1988 में, स्टीफन हॉकिंग की रिकॉर्ड-ब्रेकिंग पुस्तक ए ब्रीफ हिस्ट्री ऑफ टाइम ने इस उल्लेखनीय सैद्धांतिक भौतिक विज्ञानी के विचारों को दुनिया भर के पाठकों के सामने पेश किया। और यहाँ एक नई महत्वपूर्ण घटना है: हॉकिंग वापस आ गए हैं! खूबसूरती से सचित्र अगली कड़ी, द वर्ल्ड इन ए नटशेल, उन वैज्ञानिक खोजों का खुलासा करती है जो उनकी पहली, व्यापक रूप से प्रशंसित पुस्तक के प्रकाशन के बाद से की गई हैं।

हमारे समय के सबसे प्रतिभाशाली वैज्ञानिकों में से एक, जो न केवल अपने विचारों की निर्भीकता के लिए बल्कि अपनी अभिव्यक्ति की स्पष्टता और बुद्धि के लिए भी जाने जाते हैं, हॉकिंग हमें अनुसंधान के अत्याधुनिक स्तर पर ले जाते हैं, जहां सच्चाई कल्पना से अधिक अजीब लगती है, समझाने के लिए ब्रह्माण्ड को नियंत्रित करने वाले सिद्धांतों को सरल शब्दों में कहें।

कई सैद्धांतिक भौतिकविदों की तरह, हॉकिंग विज्ञान के पवित्र ग्रेल - हर चीज का सिद्धांत, जो ब्रह्मांड की नींव में निहित है, को खोजने के लिए उत्सुक हैं। यह हमें ब्रह्मांड के रहस्यों को छूने की अनुमति देता है: सुपरग्रेविटी से सुपरसिमेट्री तक, क्वांटम सिद्धांत से एम-सिद्धांत तक, होलोग्राफी से द्वंद्व तक। साथ में हम एक आकर्षक साहसिक यात्रा पर निकलते हैं क्योंकि वह आइंस्टीन के सापेक्षता के सामान्य सिद्धांत और रिचर्ड फेनमैन के एकाधिक इतिहास के विचार के आधार पर, एक पूर्ण एकीकृत सिद्धांत बनाने के अपने प्रयासों के बारे में बात करते हैं जो ब्रह्मांड में होने वाली हर चीज का वर्णन करेगा।

हम अंतरिक्ष-समय के माध्यम से एक असाधारण यात्रा पर उसके साथ हैं, और शानदार रंगीन चित्र एक अवास्तविक वंडरलैंड के माध्यम से इस यात्रा में मील का पत्थर के रूप में काम करते हैं, जहां कण, झिल्ली और तार ग्यारह आयामों में चलते हैं, जहां ब्लैक होल वाष्पित हो जाते हैं, अपने रहस्यों को अपने साथ ले जाते हैं, और जहाँ ब्रह्माण्डीय बीज जिससे हमारा ब्रह्माण्ड विकसित हुआ वह एक छोटा सा अखरोट था।

स्टीफन हॉकिंग
संक्षेप में ब्रह्मांड
ए.जी. सर्गेव द्वारा अंग्रेजी से अनुवादित
प्रकाशन दिमित्री ज़िमिन के डायनेस्टी फाउंडेशन के सहयोग से तैयार किया गया था
एसपीबी: एम्फोरा। टीआईडी ​​एम्फोरा, 2007. - 218 पी।

अध्याय 5. अतीत की रक्षा करना

इस बारे में कि क्या समय यात्रा संभव है और क्या एक अत्यधिक विकसित सभ्यता, अतीत में लौटकर, इसे बदलने में सक्षम है

क्योंकि स्टीफन हॉकिंग (जिन्होंने अपनी मांगों को बहुत सामान्य बनाकर इस मुद्दे पर पिछला दांव हार गए थे) दृढ़ता से आश्वस्त हैं कि नग्न विलक्षणताएं अभिशप्त हैं और उन्हें शास्त्रीय भौतिकी के नियमों द्वारा प्रतिबंधित किया जाना चाहिए, और क्योंकि जॉन प्रेस्किल और किप थॉर्न (जिन्होंने पिछला दांव जीता था) शर्त) - अभी भी विश्वास है कि क्वांटम गुरुत्वाकर्षण वस्तुओं के रूप में नग्न विलक्षणताएं, क्षितिज द्वारा कवर किए बिना, अवलोकन योग्य ब्रह्मांड में मौजूद हो सकती हैं, हॉकिंग ने प्रस्तावित किया, और प्रीस्किल/थॉर्न ने निम्नलिखित शर्त को स्वीकार कर लिया:

चूंकि शास्त्रीय पदार्थ या क्षेत्र का कोई भी रूप जो फ्लैट स्पेसटाइम में एकवचन बनने में असमर्थ है, आइंस्टीन के सापेक्षता के सामान्य सिद्धांत के शास्त्रीय समीकरणों का पालन करता है, किसी भी प्रारंभिक स्थितियों से गतिशील विकास (यानी, प्रारंभिक डेटा के किसी भी खुले सेट से) कभी भी उत्पन्न नहीं हो सकता है नग्न विलक्षणता (अतीत में अंत बिंदु के साथ I + से अपूर्ण शून्य जियोडेसिक)।

हारने वाला विजेता को कपड़े से पुरस्कृत करता है ताकि वह अपनी नग्नता को ढक सके। कपड़ों पर उचित संदेश की कढ़ाई होनी चाहिए।

मेरे मित्र और सहकर्मी किप थॉर्न, जिनके साथ मैंने कई दांव लगाए हैं (अभी भी सक्रिय हैं), उन लोगों में से नहीं हैं जो भौतिकी में आम तौर पर स्वीकृत लाइन का पालन सिर्फ इसलिए करते हैं क्योंकि बाकी सभी ऐसा करते हैं। इसलिए, वह पहले गंभीर वैज्ञानिक बने जिन्होंने समय यात्रा को एक व्यावहारिक संभावना के रूप में चर्चा करने का साहस किया।

टाइम ट्रैवल के बारे में खुलकर बात करना बेहद संवेदनशील मामला है। आप या तो बजट के पैसे को किसी बेतुकेपन में निवेश करने के ज़ोर-ज़ोर से आह्वान या सैन्य उद्देश्यों के लिए अनुसंधान को वर्गीकृत करने की माँगों से भटक जाने का जोखिम उठाते हैं। सचमुच, हम टाइम मशीन वाले किसी व्यक्ति से अपनी रक्षा कैसे कर सकते हैं? आख़िरकार, वह इतिहास को ही बदलने और दुनिया पर राज करने में सक्षम है। हममें से कुछ लोग इतने मूर्ख हैं कि ऐसे प्रश्न पर काम कर सकें जिसे भौतिकविदों के बीच राजनीतिक रूप से गलत माना जाता है। हम इस तथ्य को तकनीकी शब्दों से छुपाते हैं जो समय यात्रा को कूटबद्ध करते हैं।

समय यात्रा के बारे में सभी आधुनिक चर्चाओं का आधार आइंस्टीन का सापेक्षता का सामान्य सिद्धांत है। जैसा कि पिछले अध्यायों में देखा गया है, आइंस्टीन के समीकरण यह बताकर अंतरिक्ष और समय को गतिशील बनाते हैं कि वे ब्रह्मांड में पदार्थ और ऊर्जा से कैसे मुड़ते और विकृत होते हैं। सामान्य सापेक्षता में, कलाई घड़ी द्वारा मापा गया किसी का भी व्यक्तिगत समय हमेशा बढ़ेगा, जैसे न्यूटन के सिद्धांत में या विशेष सापेक्षता के फ्लैट स्पेसटाइम में। लेकिन शायद अंतरिक्ष-समय इतना मुड़ जाएगा कि आप एक स्टारशिप पर उड़ने में सक्षम होंगे और अपने प्रस्थान से पहले वापस लौट आएंगे (चित्र 5.1)।

उदाहरण के लिए, ऐसा तब हो सकता है जब वर्महोल हों - अध्याय 4 में उल्लिखित स्पेस-टाइम ट्यूब जो इसके विभिन्न क्षेत्रों को जोड़ते हैं। विचार यह है कि एक स्टारशिप को वर्महोल के एक मुंह में भेजा जाए और दूसरे से पूरी तरह से अलग जगह और समय में निकाला जाए (चित्र 5.2)।

वर्महोल, यदि वे मौजूद हैं, तो अंतरिक्ष में गति सीमा की समस्या को हल कर सकते हैं: सापेक्षता के सिद्धांत के अनुसार, आकाशगंगा को पार करने में हजारों साल लगते हैं। लेकिन वर्महोल के माध्यम से आप आकाशगंगा के दूसरी ओर उड़ सकते हैं और रात के खाने के दौरान वापस लौट सकते हैं। इस बीच, यह दिखाना आसान है कि यदि वर्महोल मौजूद हैं, तो उनका उपयोग अतीत में खुद को खोजने के लिए किया जा सकता है।

इसलिए यह सोचने लायक है कि यदि आप उदाहरण के लिए, अपनी उड़ान को रोकने के लिए लॉन्च पैड पर अपने रॉकेट को उड़ाने का प्रबंधन करते हैं तो क्या होगा। यह प्रसिद्ध विरोधाभास का एक रूप है: यदि आप समय में पीछे जाएं और अपने दादा को आपके पिता के गर्भधारण से पहले ही मार डालें (चित्र 5.3) तो क्या होगा?

निःसंदेह, यहां विरोधाभास तभी उत्पन्न होता है जब हम यह मान लें कि, अतीत में एक बार, आप जो चाहें कर सकते हैं। यह पुस्तक स्वतंत्र इच्छा के बारे में दार्शनिक चर्चा का स्थान नहीं है। इसके बजाय, हम इस बात पर ध्यान केंद्रित करेंगे कि क्या भौतिकी के नियम स्पेसटाइम को मोड़ने की अनुमति देते हैं ताकि अंतरिक्ष यान जैसा स्थूल पिंड अपने अतीत में लौट सके। आइंस्टीन के सिद्धांत के अनुसार, एक अंतरिक्ष यान हमेशा ऐसी गति से चलता है जो अंतरिक्ष-समय में प्रकाश की स्थानीय गति से कम होती है, और तथाकथित टाइमलाइक विश्व रेखा का अनुसरण करती है। यह हमें तकनीकी शब्दों में प्रश्न को दोबारा तैयार करने की अनुमति देता है: क्या अंतरिक्ष-समय में बंद समय-जैसे वक्र हो सकते हैं, यानी, जो बार-बार अपने शुरुआती बिंदु पर लौटते हैं? मैं ऐसे प्रक्षेप पथों को "अस्थायी" कहूंगा एसमील लूप्स।"

आप तीन स्तरों पर पूछे गए प्रश्न का उत्तर ढूंढ सकते हैं। पहला आइंस्टीन के सापेक्षता के सामान्य सिद्धांत का स्तर है, जिसका तात्पर्य है कि ब्रह्मांड का बिना किसी अनिश्चितता के स्पष्ट रूप से परिभाषित इतिहास है। इस शास्त्रीय सिद्धांत के लिए हमारे पास एक संपूर्ण चित्र है। हालाँकि, जैसा कि हमने देखा है, ऐसा सिद्धांत बिल्कुल सटीक नहीं हो सकता है, क्योंकि, टिप्पणियों के अनुसार, पदार्थ अनिश्चितता और क्वांटम उतार-चढ़ाव के अधीन है।

इसलिए, हम समय यात्रा के बारे में दूसरे स्तर पर प्रश्न पूछ सकते हैं - अर्ध-शास्त्रीय सिद्धांतों के मामले में। अब हम क्वांटम सिद्धांत के अनुसार पदार्थ के व्यवहार को अनिश्चितताओं और क्वांटम उतार-चढ़ाव के साथ मानते हैं, लेकिन हम अंतरिक्ष-समय को अच्छी तरह से परिभाषित और शास्त्रीय मानते हैं। यह चित्र उतना संपूर्ण नहीं है, लेकिन यह कम से कम कुछ विचार तो देता है कि कैसे आगे बढ़ना है।

अंत में, गुरुत्वाकर्षण के संपूर्ण क्वांटम सिद्धांत के दृष्टिकोण से एक दृष्टिकोण है, चाहे जो भी हो। इस सिद्धांत में, जहां न केवल पदार्थ, बल्कि समय और स्थान भी अनिश्चितता और उतार-चढ़ाव के अधीन हैं, यह भी पूरी तरह से स्पष्ट नहीं है कि समय यात्रा की संभावना का प्रश्न कैसे उठाया जाए। शायद सबसे अच्छा जो किया जा सकता है वह उन क्षेत्रों के लोगों से उनके माप की व्याख्या करने के लिए पूछना है जहां स्पेसटाइम लगभग शास्त्रीय है और अनिश्चितताओं से मुक्त है। क्या वे मजबूत गुरुत्वाकर्षण और बड़े क्वांटम उतार-चढ़ाव वाले क्षेत्रों में समय यात्रा का अनुभव करेंगे?

आइए शास्त्रीय सिद्धांत से शुरू करें: सापेक्षता के विशेष सिद्धांत का सपाट अंतरिक्ष-समय (गुरुत्वाकर्षण के बिना) समय यात्रा की अनुमति नहीं देता है, यह अंतरिक्ष-समय के उन घुमावदार संस्करणों में भी असंभव है जिनका पहले अध्ययन किया गया था; आइंस्टीन सचमुच तब चौंक गए जब 1949 में गोडेल के प्रसिद्ध प्रमेय को साबित करने वाले कर्ट गोडेल ने पाया कि पूरी तरह से घूमने वाले पदार्थ से भरे ब्रह्मांड में अंतरिक्ष-समय एक अस्थायी है परप्रत्येक बिंदु पर वां लूप (चित्र 5.4)।

गोडेल के समाधान के लिए एक ब्रह्माण्ड संबंधी स्थिरांक की शुरूआत की आवश्यकता थी, जो वास्तविकता में मौजूद नहीं हो सकता है, लेकिन बाद में ब्रह्माण्ड संबंधी स्थिरांक के बिना समान समाधान पाए गए। एक विशेष रूप से दिलचस्प मामला तब होता है जब दो ब्रह्मांडीय तार तेज गति से एक दूसरे से आगे बढ़ते हैं।

ब्रह्मांडीय तारों को स्ट्रिंग सिद्धांत की प्राथमिक वस्तुओं के साथ भ्रमित नहीं किया जाना चाहिए, जिनके साथ वे पूरी तरह से असंबंधित हैं। ऐसी वस्तुओं में विस्तार होता है, लेकिन साथ ही एक छोटा क्रॉस सेक्शन भी होता है। प्राथमिक कणों के कुछ सिद्धांतों में उनके अस्तित्व की भविष्यवाणी की गई है। एकल ब्रह्मांडीय स्ट्रिंग के बाहर स्पेसटाइम समतल है। हालाँकि, इस सपाट स्पेस-टाइम में एक पच्चर के आकार का कटआउट होता है, जिसका शीर्ष स्ट्रिंग पर स्थित होता है। यह एक शंकु के समान है: कागज का एक बड़ा वृत्त लें और उसमें से पाई के टुकड़े की तरह एक त्रिज्यखंड काट लें, जिसका शीर्ष वृत्त के केंद्र में स्थित है। कटे हुए टुकड़े को हटाने के बाद, कटे हुए हिस्से के किनारों को बचे हुए हिस्से से चिपका दें - आपको एक शंकु मिलेगा। यह अंतरिक्ष-समय को दर्शाता है जिसमें ब्रह्मांडीय स्ट्रिंग मौजूद है (चित्र 5.5)।

ध्यान दें कि चूंकि शंकु की सतह अभी भी कागज का वही सपाट टुकड़ा है जिसके साथ हमने शुरुआत की थी (क्षेत्रफल को हटाकर), शीर्ष को छोड़कर इसे अभी भी सपाट माना जा सकता है। शीर्ष पर वक्रता की उपस्थिति इस तथ्य से प्रकट की जा सकती है कि इसके चारों ओर वर्णित वृत्त उन वृत्तों से छोटे हैं जो कागज की मूल गोल शीट पर केंद्र से समान दूरी पर हैं। दूसरे शब्दों में, शीर्ष के चारों ओर का वृत्त लापता सेक्टर के कारण समतल स्थान में समान त्रिज्या के वृत्त से छोटा है (चित्र 5.6)।

इसी तरह, फ्लैट स्पेसटाइम से हटाया गया एक सेक्टर ब्रह्मांडीय स्ट्रिंग के चारों ओर के घेरे को छोटा कर देता है, लेकिन इसके साथ समय या दूरी को प्रभावित नहीं करता है। इसका मतलब यह है कि एक व्यक्तिगत ब्रह्मांडीय स्ट्रिंग के चारों ओर अंतरिक्ष-समय में समय नहीं होता है एस x लूप, और इसलिए अतीत की यात्रा असंभव है। हालाँकि, यदि कोई दूसरी ब्रह्मांडीय स्ट्रिंग है जो पहले के सापेक्ष चलती है, तो इसकी समय दिशा पहले के समय और स्थानिक परिवर्तनों का संयोजन होगी। इसका मतलब यह है कि दूसरी स्ट्रिंग द्वारा काटा गया सेक्टर पहली स्ट्रिंग के साथ चलने वाले पर्यवेक्षक के लिए स्थान और समय अंतराल दोनों में दूरी कम कर देगा (चित्र 5.7)। यदि तार प्रकाश की गति के करीब एक दूसरे के सापेक्ष घूम रहे हैं, तो दोनों तारों के चारों ओर घूमने के समय में कमी इतनी महत्वपूर्ण हो सकती है कि आप शुरू करने से पहले ही वापस आ जाते हैं। दूसरे शब्दों में, अस्थायी हैं एसई लूप जिसके साथ आप अतीत में यात्रा कर सकते हैं।

