کتاب "فیشن، عقیدہ، تصور اور کائنات کی نئی طبیعیات"

ہیلو، خبر کے رہنے والوں! کیا بنیادی سائنس میں فیشن، ایمان یا فنتاسی کے بارے میں بات کرنا ممکن ہے؟

کائنات کو انسانی فیشن سے کوئی دلچسپی نہیں۔ سائنس کو عقیدے سے تعبیر نہیں کیا جا سکتا، کیونکہ سائنسی اصولوں کو مسلسل سخت تجرباتی جانچ پڑتال کا نشانہ بنایا جاتا ہے اور جیسے ہی عقیدہ معروضی حقیقت سے متصادم ہونا شروع کر دیتا ہے اسے مسترد کر دیا جاتا ہے۔ اور فنتاسی عام طور پر حقائق اور منطق دونوں کو نظر انداز کر دیتی ہے۔ بہر حال، عظیم راجر پینروز ان مظاہر کو مکمل طور پر رد نہیں کرنا چاہتے، کیونکہ سائنسی فیشن ترقی کا انجن ہو سکتا ہے، ایمان تب ظاہر ہوتا ہے جب کسی نظریے کی حقیقی تجربات سے تصدیق ہو جاتی ہے، اور تصور کی پرواز کے بغیر کوئی بھی ہماری تمام عجیب و غریب چیزوں کو نہیں سمجھ سکتا۔ کائنات

"فیشن" کے باب میں، آپ سٹرنگ تھیوری کے بارے میں سیکھیں گے، جو کہ حالیہ دہائیوں کا سب سے فیشن ایبل نظریہ ہے۔ "ایمان" ان اصولوں کے لیے وقف ہے جن پر کوانٹم میکانکس کھڑا ہے۔ اور "Fantasy" کا تعلق کائنات کی ابتدا کے نظریات سے کم نہیں جو ہم جانتے ہیں۔

3.4 بگ بینگ پیراڈوکس

آئیے سب سے پہلے مشاہدات کا سوال اٹھاتے ہیں۔ اس بات کا کیا براہ راست ثبوت ہے کہ پوری قابل مشاہدہ کائنات ایک بار انتہائی کمپریسڈ اور ناقابل یقین حد تک گرم حالت میں تھی جو سیکشن 3.1 میں پیش کی گئی بگ بینگ تصویر کے مطابق ہو گی؟ سب سے زبردست ثبوت کاسمک مائکروویو بیک گراؤنڈ ریڈی ایشن (سی ایم بی) ہے، جسے بعض اوقات بگ بینگ بھی کہا جاتا ہے۔ سی ایم بی تابکاری ہلکی ہوتی ہے، لیکن ایک بہت لمبی طول موج کے ساتھ، اس لیے اسے اپنی آنکھوں سے دیکھنا مکمل طور پر ناممکن ہے۔ یہ روشنی ہم پر ہر طرف سے انتہائی یکساں طور پر (لیکن زیادہ تر غیر متضاد) ہے۔ یہ ~2,725 K کے درجہ حرارت کے ساتھ تھرمل تابکاری کی نمائندگی کرتا ہے، یعنی مطلق صفر سے دو ڈگری سے زیادہ۔ خیال کیا جاتا ہے کہ مشاہدہ شدہ "چمک" کی ابتدا ایک ناقابل یقین حد تک گرم کائنات (اس وقت ~ 3000 K) بگ بینگ کے تقریباً 379 سال بعد ہوئی ہے - آخری بکھرنے کے دور کے دوران، جب کائنات پہلی بار برقی مقناطیسی تابکاری کے لیے شفاف ہوئی (حالانکہ یہ بگ بینگ کے دوران بالکل نہیں ہوا) دھماکہ؛ یہ واقعہ کائنات کی کل عمر کے پہلے 000/1 میں ہوتا ہے - بگ بینگ سے لے کر آج تک)۔ پچھلے بکھرنے والے دور کے بعد سے، ان روشنی کی لہروں کی لمبائی تقریباً اتنی ہی بڑھ گئی ہے جتنی کہ خود کائنات پھیلی ہے (تقریباً 40 کے عنصر سے)، تاکہ توانائی کی کثافت بالکل اسی طرح کم ہو گئی ہو۔ لہذا، CMB کا مشاہدہ شدہ درجہ حرارت صرف 000 K ہے۔

