પુસ્તક "ફેશન, ફેઈથ, ફેન્ટસી એન્ડ ધ ન્યૂ ફિઝિક્સ ઓફ ધ બ્રહ્માંડ"

હેલો, ખાબરો રહેવાસીઓ! શું મૂળભૂત વિજ્ઞાનમાં ફેશન, વિશ્વાસ અથવા કાલ્પનિક વિશે વાત કરવી શક્ય છે?

બ્રહ્માંડને માનવ ફેશનમાં રસ નથી. વિજ્ઞાનને વિશ્વાસ તરીકે અર્થઘટન કરી શકાતું નથી, કારણ કે વૈજ્ઞાનિક ધારણાઓ સતત સખત પ્રાયોગિક પરીક્ષણને આધિન હોય છે અને જલદી જ અંધવિશ્વાસ ઉદ્દેશ્ય વાસ્તવિકતા સાથે સંઘર્ષ કરવાનું શરૂ કરે છે ત્યારે તેને કાઢી નાખવામાં આવે છે. અને કાલ્પનિક સામાન્ય રીતે તથ્યો અને તર્ક બંનેની અવગણના કરે છે. તેમ છતાં, મહાન રોજર પેનરોઝ આ ઘટનાઓને સંપૂર્ણપણે નકારવા માંગતા નથી, કારણ કે વૈજ્ઞાનિક ફેશન એ પ્રગતિનું એન્જિન હોઈ શકે છે, જ્યારે કોઈ સિદ્ધાંત વાસ્તવિક પ્રયોગો દ્વારા પુષ્ટિ મળે છે ત્યારે વિશ્વાસ દેખાય છે, અને કાલ્પનિક ઉડાન વિના વ્યક્તિ આપણી બધી વિચિત્રતાઓને સમજી શકતો નથી. બ્રહ્માંડ.

"ફેશન" પ્રકરણમાં, તમે તાજેતરના દાયકાઓની સૌથી ફેશનેબલ થિયરી, સ્ટ્રિંગ થિયરી વિશે શીખી શકશો. "વિશ્વાસ" એ સિદ્ધાંતોને સમર્પિત છે જેના પર ક્વોન્ટમ મિકેનિક્સ છે. અને "ફૅન્ટેસી" એ બ્રહ્માંડની ઉત્પત્તિના સિદ્ધાંતો કરતાં ઓછી ચિંતા નથી.

3.4. બિગ બેંગ વિરોધાભાસ

ચાલો પહેલા અવલોકનોનો પ્રશ્ન ઉઠાવીએ. સમગ્ર અવલોકનક્ષમ બ્રહ્માંડ એક સમયે અત્યંત સંકુચિત અને અવિશ્વસનીય રીતે ગરમ સ્થિતિમાં હતું કે જે વિભાગ 3.1 માં પ્રસ્તુત બિગ બેંગ ચિત્ર સાથે સુસંગત હશે તેના કયા સીધા પુરાવા છે? સૌથી આકર્ષક પુરાવા કોસ્મિક માઇક્રોવેવ બેકગ્રાઉન્ડ રેડિયેશન (સીએમબી) છે, જેને ક્યારેક બિગ બેંગ કહેવામાં આવે છે. CMB કિરણોત્સર્ગ પ્રકાશ છે, પરંતુ ખૂબ લાંબી તરંગલંબાઇ સાથે, તેથી તેને તમારી આંખોથી જોવું સંપૂર્ણપણે અશક્ય છે. આ પ્રકાશ ચારે બાજુથી અત્યંત સમાનરૂપે (પરંતુ મોટે ભાગે અસંગત રીતે) આપણા પર રેડે છે. તે ~2,725 K તાપમાન સાથે થર્મલ રેડિયેશનનું પ્રતિનિધિત્વ કરે છે, એટલે કે, સંપૂર્ણ શૂન્યથી બે ડિગ્રીથી વધુ. એવું માનવામાં આવે છે કે અવલોકન કરાયેલ "ઝગમગાટ" એક અતિ ગરમ બ્રહ્માંડ (તે સમયે ~3000 K) બિગ બેંગના લગભગ 379 વર્ષ પછી - છેલ્લા સ્કેટરિંગના યુગ દરમિયાન, જ્યારે બ્રહ્માંડ પ્રથમ વખત ઇલેક્ટ્રોમેગ્નેટિક રેડિયેશન માટે પારદર્શક બન્યું હતું (જોકે) આ બિગ બેંગ દરમિયાન બિલકુલ બન્યું ન હતું). વિસ્ફોટ; આ ઘટના બ્રહ્માંડની કુલ ઉંમરના પ્રથમ 000/1 માં થાય છે - બિગ બેંગથી આજ સુધી). છેલ્લા છૂટાછવાયા યુગથી, આ પ્રકાશ તરંગોની લંબાઈ લગભગ એટલી જ વધી છે જેટલી બ્રહ્માંડ પોતે વિસ્તરી છે (લગભગ 40 ના પરિબળ દ્વારા), જેથી ઊર્જા ઘનતા એટલી જ ધરમૂળથી ઘટી છે. તેથી, CMB નું અવલોકન કરેલ તાપમાન માત્ર 000 K છે.

