Creation of the Universe in Lorentzian Classical Gravity
यह शोधपत्र यह प्रदर्शित करता है कि लोरेन्ट्ज़ियन शास्त्रीय गुरुत्वाकर्षण (Lorentzian classical gravity) के भीतर एक विलक्षणता (singularity) के बिना ब्रह्मांड का निर्माण किया जा सकता है, जिसमें समय-समान पूर्ण-तरल संगमों (timelike perfect-fluid junctions) पर कई डी सिटर (de Sitter) क्षेत्रों को जोड़कर भू-वक्र पूर्ण (geodesically complete) स्पेस-टाइम का निर्माण किया गया है, जिससे स्थानीय डी सििटर ज्यामिति को बनाए रखते हुए परिमित-आयतन की शुरुआत और सीमित अतीत दोलनों को सक्षम बनाया जा सके।
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द दशकों से, हमारे ब्रह्मांड की शुरुआत की कहानी एक गणितीय गतिरोध से ग्रस्त रही है। जब भौतिक विज्ञानी ज्ञात गुरुत्वाकर्षण नियमों को विस्तार करते हुए ब्रह्मांड पर लागू करते हैं और समय की घड़ी को पीछे की ओर घुमाते हैं, तो समीकरण अनिवार्य रूप से एक विलक्षणता (singularity) की ओर ले जाते हैं—अनंत घनत्व और शून्य आकार का एक ऐसा बिंदु जहाँ भौतिकी के स्वयं के नियम विफल हो जाते हैं। यह "शुरुआत" केवल हमारे ज्ञान में एक छोटी सी कमी नहीं है; यह एक संकेत है कि हमारा वर्तमान गुरुत्वाकर्षण संबंधी बोध, जो सितारों और आकाशगंगाओं के लिए खूबसूरती से काम करता है, बिल्कुल पहले क्षण में पूरी तरह विफल हो जाता है। अधिकांश वैज्ञानिकों ने निष्कर्ष निकाला है कि वास्तविक उत्पत्ति को समझने के लिए, हमें क्वांटम ग्रेविटी की प्रतीक्षा करनी होगी, जो एक अभी तक न खोजा गया ढांचा है जो गुरुत्वाकर्षण को उप-परमाणु दुनिया के अजीब नियमों के साथ जोड़ता है। तब तक, ब्रह्मांड का जन्म उस गणितीय दीवार के पीछे छिपा एक रहस्य बना हुआ है जो आपस में जुड़ने से इनकार करती है।
हालाँकि, एक नया अध्ययन सुझाव देता है कि हमें उस क्वांटम क्रांति के माध्यम से रास्ता खोजने के लिए प्रतीक्षा करने की आवश्यकता नहीं हो सकती है। इस सख्त धारणा को शिथिल करके कि पूरा ब्रह्मांड एक एकल, पूर्णतः चिकनी आकृति होनी चाहिए, शोधकर्ताओं ने एक ऐसा मॉडल बनाया है जहाँ ब्रह्मांड बिना किसी विलक्षणता के एक परिमित (finite), धनात्मक आकार के साथ शुरू हो सकता है। उन्होंने ऐसा इसलिए किया क्योंकि उन्होंने ब्रह्मांड की कल्पना एक निरंतर चादर के रूप में नहीं, बल्कि एक सामान्य सीमा पर जुड़े अंतरिक्ष के कई अलग-अलग क्षेत्रों के रूप में की। इस परिदृश्य में, "शुरुआत" अनंत संकुचन का बिंदु नहीं है, बल्कि वह क्षण है जहाँ ये अलग-अलग ब्रह्मांडीय खंड आपस में जुड़ते हैं, जिससे एक ऐसा ब्रह्मांड बनता है जो अतीत में हमेशा से मौजूद था, फिर भी अपने कुल आकार के संदर्भ में एक स्पष्ट शुरुआती बिंदु रखता है।
शोधकर्ताओं ने, शास्त्रीय गुरुत्वाकर्षण (classical gravity) के ढांचे के भीतर कार्य करते हुए—वही सिद्धांत जिसका उपयोग ग्रहों की कक्षाओं की भविष्यवाणी करने के लिए किया जाता है—यह दिखाया कि विस्तार करने वाले विशिष्ट प्रकार के स्थान, जिसे डी सिटर स्पेस (de Sitter space) कहा जाता है, की कई प्रतियों को एक पतली, गतिशील इंटरफ़ेस (interface) का उपयोग करके आपस में जोड़ना संभव है। यह इंटरफ़ेस एक ब्रह्मांडीय ज़िप की तरह कार्य करता है, जो अलग-अलग क्षेत्रों को एक साथ थामे रखता है। महत्वपूर्ण बात यह है कि यह ज़िप केवल एक निष्क्रिय रेखा नहीं है; यह एक ऐसे तरल पदार्थ से भरा है जिसमें अपना स्वयं का दबाव और ऊर्जा है। इस तरल के गुणों को सावधानीपूर्वक ट्यून करके, टीम ने पाया कि जब आप समय में पीछे जाते हैं, तो सभी जुड़े हुए क्षेत्रों में मापा गया ब्रह्मांड का कुल आयतन, एक विशिष्ट, परिमित संख्या के करीब पहुँच जाता है। यह शून्य तक नहीं सिकुड़ता। इसके बजाय, ब्रह्मांड अतीत से एक निश्चित, गैर-शून्य आकार के साथ उभरता है, जो एक विलक्षणता की असंभव स्थितियों की आवश्यकता के बिना एक "सृजन" की घटना की आवश्यकता को पूरा करता है।