حقیقت یہ ہے کہ یہ تابکاری بنیادی طور پر متضاد ہے (یعنی تھرمل) اس کی فریکوئنسی اسپیکٹرم کی نوعیت سے متاثر کن طور پر تصدیق ہوتی ہے، جو تصویر 3.13 میں دکھایا گیا ہے۔ 2.2۔ ہر مخصوص فریکوئنسی پر تابکاری کی شدت کو گراف پر عمودی طور پر پلاٹ کیا جاتا ہے، اور فریکوئنسی بائیں سے دائیں بڑھ جاتی ہے۔ مسلسل وکر پلانک بلیک باڈی سپیکٹرم سے مطابقت رکھتا ہے جس پر 2,725 K کے درجہ حرارت کے لیے سیکشن 500 میں بحث کی گئی ہے۔ منحنی خطوط مخصوص مشاہدات سے ڈیٹا ہیں جن کے لیے ایرر بارز فراہم کیے گئے ہیں۔ ایک ہی وقت میں، ایرر بارز کو XNUMX گنا بڑھا دیا گیا ہے، کیونکہ بصورت دیگر ان پر غور کرنا ناممکن ہو گا، یہاں تک کہ دائیں طرف، جہاں غلطیاں اپنی زیادہ سے زیادہ حد تک پہنچ جاتی ہیں۔ نظریاتی منحنی خطوط اور مشاہداتی نتائج کے درمیان معاہدہ صرف قابل ذکر ہے - شاید فطرت میں پائے جانے والے تھرمل سپیکٹرم کے ساتھ بہترین معاہدہ۔

تاہم، یہ اتفاق کیا اشارہ کرتا ہے؟ حقیقت یہ ہے کہ ہم ایک ایسی حالت پر غور کر رہے ہیں جو بظاہر تھرموڈینامک توازن کے بہت قریب تھی (جس کی وجہ سے پہلے غیر مربوط اصطلاح استعمال کی گئی تھی)۔ لیکن اس حقیقت سے کیا نتیجہ نکلتا ہے کہ نئی تخلیق شدہ کائنات تھرموڈینامک توازن کے بہت قریب تھی؟ آئیے تصویر کی طرف واپس آتے ہیں۔ سیکشن 3.12 سے 3.3۔ سب سے زیادہ وسیع موٹے دانوں والا خطہ (تعریف کے لحاظ سے) اس طرح کے کسی بھی دوسرے خطے سے بہت بڑا ہو گا، اور عام طور پر دوسروں کی نسبت اتنا بڑا ہو گا کہ یہ ان سب کو کافی حد تک بونا کر دے گا! تھرموڈینامک توازن ایک میکروسکوپک حالت سے مطابقت رکھتا ہے، جس میں، ممکنہ طور پر، کوئی بھی نظام جلد یا بدیر آئے گا۔ کبھی کبھی اسے کائنات کی تھرمل موت کہا جاتا ہے، لیکن اس معاملے میں، عجیب بات ہے، ہمیں کائنات کی حرارتی پیدائش کے بارے میں بات کرنی چاہیے۔ صورتحال اس حقیقت سے پیچیدہ ہے کہ نوزائیدہ کائنات تیزی سے پھیل رہی تھی، اس لیے جس حالت پر ہم غور کر رہے ہیں وہ دراصل عدم توازن ہے۔ بہر حال، اس معاملے میں توسیع کو بنیادی طور پر adiabatic سمجھا جا سکتا ہے - اس نکتے کو 1934 میں ٹولمین نے مکمل طور پر سراہا تھا [Tolman, 1934]۔ اس کا مطلب ہے کہ توسیع کے دوران اینٹروپی ویلیو میں کوئی تبدیلی نہیں آئی۔ (اس سے ملتی جلتی صورت حال، جب اڈیبیٹک توسیع کی وجہ سے تھرموڈینامک توازن برقرار رہتا ہے، فیز اسپیس میں ایک موٹے دانے والے تقسیم کے ساتھ مساوی حجم والے خطوں کے سیٹ کے طور پر بیان کیا جا سکتا ہے، جو کائنات کی مخصوص جلدوں میں ایک دوسرے سے مختلف ہوتے ہیں۔ ہم یہ فرض کر سکتے ہیں کہ یہ بنیادی حالت زیادہ سے زیادہ اینٹروپی کی خصوصیت تھی - توسیع کے باوجود!)۔

