ब्रह्माण्ड का काला पदार्थ क्या है? खगोल विज्ञान, ब्रह्मांड विज्ञान और दर्शन में डार्क मैटर - रोचक तथ्य।

हम एक ऐसी खोज की दहलीज पर हैं जो दुनिया के बारे में हमारे विचारों का सार बदल सकती है। इसके बारे मेंडार्क मैटर की प्रकृति के बारे में. हाल के वर्षों में, खगोल विज्ञान ने डार्क मैटर की अवलोकन संबंधी पुष्टि में बड़े कदम उठाए हैं, और आज ब्रह्मांड में ऐसे पदार्थ के अस्तित्व को एक दृढ़ता से स्थापित तथ्य माना जा सकता है। स्थिति की ख़ासियत यह है कि खगोलशास्त्री भौतिकविदों के लिए अज्ञात पदार्थ से बनी संरचनाओं का अवलोकन कर रहे हैं। ऐसे में पहचान की समस्या खड़ी हो गई भौतिक प्रकृतियह मामला।

1. "मेरे लिए कुछ लाओ, मुझे नहीं पता क्या"

आधुनिक कण भौतिकी ऐसे किसी कण को ​​नहीं जानती जिसमें डार्क मैटर के गुण हों। मानक मॉडल के विस्तार की आवश्यकता है। लेकिन कैसे, किस दिशा में बढ़ना है, क्या और कहाँ देखना है? इस खंड के शीर्षक में प्रसिद्ध रूसी परी कथा के शब्द वर्तमान स्थिति को पूरी तरह से दर्शाते हैं।

भौतिक विज्ञानी केवल अज्ञात कणों की खोज कर रहे हैं सामान्य विचारप्रेक्षित पदार्थ के गुणों के बारे में। ये गुण क्या हैं?

हम सभी जानते हैं कि डार्क मैटर चमकदार पदार्थ (बैरिऑन) के साथ गुरुत्वाकर्षण तरीके से संपर्क करता है और यह एक ठंडा माध्यम है जिसका ब्रह्माण्ड संबंधी घनत्व बेरिऑन के घनत्व से कई गुना अधिक है। ऐसे सरल गुणों के कारण, डार्क मैटर ब्रह्मांड की गुरुत्वाकर्षण क्षमता के विकास को सीधे प्रभावित करता है। समय के साथ इसका घनत्व विपरीत बढ़ता गया, जिससे गुरुत्वाकर्षण से बंधे डार्क मैटर हेलो सिस्टम का निर्माण हुआ।

इस बात पर जोर दिया जाना चाहिए कि गुरुत्वाकर्षण अस्थिरता की यह प्रक्रिया फ्रीडमैन यूनिवर्स में केवल बीज घनत्व गड़बड़ी की उपस्थिति में शुरू की जा सकती है, जिसके अस्तित्व का डार्क मैटर से कोई लेना-देना नहीं है, बल्कि बिग बैंग की भौतिकी के कारण है। इसलिए, एक और महत्वपूर्ण प्रश्न बीज गड़बड़ी के उद्भव के बारे में उठता है जिससे डार्क मैटर की संरचना विकसित हुई।

हम प्रारंभिक ब्रह्माण्ड संबंधी गड़बड़ी की उत्पत्ति के प्रश्न पर थोड़ी देर बाद विचार करेंगे। अब आइए डार्क मैटर पर लौटते हैं।

बैरियन्स को डार्क मैटर सांद्रता के गुरुत्वाकर्षण कुओं में कैद किया गया है। इसलिए भले ही डार्क मैटर के कण प्रकाश के साथ संपर्क नहीं करते हैं, प्रकाश वहां मौजूद होता है जहां डार्क मैटर होता है। गुरुत्वाकर्षण अस्थिरता की इस उल्लेखनीय संपत्ति ने रेडियो से एक्स-रे रेंज तक अवलोकन डेटा का उपयोग करके डार्क मैटर की मात्रा, स्थिति और वितरण का अध्ययन करना संभव बना दिया है।

डार्क मैटर के गुणों और ब्रह्मांड के अन्य मापदंडों के बारे में हमारे निष्कर्षों की स्वतंत्र पुष्टि ब्रह्मांड में प्रकाश तत्वों की प्रचुरता और अवशोषण रेखाओं के वितरण पर ब्रह्मांडीय माइक्रोवेव पृष्ठभूमि विकिरण के अनिसोट्रॉपी और ध्रुवीकरण पर डेटा द्वारा प्रदान की जाती है। दूर के क्वासरों के स्पेक्ट्रा में पदार्थ का। ब्रह्माण्ड संबंधी अनुसंधान में प्रयोग की जगह संख्यात्मक मॉडलिंग तेजी से महत्वपूर्ण भूमिका निभा रहा है। डार्क मैटर के वितरण के बारे में सबसे मूल्यवान जानकारी निकटवर्ती पदार्थ के गुच्छों द्वारा दूर के स्रोतों के गुरुत्वाकर्षण लेंसिंग पर कई अवलोकन संबंधी डेटा में निहित है।

चावल। 1. हबल टेलीस्कोप से प्राप्त आकाशगंगा समूह 0024 + 1654 की दिशा में आकाश का फोटो।

चित्र 1 गहरे द्रव्यमान के इन गुच्छों में से एक की दिशा में आकाश का एक भाग दिखाता है ($\sim 10^(14)M_(odot)$)। हम आकाशगंगाओं के एक समूह को कैप्चर करते हुए देखते हैं गुरुत्वाकर्षण क्षेत्रइस झुरमुट में, गुरुत्वाकर्षण क्षमता वाले कुएं के तल पर आराम कर रही गर्म एक्स-रे गैस, और पृष्ठभूमि आकाशगंगाओं में से एक की एक एकाधिक छवि, अंधेरे प्रभामंडल की दृष्टि की रेखा में पकड़ी गई और इसके गुरुत्वाकर्षण क्षेत्र द्वारा विकृत हो गई।

तालिका 1. मुख्य ब्रह्माण्ड संबंधी पैरामीटर

तालिका 1 खगोलीय अवलोकनों (10% सटीकता) से प्राप्त ब्रह्माण्ड संबंधी मापदंडों के औसत मूल्यों को दर्शाती है। जाहिर है, ब्रह्मांड में सभी प्रकार के कणों का कुल ऊर्जा घनत्व कुल महत्वपूर्ण घनत्व के 30% से अधिक नहीं है (न्यूट्रिनो का योगदान कुछ प्रतिशत से अधिक नहीं है)। शेष 70% ऐसे रूप में हैं जिन्होंने पदार्थ की गुरुत्वाकर्षण भीड़ में भाग नहीं लिया। केवल ब्रह्माण्ड संबंधी स्थिरांक या उसके सामान्यीकरण - नकारात्मक दबाव वाले एक माध्यम ($|\varepsilon + p|\ll\varepsilon $), जिसे "डार्क एनर्जी" कहा जाता है, में यह गुण होता है। उत्तरार्द्ध की प्रकृति का निर्धारण भौतिकी के विकास के लिए एक दीर्घकालिक संभावना है।

यह रिपोर्ट भौतिक ब्रह्मांड विज्ञान के मुद्दों के लिए समर्पित है, जिसका समाधान आने वाले वर्षों में होने की उम्मीद है। सबसे पहले, यह डार्क मैटर संरचनाओं के निर्माण के लिए प्रारंभिक स्थितियों के निर्धारण और स्वयं अज्ञात कणों की खोज से संबंधित है।

2. प्रारंभिक ब्रह्माण्ड और स्वर्गीय ब्रह्माण्ड

ब्रह्मांड की देखी गई संरचना प्रारंभिक स्थितियों और घनत्व गड़बड़ी के क्षेत्र के विकास की संयुक्त कार्रवाई का परिणाम है। आधुनिक अवलोकन डेटा ने इसके विकास के विभिन्न युगों में घनत्व गड़बड़ी के क्षेत्र की विशेषताओं को निर्धारित करना संभव बना दिया है। इस प्रकार, प्रारंभिक स्थितियों और विकास की स्थितियों के बारे में जानकारी को अलग करना संभव हो गया, जिसने प्रारंभिक और बाद के ब्रह्मांड के भौतिकी के एक स्वतंत्र अध्ययन की शुरुआत को चिह्नित किया।

आधुनिक ब्रह्मांड विज्ञान में "प्रारंभिक ब्रह्मांड" शब्द का अर्थ त्वरित विस्तार का अंतिम चरण है जिसके बाद विकास के गर्म चरण में संक्रमण होता है। हम बिग बैंग के मापदंडों को नहीं जानते हैं, केवल ऊपरी प्रतिबंध हैं (धारा 3, संबंध (12) देखें)। हालाँकि, ब्रह्माण्ड संबंधी गड़बड़ी की उत्पत्ति का एक सुविकसित सिद्धांत है, जिसके अनुसार हम ब्रह्माण्ड संबंधी मापदंडों के मूल्यों के आधार पर पदार्थ के घनत्व और प्राथमिक गुरुत्वाकर्षण तरंगों में प्रारंभिक गड़बड़ी के स्पेक्ट्रा की गणना कर सकते हैं।
प्रारंभिक ब्रह्मांड के आम तौर पर स्वीकृत मॉडल की कमी का कारण बिग बैंग मुद्रास्फीति प्रतिमान की भविष्यवाणियों की स्थिरता में निहित है - उत्पन्न स्पेक्ट्रा की निकटता समतल दृश्य, ब्रह्माण्ड संबंधी गुरुत्वाकर्षण तरंगों के आयाम की सापेक्ष लघुता, दृश्य ब्रह्मांड की त्रि-आयामी यूक्लिडियन प्रकृति, आदि, जिसे मॉडल मापदंडों की एक विस्तृत श्रेणी में प्राप्त किया जा सकता है। प्रारंभिक ब्रह्मांड के एक मॉडल के निर्माण के लिए सत्य का क्षण ब्रह्माण्ड संबंधी गुरुत्वाकर्षण तरंगों की खोज हो सकता है, जो तभी संभव लगता है जब अंतर्राष्ट्रीय अंतरिक्ष प्रयोग प्लैंक, जो 2008 में शुरू होने वाला है, सफल होता है।

स्वर्गीय ब्रह्मांड के बारे में हमारा ज्ञान बिल्कुल विपरीत है। हमारे पास एक काफी सटीक मॉडल है - हम पदार्थ की संरचना, संरचना के विकास के नियम, ब्रह्माण्ड संबंधी मापदंडों के मूल्यों को जानते हैं (तालिका 1 देखें), लेकिन साथ ही हमारे पास उत्पत्ति का आम तौर पर स्वीकृत सिद्धांत नहीं है। पदार्थ के घटकों का.

