Quintaverse-Phantiverse Cosmologies in $f(Q,C)$ Gravity: a Non-coincident Geometrical Origin of Cosmic Acceleration

पिछले तीस वर्षों से, खगोलशास्त्री ब्रह्मांड को लगातार तेज़ गति से फैलते हुए देख रहे हैं। यह ब्रह्मांडीय त्वरण आधुनिक विज्ञान की सबसे गहन खोजों में से एक है, फिर भी इसका मानक स्पष्टीकरण बेहद असंतोषजनक बना हुआ है। प्रचलित सिद्धांत सुझाव देता है कि एक रहस्यमय, अदृश्य ऊर्जा जिसे 'डार्क एनर्जी' कहा जाता है, ब्रह्मांड को अलग करने के लिए धकेल रही है, जो एक निरंतर बल के रूप में कार्य करती है जो कभी नहीं बदलता। हालाँकि, यह विचार उन सवालों से अधिक पैदा करता है जिनका यह उत्तर देता है, जिससे इस बात को लेकर पहेलियाँ खड़ी होती हैं कि ब्रह्मांड अभी क्यों फैल रहा है और इसमें शामिल संख्याएँ इतनी अजीब तरह से सटीक (fine-tuned) क्यों लगती हैं। इन कठिनाइयों के कारण, वैज्ञानिकों ने गुरुत्वाकर्षण के मानक नियमों से परे देखना शुरू कर दिया है। यह मान लेने के बजाय कि स्थान और समय केवल एक मंच हैं जहाँ पदार्थ अपना नाटक प्रदर्शित करते हैं, कुछ शोधकर्ता प्रस्तावित करते हैं कि गुरुत्वाकर्षण के नियम स्वयं अलग हो सकते हैं। वे सुझाव देते हैं कि जो त्वरण हम देखते हैं वह किसी छिपे हुए ऊर्जा स्रोत के कारण नहीं है, बल्कि वास्तव में इस बात का परिणाम है कि ब्रह्मांड की ज्यामिति (geometry) कैसे निर्मित है।

हाल ही में एक अध्ययन में, शोधकर्ताओं हामिद शबानी और अविक डे ने गुरुत्वाकर्षण का वर्णन करने के एक विशिष्ट नए तरीके की खोज की ताकि यह देखा जा सके कि क्या यह बिना किसी अदृश्य डार्क एनर्जी के इस त्वरण की व्याख्या कर सकता है। उन्होंने एक ऐसे ढांचे पर ध्यान केंद्रित किया जहाँ गुरुत्वाकर्षण को आइंस्टीन के शास्त्रीय सिद्धांत की तरह स्थान के वक्रता (curvature) द्वारा नहीं, बल्कि 'नॉन-मेट्रिसिटी' (non-metricity) नामक एक गुण द्वारा परिभाषित किया जाता है। इस दृष्टिकोण में, स्पेसटाइम का ताना-बाना तब लंबाई और कोणों को पूरी तरह से संरक्षित नहीं रखता जब आप इसके माध्यम से चलते हैं, और ज्यामिति को संरक्षित करने में यह विफलता ही हमें गुरुत्वाकर्षण के रूप में महसूस होती है। टीम ने एक गणितीय मॉडल का परीक्षण किया जो इस ज्यामितीय विचार को एक विशिष्ट सीमा पद (boundary term) के साथ जोड़ता है, जिससे एक एकीकृत सिद्धांत बनता है जो ब्रह्मांड के इतिहास का वर्णन कर सकता है। उनका लक्ष्य यह देखना था कि क्या यह ज्यामितीय दृष्टिकोण स्वाभाविक रूप से देखे गए त्वरण और पदार्थ के व्यवहार को उत्पन्न कर सकता है, जो ब्रह्मांड के लिए एक आत्मनिर्भर स्पष्टीकरण के रूप में कार्य करे।

शोधकर्ताओं ने अपने अध्ययन की शुरुआत यह देखकर की कि ब्रह्मांड की ज्यामिति को दो अलग-अलग तरीकों से व्यवस्थित किया जा सकता है, जिन्हें 'कनेक्शन क्लासेस' (connection classes) कहा जाता है। उन्होंने ब्रह्मांड को एक चिकने, फैलते हुए गोले के रूप में माना और गणितीय उपकरणों के एक सेट का उपयोग करके यह ट्रैक किया कि विस्तार की दर समय के साथ कैसे बदलती है। अपने जटिल समीकरणों को एक सरल, चरण-दर-चरण प्रणाली में बदलकर, वे ब्रह्मांड के संभावित भविष्यों का मानचित्र बना सके। वे विशेष रूप से "फिक्स्ड पॉइंट्स" (fixed points) को खोजने में रुचि रखते थे, जो स्थिर अवस्थाएँ हैं जहाँ ब्रह्मांड ठहर जाता है। उनके मॉडल में, उन्होंने पाया कि ब्रह्मांड स्वाभाविक रूप से त्वरित विस्तार की स्थिति की ओर विकसित होता है। उल्लेखनीय रूप से, यह त्वरण शुद्ध रूप से सिद्धांत की ज्यामिति से उभरता है। इसके लिए किसी अलग डार्क एनर्जी घटक को आविष्कार करने की आवश्यकता नहीं है; स्पेसटाइम की ज्यामिति ही ब्रह्मांड को तेज करने के लिए प्रेरित करती है।

