पुस्तक "फैशन, फेथ, फैंटेसी एंड द न्यू फिजिक्स ऑफ द यूनिवर्स"

नमस्कार, खाब्रो निवासियों! क्या मौलिक विज्ञान में फैशन, आस्था या कल्पना के बारे में बात करना संभव है?

ब्रह्मांड को मानव फैशन में कोई दिलचस्पी नहीं है। विज्ञान की व्याख्या आस्था के रूप में नहीं की जा सकती, क्योंकि वैज्ञानिक अभिधारणाओं को लगातार सख्त प्रयोगात्मक परीक्षण के अधीन किया जाता है और जैसे ही हठधर्मिता वस्तुनिष्ठ वास्तविकता के साथ संघर्ष करना शुरू कर देती है, उन्हें खारिज कर दिया जाता है। और फंतासी आम तौर पर तथ्यों और तर्क दोनों की उपेक्षा करती है। फिर भी, महान रोजर पेनरोज़ इन घटनाओं को पूरी तरह से अस्वीकार नहीं करना चाहते हैं, क्योंकि वैज्ञानिक फैशन प्रगति का इंजन हो सकता है, विश्वास तब प्रकट होता है जब किसी सिद्धांत की वास्तविक प्रयोगों द्वारा पुष्टि की जाती है, और कल्पना की उड़ान के बिना कोई भी हमारी सभी विषमताओं को नहीं समझ सकता है। ब्रह्मांड।

"फ़ैशन" अध्याय में, आप स्ट्रिंग सिद्धांत के बारे में जानेंगे, जो हाल के दशकों का सबसे फैशनेबल सिद्धांत है। "विश्वास" उन सिद्धांतों को समर्पित है जिन पर क्वांटम यांत्रिकी कायम है। और "फैंटेसी" का संबंध हमारे द्वारा ज्ञात ब्रह्मांड की उत्पत्ति के सिद्धांतों से कम नहीं है।

3.4. बिग बैंग विरोधाभास

आइए सबसे पहले अवलोकन का प्रश्न उठाएं। इस बात का क्या प्रत्यक्ष प्रमाण है कि संपूर्ण अवलोकन योग्य ब्रह्मांड एक समय अत्यंत संकुचित और अविश्वसनीय रूप से गर्म अवस्था में था जो धारा 3.1 में प्रस्तुत बिग बैंग चित्र के अनुरूप होगा? सबसे सम्मोहक साक्ष्य कॉस्मिक माइक्रोवेव बैकग्राउंड रेडिएशन (सीएमबी) है, जिसे कभी-कभी बिग बैंग भी कहा जाता है। सीएमबी विकिरण प्रकाश है, लेकिन बहुत लंबी तरंग दैर्ध्य के साथ, इसलिए इसे अपनी आंखों से देखना पूरी तरह से असंभव है। यह प्रकाश हम पर सभी ओर से अत्यंत समान रूप से (लेकिन अधिकतर असंगत रूप से) बरसता है। यह ~2,725 K के तापमान के साथ थर्मल विकिरण का प्रतिनिधित्व करता है, यानी पूर्ण शून्य से दो डिग्री से अधिक। माना जाता है कि देखी गई "चमक" की उत्पत्ति बिग बैंग के लगभग 3000 साल बाद एक अविश्वसनीय रूप से गर्म ब्रह्मांड (उस समय ~ 379 K) में हुई थी - आखिरी बिखरने के युग के दौरान, जब ब्रह्मांड पहली बार विद्युत चुम्बकीय विकिरण के लिए पारदर्शी हो गया था (हालांकि) बिग बैंग के दौरान ऐसा बिल्कुल नहीं हुआ था)। विस्फोट; यह घटना ब्रह्मांड की कुल आयु के पहले 000/1 में घटित होती है - बिग बैंग से लेकर आज तक)। पिछले प्रकीर्णन युग के बाद से, इन प्रकाश तरंगों की लंबाई लगभग उतनी ही बढ़ गई है जितनी कि ब्रह्मांड का विस्तार हुआ है (लगभग 40 गुना), जिससे कि ऊर्जा घनत्व भी मौलिक रूप से कम हो गया है। इसलिए, सीएमबी का प्रेक्षित तापमान केवल 000 K है।