दृश्यमान ब्रह्मांड के ज्ञात गुण हमें गड़बड़ी सिद्धांत के ढांचे के भीतर इसकी ज्यामिति का वर्णन करने की अनुमति देते हैं। छोटा पैरामीटर ($10^(-5)$) ब्रह्माण्ड संबंधी गड़बड़ी का आयाम है।

शून्य क्रम पर, ब्रह्मांड फ्रीडमैनियन है और इसे समय के एक ही फ़ंक्शन द्वारा वर्णित किया गया है - स्केल फ़ैक्टर $a(t)$। पहला क्रम कुछ अधिक जटिल है. मीट्रिक की गड़बड़ी तीन स्वतंत्र मोडों का योग है - स्केलर $S(k)$, वेक्टर $V(k)$ और टेंसर $T(k)$, जिनमें से प्रत्येक की विशेषता तरंग संख्या $ के अपने स्वयं के वर्णक्रमीय फ़ंक्शन द्वारा होती है क$. स्केलर मोड ब्रह्माण्ड संबंधी घनत्व गड़बड़ी का वर्णन करता है, वेक्टर मोड पदार्थ की भंवर गति के लिए जिम्मेदार है, और टेंसर मोड गुरुत्वाकर्षण तरंगें है। इस प्रकार, संपूर्ण ज्यामिति को चार फ़ंक्शनों का उपयोग करके वर्णित किया गया है: $a(t),~ S(k),~ V(k)$ और $T(k)$, जिनमें से आज हम केवल पहले दो को जानते हैं (कुछ डोमेन में) परिभाषा का ).

बिग बैंग तीव्र, तेजी से बदलते गुरुत्वाकर्षण क्षेत्र के साथ तेजी से विस्तार की एक विनाशकारी प्रक्रिया थी। ब्रह्माण्ड संबंधी विस्तार के दौरान, मीट्रिक गड़बड़ी स्वचालित रूप से वैक्यूम उतार-चढ़ाव से पैरामीट्रिक तरीके से पैदा हुई थी, जैसे स्वतंत्रता की कोई भी द्रव्यमानहीन डिग्री बाहरी वैकल्पिक क्षेत्र के प्रभाव में पैदा होती है। अवलोकन संबंधी डेटा का विश्लेषण बीज गड़बड़ी के जन्म के लिए एक क्वांटम-गुरुत्वाकर्षण तंत्र को इंगित करता है। इस प्रकार, ब्रह्मांड की बड़े पैमाने की संरचना क्वांटम क्षेत्र सिद्धांत में मापनीयता की समस्या के समाधान का एक उदाहरण है।

आइए हम उत्पन्न अशांति क्षेत्रों के मुख्य गुणों पर ध्यान दें: गाऊसी आँकड़े ( यादृच्छिक वितरणअंतरिक्ष में), एक विशिष्ट समय चरण (विक्षोभ की "बढ़ती" शाखा), तरंग दैर्ध्य की एक विस्तृत श्रृंखला में एक विशिष्ट पैमाने की अनुपस्थिति, गुरुत्वाकर्षण तरंगों का गैर-शून्य आयाम। उत्तरार्द्ध प्रारंभिक ब्रह्मांड के एक मॉडल के निर्माण के लिए महत्वपूर्ण है, क्योंकि, पृष्ठभूमि मीट्रिक के साथ सबसे सरल संबंध होने पर, गुरुत्वाकर्षण तरंगें बिग बैंग के ऊर्जा पैमाने के बारे में सीधी जानकारी ले जाती हैं।

विक्षोभ के अदिश मोड के विकास के परिणामस्वरूप, आकाशगंगाओं और अन्य खगोलीय पिंडों का निर्माण हुआ। एक महत्वपूर्ण उपलब्धि हाल के वर्ष(डब्लूएमएपी (विल्किंसन माइक्रोवेव अनिसोट्रॉपी प्रोब) प्रयोग) ब्रह्मांडीय माइक्रोवेव पृष्ठभूमि विकिरण के अनिसोट्रॉपी और ध्रुवीकरण के बारे में हमारे ज्ञान का एक महत्वपूर्ण शोधन बन गया, जो ब्रह्मांड संबंधी गड़बड़ी के सभी तीन तरीकों के प्रभाव के परिणामस्वरूप आकाशगंगाओं की उपस्थिति से बहुत पहले उत्पन्न हुआ था। फोटॉन वितरण पर.

आकाशगंगाओं के वितरण और ब्रह्मांडीय माइक्रोवेव पृष्ठभूमि विकिरण की अनिसोट्रॉपी पर अवलोकन डेटा के संयुक्त विश्लेषण ने प्रारंभिक स्थितियों और विकास को अलग करना संभव बना दिया। इस शर्त का उपयोग करते हुए कि $S+V+T\लगभग 10^(-10)$ का योग ब्रह्मांडीय माइक्रोवेव पृष्ठभूमि विकिरण की अनिसोट्रॉपी द्वारा तय किया गया है, हम गड़बड़ी के भंवर और टेंसर मोड के योग पर एक ऊपरी सीमा प्राप्त कर सकते हैं ब्रह्मांड (उनका पता लगाना केवल अवलोकनों की सटीकता में वृद्धि के साथ ही संभव है):
$$\frac(V+T)(S) यदि असमानता (1) का उल्लंघन किया गया, तो घनत्व गड़बड़ी का परिमाण प्रेक्षित संरचना बनाने के लिए अपर्याप्त होगा।

3. प्रारंभ में ध्वनि थी...

द्रव्यमान रहित क्षेत्रों के क्वांटम-गुरुत्वाकर्षण निर्माण के प्रभाव का अच्छी तरह से अध्ययन किया गया है। इस प्रकार पदार्थ के कणों का जन्म हो सकता है (उदाहरण के लिए देखें) (हालाँकि, विशेष रूप से, प्रारंभिक ब्रह्मांड में प्रोटोमैटर के क्षय के परिणामस्वरूप फोटॉन उत्पन्न हुए थे)। इसी प्रकार, गुरुत्वाकर्षण तरंगों और घनत्व गड़बड़ी की उत्पत्ति होती है, क्योंकि ये क्षेत्र भी द्रव्यमान रहित होते हैं और इनका जन्म दहलीज द्वारा निषिद्ध नहीं होता है ऊर्जा की स्थिति. भंवर विक्षोभ उत्पन्न करने की समस्या अभी भी अपने शोधकर्ताओं की प्रतीक्षा कर रही है।

फ्रीडमैन यूनिवर्स में गड़बड़ी के $S$- और $T$-मोड का सिद्धांत एक बाहरी पैरामीट्रिक क्षेत्र ($\alpha(\eta) में स्थित स्वतंत्र ऑसिलेटर्स $q_k(\eta)$ की क्वांटम यांत्रिक समस्या में बदल गया है। $) मिन्कोव्स्की दुनिया में समय समन्वय के साथ $\eta=\int dt/a$। प्राथमिक ऑसिलेटर्स की क्रिया और लैग्रेंजियन उनकी स्थानिक आवृत्ति $k \in (0, \infty)$ पर निर्भर करती है:
$$S_k = \int L_kd\eta,~\;\;\;L_k=\frac(\alpha^2)(2k^3)(q'^2-\omega^2q^2)~\;\; \;\;\;\;\;\;\; (2)$$
जहां प्राइम समय व्युत्पन्न $\eta$ को दर्शाता है, $\omega=\beta$ ऑसिलेटर की आवृत्ति है, $\beta$ निर्वात में प्रकाश की गति की इकाइयों में गड़बड़ी के प्रसार की गति है (इसके बाद $c =\hbar =1$, सूचकांक फ़ील्ड $k$ छोड़ा गया है); $T$-मोड के मामले में $q = q_T$ मीट्रिक टेंसर का अनुप्रस्थ ट्रेसलेस घटक है,
$$\alpha^2_T=\frac(a^2)(8\pi G)~\;\;\;\beta=1, ~\;\;\;\;\;\;\;\;\ ; (3)$$
और $S$-मोड के मामले में $q = q_s$ अनुदैर्ध्य गुरुत्वाकर्षण क्षमता (स्केल फैक्टर की गड़बड़ी) और माध्यम की 3-वेग क्षमता का एक रैखिक सुपरपोजिशन है, जिसे हबल पैरामीटर से गुणा किया जाता है,
$$\alpha^2_S=\frac(a^2\gamma)(4\pi G\beta^2),\;\;\gamma=\frac(\dot(H))(H^2),\ ;\;H=\frac(\dot(a))(a),~\;\;\;\;\;\;\;\;\; (4)$$
डॉट का अर्थ समय $t$ के संबंध में व्युत्पन्न है।

जैसा कि (3) से देखा जा सकता है, फ़ील्ड $q_T$ मौलिक है, क्योंकि यह पृष्ठभूमि मीट्रिक से न्यूनतम रूप से संबंधित है और पदार्थ के गुणों पर निर्भर नहीं करता है (सापेक्षता के सामान्य सिद्धांत में, गुरुत्वाकर्षण तरंगों के प्रसार की गति प्रकाश की गति के बराबर है)। जहाँ तक $q_S$ का सवाल है, बाहरी क्षेत्र (4) के साथ इसका संबंध अधिक जटिल है: इसमें स्केल फैक्टर के डेरिवेटिव और पदार्थ की कुछ विशेषताएं (उदाहरण के लिए, माध्यम में गड़बड़ी के प्रसार की गति) दोनों शामिल हैं। हम प्रारंभिक ब्रह्मांड में प्रोटोमैटर के बारे में कुछ भी नहीं जानते हैं - इस मुद्दे पर केवल सामान्य दृष्टिकोण हैं।
ऊर्जा घनत्व $\epsilon$, दबाव $p$ और पदार्थ के 4-वेग $u^\mu$ के आधार पर ऊर्जा-संवेग टेंसर वाला एक आदर्श माध्यम आमतौर पर माना जाता है। $S$-मोड के लिए, 4-वेग संभावित है और इसे 4-स्केलर $\phi$ के ग्रेडिएंट के रूप में दर्शाया जा सकता है:
$$T_(\mu\nu)=(\epsilon + p)u_\mu u_\nu-pg_(\mu\nu),\;\;u_\mu=\frac(\phi_(,\mu)) (w),~\;\;\;\;\;\;\;\;\; (5)$$
जहां $w^2=\phi_(,\mu)\phi_(,\nu) g^(\mu\nu)$ सामान्यीकरण फ़ंक्शन है, सबस्क्रिप्ट अल्पविराम का अर्थ निर्देशांक के संबंध में व्युत्पन्न है। ध्वनि की गति को पदार्थ के दबाव और ऊर्जा घनत्व में होने वाली गड़बड़ी के बीच आनुपातिकता के गुणांक के रूप में "स्थिति के समीकरण" का उपयोग करके निर्दिष्ट किया जाता है:
$$\delta p_c=\beta^2\delta\epsilon_c,~\;\;\;\;\;\;\;\;\; (6)$$
जहां $\delta X_c\equiv\delta X – v\dot(X)$, $v\equiv\delta\phi /w$ माध्यम की 3-वेग क्षमता है।