بظاہر، ہمیں ایک غیر معمولی تضاد کا سامنا ہے۔ سیکشن 3.3 میں پیش کیے گئے دلائل کے مطابق، دوسرا قانون بگ بینگ کو انتہائی کم اینٹروپی کے ساتھ میکروسکوپک ریاست ہونے کا تقاضا کرتا ہے (اور اصولی طور پر اس کی وضاحت کرتا ہے)۔ تاہم، سی ایم بی کے مشاہدات سے ظاہر ہوتا ہے کہ بگ بینگ کی میکروسکوپک حالت کی خصوصیت بہت بڑی اینٹروپی تھی، شاید زیادہ سے زیادہ ممکن بھی۔ ہم اتنی سنگین غلطی کہاں کرتے ہیں؟

یہاں اس تضاد کی ایک عام وضاحت ہے: یہ فرض کیا جاتا ہے کہ چونکہ نوزائیدہ کائنات بہت "چھوٹی" تھی، اس لیے زیادہ سے زیادہ اینٹروپی کی کچھ حد ہوسکتی ہے، اور تھرموڈینامک توازن کی حالت، جو بظاہر اس وقت برقرار تھی، تھی۔ اس وقت صرف ایک حد درجے کی اینٹروپی ممکن ہے۔ تاہم، یہ غلط جواب ہے۔ اس طرح کی تصویر بالکل مختلف صورت حال سے مطابقت رکھتی ہے، جس میں کائنات کا سائز کسی بیرونی رکاوٹ پر منحصر ہوگا، مثال کے طور پر، ایک گیس کی صورت میں جو سیلنڈر میں بند پسٹن کے ساتھ موجود ہے۔ اس صورت میں، پسٹن کا دباؤ کچھ بیرونی میکانزم کے ذریعے فراہم کیا جاتا ہے، جو توانائی کے بیرونی ذریعہ (یا آؤٹ لیٹ) سے لیس ہوتا ہے۔ لیکن یہ صورت حال پوری کائنات پر لاگو نہیں ہوتی، جس کی جیومیٹری اور توانائی، نیز اس کے "مجموعی سائز" کا تعین مکمل طور پر داخلی ڈھانچے سے ہوتا ہے اور آئن سٹائن کے عمومی نظریہ اضافیت کی متحرک مساوات (بشمول) کے زیر انتظام ہے۔ مادے کی حالت کو بیان کرنے والی مساوات؛ سیکشن 3.1 اور 3.2 دیکھیں)۔ ایسے حالات میں (جب مساوات وقت کی سمت کے حوالے سے مکمل طور پر متعین اور متغیر ہوتی ہیں - سیکشن 3.3 دیکھیں)، فیز اسپیس کا کل حجم وقت کے ساتھ تبدیل نہیں ہو سکتا۔ یہ فرض کیا جاتا ہے کہ فیز اسپیس P کو خود "ترقی" نہیں کرنی چاہیے! تمام ارتقاء کو صرف خلائی P میں وکر C کے مقام سے بیان کیا گیا ہے اور اس صورت میں کائنات کے مکمل ارتقاء کی نمائندگی کرتا ہے (سیکشن 3.3 دیکھیں)۔

