બ્રહ્માંડ શેનું બનેલું છે? .

- ફયુચર સાયન્સ-કે.આર.ચૌધરી

મા નવ ઇતિહાસમાં પ્રથમવાર મનુષ્યએ શોધી કાઢયું છે કે બ્રહ્માંડ શેનું બનેલું છે? અત્યાર સુધી વિજ્ઞાનીઓ વિવિધ સિદ્ધાંતો આપતા હતા. અને બ્રહ્માંડ શેનું બનેલું છે? તેની આગાહી કરતા હતા. પૃથ્વીના સાડા ચાર અબજ વર્ષના ઇતિહાસમાં પહેલીવાર મનુષ્યએ બ્રહ્માંડ શેનું બનેલું છે? તે રહસ્ય ઉકેલી લીધું છે. બ્રહ્માંડમાં પ્રવર્તમાન કોસ્મિક માઈક્રોવેવ બેકગ્રાઉન્ડ (CMB) રેડીએશન, સ્લોન ડિજિટલ સ્કાય સર્વે પ્રોજેક્ટ, Ia સુપરનોવા વિસ્ફોટ, ડાર્ક એનર્જી ઇન્સ્ટ્રુમેન્ટ અને અન્ય વિવિધ પ્રકારના ટેલિસ્કોપ દ્વારા મેળવેલ ડેટા ઉપરથી વિજ્ઞાનીઓએ બ્રહ્માંડ શેનું બનેલું છે? અને તેનું પ્રમાણ કેટલું છે તે શોધી કાઢયું છે. આધુનિક ડેટા સાબિત કરે છે કે 'આજના બ્રહ્માંડનો ૬૮% હિસ્સો ડાર્ક એનર્જી એટલે કે શ્યામ ઉર્જા, ૨૭ ટકા ડાર્ક મેટર એટલે કે શ્યામ પદાર્થ, ૪.૯૦% ઓર્ડિનરી મેટર એટલે કે સામાન્ય પદાર્થ, ૦.૧% ન્યુટ્રીનો અને ૦.૦૧%થી બનેલ છે. હવે બ્રહ્માંડ સર્જનની વાત કરીએ તો...

બ્રહ્માંડની શરૂઆત એક મોટા દળદાર વિસ્ફોટ દ્વારા થઈ હતી. આ ઘટનાને આધુનિક વિજ્ઞાન બિગ બેંગ તરીકે ઓળખે છે. આજથી ૧૩.૭ અબજ વર્ષ પહેલાં બિગ બેંગથી બ્રહ્માંડની શરૂઆત થઈ હતી. બ્રહ્માંડ બિગ બેંગથી માંડીને અત્યારે જે હાલતમાં પહોંચ્યું છે. ત્યાં સુધીની બ્રહ્માંડની ઉત્ક્રાંતિની કથાનો અભ્યાસ 'કોસ્મોલોજી એટલે કે બ્રહ્માંડ વિદ્યા' તરીકે જાણીતો છે. કોસ્મોલોજીની હાલની થીયરીમાં મુખ્ય ત્રણ બાબતનો સમાવેશ કરવામાં આવ્યો છે. બિગ બેંગ, ડાર્ક મેટર અને ડાર્ક એનર્જી. બ્રહ્માંડને સમજાવતું 'સ્ટાન્ડર્ડ મોડેલ ઓફ કોસ્મોલોજી' આ ત્રણ વસ્તુનું બનેલું છે. જો કે વિજ્ઞાનીઓને આ ત્રણેય બાબત સાથે કેટલીક સમસ્યા જોડાયેલી જોવા મળી છે. હવે તમને થશે કે જે બાબત સાથે સમસ્યાઓ જોડાયેલી હોય, તેનો ઉપયોગ કરીને બ્રહ્માંડનું સ્ટાન્ડર્ડ મોડલ કેવી રીતે તૈયાર થઈ શકે? બિગ બેંગ દ્વારા બ્રહ્માંડનું સર્જન થયું એ વાત ખરી પરંતુ... ક્યાં કારણોથી આ મહાવિસ્ફોટ થયો હતો? મહાવિસ્ફોટ થવા પાછળ જવાબદાર પરિબળો કયા કયા હતા? ડાર્ક મેટર શેનું બનેલું છે? ડાર્ક એનર્જી શું છે? જવાબમાં વિજ્ઞાનીઓ કહે છે કે...