तथ्य यह है कि यह विकिरण अनिवार्य रूप से असंगत है (अर्थात, थर्मल) इसकी आवृत्ति स्पेक्ट्रम की प्रकृति से प्रभावशाली ढंग से पुष्टि की जाती है, जैसा कि चित्र में दिखाया गया है। 3.13. प्रत्येक विशिष्ट आवृत्ति पर विकिरण की तीव्रता को ग्राफ़ पर लंबवत रूप से प्लॉट किया जाता है, और आवृत्ति बाएं से दाएं बढ़ती है। सतत वक्र 2.2 K के तापमान के लिए धारा 2,725 में चर्चा किए गए प्लैंक ब्लैकबॉडी स्पेक्ट्रम से मेल खाता है। वक्र पर बिंदु विशिष्ट अवलोकनों से डेटा हैं जिनके लिए त्रुटि बार प्रदान किए गए हैं। साथ ही, त्रुटि पट्टियाँ 500 गुना बढ़ जाती हैं, अन्यथा उन पर विचार करना असंभव होगा, यहाँ तक कि दाईं ओर भी, जहाँ त्रुटियाँ अपने अधिकतम तक पहुँच जाती हैं। सैद्धांतिक वक्र और अवलोकन परिणामों के बीच समझौता बस उल्लेखनीय है - शायद प्रकृति में पाए जाने वाले थर्मल स्पेक्ट्रम के साथ सबसे अच्छा समझौता।

हालाँकि, यह संयोग क्या दर्शाता है? तथ्य यह है कि हम एक ऐसी स्थिति पर विचार कर रहे हैं जो, जाहिरा तौर पर, थर्मोडायनामिक संतुलन के बहुत करीब थी (यही कारण है कि असंगत शब्द का इस्तेमाल पहले किया गया था)। लेकिन इस तथ्य से क्या निष्कर्ष निकलता है कि नव निर्मित ब्रह्मांड थर्मोडायनामिक संतुलन के बहुत करीब था? आइए चित्र पर वापस लौटें। 3.12 खंड 3.3 से। सबसे व्यापक मोटे अनाज वाला क्षेत्र (परिभाषा के अनुसार) ऐसे किसी भी अन्य क्षेत्र की तुलना में बहुत बड़ा होगा, और आम तौर पर अन्य के सापेक्ष इतना बड़ा होगा कि यह उन सभी को काफी हद तक बौना कर देगा! थर्मोडायनामिक संतुलन एक स्थूल अवस्था से मेल खाता है, जिसमें, संभवतः, कोई भी प्रणाली देर-सबेर आएगी। कभी-कभी इसे ब्रह्मांड की थर्मल मृत्यु कहा जाता है, लेकिन इस मामले में, अजीब तरह से, हमें ब्रह्मांड के थर्मल जन्म के बारे में बात करनी चाहिए। स्थिति इस तथ्य से जटिल है कि नवजात ब्रह्मांड का तेजी से विस्तार हो रहा था, इसलिए जिस स्थिति पर हम विचार कर रहे हैं वह वास्तव में कोई संतुलन नहीं है। फिर भी, इस मामले में विस्तार को अनिवार्य रूप से रुद्धोष्म माना जा सकता है - इस बिंदु को 1934 में टॉल्मन द्वारा पूरी तरह से सराहा गया था [टोलमैन, 1934]। इसका मतलब यह है कि विस्तार के दौरान एन्ट्रापी मान में कोई बदलाव नहीं हुआ। (इसके समान स्थिति, जब रुद्धोष्म विस्तार के कारण थर्मोडायनामिक संतुलन बनाए रखा जाता है, चरण स्थान में मोटे अनाज वाले विभाजन के साथ समान मात्रा वाले क्षेत्रों के एक सेट के रूप में वर्णित किया जा सकता है, जो ब्रह्मांड के केवल विशिष्ट मात्रा में एक दूसरे से भिन्न होते हैं . हम मान सकते हैं कि इस प्राथमिक अवस्था की विशेषता अधिकतम एन्ट्रापी थी - विस्तार के बावजूद!)।

जाहिर है, हम एक असाधारण विरोधाभास का सामना कर रहे हैं। धारा 3.3 में प्रस्तुत तर्कों के अनुसार, दूसरे कानून के अनुसार बिग बैंग को बेहद कम एन्ट्रापी के साथ एक स्थूल अवस्था होना आवश्यक है (और, सिद्धांत रूप में, इसकी व्याख्या की गई है)। हालाँकि, सीएमबी अवलोकनों से संकेत मिलता है कि बिग बैंग की स्थूल अवस्था की विशेषता विशाल एन्ट्रापी थी, शायद अधिकतम संभव भी। हम इतनी गंभीर गलती कहां कर जाते हैं?