شاید مسئلہ مزید واضح ہو جائے گا اگر ہم کائنات کے خاتمے کے بعد کے مراحل پر غور کریں، جب یہ بڑے حادثے کے قریب پہنچ رہا ہے۔ K > 0، Λ = 0 کے لیے Friedman ماڈل کو یاد کریں، تصویر 3.2 میں دکھایا گیا ہے۔ سیکشن 3.1 میں 3.6a۔ اب ہم سمجھتے ہیں کہ اس ماڈل میں خلل مادے کی بے قاعدہ تقسیم سے پیدا ہوتا ہے، اور کچھ حصوں میں مقامی طور پر ٹوٹ پھوٹ کا واقعہ ہو چکا ہے، جس سے بلیک ہولز اپنی جگہ پر رہ گئے ہیں۔ پھر ہمیں یہ فرض کرنا چاہیے کہ اس کے بعد کچھ بلیک ہولز ایک دوسرے کے ساتھ ضم ہو جائیں گے اور یہ کہ ایک حتمی واحدیت میں ٹوٹنا ایک انتہائی پیچیدہ عمل ثابت ہو گا، جس میں مثالی طور پر کروی ہم آہنگی والے فریڈمین کے سختی سے ہم آہنگ بگ کریش سے تقریباً کچھ بھی مشترک نہیں ہے۔ تصویر میں پیش کردہ ماڈل۔ 3.14 اے اس کے برعکس، کوالٹی کے لحاظ سے، گرنے کی صورت حال تصویر میں دکھائے گئے زبردست گڑبڑ کی بہت زیادہ یاد دلائے گی۔ 3.2 a; اس معاملے میں پیدا ہونے والی یکسانیت، کسی حد تک، سیکشن 3.14 کے آخر میں بیان کردہ BCLM مفروضے سے مطابقت رکھتی ہے۔ آخری منہدم ہونے والی حالت میں ناقابل تصور اینٹروپی ہوگی، حالانکہ کائنات دوبارہ ایک چھوٹے سائز تک سکڑ جائے گی۔ اگرچہ اس مخصوص (مقامی طور پر بند) فریڈمین ماڈل کو دوبارہ گرانے والا ہماری اپنی کائنات کی قابل اعتبار نمائندگی نہیں سمجھا جاتا ہے، اسی طرح کے خیالات دوسرے فریڈمین ماڈل پر لاگو ہوتے ہیں، کائناتی مستقل کے ساتھ یا اس کے بغیر۔ اس طرح کے کسی بھی ماڈل کا ٹوٹتا ہوا ورژن، مادے کی غیر مساوی تقسیم کی وجہ سے اسی طرح کے خلل کا سامنا کر رہا ہے، ایک بار پھر تمام استعمال کرنے والے افراتفری میں تبدیل ہو جانا چاہیے، ایک بلیک ہول جیسی یکسانیت (تصویر 3.14 b)۔ ان ریاستوں میں سے ہر ایک میں وقت کو الٹ کر، ہم ایک ممکنہ ابتدائی یکسانیت (ممکنہ بگ بینگ) تک پہنچ جائیں گے، جس کے مطابق، بہت بڑا اینٹروپی ہے، جو یہاں اینٹروپی کی "چھت" کے بارے میں کیے گئے مفروضے کے خلاف ہے (تصویر XNUMX سی)۔

یہاں مجھے متبادل امکانات کی طرف جانا چاہیے جن پر کبھی کبھی غور کیا جاتا ہے۔ کچھ تھیوریسٹ تجویز کرتے ہیں کہ دوسرے قانون کو کسی نہ کسی طرح اس طرح کے ٹوٹنے والے ماڈلز میں خود کو الٹ جانا چاہیے، تاکہ کائنات کی کل اینٹروپی آہستہ آہستہ چھوٹی ہو جائے (زیادہ سے زیادہ توسیع کے بعد) جیسے جیسے بگ کریش قریب آتا ہے۔ تاہم، بلیک ہولز کی موجودگی میں اس طرح کی تصویر کا تصور کرنا خاص طور پر مشکل ہے، جو کہ ایک بار بن جانے کے بعد، خود ہی اینٹروپی کو بڑھانے کے لیے کام کرنا شروع کر دے گا (جو واقعہ افق کے قریب صفر کونز کے مقام میں وقت کی توازن سے وابستہ ہے، تصویر 3.9 دیکھیں)۔ یہ مستقبل بعید تک جاری رہے گا - کم از کم اس وقت تک جب تک کہ بلیک ہولز ہاکنگ میکانزم کے زیر اثر بخارات نہ بن جائیں (سیکشن 3.7 اور 4.3 دیکھیں)۔ کسی بھی صورت میں، یہ امکان یہاں پیش کیے گئے دلائل کو باطل نہیں کرتا۔ ایک اور اہم مسئلہ ہے جو اس طرح کے پیچیدہ ٹوٹنے والے ماڈلز کے ساتھ جڑا ہوا ہے اور جس کے بارے میں خود قارئین نے سوچا ہوگا: بلیک ہولز کی انفرادیت ایک ساتھ بالکل بھی پیدا نہیں ہوسکتی ہے، اس لیے جب ہم وقت کو ریورس کریں گے، ہمیں بگ بینگ نہیں ہوگا، جو "سب اور فورا" ہوتا ہے۔ تاہم، یہ قطعی طور پر مضبوط کائناتی سنسرشپ کے مفروضے کی خصوصیات میں سے ایک ہے (ابھی تک ثابت نہیں ہوا، لیکن قائل ہے) [Penrose, 1998a; PkR، سیکشن 28.8]، جس کے مطابق، عام صورت میں، اس طرح کی یکسانیت اسپیس جیسی ہوگی (سیکشن 1.7)، اور اس لیے اسے ایک بار کا واقعہ سمجھا جا سکتا ہے۔ مزید برآں، مضبوط کائناتی سنسرشپ مفروضے کی درستگی کے سوال سے قطع نظر، بہت سے ایسے حل معلوم ہیں جو اس شرط کو پورا کرتے ہیں، اور اس طرح کے تمام اختیارات (بڑھائے جانے پر) نسبتاً زیادہ اینٹروپی اقدار کے حامل ہوں گے۔ یہ ہمارے نتائج کی صداقت کے بارے میں خدشات کو بہت کم کرتا ہے۔