હકીકત એ છે કે આ કિરણોત્સર્ગ અનિવાર્યપણે અસંગત છે (એટલે ​​​​કે, થર્મલ) તેના આવર્તન સ્પેક્ટ્રમની પ્રકૃતિ દ્વારા પ્રભાવશાળી રીતે પુષ્ટિ થાય છે, જે ફિગમાં બતાવેલ છે. 3.13. દરેક ચોક્કસ આવર્તન પર રેડિયેશનની તીવ્રતા ગ્રાફ પર ઊભી રીતે લખવામાં આવે છે, અને આવર્તન ડાબેથી જમણે વધે છે. સતત વળાંક 2.2 K તાપમાન માટે વિભાગ 2,725 માં ચર્ચા કરાયેલા પ્લાન્ક બ્લેકબોડી સ્પેક્ટ્રમને અનુરૂપ છે. વળાંક પરના બિંદુઓ ચોક્કસ અવલોકનોનો ડેટા છે જેના માટે ભૂલ બાર પૂરા પાડવામાં આવે છે. તે જ સમયે, ભૂલ પટ્ટીઓ 500 ગણી વધી છે, કારણ કે અન્યથા તેઓ ધ્યાનમાં લેવાનું અશક્ય હશે, જમણી બાજુએ પણ, જ્યાં ભૂલો તેમની મહત્તમ પહોંચે છે. સૈદ્ધાંતિક વળાંક અને નિરીક્ષણ પરિણામો વચ્ચેનો કરાર ફક્ત નોંધપાત્ર છે-કદાચ પ્રકૃતિમાં જોવા મળતા થર્મલ સ્પેક્ટ્રમ સાથેનો શ્રેષ્ઠ કરાર.

જો કે, આ સંયોગ શું સૂચવે છે? હકીકત એ છે કે અમે એવી સ્થિતિ પર વિચાર કરી રહ્યા છીએ જે દેખીતી રીતે, થર્મોડાયનેમિક સંતુલનની ખૂબ નજીક હતી (જેના કારણે અગાઉ અસંગત શબ્દનો ઉપયોગ કરવામાં આવ્યો હતો). પરંતુ એ હકીકત પરથી શું નિષ્કર્ષ આવે છે કે નવું બનેલું બ્રહ્માંડ થર્મોડાયનેમિક સંતુલનની ખૂબ નજીક હતું? ચાલો ફિગ પર પાછા ફરીએ. કલમ 3.12 માંથી 3.3. સૌથી વધુ વ્યાપક બરછટ-દાણાવાળો પ્રદેશ (વ્યાખ્યા પ્રમાણે) આવા અન્ય પ્રદેશો કરતા ઘણો મોટો હશે, અને સામાન્ય રીતે અન્યની તુલનામાં એટલો મોટો હશે કે તે બધાને મોટા પ્રમાણમાં વામન કરશે! થર્મોડાયનેમિક સંતુલન મેક્રોસ્કોપિક સ્થિતિને અનુરૂપ છે, જેમાં, સંભવતઃ, કોઈપણ સિસ્ટમ વહેલા કે પછી આવશે. કેટલીકવાર તેને બ્રહ્માંડનું થર્મલ મૃત્યુ કહેવામાં આવે છે, પરંતુ આ કિસ્સામાં, વિચિત્ર રીતે, આપણે બ્રહ્માંડના થર્મલ જન્મ વિશે વાત કરવી જોઈએ. પરિસ્થિતિ એ હકીકત દ્વારા જટિલ છે કે નવજાત બ્રહ્માંડ ઝડપથી વિસ્તરી રહ્યું હતું, તેથી આપણે જે સ્થિતિ પર વિચાર કરી રહ્યા છીએ તે ખરેખર અસંતુલન છે. તેમ છતાં, આ કિસ્સામાં વિસ્તરણ અનિવાર્યપણે એડિબેટિક ગણી શકાય - આ બિંદુને 1934 માં ટોલમેન દ્વારા સંપૂર્ણપણે પ્રશંસા કરવામાં આવી હતી [ટોલમેન, 1934]. આનો અર્થ એ છે કે વિસ્તરણ દરમિયાન એન્ટ્રોપી મૂલ્ય બદલાયું નથી. (આના જેવી જ પરિસ્થિતિ, જ્યારે એડિયાબેટિક વિસ્તરણને કારણે થર્મોડાયનેમિક સંતુલન જાળવવામાં આવે છે, ત્યારે તબક્કા અવકાશમાં બરછટ-દાણાવાળા પાર્ટીશન સાથે સમાન-વોલ્યુમ પ્રદેશોના સમૂહ તરીકે વર્ણવી શકાય છે, જે બ્રહ્માંડના ચોક્કસ વોલ્યુમોમાં જ એકબીજાથી અલગ પડે છે. અમે ધારી શકીએ છીએ કે આ પ્રાથમિક સ્થિતિ મહત્તમ એન્ટ્રોપી દ્વારા વર્ગીકૃત કરવામાં આવી હતી - વિસ્તરણ હોવા છતાં!).