બ્રહ્માંડ : સ્ટાન્ડર્ડ મોડેલ ઓફ કોસ્મોલોજી 

છેલ્લા પાંચ દાયકામાં બિગ બેંગ, ડાર્ક મેટર અને ડાર્ક એનર્જીને લગતા કેટલાક સંકેતો અને પુરાવાઓ મળ્યા છે. જેની મદદથી કોસ્મોલોજીનું સ્ટાન્ડર્ડ મોડલ તૈયાર થઈ શકે તેમ છે. આધુનિક વિજ્ઞાને કોસ્મોલોજીનું જે સ્ટાન્ડર્ડ મોડેલ તૈયાર કર્યું છે તેને વિજ્ઞાનીઓ 'લેમડા કોલ્ડ ડાર્ક મેટર' તરીકે ઓળખે છે. જેને CDM મીતાક્ષરો દ્વારા દર્શાવવામાં આવે છે. અહીં 'લેમડા અને CDM -કોલ્ડ ્રડાર્ક મેટર' માટે વાપરવામાં આવ્યા છે. બિગ બેંગ પહેલા બ્રહ્માંડ કેવું હતું? બ્રહ્માંડમાં ડાર્ક મેટરની શરૂઆત ક્યારે થઈ? ડાર્ક એનર્જી કેવી રીતે કામ કરે છે? આ બધા સવાલો ઉપર વિજ્ઞાનીઓ સંશોધન કરી રહ્યા છે. પ્રવર્તમાન જ્ઞાન આધારિત બ્રહ્માંડનું જે પ્રમાણિત મોડલ તૈયાર કરવામાં આવ્યું છે. જેના ઉપર બ્રહ્માંડની આપણે વૈજ્ઞાનિક રીતે કલ્પના કરેલ છે. આ કલ્પના પણ બ્રહ્માંડની ઉત્ક્રાંતિ સાથે સંબંધ દર્શાવે છે. બ્રહ્માંડની આપણી કલ્પનાનો એક મહત્વનો આધાર સ્તંભ એટલે કે ડાર્ક મેટર. સૌ પ્રથમવાર ૧૯૩૩માં સ્વિસ ખગોળશાી ફ્રિટ્ઝ ઝ્વિકીએ શ્યામ દ્રવ્યનો ખ્યાલ રજુ કર્યો હતો. ફ્રિટ્ઝ ઝ્વીકી તારાવિશ્વોના સમૂહ કોમા ક્લસ્ટરનો અભ્યાસ કરી રહ્યા હતા. તેમણે જોયું કે આકાશગંગાઓનાં જથ્થાને-દ્રવ્યને, માત્ર એકલા દૃશ્યમાન દ્રવ્ય દ્વારા સમજાવી શકાય તેમ નથી. દ્રશ્યમાન પદાર્થ ઉપર લાગતું ગુરુત્વાકર્ષણ બળ, જરૂર કરતા વધુ લાગી રહ્યું હતું. જેનો અર્થ એ થાય કે સામાન્ય દ્રશ્યમાન પદાર્થ કરતા પણ વધારે પદાર્થ રહેલો છે. જે ક્લસ્ટરને એકસાથે પકડી રાખવા માટે જરૂરી ગુરુત્વાકર્ષણ ખેંચાણ પૂરું પાડતો કોઈ અદ્રશ્ય પદાર્થનો સમૂહ હોવું જોઈએ. તેણે આ અદ્રશ્ય સમૂહને 'ડંકલ મેટેરી' કહ્યો હતો. જેનો અનુવાદ થતા વિજ્ઞાન જગતને 'ડાર્ક મેટર = શ્યામ પદાર્થ જેવો નવો શબ્દ મળ્યો હતો. આ પ્રકારનો પદાર્થ નરી આંખે જોઈ શકાતો નથી. દૂરબીન કે ટેલિસ્કોપથી પણ આ ડાર્ક મેટર જોઈ શકાતી નથી. ્રબ્રહ્માંડનો ૨૭% જેટલો હિસ્સો ડાર્ક મેટરનો બનેલ છે. ડાર્ક મેટર પદાર્થનું એક એવું સ્વરૂપ છે. જે પ્રકાશનું ઉત્સર્જન કરી શકતો નથી. પ્રકાશનું શોષણ કરી શકતો નથી. પ્રકાશનું પ્રતિબિંબ પણ પેદા કરી શકતો નથી. જેના કારણે તે મનુષ્ય અને વિવિધ પ્રકારના ટેલિસ્કોપ, માટે તે અદ્રશ્ય પદાર્થ સાબિત થાય છે.