गड़बड़ी सिद्धांत के रैखिक क्रम में, एक आदर्श माध्यम की अवधारणा क्षेत्र अवधारणा के बराबर है, जिसके अनुसार लैग्रेंजियन घनत्व, $L=L(w,\phi)$, सामग्री क्षेत्र $\phi$ को सौंपा गया है . क्षेत्र दृष्टिकोण में, उत्तेजना के प्रसार की गति समीकरण से पाई जाती है
$$\beta^(-2)=\frac(\partial\ln|\partial L/\partial w|)(\partial\ln|w|),~\;\;\;\;\;\; \;\;\; (7)$$
जो संबंध (6) से भी मेल खाता है। प्रारंभिक ब्रह्मांड के अधिकांश मॉडल मानते हैं कि $\beta\sim 1$ (विशेष रूप से विकिरण-प्रधान चरण में $\beta=1/\sqrt(3)$)।

प्राथमिक ऑसिलेटर्स के विकास का वर्णन क्लेन-गॉर्डन समीकरण द्वारा किया गया है
$$\bar(q)''+(\omega^2-U) \bar(q)=0,~\;\;\;\;\;\;\;\;\; (8)$$
कहाँ
$$\bar(q)\equiv\alpha q,\;\;U\equiv\frac(\alpha "")(\alpha),~\;\;\;\;\;\;\;\; \; (9)$$
समीकरण (8) के समाधान में व्यवहार की दो स्पर्शोन्मुख शाखाएँ हैं: रुद्धोष्म ($\omega^2>U$), जब थरथरानवाला मुक्त दोलन मोड में होता है और इसका उत्तेजना आयाम कम हो जाता है ($|q|\sim(\alpha) \sqrt(\beta ))^(-1)$), और पैरामीट्रिक ($\omega^2

मात्रात्मक रूप से, उत्पन्न गड़बड़ी का स्पेक्ट्रा ऑसिलेटर्स की प्रारंभिक स्थिति पर निर्भर करता है:
$$T\equiv 2\langel q_T^2\rangel,\;\;\;S\equiv\langel q_S^2\rangel,~\;\;\;\;\;\;\;\;\; (10)$$
टेंसर मोड के लिए अभिव्यक्ति में गुणांक 2 गुरुत्वाकर्षण तरंगों के दो ध्रुवीकरणों को ध्यान में रखता है। $\langel\rangel$ स्थिति को मुख्य माना जाता है, अर्थात। ऑसिलेटर के प्रारंभिक उत्तेजना के न्यूनतम स्तर के अनुरूप। यह बिग बैंग सिद्धांत की मुख्य परिकल्पना है। रुद्धोष्म क्षेत्र की उपस्थिति में, प्राथमिक ऑसिलेटर्स की जमीनी (वैक्यूम) स्थिति अद्वितीय होती है।
इस प्रकार, यह मानते हुए कि फ़ंक्शन U समय और $\beta\sim 1$ के साथ बढ़ता है, हम स्पेक्ट्रा $T(k)$ और $S(k)$ के लिए एक सार्वभौमिक सामान्य परिणाम प्राप्त करते हैं:
$$T\लगभग\frac((1-\गामा/2)H^2)(M_P^2),\;\;\;\frac(T)(S)\approx4\गामा~\;\;\ ;\;\;\;\;\;\; (11)$$
जहां $k=\sqrt(U)\लगभग aH$, और $M_p\equiv G^(-1/2)$ प्लैंक द्रव्यमान है। जैसा कि (11) से देखा जा सकता है, सिद्धांत रूप में, मोड $T$ मोड $S$ के संबंध में किसी भी तरह से भेदभाव के अधीन नहीं है। यह सब अशांति उत्पन्न करने के युग में $\गामा$ कारक की भयावहता के बारे में है।
हमारे ब्रह्मांड में $T$-मोड की लघुता के देखे गए तथ्य से (धारा 2, संबंध (1) देखें), हम बिग बैंग के ऊर्जा पैमाने पर और $\गामा$ पैरामीटर पर एक ऊपरी सीमा प्राप्त करते हैं। प्रारंभिक ब्रह्मांड:
$$H अंतिम स्थिति का अर्थ है कि बिग बैंग प्रकृति में मुद्रास्फीतिकारी था ($\गामा हमारे पास सबसे महत्वपूर्ण चरण की जानकारी है: फ़ील्ड एक निश्चित चरण में पैदा होते हैं, केवल गड़बड़ी की बढ़ती शाखा को पैरामीट्रिक रूप से बढ़ाया जाता है। आइए इसका उपयोग करके इसे समझाएं प्रकीर्णन समस्या का उदाहरण, यह मानते हुए कि विकास के प्रारंभिक (एडियाबेटिक) और अंतिम (विकिरण-प्रधान, $a\propto n$) चरणों में $U = 0 $ (चित्र 2 देखें)।

चावल। 2. प्रकीर्णन समस्या के निरूपण में समीकरण (8) के समाधान का चित्रण

उपरोक्त प्रत्येक स्पर्शोन्मुखता के लिए, सामान्य समाधान का रूप है
$$\bar(q)=C_1\sin\omega\eta+C_2\cos\omega\eta,~\;\;\;\;\;\;\;\;\; (13)$$
जहां ऑपरेटर $C_(1,2)$ विकास की "बढ़ती" और "गिरती" शाखाओं के आयाम निर्दिष्ट करते हैं। निर्वात अवस्था में, क्षेत्र का प्रारंभिक समय चरण मनमाना होता है: $\langel|C_1^((in))|\rangel=\langel|C_2^((in))|\rangel$. हालाँकि, विकास समीकरणों को हल करने के परिणामस्वरूप, यह पता चलता है कि विकिरण-प्रधान चरण में, केवल ध्वनि गड़बड़ी की बढ़ती शाखा ही लाभदायक रहती है: $\langel|C_1^((out))|\rangel\gg\langel |C_2^((बाहर))| पुनर्संयोजन युग में जब विकिरण पदार्थ से अलग हो जाता है, तब तक विकिरण स्पेक्ट्रम चरण $k=n\pi\sqrt(3)/\eta_(rec)$ के साथ संशोधित हो जाता है, जहां $n$ एक प्राकृतिक संख्या है।

चावल। 3. ब्रह्मांडीय माइक्रोवेव पृष्ठभूमि विकिरण के अनिसोट्रॉपी स्पेक्ट्रम में ध्वनि मॉड्यूलेशन की अभिव्यक्ति। (प्रयोगों के अनुसार WMAP, ACBAR (आर्कमिन्यूट कॉस्मोलॉजी बोलोमीटर ऐरे रिसीवर), बूमरैंग (मिलीमेट्रिक एक्स्ट्रागैलेक्टिक रेडिएशन और जियोफिजिक्स के बैलोन ऑब्जर्वेशन), CBI (कॉस्मिक बैकग्राउंड इमेजर), VSA (वेरी स्माल ऐरे)।)

यह ध्वनिक दोलन हैं जो ब्रह्मांडीय माइक्रोवेव पृष्ठभूमि विकिरण (चित्र 3, बड़ा शिखर $n = 1$ से मेल खाता है) और घनत्व गड़बड़ी के अनिसोट्रॉपी स्पेक्ट्रा में देखे जाते हैं, जो $S$ की क्वांटम-गुरुत्वाकर्षण उत्पत्ति की पुष्टि करता है। तरीका। घनत्व गड़बड़ी के स्पेक्ट्रम में, पदार्थ के कुल घनत्व के सापेक्ष बैरियन के छोटे अंश द्वारा ध्वनि मॉड्यूलेशन को दबा दिया जाता है, जिससे इस अंश को अन्य ब्रह्माण्ड संबंधी परीक्षणों से स्वतंत्र रूप से ढूंढना संभव हो जाता है। दोलन पैमाना स्वयं एक मानक शासक के उदाहरण के रूप में कार्य करता है जिसके द्वारा ब्रह्मांड के सबसे महत्वपूर्ण पैरामीटर निर्धारित किए जाते हैं। इस संबंध में, इस बात पर जोर दिया जाना चाहिए कि अवलोकन डेटा में ब्रह्माण्ड संबंधी मापदंडों के पतन की समस्या की गंभीरता, कई वर्षों के लिएजिसने ब्रह्मांड के वास्तविक मॉडल के निर्माण को रोका था, अब स्वतंत्र और पूरक अवलोकन परीक्षणों की प्रचुरता के कारण हटा दिया गया है।

संक्षेप में, हम बता सकते हैं कि प्रारंभिक ब्रह्माण्ड संबंधी गड़बड़ी और ब्रह्मांड की बड़े पैमाने की संरचना के गठन की समस्या आज सैद्धांतिक रूप से हल हो गई है। प्रारंभिक ब्रह्मांड में गड़बड़ी की क्वांटम-गुरुत्वाकर्षण उत्पत्ति के सिद्धांत को $T$-मोड की खोज के बाद अंतिम पुष्टि मिलेगी, जो निकट भविष्य में हो सकती है। इस प्रकार, सबसे सरल बिग बैंग मॉडल (विशाल स्केलर क्षेत्र पर पावर-लॉ मुद्रास्फीति) $T$-मोड आयाम को $S$-मोड आयाम से केवल 5 गुना छोटा होने की भविष्यवाणी करता है। आधुनिक उपकरण और प्रौद्योगिकियाँ अनिसोट्रॉपी और ब्रह्मांडीय माइक्रोवेव पृष्ठभूमि विकिरण के ध्रुवीकरण के अवलोकन के आधार पर ऐसे छोटे संकेतों को पंजीकृत करने की समस्या को हल करना संभव बनाती हैं।

4. पदार्थ का स्याह पक्ष

पदार्थ की उत्पत्ति के बारे में कई परिकल्पनाएँ हैं, लेकिन उनमें से किसी की भी अभी तक पुष्टि नहीं हुई है। प्रत्यक्ष अवलोकन संबंधी संकेत हैं कि डार्क मैटर का रहस्य ब्रह्मांड की बेरियोन विषमता से निकटता से जुड़ा हुआ है। हालाँकि, आज बेरियोन असममिति और डार्क मैटर की उत्पत्ति का कोई आम तौर पर स्वीकृत सिद्धांत नहीं है।

डार्क मैटर कहाँ स्थित है?