દેખીતી રીતે, આપણે એક અસાધારણ વિરોધાભાસનો સામનો કરી રહ્યા છીએ. વિભાગ 3.3 માં પ્રસ્તુત દલીલો અનુસાર, બીજા કાયદામાં બિગ બેંગ અત્યંત નીચી એન્ટ્રોપી સાથે મેક્રોસ્કોપિક સ્થિતિ હોવી જરૂરી છે (અને, સૈદ્ધાંતિક રીતે, દ્વારા સમજાવાયેલ છે). જો કે, CMB અવલોકનો સૂચવે છે કે બિગ બેંગની મેક્રોસ્કોપિક સ્થિતિ પ્રચંડ એન્ટ્રોપી દ્વારા વર્ગીકૃત કરવામાં આવી હતી, કદાચ મહત્તમ શક્ય પણ. આપણે આટલું ગંભીર ખોટું ક્યાં જઈએ છીએ?

આ વિરોધાભાસ માટે અહીં એક સામાન્ય સમજૂતી છે: એવું માનવામાં આવે છે કે, નવજાત બ્રહ્માંડ ખૂબ "નાનું" હોવાથી, મહત્તમ એન્ટ્રોપીની અમુક મર્યાદા હોઈ શકે છે, અને થર્મોડાયનેમિક સંતુલનની સ્થિતિ, જે દેખીતી રીતે તે સમયે જાળવવામાં આવી હતી, તે હતી. તે સમયે ફક્ત મર્યાદા સ્તરની એન્ટ્રોપી શક્ય છે. જો કે, આ ખોટો જવાબ છે. આવા ચિત્ર સંપૂર્ણપણે અલગ પરિસ્થિતિને અનુરૂપ હોઈ શકે છે, જેમાં બ્રહ્માંડનું કદ અમુક બાહ્ય અવરોધ પર આધારિત હશે, ઉદાહરણ તરીકે, સીલબંધ પિસ્ટન સાથેના સિલિન્ડરમાં રહેલા ગેસના કિસ્સામાં. આ કિસ્સામાં, પિસ્ટન દબાણ કેટલાક બાહ્ય મિકેનિઝમ દ્વારા પ્રદાન કરવામાં આવે છે, જે ઊર્જાના બાહ્ય સ્ત્રોત (અથવા આઉટલેટ) થી સજ્જ છે. પરંતુ આ પરિસ્થિતિ સમગ્ર બ્રહ્માંડને લાગુ પડતી નથી, જેની ભૂમિતિ અને ઉર્જા, તેમજ તેનું "એકંદર કદ" ફક્ત આંતરિક માળખું દ્વારા નક્કી કરવામાં આવે છે અને આઈન્સ્ટાઈનના સાપેક્ષતાના સામાન્ય સિદ્ધાંતના ગતિશીલ સમીકરણો દ્વારા સંચાલિત થાય છે. પદાર્થની સ્થિતિનું વર્ણન કરતા સમીકરણો; વિભાગ 3.1 અને 3.2 જુઓ). આવી પરિસ્થિતિઓમાં (જ્યારે સમયની દિશાના સંદર્ભમાં સમીકરણો સંપૂર્ણપણે નિર્ણાયક અને અપરિવર્તનશીલ હોય છે - વિભાગ 3.3 જુઓ), તબક્કાની જગ્યાનું કુલ વોલ્યુમ સમય સાથે બદલાઈ શકતું નથી. એવું માનવામાં આવે છે કે તબક્કાની જગ્યા P પોતે "વિકસિત" ન હોવી જોઈએ! તમામ ઉત્ક્રાંતિને ખાલી જગ્યા P માં વળાંક Cના સ્થાન દ્વારા વર્ણવવામાં આવે છે અને આ કિસ્સામાં બ્રહ્માંડની સંપૂર્ણ ઉત્ક્રાંતિનું પ્રતિનિધિત્વ કરે છે (વિભાગ 3.3 જુઓ).