اس کے مطابق، ہمیں اس بات کا ثبوت نہیں ملتا ہے کہ کائنات کے چھوٹے مقامی طول و عرض کو دیکھتے ہوئے، ضروری طور پر ممکنہ اینٹروپی کی ایک مخصوص "کم حد" ہو گی۔ اصولی طور پر، بلیک ہولز کی شکل میں مادے کا جمع ہونا اور "بلیک ہول" کی انفرادیت کا ایک واحد واحد افراتفری میں ضم ہونا ایک ایسا عمل ہے جو دوسرے قانون سے بالکل مطابقت رکھتا ہے، اور اس حتمی عمل کے ساتھ زبردست اضافہ ہونا چاہیے۔ اینٹروپی میں کائنات کی آخری حالت، ہندسی معیارات کے لحاظ سے "چھوٹی"، ایک ناقابل تصور اینٹروپی ہو سکتی ہے، جو کہ اس طرح کے ٹوٹتے ہوئے کائناتی ماڈل کے نسبتاً ابتدائی مراحل سے کہیں زیادہ ہے، اور مقامی چھوٹی شکل خود زیادہ سے زیادہ قدر کے لیے "چھت" متعین نہیں کرتی ہے۔ اینٹروپی کی، حالانکہ ایسی "چھت" (وقت کے بہاؤ کو پلٹتے وقت) صرف یہ بتا سکتی ہے کہ بگ بینگ کے دوران اینٹروپی انتہائی کم کیوں تھی۔ درحقیقت، ایسی تصویر (تصویر 3.14 اے، بی)، جو عام طور پر کائنات کے انہدام کی نمائندگی کرتی ہے، اس تضاد کا حل بتاتی ہے: بگ بینگ کے دوران اس کے مقابلے میں غیر معمولی طور پر کم اینٹروپی کیوں تھی، اس کے باوجود حقیقت یہ ہے کہ دھماکہ گرم تھا (اور ایسی ریاست میں زیادہ سے زیادہ اینٹروپی ہونی چاہئے)۔ اس کا جواب یہ ہے کہ اگر مقامی یکسانیت سے بڑے انحراف کی اجازت دی جائے تو اینٹروپی یکسر بڑھ سکتی ہے، اور اس قسم کا سب سے بڑا اضافہ بلیک ہولز کے ظہور کی وجہ سے بے قاعدگیوں سے وابستہ ہے۔ نتیجتاً، ایک مقامی طور پر یکساں بگ بینگ واقعی، نسبتاً بولتے ہوئے، ناقابل یقین حد تک کم اینٹروپی ہو سکتا ہے، اس حقیقت کے باوجود کہ اس کے مواد ناقابل یقین حد تک گرم تھے۔

اس بات کا سب سے زبردست ثبوت ہے کہ بگ بینگ واقعی کافی حد تک یکساں تھا، جو FLRU ماڈل کی جیومیٹری سے مطابقت رکھتا تھا (لیکن تصویر 3.14c میں بیان کردہ بے ترتیب انفرادیت کے بہت زیادہ عام کیس سے مطابقت نہیں رکھتا)، پھر سامنے آتا ہے۔ RI سے، لیکن اس بار اس کی تھرموڈینامک نوعیت کے بجائے اس کی کونیی یکسانیت کے ساتھ۔ یہ یکسانیت اس حقیقت سے ظاہر ہوتی ہے کہ آسمان کے کسی بھی مقام پر RI کا درجہ حرارت عملی طور پر یکساں ہوتا ہے، اور یکسانیت سے انحراف 10-5 سے زیادہ نہیں ہوتا ہے (اس کے ارد گرد کے مادے کے ذریعے ہماری حرکت سے منسلک چھوٹے ڈوپلر اثر کے لیے ایڈجسٹ کیا جاتا ہے۔ )۔ اس کے علاوہ، کہکشاؤں اور دیگر مادوں کی تقسیم میں تقریباً عالمگیر یکسانیت ہے۔ اس طرح، کافی بڑے پیمانے پر بیریون کی تقسیم (سیکشن 1.3 دیکھیں) نمایاں یکسانیت کی خصوصیت رکھتی ہے، حالانکہ اس میں نمایاں بے ضابطگیاں ہیں، خاص طور پر نام نہاد voids، جہاں مرئی مادے کی کثافت اوسط سے یکسر کم ہے۔ عام طور پر، یہ استدلال کیا جا سکتا ہے کہ ہم کائنات کے ماضی میں یکسانیت زیادہ ہے، اور RI مادے کی تقسیم کا قدیم ترین ثبوت ہے جس کا ہم براہ راست مشاہدہ کر سکتے ہیں۔