हम जानते हैं कि पदार्थ का चमकदार घटक आकाशगंगाओं में एकत्रित तारों के रूप में देखा जाता है विभिन्न जन, और समूहों से एक्स-रे गैस के रूप में। हालाँकि, अधिकांश सामान्य पदार्थ (90% तक) कई इलेक्ट्रॉन वोल्ट के तापमान के साथ दुर्लभ अंतरिक्ष गैस के रूप में होते हैं, साथ ही MACHO (मैसिव कॉम्पैक्ट हेलो ऑब्जेक्ट) के रूप में होते हैं - के विकास के कॉम्पैक्ट अवशेष तारे और कम द्रव्यमान वाली वस्तुएँ। चूँकि इन संरचनाओं में आमतौर पर कम चमक होती है, इसलिए इन्हें "डार्क बेरियन" कहा जाता है।

चावल। 4. EROS प्रयोग के अनुसार MASNO में गैलेक्सी प्रभामंडल के द्रव्यमान के अंश की ऊपरी सीमा (फ्रेंच से - एक्सपीरियंस पोर ला रेचेर्चे डी "ओब्जेट्स सोम्ब्रेस)।

कई समूह (MASNO, EROS, आदि) माइक्रोलेंसिंग घटनाओं के आधार पर हमारी आकाशगंगा के प्रभामंडल में कॉम्पैक्ट अंधेरे वस्तुओं की संख्या और वितरण का अध्ययन कर रहे हैं। संयुक्त विश्लेषण के परिणामस्वरूप, एक महत्वपूर्ण सीमा प्राप्त हुई - कुल प्रभामंडल द्रव्यमान का 20% से अधिक चंद्रमा के द्रव्यमान से लेकर तारों के द्रव्यमान तक के मानों की सीमा में MACNO में केंद्रित नहीं है (चित्र 4)। ). प्रभामंडल में शेष काले पदार्थ अज्ञात प्रकृति के कणों से बने होते हैं।

नॉनबायोनिक डार्क मैटर और कहाँ छिपा है?

20वीं सदी के अवलोकन संबंधी खगोल विज्ञान में उच्च प्रौद्योगिकियों के विकास ने इस प्रश्न का स्पष्ट उत्तर प्राप्त करना संभव बना दिया: गैर-बैरियोनिक डार्क मैटर गुरुत्वाकर्षण से बंधे सिस्टम (हेलोस) में पाया जाता है। डार्क मैटर के कण गैर-सापेक्षवादी होते हैं और कमजोर रूप से परस्पर क्रिया करते हैं - उनकी विघटनकारी प्रक्रियाएँ बैरियन की तरह नहीं चलती हैं। बैरियन्स विकिरणात्मक रूप से ठंडे होते हैं, स्थिर होते हैं और प्रभामंडल के केंद्रों में जमा होते हैं, और घूर्णी संतुलन तक पहुंचते हैं। गहरे द्रव्यलगभग 200 केपीसी के विशिष्ट पैमाने के साथ आकाशगंगाओं के दृश्यमान पदार्थ के चारों ओर वितरित रहता है। इस प्रकार, स्थानीय समूह में, जिसमें एंड्रोमेडा नेबुला और मिल्की वे शामिल हैं, सभी डार्क मैटर का आधे से अधिक हिस्सा इन दो बड़ी आकाशगंगाओं में केंद्रित है। कण भौतिकी के मानक मॉडल में आवश्यक गुणों वाले कोई कण नहीं हैं। एक महत्वपूर्ण पैरामीटर जिसे तुल्यता सिद्धांत के कारण अवलोकनों से निर्धारित नहीं किया जा सकता है वह कण का द्रव्यमान है। मानक मॉडल के संभावित विस्तार के भीतर, कई उम्मीदवार डार्क मैटर कण हैं। मुख्य तालिका में सूचीबद्ध हैं। 2 उनके शेष द्रव्यमान के बढ़ते क्रम में।

तालिका 2. उम्मीदवार नॉनबायोनिक डार्क मैटर कण

उम्मीदवार
ग्रेविटॉन
"बाँझ" न्यूट्रिनो
दर्पण पदार्थ
विशाल कण
अतिविशाल कण	$10^(13)$ GeV
मोनोपोल और दोष	$10^(19)$ GeV
आदिकालीन ब्लैक होल	$(10^(-16)-10^(-17))M_(\odot)$

आज विशाल कणों का मुख्य संस्करण - न्यूट्रलिनो परिकल्पना - न्यूनतम सुपरसिमेट्री से जुड़ा है। इस परिकल्पना का परीक्षण CERN के लार्ज हैड्रॉन एक्सेलेरेटर में किया जा सकता है, जिसे 2008 में लॉन्च किया जाना है। ऐसे कणों का अपेक्षित द्रव्यमान $\sim$ 100 GeV है, और हमारी आकाशगंगा में उनका घनत्व एक चाय के आयतन में एक कण के बराबर है। काँच।

दुनिया भर में कई प्रतिष्ठानों पर डार्क मैटर कणों की खोज की जा रही है। यह ध्यान रखना दिलचस्प है कि न्यूट्रलिन परिकल्पना को लोचदार बिखरने पर भूमिगत प्रयोगों और गैलेक्सी में न्यूट्रलिनो के विनाश पर अप्रत्यक्ष डेटा दोनों में स्वतंत्र रूप से सत्यापित किया जा सकता है। अब तक, केवल DAMA परियोजना (DArk MAtter) के भूमिगत डिटेक्टरों में से एक में सकारात्मक प्रतिक्रिया प्राप्त हुई है, जहां कई वर्षों से "ग्रीष्म-सर्दी" प्रकार की अज्ञात उत्पत्ति का संकेत देखा गया है। हालाँकि, इस प्रयोग से जुड़े द्रव्यमान और क्रॉस सेक्शन की सीमा की अभी तक अन्य स्थापनाओं में पुष्टि नहीं की गई है, जो परिणाम की विश्वसनीयता और महत्व दोनों पर संदेह पैदा करती है।

न्यूट्रलिनो की एक महत्वपूर्ण संपत्ति गामा क्षेत्र में विनाशकारी प्रवाह द्वारा उनके अप्रत्यक्ष अवलोकन की संभावना है। पदानुक्रमित भीड़ की प्रक्रिया में, ऐसे कण सौर मंडल के आकार के क्रम पर एक विशिष्ट आकार और पृथ्वी के द्रव्यमान के क्रम पर एक द्रव्यमान के साथ मिनी-हेलो बना सकते हैं, जिसके अवशेष आज तक जीवित हैं। . पृथ्वी स्वयं ऐसे मिनीहालो के अंदर हो सकती है, जहां कणों का घनत्व कई दसियों गुना बढ़ जाता है। इससे हमारी आकाशगंगा में डार्क मैटर का प्रत्यक्ष और अप्रत्यक्ष दोनों तरह से पता लगाने की संभावना बढ़ जाती है। इस तरह की विभिन्न खोज विधियों का अस्तित्व आशावाद को प्रेरित करता है और हमें डार्क मैटर की भौतिक प्रकृति के त्वरित निर्धारण की आशा करने की अनुमति देता है।

5. नई भौतिकी की दहलीज पर

हमारे समय में, अवलोकन संबंधी खगोलीय डेटा का उपयोग करके प्रारंभिक ब्रह्मांड और देर से ब्रह्मांड के गुणों को स्वतंत्र रूप से निर्धारित करना संभव हो गया है। हम समझते हैं कि प्रारंभिक ब्रह्माण्ड संबंधी घनत्व की गड़बड़ी कैसे उत्पन्न हुई, जिससे ब्रह्मांड की संरचना विकसित हुई। हम ब्रह्मांड के मानक मॉडल के अंतर्निहित सबसे महत्वपूर्ण ब्रह्माण्ड संबंधी मापदंडों के मूल्यों को जानते हैं, जिसका आज कोई गंभीर प्रतिस्पर्धी नहीं है। हालाँकि, बिग बैंग की उत्पत्ति और पदार्थ के मुख्य घटकों के बारे में बुनियादी प्रश्न अनसुलझे हैं।

ब्रह्माण्ड संबंधी गड़बड़ी के टेंसर मोड का अवलोकन संबंधी निर्धारण प्रारंभिक ब्रह्मांड के एक मॉडल के निर्माण की कुंजी है। यहां हम एक सिद्धांत की स्पष्ट भविष्यवाणी के साथ काम कर रहे हैं जिसे $S$-मोड के मामले में अच्छी तरह से परीक्षण किया गया है और आने वाले वर्षों में $T$-मोड के प्रयोगात्मक सत्यापन की संभावना है।

सैद्धांतिक भौतिकी ने डार्क मैटर कणों की खोज के लिए संभावित दिशाओं और तरीकों की एक विस्तृत सूची प्रदान की है, लेकिन अब यह समाप्त हो चुकी है। अब प्रयोग करने का समय आ गया है। वर्तमान स्थिति महान खोजों से पहले की स्थिति की याद दिलाती है - क्वार्क, डब्ल्यू- और जेड-बोसोन, न्यूट्रिनो दोलन, अनिसोट्रॉपी और ब्रह्मांडीय माइक्रोवेव पृष्ठभूमि विकिरण के ध्रुवीकरण की खोज।

हालाँकि, एक प्रश्न उठता है, जो इस समीक्षा रिपोर्ट के दायरे से परे है: प्रकृति हमारे प्रति इतनी उदार क्यों है और हमें अपने रहस्यों को प्रकट करने की अनुमति क्यों देती है?

संदर्भ

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ब्रह्माण्ड की उत्पत्ति, उसके अतीत और भविष्य का प्रश्न प्राचीन काल से ही लोगों को चिंतित करता रहा है। सदियों से, ज्ञात आंकड़ों के आधार पर दुनिया की एक तस्वीर पेश करने वाले सिद्धांत सामने आए हैं और असिद्ध किए गए हैं। आइंस्टीन का सापेक्षता का सिद्धांत वैज्ञानिक जगत के लिए एक बड़ा झटका था। उन्होंने ब्रह्मांड को आकार देने वाली प्रक्रियाओं को समझने में भी बहुत बड़ा योगदान दिया। हालाँकि, सापेक्षता का सिद्धांत अंतिम सत्य होने का दावा नहीं कर सका, इसमें किसी अतिरिक्त की आवश्यकता नहीं थी। बेहतर प्रौद्योगिकियों ने खगोलविदों को पहले से अकल्पनीय खोज करने की अनुमति दी है जिसके लिए एक नए सैद्धांतिक ढांचे या मौजूदा प्रावधानों के महत्वपूर्ण विस्तार की आवश्यकता है। ऐसी ही एक घटना है डार्क मैटर। लेकिन सबसे पहले चीज़ें.