કદાચ સમસ્યા વધુ સ્પષ્ટ થઈ જશે જો આપણે બ્રહ્માંડના પતન પછીના તબક્કાને ધ્યાનમાં લઈશું, જ્યારે તે મોટા ક્રેશની નજીક આવી રહ્યું છે. Fig માં બતાવેલ K > 0, Λ = 0 માટે ફ્રીડમેન મોડલ યાદ કરો. કલમ 3.2 માં 3.1a. અમે હવે માનીએ છીએ કે આ મોડેલમાં વિક્ષેપ દ્રવ્યના અનિયમિત વિતરણથી ઉદ્ભવે છે, અને કેટલાક ભાગોમાં પહેલાથી જ સ્થાનિક પતન થઈ ચૂક્યું છે, જે બ્લેક હોલને તેમની જગ્યાએ છોડી દે છે. પછી આપણે માની લેવું જોઈએ કે આ પછી કેટલાક બ્લેક હોલ એકબીજા સાથે ભળી જશે અને અંતિમ એકલતામાં પતન એ એક અત્યંત જટિલ પ્રક્રિયા હશે, જેમાં આદર્શ ગોળાકાર સપ્રમાણ ફ્રિડમેનના સખત સપ્રમાણ મોટા ક્રેશ સાથે લગભગ કંઈપણ સામ્ય નથી. ફિગમાં પ્રસ્તુત મોડેલ. 3.6 એ. તેનાથી વિપરિત, ગુણાત્મક દ્રષ્ટિએ, પતનની સ્થિતિ ફિગમાં બતાવેલ પ્રચંડ ગડબડની વધુ યાદ અપાવે છે. 3.14 એ; પરિણામી એકલતા કે જે આ કિસ્સામાં ઉદ્દભવે છે તે અમુક અંશે કલમ 3.2 ના અંતમાં ઉલ્લેખિત BCLM પૂર્વધારણા સાથે સુસંગત હોઈ શકે છે. બ્રહ્માંડ પાછું સંકોચાઈને નાના કદમાં આવી જશે તો પણ અંતિમ પતન અવસ્થામાં અકલ્પનીય એન્ટ્રોપી હશે. જો કે આ ચોક્કસ (અવકાશી રીતે બંધ) ફ્રિડમેન મોડલને રિકોલેપ્સિંગ હાલમાં આપણા પોતાના બ્રહ્માંડનું બુદ્ધિગમ્ય પ્રતિનિધિત્વ માનવામાં આવતું નથી, તે જ વિચારણા અન્ય ફ્રિડમેન મોડલને લાગુ પડે છે, કોસ્મોલોજિકલ કોન્સ્ટન્ટ સાથે અથવા તેના વગર. દ્રવ્યના અસમાન વિતરણને કારણે સમાન વિક્ષેપ અનુભવતા આવા કોઈપણ મોડેલનું તૂટી પડતું સંસ્કરણ ફરીથી એક સર્વગ્રાહી અરાજકતામાં ફેરવાઈ જવું જોઈએ, બ્લેક હોલ (ફિગ. 3.14 b) જેવી એકલતા. આ દરેક અવસ્થામાં સમયને ઉલટાવીને, અમે સંભવિત પ્રારંભિક એકલતા (સંભવિત બિગ બેંગ) સુધી પહોંચીશું, જે તે મુજબ, પ્રચંડ એન્ટ્રોપી ધરાવે છે, જે એન્ટ્રોપીની "સીલિંગ" (ફિગ. 3.14 c) વિશે અહીં કરવામાં આવેલી ધારણાનો વિરોધાભાસ કરે છે.

અહીં મારે વૈકલ્પિક શક્યતાઓ તરફ આગળ વધવું જોઈએ જે ક્યારેક ધ્યાનમાં લેવામાં આવે છે. કેટલાક સિદ્ધાંતવાદીઓ સૂચવે છે કે બીજા નિયમને કોઈક રીતે આવા પતન થતા મોડેલોમાં પોતાને ઉલટાવી જ જોઈએ, જેથી બ્રહ્માંડની કુલ એન્ટ્રોપી ક્રમશઃ નાની (મહત્તમ વિસ્તરણ પછી) જેમ જેમ બિગ ક્રેશ નજીક આવે તેમ તેમ ક્રમશઃ નાની થતી જશે. જો કે, બ્લેક હોલની હાજરીમાં આવા ચિત્રની કલ્પના કરવી ખાસ કરીને મુશ્કેલ છે, જે એકવાર બની જાય પછી, એન્ટ્રોપી (જે ઘટના ક્ષિતિજની નજીક શૂન્ય શંકુના સ્થાનમાં સમયની અસમપ્રમાણતા સાથે સંકળાયેલ છે) વધારવા માટે કામ કરવાનું શરૂ કરશે. જુઓ ફિગ. 3.9). આ દૂરના ભવિષ્યમાં ચાલુ રહેશે - ઓછામાં ઓછું હોકિંગ મિકેનિઝમના પ્રભાવ હેઠળ બ્લેક હોલ બાષ્પીભવન થાય ત્યાં સુધી (વિભાગ 3.7 અને 4.3 જુઓ). કોઈ પણ સંજોગોમાં, આ શક્યતા અહીં પ્રસ્તુત દલીલોને અમાન્ય કરતી નથી. એક બીજી મહત્વની સમસ્યા છે જે આવા જટિલ પતન મોડલ્સ સાથે સંકળાયેલી છે અને જેના વિશે વાચકોએ પોતે વિચાર્યું હશે: બ્લેક હોલની એકલતા એકસાથે ઊભી થતી નથી, તેથી જ્યારે આપણે સમયને રિવર્સ કરીશું, ત્યારે આપણને બિગ બેંગ નહીં મળે, જે "બધું અને તરત જ" થાય છે. જો કે, મજબૂત કોસ્મિક સેન્સરશીપ [પેનરોઝ, 1998a; PkR, કલમ 28.8], જે મુજબ, સામાન્ય કિસ્સામાં, આવી એકલતા અવકાશ જેવી હશે (વિભાગ 1.7), અને તેથી તેને એક વખતની ઘટના ગણી શકાય. તદુપરાંત, મજબૂત કોસ્મિક સેન્સરશીપ પૂર્વધારણાની માન્યતાના પ્રશ્નને ધ્યાનમાં લીધા વિના, ઘણા ઉકેલો જાણીતા છે જે આ સ્થિતિને સંતોષે છે, અને આવા તમામ વિકલ્પો (જ્યારે વિસ્તૃત થાય છે) પ્રમાણમાં ઊંચા એન્ટ્રોપી મૂલ્યો ધરાવશે. આ અમારા તારણોની માન્યતા વિશેની ચિંતાઓને મોટા પ્રમાણમાં ઘટાડે છે.