હબલ અચળાંક 

ગયા એપ્રિલ મહિનામાં ટેલીફોનયામાં અમેરિકન ફિઝિકલ સોસાયટીની વાર્ષિક સભા ભરાઈ હતી જેમાં છેલ્લા ત્રણ વર્ષનો ડેટા લઈને ડાર્ક એનર્જીનું ત્રિપરિમાણમાં પિક્ચર બનાવવામાં આવ્યું હતું. તેની ચર્ચા કરવામાં આવી હતી. વિજ્ઞાનીઓ અનુમાન લગાવે છે કે 'જો બ્રહ્માંડ વિસ્તરણનો પ્રવેગ સતત વધતો રહેશે તો, આપણે જે તારા વિશ્વના સમૂહમાં રહીએ છીએ, જેના વિજ્ઞાનીઓ લોકલ સુપર ક્લસ્ટર તરીકે ઓળખે છે. તેમાં આવેલા તારા વિશ્વા એકબીજાને જોઈ શકશે નહીં. કારણ કે તેમની મંદીનો વેગ- recessional velocity પ્રકાશની ઝડપ કરતાં વધી જશે. બ્રહ્માંડ તેના અંત તરફ જવાની શરૂઆત કરશે. જેને વિજ્ઞાનીઓ કોસ્મોલોજીકલ બીગ રિપની ઘટના તરીકે ઓળખે છે. જો આવી ઘટના ન પણ બને તો પણ, બ્રહ્માંડ એકલું અટુલું નિર્જન સ્થળ બની જશે. હાલમાં બ્રહ્માંડ 67 km/s/Mpcના દરે વિસ્તરણ પામી રહ્યું છે. 67 km/s/Mpcની જરા વિસ્તૃત સમજ મેળવીએ તો, મૂલ્ય 67 km/s/Mpc એ હબલ કોન્સ્ટન્ટ (H0)નું માપ બતાવે છે. જે બ્રહ્માંડના વિસ્તરણના દરનું વર્ણન કરે છે. આ મૂલ્ય દર્શાવે છે કે ્રબ્રહ્માંડના વિસ્તરણને કારણે આકાશગંગાઓ એકબીજાથી કેટલી ઝડપથી દૂર જઈ રહી છે. 67 km/s/Mpcએ દર સેકન્ડે ૬૭ કિલોમીટરની ઝડપ બતાવે છે. જે ઝડપે આકાશગંગા આપણી પાસેથી દૂર જઈ રહી છે. જ્યારે Mpc મેગા-પારસેકનું મીતાક્ષરી સ્વરૂપ છે. એક મેગાપાર્સેક એ અંતરનું એક એકમ છે. જેનો ખગોળશાસ્ત્રમાં ઉપયોગ થાય છે. જે એક મિલિયન પાર્સેકની સમકક્ષ છે. એક મિલિયન એટલે દસ લાખ પાર્સેક. પ્રકાશ ૩.૨૬ વર્ષમાં, જે અંતર કાપે તે અંતરને એક પાર્સેક તરીકે ઓળખવામાં આવે છે. આવા દસ લાખ પાર્સેક મળીને એક મેગા-પાર્સેકનો એકમ બને છે. આ અચળાંક ને સરળ ભાષામાં સમજવો હોય તો, અચળાંક  દર્શાવે છે કે આપણાથી દરેક મેગાપાર્ર્સેક અંતર માટે, એક ગેલેક્સી વધારાના ૬૭ કિલોમીટર પ્રતિ સેકન્ડની ઝડપે દૂર જઈ રહી છે. 