ब्रह्मांडीय तारों में ऐसे पदार्थ होते हैं जिनमें सकारात्मक ऊर्जा घनत्व होता है, जो आज ज्ञात भौतिकी के अनुरूप है। हालाँकि, अंतरिक्ष का घुमाव, जो अस्थायी को जन्म देता है एसई लूप, अंतरिक्ष में अनंत तक और समय में अनंत अतीत तक फैला हुआ है। तो ऐसी अंतरिक्ष-समय संरचनाएं शुरू में, निर्माण द्वारा, समय यात्रा की संभावना की अनुमति देती हैं। यह मानने का कोई कारण नहीं है कि हमारा अपना ब्रह्मांड ऐसी विकृत शैली के अनुसार बना है, हमारे पास भविष्य में मेहमानों की उपस्थिति का कोई विश्वसनीय प्रमाण नहीं है। (मैं साजिश के सिद्धांतों की गिनती नहीं कर रहा हूं कि यूएफओ भविष्य से आ रहे हैं और सरकार इसके बारे में जानती है लेकिन सच्चाई छिपा रही है। वे आमतौर पर ऐसी चीजें छिपाते हैं जो इतनी अच्छी नहीं हैं।) इसलिए मैं इसे अस्थायी मानने जा रहा हूं एस x लूप सुदूर अतीत में, या अधिक सटीक रूप से, अंतरिक्ष-समय में किसी सतह के सापेक्ष अतीत में मौजूद नहीं थे, जिसे मैं निरूपित करूंगा एस. प्रश्न: क्या कोई अत्यधिक विकसित सभ्यता टाइम मशीन बना सकती है? यानी क्या यह भविष्य में स्पेस-टाइम के सापेक्ष बदल सकता है एस(सतह के ऊपर एसआरेख पर) ताकि लूप केवल सीमित आकार के क्षेत्र में दिखाई दें? मैं सीमित क्षेत्र इसलिए कह रहा हूं क्योंकि कोई भी सभ्यता कितनी भी उन्नत क्यों न हो, वह ब्रह्मांड के केवल एक सीमित हिस्से को ही नियंत्रित करने में सक्षम प्रतीत होती है। विज्ञान में, किसी समस्या को सही ढंग से तैयार करने का अर्थ अक्सर उसके समाधान की कुंजी ढूंढना होता है, और जिस मामले पर हम विचार कर रहे हैं वह इसका एक अच्छा उदाहरण है। एक परिमित टाइम मशीन की परिभाषा के लिए, मैं अपने पुराने कार्यों में से एक की ओर रुख करूंगा। समय यात्रा अंतरिक्ष-समय के कुछ क्षेत्र में संभव है जहां अस्थायी हैं एसई लूप, यानी, गति की उप-प्रकाश गति के साथ प्रक्षेप पथ, जो फिर भी अंतरिक्ष-समय की वक्रता के कारण मूल स्थान और समय पर लौटने का प्रबंधन करते हैं। चूँकि मैंने यह मान लिया था कि सुदूर अतीत में यह अस्थायी था एस x वहाँ कोई लूप नहीं थे, वहाँ अस्तित्व में होना चाहिए, जैसा कि मैं इसे कहता हूँ, एक "समय यात्रा क्षितिज" - एक सीमा जो समय वाले क्षेत्र को अलग करती है एसई लूप, उस क्षेत्र से जहां वे नहीं हैं (चित्र 5.8)।

समय यात्रा का क्षितिज ब्लैक होल के क्षितिज के काफी समान है। जबकि बाद वाला प्रकाश किरणों द्वारा बनता है जो ब्लैक होल से निकलने से थोड़ा ही दूर हैं, समय यात्रा के क्षितिज को उन किरणों द्वारा परिभाषित किया जाता है जो स्वयं से मिलने के कगार पर हैं। इसके अलावा, मैं टाइम मशीन की कसौटी पर एक तथाकथित सीमित रूप से उत्पन्न क्षितिज की उपस्थिति पर विचार करूंगा, जो कि सीमित आकार के क्षेत्र से उत्सर्जित होने वाली प्रकाश किरणों द्वारा बनाई गई है। दूसरे शब्दों में, उन्हें अनंत या विलक्षणता से नहीं आना चाहिए, बल्कि केवल अस्थायी युक्त एक सीमित क्षेत्र से आना चाहिए परवां लूप, एक ऐसा क्षेत्र जिसे हम मानते हैं कि हमारी अत्यधिक विकसित सभ्यता बनाने में सक्षम होगी।

इस टाइम मशीन मानदंड की स्वीकृति के साथ, उन तरीकों का उपयोग करने का एक शानदार अवसर है जो रोजर पेनरोज़ और मैंने विलक्षणताओं और ब्लैक होल का अध्ययन करने के लिए विकसित किए थे। आइंस्टीन के समीकरणों का उपयोग किए बिना भी, मैं दिखा सकता हूं कि, सामान्य तौर पर, एक सीमित रूप से उत्पन्न क्षितिज में प्रकाश किरणें होंगी जो आपस में मिलती हैं, बार-बार एक ही बिंदु पर लौटती रहती हैं। जैसे-जैसे यह चक्कर लगाता है, प्रकाश हर बार अधिक से अधिक नीले बदलाव का अनुभव करेगा, और छवियां नीली और नीली होती जाएंगी। किरण में तरंगों के कूबड़ एक-दूसरे के करीब और करीब आने लगेंगे, और जिन अंतरालों से प्रकाश लौटता है वे छोटे और छोटे होते जाएंगे। वास्तव में, प्रकाश के एक कण का अपने समय में विचार करने पर एक सीमित इतिहास होगा, भले ही यह एक सीमित क्षेत्र में वृत्त चलाता है और वक्रता के एकवचन बिंदु से नहीं टकराता है।

यह तथ्य कि प्रकाश का एक कण एक सीमित समय में अपना इतिहास समाप्त कर देगा, महत्वहीन लग सकता है। लेकिन मैं विश्व रेखाओं के अस्तित्व की संभावना को भी साबित कर सकता हूं, जिसके साथ गति की गति प्रकाश से कम है, और अवधि सीमित है। ये उन पर्यवेक्षकों की कहानियां हो सकती हैं जो क्षितिज से पहले एक सीमित क्षेत्र में फंस गए हैं और तेजी से और तेजी से इधर-उधर घूमते रहते हैं, जब तक कि वे एक सीमित समय में प्रकाश की गति तक नहीं पहुंच जाते। इसलिए, यदि उड़न तश्तरी से कोई सुंदर एलियन आपको अपनी टाइम मशीन में आमंत्रित करता है, तो सावधान रहें। आप एक सीमित कुल अवधि वाली कहानियों को दोहराने के जाल में फंस सकते हैं (चित्र 5.9)।

ये परिणाम आइंस्टीन के समीकरण पर निर्भर नहीं करते हैं, बल्कि केवल उस तरीके पर निर्भर करते हैं जिसमें समय उत्पन्न करने के लिए स्पेसटाइम को घुमाया जाता है। हेअंतिम क्षेत्र में वें लूप। लेकिन फिर भी, एक अत्यधिक विकसित सभ्यता सीमित आयामों की टाइम मशीन बनाने के लिए किस प्रकार की सामग्री का उपयोग कर सकती है? क्या इसमें हर जगह सकारात्मक ऊर्जा घनत्व हो सकता है, जैसा कि ऊपर वर्णित ब्रह्मांडीय स्ट्रिंग स्पेस-टाइम के मामले में है? ब्रह्माण्डीय तार मेरी इस आवश्यकता को पूरा नहीं करता है एसई लूप केवल अंतिम क्षेत्र में दिखाई दिए। लेकिन कोई सोच सकता है कि यह केवल इस तथ्य के कारण है कि तारों की लंबाई अनंत है। कोई व्यक्ति ब्रह्मांडीय तारों के सीमित लूपों का उपयोग करके एक सीमित टाइम मशीन बनाने की उम्मीद कर रहा होगा जिसमें सकारात्मक ऊर्जा घनत्व हो। उन लोगों को निराश करने के लिए खेद है, जो किप की तरह समय में पीछे जाना चाहते हैं, लेकिन सकारात्मक ऊर्जा घनत्व को बनाए रखते हुए ऐसा नहीं किया जा सकता है। मैं साबित कर सकता हूं कि सर्वोत्तम टाइम मशीन बनाने के लिए आपको नकारात्मक ऊर्जा की आवश्यकता होगी।

शास्त्रीय सिद्धांत में, ऊर्जा घनत्व हमेशा सकारात्मक होता है, इसलिए इस स्तर पर एक सीमित समय मशीन के अस्तित्व को बाहर रखा गया है। लेकिन अर्धशास्त्रीय सिद्धांत में स्थिति बदल जाती है, जहां पदार्थ के व्यवहार को क्वांटम सिद्धांत के अनुरूप माना जाता है, और अंतरिक्ष-समय को अच्छी तरह से परिभाषित, शास्त्रीय माना जाता है। जैसा कि हमने देखा है, क्वांटम सिद्धांत में अनिश्चितता सिद्धांत का मतलब है कि क्षेत्र हमेशा ऊपर और नीचे उतार-चढ़ाव करते हैं, यहां तक ​​​​कि खाली जगह में भी, और अनंत ऊर्जा घनत्व होता है। आख़िरकार, केवल एक अनंत मान को घटाकर ही हम उस सीमित ऊर्जा घनत्व को प्राप्त कर सकते हैं जिसे हम ब्रह्मांड में देखते हैं। यह घटाव एक नकारात्मक ऊर्जा घनत्व भी उत्पन्न कर सकता है, कम से कम स्थानीय स्तर पर। समतल स्थान में भी, कोई क्वांटम अवस्थाएँ पा सकता है जिसमें ऊर्जा घनत्व स्थानीय रूप से नकारात्मक है, हालाँकि समग्र ऊर्जा सकारात्मक है। मुझे आश्चर्य है कि क्या ये नकारात्मक मूल्य वास्तव में अंतरिक्ष-समय को मोड़ने का कारण बनते हैं ताकि एक सीमित समय मशीन उत्पन्न हो? ऐसा लगता है कि उन्हें इसका नेतृत्व करना चाहिए। जैसा कि अध्याय 4 से स्पष्ट है, क्वांटम उतार-चढ़ाव का मतलब है कि खाली जगह भी आभासी कणों के जोड़े से भरी हुई है जो एक साथ दिखाई देते हैं, अलग-अलग उड़ते हैं, और फिर फिर से एकत्रित होते हैं और एक दूसरे को नष्ट कर देते हैं (चित्र 5.10)। आभासी जोड़ी के तत्वों में से एक में सकारात्मक ऊर्जा होगी, और दूसरे में नकारात्मक ऊर्जा होगी। यदि कोई ब्लैक होल है, तो नकारात्मक ऊर्जा वाला एक कण इसमें गिर सकता है, और सकारात्मक ऊर्जा वाला एक कण अनंत तक उड़ सकता है, जहां यह ब्लैक होल से सकारात्मक ऊर्जा को दूर ले जाने वाले विकिरण के रूप में दिखाई देगा। और नकारात्मक ऊर्जा वाले कण, ब्लैक होल में गिरने से इसके द्रव्यमान में कमी आएगी और वाष्पीकरण धीमा हो जाएगा, साथ ही क्षितिज के आकार में भी कमी आएगी (चित्र 5.11)।

सकारात्मक ऊर्जा घनत्व वाला साधारण पदार्थ एक आकर्षक गुरुत्वाकर्षण बल उत्पन्न करता है और स्पेसटाइम को मोड़ता है ताकि किरणें एक-दूसरे की ओर मुड़ें, ठीक उसी तरह जैसे अध्याय 2 में रबर शीट पर गेंद हमेशा छोटी गेंद को अपनी ओर मोड़ती है और कभी भी दूर नहीं जाती है।

इससे यह निष्कर्ष निकलता है कि ब्लैक होल क्षितिज का क्षेत्र समय के साथ केवल बढ़ता है और कभी घटता नहीं है। ब्लैक होल के क्षितिज को सिकुड़ने के लिए, क्षितिज पर ऊर्जा घनत्व नकारात्मक होना चाहिए, और स्पेसटाइम के कारण प्रकाश किरणें अलग हो जाएंगी। मुझे पहली बार इसका एहसास एक रात बिस्तर पर जाते समय हुआ, मेरी बेटी के जन्म के तुरंत बाद। मैं बिल्कुल नहीं बताऊंगा कि यह कितने समय पहले की बात है, लेकिन अब मेरा पहले से ही एक पोता है।

ब्लैक होल के वाष्पीकरण से पता चलता है कि क्वांटम स्तर पर, ऊर्जा घनत्व कभी-कभी नकारात्मक हो सकता है और अंतरिक्ष-समय को उस दिशा में मोड़ सकता है जो टाइम मशीन बनाने के लिए आवश्यक होगी। तो विकास के इतने ऊंचे स्तर पर एक सभ्यता की कल्पना करना संभव है कि यह एक टाइम मशीन प्राप्त करने के लिए पर्याप्त रूप से बड़ी नकारात्मक ऊर्जा घनत्व प्राप्त करने में सक्षम है जो अंतरिक्ष यान जैसी मैक्रोस्कोपिक वस्तुओं के लिए उपयुक्त होगी। हालाँकि, ब्लैक होल के क्षितिज के बीच एक महत्वपूर्ण अंतर है, जो प्रकाश की किरणों से बनता है जो बस चलती रहती हैं, और एक टाइम मशीन में क्षितिज, जिसमें प्रकाश की बंद किरणें होती हैं जो बस घूमती रहती हैं। एक आभासी कण ऐसे बंद रास्ते पर बार-बार घूमता हुआ अपनी जमीनी अवस्था की ऊर्जा को एक ही बिंदु पर लाएगा। इसलिए, हमें उम्मीद करनी चाहिए कि क्षितिज पर, यानी टाइम मशीन की सीमा पर - वह क्षेत्र जिसमें आप अतीत में यात्रा कर सकते हैं - ऊर्जा घनत्व अनंत होगा। इसकी पुष्टि कई विशेष मामलों में सटीक गणनाओं से होती है, जो सटीक समाधान प्राप्त करने के लिए काफी सरल हैं। यह पता चला है कि एक व्यक्ति या एक अंतरिक्ष जांच जो क्षितिज को पार करने और टाइम मशीन में जाने की कोशिश करती है, विकिरण के पर्दे से पूरी तरह से नष्ट हो जाएगी (चित्र 5.12)। इसलिए समय यात्रा का भविष्य काफी अंधकारमय (या हमें कहना चाहिए कि अत्यधिक उज्ज्वल?) दिखता है।

किसी पदार्थ का ऊर्जा घनत्व उस स्थिति पर निर्भर करता है जिसमें वह स्थित है, इसलिए शायद एक उच्च विकसित सभ्यता टाइम मशीन के किनारे पर ऊर्जा घनत्व को "फ्रीज़" करके या चारों ओर घूमने वाले आभासी कणों को हटाकर सीमित करने में सक्षम होगी। एक बंद लूप में गोल करें। हालाँकि, इस बात की कोई निश्चितता नहीं है कि ऐसी टाइम मशीन स्थिर होगी: थोड़ी सी भी गड़बड़ी, उदाहरण के लिए टाइम मशीन में प्रवेश करने के लिए क्षितिज को पार करने वाला कोई व्यक्ति, आभासी कणों का संचलन शुरू कर सकता है और बिजली जलाने का कारण बन सकता है। भौतिकविदों को अपमानजनक उपहास के डर के बिना, इस मुद्दे पर स्वतंत्र रूप से चर्चा करनी चाहिए। भले ही यह पता चले कि समय यात्रा असंभव है, हम समझेंगे कि यह असंभव क्यों है, और यह महत्वपूर्ण है।

निश्चितता के साथ चर्चा के तहत प्रश्न का उत्तर देने के लिए, हमें न केवल भौतिक क्षेत्रों के, बल्कि अंतरिक्ष-समय के भी क्वांटम उतार-चढ़ाव पर विचार करना चाहिए। इससे प्रकाश किरणों के पथ और सामान्य रूप से कालानुक्रमिक क्रम सिद्धांत में कुछ धुंधलापन आने की उम्मीद की जा सकती है। वास्तव में, हम ब्लैक होल के विकिरण को स्पेसटाइम में क्वांटम उतार-चढ़ाव के कारण होने वाले रिसाव के रूप में सोच सकते हैं, जो इंगित करता है कि क्षितिज अच्छी तरह से परिभाषित नहीं है। चूँकि हमारे पास अभी तक क्वांटम गुरुत्व का कोई तैयार सिद्धांत नहीं है, इसलिए यह कहना मुश्किल है कि अंतरिक्ष-समय के उतार-चढ़ाव का प्रभाव क्या होना चाहिए। फिर भी, हम अध्याय 3 में वर्णित फेनमैन की कहानी के सारांश से कुछ सुराग पाने की उम्मीद कर सकते हैं।

प्रत्येक कहानी भौतिक क्षेत्रों के साथ एक घुमावदार स्थान-समय होगी। चूँकि हम सभी संभावित इतिहासों का योग करने जा रहे हैं, न कि केवल वे जो कुछ समीकरणों को संतुष्ट करते हैं, योग में वे स्पेसटाइम भी शामिल होने चाहिए जो अतीत में यात्रा की अनुमति देने के लिए पर्याप्त रूप से मुड़े हुए हों (चित्र 5.13)। फिर सवाल उठता है कि ऐसी यात्राएं हर जगह क्यों नहीं होतीं? इसका उत्तर यह है कि समय यात्रा वास्तव में सूक्ष्म पैमाने पर होती है, लेकिन हम इस पर ध्यान नहीं देते हैं। यदि हम फेनमैन के इतिहास के सारांश के विचार को एक कण पर लागू करते हैं, तो हमें उन इतिहासों को भी शामिल करना चाहिए जिनमें यह प्रकाश से भी तेज और समय में भी पीछे की ओर चलता है। विशेष रूप से, ऐसी कहानियाँ होंगी जिनमें कण समय और स्थान में एक बंद लूप में गोल-गोल घूमता है। जैसा कि फिल्म "ग्राउंडहोग डे" में है, जहां रिपोर्टर बार-बार उन्हीं दिनों को जीता है (चित्र 5. 14)।

ऐसे बंद-लूप इतिहास वाले कणों को त्वरक पर नहीं देखा जा सकता है। हालाँकि, उनके दुष्प्रभावों को कई प्रयोगात्मक प्रभावों को देखकर मापा जा सकता है। एक हाइड्रोजन परमाणुओं द्वारा उत्सर्जित विकिरण में एक मामूली बदलाव है, जो बंद लूप में घूमने वाले इलेक्ट्रॉनों के कारण होता है। दूसरा समानांतर धातु प्लेटों के बीच कार्य करने वाला एक छोटा बल है और इस तथ्य के कारण होता है कि बाहरी क्षेत्रों की तुलना में उनके बीच थोड़ा कम बंद लूप रखे जाते हैं - यह कासिमिर प्रभाव का एक और समकक्ष उपचार है। इस प्रकार, एक लूप में बंद कहानियों के अस्तित्व की पुष्टि प्रयोग द्वारा की जाती है (चित्र 5.15)।

यह बहस का विषय है कि क्या कणों के ऐसे लूप वाले इतिहास का स्पेसटाइम की वक्रता से कोई लेना-देना है, क्योंकि वे समतल स्थान जैसी अपरिवर्तनीय पृष्ठभूमि के खिलाफ भी दिखाई देते हैं। लेकिन हाल के वर्षों में हमने पाया है कि भौतिक घटनाओं में अक्सर समान रूप से मान्य दोहरे विवरण होते हैं। यह कहना भी उतना ही संभव है कि कण एक स्थिर पृष्ठभूमि के खिलाफ बंद लूप में चलते हैं, या वे गतिहीन रहते हैं जबकि अंतरिक्ष-समय उनके चारों ओर उतार-चढ़ाव करता है। सवाल यह उठता है: क्या आप पहले कण प्रक्षेप पथों का योग करना चाहते हैं और फिर घुमावदार स्पेसटाइम का योग करना चाहते हैं, या इसके विपरीत?