તદનુસાર, અમને એવા પુરાવા મળ્યા નથી કે, બ્રહ્માંડના નાના અવકાશી પરિમાણોને જોતાં, શક્ય એન્ટ્રોપીની ચોક્કસ "નીચી ટોચમર્યાદા" હોવી આવશ્યક છે. સૈદ્ધાંતિક રીતે, બ્લેક હોલના સ્વરૂપમાં દ્રવ્યનું સંચય અને "બ્લેક હોલ" એકલતાનું એક એકવચન અરાજકતામાં વિલીનીકરણ એ એક પ્રક્રિયા છે જે બીજા નિયમ સાથે સંપૂર્ણ રીતે સુસંગત છે, અને આ અંતિમ પ્રક્રિયામાં ભારે વધારો થવો જોઈએ. એન્ટ્રોપીમાં. બ્રહ્માંડની અંતિમ સ્થિતિ, ભૌમિતિક ધોરણો દ્વારા "નાની", અકલ્પનીય એન્ટ્રોપી હોઈ શકે છે, જે આવા પતન થતા બ્રહ્માંડ સંબંધી મોડલના પ્રમાણમાં પ્રારંભિક તબક્કા કરતા ઘણી વધારે છે અને અવકાશી લઘુચિત્ર પોતે મહત્તમ મૂલ્ય માટે "સીલિંગ" સેટ કરતું નથી. એન્ટ્રોપીની, જો કે આવી "સીલિંગ" (જ્યારે સમયના પ્રવાહને ઉલટાવી રહી છે) એ સમજાવી શકે છે કે મહાવિસ્ફોટ દરમિયાન એન્ટ્રોપી શા માટે અત્યંત ઓછી હતી. હકીકતમાં, આવા ચિત્ર (ફિગ. 3.14 a, b), જે સામાન્ય રીતે બ્રહ્માંડના પતનનું પ્રતિનિધિત્વ કરે છે, તે વિરોધાભાસનો ઉકેલ સૂચવે છે: શા માટે બિગ બેંગ દરમિયાન અસાધારણ રીતે ઓછી એન્ટ્રોપી હતી તેની સરખામણીમાં, હકીકત એ છે કે વિસ્ફોટ ગરમ હતો (અને આવા રાજ્યમાં મહત્તમ એન્ટ્રોપી હોવી જોઈએ). જવાબ એ છે કે જો અવકાશી એકરૂપતામાંથી મોટા વિચલનોને મંજૂરી આપવામાં આવે તો એન્ટ્રોપી ધરમૂળથી વધી શકે છે, અને આ પ્રકારનો સૌથી મોટો વધારો બ્લેક હોલના ઉદ્ભવને કારણે થતી અનિયમિતતા સાથે સંકળાયેલ છે. પરિણામે, અવકાશી રૂપે સજાતીય બિગ બેંગ ખરેખર, પ્રમાણમાં કહીએ તો, અવિશ્વસનીય રીતે ઓછી એન્ટ્રોપી ધરાવી શકે છે, તે હકીકત હોવા છતાં કે તેના સમાવિષ્ટો અતિ ગરમ હતા.

બિગ બેંગ ખરેખર તદ્દન અવકાશી રૂપે સજાતીય, FLRU મોડેલની ભૂમિતિ સાથે સુસંગત (પરંતુ ફિગ 3.14c માં દર્શાવવામાં આવેલ અવ્યવસ્થિત એકલતાના વધુ સામાન્ય કેસ સાથે સુસંગત નથી) હોવાના પુરાવાના સૌથી આકર્ષક ટુકડાઓમાંનો એક ફરીથી આવે છે. RI માંથી, પરંતુ આ વખતે તેની થર્મોડાયનેમિક પ્રકૃતિને બદલે તેની કોણીય એકરૂપતા સાથે. આ એકરૂપતા એ હકીકતમાં પ્રગટ થાય છે કે આકાશમાં કોઈપણ બિંદુએ RI નું તાપમાન વ્યવહારીક રીતે સમાન હોય છે, અને એકરૂપતામાંથી વિચલનો 10-5 કરતા વધુ હોતા નથી (આજુબાજુના પદાર્થો દ્વારા આપણી હિલચાલ સાથે સંકળાયેલ નાના ડોપ્લર અસર માટે સમાયોજિત થાય છે. ). વધુમાં, તારાવિશ્વો અને અન્ય પદાર્થોના વિતરણમાં લગભગ સાર્વત્રિક એકરૂપતા છે; આમ, એકદમ મોટા સ્કેલ પર બેરીયોન્સનું વિતરણ (વિભાગ 1.3 જુઓ) નોંધપાત્ર એકરૂપતા દ્વારા વર્ગીકૃત થયેલ છે, જો કે ત્યાં નોંધપાત્ર વિસંગતતાઓ છે, ખાસ કરીને કહેવાતા વોઇડ્સ, જ્યાં દૃશ્યમાન પદાર્થની ઘનતા સરેરાશ કરતા ધરમૂળથી ઓછી છે. સામાન્ય રીતે, એવી દલીલ કરી શકાય છે કે આપણે જે બ્રહ્માંડ જોઈએ છીએ તેના ભૂતકાળમાં એકરૂપતા વધુ છે, અને RI એ પદાર્થના વિતરણનો સૌથી જૂનો પુરાવો છે જેને આપણે સીધું અવલોકન કરી શકીએ છીએ.