इस विरोधाभास के लिए यहां एक सामान्य व्याख्या दी गई है: यह माना जाता है कि, चूंकि नवजात ब्रह्मांड बहुत "छोटा" था, इसलिए अधिकतम एन्ट्रापी की कुछ सीमा हो सकती है, और थर्मोडायनामिक संतुलन की स्थिति, जो स्पष्ट रूप से उस समय बनी हुई थी, थी उस समय बस एक सीमा स्तर की एन्ट्रापी संभव थी। हालाँकि, यह गलत उत्तर है। ऐसी तस्वीर एक पूरी तरह से अलग स्थिति के अनुरूप हो सकती है, जिसमें ब्रह्मांड का आकार कुछ बाहरी बाधाओं पर निर्भर करेगा, उदाहरण के लिए, एक गैस के मामले में जो एक सीलबंद पिस्टन वाले सिलेंडर में निहित है। इस मामले में, पिस्टन दबाव कुछ बाहरी तंत्र द्वारा प्रदान किया जाता है, जो ऊर्जा के बाहरी स्रोत (या आउटलेट) से सुसज्जित होता है। लेकिन यह स्थिति संपूर्ण ब्रह्मांड पर लागू नहीं होती है, जिसकी ज्यामिति और ऊर्जा, साथ ही इसका "समग्र आकार", पूरी तरह से आंतरिक संरचना द्वारा निर्धारित होता है और आइंस्टीन के सापेक्षता के सामान्य सिद्धांत (सहित) के गतिशील समीकरणों द्वारा नियंत्रित होता है। पदार्थ की स्थिति का वर्णन करने वाले समीकरण; अनुभाग 3.1 और 3.2 देखें)। ऐसी परिस्थितियों में (जब समय की दिशा के संबंध में समीकरण पूरी तरह से नियतात्मक और अपरिवर्तनीय होते हैं - खंड 3.3 देखें), चरण स्थान की कुल मात्रा समय के साथ नहीं बदल सकती है। यह माना जाता है कि चरण स्थान P को स्वयं "विकसित" नहीं होना चाहिए! सभी विकास को केवल अंतरिक्ष पी में वक्र सी के स्थान द्वारा वर्णित किया गया है और इस मामले में ब्रह्मांड के पूर्ण विकास का प्रतिनिधित्व करता है (धारा 3.3 देखें)।