इस प्रकार, क्वांटम सिद्धांत सूक्ष्म पैमाने पर समय यात्रा की अनुमति देता प्रतीत होता है। लेकिन समय में पीछे जाकर अपने दादाजी को मारने जैसे विज्ञान-फाई उद्देश्यों के लिए, इसका बहुत कम उपयोग है। इसलिए, सवाल बना हुआ है: क्या संभावना, जब इतिहास पर संक्षेपित की जाती है, तो मैक्रोस्कोपिक टाइम लूप के साथ स्पेसटाइम पर अधिकतम तक पहुंच सकती है?

पृष्ठभूमि स्पेसटाइम के अनुक्रम पर भौतिक क्षेत्रों के इतिहास के योगों पर विचार करके इस प्रश्न का पता लगाया जा सकता है जो समय लूप की अनुमति देने के करीब और करीब आ रहे हैं। फिलहाल जब यह अस्थायी है तो ऐसी उम्मीद करना स्वाभाविक होगा एमैं लूप पहली बार प्रकट हुआ हूं, कुछ महत्वपूर्ण घटित होने वाला है। यह बिल्कुल वैसा ही है जैसा मैंने अपने छात्र माइकल कैसिडी के साथ अध्ययन किए गए एक सरल उदाहरण में किया था।

हमने जिस पृष्ठभूमि स्पेसटाइम का अध्ययन किया, वह तथाकथित आइंस्टीन ब्रह्मांड से निकटता से संबंधित था, एक स्पेसटाइम जिसे आइंस्टीन ने तब प्रस्तावित किया था जब उनका अभी भी मानना ​​था कि ब्रह्मांड समय के साथ स्थिर और अपरिवर्तनीय है, न तो विस्तार कर रहा है और न ही सिकुड़ रहा है (अध्याय 1 देखें)। आइंस्टीन के ब्रह्मांड में, समय अनंत अतीत से अनंत भविष्य की ओर बढ़ता है। लेकिन स्थानिक आयाम पृथ्वी की सतह की तरह ही सीमित और अपने आप में बंद हैं, लेकिन केवल एक और आयाम के साथ। ऐसे अंतरिक्ष-समय को एक सिलेंडर के रूप में दर्शाया जा सकता है, जिसका अनुदैर्ध्य अक्ष समय होगा, और क्रॉस-सेक्शन तीन आयामों वाला स्थान होगा (चित्र 5.16)।

चूंकि आइंस्टीन का ब्रह्मांड विस्तारित नहीं हो रहा है, इसलिए यह उस ब्रह्मांड से मेल नहीं खाता है जिसमें हम रहते हैं। हालाँकि, यह समय यात्रा पर चर्चा करने के लिए एक उपयोगी रूपरेखा है क्योंकि यह इतना सरल है कि कहानियों का सारांश किया जा सकता है। आइए एक पल के लिए समय यात्रा के बारे में भूल जाएं और आइंस्टीन के ब्रह्मांड में पदार्थ पर विचार करें, जो एक निश्चित धुरी के चारों ओर घूमता है। यदि आप स्वयं को इस धुरी पर पाते हैं, तो आप अंतरिक्ष में उसी बिंदु पर रहेंगे, जैसे कि आप बच्चों के हिंडोले के केंद्र में खड़े हों। लेकिन अपने आप को धुरी से दूर रखकर, आप इसके चारों ओर अंतरिक्ष में घूमेंगे। आप अक्ष से जितना दूर होंगे, आपकी गति उतनी ही तेज़ होगी (चित्र 5.17)। इसलिए, यदि ब्रह्मांड अंतरिक्ष में अनंत है, तो धुरी से काफी दूर स्थित बिंदु सुपरल्यूमिनल गति से घूमेंगे। लेकिन चूंकि आइंस्टीन का ब्रह्मांड स्थानिक आयामों में सीमित है, इसलिए इसकी एक महत्वपूर्ण घूर्णन गति है जिस पर इसका कोई भी हिस्सा प्रकाश से अधिक तेजी से नहीं घूम पाएगा।

अब आइंस्टीन के घूमते ब्रह्मांड में एक कण के इतिहास के योग पर विचार करें। जब घूर्णन धीमा होता है, तो एक कण एक निश्चित मात्रा में ऊर्जा प्राप्त करने के लिए कई रास्ते अपना सकता है। इसलिए, ऐसी पृष्ठभूमि में किसी कण के सभी इतिहासों का योग एक बड़ा आयाम देता है। इसका मतलब यह है कि घुमावदार अंतरिक्ष-समय के सभी इतिहासों को संक्षेप में प्रस्तुत करने पर ऐसी पृष्ठभूमि की संभावना अधिक होगी, यानी यह अधिक संभावित इतिहासों में से एक है। हालाँकि, जैसे-जैसे आइंस्टीन के ब्रह्मांड की घूर्णन गति एक महत्वपूर्ण बिंदु तक पहुँचती है, और इसके बाहरी क्षेत्रों की गति प्रकाश की गति की ओर बढ़ती है, केवल एक ही रास्ता बचा है जिसकी अनुमति है औरब्रह्मांड के किनारे पर शास्त्रीय कणों के लिए मी, अर्थात् प्रकाश की गति से गति। इसका मतलब यह है कि कण के इतिहास का योग छोटा होगा, जिसका मतलब है कि ऐसे स्पेटियोटेम्पोरल की संभावनाएं एसघुमावदार अंतरिक्ष-समय के सभी इतिहासों के लिए कुल मिलाकर x पृष्ठभूमि कम होगी। यानी उनकी संभावना सबसे कम होगी.

लेकिन समय यात्रा का इससे क्या लेना-देना है एसएम लूप्स में आइंस्टीन के घूमते ब्रह्मांड हैं? इसका उत्तर यह है कि वे गणितीय रूप से अन्य पृष्ठभूमियों के समतुल्य हैं जिनमें समय चक्र संभव हैं। ये अन्य पृष्ठभूमियाँ ऐसे ब्रह्माण्ड हैं जो दो स्थानिक दिशाओं में विस्तारित होते हैं। ऐसे ब्रह्मांडों का विस्तार तीसरी स्थानिक दिशा में नहीं होता है, जो कि आवधिक है। यानी, यदि आप इस दिशा में एक निश्चित दूरी तक चलते हैं, तो आप वहीं पहुंच जाएंगे जहां से आपने शुरू किया था। हालाँकि, इस दिशा में प्रत्येक चक्र के साथ, पहली और दूसरी दिशा में आपकी गति बढ़ जाएगी (चित्र 5.18)।

यदि त्वरण छोटा है, तो अस्थायी रूप से एस x लूप मौजूद नहीं हैं. हालाँकि, सभी बी के साथ पृष्ठभूमि के अनुक्रम पर विचार करें हेगति में अधिक वृद्धि. टाइम लूप एक निश्चित महत्वपूर्ण त्वरण मान पर दिखाई देते हैं। यह आश्चर्य की बात नहीं है कि यह क्रांतिक त्वरण आइंस्टीन के ब्रह्मांडों के घूर्णन की क्रांतिक गति से मेल खाता है। चूंकि इन दोनों पृष्ठभूमियों पर इतिहास के योग की गणना गणितीय रूप से समतुल्य है, इसलिए हम यह निष्कर्ष निकाल सकते हैं कि जैसे-जैसे हम समय लूप प्राप्त करने के लिए आवश्यक वक्रता के करीब पहुंचते हैं, ऐसी पृष्ठभूमि की संभावना शून्य हो जाती है। दूसरे शब्दों में, टाइम मशीन के लिए पर्याप्त रूप से विकृत होने की संभावना शून्य है। यह उस बात की पुष्टि करता है जिसे मैं कालक्रम रक्षा परिकल्पना कहता हूं: भौतिकी के नियम स्थूल वस्तुओं को समय के साथ चलने से रोकने के लिए डिज़ाइन किए गए हैं।

यद्यपि अस्थायी एसचूँकि इतिहास को संक्षेप में प्रस्तुत करने पर लूप की अनुमति होती है, इसलिए उनकी संभावनाएँ बेहद कम होती हैं। ऊपर वर्णित द्वंद्व संबंधों के आधार पर, मैंने संभावना का अनुमान लगाया कि किप थॉर्न समय में वापस यात्रा कर सकते हैं और अपने दादा को मार सकते हैं: यह ट्रिलियन ट्रिलियन ट्रिलियन ट्रिलियन ट्रिलियन की शक्ति से दस में से एक से भी कम था।

यह आश्चर्यजनक रूप से कम संभावना है, लेकिन यदि आप किप की तस्वीर को करीब से देखेंगे, तो आपको किनारों के आसपास हल्की धुंध दिखाई देगी। यह लुप्त हो रही छोटी सी संभावना से मेल खाता है कि भविष्य का कोई दुष्ट समय में पीछे जाएगा और उसके दादा को मार डालेगा, और इसलिए किप वास्तव में यहां नहीं है।

हम जुआ खेलने के प्रकार हैं, किप और मैं इस तरह की विसंगति पर दांव लगाना चाहेंगे। हालाँकि, समस्या यह है कि हम ऐसा नहीं कर सकते क्योंकि हम वर्तमान में एक ही राय रखते हैं। और मैं किसी और के साथ शर्त नहीं लगाऊंगा। क्या होगा यदि वह भविष्य का कोई एलियन निकला जो जानता है कि समय यात्रा संभव है?

क्या आपको ऐसा लगा कि यह अध्याय समय यात्रा की वास्तविकता को छिपाने के लिए सरकार के आदेश पर लिखा गया था? हो सकता है आप ठीक कह रहे हैं।

विश्व रेखा चार-आयामी अंतरिक्ष-समय में एक पथ है। समयबद्ध विश्व रेखाएँ अंतरिक्ष में गति को समय में आगे बढ़ने की प्राकृतिक गति के साथ जोड़ती हैं। केवल ऐसी रेखाओं के साथ ही भौतिक वस्तुएं अनुसरण कर सकती हैं।

परिमित - परिमित आयाम वाला।

स्टीफन हॉकिंग

संक्षेप में संसार

प्रस्तावना

मुझे उम्मीद नहीं थी कि मेरी नॉन-फिक्शन किताब, ए ब्रीफ हिस्ट्री ऑफ टाइम इतनी सफल होगी। यह लंदन संडे टाइम्स की बेस्टसेलर सूची में चार साल से अधिक समय तक बनी रही - किसी भी अन्य पुस्तक की तुलना में, जो विशेष रूप से विज्ञान के बारे में प्रकाशन के लिए आश्चर्यजनक है, क्योंकि वे आमतौर पर बहुत जल्दी नहीं बिकती हैं। फिर लोगों ने पूछना शुरू कर दिया कि सीक्वल की उम्मीद कब की जाए। मैं अनिच्छुक था, मैं "लघुकथा की निरंतरता" या "समय का थोड़ा लंबा इतिहास" जैसा कुछ लिखना नहीं चाहता था। मैं भी रिसर्च में व्यस्त था. लेकिन धीरे-धीरे यह स्पष्ट हो गया कि एक और किताब लिखी जा सकती है, जिसे समझना आसान होने की संभावना है। समय का संक्षिप्त इतिहास एक रेखीय पैटर्न के अनुसार संरचित किया गया था: ज्यादातर मामलों में, प्रत्येक अगला अध्याय तार्किक रूप से पिछले अध्याय से जुड़ा होता है। कुछ पाठकों ने इसे पसंद किया, लेकिन अन्य शुरुआती अध्यायों में ही अटक गए और अधिक दिलचस्प विषयों तक कभी नहीं पहुंच पाए। इस पुस्तक को अलग तरह से संरचित किया गया है - यह एक पेड़ की तरह है: अध्याय 1 और 2 एक तना बनाते हैं, जिससे शेष अध्यायों की शाखाएँ निकलती हैं।

ये "शाखाएँ" काफी हद तक एक-दूसरे से स्वतंत्र हैं, और, "ट्रंक" का एक विचार प्राप्त करने के बाद, पाठक किसी भी क्रम में उनसे परिचित हो सकते हैं। वे उन क्षेत्रों से संबंधित हैं जिनमें मैंने ए ब्रीफ हिस्ट्री ऑफ टाइम के प्रकाशन के बाद से काम किया है या सोचा है। अर्थात्, वे आधुनिक अनुसंधान के सबसे सक्रिय रूप से विकसित हो रहे क्षेत्रों को दर्शाते हैं। प्रत्येक अध्याय में मैंने एक रेखीय संरचना से दूर जाने का भी प्रयास किया है। चित्र और कैप्शन पाठक को एक वैकल्पिक मार्ग की ओर इशारा करते हैं, जैसा कि 1996 में प्रकाशित एन इलस्ट्रेटेड ब्रीफ हिस्ट्री ऑफ टाइम में है। साइडबार और सीमांत नोट्स कुछ विषयों को मुख्य पाठ की तुलना में अधिक गहराई से संबोधित करने की अनुमति देते हैं।

1988 में, जब ए ब्रीफ हिस्ट्री ऑफ टाइम पहली बार प्रकाशित हुआ था, तो यह धारणा थी कि हर चीज का अंतिम सिद्धांत क्षितिज पर मुश्किल से ही उभर रहा था। तब से स्थिति कैसे बदल गई है? क्या हम अपने लक्ष्य के करीब हैं? जैसा कि आप इस पुस्तक में सीखेंगे, प्रगति नाटकीय रही है। लेकिन यात्रा अभी भी जारी है और इसका कोई अंत नहीं दिख रहा है। जैसा कि वे कहते हैं, लक्ष्य तक पहुंचने की अपेक्षा आशा के साथ यात्रा जारी रखना बेहतर है। हमारी खोजें और खोजें केवल विज्ञान ही नहीं, बल्कि सभी क्षेत्रों में रचनात्मकता को बढ़ावा देती हैं। यदि हम सड़क के अंत तक पहुँचते हैं, तो मानव आत्मा सूख जाएगी और मर जाएगी। लेकिन मुझे नहीं लगता कि हम कभी रुकेंगे: हम आगे बढ़ेंगे, अगर गहराई में नहीं, तो जटिलता की ओर, हमेशा संभावनाओं के विस्तारित क्षितिज के केंद्र में बने रहेंगे।

इस पुस्तक पर काम करते समय मेरे कई सहायक थे। मैं विशेष रूप से आंकड़ों, कैप्शन और साइडबार के साथ मदद के लिए थॉमस हर्टोग और नील शियरर, ऐनी हैरिस और किटी फर्ग्यूसन को धन्यवाद देना चाहूंगा जिन्होंने पांडुलिपि (या अधिक सटीक रूप से कंप्यूटर फ़ाइलों को संपादित किया, क्योंकि मैं जो कुछ भी लिखता हूं वह इलेक्ट्रॉनिक रूप में दिखाई देता है), फिलिप डन बुक लेबोरेटरी और मूनरनर डिज़ाइन के, जिन्होंने चित्र बनाए। लेकिन साथ ही, मैं उन सभी को धन्यवाद देना चाहता हूं जिन्होंने मुझे सामान्य जीवन जीने और वैज्ञानिक अनुसंधान में शामिल होने का अवसर दिया। उनके बिना यह पुस्तक नहीं लिखी जाती।

सापेक्षता का संक्षिप्त इतिहास

आइंस्टीन ने कैसे रखी नींव?