આ ચિત્ર એ દૃષ્ટિકોણ સાથે સુસંગત છે કે તેના વિકાસના પ્રારંભિક તબક્કામાં બ્રહ્માંડ ખરેખર અત્યંત એકરૂપ હતું, પરંતુ સહેજ અનિયમિત ઘનતા સાથે. સમય જતાં (અને વિવિધ પ્રકારના "ઘર્ષણ" ના પ્રભાવ હેઠળ - પ્રક્રિયાઓ જે સંબંધિત હલનચલનને ધીમું કરે છે), આ ઘનતા અનિયમિતતા ગુરુત્વાકર્ષણના પ્રભાવ હેઠળ તીવ્ર બને છે, જે પદાર્થના ધીમે ધીમે ક્લમ્પિંગના વિચાર સાથે સુસંગત છે. સમય જતાં, ક્લમ્પિંગ વધે છે, પરિણામે તારાઓની રચના થાય છે; તેઓ તારાવિશ્વોમાં જૂથબદ્ધ થાય છે, જેમાંથી દરેક કેન્દ્રમાં એક વિશાળ બ્લેક હોલ વિકસાવે છે. આખરે, આ ક્લમ્પિંગ ગુરુત્વાકર્ષણની અનિવાર્ય અસરને કારણે છે. આવી પ્રક્રિયાઓ ખરેખર એન્ટ્રોપીમાં મજબૂત વધારા સાથે સંકળાયેલી છે અને દર્શાવે છે કે, ગુરુત્વાકર્ષણને ધ્યાનમાં લેતા, તે આદિકાળનો ચમકતો દડો, જેમાંથી આજે માત્ર RI બાકી છે, તે મહત્તમ એન્ટ્રોપીથી દૂર હોઈ શકે છે. આ બોલની થર્મલ પ્રકૃતિ, ફિગમાં બતાવેલ પ્લાન્ક સ્પેક્ટ્રમ દ્વારા પુરાવા તરીકે. 3.13, ફક્ત આ જ કહે છે: જો આપણે બ્રહ્માંડને (છેલ્લા સ્કેટરિંગના યુગમાં) માત્ર એક સિસ્ટમ તરીકે ધ્યાનમાં લઈએ જેમાં પદાર્થ અને ઊર્જા એકબીજા સાથે ક્રિયાપ્રતિક્રિયા કરે છે, તો આપણે માની શકીએ કે તે વાસ્તવમાં થર્મોડાયનેમિક સંતુલનમાં હતું. જો કે, જો આપણે ગુરુત્વાકર્ષણ પ્રભાવોને પણ ધ્યાનમાં લઈએ, તો ચિત્ર નાટકીય રીતે બદલાય છે.

જો આપણે કલ્પના કરીએ કે, ઉદાહરણ તરીકે, સીલબંધ કન્ટેનરમાં ગેસ, તો એવું માનવું સ્વાભાવિક છે કે જ્યારે તે સમગ્ર કન્ટેનરમાં સમાનરૂપે વિતરિત કરવામાં આવે ત્યારે તે મેક્રોસ્કોપિક સ્થિતિમાં તેની મહત્તમ એન્ટ્રોપી સુધી પહોંચશે (ફિગ. 3.15 a). આ સંદર્ભમાં, તે ગરમ બોલ જેવું લાગશે જેણે RI જનરેટ કર્યું છે, જે સમગ્ર આકાશમાં સમાનરૂપે વિતરિત થાય છે. જો કે, જો તમે ગેસના અણુઓને ગુરુત્વાકર્ષણ દ્વારા એકબીજા સાથે જોડાયેલા શરીરની વિશાળ સિસ્ટમ સાથે બદલો, ઉદાહરણ તરીકે, વ્યક્તિગત તારા, તો તમને સંપૂર્ણપણે અલગ ચિત્ર મળે છે (ફિગ. 3.15 b). ગુરુત્વાકર્ષણની અસરોને લીધે, તારાઓ ક્લસ્ટરના રૂપમાં અસમાન રીતે વિતરિત થશે. આખરે, જ્યારે અસંખ્ય તારાઓ પડી ભાંગશે અથવા બ્લેક હોલમાં ભળી જશે ત્યારે સૌથી મોટી એન્ટ્રોપી પ્રાપ્ત થશે. જો કે આ પ્રક્રિયામાં લાંબો સમય લાગી શકે છે (જોકે તે તારાઓ વચ્ચેના વાયુની હાજરીને કારણે ઘર્ષણ દ્વારા સગવડ કરવામાં આવશે), આપણે જોશું કે આખરે, જ્યારે ગુરુત્વાકર્ષણનું વર્ચસ્વ હોય છે, ત્યારે એન્ટ્રોપી વધારે હોય છે, સિસ્ટમમાં પદાર્થનું વિતરણ ઓછું સમાનરૂપે થાય છે. .