यदि हम ब्रह्मांड के पतन के बाद के चरणों पर विचार करें, जब यह बड़ी दुर्घटना के करीब पहुंच रहा है, तो शायद समस्या स्पष्ट हो जाएगी। चित्र में दिखाए गए K > 0, Λ = 0 के लिए फ्रीडमैन मॉडल को याद करें। खंड 3.2 में 3.1 ए। अब हम मानते हैं कि इस मॉडल में गड़बड़ी पदार्थ के अनियमित वितरण से उत्पन्न होती है, और कुछ हिस्सों में स्थानीय पतन पहले ही हो चुका है, जिससे उनके स्थान पर ब्लैक होल रह गए हैं। तब हमें यह मान लेना चाहिए कि इसके बाद कुछ ब्लैक होल एक-दूसरे में विलीन हो जाएंगे और अंतिम विलक्षणता में पतन एक अत्यंत जटिल प्रक्रिया बन जाएगी, जिसका आदर्श गोलाकार सममित फ्रीडमैन के सख्ती से सममित बिग क्रैश से लगभग कोई लेना-देना नहीं है। चित्र में प्रस्तुत मॉडल। 3.6 ए. इसके विपरीत, गुणात्मक दृष्टि से, पतन की स्थिति चित्र में दिखाई गई भारी गड़बड़ी की अधिक याद दिलाएगी। 3.14 ए; इस मामले में उत्पन्न होने वाली परिणामी विलक्षणता, कुछ हद तक, खंड 3.2 के अंत में उल्लिखित बीसीएलएम परिकल्पना के अनुरूप हो सकती है। अंतिम ढहने वाली अवस्था में अकल्पनीय एन्ट्रापी होगी, भले ही ब्रह्मांड वापस छोटे आकार में सिकुड़ जाएगा। हालाँकि इस विशेष (स्थानिक रूप से बंद) फ्रीडमैन मॉडल को वर्तमान में हमारे अपने ब्रह्मांड का एक प्रशंसनीय प्रतिनिधित्व नहीं माना जाता है, वही विचार ब्रह्माण्ड संबंधी स्थिरांक के साथ या उसके बिना, अन्य फ्रीडमैन मॉडल पर भी लागू होते हैं। ऐसे किसी भी मॉडल का ढहता हुआ संस्करण, पदार्थ के असमान वितरण के कारण समान गड़बड़ी का अनुभव करते हुए, फिर से एक सर्व-उपभोग वाली अराजकता, एक ब्लैक होल जैसी विलक्षणता में बदल जाना चाहिए (चित्र 3.14 बी)। इनमें से प्रत्येक अवस्था में समय को उलट कर, हम एक संभावित प्रारंभिक विलक्षणता (संभावित बिग बैंग) तक पहुंच जाएंगे, जिसमें तदनुसार, विशाल एन्ट्रॉपी है, जो एन्ट्रॉपी की "छत" के बारे में यहां की गई धारणा का खंडन करती है (चित्र 3.14 सी)।

यहां मुझे वैकल्पिक संभावनाओं की ओर बढ़ना चाहिए जिन पर कभी-कभी विचार भी किया जाता है। कुछ सिद्धांतकारों का सुझाव है कि ऐसे ढहते मॉडलों में दूसरे नियम को किसी तरह खुद को उलट देना चाहिए, ताकि बिग क्रैश के करीब आते ही ब्रह्मांड की कुल एन्ट्रापी उत्तरोत्तर छोटी (अधिकतम विस्तार के बाद) हो जाए। हालाँकि, ब्लैक होल की उपस्थिति में ऐसी तस्वीर की कल्पना करना विशेष रूप से कठिन है, जो एक बार बनने के बाद, स्वयं एन्ट्रापी को बढ़ाने के लिए काम करना शुरू कर देगा (जो कि घटना क्षितिज के पास शून्य शंकु के स्थान में समय की विषमता से जुड़ा हुआ है, चित्र 3.9 देखें)। यह सुदूर भविष्य तक जारी रहेगा - कम से कम तब तक जब तक हॉकिंग तंत्र के प्रभाव में ब्लैक होल वाष्पित नहीं हो जाते (अनुभाग 3.7 और 4.3 देखें)। किसी भी स्थिति में, यह संभावना यहां प्रस्तुत तर्कों को अमान्य नहीं करती है। एक और महत्वपूर्ण समस्या है जो ऐसे जटिल ढहने वाले मॉडलों से जुड़ी है और जिसके बारे में पाठकों ने स्वयं सोचा होगा: ब्लैक होल की विलक्षणताएं एक साथ उत्पन्न नहीं हो सकती हैं, इसलिए जब हम समय को उलटते हैं, तो हमें बिग बैंग नहीं मिलेगा, जो "सभी और सीधे" घटित होता है। हालाँकि, यह वास्तव में मजबूत ब्रह्मांडीय सेंसरशिप की (अभी तक सिद्ध नहीं, लेकिन ठोस) परिकल्पना के गुणों में से एक है [पेनरोज़, 1998ए; पीकेआर, धारा 28.8], जिसके अनुसार, सामान्य स्थिति में, ऐसी विलक्षणता अंतरिक्ष की तरह होगी (धारा 1.7), और इसलिए इसे एक बार की घटना माना जा सकता है। इसके अलावा, मजबूत ब्रह्मांडीय सेंसरशिप परिकल्पना की वैधता के सवाल की परवाह किए बिना, कई समाधान ज्ञात हैं जो इस स्थिति को संतुष्ट करते हैं, और ऐसे सभी विकल्पों (विस्तृत होने पर) में अपेक्षाकृत उच्च एन्ट्रापी मान होंगे। यह हमारे निष्कर्षों की वैधता के बारे में चिंताओं को काफी हद तक कम कर देता है।