बीते दिनों की बातें

"डार्क मैटर" शब्द को समझने के लिए, आइए पिछली शताब्दी की शुरुआत में वापस जाएँ। उस समय ब्रह्माण्ड का जो दृष्टिकोण प्रचलित था स्थिर संरचना. इस बीच, सापेक्षता के सामान्य सिद्धांत (जीटीआर) ने माना कि देर-सबेर अंतरिक्ष में सभी वस्तुएं एक ही गेंद में "एक साथ चिपक जाएंगी", तथाकथित गुरुत्वाकर्षण पतन घटित होगा। अंतरिक्ष पिंडों के बीच कोई प्रतिकारक बल नहीं होते हैं। आपसी आकर्षण की भरपाई केन्द्रापसारक ताकतों के निर्माण से होती है निरंतर गतितारे, ग्रह और अन्य पिंड। इस प्रकार व्यवस्था का संतुलन बना रहता है।

ब्रह्मांड के सैद्धांतिक पतन को रोकने के लिए, आइंस्टीन ने एक मात्रा पेश की जो सिस्टम को आवश्यक स्थिर स्थिति में लाती है, लेकिन साथ ही इसका वास्तव में आविष्कार किया गया था और इसका कोई स्पष्ट आधार नहीं था।

विस्तृत होता ब्रह्माण्ड

फ्रीडमैन और हबल की गणना और खोजों से पता चला कि नए स्थिरांक का उपयोग करके सामान्य सापेक्षता के सामंजस्यपूर्ण समीकरणों का उल्लंघन करने की कोई आवश्यकता नहीं थी। यह सिद्ध हो चुका है, और आज लगभग किसी को भी इस तथ्य पर संदेह नहीं है कि ब्रह्मांड का विस्तार हो रहा है, इसकी एक बार शुरुआत हुई थी, और स्थिरता की कोई बात नहीं हो सकती है। इससे आगे का विकासब्रह्माण्ड विज्ञान ने बिग बैंग सिद्धांत के उद्भव को जन्म दिया। नई धारणाओं की मुख्य पुष्टि समय के साथ आकाशगंगाओं के बीच की दूरी में देखी गई वृद्धि है। यह उस गति का माप था जिस पर पड़ोसी ब्रह्मांडीय प्रणालियाँ एक-दूसरे से दूर जा रही हैं जिससे इस परिकल्पना का निर्माण हुआ कि डार्क मैटर और डार्क एनर्जी मौजूद हैं।

सिद्धांत के साथ असंगत डेटा

1931 में फ्रिट्ज़ ज़्विकी, और फिर 1932 में जान ऊर्ट और 1960 के दशक में, एक दूर के समूह में आकाशगंगाओं के द्रव्यमान के द्रव्यमान और एक दूसरे से उनके दूर होने की गति के साथ इसके संबंध की गणना करने में लगे हुए थे। समय-समय पर, वैज्ञानिक एक ही निष्कर्ष पर पहुंचे: पदार्थ की यह मात्रा इतनी तेज़ गति से चलने वाली आकाशगंगाओं को एक साथ रखने के लिए उत्पन्न गुरुत्वाकर्षण के लिए पर्याप्त नहीं है। ज़्विकी और ऊर्ट ने सुझाव दिया कि ब्रह्मांड में छिपा हुआ द्रव्यमान, काला पदार्थ है, जो ब्रह्मांडीय वस्तुओं को विभिन्न दिशाओं में बिखरने से रोकता है।

हालाँकि, वेरा रुबिन के काम के नतीजे घोषित होने के बाद, इस परिकल्पना को वैज्ञानिक दुनिया से सत्तर के दशक में ही मान्यता मिली।

उन्होंने घूर्णन वक्रों का निर्माण किया जो स्पष्ट रूप से गैलेक्टिक पदार्थ की गति की गति की उस दूरी पर निर्भरता को प्रदर्शित करता है जो इसे सिस्टम के केंद्र से अलग करती है। सैद्धांतिक धारणाओं के विपरीत, यह पता चला कि आकाशगंगा केंद्र से दूर जाने पर तारों का वेग कम नहीं होता, बल्कि बढ़ता है। तारों के इस व्यवहार को केवल आकाशगंगा में एक प्रभामंडल की उपस्थिति से समझाया जा सकता है, जो काले पदार्थ से भरा हुआ है। इस प्रकार खगोल विज्ञान को ब्रह्मांड के एक पूर्णतया अज्ञात भाग का सामना करना पड़ा।

गुण और रचना

इसे अंधकार इसलिए कहा जाता है क्योंकि इसे किसी भी मौजूदा माध्यम से नहीं देखा जा सकता है। इसकी उपस्थिति को एक अप्रत्यक्ष संकेत द्वारा पहचाना जाता है: डार्क मैटर एक गुरुत्वाकर्षण क्षेत्र बनाता है, जबकि विद्युत चुम्बकीय तरंगों का उत्सर्जन बिल्कुल नहीं करता है।

वैज्ञानिकों के सामने सबसे महत्वपूर्ण कार्य इस प्रश्न का उत्तर प्राप्त करना था कि इस पदार्थ में क्या शामिल है। खगोल भौतिकीविदों ने इसे सामान्य बैरोनिक पदार्थ से "भरने" की कोशिश की (बैरियोनिक पदार्थ में कमोबेश अध्ययन किए गए प्रोटॉन, न्यूट्रॉन और इलेक्ट्रॉन होते हैं)। आकाशगंगाओं के अंधेरे प्रभामंडल में बृहस्पति जैसे द्रव्यमान वाले कॉम्पैक्ट, कमजोर रूप से उत्सर्जित करने वाले तारे और विशाल ग्रह शामिल थे। हालाँकि, ऐसी धारणाएँ जाँच में खरी नहीं उतरीं। इस प्रकार बैरियोनिक पदार्थ, परिचित और परिचित, आकाशगंगाओं के छिपे हुए द्रव्यमान में महत्वपूर्ण भूमिका नहीं निभा सकता है।

आज भौतिक विज्ञान अज्ञात घटकों की खोज में लगा हुआ है। वैज्ञानिकों का व्यावहारिक शोध माइक्रोवर्ल्ड के सुपरसिमेट्री के सिद्धांत पर आधारित है, जिसके अनुसार प्रत्येक ज्ञात कण के लिए एक सुपरसिमेट्रिक जोड़ी होती है। ये वही हैं जो डार्क मैटर बनाते हैं। हालाँकि, ऐसे कणों के अस्तित्व का प्रमाण प्राप्त करना अभी तक संभव नहीं हो पाया है, शायद यह निकट भविष्य की बात है।

डार्क एनर्जी

एक नए प्रकार के पदार्थ की खोज से उन आश्चर्यों का अंत नहीं हुआ जो ब्रह्मांड ने वैज्ञानिकों के लिए तैयार किए थे। 1998 में, खगोल भौतिकीविदों को सैद्धांतिक डेटा की तथ्यों के साथ तुलना करने का एक और मौका मिला। यह वर्ष हमसे दूर एक आकाशगंगा में विस्फोट से चिह्नित किया गया था।

खगोलविदों ने इसकी दूरी मापी और उन्हें प्राप्त आंकड़ों से बेहद आश्चर्यचकित हुए: तारा मौजूदा सिद्धांत के अनुसार जितना होना चाहिए था, उससे कहीं अधिक चमक उठा। यह पता चला कि यह समय के साथ बढ़ रहा है: अब यह 14 अरब साल पहले की तुलना में बहुत अधिक है, जब कथित तौर पर बिग बैंग हुआ था।

जैसा कि आप जानते हैं, किसी पिंड की गति को तेज करने के लिए उसे ऊर्जा स्थानांतरित करने की आवश्यकता होती है। वह शक्ति जो ब्रह्माण्ड को तेजी से फैलने के लिए बाध्य करती है, डार्क एनर्जी कहलाती है। यह अंतरिक्ष का डार्क मैटर से कम रहस्यमय हिस्सा नहीं है। यह केवल ज्ञात है कि यह पूरे ब्रह्मांड में एक समान वितरण की विशेषता है, और इसका प्रभाव केवल विशाल ब्रह्मांडीय दूरी पर ही दर्ज किया जा सकता है।

और फिर ब्रह्माण्ड संबंधी स्थिरांक

डार्क एनर्जी ने बिग बैंग सिद्धांत को हिलाकर रख दिया है। वैज्ञानिक जगत का एक हिस्सा ऐसे पदार्थ की संभावना और इसके कारण होने वाले विस्तार की गति को लेकर संशय में है। कुछ खगोल भौतिक विज्ञानी आइंस्टीन के भूले हुए ब्रह्माण्ड संबंधी स्थिरांक को पुनर्जीवित करने की कोशिश कर रहे हैं, जो फिर से एक बड़ी वैज्ञानिक गलती से एक कार्यशील परिकल्पना में बदल सकता है। समीकरणों में इसकी उपस्थिति प्रतिगुरुत्वाकर्षण पैदा करती है, जिससे विस्तार में तेजी आती है। हालाँकि, ब्रह्माण्ड संबंधी स्थिरांक की उपस्थिति के कुछ परिणाम अवलोकन संबंधी डेटा के अनुरूप नहीं हैं।

आज, डार्क मैटर और डार्क एनर्जी, जो ब्रह्मांड में अधिकांश पदार्थ बनाते हैं, वैज्ञानिकों के लिए रहस्य हैं। उनके स्वभाव के बारे में प्रश्न का कोई स्पष्ट उत्तर नहीं है। इसके अलावा, शायद यह आखिरी रहस्य नहीं है जो अंतरिक्ष हमसे छुपाता है। डार्क मैटर और ऊर्जा नई खोजों की दहलीज हो सकते हैं जो ब्रह्मांड की संरचना के बारे में हमारी समझ में क्रांतिकारी बदलाव ला सकते हैं।

पहले क्या आया: अंडा या मुर्गी? से ऊपर एक साधारण प्रश्नदुनिया भर के वैज्ञानिक दशकों से संघर्ष कर रहे हैं। इसी तरह का सवाल यह उठता है कि ब्रह्मांड के निर्माण के समय, शुरुआत में क्या हुआ था। क्या ऐसा हुआ, यह सृष्टि, या ब्रह्मांड चक्रीय या अनंत हैं? अंतरिक्ष में काला पदार्थ क्या है और यह सफ़ेद पदार्थ से किस प्रकार भिन्न है? एक तरफ फेंकना विभिन्न प्रकारधर्म, आइए इन प्रश्नों के उत्तर को वैज्ञानिक दृष्टिकोण से देखने का प्रयास करें। पिछले कुछ वर्षों में वैज्ञानिकों ने कुछ अविश्वसनीय उपलब्धि हासिल की है। संभवतः, इतिहास में पहली बार, सैद्धांतिक भौतिकविदों की गणना प्रयोगात्मक भौतिकविदों की गणना से सहमत हुई। पिछले कुछ वर्षों में वैज्ञानिक समुदाय के सामने कई अलग-अलग सिद्धांत प्रस्तुत किए गए हैं। अधिक या कम सटीक रूप से, अनुभवजन्य रूप से, कभी-कभी अर्ध-वैज्ञानिक रूप से, हालांकि, सैद्धांतिक गणना किए गए डेटा की पुष्टि प्रयोगों द्वारा की गई थी, कुछ में कई दशकों की देरी के साथ भी (उदाहरण के लिए हिग्स बोसोन)।