یہ تصویر اس نظریے سے مطابقت رکھتی ہے کہ اپنی نشوونما کے ابتدائی مراحل میں کائنات بے شک انتہائی یکساں تھی، لیکن قدرے بے قاعدہ کثافت کے ساتھ۔ وقت گزرنے کے ساتھ (اور مختلف قسم کے "رگڑ" کے زیر اثر - وہ عمل جو رشتہ دارانہ حرکت کو کم کرتے ہیں)، یہ کثافت کی بے قاعدگیاں کشش ثقل کے زیر اثر شدت اختیار کرتی گئیں، جو کہ مادے کے بتدریج کلمپنگ کے خیال سے مطابقت رکھتی ہے۔ وقت گزرنے کے ساتھ، گٹھلی بڑھ جاتی ہے، جس کے نتیجے میں ستارے بنتے ہیں۔ وہ کہکشاؤں میں گروپ کرتے ہیں، جن میں سے ہر ایک مرکز میں بڑے پیمانے پر بلیک ہول تیار کرتا ہے۔ بالآخر، یہ جمنا کشش ثقل کے ناگزیر اثر کی وجہ سے ہے۔ اس طرح کے عمل درحقیقت اینٹروپی میں زبردست اضافے سے وابستہ ہیں اور یہ ظاہر کرتے ہیں کہ کشش ثقل کو مدنظر رکھتے ہوئے، وہ ابتدائی چمکتی ہوئی گیند، جس میں سے آج صرف RI باقی ہے، زیادہ سے زیادہ اینٹروپی سے بہت دور ہو سکتی ہے۔ اس گیند کی تھرمل نوعیت، جیسا کہ تصویر میں دکھایا گیا پلانک سپیکٹرم سے ظاہر ہوتا ہے۔ 3.13، صرف یہ کہتا ہے: اگر ہم کائنات کو (آخری بکھرنے کے دور میں) کو محض ایک نظام کے طور پر دیکھیں جو مادے اور توانائی پر مشتمل ہے جو ایک دوسرے کے ساتھ تعامل کرتے ہیں، تو ہم یہ فرض کر سکتے ہیں کہ یہ دراصل تھرموڈینامک توازن میں تھا۔ تاہم، اگر ہم کشش ثقل کے اثرات کو بھی مدنظر رکھیں تو تصویر ڈرامائی طور پر بدل جاتی ہے۔

اگر ہم تصور کریں، مثال کے طور پر، ایک مہر بند کنٹینر میں گیس، تو یہ فطری ہے کہ یہ اس میکروسکوپک حالت میں اپنی زیادہ سے زیادہ اینٹروپی تک پہنچ جائے گی جب اسے پورے کنٹینر میں یکساں طور پر تقسیم کیا جائے گا (تصویر 3.15 اے)۔ اس سلسلے میں، یہ ایک گرم گیند سے مشابہ ہوگا جس نے RI پیدا کیا، جو آسمان پر یکساں طور پر تقسیم ہوتا ہے۔ تاہم، اگر آپ گیس کے مالیکیول کی جگہ کشش ثقل کے ذریعے ایک دوسرے سے جڑے جسموں کے ایک وسیع نظام سے بدلتے ہیں، مثال کے طور پر، انفرادی ستارے، تو آپ کو بالکل مختلف تصویر ملتی ہے (تصویر 3.15 b)۔ کشش ثقل کے اثرات کی وجہ سے، ستارے غیر مساوی طور پر، جھرمٹ کی شکل میں تقسیم کیے جائیں گے۔ بالآخر، سب سے بڑی اینٹروپی اس وقت حاصل کی جائے گی جب متعدد ستارے گر جائیں گے یا بلیک ہولز میں ضم ہو جائیں گے۔ اگرچہ اس عمل میں کافی وقت لگ سکتا ہے (حالانکہ یہ انٹرسٹیلر گیس کی موجودگی کی وجہ سے رگڑ کی وجہ سے سہولت فراہم کرے گا)، ہم دیکھیں گے کہ بالآخر، جب کشش ثقل کا غلبہ ہوتا ہے، اینٹروپی زیادہ ہوتی ہے، نظام میں معاملہ یکساں طور پر کم تقسیم ہوتا ہے۔ .