तदनुसार, हमें इस बात का प्रमाण नहीं मिलता है कि, ब्रह्मांड के छोटे स्थानिक आयामों को देखते हुए, संभावित एन्ट्रापी की एक निश्चित "कम छत" अवश्य होगी। सिद्धांत रूप में, ब्लैक होल के रूप में पदार्थ का संचय और "ब्लैक होल" विलक्षणताओं का एक एकल अराजकता में विलय एक ऐसी प्रक्रिया है जो दूसरे नियम के साथ पूरी तरह से सुसंगत है, और इस अंतिम प्रक्रिया के साथ भारी वृद्धि होनी चाहिए एन्ट्रापी में. ब्रह्मांड की अंतिम स्थिति, ज्यामितीय मानकों के अनुसार "छोटी", में एक अकल्पनीय एन्ट्रापी हो सकती है, जो ऐसे ढहते ब्रह्माण्ड संबंधी मॉडल के अपेक्षाकृत शुरुआती चरणों की तुलना में बहुत अधिक है, और स्थानिक लघुचित्र स्वयं अधिकतम मूल्य के लिए "छत" निर्धारित नहीं करता है। एन्ट्रापी की, हालांकि ऐसी "छत" (समय के प्रवाह को उलटने पर) यह बता सकती है कि बिग बैंग के दौरान एन्ट्रापी बेहद कम क्यों थी। वास्तव में, ऐसी तस्वीर (चित्र 3.14 ए, बी), जो आम तौर पर ब्रह्मांड के पतन का प्रतिनिधित्व करती है, विरोधाभास का समाधान सुझाती है: बिग बैंग के दौरान जो हो सकता था उसकी तुलना में असाधारण रूप से कम एन्ट्रापी क्यों थी, इसके बावजूद तथ्य यह है कि विस्फोट गर्म था (और ऐसी अवस्था में अधिकतम एन्ट्रापी होनी चाहिए)। इसका उत्तर यह है कि यदि स्थानिक एकरूपता से बड़े विचलन की अनुमति दी जाती है, तो एन्ट्रापी मौलिक रूप से बढ़ सकती है, और इस प्रकार की सबसे बड़ी वृद्धि ब्लैक होल के उद्भव के कारण होने वाली अनियमितताओं से जुड़ी है। नतीजतन, एक स्थानिक रूप से सजातीय बिग बैंग वास्तव में, अपेक्षाकृत रूप से, अविश्वसनीय रूप से कम एन्ट्रापी हो सकता है, इस तथ्य के बावजूद कि इसकी सामग्री अविश्वसनीय रूप से गर्म थी।

सबूतों के सबसे सम्मोहक टुकड़ों में से एक यह है कि बिग बैंग वास्तव में काफी स्थानिक रूप से सजातीय था, जो एफएलआरयू मॉडल की ज्यामिति के अनुरूप था (लेकिन चित्र 3.14 सी में चित्रित अव्यवस्थित विलक्षणता के अधिक सामान्य मामले के अनुरूप नहीं है), फिर से आता है आरआई से, लेकिन इस बार इसकी थर्मोडायनामिक प्रकृति के बजाय इसकी कोणीय एकरूपता के साथ। यह एकरूपता इस तथ्य में प्रकट होती है कि आकाश में किसी भी बिंदु पर आरआई का तापमान व्यावहारिक रूप से समान होता है, और एकरूपता से विचलन 10-5 से अधिक नहीं होता है (आसपास के पदार्थ के माध्यम से हमारे आंदोलन से जुड़े छोटे डॉपलर प्रभाव के लिए समायोजित) ). इसके अलावा, आकाशगंगाओं और अन्य पदार्थों के वितरण में लगभग सार्वभौमिक एकरूपता है; इस प्रकार, काफी बड़े पैमाने पर बेरियनों का वितरण (धारा 1.3 देखें) महत्वपूर्ण एकरूपता की विशेषता है, हालांकि ध्यान देने योग्य विसंगतियां हैं, विशेष रूप से तथाकथित रिक्तियां, जहां दृश्य पदार्थ का घनत्व औसत से मौलिक रूप से कम है। सामान्य तौर पर, यह तर्क दिया जा सकता है कि ब्रह्मांड के अतीत में हम जितना आगे देखते हैं, समरूपता उतनी ही अधिक होती है, और आरआई पदार्थ के वितरण का सबसे पुराना सबूत है जिसे हम सीधे देख सकते हैं।