- काली शक्ति

ऐसे कई सिद्धांत हैं, उदाहरण के लिए: बिग बैंग, चक्रीय ब्रह्मांड का सिद्धांत, समानांतर ब्रह्मांड का सिद्धांत, संशोधित न्यूटोनियन डायनेमिक्स (MOND), एफ. हॉयल का स्थिर ब्रह्मांड का सिद्धांत और अन्य। हालाँकि, लगातार विस्तारित और विकसित हो रहे ब्रह्मांड का सिद्धांत, जिसके सिद्धांत बिग बैंग अवधारणा के ढांचे के भीतर अच्छी तरह से फिट होते हैं, वर्तमान में आम तौर पर स्वीकृत माना जाता है। साथ ही, अर्ध-अनुभवजन्य (यानी, अनुभवजन्य रूप से, लेकिन बड़ी सहनशीलता के साथ और मौजूदा पर आधारित) आधुनिक सिद्धांतमाइक्रोवर्ल्ड की संरचना), डेटा प्राप्त किया गया था कि हमें ज्ञात सभी माइक्रोपार्टिकल्स ब्रह्मांड की संपूर्ण संरचना की कुल मात्रा का केवल 4.02% हैं। यह तथाकथित "बेरियोन कॉकटेल" या बेरियोनिक पदार्थ है। हालाँकि, हमारे ब्रह्मांड का मुख्य भाग (95% से अधिक) एक अलग प्रकार के, अलग संरचना और गुणों वाले पदार्थ हैं। यह तथाकथित काला पदार्थ और काली ऊर्जा है । वे अलग-अलग व्यवहार करते हैं: वे विभिन्न प्रकार की प्रतिक्रियाओं पर अलग-अलग प्रतिक्रिया करते हैं, मौजूदा तकनीकी साधनों द्वारा पता नहीं लगाया जाता है, और पहले से अध्ययन न किए गए गुणों का प्रदर्शन करते हैं। इससे हम यह निष्कर्ष निकाल सकते हैं कि या तो ये पदार्थ भौतिकी के अन्य नियमों (गैर-न्यूटोनियन भौतिकी, गैर-यूक्लिडियन ज्यामिति का मौखिक एनालॉग) का पालन करते हैं, या विज्ञान और प्रौद्योगिकी के विकास का हमारा स्तर इसके गठन के प्रारंभिक चरण में ही है।

बैरियन क्या हैं?

मजबूत अंतःक्रिया के मौजूदा क्वार्क-ग्लूऑन मॉडल के अनुसार, केवल सोलह प्राथमिक कण हैं (और हिग्स बोसोन की हालिया खोज इसकी पुष्टि करती है): क्वार्क के छह प्रकार (स्वाद), आठ ग्लूऑन और दो बोसॉन। बेरिऑन मजबूत अंतःक्रिया वाले भारी प्राथमिक कण हैं। उनमें से सबसे प्रसिद्ध क्वार्क, प्रोटॉन और न्यूट्रॉन हैं। ऐसे पदार्थों के परिवार, जो स्पिन, द्रव्यमान, उनके "रंग" के साथ-साथ "आकर्षण" और "विचित्रता" संख्याओं में भिन्न होते हैं, वास्तव में जिसे हम बैरोनिक पदार्थ कहते हैं, उसके निर्माण खंड हैं। ब्रह्मांड की कुल संरचना का 21.8% हिस्सा बनाने वाले काले (काले) पदार्थ में अन्य कण होते हैं जो विद्युत चुम्बकीय विकिरण उत्सर्जित नहीं करते हैं और किसी भी तरह से इसके साथ प्रतिक्रिया नहीं करते हैं। इसलिए, कम से कम प्रत्यक्ष अवलोकन के लिए, और इससे भी अधिक ऐसे पदार्थों के पंजीकरण के लिए, पहले उनकी भौतिकी को समझना और उन कानूनों पर सहमत होना आवश्यक है जिनका वे पालन करते हैं। कई आधुनिक वैज्ञानिक इस समय विभिन्न देशों के शोध संस्थानों में इस विषय पर काम कर रहे हैं।

सबसे संभावित विकल्प

किन पदार्थों को संभव माना जाता है? आरंभ करने के लिए, यह ध्यान दिया जाना चाहिए कि केवल दो संभावित विकल्प हैं। जीटीआर और एसटीआर (जनरल एंड स्पेशल थ्योरी ऑफ रिलेटिविटी) के अनुसार, संरचना में यह पदार्थ बैरोनिक और गैर-बैरोनिक डार्क मैटर (काला) दोनों हो सकता है। मूल बिग बैंग सिद्धांत के अनुसार, सभी मौजूदा पदार्थ बेरियन के रूप में दर्शाए गए हैं। यह थीसिस अत्यंत उच्च सटीकता के साथ सिद्ध की गई है। वर्तमान में, वैज्ञानिकों ने विलक्षणता के टूटने के एक मिनट बाद बनने वाले कणों का पता लगाना सीख लिया है, यानी पदार्थ की सुपरडेंस अवस्था के विस्फोट के बाद, जिसमें शरीर का द्रव्यमान अनंत की ओर और शरीर का आयाम शून्य की ओर जाता है। बैरियोनिक कणों वाला परिदृश्य सबसे अधिक संभावित है, क्योंकि उन्हीं से हमारा ब्रह्मांड बना है और उन्हीं के माध्यम से इसका विस्तार जारी है। इस धारणा के अनुसार, काले पदार्थ में न्यूटोनियन भौतिकी द्वारा आम तौर पर स्वीकृत मूल कण होते हैं, लेकिन किसी कारण से विद्युत चुम्बकीय रूप से कमजोर रूप से बातचीत करते हैं। इसीलिए डिटेक्टर उनका पता नहीं लगा पाते.

सब कुछ इतना सहज नहीं है

यह परिदृश्य कई वैज्ञानिकों के लिए उपयुक्त है, लेकिन उत्तर की तुलना में अभी भी अधिक प्रश्न हैं। यदि काले और सफेद दोनों पदार्थ केवल बेरियन द्वारा दर्शाए जाते हैं, तो प्राथमिक न्यूक्लियोसिंथेसिस के परिणामस्वरूप, भारी लोगों के प्रतिशत के रूप में हल्के बेरियन की सांद्रता, ब्रह्मांड की मूल खगोलीय वस्तुओं में भिन्न होनी चाहिए। और हमारी आकाशगंगा में ब्लैक होल या जैसे बड़े गुरुत्वाकर्षण पिंडों की पर्याप्त संख्या में संतुलन की उपस्थिति है न्यूट्रॉन तारे, हमारी आकाशगंगा के प्रभामंडल के द्रव्यमान को संतुलित करने के लिए। हालाँकि, वही न्यूट्रॉन तारे, गहरे गांगेय प्रभामंडल, काले काले और (अपने विभिन्न चरणों में तारे जीवन चक्र), सबसे अधिक संभावना है, डार्क मैटर का हिस्सा हैं जो डार्क मैटर बनाते हैं। काली ऊर्जा उनमें भी भर सकती है, जिसमें प्रीऑन, क्वार्क और क्यू स्टार जैसी अनुमानित काल्पनिक वस्तुएं भी शामिल हैं।

नॉनबायोनिक उम्मीदवार

दूसरा परिदृश्य एक गैर-बायरोनिक शुरुआत का तात्पर्य है। यहां, कई प्रकार के कण उम्मीदवार के रूप में कार्य कर सकते हैं। उदाहरण के लिए, प्रकाश न्यूट्रिनो, जिसका अस्तित्व वैज्ञानिकों द्वारा पहले ही सिद्ध किया जा चुका है। हालाँकि, उनका द्रव्यमान, ईवी (इलेक्ट्रॉन-वोल्ट) के एक सौवें से एक दस-हजारवें हिस्से के क्रम पर, आवश्यक महत्वपूर्ण घनत्व की अप्राप्यता के कारण व्यावहारिक रूप से उन्हें संभावित कणों से बाहर कर देता है। लेकिन भारी न्यूट्रिनो, भारी लेप्टान के साथ मिलकर, व्यावहारिक रूप से सामान्य परिस्थितियों में खुद को प्रकट नहीं करते हैं। ऐसे न्यूट्रिनो को स्टेराइल कहा जाता है; उनका अधिकतम द्रव्यमान ईवी के दसवें हिस्से तक होता है, इसलिए उनके उम्मीदवार डार्क मैटर कण होने की अधिक संभावना होती है। क्वांटम क्रोमोडायनामिक्स और मानक मॉडल में समस्याओं को हल करने के लिए अक्षों और ब्रह्मांडों को कृत्रिम रूप से भौतिक समीकरणों में पेश किया गया था। एक अन्य स्थिर सुपरसिमेट्रिक कण (SUSY-LSP) के साथ, वे अच्छी तरह से उम्मीदवार हो सकते हैं, क्योंकि वे विद्युत चुम्बकीय और मजबूत इंटरैक्शन में भाग नहीं लेते हैं। हालाँकि, न्यूट्रिनो के विपरीत, वे अभी भी काल्पनिक हैं, उनके अस्तित्व को अभी भी सिद्ध करने की आवश्यकता है;

काला पदार्थ सिद्धांत

ब्रह्मांड में द्रव्यमान की कमी इस मामले पर विभिन्न सिद्धांतों को जन्म देती है, जिनमें से कुछ काफी मान्य हैं। उदाहरण के लिए, यह सिद्धांत कि साधारण गुरुत्वाकर्षण सर्पिल आकाशगंगाओं में तारों के अजीब और बेहद तेज़ घूर्णन की व्याख्या करने में सक्षम नहीं है। ऐसी गति से, यदि कोई धारणीय बल नहीं होता, तो वे बस इसकी सीमा से परे उड़ जाते, जिसे दर्ज करना अभी तक संभव नहीं है। अन्य सिद्धांत स्थलीय परिस्थितियों में WIMPs (प्राथमिक उपकणों, सुपरसिमेट्रिक और सुपरहैवी - यानी आदर्श उम्मीदवारों के बड़े पैमाने पर इलेक्ट्रोवीक इंटरैक्टिंग पार्टनर कण) प्राप्त करने की असंभवता की व्याख्या करते हैं, क्योंकि वे एन-आयाम में रहते हैं, जो हमारे त्रि-आयामी से अधिक भिन्न है एक। कलुज़ा-क्लेन सिद्धांत के अनुसार, ऐसे माप हमारे लिए उपलब्ध नहीं हैं।

