Kaniadakis Holographic Dark Energy with Particle Horizon as IR Cutoff
यह शोध पत्र कण क्षितिज (particle horizon) को एक इन्फ्रारेड कटऑफ के रूप में उपयोग करते हुए एक कानियाडाकिस एंट्रॉपी-आधारित होलोग्राफिक डार्क एनर्जी मॉडल प्रस्तावित करता है, जो यह प्रदर्शित करता है कि केवल कानियाडाकिस विरूपण (deformation) ही गैर-परस्पर क्रिया वाले मामले में विलंबित-समय ब्रह्मांडीय त्वरण को सक्षम बनाता है—एक ऐसी विशेषता जो मानक आइंस्टीन गुरुत्वाकर्षण में अनुपस्थित है—जबकि परस्पर क्रियाएं केवल संक्रमण रेडशिफ्ट (transition redshift) को थोड़ा ही विस्थापित करती हैं।
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ब्रह्मांड फैल रहा है, और दशकों से खगोलशास्त्री इस विस्तार की गति को बढ़ते हुए देख रहे हैं। दूर स्थित विस्फोट होते सितारों के अवलोकन से हुई यह आश्चर्यजनक खोज बताती है कि कुछ अदृश्य चीज़ आकाशगंगाओं को एक-दूसरे से दूर धकेल रही है। वैज्ञानिक इस रहस्यमय बल को "डार्क एनर्जी" (dark energy) कहते हैं। इसे समझने के लिए, शोधकर्ता अक्सर "होलोग्राफिक प्रिंसिपल" (holographic principle) नामक अवधारणा की ओर देखते हैं। एक तीन-आयामी कमरे की कल्पना करें जहाँ अंदर क्या हो रहा है, इसका वर्णन करने के लिए आवश्यक सारी जानकारी वास्तव में उसे घेरने वाली दो-आयामी दीवारों पर संग्रहीत होती है। ब्रह्मांड विज्ञान में, यह विचार सुझाव देता है कि अंतरिक्ष के एक क्षेत्र में ऊर्जा की मात्रा उसके सीमा (boundary) के आकार द्वारा सीमित होती है, ठीक वैसे ही जैसे एक हार्ड ड्राइव कितनी जानकारी रख सकती है, वह उसके सतही क्षेत्रफल (surface area) द्वारा सीमित होती है। जब वैज्ञानिक इस नियम को पूरे ब्रह्मांड पर लागू करते हैं, तो वे दृश्य ब्रह्मांड के आकार के आधार पर यह गणना करने का प्रयास करते हैं कि कितनी डार्क एनर्जी मौजूद होनी चाहिए। हालाँकि, ब्रह्मांड के आकार को मापने का एक विशिष्ट तरीका, जिसे "पार्टिकल होराइजन" (particle horizon) कहा जाता है—जो उस अधिकतम दूरी को दर्शाता है जहाँ से प्रकाश समय की शुरुआत से लेकर हम तक पहुँच सका है—ऐतिहासिक रूप से इस त्वरण (acceleration) की व्याख्या करने में विफल रहा है। मानक सिद्धांतों में, इस विशिष्ट सीमा का उपयोग करने से एक ऐसा मॉडल प्राप्त होता है जहाँ ब्रह्मांड को धीमा होना चाहिए, न कि तेज।
शिराज विश्वविद्यालय और फारसी खाड़ी विश्वविद्यालय, ईरान के शोधकर्ताओं की एक टीम ने खेल के नियमों को बदलने के बजाय, स्वयं सीमा को बदलकर इस समस्या पर फिर से विचार किया। उन्होंने एक सरल लेकिन गहन प्रश्न पूछा: यदि हम ब्रह्मांड के आकार के माप को समान रखते हैं लेकिन उस अंतर्निlying गणित को बदल देते हैं जो सूचना और ऊर्जा के व्यवहार का वर्णन करता है, तो क्या हम अंततः ब्रह्मांड को त्वरित कर सकते हैं? वे "कानियाडाकिस स्टैटिस्टिक्स" (Kaniadakis statistics) नामक एक नए सांख्यिकीय ढांचे की ओर मुड़े। यह दृष्टिकोण ऊष्मागतिकी (thermodynamics) के मानक नियमों में एक मामूली संशोधन प्रदान करता है, जो एक छोटे से समायोजन पैरामीटर (adjustment parameter) को पेश करता है जो सापेक्षतावादी प्रभावों (relativistic effects) को उस तरह से स्पष्ट करता है जैसे मानक भौतिकी नहीं करती है। शोधकर्ताओं ने एक ऐसा मॉडल बनाया जहाँ यह नया सांख्यिकीय नियम न केवल गणना की गई डार्क एनर्जी को बदल देता है, बल्कि बड़े पैमाने पर गुरुत्वाकर्षण के व्यवहार को भी बदल देता है। उन्होंने कोई अलग सीमा नहीं बदली और न ही डार्क मैटर और डार्क एनर्जी के बीच किसी रहस्यमय ऊर्जा हस्तांतरण को जोड़ा; उन्होंने बस इस मौजूदा सेटअप पर इस नए गणितीय लेंस को लागू किया।