આવી અસરો રોજિંદા અનુભવના સ્તરે પણ શોધી શકાય છે. કોઈ પૂછી શકે છે: પૃથ્વી પર જીવન જાળવવામાં બીજા કાયદાની ભૂમિકા શું છે? તમે વારંવાર સાંભળી શકો છો કે આપણે આ ગ્રહ પર જીવીએ છીએ તે સૂર્યમાંથી મળેલી ઊર્જાને આભારી છે. પરંતુ જો આપણે પૃથ્વીને એકંદરે ધ્યાનમાં લઈએ તો આ સંપૂર્ણ રીતે સાચું નિવેદન નથી, કારણ કે દિવસ દરમિયાન પૃથ્વી દ્વારા પ્રાપ્ત થતી લગભગ બધી ઊર્જા ટૂંક સમયમાં જ ફરીથી અવકાશમાં, કાળી રાત્રિના આકાશમાં બાષ્પીભવન થાય છે. (અલબત્ત, ચોક્કસ સંતુલન ગ્લોબલ વોર્મિંગ અને કિરણોત્સર્ગી સડોને કારણે ગ્રહના ગરમ થવા જેવા પરિબળો દ્વારા સહેજ ગોઠવવામાં આવશે.) નહિંતર, પૃથ્વી ફક્ત વધુને વધુ ગરમ થઈ જશે અને થોડા દિવસોમાં નિર્જન બની જશે! જો કે, સૂર્યમાંથી સીધા મેળવેલા ફોટોન પ્રમાણમાં ઊંચી આવર્તન ધરાવે છે (તેઓ સ્પેક્ટ્રમના પીળા ભાગમાં કેન્દ્રિત હોય છે), અને પૃથ્વી અવકાશમાં ઇન્ફ્રારેડ સ્પેક્ટ્રમમાં ઘણી ઓછી આવર્તનવાળા ફોટોનનું ઉત્સર્જન કરે છે. પ્લાન્કના સૂત્ર (E = hν, વિભાગ 2.2 જુઓ) મુજબ, સૂર્યમાંથી આવતા દરેક ફોટોન વ્યક્તિગત રીતે અવકાશમાં ઉત્સર્જિત થતા ફોટોન કરતાં ઘણી ઊંચી ઉર્જા ધરાવે છે, તેથી, સંતુલન હાંસલ કરવા માટે, ઘણા વધુ ફોટોન પહોંચવા કરતાં પૃથ્વી છોડે છે ( જુઓ ફિગ. 3.16). જો ઓછા ફોટોન આવે છે, તો આવનારી ઊર્જામાં સ્વતંત્રતાની ઓછી ડિગ્રી હશે અને આઉટગોઇંગ ઊર્જા વધુ હશે, અને તેથી, બોલ્ટ્ઝમેનના સૂત્ર (S = k log V) મુજબ, ઇનકમિંગ ફોટોન આઉટગોઇંગ કરતા ઘણી ઓછી એન્ટ્રોપી ધરાવશે. . અમે છોડમાં રહેલી ઓછી એન્ટ્રોપી ઉર્જાનો ઉપયોગ આપણી પોતાની એન્ટ્રોપી ઘટાડવા માટે કરીએ છીએ: આપણે છોડ અથવા શાકાહારીઓ ખાઈએ છીએ. આ રીતે પૃથ્વી પર જીવન ટકી રહે છે અને ખીલે છે. (દેખીતી રીતે, આ વિચારો સૌપ્રથમ સ્પષ્ટપણે 1967માં એર્વિન શ્રોડિન્ગર દ્વારા ઘડવામાં આવ્યા હતા, જ્યારે તેમણે તેમનું ક્રાંતિકારી પુસ્તક Life as It Is [Schrödinger, 2012] લખ્યું હતું).

આ નીચા-એન્ટ્રોપી સંતુલન વિશેની સૌથી મહત્વપૂર્ણ હકીકત આ છે: સૂર્ય સંપૂર્ણપણે અંધકારમય આકાશમાં ગરમ ​​સ્થળ છે. પરંતુ આવી પરિસ્થિતિઓ કેવી રીતે ઊભી થઈ? ઘણી જટિલ પ્રક્રિયાઓએ ભૂમિકા ભજવી હતી, જેમાં થર્મોન્યુક્લિયર પ્રતિક્રિયાઓ વગેરેનો સમાવેશ થાય છે, પરંતુ સૌથી મહત્વની બાબત એ છે કે સૂર્ય બિલકુલ અસ્તિત્વમાં છે. અને તે ઉદભવ્યું કારણ કે સૌર દ્રવ્ય (જેમ કે અન્ય તારાઓ બનાવે છે) ગુરુત્વાકર્ષણની પ્રક્રિયા દ્વારા વિકસિત થયું હતું, અને તે બધું ગેસ અને શ્યામ દ્રવ્યના પ્રમાણમાં સમાન વિતરણ સાથે શરૂ થયું હતું.

