खगोलशास्त्री 1930 के दशक से “डार्क मैटर” नामक एक रहस्यमय पदार्थ की खोज कर रहे हैं। कई निष्फल दशकों के बावजूद, अधिकांश वैज्ञानिक अब भी मानते हैं कि यह अस्तित्व में है। अब हम सामान्य सापेक्षता के एक नए सिद्धांत का प्रस्ताव करते हैं जो अंततः डार्क मैटर की आवश्यकता से छुटकारा दिला सकता है, और शायद भौतिकविदों को उन चीजों के संदर्भ में सोचने के लिए प्रेरित करेगा जिनके बारे में हम जानते हैं कि उनका अस्तित्व है।
भौतिक विज्ञानी डार्क मैटर को खोजने की कोशिश कर रहे हैं इसका एक कारण “गैलेक्सी रोटेशन कर्व” डेटा में विसंगतियां हैं। गैस और तारे जैसे पदार्थ, व्यक्तिगत आकाशगंगाओं के केंद्र के चारों ओर घूमते हैं। यदि आकाशगंगा के केंद्र से दूरी के विरुद्ध प्लॉट किया जाए तो इस घूर्णन गति की भिन्नता को उस आकाशगंगा के घूर्णन वक्र के रूप में जाना जाता है।
आकाशगंगा के केंद्र से काफी दूर परिक्रमा करने वाले पदार्थ की घूर्णन गति केंद्र के करीब परिक्रमा करने वाले पदार्थ की तुलना में कम होने की उम्मीद है। यह अपेक्षा या तो न्यूटन के सिद्धांत पर आधारित उन कानूनों से या आइंस्टीन के सामान्य सापेक्षता के सिद्धांत की भविष्यवाणियों से आती है।
लेकिन अवलोकन लगातार घूर्णन वक्रों का “सपाट” दिखाते हैं – जिसमें गति आकाशगंगा केंद्र से एक निश्चित दूरी से परे अनिवार्य रूप से स्थिर रहती है। न्यूटन और आइंस्टीन के सिद्धांतों को चुनौती देने के बजाय, यह स्वीकार किया गया है कि प्रत्येक आकाशगंगा को काले पदार्थ से युक्त एक विशाल प्रभामंडल से घिरा होना चाहिए (ऐसा इसलिए कहा जाता है क्योंकि इसे सीधे नहीं देखा जा सकता है)।
हम नहीं जानते कि डार्क मैटर किस चीज़ से बना है। इस रहस्यमय मामले के बारे में कम जानकारी होने पर भी, आइंस्टीन के सिद्धांत को काम करने के लिए, हमें यह मानना होगा कि प्रत्येक आकाशगंगा का आधे से अधिक द्रव्यमान डार्क मैटर से बना है।
न्यूटन के नियम को संशोधित करना
MOND (संशोधित न्यूटोनियन डायनेमिक्स) नामक एक पूर्व सिद्धांत मोर्दहाई मिलग्रोम द्वारा 1983 में पेश किया गया था। इसने न्यूटन के दूसरे नियम को संशोधित करके विसंगति को समझाने की कोशिश की, जिसके अनुसार परिक्रमा करने वाले पदार्थ पर गुरुत्वाकर्षण बल को उसके द्रव्यमान और त्वरण के उत्पाद के बराबर किया जा सकता है।
आकाशगंगा केंद्र से बड़ी दूरी पर, यह आकर्षक गुरुत्वाकर्षण बल बहुत छोटा हो जाता है – जैसा कि अपेक्षित त्वरण होता है। MOND के भीतर संशोधन बहुत कम त्वरण के साथ इन दूर की वस्तुओं की गति को समझाने के लिए किया गया था।
MOND कानून के अनुप्रयोग को वास्तव में खगोलीय प्रेक्षणों को फिट करने में बड़ी सफलता मिली है – बिना डार्क मैटर के अस्तित्व को मानने की आवश्यकता के। इसके अलावा, MOND की भविष्यवाणियां डार्क मैटर वितरण को शामिल करने वाली भविष्यवाणियों की तुलना में कहीं अधिक सटीक रूप से देखे गए डेटा को फिट कर सकती हैं।
लेकिन सिद्धांत पूरी तरह से संतोषजनक नहीं है. इसे विशेष रूप से असामान्य अवलोकन डेटा को फिट करने के लिए डिज़ाइन किया गया था। चूंकि MOND वास्तव में किसी भी भौतिक सिद्धांत पर आधारित नहीं है, इसलिए आइंस्टीन के सामान्य सापेक्षता के सिद्धांत के अद्यतन के माध्यम से MOND के प्रभाव को पुन: उत्पन्न करना हाल के सैद्धांतिक भौतिकविदों का मुख्य लक्ष्य रहा है।