यह तस्वीर इस दृष्टिकोण के अनुरूप है कि अपने विकास के शुरुआती चरणों में ब्रह्मांड वास्तव में बेहद सजातीय था, लेकिन थोड़ा अनियमित घनत्व के साथ। समय के साथ (और विभिन्न प्रकार के "घर्षण" के प्रभाव में - ऐसी प्रक्रियाएं जो सापेक्ष गति को धीमा कर देती हैं), ये घनत्व अनियमितताएं गुरुत्वाकर्षण के प्रभाव में तेज हो गईं, जो पदार्थ के क्रमिक रूप से एकत्रित होने के विचार के अनुरूप है। समय के साथ, झुरमुट बढ़ता जाता है, जिसके परिणामस्वरूप तारों का निर्माण होता है; वे आकाशगंगाओं में समूहित होते हैं, जिनमें से प्रत्येक के केंद्र में एक विशाल ब्लैक होल विकसित होता है। अंततः, यह क्लंपिंग गुरुत्वाकर्षण के अपरिहार्य प्रभाव के कारण होती है। ऐसी प्रक्रियाएं वास्तव में एन्ट्रापी में मजबूत वृद्धि के साथ जुड़ी हुई हैं और प्रदर्शित करती हैं कि, गुरुत्वाकर्षण को ध्यान में रखते हुए, वह आदिम चमकदार गेंद, जिसमें से केवल आरआई आज बची है, अधिकतम एन्ट्रापी से बहुत दूर हो सकती है। इस गेंद की तापीय प्रकृति, जैसा कि चित्र में दिखाए गए प्लैंक स्पेक्ट्रम से प्रमाणित है। 3.13, केवल यही कहता है: यदि हम ब्रह्माण्ड (अंतिम प्रकीर्णन के युग में) को केवल एक प्रणाली के रूप में मानते हैं जिसमें पदार्थ और ऊर्जा एक दूसरे के साथ परस्पर क्रिया करते हैं, तो हम मान सकते हैं कि यह वास्तव में थर्मोडायनामिक संतुलन में था। हालाँकि, अगर हम गुरुत्वाकर्षण प्रभावों को भी ध्यान में रखें, तो तस्वीर नाटकीय रूप से बदल जाती है।

यदि हम कल्पना करें, उदाहरण के लिए, एक सीलबंद कंटेनर में गैस, तो यह मान लेना स्वाभाविक है कि यह उस मैक्रोस्कोपिक अवस्था में अपनी अधिकतम एन्ट्रापी तक पहुंच जाएगी जब इसे पूरे कंटेनर में समान रूप से वितरित किया जाएगा (चित्र 3.15 ए)। इस संबंध में, यह एक गर्म गेंद के समान होगा जो आरआई उत्पन्न करता है, जो पूरे आकाश में समान रूप से वितरित होता है। हालाँकि, यदि आप गैस अणुओं को गुरुत्वाकर्षण द्वारा एक दूसरे से जुड़े पिंडों की एक विशाल प्रणाली से प्रतिस्थापित करते हैं, उदाहरण के लिए, व्यक्तिगत तारे, तो आपको एक पूरी तरह से अलग तस्वीर मिलती है (चित्र 3.15 बी)। गुरुत्वाकर्षण प्रभाव के कारण तारे समूहों के रूप में असमान रूप से वितरित होंगे। अंततः, सबसे बड़ी एन्ट्रापी तब प्राप्त होगी जब असंख्य तारे ढह जाएंगे या ब्लैक होल में विलीन हो जाएंगे। हालाँकि इस प्रक्रिया में लंबा समय लग सकता है (हालाँकि यह अंतरतारकीय गैस की उपस्थिति के कारण घर्षण से सुगम होगा), हम देखेंगे कि अंततः, जब गुरुत्वाकर्षण हावी होता है, तो एन्ट्रापी अधिक होती है, सिस्टम में पदार्थ उतना ही कम समान रूप से वितरित होता है .