बीसवीं सदी के दो मौलिक सिद्धांत:

सामान्य सापेक्षता और क्वांटम यांत्रिकी

सापेक्षता के विशेष और सामान्य सिद्धांतों के निर्माता अल्बर्ट आइंस्टीन का जन्म 1879 में जर्मन शहर उल्म में हुआ था, बाद में परिवार म्यूनिख चला गया, जहां भविष्य के वैज्ञानिक के पिता, हरमन और उनके चाचा, जैकब थे छोटी और बहुत सफल इलेक्ट्रिकल इंजीनियरिंग कंपनी नहीं। अल्बर्ट कोई प्रतिभाशाली बच्चा नहीं था, लेकिन यह दावा कि वह स्कूल में असफल हो गया था, अतिशयोक्ति प्रतीत होती है। 1894 में, उनके पिता का व्यवसाय विफल हो गया और परिवार मिलान चला गया। उनके माता-पिता ने स्कूल खत्म होने तक अल्बर्ट को जर्मनी में छोड़ने का फैसला किया, लेकिन वह जर्मन अधिनायकवाद को बर्दाश्त नहीं कर सके और कुछ महीनों के बाद उन्होंने स्कूल छोड़ दिया, और अपने परिवार में शामिल होने के लिए इटली चले गए। बाद में उन्होंने ज्यूरिख में अपनी शिक्षा पूरी की और 1900 में प्रतिष्ठित पॉलिटेक्निक से डिप्लोमा प्राप्त किया ( इ idgenössische टी echnische एचऑचस्चुले - उच्च तकनीकी विद्यालय)। आइंस्टीन की बहस करने और अपने वरिष्ठों को नापसंद करने की प्रवृत्ति ने उन्हें ईटीएच प्रोफेसरों के साथ संबंध स्थापित करने से रोका, इसलिए उनमें से किसी ने भी उन्हें सहायक के पद की पेशकश नहीं की, जिससे आमतौर पर उनके अकादमिक करियर की शुरुआत हुई। केवल दो साल बाद, वह युवक अंततः बर्न में स्विस पेटेंट कार्यालय में जूनियर क्लर्क की नौकरी पाने में कामयाब रहा। इसी अवधि के दौरान, 1905 में, उन्होंने तीन पेपर लिखे, जिन्होंने न केवल आइंस्टीन को दुनिया के अग्रणी वैज्ञानिकों में से एक बना दिया, बल्कि दो वैज्ञानिक क्रांतियों की शुरुआत भी की - क्रांतियाँ जिन्होंने समय, स्थान और वास्तविकता के बारे में हमारे विचारों को बदल दिया।

19वीं शताब्दी के अंत तक, वैज्ञानिकों का मानना ​​था कि वे ब्रह्मांड के व्यापक विवरण के करीब आ गए थे। उनके विचारों के अनुसार, अंतरिक्ष एक सतत माध्यम - "ईथर" से भरा हुआ था। प्रकाश किरणों और रेडियो संकेतों को ईथर की तरंगों के रूप में देखा जाता था, जैसे ध्वनि वायु घनत्व की तरंगों के रूप में होती है। सिद्धांत को पूरा करने के लिए केवल ईथर के लोचदार गुणों को सावधानीपूर्वक मापना आवश्यक था। इस लक्ष्य को ध्यान में रखते हुए, बेहतरीन चुंबकीय माप में संभावित हस्तक्षेप से बचने के लिए हार्वर्ड विश्वविद्यालय में जेफरसन प्रयोगशाला को एक भी लोहे की कील के बिना बनाया गया था। हालाँकि, डिज़ाइनर यह भूल गए कि प्रयोगशाला और हार्वर्ड की अधिकांश अन्य इमारतों के निर्माण में जिस लाल-भूरे रंग की ईंट का उपयोग किया गया था, उसमें महत्वपूर्ण मात्रा में लोहा शामिल है। इमारत आज भी उपयोग में है, लेकिन हार्वर्ड को अभी भी नहीं पता है कि लाइब्रेरी के फर्श, जिनमें लोहे की कीलें नहीं हैं, कितना वजन झेल सकते हैं।

सदी के अंत में, सर्वव्यापी ईथर की अवधारणा को कठिनाइयों का सामना करना शुरू हुआ। उम्मीद की गई थी कि प्रकाश ईथर के माध्यम से एक निश्चित गति से यात्रा करेगा, लेकिन यदि आप स्वयं ईथर के माध्यम से प्रकाश की समान दिशा में आगे बढ़ रहे हैं, तो प्रकाश की गति धीमी दिखाई देनी चाहिए, और यदि आप विपरीत दिशा में आगे बढ़ रहे हैं, तो गति प्रकाश की गति तेज़ प्रतीत होगी (चित्र 1.1)।

चावल। 1.1 स्थिर ईथर का सिद्धांत

यदि प्रकाश ईथर नामक लोचदार पदार्थ में एक तरंग होती, तो इसकी गति अंतरिक्ष यान में उसकी ओर जाने वाले किसी व्यक्ति को तेज़ दिखाई देती (ए), और प्रकाश (बी) के समान दिशा में जाने वाले किसी व्यक्ति को धीमी दिखाई देती।

हालाँकि, कई प्रयोगों में इन विचारों की पुष्टि नहीं की जा सकी। उनमें से सबसे सटीक और सही 1887 में केस स्कूल ऑफ एप्लाइड साइंसेज, क्लीवलैंड, ओहियो में अल्बर्ट मिशेलसन और एडवर्ड मॉर्ले द्वारा किया गया था। उन्होंने एक दूसरे से समकोण पर यात्रा करने वाली दो किरणों में प्रकाश की गति की तुलना की। जैसे-जैसे पृथ्वी अपनी धुरी पर घूमती है और सूर्य के चारों ओर घूमती है, ईथर के माध्यम से उपकरण की गति और दिशा बदल जाती है (चित्र 1.2)। लेकिन माइकलसन और मॉर्ले को दोनों किरणों में प्रकाश की गति में कोई दैनिक या वार्षिक अंतर नहीं मिला। इससे पता चला कि प्रकाश हमेशा आपके सापेक्ष एक ही गति से चलता है, चाहे आप कितनी भी तेजी से और किसी भी दिशा में आगे बढ़ रहे हों (चित्र 1.3)।

चावल। 1.2

पृथ्वी की कक्षा की दिशा में प्रकाश की गति और लंबवत दिशा में प्रकाश की गति के बीच कोई अंतर नहीं पाया गया।

माइकलसन-मॉर्ले प्रयोग के आधार पर, आयरिश भौतिक विज्ञानी जॉर्ज फिट्जगेराल्ड और डच भौतिक विज्ञानी हेंड्रिक लोरेंत्ज़ ने सुझाव दिया कि ईथर के माध्यम से चलने वाले पिंडों को सिकुड़ना चाहिए और घड़ियों को धीमा करना चाहिए। यह संपीड़न और मंदी ऐसी है कि लोग हमेशा प्रकाश की एक ही गति मापेंगे, भले ही वे ईथर के सापेक्ष कैसे भी चलते हों। (फिट्जगेराल्ड और लोरेंत्ज़ अभी भी ईथर को एक वास्तविक पदार्थ मानते हैं।) हालांकि, जून 1905 में लिखे गए एक पेपर में, आइंस्टीन ने कहा कि यदि कोई यह निर्धारित नहीं कर सकता है कि वह ईथर के माध्यम से घूम रहा है या नहीं, तो ईथर की अवधारणा ही अनावश्यक हो जाता है. इसके बजाय, उन्होंने इस धारणा के साथ शुरुआत की कि भौतिकी के नियम सभी स्वतंत्र रूप से घूमने वाले पर्यवेक्षकों के लिए समान होने चाहिए। विशेष रूप से, उन सभी को, प्रकाश की गति को मापने पर, समान मूल्य प्राप्त होना चाहिए, चाहे वे स्वयं कितनी भी तेजी से आगे बढ़ें। प्रकाश की गति उनकी गति से स्वतंत्र है और सभी दिशाओं में समान है।

चावल। 1.3. प्रकाश की गति मापना

माइकलसन-मोर इंटरफेरोमीटर में, स्रोत से प्रकाश को एक पारभासी दर्पण द्वारा दो किरणों में विभाजित किया गया था। किरणें एक-दूसरे के लंबवत चली गईं, और फिर पारभासी दर्पण पर गिरते हुए फिर से एकजुट हो गईं। दो दिशाओं में चलने वाली प्रकाश किरणों की गति में अंतर इस तथ्य को जन्म दे सकता है कि एक किरण की तरंगों के शिखर दूसरे की तरंगों के गर्त के साथ एक साथ पहुंचेंगे और एक दूसरे को रद्द कर देंगे।

स्टीफन हॉकिंग

संक्षेप में संसार

प्रस्तावना

मुझे उम्मीद नहीं थी कि मेरी नॉन-फिक्शन किताब, ए ब्रीफ हिस्ट्री ऑफ टाइम इतनी सफल होगी। यह लंदन संडे टाइम्स की बेस्टसेलर सूची में चार साल से अधिक समय तक बनी रही - किसी भी अन्य पुस्तक की तुलना में, जो विशेष रूप से विज्ञान के बारे में प्रकाशन के लिए आश्चर्यजनक है, क्योंकि वे आमतौर पर बहुत जल्दी नहीं बिकती हैं। फिर लोगों ने पूछना शुरू कर दिया कि सीक्वल की उम्मीद कब की जाए। मैं अनिच्छुक था, मैं "लघुकथा की निरंतरता" या "समय का थोड़ा लंबा इतिहास" जैसा कुछ लिखना नहीं चाहता था। मैं भी रिसर्च में व्यस्त था. लेकिन धीरे-धीरे यह स्पष्ट हो गया कि एक और किताब लिखी जा सकती है, जिसे समझना आसान होने की संभावना है। समय का संक्षिप्त इतिहास एक रेखीय पैटर्न के अनुसार संरचित किया गया था: ज्यादातर मामलों में, प्रत्येक अगला अध्याय तार्किक रूप से पिछले अध्याय से जुड़ा होता है। कुछ पाठकों ने इसे पसंद किया, लेकिन अन्य शुरुआती अध्यायों में ही अटक गए और अधिक दिलचस्प विषयों तक कभी नहीं पहुंच पाए। इस पुस्तक को अलग तरह से संरचित किया गया है - यह एक पेड़ की तरह है: अध्याय 1 और 2 एक तना बनाते हैं, जिससे शेष अध्यायों की शाखाएँ निकलती हैं।

ये "शाखाएँ" काफी हद तक एक-दूसरे से स्वतंत्र हैं, और, "ट्रंक" का एक विचार प्राप्त करने के बाद, पाठक किसी भी क्रम में उनसे परिचित हो सकते हैं। वे उन क्षेत्रों से संबंधित हैं जिनमें मैंने ए ब्रीफ हिस्ट्री ऑफ टाइम के प्रकाशन के बाद से काम किया है या सोचा है। अर्थात्, वे आधुनिक अनुसंधान के सबसे सक्रिय रूप से विकसित हो रहे क्षेत्रों को दर्शाते हैं। प्रत्येक अध्याय में मैंने एक रेखीय संरचना से दूर जाने का भी प्रयास किया है। चित्र और कैप्शन पाठक को एक वैकल्पिक मार्ग की ओर इशारा करते हैं, जैसा कि 1996 में प्रकाशित एन इलस्ट्रेटेड ब्रीफ हिस्ट्री ऑफ टाइम में है। साइडबार और सीमांत नोट्स कुछ विषयों को मुख्य पाठ की तुलना में अधिक गहराई से संबोधित करने की अनुमति देते हैं।

1988 में, जब ए ब्रीफ हिस्ट्री ऑफ टाइम पहली बार प्रकाशित हुआ था, तो यह धारणा थी कि हर चीज का अंतिम सिद्धांत क्षितिज पर मुश्किल से ही उभर रहा था। तब से स्थिति कैसे बदल गई है? क्या हम अपने लक्ष्य के करीब हैं? जैसा कि आप इस पुस्तक में सीखेंगे, प्रगति नाटकीय रही है। लेकिन यात्रा अभी भी जारी है और इसका कोई अंत नहीं दिख रहा है। जैसा कि वे कहते हैं, लक्ष्य तक पहुंचने की अपेक्षा आशा के साथ यात्रा जारी रखना बेहतर है। हमारी खोजें और खोजें केवल विज्ञान ही नहीं, बल्कि सभी क्षेत्रों में रचनात्मकता को बढ़ावा देती हैं। यदि हम सड़क के अंत तक पहुँचते हैं, तो मानव आत्मा सूख जाएगी और मर जाएगी। लेकिन मुझे नहीं लगता कि हम कभी रुकेंगे: हम आगे बढ़ेंगे, अगर गहराई में नहीं, तो जटिलता की ओर, हमेशा संभावनाओं के विस्तारित क्षितिज के केंद्र में बने रहेंगे।

इस पुस्तक पर काम करते समय मेरे कई सहायक थे। मैं विशेष रूप से आंकड़ों, कैप्शन और साइडबार के साथ मदद के लिए थॉमस हर्टोग और नील शियरर, ऐनी हैरिस और किटी फर्ग्यूसन को धन्यवाद देना चाहूंगा जिन्होंने पांडुलिपि (या अधिक सटीक रूप से कंप्यूटर फ़ाइलों को संपादित किया, क्योंकि मैं जो कुछ भी लिखता हूं वह इलेक्ट्रॉनिक रूप में दिखाई देता है), फिलिप डन बुक लेबोरेटरी और मूनरनर डिज़ाइन के, जिन्होंने चित्र बनाए। लेकिन साथ ही, मैं उन सभी को धन्यवाद देना चाहता हूं जिन्होंने मुझे सामान्य जीवन जीने और वैज्ञानिक अनुसंधान में शामिल होने का अवसर दिया। उनके बिना यह पुस्तक नहीं लिखी जाती।

सापेक्षता का संक्षिप्त इतिहास

आइंस्टीन ने कैसे रखी नींव?

बीसवीं सदी के दो मौलिक सिद्धांत:

सामान्य सापेक्षता और क्वांटम यांत्रिकी

सापेक्षता के विशेष और सामान्य सिद्धांतों के निर्माता अल्बर्ट आइंस्टीन का जन्म 1879 में जर्मन शहर उल्म में हुआ था, बाद में परिवार म्यूनिख चला गया, जहां भविष्य के वैज्ञानिक के पिता, हरमन और उनके चाचा, जैकब थे छोटी और बहुत सफल इलेक्ट्रिकल इंजीनियरिंग कंपनी नहीं। अल्बर्ट कोई प्रतिभाशाली बच्चा नहीं था, लेकिन यह दावा कि वह स्कूल में असफल हो गया था, अतिशयोक्ति प्रतीत होती है। 1894 में, उनके पिता का व्यवसाय विफल हो गया और परिवार मिलान चला गया। उनके माता-पिता ने स्कूल खत्म होने तक अल्बर्ट को जर्मनी में छोड़ने का फैसला किया, लेकिन वह जर्मन अधिनायकवाद को बर्दाश्त नहीं कर सके और कुछ महीनों के बाद उन्होंने स्कूल छोड़ दिया, और अपने परिवार में शामिल होने के लिए इटली चले गए। बाद में उन्होंने ज्यूरिख में अपनी शिक्षा पूरी की और 1900 में प्रतिष्ठित पॉलिटेक्निक से डिप्लोमा प्राप्त किया ( इ idgenössische टी echnische एचऑचस्चुले - उच्च तकनीकी विद्यालय)। आइंस्टीन की बहस करने और अपने वरिष्ठों को नापसंद करने की प्रवृत्ति ने उन्हें ईटीएच प्रोफेसरों के साथ संबंध स्थापित करने से रोका, इसलिए उनमें से किसी ने भी उन्हें सहायक के पद की पेशकश नहीं की, जिससे आमतौर पर उनके अकादमिक करियर की शुरुआत हुई। केवल दो साल बाद, वह युवक अंततः बर्न में स्विस पेटेंट कार्यालय में जूनियर क्लर्क की नौकरी पाने में कामयाब रहा। इसी अवधि के दौरान, 1905 में, उन्होंने तीन पेपर लिखे, जिन्होंने न केवल आइंस्टीन को दुनिया के अग्रणी वैज्ञानिकों में से एक बना दिया, बल्कि दो वैज्ञानिक क्रांतियों की शुरुआत भी की - क्रांतियाँ जिन्होंने समय, स्थान और वास्तविकता के बारे में हमारे विचारों को बदल दिया।

19वीं शताब्दी के अंत तक, वैज्ञानिकों का मानना ​​था कि वे ब्रह्मांड के व्यापक विवरण के करीब आ गए थे। उनके विचारों के अनुसार, अंतरिक्ष एक सतत माध्यम - "ईथर" से भरा हुआ था। प्रकाश किरणों और रेडियो संकेतों को ईथर की तरंगों के रूप में देखा जाता था, जैसे ध्वनि वायु घनत्व की तरंगों के रूप में होती है। सिद्धांत को पूरा करने के लिए केवल ईथर के लोचदार गुणों को सावधानीपूर्वक मापना आवश्यक था। इस लक्ष्य को ध्यान में रखते हुए, बेहतरीन चुंबकीय माप में संभावित हस्तक्षेप से बचने के लिए हार्वर्ड विश्वविद्यालय में जेफरसन प्रयोगशाला को एक भी लोहे की कील के बिना बनाया गया था। हालाँकि, डिज़ाइनर यह भूल गए कि प्रयोगशाला और हार्वर्ड की अधिकांश अन्य इमारतों के निर्माण में जिस लाल-भूरे रंग की ईंट का उपयोग किया गया था, उसमें महत्वपूर्ण मात्रा में लोहा शामिल है। इमारत आज भी उपयोग में है, लेकिन हार्वर्ड को अभी भी नहीं पता है कि लाइब्रेरी के फर्श, जिनमें लोहे की कीलें नहीं हैं, कितना वजन झेल सकते हैं।