सामान्य सापेक्षता का एक नया सिद्धांत
हमारे काम में, जर्नल के जुलाई संस्करण में छप रहा है शारीरिक समीक्षा डी (जिसका प्रीप्रिंट उपलब्ध है >arxiv ), हमने सामान्य सापेक्षता का एक नया सिद्धांत विकसित किया है जो आकाशगंगाओं और ब्रह्मांड के बारे में हमारी समझ को बदल सकता है। हमारे प्रस्तावित सिद्धांत में आकाशगंगा घूर्णन वक्रों को समझाने के लिए डार्क मैटर के अस्तित्व की आवश्यकता नहीं है।
हमने सापेक्षतावादी गुरुत्वाकर्षण सिद्धांत – आइंस्टीन द्वारा प्रस्तावित – को MOND की कुछ विशेषताओं के साथ जोड़ने का एक सरल तरीका ढूंढ लिया है। क्योंकि इन विशेषताओं का पहले ही खगोलीय डेटा के विरुद्ध परीक्षण किया जा चुका है, हमारे नए सिद्धांत का पहले से ही अवलोकनों में फिट होने के लिए पूरी तरह से परीक्षण किया जा चुका है।
आइंस्टीन के सिद्धांत के अन्य सामान्यीकरण पहले प्रस्तावित किए गए हैं। हमारा मानना है कि हमारा विस्तार कई मायनों में अधिक संतोषजनक है।
सबसे पहले, हम एक सरल और मौलिक भौतिक सिद्धांत से आइंस्टीन के क्षेत्र समीकरणों को साबित करने में सक्षम हैं: कि पदार्थ की उपस्थिति अंतरिक्ष-समय को वक्र और विस्तारित दोनों कर सकती है। दूसरा, नए प्रभावों (जैसे बुध की कक्षा का विवरण) की भविष्यवाणी करने में आइंस्टीन के सिद्धांत की सफलताओं को छोटे, गैर-गैलेक्टिक पैमाने पर संरक्षित किया जा सकता है। तीसरा, आकाशगंगा के घूर्णन वक्र जैसी विसंगतियों की व्याख्या केवल एक साधारण ज्यामितीय विचार तक सीमित हो जाती है। यह इन सरलताओं के कारण ही है कि हम अपने सिद्धांत को प्रतिद्वंद्वी सिद्धांतों (जैसे कि 2004 में जैकब बेकेंस्टीन द्वारा प्रस्तुत अधिक जटिल टेंसर-वेक्टर-स्केलर गुरुत्वाकर्षण सिद्धांत) का एक सम्मोहक विकल्प मानते हैं।
भौतिक विज्ञानी इस विषय पर जीवंत विवाद में रहते हैं कि क्या डार्क मैटर या संशोधित गुरुत्वाकर्षण जो देखा गया है उसकी व्याख्या करता है। तथाकथित बुलेट क्लस्टर विशेष रूप से विवादास्पद है, जिसमें टकराने वाली आकाशगंगाओं के दो समूह शामिल हैं। एक ओर, यह संदर्भ यकीनन डार्क मैटर के अस्तित्व का सबसे मजबूत सबूत प्रदान करता है। दूसरी ओर, यह तर्क दिया गया है कि अदृश्य चमकदार पदार्थ सबसे सटीक रूप से अवलोकन का कारण बन सकता है।
हमारा सिद्धांत, प्रगति करते हुए, अब आकाशगंगाओं और ब्रह्मांड की उत्पत्ति और विकास के बारे में कई और प्रश्न खड़ा करता है। लेकिन उम्मीद है कि ये सवाल किसी रहस्यमय मामले के बारे में नहीं होंगे जिसे किसी ने कभी नहीं देखा हो।
यह कार्य सैलफ़ोर्ड विश्वविद्यालय में एसटीएफसी छात्रवृति अनुदान के माध्यम से किया गया था।
ग्राहम एस मैकडॉनल्ड्स और टिम हॉजकिंसन किसी भी कंपनी या संगठन के लिए काम नहीं करते हैं, न ही परामर्श देते हैं और न ही उसमें शेयर रखते हैं, जिसे इस लेख से लाभ होगा, और उनकी कोई प्रासंगिक संबद्धता नहीं है।
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प्रकाशित – अगस्त 08, 2013 12:07 अपराह्न IST