اس طرح کے اثرات روزمرہ کے تجربے کی سطح پر بھی دیکھے جا سکتے ہیں۔ کوئی پوچھ سکتا ہے: زمین پر زندگی کو برقرار رکھنے میں دوسرے قانون کا کیا کردار ہے؟ آپ اکثر سن سکتے ہیں کہ ہم سورج سے حاصل ہونے والی توانائی کی بدولت اس سیارے پر رہتے ہیں۔ لیکن اگر ہم زمین پر مجموعی طور پر غور کریں تو یہ مکمل طور پر درست بیان نہیں ہے، کیونکہ دن کے وقت زمین کو حاصل ہونے والی تقریباً تمام توانائی جلد ہی ایک بار پھر خلا میں، تاریک رات کے آسمان میں اڑ جاتی ہے۔ (یقیناً، درست توازن کو گلوبل وارمنگ اور تابکار کشی کی وجہ سے کرہ ارض کے گرم ہونے جیسے عوامل سے تھوڑا سا ایڈجسٹ کیا جائے گا۔) بصورت دیگر، زمین صرف تیزی سے گرم ہو جائے گی اور چند دنوں میں ناقابل رہائش ہو جائے گی! تاہم، سورج سے براہ راست موصول ہونے والے فوٹونز کی فریکوئنسی نسبتاً زیادہ ہوتی ہے (وہ سپیکٹرم کے پیلے حصے میں مرتکز ہوتے ہیں)، اور زمین انفراریڈ سپیکٹرم میں بہت کم فریکوئنسی والے فوٹان کو خلا میں خارج کرتی ہے۔ پلانک کے فارمولے (E = hν، سیکشن 2.2 دیکھیں) کے مطابق، سورج سے آنے والے ہر فوٹون میں انفرادی طور پر خلا میں خارج ہونے والے فوٹون سے کہیں زیادہ توانائی ہوتی ہے، اس لیے توازن حاصل کرنے کے لیے، بہت سے زیادہ فوٹان زمین کو پہنچنے کے بجائے چھوڑ دیتے ہیں ( دیکھیں تصویر 3.16)۔ اگر کم فوٹون آتے ہیں، تو آنے والی توانائی میں آزادی کی کم ڈگری ہوگی اور باہر جانے والی توانائی زیادہ ہوگی، اور اس لیے بولٹزمین کے فارمولے (S = k log V) کے مطابق، آنے والے فوٹون میں باہر جانے والے سے بہت کم انٹراپی ہوگی۔ . ہم اپنی اینٹروپی کو کم کرنے کے لیے پودوں میں موجود کم اینٹروپی توانائی کا استعمال کرتے ہیں: ہم پودے یا سبزی خور کھاتے ہیں۔ زمین پر زندگی اسی طرح زندہ رہتی ہے اور پھلتی پھولتی ہے۔ (بظاہر، یہ خیالات سب سے پہلے ایرون شروڈنگر نے 1967 میں واضح طور پر مرتب کیے تھے، جب اس نے اپنی انقلابی کتاب Life as It Is [Schrödinger, 2012] لکھی تھی)۔

اس کم اینٹروپی توازن کے بارے میں سب سے اہم حقیقت یہ ہے: سورج مکمل طور پر تاریک آسمان میں ایک گرم جگہ ہے۔ لیکن ایسے حالات کیسے پیدا ہوئے؟ بہت سے پیچیدہ عملوں نے کردار ادا کیا، جن میں تھرمونیوکلیئر ری ایکشنز وغیرہ شامل ہیں، لیکن سب سے اہم بات یہ ہے کہ سورج بالکل موجود ہے۔ اور یہ اس لیے پیدا ہوا کہ شمسی مادّہ (جیسے وہ مادہ جو دوسرے ستاروں کو بناتا ہے) کشش ثقل کے ایک عمل کے ذریعے تیار ہوا، اور یہ سب گیس اور تاریک مادے کی نسبتاً یکساں تقسیم کے ساتھ شروع ہوا۔