सदी के अंत में, सर्वव्यापी ईथर की अवधारणा को कठिनाइयों का सामना करना शुरू हुआ। उम्मीद की गई थी कि प्रकाश ईथर के माध्यम से एक निश्चित गति से यात्रा करेगा, लेकिन यदि आप स्वयं ईथर के माध्यम से प्रकाश की समान दिशा में आगे बढ़ रहे हैं, तो प्रकाश की गति धीमी दिखाई देनी चाहिए, और यदि आप विपरीत दिशा में आगे बढ़ रहे हैं, तो गति प्रकाश की गति तेज़ प्रतीत होगी (चित्र 1.1)।

चावल। 1.1 स्थिर ईथर का सिद्धांत

यदि प्रकाश ईथर नामक लोचदार पदार्थ में एक तरंग होती, तो इसकी गति अंतरिक्ष यान में उसकी ओर जाने वाले किसी व्यक्ति को तेज़ दिखाई देती (ए), और प्रकाश (बी) के समान दिशा में जाने वाले किसी व्यक्ति को धीमी दिखाई देती।

हालाँकि, कई प्रयोगों में इन विचारों की पुष्टि नहीं की जा सकी। उनमें से सबसे सटीक और सही 1887 में केस स्कूल ऑफ एप्लाइड साइंसेज, क्लीवलैंड, ओहियो में अल्बर्ट मिशेलसन और एडवर्ड मॉर्ले द्वारा किया गया था। उन्होंने एक दूसरे से समकोण पर यात्रा करने वाली दो किरणों में प्रकाश की गति की तुलना की। जैसे-जैसे पृथ्वी अपनी धुरी पर घूमती है और सूर्य के चारों ओर घूमती है, ईथर के माध्यम से उपकरण की गति और दिशा बदल जाती है (चित्र 1.2)। लेकिन माइकलसन और मॉर्ले को दोनों किरणों में प्रकाश की गति में कोई दैनिक या वार्षिक अंतर नहीं मिला। इससे पता चला कि प्रकाश हमेशा आपके सापेक्ष एक ही गति से चलता है, चाहे आप कितनी भी तेजी से और किसी भी दिशा में आगे बढ़ रहे हों (चित्र 1.3)।

जीवंत और दिलचस्प. हॉकिंग के पास सिखाने, समझाने और रोजमर्रा की जिंदगी की उपमाओं के साथ अत्यंत जटिल अवधारणाओं को विनोदपूर्वक चित्रित करने का प्राकृतिक उपहार है।

न्यूयॉर्क टाइम्स

यह पुस्तक बचपन के चमत्कारों को प्रतिभाशाली बुद्धिजीवियों से जोड़ती है। हम हॉकिंग के ब्रह्मांड में उनके दिमाग की शक्ति से यात्रा करते हैं।

संडे टाइम्स

जीवंत और मजाकिया... सामान्य पाठक को मूल स्रोत से गहन वैज्ञानिक सत्य जानने की अनुमति देता है।

न्यू यॉर्कर

स्टीफ़न हॉकिंग स्पष्टता के स्वामी हैं... यह कल्पना करना कठिन है कि आज जीवित किसी अन्य व्यक्ति ने गणितीय गणनाएँ अधिक स्पष्ट रूप से प्रस्तुत की हैं जो आम आदमी को डरा देती हैं।

शिकागो ट्रिब्यून

संभवतः सबसे लोकप्रिय विज्ञान पुस्तक। आधुनिक भौतिक विज्ञानी खगोल भौतिकी के बारे में क्या जानते हैं इसका एक उत्कृष्ट सारांश। धन्यवाद डॉ. हॉकिंग! ब्रह्मांड के बारे में सोच रहा हूं और यह इस तरह कैसे बना।

वॉल स्ट्रीट जर्नल

1988 में, स्टीफन हॉकिंग की रिकॉर्ड-ब्रेकिंग पुस्तक ए ब्रीफ हिस्ट्री ऑफ टाइम ने दुनिया भर के पाठकों को इस उल्लेखनीय सैद्धांतिक भौतिक विज्ञानी के विचारों से परिचित कराया। और यहाँ एक नई महत्वपूर्ण घटना है: हॉकिंग वापस आ गए हैं! शानदार सचित्र अगली कड़ी, द वर्ल्ड इन ए नटशेल, उन वैज्ञानिक खोजों का खुलासा करती है जो उनकी पहली, व्यापक रूप से प्रशंसित पुस्तक के प्रकाशन के बाद से की गई हैं।

हमारे समय के सबसे प्रतिभाशाली वैज्ञानिकों में से एक, जो न केवल अपने विचारों की निर्भीकता के लिए बल्कि अपनी अभिव्यक्ति की स्पष्टता और बुद्धि के लिए भी जाने जाते हैं, हॉकिंग हमें अनुसंधान के अत्याधुनिक स्तर पर ले जाते हैं, जहां सच्चाई कल्पना से अधिक अजीब लगती है, समझाने के लिए ब्रह्माण्ड को नियंत्रित करने वाले सिद्धांतों को सरल शब्दों में कहें। कई सैद्धांतिक भौतिकविदों की तरह, हॉकिंग विज्ञान के पवित्र ग्रेल - हर चीज का सिद्धांत, जो ब्रह्मांड की नींव में निहित है, को खोजने के लिए उत्सुक हैं। यह हमें ब्रह्मांड के रहस्यों को छूने की अनुमति देता है: सुपरग्रेविटी से सुपरसिमेट्री तक, क्वांटम सिद्धांत से एम-सिद्धांत तक, होलोग्राफी से द्वंद्व तक। हम उनके साथ एक रोमांचक साहसिक यात्रा पर जाते हैं क्योंकि वह आइंस्टीन के सापेक्षता के सामान्य सिद्धांत और रिचर्ड फेनमैन के एकाधिक इतिहास के विचार को एक पूर्ण एकीकृत सिद्धांत में बनाने के अपने प्रयासों के बारे में बात करते हैं जो ब्रह्मांड में होने वाली हर चीज का वर्णन करेगा।

हम अंतरिक्ष-समय के माध्यम से एक असाधारण यात्रा पर उसके साथ हैं, और शानदार रंगीन चित्र एक अवास्तविक वंडरलैंड के माध्यम से इस यात्रा में मील का पत्थर के रूप में काम करते हैं, जहां कण, झिल्ली और तार ग्यारह आयामों में चलते हैं, जहां ब्लैक होल वाष्पित हो जाते हैं, अपने रहस्यों को अपने साथ ले जाते हैं, और जहाँ ब्रह्माण्डीय बीज जिससे हमारा ब्रह्माण्ड विकसित हुआ वह एक छोटा सा अखरोट था।

स्टीफन हॉकिंग ने आइजैक न्यूटन और पॉल डिराक के बाद कैम्ब्रिज विश्वविद्यालय में गणित की लुकासियन प्रोफेसरशिप संभाली है। उन्हें आइंस्टीन के बाद सबसे प्रमुख सैद्धांतिक भौतिकविदों में से एक माना जाता है।

संक्षेप में संसार

कि ब्रह्मांड में कई कहानियाँ हैं,

जिनमें से प्रत्येक की

एक छोटे से अखरोट द्वारा परिभाषित

मैं अपने बारे में संक्षेप में विचार करूंगा

विशाल अंतरिक्ष का स्वामी.

शेक्सपियर में. हेमलेट. अधिनियम 2, दृश्य 2

हेमलेट का मतलब यह हो सकता है कि यद्यपि हम मनुष्य शारीरिक रूप से बहुत सीमित हैं, हमारे दिमाग पूरी दुनिया को समझने और साहसपूर्वक वहां जाने की इच्छा में स्वतंत्र हैं जहां स्टार ट्रेक के नायकों ने भी जाने की हिम्मत नहीं की - सबसे भयानक सपनों की अनुमति है।

क्या ब्रह्मांड सचमुच अनंत है या बहुत बड़ा है? क्या यह शाश्वत है या इसकी आयु लंबी है? हमारा सीमित दिमाग अनंत ब्रह्मांड को कैसे समझ सकता है? क्या ऐसा प्रयास करना भी अति आत्मविश्वास है? क्या हमें प्रोमेथियस के भाग्य को दोहराने का खतरा नहीं है, जिसने शास्त्रीय मिथक के अनुसार, ज़ीउस से आग चुरा ली और लोगों को इसका उपयोग करना सिखाया, और लापरवाह साहस की सजा के रूप में एक चट्टान से जंजीर में बांध दिया गया और एक बाज का शिकार बन गया वह उसके कलेजे को चोंच मारने के लिए उड़ गया?

हबल अंतरिक्ष सूक्ष्मदर्शी।

किंवदंती की चेतावनी के बावजूद, मेरा मानना ​​​​है कि हमें ब्रह्मांड को समझने की कोशिश करनी चाहिए। हमने अंतरिक्ष को समझने में पहले ही उल्लेखनीय प्रगति की है, विशेषकर हाल के वर्षों में। हमारे पास अभी तक पूरी तस्वीर नहीं है, लेकिन हो सकता है कि यह निकट ही हो।

अंतरिक्ष के बारे में सबसे स्पष्ट तथ्य यह है कि यह निरंतर चलता रहता है। इसकी पुष्टि हबल टेलीस्कोप जैसे आधुनिक उपकरणों से होती है, जो हमें गहरे अंतरिक्ष में झाँकने की अनुमति देता है। वहां हम विभिन्न आकृतियों और आकारों की अरबों-खरबों आकाशगंगाएँ देखते हैं (चित्र 3.1)।

जब हम ब्रह्मांड की गहराई में देखते हैं, तो हमें अरबों-खरबों आकाशगंगाएँ दिखाई देती हैं। आकाशगंगाओं के अलग-अलग आकार और साइज़ हो सकते हैं; वे हमारी आकाशगंगा की तरह अण्डाकार या सर्पिल हो सकते हैं।

हमारा ग्रह पृथ्वी (3) सर्पिल आकाशगंगा के परिधीय क्षेत्र में सूर्य की परिक्रमा करता है। सर्पिल भुजाओं में अंतरतारकीय धूल हमें गैलेक्टिक विमान की दिशा में देखने से रोकती है, लेकिन इसके किनारों पर एक अच्छा दृश्य है।

प्रत्येक आकाशगंगा में अनगिनत अरबों तारे हैं, और उनमें से कई में ग्रह भी हैं। हम सर्पिल आकाशगंगा की बाहरी भुजा में एक तारे की परिक्रमा करने वाले ग्रह पर रहते हैं। सर्पिल भुजाओं में धूल हमें ब्रह्मांड को आकाशगंगा तल के करीब से देखने से रोकती है, लेकिन इस तल के दोनों ओर दो शंकुओं की दिशा में, दृश्यता उत्कृष्ट है, और हम दूर की आकाशगंगाओं की स्थिति निर्धारित कर सकते हैं (चित्र 3.2) . हमने पाया कि आकाशगंगाएँ अलग-अलग स्थानीय गुच्छों और रिक्तियों के साथ अंतरिक्ष में लगभग समान रूप से वितरित हैं। ऐसा लगता है कि बहुत बड़ी दूरी पर आकाशगंगाओं का घनत्व कम हो जाता है, लेकिन सबसे अधिक संभावना है, उनकी दूरी के कारण, उनका प्रकाश इतना कमजोर हो जाता है कि हम उन्हें पंजीकृत ही नहीं कर पाते हैं। जहां तक ​​हम बता सकते हैं, ब्रह्मांड अंतरिक्ष में अनिश्चित काल तक फैला हुआ है (चित्र 3.3)।

हम देखते हैं कि, व्यक्तिगत स्थानीय समूहों को छोड़कर, आकाशगंगाएँ अंतरिक्ष में लगभग समान रूप से वितरित हैं।

हालाँकि ब्रह्मांड अंतरिक्ष में हर जगह लगभग एक जैसा दिखता है, लेकिन समय के साथ यह निश्चित रूप से बदलता है। बीसवीं सदी की शुरुआत तक, इसका एहसास नहीं हुआ था - यह माना जाता था कि यह मूल रूप से अपरिवर्तित था। ऐसा माना जाता था कि इसका अस्तित्व अनंत काल तक रहेगा, लेकिन इससे बेतुके निष्कर्ष निकले। यदि तारे अनिश्चित काल तक चमकते रहें, तो उन्हें ब्रह्मांड को अपने तापमान तक गर्म करना होगा। यहां तक ​​कि रात में भी, पूरा आकाश सूर्य के समान चमकीला होगा, क्योंकि किसी भी दिशा में टकटकी लगाने पर अंततः या तो एक तारा या धूल का एक बादल दिखाई देगा जो तारों के समान तापमान पर गर्म होगा (चित्र 3.4)।

यदि ब्रह्माण्ड सभी दिशाओं में स्थिर और अनंत होता, तो रात का आकाश हर जगह तारों से भरा होता और सूर्य की सतह की तरह चमकीला होता।

हम सभी ने रात के आकाश को देखा है और जानते हैं कि यह अंधेरा है, और यह बहुत महत्वपूर्ण है। इससे यह निष्कर्ष निकलता है कि ब्रह्माण्ड हमेशा उसी स्थिति में नहीं रह सकता जैसा आज है। अतीत में, एक सीमित समय पहले, कुछ ऐसा हुआ होगा जिसके कारण तारे प्रकाशमान हो गए, जिसका अर्थ है कि बहुत दूर के तारों का प्रकाश अभी तक हम तक नहीं पहुंचा था। इसीलिए रात्रि में आकाश हमें चारों ओर से अंधा नहीं कर पाता।

लेकिन अगर तारे हमेशा अपनी जगह पर थे, तो कई अरब साल पहले वे अचानक क्यों चमक उठे? किस टाइमर ने उन्हें बताया कि यह चमकने का समय है? जैसा कि हम जानते हैं, कई दार्शनिक इस पर हैरान थे, जो इमैनुएल कांट की तरह मानते थे कि ब्रह्मांड हमेशा के लिए मौजूद है। हालाँकि, अधिकांश लोग इस विचार से काफी सहज थे कि ब्रह्माण्ड सामान्यतः कुछ हज़ार साल पहले ही बनाया गया था जैसा कि अब है।

बीसवीं सदी के दूसरे दशक में वेस्टो स्लिफ़र और एडविन हबल की टिप्पणियों के कारण इस विचार से असहमति प्रकट होने लगी। और 1923 में, हबल ने पता लगाया कि आकाश में असंख्य बमुश्किल दिखाई देने वाले धब्बे, जिन्हें निहारिका कहा जाता है, वास्तव में अन्य आकाशगंगाएँ हैं, हमारे सूर्य के समान सितारों के विशाल समूह हैं, लेकिन काफी दूरी पर स्थित हैं। उन्हें इतना छोटा और पीला दिखने के लिए, दूरियाँ इतनी अधिक होनी चाहिए कि प्रकाश को हम तक पहुँचने में लाखों या अरबों वर्ष लग जाएँ। इसका मतलब यह है कि ब्रह्मांड केवल कुछ हज़ार साल पहले ही प्रकट नहीं हो सकता था।

हबल की दूसरी खोज और भी उल्लेखनीय थी। खगोलशास्त्री जानते हैं कि अन्य आकाशगंगाओं के प्रकाश का विश्लेषण करके हम यह निर्धारित कर सकते हैं कि वे हमारी ओर बढ़ रही हैं या हमसे दूर जा रही हैं (चित्र 3.5)। उन्हें बड़ा आश्चर्य हुआ, जब यह पता चला कि लगभग सभी आकाशगंगाएँ दूर जा रही थीं। इसके अलावा, आकाशगंगाएँ जितनी दूर होंगी, वे उतनी ही तेज़ी से दूर चली जाएंगी। यह हबल ही था जिसने इस खोज के नाटकीय परिणाम को महसूस किया: बड़े पैमाने पर, प्रत्येक आकाशगंगा एक दूसरे से दूर चली जाती है। ब्रह्माण्ड का विस्तार हो रहा है

हमारी पड़ोसी आकाशगंगा, एंड्रोमेडा नेबुला, जिसके पैरामीटर हबल और स्लिफ़र द्वारा मापे गए थे

1910 और 1930 के बीच स्लिफ़र और हबल द्वारा की गई खोजों की समयरेखा।

1912 - स्लिफ़र ने चार निहारिकाओं का स्पेक्ट्रा प्राप्त किया और उनमें से तीन में लाल बदलाव और एंड्रोमेडा नेबुला के स्पेक्ट्रम में एक नीले बदलाव की खोज की। उन्होंने निष्कर्ष निकाला कि एंड्रोमेडा नेबुला हमारी ओर आ रहा है, जबकि अन्य नीहारिकाएँ हमसे दूर जा रही हैं।

1912–1914 - स्लिफ़र ने 12 और नीहारिकाओं के स्पेक्ट्रा को मापा। एक को छोड़कर सभी पुनः स्थानांतरित हो गए।

1914 - स्लिफ़र ने अमेरिकन एस्ट्रोनॉमिकल सोसायटी को अपने नतीजे पेश किए। हबल उपस्थित थे.