सबसे आश्चर्यजनक निष्कर्षों में से एक दो अलग प्रकार के त्वरित विस्तार की खोज थी, जिसे लेखकों ने "क्विंटावर्स" (Quintaverse) और "फैंटाइवर्स" (Phantiverse) नाम दिया। ये नाम बताते हैं कि ब्रह्मांड का प्रभावी दबाव कैसे व्यवहार करता है। क्विंटावर्स में, विस्तार एक सौम्य, स्थिर धक्के की तरह व्यवहार करता है, जो मानक डार्क एनर्जी मॉडलों के समान है लेकिन थोड़ा अलग है। फैंटाइवर्स में, विस्तार अधिक चरम है, जैसे कि ब्रह्मांड को एक ऐसे बल द्वारा खींचा जा रहा हो जो समय के साथ और मजबूत होता जाता है। अध्ययन ने दिखाया कि दोनों ही परिदृश्य स्थिर हैं और उनके ज्यामितीय मॉडल के भीतर स्वाभाविक रूप से घटित हो सकते हैं। शोधकर्ताओं ने पाया कि ब्रह्मांड पदार्थ के प्रभुत्व वाले काल से इन दोनों त्वरित अवस्थाओं में संक्रमण कर सकता है, जो उनके सिद्धांत के मापदंडों (parameters) के विशिष्ट मानों पर निर्भर करता है।

टीम ने यह भी जांचा कि इस नए ज्यामितीय परिदृश्य में पदार्थ कैसा व्यवहार करता है। अपने मॉडल के एक संस्करण में, उन्होंने पाया कि ब्रह्मांड में पदार्थ बिल्कुल वैसा ही व्यवहार करता है जैसा हम उम्मीद करते हैं: यह आकाशगंगाएँ बनाने के लिए एक साथ आता है और त्वरण के प्रभाव लेने से पहले विस्तार को धीमा कर देता है। हालाँकि, दूसरे संस्करण में, स्थिति अधिक जटिल है। यहाँ, ऊर्जा और संवेग का संरक्षण सामान्य तरीके से संतुष्ट नहीं किया जा सकता है। इसके बजाय, पदार्थ सामान्य, दबाव रहित धूल और एक अजीब, सख्त तरल (stiff fluid) के मिश्रण की तरह प्रतीत होता है जो संपीड़न का विरोध करता है। यह सुझाव देता है कि इस विशिष्ट ज्यामितीय सेटअप में, जिसे हम डार्क मैटर के रूप में देखते हैं, वह वास्तव में एक अलग कण के बजाय स्थान की ज्यामिति और उसके भीतर के पदार्थ के बीच गहरे अंतर्संबंध का परिणाम हो सकता है।

अपने निष्कर्षों को पुख्ता करने के लिए, शोधकर्ताओं ने अपने मॉडल की वास्तविक दुनिया के अवलोकनों के साथ तुलना की। उन्होंने गणना की कि उनके सिद्धांत के तहत ब्रह्मांड की विस्तार दर, दूर स्थित सुपरनोवा की दूरी और ब्रह्मांड की आयु कैसी दिखेगी। उन्होंने पाया कि उनके मापदंडों के कुछ विशिष्ट मानों के लिए, मॉडल फैंटाइवर्स परिदृश्य में मानक मॉडल की तुलना में थोड़ा अधिक पुराना ब्रह्मांड की आयु बताता है, और क्विंटावर्स परिदृश्य में थोड़ा कम उम्र का ब्रह्मांड बताता है। उन्होंने ब्रह्मांड के "जर्क" (jerk) और "स्नैप" (snap) को भी देखा, जो यह मापने के उपाय हैं कि त्वरण समय के साथ कैसे बदलता है। उनके सिमुलेशन ने दिखाया कि उनका मॉडल एक ऐसी स्थिति से अपनी यात्रा शुरू करता है जो मानक मॉडल के बहुत समान है लेकिन अंततः एक अलग, स्थिर त्वरित अवस्था की ओर विचलित हो जाती है।

अध्ययन निष्कर्ष निकालता है कि यह ज्यामितीय दृष्टिकोण मानक डार्क एनर्जी परिकल्पना के लिए एक सम्मोहक विकल्प प्रदान करता है। यह प्रदर्शित करता है कि ब्रह्मांड का देर से होने वाला त्वरण स्पेसटाइम ज्यामिति की एक अंतर्निहित विशेषता हो सकती है, जिसके लिए किसी अतिरिक्त सामग्री की आवश्यकता नहीं है। हालाँकि यह मॉडल अभी तक यह सिद्ध नहीं करता है कि वास्तविकता का कौन सा संस्करण सही है, लेकिन यह सफलतापूर्वक दिखाता है कि बिना किसी अलग डार्क एनर्जी घटक के भी एक ब्रह्मांड ब्रह्मांडीय विस्तार के देखे गए इतिहास से मेल खा सकता है। शोधकर्ता इस बात पर जोर देते हैं कि उनका कार्य ब्रह्मांड को समझने के लिए एक नया टूलकिट प्रदान करता है, जहाँ दिखने वाला त्वरण कोई रहस्य नहीं है जिसे नए कणों को जोड़कर हल किया जाए, बल्कि यह ब्रह्मांड के आकार और संरचना का एक स्वाभाविक परिणाम है।