परिणाम चौंकाने वाले थे। इस कानियाडाकिस सुधार (Kaniadakis correction) को शामिल करके, टीम ने पाया कि जो मॉडल पहले मंद होते ब्रह्मांड की भविष्यवाणी करता था, वह अब स्वाभाविक रूप से एक त्वरित होते ब्रह्मांड में परिवर्तित हो जाता है। अपने समायोजन पैरामीटर के एक विशिष्ट मान का उपयोग करते हुए, उन्होंने गणना की कि ब्रह्मांड लगभग 0.585 के रेडशिफ्ट (redshift) पर तेज होना शुरू हुआ होगा। यह संक्रमण बिंदु वास्तविक दुनिया में खगोलविदों द्वारा देखे जाने वाले अवलोकनों के साथ अच्छी तरह मेल खाता है। शोधकर्ताओं ने यह भी परीक्षण किया कि क्या होता है यदि डार्क एनर्जी और डार्क मैटर ऊर्जा का आदान-प्रदान करते हैं, जो अन्य सिद्धांतों में एक सामान्य विचार है। उन्होंने पाया कि इस परस्पर क्रिया (interaction) को जोड़ने से त्वरण के समय में केवल बहुत मामूली बदलाव आया, जिससे त्वरण की शुरुआत 0.586 या 0.589 के रेडशिफ्ट पर स्थानांतरित हो गई। यह छोटा सा अंतर यह सिद्ध करता है कि त्वरण ऊर्जा के आदान-प्रदान के कारण नहीं है, बल्कि यह ब्रह्मांड के एंट्रॉपी (entropy) पर लागू किए गए नए सांख्यिकीय नियमों का सीधा परिणाम है।
अपने निष्कर्षों को भौतिक रूप से सुदृढ़ बनाने के लिए, टीम ने कई जाँच कीं। उन्होंने अपने मॉडल की स्थिरता की जांच की, यह देखते हुए कि क्या डार्क एनर्जी का प्रतिनिधित्व करने वाला सैद्धांतिक तरल (fluid) तर्कसंगत व्यवहार करेगा या अराजकता में बदल जाएगा। उन्होंने पाया कि जबकि मॉडल सफलतापूर्वक त्वरण उत्पन्न करता है, इस तरल की स्थिरता हर समय के लिए पूर्ण नहीं है; कुछ अवधियों में, मॉडल अस्थिरता के संकेत दिखाता है, जो यह सुझाव देता है कि हालांकि पृष्ठभूमि विस्तार (background expansion) काम करता है, लेकिन पूर्ण चित्र को और अधिक परिष्कृत करने की आवश्यकता हो सकती है। उन्होंने ज्यामितीय उपकरणों का उपयोग करके अपने मॉडल की तुलना मानक ब्रह्मांड संबंधी मॉडल से की, जो अंतरों को पहचानने के लिए डिज़ाइन किए गए हैं। उनके मॉडल ने एक अनूठा पथ अपनाया जो मानक सिद्धांत से अलग था, जिससे पुष्टि हुई कि नया सांख्यिकीय दृष्टिकोण वास्तव में एक अलग ब्रह्मांडीय इतिहास बनाता है।
शायद इस कार्य का सबसे महत्वपूर्ण हिस्सा वह है जो तब होता है जब शोधकर्ता अपने नए सुधार को हटा देते हैं। जब वे कानियाडाकिस समायोजन को हटा देते हैं, तो मॉडल तुरंत पुराने, विफल संस्करण में वापस चला जाता है जहाँ ब्रह्मांड त्वरित नहीं होता है। यह पुष्टि करता है कि त्वरण गणित की कोई दुर्घटना या सीमा के चुनाव का परिणाम नहीं है, बल्कि नए सांख्यिकीय विरूपण (statistical deformation) का सीधा परिणाम है। यह अध्ययन प्रदर्शित करता है कि ब्रह्मांड की गति को समझाने की कुंजी शायद एक नई सीमा या एक नए बल को खोजने में नहीं है, बल्कि यह समझने में है कि सूचना और एंट्रॉपी के मौलिक नियम थोड़े अलग हो सकते हैं जैसा कि हमने सोचा था। हालांकि यह मॉडल अभी तक सभी मौजूदा सिद्धांतों के लिए पूर्ण प्रतिस्थापन नहीं है, और इसकी स्थिरता के बारे में प्रश्न बने हुए हैं, फिर भी यह एक सम्मोहक नया मार्ग प्रस्तुत करता है। यह दिखाता है कि ब्रह्मांड की संभावनाओं को गिनने के बुनियादी सांख्यिकीय आधार को थोड़ा बदलकर, हम उस परिचित 'पार्टिकल होराइजन' को छोड़े बिना, जिसे अन्य सिद्धांतों के लिए लंबे समय से एक बाधा माना जाता रहा है, देखे गए त्वरण को पुनः प्राप्त कर सकते हैं।
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