ऐसे प्रभावों को रोजमर्रा के अनुभव के स्तर पर भी खोजा जा सकता है। कोई पूछ सकता है: पृथ्वी पर जीवन को बनाए रखने में दूसरे नियम की क्या भूमिका है? आप अक्सर सुन सकते हैं कि हम सूर्य से प्राप्त ऊर्जा की बदौलत इस ग्रह पर रहते हैं। लेकिन अगर हम संपूर्ण पृथ्वी पर विचार करें तो यह पूरी तरह से सत्य कथन नहीं है, क्योंकि दिन के दौरान पृथ्वी द्वारा प्राप्त लगभग सारी ऊर्जा जल्द ही फिर से अंतरिक्ष में, अंधेरी रात के आकाश में वाष्पित हो जाती है। (बेशक, ग्लोबल वार्मिंग और रेडियोधर्मी क्षय के कारण ग्रह के गर्म होने जैसे कारकों द्वारा सटीक संतुलन को थोड़ा समायोजित किया जाएगा।) अन्यथा, पृथ्वी बस तेजी से गर्म हो जाएगी और कुछ ही दिनों में रहने योग्य नहीं रह जाएगी! हालाँकि, सूर्य से सीधे प्राप्त फोटॉन की आवृत्ति अपेक्षाकृत उच्च होती है (वे स्पेक्ट्रम के पीले भाग में केंद्रित होते हैं), और पृथ्वी अंतरिक्ष में अवरक्त स्पेक्ट्रम में बहुत कम आवृत्ति वाले फोटॉन उत्सर्जित करती है। प्लैंक के सूत्र (ई = एचν, खंड 2.2 देखें) के अनुसार, सूर्य से आने वाले प्रत्येक फोटॉन में व्यक्तिगत रूप से अंतरिक्ष में उत्सर्जित फोटॉनों की तुलना में बहुत अधिक ऊर्जा होती है, इसलिए, संतुलन प्राप्त करने के लिए, आने वाले फोटॉनों की तुलना में कई अधिक फोटॉनों को पृथ्वी छोड़ना होगा ( चित्र 3.16 देखें)। यदि कम फोटॉन आते हैं, तो आने वाली ऊर्जा में स्वतंत्रता की कम डिग्री होगी और बाहर जाने वाली ऊर्जा में अधिक होगी, और इसलिए, बोल्ट्ज़मैन के सूत्र (एस = के लॉग वी) के अनुसार, आने वाले फोटॉन में आउटगोइंग वाले की तुलना में बहुत कम एन्ट्रापी होगी . हम अपनी स्वयं की एन्ट्रापी को कम करने के लिए पौधों में निहित निम्न-एन्ट्रापी ऊर्जा का उपयोग करते हैं: हम पौधे या शाकाहारी भोजन खाते हैं। इसी तरह पृथ्वी पर जीवन जीवित रहता है और पनपता है। (जाहिरा तौर पर, इन विचारों को पहली बार 1967 में इरविन श्रोडिंगर द्वारा स्पष्ट रूप से तैयार किया गया था, जब उन्होंने अपनी क्रांतिकारी पुस्तक लाइफ ऐज़ इट इज़ [श्रोडिंगर, 2012] लिखी थी)।

इस निम्न-एन्ट्रॉपी संतुलन के बारे में सबसे महत्वपूर्ण तथ्य यह है: सूर्य पूरी तरह से अंधेरे आकाश में एक गर्म स्थान है। लेकिन ऐसे हालात पैदा कैसे हुए? कई जटिल प्रक्रियाओं ने भूमिका निभाई, जिनमें थर्मोन्यूक्लियर प्रतिक्रियाओं आदि से जुड़ी प्रक्रियाएं भी शामिल हैं, लेकिन सबसे महत्वपूर्ण बात यह है कि सूर्य का अस्तित्व है। और यह इसलिए उत्पन्न हुआ क्योंकि सौर पदार्थ (उस पदार्थ की तरह जो अन्य तारों का निर्माण करता है) गुरुत्वाकर्षण क्लंपिंग की प्रक्रिया के माध्यम से विकसित हुआ, और यह सब गैस और डार्क मैटर के अपेक्षाकृत समान वितरण के साथ शुरू हुआ।