ડાર્ક મેટર : એસ્ટ્રોફિઝિક્સનું  રહસ્ય

ડાર્ક મેટર બ્રહ્માંડનો લગભગ ૨૭% હિસ્સો ધરાવે છે, જ્યારે બ્રહ્માંડમાં સામાન્ય દ્રશ્યમાન પદાર્થ કે દ્રવ્ય (જે સામગ્રી આપણે જોઈ શકીએ છીએ અને તેની સાથે ક્રિયાપ્રતિક્રિયા કરી શકીએ છીએ) માત્ર ૫% છે. ડાર્ક મેટર શેનું બનેલું છે? તેનો ઠોસ જવાબ વિજ્ઞાનીઓ આપી શકતા નથી. વિજ્ઞાન જગત શ્યામ પદાર્થની ચોક્કસ પ્રકૃતિ હજુ પણ અજ્ઞાત છે. જે આધુનિક એસ્ટ્રોફિઝિક્સનું સૌથી મોટા રહસ્યોમાંનું એક રહસ્ય છે. જો કે, ડાર્ક મેટર શેનાથી બની શકે છે? તેની આગાહી કરનારી અનેક થીયરીઓને અને સિદ્ધાંતો અસ્તિત્વમાં આવ્યા છે.

વિજ્ઞાન-પત્રકાર ડેનિસ ઓવરબાય લખે છે. આજથી પાંચ-વર્ષ પહેલા બ્રહ્માંડમાં એક વિચિત્ર ઘટના બની હતી. જાણે કે બ્રહ્માંડના સર્જનહાર રે કોઈ નવા પ્રકારનું એન્ટી ગ્રેવીટી મશીન ચાલુ કર્યું હોય. જે ગુરુત્વાકર્ષણના બળને નબળું બનાવી, બ્રહ્માંડનું ખૂબ જ ઝડપથી વિસ્તરણ કરી રહ્યું હતું. તારા વિશ્વ એકબીજાથી વધુ ઝડપે દૂર જવા લાગ્યા હતા. આ એન્ટી ેગ્રેવિટી મશીનનાં મૂળમાં જવાની વિજ્ઞાનીઓએ કસરત કરી ત્યારે, જાણવા મળ્યું કે આ કોઈ એન્ટીગ્રેવીટી મશીન નથી. પરંતુ બ્રહ્માંડમાં એક અદ્રશ્ય પ્રકારની ઊર્જા અસ્તિત્વમાં છે. જે તારા વિશ્વને એકબીજાથી દૂર ધકેલી રહી છે. આ ઉર્જાના સીધા કોઈ જ પ્રાયોગિક પરિણામ મળતા ન હોવાથી, વિજ્ઞાનીઓ તેને ડાર્ક એનર્જી એટલે કે શ્યામ ઉર્જા તરીકે ઓળખે છે. ડાર્ક એનર્જી એક રહસ્યમય ઊર્જા છે. બ્રહ્માંડનાં ૬૮% ભાગમાં શ્યામ ઊર્જાનું રહસ્યમય અસ્તિત્વ આવેલું છે. જે બ્રહ્માંડના વિસ્તરણના વેગમાં વધારાનો પ્રવેગ ઉમેરી રહી છે. બ્રહ્માંડમાં ડાર્ક એનર્જી અને ડાર્ક મેટરનો સરવાળો એટલા વિપુલ પ્રમાણમાં છે કે 'ડાર્ક એનર્જી અને ડાર્ક મેટર બંને મળીને, બ્રહ્માંડનો ૭૫% કરતાં વધારે વિસ્તાર એટલે કે ત્રણ ચતુર્થાંશ હિસ્સો ધરાવે છે. ખગોળશાસ્ત્રી નીલ ડીગ્રાસ ટાયસન અને ખગોળશાી ડોનાલ્ડ ગોલ્ડસ્મિથના જણાવ્યા અનુસાર, 'જો બ્રહ્માંડશાીઓ ફક્ત એક જ વાત સમજાવી શકે કે શ્યામ ઊર્જા ક્યાંથી આવે છે? તો તેઓ દાવો કરી શકે છે કે તેઓ બ્રહ્માંડના મૂળભૂત રહસ્યનો પર્દાફાશ કર્યો છે.' 