परिवर्तनशील सितारे

एक अन्य सिद्धांत बताता है कि परिवर्तनशील तारे और काला पदार्थ एक दूसरे के साथ कैसे संपर्क करते हैं। ऐसे तारे की चमक न केवल अंदर होने वाली आध्यात्मिक प्रक्रियाओं (स्पंदन, क्रोमोस्फेरिक गतिविधि, प्रमुखता की अस्वीकृति, अतिप्रवाह और बाइनरी सितारों में ग्रहण) के कारण बदल सकती है। स्टार सिस्टम, सुपरनोवा विस्फोट), लेकिन डार्क मैटर के असामान्य गुणों के कारण भी।

ताना इंजन

एक सिद्धांत के अनुसार, काल्पनिक WARP इंजन तकनीक का उपयोग करके संचालित होने वाले अंतरिक्ष यान के उप-अंतरिक्ष इंजनों के लिए डार्क मैटर का उपयोग ईंधन के रूप में किया जा सकता है। संभावित रूप से, ऐसे इंजन जहाज को प्रकाश की गति से अधिक गति से चलने की अनुमति देते हैं। सैद्धांतिक रूप से, वे जहाज के आगे और पीछे की जगह को मोड़ने और उसमें उससे भी तेजी से आगे बढ़ने में सक्षम हैं विद्युत चुम्बकीय तरंगनिर्वात में गति करता है। जहाज स्वयं स्थानीय रूप से त्वरित नहीं है - केवल इसके सामने का स्थानिक क्षेत्र मुड़ा हुआ है। कई विज्ञान कथा कहानियाँ इस तकनीक का उपयोग करती हैं, जैसे स्टार ट्रेक गाथा।

स्थलीय परिस्थितियों में उत्पादन

पृथ्वी पर काले पदार्थ को उत्पन्न करने और प्राप्त करने के प्रयासों को अभी भी सफलता नहीं मिली है। वर्तमान में, एलएचसी (लार्ज हैड्रॉन कोलाइडर) पर प्रयोग किए जा रहे हैं, जहां हिग्स बोसोन का पहली बार पता लगाया गया था, साथ ही अन्य कम शक्तिशाली, जिसमें रैखिक कोलाइडर भी शामिल हैं, प्राथमिक के स्थिर, लेकिन विद्युत चुम्बकीय रूप से कमजोर रूप से संपर्क करने वाले भागीदारों की तलाश में किए जा रहे हैं। कण. हालाँकि, न तो फोटिनो, न ग्रेविटिनो, न हिग्सिनो, न ही स्नेउट्रिनो (न्यूट्रलिनो), साथ ही अन्य WIMPs (WIMPs) अभी तक प्राप्त नहीं हुए हैं। वैज्ञानिकों के प्रारंभिक सतर्क अनुमान के अनुसार, स्थलीय परिस्थितियों में एक मिलीग्राम डार्क मैटर का उत्पादन करने के लिए संयुक्त राज्य अमेरिका में एक वर्ष के लिए खपत की गई ऊर्जा के बराबर की आवश्यकता होती है।

हम अपने चारों ओर जो कुछ भी देखते हैं (तारे और आकाशगंगाएँ) वह ब्रह्मांड के कुल द्रव्यमान का 4-5% से अधिक नहीं है!

आधुनिक ब्रह्माण्ड संबंधी सिद्धांतों के अनुसार, हमारे ब्रह्मांड में केवल 5% सामान्य, तथाकथित बैरोनिक पदार्थ शामिल हैं, जो सभी देखने योग्य वस्तुओं का निर्माण करते हैं; गुरुत्वाकर्षण के कारण 25% डार्क मैटर का पता चला; और डार्क एनर्जी, जो कुल का 70% है।

डार्क एनर्जी और डार्क मैटर शब्द पूरी तरह से सफल नहीं हैं और अंग्रेजी से शाब्दिक, लेकिन अर्थपूर्ण नहीं, अनुवाद का प्रतिनिधित्व करते हैं।

भौतिक अर्थ में, इन शब्दों का अर्थ केवल यह है कि ये पदार्थ फोटॉन के साथ बातचीत नहीं करते हैं, और उन्हें आसानी से अदृश्य या पारदर्शी पदार्थ और ऊर्जा कहा जा सकता है।

कई आधुनिक वैज्ञानिक आश्वस्त हैं कि डार्क एनर्जी और पदार्थ का अध्ययन करने के उद्देश्य से किए गए शोध से उत्तर मिलने में मदद मिलेगी वैश्विक मुद्दा: भविष्य में हमारे ब्रह्मांड का क्या इंतजार है?

आकाशगंगा के आकार के गुच्छे

डार्क मैटर एक ऐसा पदार्थ है जिसमें, सबसे अधिक संभावना है, नए कण होते हैं, जो अभी भी स्थलीय परिस्थितियों में अज्ञात हैं, और सामान्य पदार्थ में निहित गुण रखते हैं। उदाहरण के लिए, यह भी सामान्य पदार्थों की तरह गुच्छों में एकत्रित होने और गुरुत्वाकर्षण अंतःक्रिया में भाग लेने में सक्षम है। लेकिन इन तथाकथित गुच्छों का आकार पूरी आकाशगंगा या आकाशगंगाओं के समूह से भी अधिक हो सकता है।

डार्क मैटर कणों के अध्ययन के लिए दृष्टिकोण और विधियाँ

फिलहाल, दुनिया भर के वैज्ञानिक विशेष रूप से विकसित अल्ट्रा-तकनीकी उपकरणों और कई अलग-अलग शोध विधियों का उपयोग करके स्थलीय परिस्थितियों में काले पदार्थ के कणों को खोजने या कृत्रिम रूप से प्राप्त करने के लिए हर संभव तरीके से प्रयास कर रहे हैं, लेकिन अभी तक उनके सभी प्रयास सफल नहीं हुए हैं। सफलता के साथ.

एक विधि में उच्च-ऊर्जा त्वरक पर प्रयोग करना शामिल है, जिसे आमतौर पर कोलाइडर के रूप में जाना जाता है। वैज्ञानिक, यह मानते हुए कि डार्क मैटर के कण एक प्रोटॉन से 100-1000 गुना भारी होते हैं, यह मानते हैं कि उन्हें एक कोलाइडर के माध्यम से उच्च ऊर्जा में त्वरित सामान्य कणों की टक्कर से उत्पन्न होना होगा। दूसरी विधि का सार हमारे चारों ओर पाए जाने वाले काले पदार्थ के कणों को पंजीकृत करना है। इन कणों को पंजीकृत करने में मुख्य कठिनाई यह है कि वे सामान्य कणों के साथ बहुत कमजोर संपर्क प्रदर्शित करते हैं, जो स्वाभाविक रूप से उनके लिए पारदर्शी होते हैं। और फिर भी, डार्क मैटर के कण बहुत कम ही परमाणु नाभिक से टकराते हैं, और देर-सबेर इस घटना को दर्ज करने की कुछ उम्मीद है।

डार्क मैटर कणों के अध्ययन के लिए अन्य दृष्टिकोण और विधियां हैं, और केवल समय ही बताएगा कि इनमें से कौन सबसे पहले सफल होगा, लेकिन किसी भी मामले में, इन नए कणों की खोज एक बड़ी वैज्ञानिक उपलब्धि होगी।

गुरुत्वाकर्षण-विरोधी पदार्थ

डार्क एनर्जी डार्क मैटर से भी अधिक असामान्य पदार्थ है। इसमें गुच्छों में एकत्रित होने की क्षमता नहीं होती, जिसके परिणामस्वरूप यह संपूर्ण ब्रह्मांड में समान रूप से वितरित होता है। लेकिन फिलहाल इसकी सबसे असामान्य संपत्ति एंटीग्रेविटी है।

डार्क मैटर और ब्लैक होल की प्रकृति

आधुनिक को धन्यवाद खगोलीय विधियाँवर्तमान समय में ब्रह्मांड के विस्तार की दर निर्धारित करना और पहले के समय में इसके परिवर्तन की प्रक्रिया का अनुकरण करना संभव है। इसके परिणामस्वरूप यह जानकारी प्राप्त हुई कि इस समय, साथ ही हाल के दिनों में, हमारे ब्रह्मांड का विस्तार हो रहा है, और इस प्रक्रिया की गति लगातार बढ़ रही है। इसीलिए डार्क एनर्जी की एंटीग्रेविटी के बारे में परिकल्पना सामने आई, क्योंकि सामान्य गुरुत्वाकर्षण आकर्षण "आकाशगंगाओं के बिखरने" की प्रक्रिया पर धीमा प्रभाव डालेगा, जिससे ब्रह्मांड के विस्तार की दर पर रोक लगेगी। यह घटना सापेक्षता के सामान्य सिद्धांत का खंडन नहीं करती है, लेकिन डार्क एनर्जी में नकारात्मक दबाव होना चाहिए - एक ऐसा गुण जो वर्तमान में ज्ञात किसी भी पदार्थ में नहीं है।

"डार्क एनर्जी" की भूमिका के लिए उम्मीदवार

एबेल 2744 क्लस्टर में आकाशगंगाओं का द्रव्यमान उसके कुल द्रव्यमान के 5 प्रतिशत से भी कम है। यह गैस इतनी गर्म है कि यह केवल एक्स-रे (इस छवि में लाल) में चमकती है। अदृश्य डार्क मैटर (जो क्लस्टर के द्रव्यमान का लगभग 75 प्रतिशत बनाता है) का वितरण नीले रंग का है।

डार्क एनर्जी की भूमिका के लिए अनुमानित उम्मीदवारों में से एक वैक्यूम है, जिसका ऊर्जा घनत्व ब्रह्मांड के विस्तार के दौरान अपरिवर्तित रहता है और इस तरह वैक्यूम के नकारात्मक दबाव की पुष्टि करता है। एक अन्य अनुमानित उम्मीदवार "क्विंटेसेंस" है - एक पूर्व अज्ञात अति-कमजोर क्षेत्र जो कथित तौर पर पूरे ब्रह्मांड से होकर गुजरता है। अन्य संभावित उम्मीदवार भी हैं, लेकिन उनमें से किसी ने भी अब तक इस प्रश्न का सटीक उत्तर प्राप्त करने में योगदान नहीं दिया है: डार्क एनर्जी क्या है? लेकिन यह पहले से ही स्पष्ट है कि डार्क एनर्जी पूरी तरह से अलौकिक है, जो 21वीं सदी के मौलिक भौतिकी का मुख्य रहस्य बनी हुई है।

ब्रह्मांड में केवल 4.9% सामान्य पदार्थ - बैरोनिक पदार्थ शामिल है, जो हमारी दुनिया का निर्माण करता है। संपूर्ण ब्रह्मांड का 74% भाग रहस्यमयी डार्क ऊर्जा से बना है, और ब्रह्मांड में 26.8% द्रव्यमान भौतिकी-विरोधी, पता लगाने में कठिन कणों से बना है जिन्हें डार्क मैटर कहा जाता है।

डार्क मैटर की यह अजीब और असामान्य अवधारणा अकथनीय को समझाने के प्रयास में प्रस्तावित की गई थी खगोलीय घटना. तो, वैज्ञानिकों ने कुछ शक्तिशाली ऊर्जा के अस्तित्व के बारे में बात करना शुरू कर दिया, इतनी घनी और विशाल - यह हमारी दुनिया के सामान्य पदार्थ से पांच गुना अधिक है, जिससे हम बने हैं, तारों के गुरुत्वाकर्षण में समझ से बाहर की घटनाओं की खोज के बाद और ब्रह्माण्ड का निर्माण।

डार्क मैटर की अवधारणा कहाँ से आई?