1918 - हबल ने नीहारिकाओं की खोज शुरू की।

1923 - हबल ने निर्धारित किया कि सर्पिल नीहारिकाएं (एंड्रोमेडा नेबुला सहित) अन्य आकाशगंगाएं हैं।

1914–1925 - स्लिफ़र और अन्य खगोलविदों ने डॉपलर शिफ्ट को मापना जारी रखा। 1925 तक, 43 रेडशिफ्ट्स और 2 ब्लूशिफ्ट्स मापे जा चुके थे।

1929 - हबल और मिल्टन ह्यूमसन ने डॉपलर बदलावों को मापना जारी रखा और पाया कि बड़े पैमाने पर प्रत्येक आकाशगंगा दूसरों से दूर जा रही है, उन्होंने घोषणा की कि ब्रह्मांड का विस्तार हो रहा है।

डॉपलर प्रभाव

हम लगभग हर दिन डॉपलर प्रभाव देखते हैं, जो तरंग दैर्ध्य और गति के बीच संबंध को प्रकट करता है। ऊपर उड़ते हुए विमान को सुनें। जब यह करीब आता है, तो इंजन की आवाज़ तेज़ होती है, और जब यह दूर जाता है, तो धीमी आवाज़ आती है।

उच्च पिच छोटी ध्वनि तरंगों (एक तरंग शिखर से दूसरे तरंग शिखर तक कम दूरी के साथ) और उच्च आवृत्तियों (प्रति सेकंड आने वाली तरंगों की संख्या) से मेल खाती है।

डॉपलर प्रभाव इस तथ्य के कारण होता है कि जब एक निकटवर्ती विमान अगली तरंग शिखा बनाता है तो वह आपके करीब होगा, जिसका अर्थ है कि शिखाओं के बीच की दूरी कम हो जाएगी। इसी तरह, जैसे-जैसे विमान दूर जाता है, तरंग दैर्ध्य बढ़ता है और कथित ध्वनि की पिच कम हो जाती है।

ब्रह्मांड के विस्तार की खोज 20वीं सदी की सबसे बड़ी बौद्धिक क्रांतियों में से एक थी। यह पूरी तरह से अप्रत्याशित साबित हुआ और ब्रह्मांड की उत्पत्ति के बारे में चर्चा का रुख पूरी तरह से बदल गया। यदि आकाशगंगाएँ अलग-अलग उड़ रही हैं, तो वे अतीत में एक-दूसरे के करीब रही होंगी। विस्तार की वर्तमान दर के आधार पर, हम यह निष्कर्ष निकाल सकते हैं कि लगभग 10 से 15 अरब वर्ष पहले वे एक-दूसरे के बहुत करीब थे। जैसा कि पिछले अध्याय में वर्णित है, रोजर पेनरोज़ और मैं यह दिखाने में सक्षम थे कि आइंस्टीन के सापेक्षता के सामान्य सिद्धांत का तात्पर्य है कि ब्रह्मांड और समय की शुरुआत एक भव्य विस्फोट के रूप में होनी चाहिए। यही कारण है कि रात का आकाश अंधकारमय होता है: एक भी तारा दस से पंद्रह अरब वर्षों से अधिक समय तक चमक नहीं सका - वह समय जो बिग बैंग के बाद से बीत चुका है।

डॉप्लर प्रभाव प्रकाश तरंगों के लिए भी होता है। यदि कोई आकाशगंगा पृथ्वी से निरंतर दूरी पर रहती है, तो उसके स्पेक्ट्रम में विशिष्ट रेखाएँ सामान्य मानक स्थिति में दिखाई देंगी। हालाँकि, यदि यह हमसे दूर चला जाता है, तो तरंगें लंबी या फैली हुई दिखाई देंगी, और विशिष्ट वर्णक्रमीय रेखाएँ लाल (दाएँ) की ओर स्थानांतरित हो जाएँगी। यदि आकाशगंगा हमारे करीब आ रही है, तो तरंगें संकुचित दिखाई देंगी और रेखाएँ नीली शिफ्ट का अनुभव करेंगी।

माउंट विल्सन वेधशाला में 100-इंच दूरबीन पर एडविन हबल। 1930

अन्य आकाशगंगाओं के प्रकाश का विश्लेषण करके, एडविन हबल ने 1920 के दशक में पाया कि लगभग सभी आकाशगंगाएँ V गति से हमसे दूर जा रही हैं, जो दूरी के समानुपाती है आरजमीन से: वी= एन एक्स आर. इस महत्वपूर्ण पैटर्न, जिसे हबल का नियम कहा जाता है, ने स्थापित किया कि ब्रह्मांड का विस्तार हो रहा है और हबल स्थिरांक है एनइसके विस्तार की दर निर्धारित करता है।

चावल। एच.6. हबल का नियम

ग्राफ़ आकाशगंगाओं के रेडशिफ्ट पर नवीनतम अवलोकन संबंधी डेटा दिखाता है, जो पुष्टि करता है कि हबल का नियम हमसे काफी दूरी पर संचालित होता है। अधिक दूरी पर थोड़ा ऊपर की ओर झुकने से पता चलता है कि विस्तार तेज हो रहा है, संभवतः वैक्यूम ऊर्जा के प्रभाव में।

हम इस तथ्य के आदी हैं कि कुछ घटनाएँ अन्य, पहले की घटनाओं के कारण होती हैं, जो बदले में, पहले की घटनाओं के कारण भी होती हैं। कार्य-कारण की एक शृंखला अतीत तक फैली हुई है। लेकिन चलिए मान लेते हैं कि इस शृंखला की एक शुरुआत है। चलिए मान लेते हैं कि पहली घटना घटी. इसका क्या कारण है? यह ऐसा प्रश्न नहीं है जिसका अधिकांश वैज्ञानिक समाधान करना चाहते हैं। वे इससे बचने की कोशिश करते हैं, या तो रूसियों की तरह यह घोषणा करके कि ब्रह्मांड की कोई शुरुआत नहीं है, या यह दावा करके कि इसकी उत्पत्ति का प्रश्न विज्ञान के क्षेत्र से बाहर है और तत्वमीमांसा और धर्म से संबंधित है। मेरी राय यह है कि एक सच्चे वैज्ञानिक को इनमें से किसी भी पद को स्वीकार नहीं करना चाहिए। यदि सृष्टि के आरंभ में प्रकृति के नियम निलंबित हैं, तो अन्य समय में उनका उल्लंघन क्यों नहीं किया जाना चाहिए? कोई कानून, कानून नहीं है अगर उसे कभी-कभी ही लागू किया जाए। हमें ब्रह्माण्ड की शुरुआत को वैज्ञानिक ढंग से समझाने का प्रयास करना चाहिए। हो सकता है कि यह काम हमारे ऊपर न हो, लेकिन कम से कम हमें प्रयास तो करना ही चाहिए।

हालाँकि पेनरोज़ और मैंने जो प्रमेय सिद्ध किए हैं, उनसे पता चलता है कि ब्रह्मांड की शुरुआत होनी चाहिए, लेकिन वे उस शुरुआत की प्रकृति के बारे में वस्तुतः कुछ नहीं कहते हैं। वे संकेत देते हैं कि ब्रह्मांड की शुरुआत बिग बैंग से हुई, एक ऐसी स्थिति जिसमें संपूर्ण ब्रह्मांड और इसमें मौजूद हर चीज अनंत घनत्व के एक बिंदु में संकुचित हो गई थी। इस बिंदु पर, आइंस्टीन का सापेक्षता का सामान्य सिद्धांत अनुपयुक्त हो जाता है और इसका सटीक अनुमान लगाने के लिए उपयोग नहीं किया जा सकता है कि ब्रह्मांड की शुरुआत कैसे हुई। हम यह स्वीकार करने के लिए मजबूर हैं कि ब्रह्मांड की उत्पत्ति स्पष्ट रूप से विज्ञान की सीमाओं से परे है।

हॉट बिग बैंग

यदि सामान्य सापेक्षता सही है, तो ब्रह्मांड की शुरुआत बिग बैंग विलक्षणता पर असीम रूप से उच्च तापमान और घनत्व के साथ हुई। जैसे-जैसे ब्रह्मांड का विस्तार हुआ, तापमान और विकिरण की तीव्रता कम होती गई। बिग बैंग के लगभग एक सेकंड के सौवें हिस्से में, तापमान लगभग 100 बिलियन डिग्री था, और ब्रह्मांड मुख्य रूप से फोटॉन, इलेक्ट्रॉन, न्यूट्रिनो (बहुत हल्के कण) और उनके एंटीपार्टिकल्स, साथ ही कुछ प्रोटॉन और न्यूट्रॉन से भरा हुआ था। अगले तीन मिनट में, ब्रह्मांड लगभग 1 अरब डिग्री तक ठंडा हो गया, और प्रोटॉन और न्यूट्रॉन ने हीलियम, हाइड्रोजन आइसोटोप और अन्य प्रकाश तत्व बनाना शुरू कर दिया।

सैकड़ों हजारों वर्षों के बाद, जैसे-जैसे तापमान कई हजार डिग्री तक गिर गया, इलेक्ट्रॉन इस हद तक धीमे हो गए कि प्रकाश नाभिक उन्हें पकड़ सके, जिससे परमाणु बन गए। हालाँकि, भारी तत्व जो हमें बनाते हैं, जैसे कि कार्बन और ऑक्सीजन, अरबों साल बाद तारों के कोर में हीलियम के जलने से बने थे।

घने, गर्म ब्रह्मांड की इस तस्वीर का वर्णन पहली बार भौतिक विज्ञानी जॉर्ज गामो ने 1948 में राल्फ अल्फ़र के साथ लिखे एक पेपर में किया था, जिसमें उल्लेखनीय भविष्यवाणी की गई थी कि उस बहुत गर्म युग से विकिरण आज भी हमारे आसपास होना चाहिए। वैज्ञानिकों की भविष्यवाणी की पुष्टि 1965 में हुई, जब भौतिकविदों अर्नो पेनज़ियास और रॉबर्ट विल्सन ने ब्रह्मांडीय पृष्ठभूमि माइक्रोवेव विकिरण का पता लगाया।.

लेकिन यह कोई निष्कर्ष नहीं है जो वैज्ञानिकों को प्रसन्न करेगा। जैसा कि अध्याय 1 और 2 में बताया गया है, बिग बैंग के निकट सामान्य सापेक्षता के काम न करने का कारण यह है कि इसमें अनिश्चितता सिद्धांत शामिल नहीं है, जो क्वांटम सिद्धांत में यादृच्छिकता के तत्व का परिचय देता है और जिसके बारे में आइंस्टीन ने कहा था कि भगवान भगवान पासा नहीं खेलते हैं . हालाँकि, सब कुछ इंगित करता है कि भगवान भगवान एक कट्टर जुआरी हैं। आप ब्रह्मांड की कल्पना एक विशाल कैसीनो के रूप में कर सकते हैं, जिसमें हर अवसर पर पासे फेंके जाते हैं या रूलेट व्हील घुमाया जाता है (चित्र 3.7)।

आप सोच सकते हैं कि कैसीनो चलाना एक बहुत ही अनिश्चित व्यवसाय है क्योंकि प्रत्येक पासा रोल या रूलेट स्पिन में पैसे खोने का जोखिम होता है। लेकिन बड़ी संख्या में दांव के साथ, जीत और हार का औसत निकाला जाता है और एक परिणाम सामने आता है जिसकी भविष्यवाणी की जा सकती है (चित्र 3.8)। कैसीनो मालिक अपने पक्ष में विचलन का औसत निकालने की व्यवस्था करते हैं। इसीलिए वे अमीर हैं. आपके जीतने का एकमात्र मौका अपना सारा पैसा कम संख्या में पासा रोल या रूलेट स्पिन पर दांव लगाना है।

यदि कोई खिलाड़ी कई बार रेड पर दांव लगाता है, तो उसकी जीत या हार की भविष्यवाणी उच्च सटीकता के साथ की जा सकती है, क्योंकि व्यक्तिगत खेल के परिणाम औसत होते हैं। दूसरी ओर, किसी भी व्यक्तिगत दांव के परिणाम की भविष्यवाणी करना असंभव है।

ब्रह्मांड के साथ भी ऐसा ही है। जब यह आज जितना बड़ा है, तो बहुत बड़ी संख्या में पासे फेंके जाते हैं, परिणाम औसत होता है और भविष्यवाणी की जा सकती है। यही कारण है कि शास्त्रीय कानून बड़ी प्रणालियों के लिए काम करते हैं। लेकिन जब ब्रह्मांड बहुत छोटा होता है, जैसे कि बिग बैंग के पास, तो पासे बहुत कम बार ही पलटे जाते हैं और अनिश्चितता सिद्धांत बहुत महत्वपूर्ण हो जाता है।

चूँकि ब्रह्माण्ड यह पता लगाने के लिए लगातार पासा पलट रहा है कि आगे क्या होगा, इसमें एक भी कहानी नहीं है, जैसा कि कोई सोच सकता है। इसके विपरीत, ब्रह्मांड में सभी संभावित इतिहास हैं, प्रत्येक की एक निश्चित संभावना है। उनमें से वह होना चाहिए जिसमें बेलीज़ टीम ने ओलंपिक में सभी स्वर्ण पदक जीते, हालांकि इसकी संभावना कम हो सकती है। यह विचार कि ब्रह्मांड के कई इतिहास हैं, विज्ञान कथा जैसा लग सकता है, लेकिन आज इसे वैज्ञानिक तथ्य के रूप में स्वीकार किया जाता है। इसे रिचर्ड फेनमैन द्वारा तैयार किया गया था, जो एक महान भौतिक विज्ञानी और एक महान मौलिक व्यक्ति थे।

अब हम आइंस्टीन के सापेक्षता के सामान्य सिद्धांत और फेनमैन के कई इतिहास के विचार को एक पूर्ण एकीकृत सिद्धांत में संयोजित करने के लिए काम कर रहे हैं जो ब्रह्मांड में होने वाली हर चीज का वर्णन करता है। एक एकीकृत सिद्धांत हमें यह गणना करने की अनुमति देगा कि ब्रह्मांड का विकास कैसे होगा यदि हम जानते हैं कि इसका इतिहास कैसे शुरू हुआ। लेकिन एक एकीकृत सिद्धांत ही हमें यह पता लगाने की अनुमति नहीं देगा कि ब्रह्मांड कहां से शुरू हुआ, इसकी प्रारंभिक स्थिति क्या थी। इसके लिए तथाकथित सीमा स्थितियों, नियमों की आवश्यकता होती है जो हमें बताते हैं कि ब्रह्मांड के किनारों, अंतरिक्ष और समय के किनारों पर क्या होता है।

यदि ब्रह्मांड का किनारा अंतरिक्ष-समय में सिर्फ एक बिंदु होता, तो हम सीमाओं को आगे बढ़ा सकते थे।

यदि ब्रह्मांड का किनारा अंतरिक्ष और समय में एक सामान्य बिंदु से होकर गुजरता है, तो हम आगे जा सकते हैं और दावा कर सकते हैं कि हम ब्रह्मांड से परे चले गए हैं। दूसरी ओर, यदि ब्रह्मांड किनारे पर समाप्त होता है, जहां स्थान और समय खंडित हैं और घनत्व अनंत है, तो सार्थक सीमा स्थितियों को निर्दिष्ट करना बहुत मुश्किल होगा।

फिर भी मेरे सहकर्मी जिम हार्टल और मुझे एहसास हुआ कि एक तीसरा विकल्प भी है। शायद ब्रह्मांड की अंतरिक्ष और समय में कोई सीमा नहीं है। पहली नज़र में, यह उस प्रमेय का खंडन करता प्रतीत होता है कि पेनरोज़ और मैंने साबित किया कि ब्रह्मांड की शुरुआत होनी चाहिए, यानी समय में एक सीमा। हालाँकि, जैसा कि अध्याय 2 में बताया गया है, एक अन्य प्रकार का समय है, जिसे काल्पनिक समय कहा जाता है, जो सामान्य वास्तविक समय के लंबवत होता है जिसे हम समझते हैं। वास्तविक समय में ब्रह्मांड का इतिहास काल्पनिक समय में इसके इतिहास को निर्धारित करता है, और इसके विपरीत, लेकिन ये दो प्रकार के इतिहास बहुत भिन्न हो सकते हैं। उदाहरण के लिए, काल्पनिक समय में ब्रह्मांड की कोई शुरुआत या अंत नहीं हो सकता है। काल्पनिक समय अंतरिक्ष में लगभग एक अतिरिक्त दिशा की तरह व्यवहार करता है। विशेष रूप से, काल्पनिक समय में ब्रह्मांड के विभिन्न इतिहास को गोलाकार सतहों, जैसे एक गोले, एक विमान, या एक काठी द्वारा दर्शाया जा सकता है, लेकिन दो के बजाय चार आयामों में (चित्र 3.9)।

चावल। 3.9 ब्रह्माण्ड की कहानियाँ

यदि ब्रह्मांड का इतिहास अनंत तक जाता है, जैसे कि काठी के मामले में, तो अनंत पर सीमा की स्थिति निर्धारित करने की समस्या उत्पन्न होती है। यदि काल्पनिक समय में ब्रह्मांड के सभी इतिहास पृथ्वी की सतह के समान बंद सतह हैं, तो सीमा शर्तों को निर्दिष्ट करने की बिल्कुल भी आवश्यकता नहीं है।

यदि, काठी या विमान की तरह, ब्रह्मांड का इतिहास अनंत तक जाता है, तो अनंत पर सीमा की स्थिति निर्धारित करने में समस्याएं उत्पन्न होती हैं। लेकिन यदि काल्पनिक समय में ब्रह्मांड के सभी इतिहास पृथ्वी की सतह के समान बंद सतहें हैं, तो हम सीमा स्थितियों को निर्दिष्ट करने से पूरी तरह बच सकते हैं। पृथ्वी की सतह की कोई सीमा या किनारा नहीं है। ऐसी कोई विश्वसनीय रिपोर्ट नहीं थी कि लोगों ने अपना आपा खो दिया हो।