ડાર્ક એનર્જી : બ્રહ્માંડના  વિસ્તરણનો પ્રવેગ વધારે છે? 

૧૯૯૮માં વિજ્ઞાનીઓએ ખૂબ જ દૂર આવેલા ટાઈપ વન-એ પ્રકારના સુપર નોવા વિસ્ફોટના એસ્ટ્રોફિઝિકલ અવલોકનો નોંધ્યા હતા. આ અવલોકનો ઉપરથી વિજ્ઞાનીઓ જાણી શક્યા હતા કે 'બ્રહ્માંડ વિસ્તરણનો દર, વિજ્ઞાનીઓએ ગણી આંકડા કરતાં વધારે જોવા મળ્યો હતો. જેની પાછળ કોઈ અદ્રશ્ય ઉર્જા કામ કરી રહ્યું હોય તેવું વિજ્ઞાનીઓને લાગ્યું હતું. આ જ વર્ષે અમેરિકન કોસ્મોલોજિસ્ટ માઈકલ ટર્નરેે, આ રહસ્યમય અદ્રશ્ય ઉર્જા માટે, ડાર્ક એનર્જી શબ્દ પ્રયોજ્યો હતો. 

બ્રહ્માંડના સર્જન સાથે જ ઉત્પન્ન થયેલા અવાજની સાઉન્ડ પ્રિન્ટ પણ તરંગો સ્વરૂપે સચવાયેલી છે. અવાજની આ પેટર્ન ઉપરથી વિજ્ઞાનીઓ જાણી શકે છે કે 'ડાર્ક એનર્જી એટલે કે શ્યામ ઉર્જા ્રબ્રહ્માંડના વિસ્તરણ માટે જવાબદાર છે. હાલમાં હબલ અચળાંકનું મૂલ્ય,  67 km/s/Mpc  કોસ્મિક માઈક્રોવેવ બેકગ્રાઉન્ડ અને અન્ય કોસ્મોલોજીકલ અવલોકનો દ્વારા નક્કી કરવામાં આવ્યું છે. જેને વિજ્ઞાનીઓએ સ્વીકૃતિ આપેલી છે. કોસ્મોલોજીસ્ટ વિસ્તરણ પેટર્નનો અભ્યાસ કરીને બ્રહ્માંડના ભૂતકાળમાં નજર નાખી શકે છે. તેઓ જોઈ શકે છે કે 'ડાર્ક એનર્જી'ની ઉત્ક્રાંતિ અબજો વર્ષ પૂર્વે કેવી રીતે થઈ હતી? 

આધુનિક ખગોળશાસ્ત્રનાં પરિણામો બતાવી રહ્યા છે કે 'સમયની સાથે ડાર્ક એનર્જીની ઘનતા બદલાઈ રહી છે. ડાર્ક એનર્જીનાં ત્રિપરિમાણમાં પિક્ચર ઉપરથી એવું જાણવા મળ્યું છે કે 'બ્રહ્માંડ સર્જનથી માંડીને નવ અબજ વર્ષના સમયગાળા દરમિયાન ડાર્ક એનર્જીની ઘનતા વધતી રહી હતી. છેલ્લા ચાર અબજ વર્ષથી ડાર્કએનર્જીની ઘનતા ઘટતી રહી છે.' આવું શા માટે થઈ રહ્યું છે? તેનો ખુલાસો આજના કોઈ જ વિજ્ઞાનીઓ કરી શકે તેમ નથી. કારણ કે આપણે હજી સુધી ડાર્ક એનર્જીની વાસ્તવિક પ્રકૃતિ સમજી શક્યા નથી.