یہاں ہمیں ایک پراسرار مادے کا ذکر کرنا ہوگا جسے تاریک مادہ کہتے ہیں، جو بظاہر کائنات کا 85 فیصد مواد (غیر Λ) بناتا ہے، لیکن اس کا پتہ صرف کشش ثقل کے تعامل سے ہوتا ہے، اور اس کی ساخت نامعلوم ہے۔ آج ہم کل کمیت کا تخمینہ لگاتے وقت صرف اس معاملے کو مدنظر رکھتے ہیں، جو کچھ عددی مقداروں کا حساب لگاتے وقت درکار ہوتا ہے (سیکشن 3.6، 3.7، 3.9 دیکھیں، اور اس سے زیادہ اہم نظریاتی کردار کے لیے تاریک مادہ کیا ادا کر سکتا ہے، سیکشن 4.3 دیکھیں)۔ تاریک مادے کے مسئلے سے قطع نظر، ہم دیکھتے ہیں کہ مادے کی اصل یکساں تقسیم کی کم اینٹروپی نوعیت ہماری زندگیوں کے لیے کتنی اہم ثابت ہوئی ہے۔ ہمارا وجود، جیسا کہ ہم اسے سمجھتے ہیں، کم اینٹروپی گروویٹیشنل ریزرو پر منحصر ہے جو مادے کی ابتدائی یکساں تقسیم کی خصوصیت ہے۔

یہاں ہم بگ بینگ کے ایک قابل ذکر—حقیقت میں، لاجواب—پہلے کی طرف آتے ہیں۔ اسرار صرف اس بات میں نہیں کہ یہ کیسے ہوا، بلکہ اس حقیقت میں بھی ہے کہ یہ ایک انتہائی کم اینٹروپی واقعہ تھا۔ مزید برآں، جو بات قابل ذکر ہے وہ اس صورت حال میں اتنی زیادہ نہیں ہے کہ حقیقت یہ ہے کہ اینٹروپی صرف ایک مخصوص حوالے سے کم تھی، یعنی: آزادی کی کشش ثقل کی ڈگریاں، کسی وجہ سے، مکمل طور پر دبا دی گئی تھیں۔ یہ مادے کی آزادی اور (برقی مقناطیسی) تابکاری کی ڈگریوں کے بالکل برعکس ہے، کیونکہ وہ زیادہ سے زیادہ اینٹروپی کے ساتھ گرم حالت میں زیادہ سے زیادہ پرجوش دکھائی دیتے ہیں۔ میری رائے میں، یہ شاید سب سے گہرا کائناتی اسرار ہے، اور کسی وجہ سے اسے ابھی تک کم سمجھا جاتا ہے!

اس پر مزید تفصیل سے غور کرنے کی ضرورت ہے کہ بگ بینگ کی حالت کتنی خاص تھی اور کشش ثقل کے کلمپنگ کے عمل میں کیا اینٹروپی پیدا ہو سکتی ہے۔ اس کے مطابق، آپ کو پہلے یہ سمجھنے کی ضرورت ہے کہ بلیک ہول میں اصل میں کون سی ناقابل یقین اینٹروپی موجود ہے (دیکھیں تصویر 3.15 b)۔ ہم اس مسئلے پر سیکشن 3.6 میں بات کریں گے۔ لیکن ابھی کے لیے، آئیے مندرجہ ذیل سے متعلق ایک اور مسئلے کی طرف رجوع کرتے ہیں، کافی ممکنہ امکان: آخر کار، کائنات حقیقت میں لامحدود ہو سکتی ہے (جیسا کہ K کے ساتھ FLRU ماڈلز کے معاملے میں ہے۔ 0، سیکشن 3.1 دیکھیں) یا کم از کم زیادہ تر کائنات براہ راست قابل مشاہدہ نہیں ہوسکتی ہے۔ اسی مناسبت سے، ہم کائناتی افق کے مسئلے سے رجوع کرتے ہیں، جس پر ہم اگلے حصے میں بات کریں گے۔

»کتاب کے بارے میں مزید تفصیلات یہاں پر دیکھی جا سکتی ہیں۔ پبلشر کی ویب سائٹ
» مواد کی میز
» اقتباس

Khabrozhiteley کے لیے کوپن کا استعمال کرتے ہوئے 25% ڈسکاؤنٹ - نیو سائنس

کتاب کے کاغذی ورژن کی ادائیگی پر، ایک الیکٹرانک کتاب بذریعہ ای میل بھیجی جائے گی۔

ماخذ: www.habr.com