विकास के नियम और प्रारंभिक स्थितियाँ

भौतिकी के नियम निर्दिष्ट करते हैं कि समय के साथ प्रारंभिक अवस्था कैसे बदलती है। उदाहरण के लिए, यदि हम हवा में एक पत्थर फेंकते हैं, तो गुरुत्वाकर्षण का नियम हमें उच्च सटीकता के साथ इसके बाद की गति की भविष्यवाणी करने की अनुमति देगा। लेकिन केवल कानूनों के आधार पर हम यह अनुमान नहीं लगा सकते कि पत्थर कहां गिरेगा। जिस समय वह हाथ से छूटता है, उस समय हमें उसकी गति और दिशा जानने की भी आवश्यकता होती है। दूसरे शब्दों में, हमें पत्थर की गति के लिए प्रारंभिक या, जैसा कि वे भी कहते हैं, सीमा स्थितियों को जानना चाहिए।

ब्रह्माण्ड विज्ञान भौतिकी के नियमों का उपयोग करके संपूर्ण ब्रह्मांड के विकास का वर्णन करने का प्रयास करता है। इसलिए हमें यह पूछना चाहिए कि ब्रह्मांड की प्रारंभिक स्थितियाँ क्या थीं जिन पर हमें इन नियमों को लागू करना चाहिए। प्रारंभिक अवस्था ब्रह्मांड के मूलभूत गुणों पर बहुत महत्वपूर्ण प्रभाव डाल सकती है, शायद प्राथमिक कणों के गुणों और अंतःक्रियाओं पर भी जो जैविक जीवन के विकास के लिए महत्वपूर्ण हैं।

मान्यताओं में से एक सीमाहीन स्थिति है, कि समय और स्थान परिमित हैं और बंद सतहों का निर्माण करते हैं जिनकी कोई सीमा नहीं है। नो-बाउंड्री धारणा फेनमैन के कई इतिहास के विचार पर आधारित है, लेकिन फेनमैन योग में कण का इतिहास इस मामले में कुल स्पेसटाइम द्वारा प्रतिस्थापित किया गया है, जो पूरे ब्रह्मांड के इतिहास का प्रतिनिधित्व करता है। नो-बाउंड्री स्थिति, सटीक होने के लिए, ब्रह्मांड के संभावित इतिहास को उन अंतरिक्ष-समय तक सीमित करना है जिनकी काल्पनिक समय में कोई सीमा नहीं है। दूसरे शब्दों में, ब्रह्माण्ड के लिए सीमा स्थितियाँ यह हैं कि इसकी कोई सीमा स्थितियाँ नहीं हैं।

ब्रह्माण्डविज्ञानी वर्तमान में अध्ययन कर रहे हैं कि क्या सीमाहीन धारणा को संतुष्ट करने वाला प्रारंभिक विन्यास, शायद कमजोर मानवशास्त्रीय सिद्धांत के साथ, हमारे द्वारा देखे गए ब्रह्मांड के समान विकास का कारण बन सकता है।

यदि ब्रह्मांड का काल्पनिक समय इतिहास वास्तव में बंद सतह है, जैसा कि हार्टले और मैंने सुझाव दिया है, तो इसके दर्शन और हमारी उत्पत्ति की तस्वीर के लिए महत्वपूर्ण परिणाम होने चाहिए। इस मामले में ब्रह्मांड पूरी तरह से बंद और आत्मनिर्भर है; घड़ी को हवा देने और उसे चालू रखने के लिए इससे बाहर किसी चीज़ की आवश्यकता नहीं है। दुनिया में हर चीज़ को प्रकृति के नियमों द्वारा निर्धारित किया जाना चाहिए और ब्रह्मांड के भीतर पासा फेंककर गति प्रदान की जानी चाहिए। हालाँकि यह अटकल जैसा लग सकता है, मैं इस पर विश्वास करता हूँ, जैसा कि कई अन्य वैज्ञानिक भी करते हैं।

पृथ्वी की सतह की कोई सीमा या किनारा नहीं है। पृथ्वी के छोर तक लोगों के गिरने की अफवाहें कुछ हद तक अतिरंजित हैं।

भले ही ब्रह्मांड के लिए सीमा की स्थिति सीमा की अनुपस्थिति है, फिर भी इसका एक से अधिक इतिहास होगा। फेनमैन के अनुसार इसकी कई कहानियाँ हैं। प्रत्येक संभावित बंद सतह का काल्पनिक समय में अपना इतिहास होना चाहिए, और उनमें से प्रत्येक वास्तविक समय में एक इतिहास को परिभाषित करता है।

परिणामस्वरूप, हमें ब्रह्मांड के लिए संभावनाओं की एक अति-विविधता प्राप्त होती है। जिस विशिष्ट ब्रह्मांड में हम रहते हैं वह सभी संभावित ब्रह्मांडों से अलग क्यों है? एक ओर, यह ध्यान दिया जा सकता है कि ब्रह्मांड के कई संभावित इतिहास आकाशगंगाओं और सितारों के अनुक्रमिक गठन का कारण नहीं बनते हैं, जो हमारे जन्म के लिए मौलिक है। हालाँकि यह संभव है कि बुद्धिमान प्राणी आकाशगंगाओं और सितारों के बिना विकसित हो सकते हैं, लेकिन यह असंभव लगता है। यही कारण है कि यह तथ्य कि हम स्वयं अस्तित्व में हैं, यह सवाल पूछने में सक्षम हैं कि "ब्रह्मांड वैसा क्यों है?" हम जिस दुनिया में रहते हैं उसके इतिहास पर सीमाएं लगाता है। यह तथ्य इंगित करता है कि इतिहास के एक छोटे उपसमूह में से एक जिसमें आकाशगंगाएँ और तारे हैं, को साकार किया जाना चाहिए। यह तथाकथित मानवशास्त्रीय सिद्धांत का उदाहरण है। उनका कहना है कि ब्रह्मांड कमोबेश वैसा ही होना चाहिए जैसा हम देखते हैं, क्योंकि अगर यह अलग होता तो इसे देखने वाला कोई नहीं होता (चित्र 3.10)।

बाएँ: ब्रह्मांड का पतन हो रहा है, बंद हो रहा है। दाएं: खुले ब्रह्मांड (बी) जो हमेशा के लिए विस्तारित होते रहते हैं।

सीमा ब्रह्मांड अपने आप में ढहने और आगे विस्तार करने (सी1), या दोगुनी मुद्रास्फीति (सी2) के बीच लड़खड़ा रहे हैं, जिनमें बुद्धिमान जीवन हो सकता है। हमारे ब्रह्मांड (डी) का विस्तार जारी है।

मानवशास्त्रीय सिद्धांत

मोटे तौर पर, मानवशास्त्रीय सिद्धांत कहता है कि हम ब्रह्मांड को वैसे ही देखते हैं जैसे वह आंशिक रूप से है क्योंकि हम मौजूद हैं। यह दृष्टिकोण भौतिकी के नियमों के विस्तृत सेट के आधार पर स्पष्ट भविष्यवाणियां करने में सक्षम एक एकीकृत सिद्धांत बनाने की आशा के विपरीत है और जिसके अनुसार हमारी दुनिया वही है जो वह है क्योंकि यह अलग नहीं हो सकती है। मानवशास्त्रीय सिद्धांत के कई अलग-अलग रूप हैं, कमजोर से लेकर तुच्छता की हद तक और इतने मजबूत कि वे बेतुके हो जाते हैं। हालाँकि अधिकांश वैज्ञानिक केवल मजबूत मानवशास्त्रीय सिद्धांत को स्वीकार करने में अनिच्छुक हैं, फिर भी कुछ ऐसे भी हैं जो कमजोर सिद्धांत पर आधारित तर्क को भी चुनौती देने के लिए तैयार हैं।

कमजोर मानवशास्त्रीय सिद्धांत यह समझाने के लिए आता है कि हम ब्रह्मांड के कई युगों या भागों में से किसमें रह सकते हैं। उदाहरण के लिए, बिग बैंग लगभग 10 अरब साल पहले हुआ होगा: ब्रह्मांड इतना पुराना रहा होगा कि कुछ सितारों ने पहले ही अपना विकास पूरा कर लिया था और उन तत्वों का उत्पादन किया था जो हमें बनाते हैं, जैसे कि ऑक्सीजन और कार्बन, लेकिन साथ ही साथ इतने युवा कि अभी भी तारे थे, जो अपनी ऊर्जा से जीवन के अस्तित्व का समर्थन करने में सक्षम थे।

नो-बाउंड्री धारणा के तहत, ब्रह्मांड के प्रत्येक इतिहास को संख्याएँ निर्दिष्ट करने के लिए कोई फेनमैन के नियमों का उपयोग कर सकता है ताकि यह निर्धारित किया जा सके कि इसमें कौन से गुण होने की सबसे अधिक संभावना है। इस संदर्भ में, मानवशास्त्रीय सिद्धांत एक आवश्यकता के रूप में प्रकट होता है कि कहानियों में बुद्धिमान जीवन होता है। निःसंदेह, हम मानवशास्त्रीय सिद्धांत के बारे में कम चिंतित होंगे यदि यह दिखाया जा सके कि, कई अलग-अलग प्रारंभिक विन्यासों से, ब्रह्मांड इस तरह से विकसित होता है कि हम जिस दुनिया को देखते हैं, उसके समान एक दुनिया का निर्माण होता है। इसका मतलब यह हो सकता है कि दुनिया के जिस हिस्से में हम रहते हैं उसकी प्रारंभिक स्थिति को विशेष देखभाल के साथ चुनने की ज़रूरत नहीं है.

कई वैज्ञानिकों को मानवशास्त्रीय सिद्धांत पसंद नहीं है क्योंकि यह अस्पष्ट लगता है और इसमें अधिक पूर्वानुमान लगाने की शक्ति नहीं है। हालाँकि, मानवशास्त्रीय सिद्धांत को एक सटीक सूत्रीकरण दिया जा सकता है, और यह ब्रह्मांड की उत्पत्ति पर चर्चा करने के लिए आवश्यक लगता है। अध्याय 2 में उल्लिखित एम-सिद्धांत, ब्रह्मांड के इतिहास की एक विशाल विविधता की अनुमति देता है। इनमें से अधिकांश कहानियाँ बुद्धिमान जीवन के विकास के लिए उपयुक्त नहीं हैं: खोखली, बहुत छोटी, अत्यधिक विकृत, या किसी अन्य तरीके से अनुपयुक्त। इसके अलावा, रिचर्ड फेनमैन के इतिहास की बहुलता के विचार के अनुसार, इन निर्जन विकल्पों की संभावना बहुत अधिक हो सकती है।

फेनमैन कहानियाँ

रिचर्ड फेनमैन 1918 में ब्रुकलिन, न्यूयॉर्क में पैदा हुए। 1942 में उन्होंने प्रिंसटन विश्वविद्यालय में जॉन व्हीलर की देखरेख में डॉक्टरेट की उपाधि प्राप्त की। इसके तुरंत बाद उन्हें मैनहट्टन प्रोजेक्ट में भाग लेने के लिए भर्ती किया गया। फेनमैन अपने बेचैन चरित्र और व्यावहारिक चुटकुलों के लिए प्रसिद्ध हो गए (लॉस एलामोस में उन्होंने वर्गीकृत जानकारी वाली तिजोरियाँ खोलकर अपना मनोरंजन किया), साथ ही एक उत्कृष्ट भौतिक विज्ञानी होने के लिए: वह परमाणु बम के सिद्धांत के प्रमुख विकासकर्ता बन गए। उनके व्यक्तित्व का सार उनके आसपास की दुनिया के बारे में एक अतृप्त जिज्ञासा थी। इससे न केवल उनकी वैज्ञानिक सफलता को बढ़ावा मिला, बल्कि माया चित्रलिपि को समझने जैसी अद्भुत उपलब्धियाँ भी प्राप्त हुईं।

द्वितीय विश्व युद्ध के बाद, फेनमैन ने क्वांटम यांत्रिकी का एक नया, बहुत प्रभावी दृष्टिकोण प्रस्तावित किया, जिसके लिए उन्हें 1965 में नोबेल पुरस्कार मिला। उन्होंने इस मौलिक शास्त्रीय विचार पर सवाल उठाया कि प्रत्येक कण का केवल एक ही इतिहास होता है। इसके बजाय, उन्होंने प्रस्तावित किया कि कण अंतरिक्ष-समय में सभी संभावित पथों के साथ एक स्थान से दूसरे स्थान तक चलते हैं। फेनमैन ने प्रत्येक प्रक्षेपवक्र के साथ दो संख्याएँ जोड़ीं: एक तरंग के परिमाण (आयाम) के लिए, और दूसरा उसके चरण (चक्र में स्थिति - शिखर या गर्त) के लिए। एक कण के बिंदु A से बिंदु B तक यात्रा करने की संभावना, A से B तक प्रत्येक संभावित पथ से जुड़ी तरंगों के योग द्वारा निर्धारित की जाती है।

रोजमर्रा की दुनिया में, वस्तुएं शुरुआती बिंदु से अंतिम बिंदु तक केवल एक ही रास्ते पर चलती हैं। फिर भी यह फेनमैन के अनेक इतिहासों (इतिहासों का योग) के विचार के अनुरूप है, क्योंकि बड़ी वस्तुओं के लिए प्रत्येक पथ को संख्याएँ निर्दिष्ट करने का उनका नियम यह सुनिश्चित करता है कि, जब एक साथ लिया जाता है, तो एक पथ को छोड़कर सभी का योगदान रद्द हो जाता है। जब हम स्थूल वस्तुओं की गति पर विचार करते हैं तो अनंत पथों में से केवल एक ही मायने रखता है, और यह पथ बिल्कुल उस पथ से मेल खाता है जो गति के शास्त्रीय, न्यूटोनियन नियमों का अनुसरण करता है।

वास्तव में, इससे कोई फर्क नहीं पड़ता कि ऐसी कितनी कहानियाँ हो सकती हैं जिनमें कोई बुद्धिमान प्राणी नहीं हैं। हम केवल उस उपसमूह में रुचि रखते हैं जिसमें बुद्धिमान जीवन विकसित होता है। इसमें लोगों जैसा कुछ होना जरूरी नहीं है। छोटे हरे आदमी भी अच्छे होते हैं। शायद वे और भी अधिक उपयुक्त हैं. मानव जाति के नाम बहुत अधिक बुद्धिमान उपलब्धियाँ नहीं हैं।

मानवशास्त्रीय सिद्धांत की शक्ति के उदाहरण के रूप में, अंतरिक्ष के आयामों की संख्या पर विचार करें। अभ्यास से यह सर्वविदित है कि हम त्रि-आयामी अंतरिक्ष में रहते हैं। इसका मतलब यह है कि अंतरिक्ष में किसी बिंदु की स्थिति को तीन संख्याओं, जैसे अक्षांश, देशांतर और ऊंचाई द्वारा निर्दिष्ट किया जा सकता है। लेकिन अंतरिक्ष त्रि-आयामी क्यों है? दो, चार नहीं, कुछ अन्य संख्या में आयाम क्यों नहीं, जैसा कि विज्ञान कथा में होता है? एम-सिद्धांत में, अंतरिक्ष के नौ या दस आयाम हैं, लेकिन इनमें से छह या सात को बहुत छोटे आयामों में ढहा हुआ माना जाता है और केवल तीन आयाम इतने बड़े हैं कि लगभग सपाट हो सकते हैं (चित्र 3.11)।

हम ऐसे परिदृश्य में क्यों नहीं रहते जहां आठ आयाम ढह गए हैं और केवल दो ही बोधगम्य हैं? द्वि-आयामी जानवरों को भोजन पचाने में कठिनाई होगी। यदि उनका पाचन तंत्र गुजर जाता, तो यह जानवर को दो भागों में विभाजित कर देता और बेचारा प्राणी अलग हो जाता। इसलिए किसी भी जटिल और बुद्धिमान जीवन के लिए दो सपाट आयाम पर्याप्त नहीं हैं।

दूसरी ओर, यदि चार या अधिक "खुले" आयाम होते, तो जैसे-जैसे वे एक-दूसरे के करीब आते, दोनों पिंडों के बीच गुरुत्वाकर्षण आकर्षण तेजी से बढ़ता। इसका मतलब यह है कि तारों के चारों ओर ग्रहों की कोई स्थिर कक्षा नहीं होगी। ग्रह या तो तारों पर गिरेंगे (चित्र 3.12, ऊपर) या आसपास के अंतरिक्ष के अंधेरे और ठंड में गायब हो जाएंगे (चित्र 3.12, नीचे)।

इसी प्रकार, परमाणुओं में इलेक्ट्रॉनों की कक्षाएँ अस्थिर होंगी और जिस पदार्थ से हम परिचित हैं उसका अस्तित्व ही नहीं हो सकेगा। इसलिए जबकि एकाधिक इतिहास की अवधारणा किसी भी संख्या में प्रकट आयामों के अस्तित्व की अनुमति देती है, केवल तीन ऐसे आयामों वाले परिदृश्यों में ही बुद्धिमान प्राणी हो सकते हैं। केवल इन परिदृश्यों में ही यह प्रश्न पूछा जाएगा, "अंतरिक्ष के तीन आयाम क्यों हैं?"