अध्ययन इन "ब्रह्मांडीय सृजन द्वारों" (cosmic creation gates) का विभिन्न आयामों में निर्माण करता है, यह दिखाते हुए कि यह विचार तब भी काम करता है जब ब्रह्मांड हमारे जैसे तीन स्थानिक आयामों वाला हो, या अधिक हो। समाधान की कुंजी इंटरफ़ेस पर तरल का व्यवहार है। जैसे-जैसे ब्रह्मांड समय में आगे बढ़ता है, यह तरल विकसित होता है, यदि यह सामान्य पदार्थ की तरह व्यवहार करता है तो ठंडा होता है या यदि इसमें उच्च आयामों में अनुमत कुछ असाधारण गुण हैं तो गर्म होता है। शोधकर्ताओं ने प्रदर्शित किया कि ये समाधान स्थिर और पूर्ण हैं, जिसका अर्थ है कि समय के माध्यम से यात्रा करने वाला व्यक्ति कभी भी अंतरिक्ष में किसी दीवार या दरार से टकराए बिना अनंत काल तक अतीत या भविष्य में जा सकता है। ब्रह्मांड बस अस्तित्व में रहता है, जिसका अतीत में एक परिमित आयतन है जो एक अनंत भविष्य में बढ़ता है।
फिर भी, इस सृजन का मार्ग हर संभावित इतिहास के लिए खुला नहीं है। अध्ययन प्रकट करता है कि ब्रह्मांड के इस विशिष्ट, परिमित आरंभ के लिए, प्रारंभिक स्थितियाँ अविश्वसनीय रूप से सटीक होनी चाहिए। जिस प्रकार एक रस्सी पर चलने वाला कलाकार तार पर बने रहने के लिए पूर्ण संतुलन बनाए रखता है, उसी प्रकार ब्रह्मांड की प्रारंभिक अवस्था को उन प्रकार के व्यवधानों को बाहर करने के लिए "फाइन-ट्यून" किया जाना चाहिए जो अतीत के आयतन को अनिश्चित या अनंत बना सकते हैं। शोधकर्ताओं ने पाया कि यदि ब्रह्मांड में ध्वनि तरंगें या तरल में विपरीत दिशाओं में चलती लहरें एक ही समय में मौजूद होतीं, तो कुल आयतन बेतहाशा दोलन करता, जिससे अतीत में एक स्पष्ट, परिमित सीमा प्राप्त करना असंभव हो जाता। एक स्पष्ट शुरुआत होने के लिए, ये तरंगें 'काइरल' (chiral) होनी चाहिए, जिसका अर्थ है कि प्रत्येक विशिष्ट आवृत्ति के लिए वे सभी एक ही दिशा में यात्रा करनी चाहिए, या वे पूरी तरह से अनुपस्थित होनी चाहिए। यह आवश्यकता एक फ़िल्टर के रूप में कार्य करती है, जो केवल उन विशेष ब्रह्मांडीय इतिहासों का चयन करती है जो एक वास्तविक शुरुआत का दावा कर सकते हैं।
यह शोध पत्र यह भी अन्वेषण करता है कि जब ब्रह्मांड के सृजन के बाद उसमें कोई व्यवधान आता है तो क्या होता है। शोधकर्ताओं ने दिखाया कि भले ही समय में बाद में ऊर्जा या पदार्थ का कोई स्रोत ब्रह्मांडीय संधि (junction) को हिला देने के लिए आए, ब्रह्मांड सामरस्यपूर्ण रूप से (causally) प्रतिक्रिया दे सकता है—अर्थात प्रभाव कारण के बाद होता है—बिना सावधानीपूर्वक तैयार किए गए अतीत को मिटाए। व्यवधान भविष्य में ब्रह्मांड के और अधिक विस्तार का कारण बन सकता है, जो असीमित रूप से बढ़ता है, जबकि अतीत बिल्कुल वैसा ही रहता है जैसा वह था: परिमित, नियमित और पूर्ण। यह सुझाव देता है कि ब्रह्मांड की "शुरुआत" एक नाजुक घटना नहीं है जो थोड़े से दबाव में टूट जाए, बल्कि ज्यामिति की एक सुदृढ़ विशेषता है जो भविष्य के परिवर्तनों को समायोजित कर सकती है।
व्यापक अर्थ में, यह कार्य इस लंबे समय से चले आ रहे दृष्टिकोण को चुनौती देता है कि क्वांटम यांत्रिकी के बिना एक परिमित-आयतन वाली शुरुआत असंभव है। ब्रह्मांड को एक एकल चिकने मैनिफोल्ड के बजाय जुड़े हुए क्षेत्रों के एक संयोजन के रूप में अनुमति देकर, शोधकर्ताओं ने शास्त्रीय विवरणों के सृजन के लिए एक द्वार खोल दिया है। उन्होंने दिखाया है कि गुरुत्वाकर्षण के समीकरण, जब इन विशिष्ट, सिले हुए ज्यामितियों पर लागू किए जाते हैं, तो स्वाभाविक रूप से उन इतिहासों का चयन करते हैं जो एक परिमित आकार के साथ शुरू होते हैं। हालाँकि इस मॉडल के लिए यह आवश्यक है कि ब्रह्मांड एक बहुत ही विशिष्ट अवस्था में शुरू हो, यह एक ठोस, गणितीय उदाहरण प्रदान करता है कि कैसे एक ब्रह्मांड विलक्षणता के बिना अतीत से उभर सकता है, जो अस्तित्व के बिल्कुल पहले क्षणों के बारे में एक नया दृष्टिकोण प्रदान करता है। निष्कर्ष बताते हैं कि "शुरुआत" अनंत घनत्व के क्षण के बारे में कम और इस बारे में अधिक है कि ब्रह्मांड के विभिन्न हिस्से किस प्रकार आपस में जुड़े हुए हैं।
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