इस प्रकार, हमारी जैसी सर्पिल आकाशगंगाओं में तारे काफी हैं उच्च गतिअपील और सभी कानूनों के अनुसार, इतनी तीव्र गति के साथ, उलटी हुई टोकरी से संतरे की तरह, अंतरिक्ष अंतरिक्ष में उड़ जाना चाहिए, लेकिन वे ऐसा नहीं करते हैं। वे किसी बहुत मजबूत गुरुत्वाकर्षण बल द्वारा पकड़े हुए हैं, जो हमारे किसी भी तरीके से पंजीकृत या कैप्चर नहीं किया गया है।

ब्रह्मांडीय माइक्रोवेव पृष्ठभूमि के अध्ययन से वैज्ञानिकों को कुछ काले पदार्थ के अस्तित्व की एक और दिलचस्प पुष्टि मिली। उन्होंने दिखाया कि बिग बैंग के बाद, पदार्थ शुरू में अंतरिक्ष में समान रूप से वितरित था, लेकिन कुछ स्थानों पर इसका घनत्व औसत से थोड़ा अधिक था। इन क्षेत्रों में अपने चारों ओर से घिरे हुए क्षेत्रों के विपरीत, मजबूत गुरुत्वाकर्षण था, और साथ ही, पदार्थ को अपनी ओर आकर्षित करने के कारण, वे और भी सघन और अधिक विशाल हो गए। यह पूरी प्रक्रिया इतनी धीमी होनी चाहिए थी कि केवल 13.8 अरब वर्षों (जो ब्रह्मांड की आयु है) में हमारी सहित बड़ी आकाशगंगाओं का निर्माण हो सके। आकाशगंगा.

इस प्रकार, यह माना जाना बाकी है कि अतिरिक्त गुरुत्वाकर्षण के साथ पर्याप्त मात्रा में काले पदार्थ की उपस्थिति से आकाशगंगाओं के विकास की दर तेज हो जाती है, जो इस प्रक्रिया को काफी तेज कर देती है।

डार्क मैटर क्या है?

केंद्रीय विचारों में से एक यह है कि काले पदार्थ में अभी तक अनदेखे उपपरमाण्विक कण होते हैं। ये किस प्रकार के कण हैं और इस भूमिका के लिए कौन आवेदन कर रहा है, ऐसे कई उम्मीदवार हैं।

यह माना जाता है कि फ़र्मियन परिवार के मूलभूत प्राथमिक कणों के पास दूसरे परिवार - बोसॉन के सुपरसिमेट्रिक साझेदार हैं। ऐसे कमजोर रूप से परस्पर क्रिया करने वाले बड़े कणों को WIMPs (या बस WIMPs) कहा जाता है। सबसे हल्का और सबसे स्थिर सुपरपार्टनर न्यूट्रिनो है। यह डार्क मैटर पदार्थों की भूमिका के लिए सबसे संभावित उम्मीदवार है।

फिलहाल, न्यूट्रलिनो या कम से कम एक समान या पूरी तरह से अलग डार्क मैटर कण प्राप्त करने के प्रयासों को सफलता नहीं मिली है। न्यूट्रलिनो के उत्पादन के लिए प्रसिद्ध और विभिन्न मूल्यांकन वाले लार्ज हैड्रॉन कोलाइडर में अल्ट्रा-हाई-एनर्जी टकरावों में परीक्षण किए गए थे। भविष्य में, इससे भी अधिक टकराव ऊर्जाओं के साथ प्रयोग किए जाएंगे, लेकिन यह गारंटी नहीं देता है कि कम से कम डार्क मैटर के कुछ मॉडल खोजे जाएंगे।

जैसा कि मैथ्यू मैकुलॉ (मैसाचुसेट्स इंस्टीट्यूट ऑफ टेक्नोलॉजी में सैद्धांतिक भौतिकी केंद्र के) कहते हैं प्रौद्योगिकी संस्थान) - "हमारी साधारण दुनिया जटिल है, यह एक ही प्रकार के कणों से नहीं बनी है, लेकिन क्या होगा अगर डार्क मैटर भी जटिल हो?" उनके सिद्धांत के अनुसार, डार्क मैटर काल्पनिक रूप से स्वयं के साथ बातचीत कर सकता है, लेकिन साथ ही सामान्य पदार्थ को अनदेखा कर सकता है। इसीलिए हम उस पर ध्यान नहीं दे पाते और किसी तरह उसकी उपस्थिति दर्ज नहीं करा पाते.

(विल्किंसन माइक्रोवेव अनिसोट्रॉपी प्रोब (डब्ल्यूएमएपी) द्वारा बनाया गया कॉस्मिक माइक्रोवेव बैकग्राउंड (सीएमबी) का मानचित्र)

हमारी आकाशगंगा में काले पदार्थ का एक विशाल पैमाने पर गोलाकार घूमने वाला बादल मिश्रित होता है छोटी मात्रासामान्य पदार्थ जो गुरुत्वाकर्षण द्वारा संकुचित होता है। यह ध्रुवों के बीच तेजी से होता है, भूमध्य रेखा क्षेत्र में उतना नहीं। परिणामस्वरूप, हमारी आकाशगंगा तारों की एक चपटी सर्पिल डिस्क का रूप धारण कर लेती है और काले पदार्थ के एक गोलाकार बादल में डूब जाती है।

डार्क मैटर के अस्तित्व के सिद्धांत

ब्रह्मांड में गायब द्रव्यमान की प्रकृति को समझाने के लिए, विभिन्न सिद्धांतों को सामने रखा गया है, एक तरह से या किसी अन्य, जो डार्क मैटर के अस्तित्व के बारे में बात करते हैं। उनमें से कुछ यहां हैं:

• ब्रह्मांड में सामान्य पता लगाने योग्य पदार्थ का गुरुत्वाकर्षण आकर्षण आकाशगंगाओं में तारों की अजीब गति की व्याख्या नहीं कर सकता है, जहां सर्पिल आकाशगंगाओं के बाहरी क्षेत्रों में तारे इतनी तेज़ी से घूमते हैं कि उन्हें बस अंतरतारकीय अंतरिक्ष में उड़ जाना चाहिए। यदि इसे रिकॉर्ड नहीं किया जा सकता तो उन्हें क्या रोक रहा है?
• मौजूदा डार्क मैटर ब्रह्मांड के सामान्य पदार्थ से 5.5 गुना अधिक है, और केवल इसका अतिरिक्त गुरुत्वाकर्षण ही सर्पिल आकाशगंगाओं में तारों की अस्वाभाविक गतिविधियों को समझा सकता है।
• संभावित डार्क मैटर कण WIMPs हैं, वे बड़े कणों के साथ कमजोर रूप से संपर्क कर रहे हैं और उपपरमाण्विक कणों के अतिभारी सुपरसिमेट्रिक भागीदार हैं। सिद्धांत रूप में, तीन से अधिक स्थानिक आयाम हैं जो हमारे लिए दुर्गम हैं। कठिनाई यह है कि जब कलुजा-क्लेन सिद्धांत के अनुसार अतिरिक्त आयाम हमारे लिए दुर्गम हो जाएं तो उन्हें कैसे पंजीकृत किया जाए।

क्या डार्क मैटर का पता लगाना संभव है?

भारी मात्रा में डार्क मैटर के कण पृथ्वी के माध्यम से उड़ते हैं, लेकिन चूंकि डार्क मैटर परस्पर क्रिया नहीं करता है, और यदि बातचीत होती भी है, तो यह सामान्य पदार्थ के साथ बेहद कमजोर, व्यावहारिक रूप से शून्य होती है, इसलिए अधिकांश प्रयोगों में कोई महत्वपूर्ण परिणाम प्राप्त नहीं हुए।

फिर भी, डार्क मैटर कण के प्रभाव को देखने की आशा में विभिन्न परमाणु नाभिकों (सिलिकॉन, क्सीनन, फ्लोरीन, आयोडीन और अन्य) की टक्कर से जुड़े प्रयोगों में डार्क मैटर की उपस्थिति दर्ज करने का प्रयास किया जा रहा है।

अमुंडसेन-स्कॉट स्टेशन पर न्यूट्रिनो खगोलीय वेधशाला में दिलचस्प नामआइसक्यूब सौर मंडल के बाहर पैदा हुए उच्च-ऊर्जा न्यूट्रिनो का पता लगाने के लिए अनुसंधान कर रहा है।

यहाँ पर दक्षिणी ध्रुवजहां बाहर का तापमान -80 डिग्री सेल्सियस तक है, बर्फ के नीचे 2.4 किमी की गहराई पर, उच्च परिशुद्धता वाले इलेक्ट्रॉनिक्स स्थापित किए गए हैं, जो सामान्य पदार्थ से परे होने वाली ब्रह्मांड की रहस्यमय प्रक्रियाओं को देखने की एक सतत प्रक्रिया प्रदान करते हैं। अब तक, ये केवल ब्रह्मांड के सबसे गहरे रहस्यों को जानने के करीब पहुंचने के प्रयास हैं, लेकिन पहले से ही कुछ सफलताएं मिली हैं, जैसे कि 28 न्यूट्रिनो की ऐतिहासिक खोज।

इसलिए। यह अविश्वसनीय रूप से दिलचस्प है कि ब्रह्मांड, जिसमें डार्क मैटर शामिल है, हमारे लिए दृश्यमान अध्ययन के लिए दुर्गम है, हमारे ब्रह्मांड की संरचना से कई गुना अधिक जटिल हो सकता है। या शायद डार्क मैटर का ब्रह्मांड हमसे काफी बेहतर है और यहीं पर सभी महत्वपूर्ण चीजें घटित होती हैं, जिनकी गूँज हम अपने सामान्य पदार्थ में देखने की कोशिश कर रहे हैं, लेकिन यह पहले से ही विज्ञान कथा के दायरे में जा रहा है।