काल्पनिक समय में ब्रह्मांड का सबसे सरल इतिहास पृथ्वी की सतह के समान एक गोला है, लेकिन दो अतिरिक्त आयामों के साथ (चित्र 3.13)।

काल्पनिक समय में सीमाओं के बिना सबसे सरल इतिहास एक क्षेत्र है। यह वास्तविक समय में इतिहास का निर्धारण करता है, जो मुद्रास्फीतिक विस्तार का अनुभव करता है।

यह वास्तविक समय को निर्दिष्ट करता है, जो हमारे अनुभव का विषय है, एक इतिहास जिसमें ब्रह्मांड अंतरिक्ष में सभी बिंदुओं पर समान है और समय में विस्तारित होता है। इस संबंध में, यह उस ब्रह्मांड के समान है जिसमें हम रहते हैं। हालाँकि, विस्तार दर बहुत अधिक है और लगातार बढ़ रही है। इस तेजी से बढ़ते विस्तार को मुद्रास्फीति कहा जाता है क्योंकि यह लगातार तेज गति से बढ़ती कीमतों जैसा दिखता है।

मूल्य मुद्रास्फीति को आमतौर पर एक नकारात्मक चीज़ माना जाता है, लेकिन ब्रह्मांड के मामले में यह बहुत फायदेमंद है। गंभीर मुद्रास्फीति प्रारंभिक ब्रह्मांड में बने किसी भी पदार्थ के गुच्छे को समतल कर देती है। जैसे-जैसे ब्रह्मांड का विस्तार होता है, यह अधिक पदार्थ बनाने के लिए गुरुत्वाकर्षण क्षेत्र से ऊर्जा उधार लेता है। पदार्थ की सकारात्मक ऊर्जा नकारात्मक गुरुत्वाकर्षण ऊर्जा द्वारा बिल्कुल संतुलित होती है, जिससे कुल ऊर्जा संतुलन शून्य होता है। जब ब्रह्मांड अपना आकार दोगुना कर लेता है, तो पदार्थ और गुरुत्वाकर्षण की ऊर्जा भी दोगुनी हो जाती है - लेकिन दो बार शून्य फिर भी शून्य है। काश बैंकिंग दुनिया इतनी सरल होती (चित्र 3.14)!

चावल। 3.14. मुद्रास्फीति ब्रह्मांड

मुद्रास्फीति ब्रह्मांड

हॉट बिग बैंग मॉडल में, ब्रह्मांड के प्रारंभिक चरण में, थर्मल ऊर्जा को ब्रह्मांड के एक क्षेत्र से दूसरे क्षेत्र में प्रवाहित होने के लिए पर्याप्त समय नहीं था। हालाँकि, हम देखते हैं कि माइक्रोवेव पृष्ठभूमि विकिरण का तापमान सभी दिशाओं में समान है। इसका मतलब यह है कि प्रारंभिक अवस्था में ब्रह्मांड में हर जगह बिल्कुल एक जैसा तापमान रहा होगा।

एक मॉडल खोजने के प्रयासों में जहां कई अलग-अलग प्रारंभिक विन्यास आधुनिक ब्रह्मांड के समान विकसित हो सकते हैं, यह प्रस्तावित किया गया है कि प्रारंभिक ब्रह्मांड बहुत तेजी से विस्तार के युग से गुजरा। इस विस्तार को मुद्रास्फीतिकारी कहा जाता है, जिसका अर्थ है कि यह आज देखे गए विस्तार की तरह धीमी गति के बजाय लगातार बढ़ती गति से होता है। इस तरह के मुद्रास्फीति चरण का अस्तित्व यह समझा सकता है कि ब्रह्मांड सभी दिशाओं में एक जैसा क्यों दिखता है, क्योंकि प्रारंभिक ब्रह्मांड में प्रकाश के पास ब्रह्मांड के एक क्षेत्र से दूसरे तक यात्रा करने का समय था।

एक ब्रह्मांड के लिए काल्पनिक समय में इतिहास जो मुद्रास्फीति के शासन में हमेशा के लिए विस्तारित होता रहता है, एक आदर्श क्षेत्र है। हालाँकि, हमारे अपने ब्रह्मांड में, मुद्रास्फीति का विस्तार एक पल के बाद धीमा हो गया और आकाशगंगाएँ बनना शुरू हो गईं। काल्पनिक समय में, इसका अर्थ यह है कि हमारे ब्रह्मांड का इतिहास एक गोला है, जो दक्षिणी ध्रुव पर थोड़ा चपटा है।

ऐसे मामले में जब काल्पनिक समय में ब्रह्मांड का इतिहास एक आदर्श क्षेत्र है, वास्तविक समय में यह ब्रह्मांड के इतिहास से मेल खाता है, जो हमेशा मुद्रास्फीति की स्थिति में बढ़ता रहता है। यद्यपि यह फूलता है, पदार्थ संघनित होकर आकाशगंगाओं, तारों और जीवन का निर्माण नहीं कर पाता है, हमारे जैसे बुद्धिमान प्राणियों के विकास की तो बात ही छोड़ दें। इसलिए, यद्यपि काल्पनिक समय में ब्रह्मांड के आदर्श रूप से गोलाकार इतिहास को इतिहास की बहुलता के विचार से अनुमति दी जाती है, लेकिन वे बहुत रुचि के नहीं हैं। हमारे लिए काल्पनिक समय के इतिहास अधिक उपयुक्त हैं, जो गोले के दक्षिणी ध्रुव पर थोड़े चपटे हैं (चित्र 3.15)।

इस मामले में, संबंधित वास्तविक समय का इतिहास शुरुआत में ही त्वरित मुद्रास्फीति मोड में विस्तारित होगा। और फिर विस्तार धीमा होने लगेगा और आकाशगंगाएँ बन सकेंगी। बुद्धिमान जीवन के उद्भव के लिए, दक्षिणी ध्रुव पर तिरछापन बहुत कमजोर होना चाहिए। इसका मतलब यह होगा कि ब्रह्मांड शुरू में एक विशाल आकार में विस्तारित होगा। दो विश्व युद्धों के बीच जर्मनी में मौद्रिक मुद्रास्फीति का रिकॉर्ड स्तर हुआ, जब कीमतें अरबों गुना बढ़ गईं, लेकिन मुद्रास्फीति का स्तर जो ब्रह्मांड ने अनुभव किया होगा वह कम से कम एक अरब अरब अरब गुना अधिक है (चित्रा 3.16)।

प्रथम विश्व युद्ध की समाप्ति के बाद जर्मनी में मुद्रास्फीति शुरू हुई और फरवरी 1920 तक मूल्य स्तर 1918 की तुलना में 5 गुना बढ़ गया। जुलाई 1922 के बाद, अति मुद्रास्फीति का चरण शुरू हुआ। पैसे पर सारा भरोसा खत्म हो गया, और 15 महीनों के भीतर मूल्य सूचकांक तेजी से बढ़ गया, प्रिंटिंग प्रेस की क्षमताओं को पार कर गया, जो मूल्यह्रास के कारण उसी दर पर पैसे की छपाई नहीं कर सका। 1923 के अंत तक, 300 पेपर मिलें पूरी क्षमता से काम कर रही थीं, और 150 प्रिंटिंग हाउसों में 2,000 प्रिंटिंग प्रेस थे, जो चौबीसों घंटे बैंक नोट तैयार करते थे।

अनिश्चितता सिद्धांत के कारण, ब्रह्मांड में बुद्धिमान जीवन से युक्त केवल एक ही इतिहास नहीं होना चाहिए। इसके विपरीत, काल्पनिक समय में इतिहास का सेट थोड़ा विकृत क्षेत्रों का एक पूरा परिवार बनाता है, जिनमें से प्रत्येक वास्तविक समय में एक इतिहास से मेल खाता है, जिसमें ब्रह्मांड की लंबी, लेकिन अंतहीन मुद्रास्फीति मुद्रास्फीति नहीं है। कोई पूछ सकता है: इनमें से कौन सी स्वीकार्य कहानी सबसे अधिक संभावित है? इससे पता चलता है कि यह पूरी तरह से समतल नहीं है, बल्कि छोटे-छोटे उभारों और गड्ढों वाली एक सतह है (चित्र 3.17)।

चावल। 3.17 संभावित और अविश्वसनीय कहानियाँ

जैसी चिकनी कहानियाँ एसबसे अधिक संभावना है, लेकिन केवल एक छोटी संख्या ही मौजूद है।

हालाँकि कोई भी थोड़ी अनियमित आकार की कहानी लगती है बीया सी स्वयं कम संभावित है, उनकी संख्या इतनी बड़ी है कि, सबसे अधिक संभावना है, ब्रह्मांड का इतिहास चिकनाई से छोटे विचलन प्रकट करेगा।

सच है, सबसे संभावित कहानी पर ये तरंगें बमुश्किल ध्यान देने योग्य हैं। समतल सतह से विचलन एक लाख में से एक के क्रम में होता है। हालाँकि, हालांकि वे बेहद छोटे हैं, हम उन्हें अंतरिक्ष में विभिन्न दिशाओं से आने वाले माइक्रोवेव विकिरण में छोटे बदलाव के रूप में देख सकते हैं। 1989 में प्रक्षेपित कॉस्मिक बैकग्राउंड एक्सप्लोरर (COBE) उपग्रह ने माइक्रोवेव रेंज में आकाश का मानचित्रण किया।

COBE उपग्रह पर NAME उपकरण द्वारा प्राप्त संपूर्ण आकाश का नक्शा समय परतों के अस्तित्व के पक्ष में बोलता है।

रंग तापमान में अंतर दर्शाते हैं, लाल से लेकर नीले तक की पूरी रेंज एक डिग्री के केवल दस-हजारवें हिस्से के फैलाव के अनुरूप होती है - प्रारंभिक ब्रह्मांड के क्षेत्रों के बीच ये अंतर घने क्षेत्रों में अतिरिक्त गुरुत्वाकर्षण के कारण उनकी अंतहीनता को रोकने के लिए पर्याप्त हैं। आत्म-गुरुत्वाकर्षण के प्रभाव में विस्तार और संपीड़न का कारण बनता है, जिससे आकाशगंगाओं और सितारों का निर्माण होता है। इसलिए COBE मानचित्र, सिद्धांत रूप में, ब्रह्मांड में सभी संरचनाओं के एक ब्लूप्रिंट से अधिक या कम कुछ नहीं है।

ब्रह्मांड के सबसे संभावित इतिहास का भविष्य कैसा दिखेगा जो बुद्धिमान प्राणियों के उद्भव के साथ संगत है? ब्रह्मांड में पदार्थ की मात्रा के आधार पर यहां अलग-अलग विकल्प हैं। यदि यह एक निश्चित क्रांतिक मान से अधिक है, तो आकाशगंगाओं के बीच गुरुत्वाकर्षण आकर्षण धीमा हो जाएगा और अंततः उनका विस्तार रुक जाएगा। फिर वे एक-दूसरे की ओर गिरना शुरू कर देंगे और बिग क्रंच में एकत्रित हो जाएंगे, जो वास्तविक समय में ब्रह्मांड के इतिहास का अंत होगा (चित्र 3.18)।

ब्रह्मांड के अंत के संभावित परिदृश्यों में से एक बिग क्रंच है, एक विशाल प्रलय जब सभी पदार्थ एक गुरुत्वाकर्षण कुएं में समा जाते हैं।

यदि ब्रह्मांड का घनत्व एक महत्वपूर्ण मूल्य से नीचे है, तो आकाशगंगाओं को हमेशा के लिए अलग होने से रोकने के लिए गुरुत्वाकर्षण बहुत कमजोर है। सभी तारे जल जायेंगे और ब्रह्मांड तेजी से खाली और ठंडा हो जायेगा। तो यहाँ भी, सब कुछ ख़त्म हो जाएगा, हालाँकि इतना नाटकीय नहीं। किसी भी स्थिति में, ब्रह्मांड कई अरबों वर्षों तक अस्तित्व में रहेगा (चित्र 3.19)।

एक लंबी, ठंडी चीख़ जिसमें सब कुछ जम जाता है और आखिरी तारे बुझ जाते हैं, जिससे उनका ईंधन भंडार ख़त्म हो जाता है।

पदार्थ के साथ-साथ, ब्रह्मांड में तथाकथित निर्वात ऊर्जा भी हो सकती है, जो खाली जगह में भी मौजूद होती है। आइंस्टीन के प्रसिद्ध समीकरण के अनुसार ई = एमसी 2निर्वात ऊर्जा में द्रव्यमान होता है। इसका मतलब यह है कि ब्रह्मांड के विस्तार पर इसका गुरुत्वाकर्षण प्रभाव पड़ता है। हालाँकि, यह काफी उल्लेखनीय है कि निर्वात ऊर्जा का प्रभाव सामान्य पदार्थ के विपरीत होता है। पदार्थ विस्तार को धीमा कर देता है और अंततः इसे रोक और उलट सकता है। इसके विपरीत, वैक्यूम ऊर्जा, मुद्रास्फीति की तरह, विस्तार को गति देती है। वास्तव में, यह बिल्कुल ब्रह्माण्ड संबंधी स्थिरांक की तरह कार्य करता है, जैसा कि अध्याय 1 में चर्चा की गई है, आइंस्टीन ने 1917 में अपने मूल समीकरणों में जोड़ा जब उन्हें एहसास हुआ कि वे एक स्थिर ब्रह्मांड के अनुरूप समाधान को स्वीकार नहीं करते हैं। हबल द्वारा ब्रह्मांड के विस्तार की खोज के बाद, समीकरणों में ब्रह्माण्ड संबंधी स्थिरांक जोड़ने का आधार गायब हो गया और आइंस्टीन ने इसे एक त्रुटि के रूप में खारिज कर दिया।

हालाँकि, हो सकता है कि यह कोई गलती न हो। जैसा कि अध्याय 2 में चर्चा की गई है, अब हम समझते हैं कि क्वांटम सिद्धांत इंगित करता है कि स्पेसटाइम क्वांटम उतार-चढ़ाव से भरा है। सुपरसिमेट्रिक सिद्धांत में, इन जमीनी अवस्था के उतार-चढ़ाव की अनंत सकारात्मक और नकारात्मक ऊर्जाएं अलग-अलग स्पिन वाले कणों द्वारा पारस्परिक रूप से बेअसर हो जाती हैं। लेकिन हम यह उम्मीद नहीं कर सकते कि सकारात्मक और नकारात्मक ऊर्जाएं एक-दूसरे को इतनी सटीकता से रद्द कर दें कि निर्वात ऊर्जा की एक छोटी सी सीमित मात्रा भी न बचे, क्योंकि ब्रह्मांड सुपरसिमेट्रिक स्थिति में नहीं है। एकमात्र आश्चर्य यह है कि यह ऊर्जा शून्य के इतने करीब है कि इसका पहले कभी पता नहीं चला था। शायद यह मानवशास्त्रीय सिद्धांत की एक और अभिव्यक्ति है। अधिक निर्वात ऊर्जा वाले इतिहास के परिणामस्वरूप आकाशगंगाओं का निर्माण नहीं हुआ होगा और इसमें ऐसे प्राणी शामिल नहीं होंगे जिन्होंने यह प्रश्न पूछा था कि "वैक्यूम ऊर्जा का वह मूल्य क्यों है जो हम देखते हैं?"

आप विभिन्न अवलोकन विधियों का उपयोग करके ब्रह्मांड में पदार्थ और वैक्यूम ऊर्जा की मात्रा निर्धारित करने का प्रयास कर सकते हैं, और परिणामों को एक आरेख पर प्रस्तुत कर सकते हैं, जहां पदार्थ का घनत्व क्षैतिज अक्ष के साथ प्लॉट किया जाता है, और वैक्यूम ऊर्जा ऊर्ध्वाधर अक्ष के साथ प्लॉट किया जाता है। . बिंदीदार रेखा उस क्षेत्र की सीमाओं को दर्शाती है जिसमें बुद्धिमान जीवन विकसित होने में सक्षम है (चित्र 3.20)।

ब्रह्मांड में पदार्थ के वितरण पर डेटा के साथ दूर के सुपरनोवा और ब्रह्मांडीय माइक्रोवेव विकिरण के अवलोकनों को जोड़कर, ब्रह्मांड में निर्वात ऊर्जा और पदार्थ के घनत्व को बहुत उच्च सटीकता के साथ निर्धारित करना संभव है।

संक्षेप में भी, मैं स्वयं को विशाल अंतरिक्ष का शासक मानूंगा।

डब्ल्यू शेक्सपियर।हेमलेट. अधिनियम 2, सिएना 2

सुपरनोवा, आकाशगंगा समूहों और माइक्रोवेव पृष्ठभूमि के अवलोकन भी इस आरेख पर उनके क्षेत्रों को परिभाषित करते हैं। सौभाग्य से, तीनों क्षेत्रों में एक समान ओवरलैप है। यदि पदार्थ का घनत्व और निर्वात ऊर्जा इस चौराहे पर आती है, तो इसका मतलब है कि ब्रह्मांड का विस्तार मंदी की लंबी अवधि के बाद फिर से तेज होना शुरू हो गया है। ऐसा लगता है कि मुद्रास्फीति शायद प्रकृति का नियम है।

इस अध्याय में हमने दिखाया कि कैसे ब्रह्मांड के स्थानिक व्यवहार को काल्पनिक समय में उसके इतिहास के संदर्भ में समझाया जा सकता है, जो एक छोटा, थोड़ा चपटा क्षेत्र है। हेमलेट के शेल जैसा कुछ, वास्तविक समय में होने वाली हर चीज इस नट में एन्कोड की गई है। तो हेमलेट बिल्कुल सही था। हम संक्षेप में कह सकते हैं कि हम अभी भी खुद को अनंत ब्रह्मांड का राजा मानते हैं।

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अध्याय 11 अगली सुबह, जैसे ही लड़के जागे, पुलिस उन्हें भूमिगत मार्ग में ले गई। सौभाग्य से, वह संकरी सुरंग, जिसके माध्यम से हमें एक फ़ाइल में जाना था, साफ और सूखी थी। "कितना समय लगेगा?" - जब वे लगभग दस मीटर चले तो ट्रिस्टम ने पूछा - श्श्श! - फुसफुसाए

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स्टीफन हॉकिंग की संक्षेप में दुनिया की प्रस्तावना मुझे उम्मीद नहीं थी कि मेरी नॉन-फिक्शन किताब ए ब्रीफ हिस्ट्री ऑफ टाइम इतनी सफल होगी। यह लंदन संडे टाइम्स की बेस्टसेलर सूची में चार साल से अधिक समय तक बनी रही - किसी भी अन्य पुस्तक की तुलना में अधिक समय तक