यहां हमें डार्क मैटर नामक एक रहस्यमय पदार्थ का उल्लेख करने की आवश्यकता है, जो स्पष्ट रूप से ब्रह्मांड की सामग्री (गैर-Λ) का 85% बनाता है, लेकिन इसका पता केवल गुरुत्वाकर्षण संपर्क द्वारा लगाया जाता है, और इसकी संरचना अज्ञात है। आज हम कुल द्रव्यमान का अनुमान लगाते समय इस मामले को ध्यान में रखते हैं, जिसकी कुछ संख्यात्मक मात्राओं की गणना करते समय आवश्यकता होती है (अनुभाग 3.6, 3.7, 3.9 देखें, और डार्क मैटर क्या अधिक महत्वपूर्ण सैद्धांतिक भूमिका निभा सकता है, इसके लिए अनुभाग 4.3 देखें)। डार्क मैटर मुद्दे के बावजूद, हम देखते हैं कि पदार्थ के मूल समान वितरण की कम-एन्ट्रापी प्रकृति हमारे जीवन के लिए कितनी महत्वपूर्ण साबित हुई है। हमारा अस्तित्व, जैसा कि हम इसे समझते हैं, कम-एन्ट्रॉपी गुरुत्वाकर्षण रिजर्व पर निर्भर करता है जो पदार्थ के प्रारंभिक समान वितरण की विशेषता है।

यहां हम बिग बैंग के एक उल्लेखनीय-वास्तव में, शानदार-पहलू पर आते हैं। रहस्य न केवल इसमें है कि यह कैसे हुआ, बल्कि इस तथ्य में भी है कि यह एक बेहद कम एन्ट्रापी घटना थी। इसके अलावा, जो उल्लेखनीय है वह इतनी अधिक परिस्थिति नहीं है, बल्कि यह तथ्य है कि एन्ट्रापी केवल एक विशिष्ट संबंध में कम थी, अर्थात्: स्वतंत्रता की गुरुत्वाकर्षण डिग्री, किसी कारण से, पूरी तरह से दबा दी गई थी। यह पदार्थ और (विद्युत चुम्बकीय) विकिरण की स्वतंत्रता की डिग्री के बिल्कुल विपरीत है, क्योंकि वे अधिकतम एन्ट्रापी के साथ गर्म अवस्था में अधिकतम उत्तेजित प्रतीत होते हैं। मेरी राय में, यह शायद सबसे गहरा ब्रह्माण्ड संबंधी रहस्य है, और किसी कारण से इसे अभी भी कम करके आंका गया है!

इस बात पर अधिक विस्तार से ध्यान देना आवश्यक है कि बिग बैंग की स्थिति कितनी विशेष थी और गुरुत्वाकर्षण क्लंपिंग की प्रक्रिया में कौन सी एन्ट्रापी उत्पन्न हो सकती है। तदनुसार, आपको सबसे पहले यह समझने की आवश्यकता है कि ब्लैक होल में वास्तव में कौन सी अविश्वसनीय एन्ट्रॉपी निहित है (चित्र 3.15 बी देखें)। हम इस मुद्दे पर अनुभाग 3.6 में चर्चा करेंगे। लेकिन अभी के लिए, आइए निम्नलिखित, काफी संभावित संभावना से संबंधित एक और समस्या की ओर मुड़ें: आखिरकार, ब्रह्मांड वास्तव में स्थानिक रूप से अनंत हो सकता है (जैसा कि के के साथ एफएलआरयू मॉडल के मामले में) 0, अनुभाग 3.1 देखें) या कम से कम ब्रह्माण्ड का अधिकांश भाग प्रत्यक्ष रूप से देखने योग्य नहीं हो सकता है। तदनुसार, हम ब्रह्माण्ड संबंधी क्षितिज की समस्या पर विचार करते हैं, जिस पर हम अगले भाग में चर्चा करेंगे।

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स्रोत: www.habr.com