અહીં આપણે શ્યામ પદાર્થ તરીકે ઓળખાતા રહસ્યમય પદાર્થનો ઉલ્લેખ કરવાની જરૂર છે, જે દેખીતી રીતે બ્રહ્માંડની 85% સામગ્રી (નોન-Λ) બનાવે છે, પરંતુ તે માત્ર ગુરુત્વાકર્ષણ ક્રિયાપ્રતિક્રિયા દ્વારા જ શોધી શકાય છે, અને તેની રચના અજ્ઞાત છે. આજે આપણે કુલ દળનો અંદાજ લગાવતી વખતે આ બાબતને ધ્યાનમાં લઈએ છીએ, જે અમુક સંખ્યાત્મક જથ્થાની ગણતરી કરતી વખતે જરૂરી છે (વિભાગ 3.6, 3.7, 3.9 જુઓ અને વધુ મહત્વની સૈદ્ધાંતિક ભૂમિકા માટે ડાર્ક મેટર શું ભજવી શકે છે, વિભાગ 4.3 જુઓ). શ્યામ પદાર્થના મુદ્દાને ધ્યાનમાં લીધા વિના, આપણે જોઈએ છીએ કે દ્રવ્યના મૂળ સમાન વિતરણની ઓછી-એન્ટ્રોપી પ્રકૃતિ આપણા જીવન માટે કેટલી મહત્વપૂર્ણ સાબિત થઈ છે. આપણું અસ્તિત્વ, જેમ આપણે સમજીએ છીએ, નીચા-એન્ટ્રોપી ગુરુત્વાકર્ષણ અનામત પર આધાર રાખે છે જે પદાર્થના પ્રારંભિક સમાન વિતરણની લાક્ષણિકતા છે.

અહીં આપણે બિગ બેંગના એક અદ્ભુત-વાસ્તવમાં, વિચિત્ર-પાસા પર આવીએ છીએ. રહસ્ય માત્ર તે કેવી રીતે બન્યું તેમાં જ નથી, પણ એ હકીકતમાં પણ છે કે તે અત્યંત નીચી એન્ટ્રોપી ઘટના હતી. તદુપરાંત, જે નોંધપાત્ર છે તે આ સંજોગોમાં એટલું વધારે નથી કારણ કે હકીકત એ છે કે એન્ટ્રોપી માત્ર એક ચોક્કસ સંદર્ભમાં ઓછી હતી, એટલે કે: સ્વતંત્રતાની ગુરુત્વાકર્ષણ ડિગ્રી, કેટલાક કારણોસર, સંપૂર્ણપણે દબાવી દેવામાં આવી હતી. આ દ્રવ્યની સ્વતંત્રતા અને (ઇલેક્ટ્રોમેગ્નેટિક) રેડિયેશનની ડિગ્રીથી તદ્દન વિપરીત છે, કારણ કે તેઓ મહત્તમ એન્ટ્રોપી સાથે ગરમ સ્થિતિમાં મહત્તમ ઉત્તેજિત દેખાયા હતા. મારા મતે, આ કદાચ સૌથી ઊંડો કોસ્મોલોજિકલ રહસ્ય છે, અને કેટલાક કારણોસર તે હજુ પણ ઓછો અંદાજ છે!

બિગ બેંગની સ્થિતિ કેટલી વિશેષ હતી અને ગુરુત્વાકર્ષણની પ્રક્રિયામાં કઈ એન્ટ્રોપી ઊભી થઈ શકે છે તેના પર વધુ વિગતમાં રહેવું જરૂરી છે. તદનુસાર, તમારે સૌપ્રથમ એ સમજવાની જરૂર છે કે બ્લેક હોલમાં ખરેખર કઈ અતુલ્ય એન્ટ્રોપી સહજ છે (ફિગ 3.15 b જુઓ). અમે વિભાગ 3.6 માં આ મુદ્દાની ચર્ચા કરીશું. પરંતુ હમણાં માટે, ચાલો નીચેની સાથે સંબંધિત બીજી સમસ્યા તરફ વળીએ, તદ્દન સંભવિત સંભાવના: છેવટે, બ્રહ્માંડ વાસ્તવમાં અવકાશી રીતે અનંત બની શકે છે (કે સાથે FLRU મોડલ્સના કિસ્સામાં 0, વિભાગ 3.1 જુઓ) અથવા ઓછામાં ઓછા મોટા ભાગના બ્રહ્માંડ સીધા અવલોકનક્ષમ ન હોઈ શકે. તદનુસાર, અમે કોસ્મોલોજિકલ ક્ષિતિજની સમસ્યાનો સંપર્ક કરીએ છીએ, જેની ચર્ચા આપણે આગળના વિભાગમાં કરીશું.

» પુસ્તક વિશે વધુ માહિતી માટે, કૃપા કરીને મુલાકાત લો પ્રકાશકની વેબસાઇટ
» સમાવિષ્ટોનું કોષ્ટક
» અવતરણ

Khabrozhiteli માટે કૂપન પર 25% ડિસ્કાઉન્ટ - નવું વિજ્ઞાન

પુસ્તકના પેપર વર્ઝનની ચૂકવણી કર્યા પછી, ઈ-મેલ પર ઈ-બુક મોકલવામાં આવે છે.

સોર્સ: www.habr.com