मांडीय शून्य के भीतर कितना पदार्थ और ऊर्जा मौजूद है। यदि घनत्व बिल्कुल सही है, तो अंतरिक्ष सपाट (flat) है, जैसे कागज की एक अनंत शीट जहाँ समानांतर रेखाएं कभी नहीं मिलतीं और एक विशाल त्रिभुज के कोणों का योग हमेशा ठीक एक सौ अस्सी डिग्री होता है। यदि पदार्थ बहुत कम है, तो अंतरिक्ष एक जीन (saddle) की तरह बाहर की ओर मुड़ जाता है, और उन कोणों का योग एक सौ अस्सी डिग्री से कम होता है। यदि यह बहुत अधिक है, तो अंतरिक्ष एक गोले की सतह की तरह अंदर की ओर मुड़ जाता है, जहाँ समानांतर रेखाएं अंततः आपस में मिल जाती हैं और त्रिभुज के कोण एक सौ अस्सी डिग्री से अधिक हो जाते हैं। यह ज्यामिति हम जो कुछ भी देखते हैं, उसके अंतिम भाग्य को निर्धारित करती है। एक सपाट या खुला ब्रह्मांड अनंत काल तक फैलता रहेगा, जबकि एक बंद, गोलाकार ब्रह्मांड अंततः विस्तार करना रोक सकता है और वापस अपने आप में सिमट सकता है। दशकों तक, मापों ने सुझाव दिया कि ब्रह्मांड सपाट था, लेकिन नए डेटा और एक क्रांतिकारी नए सिद्धांत के कारण वैज्ञानिक इस बात पर पुनर्विचार करने के लिए मजबूर हो रहे हैं कि क्या हम वास्तव में एक परिमित, बंद गोले में रहते हैं।

शोधकर्ताओं की एक टीम ने यह तर्क देने के लिए ताज़ा साक्ष्य एकत्र किए हैं कि ब्रह्मांड वास्तव में बंद है, जिसमें एक धनात्मक वक्रता (positive curvature) है जो एक गोले की सतह के समान है। उनका कार्य ब्रह्मांड के सबसे सटीक मानचित्रों को देखने से शुरू होता है, जिन्हें प्लैंक सैटेलाइट द्वारा बनाया गया है। जबकि इस डेटा के शुरुआती व्याख्याओं ने एक सपाट ब्रह्मांड की ओर संकेत किया था, लेखक इस बात पर प्रकाश डालते हैं कि जब कुछ जटिल मापों को समायोजित किया जाता है, तो परिणाम बदल जाते हैं। सैटेलाइट डेटा अब एक बंद ब्रह्मांड के लिए थोड़ा लेकिन महत्वपूर्ण झुकाव दिखाता है, जिसमें वक्रता पैरामीटर शून्य के बजाय धनात्मक है। यह प्रयोगात्मक संकेत इस श्रृंखला के सैद्धांतिक तर्कों द्वारा समर्थित है जो बताते हैं कि एक सपाट या खुला ब्रह्मांड भौतिकी के मौलिक नियमों का उल्लंघन किए बिना अस्तित्व में नहीं रह सकता। विशेष रूप से, शोधकर्ता बताते हैं कि एक सपाट या खुला ब्रह्मांड पूर्ण और सुव्यवस्थित (smooth) नहीं हो सकता जब तक कि वह प्रकाश के पथ के साथ ऊर्जा के व्यवहार के बारे में एक नियम को न तोड़ दे। केवल एक बंद ब्रह्मांड ही इन सख्त गणितीय आवश्यकताओं को संतुष्ट करता है, जिससे एक ऐसा ब्रह्मांड संभव होता है जो उन अनंत बिंदुओं से मुक्त है जहाँ भौतिकी आमतौर पर विफल हो जाती है।

यह शोध पत्र इस बात की व्याख्या करने के लिए 'रिंग पैराडाइम' (ring paradigm) नामक एक नया ढांचा पेश करता है कि यह बंद आकार क्यों आवश्यक है। इस दृष्टिकोण में, गुरुत्वाकर्षण एक मानक बल नहीं है बल्कि सूक्ष्म, एक-आयामी छल्कों (rings) द्वारा संचालित एक परस्पर क्रिया है जो पूरे स्थान में व्याप्त है। ये छल्ले ब्रह्मांड के मूलभूत निर्माण खंड के रूप में कार्य करते हैं, जो कंपन करके वह बनाते हैं जिसे हम गुरुत्वाकर्षण के रूप में देखते हैं। क्योंकि इन छल्लों के बनने और यात्रा करने की एक अधिकतम गति होती है, इसलिए ब्रह्मांड अनंत रूप से बड़ा नहीं हो सकता। यदि अंतरिक्ष अनंत होता, तो दूर के बिंदुओं को जोड़ने के लिए इन छल्कों को आवश्यक गति अनंत होनी पड़ती, जो असंभव है। इसके बजाय, ब्रह्मांड का आकार परिमित (finite), हालांकि अकल्पनीय रूप से विशाल, होना चाहिए। यह परिमित आकार स्वाभाविक रूप से एक गोलाकार ज्यामिति की ओर ले जाता है। यह सिद्धांत यह भी सुझाव देता है कि ब्रह्मांड चक्रीय हो सकता है, जो खरबों वर्षों में फैलता और सिकुड़ता है, एक ऐसी प्रक्रिया जो एक बंद, गोलाकार आकार की सीमाओं के भीतर सटीक रूप से फिट बैठती है।

ब्रह्मांड के आकार के अलावा, यह नया सिद्धांत भौतिकी की कुछ गहरी पहेलियों के समाधान भी प्रदान करता है। शोधकर्ता प्रस्तावित करते हैं कि गुरुत्वाकर्षण छल्ले ब्लैक होल के रहस्य को सुलझाते हैं क्योंकि वे सूचना को बाहर निकलने की अनुमति देते हैं, जिससे उस विरोधाभास से बचा जा सके जहाँ डेटा हमेशा के लिए गायब होता प्रतीत होता है। वे यह भी सुझाव देते हैं कि क्वांटम कणों का अजीब व्यवहार, जो अक्सर यादृच्छिक (random) लगता है, वास्तव में इन छल्कों द्वारा निर्धारित पथों द्वारा निर्धारित होता है। इस चित्र में, ब्रह्मांड अपने उच्चतम स्तरों पर शास्त्रीय (classical) रूप से व्यवहार करता है, जहाँ क्वांटम यांत्रिकी की यादृच्छिकता इन छल्कों की अंतर्निहित संरचना से उत्पन्न होती है। सिद्धांत यह भी प्रस्तावित करता है कि यदि ब्रह्मांड विस्तार करना बंद कर दे और सिकुड़ना शुरू कर दे, तो समय स्वयं अपनी दिशा बदल सकता है, जो समय के प्रवाह को अंतरिक्ष की ज्यामिति से सीधे जोड़ता है।

हालाँकि बंद ब्रह्मांड का विचार इस लंबे समय से चली आ रही धारणा को चुनौती देता है कि अंतरिक्ष सपाट है, लेखक इस बात पर जोर देते हैं कि यह निष्कर्ष अभी अंतिम प्रमाण नहीं है। साक्ष्य उपग्रह डेटा की पुन: जांच करने और क्वांटम गुरुत्वाकर्षण के एक नए, अप्रूक्षित सिद्धांत को लागू करने के संयोजन से आते हैं। गणितीय मॉडल सुझाव देते हैं कि एक बंद ब्रह्मांड ही एकमात्र विकल्प है जो सिंगुलैरिटी (singularities) से बचता है और ऊर्जा के नियमों को संतुष्ट करता है, लेकिन सिद्धांत उन अवधारणाओं पर निर्भर है जिन्हें अभी तक प्रत्यक्ष रूप से देखा नहीं गया है। इन गुरुत्वाकर्षण छल्कों के यात्रा करने की गति इतनी तेज है कि यह किसी भी वर्तमान या नियोजित उपकरण की पहुंच से बाहर है, जिससे वर्तमान में प्रत्यक्ष मापन असंभव हो जाता है। हालाँकि, मौजूदा डेटा के साथ सिद्धांत की निरंतरता और एक साथ कई समस्याओं को हल करने की इसकी क्षमता इसे एक सम्मोहक संभावना बनाती है। ब्रह्मांड एक परिमित गोला हो सकता है, एक विशाल, बंद लूप जहाँ अंतरिक्ष की ज्यामिति इसके भीतर के समस्त पदार्थ और ऊर्जा के भाग्य को निर्धारित करती है।