अतीत के महान भौतिकविदों, आई. न्यूटन और ए. आइंस्टीन को, ब्रह्मांड स्थिर लगता था। 1924 में सोवियत भौतिक विज्ञानी ए. फ्रीडमैन आकाशगंगाओं के "प्रकीर्णन" का सिद्धांत लेकर आए। फ्रीडमैन ने ब्रह्माण्ड के विस्तार की भविष्यवाणी की थी। यह हमारी दुनिया की भौतिक समझ में एक क्रांतिकारी क्रांति थी।

अमेरिकी खगोलशास्त्री एडविन हबल ने एंड्रोमेडा निहारिका की खोज की। 1923 तक, वह यह देखने में सक्षम हो गये कि इसके बाहरी इलाके में अलग-अलग तारों के समूह थे। हबल ने नीहारिका की दूरी की गणना की। यह 900,000 प्रकाश वर्ष निकली (आज की अधिक सटीक गणना की गई दूरी 2.3 मिलियन प्रकाश वर्ष है)। यानी, निहारिका आकाशगंगा - हमारी आकाशगंगा से बहुत दूर स्थित है। इस और अन्य नीहारिकाओं का अवलोकन करने के बाद, हबल ब्रह्मांड की संरचना के बारे में एक निष्कर्ष पर पहुंचे।

ब्रह्माण्ड में विशाल तारा समूहों का संग्रह है - आकाशगंगाओं.

यह वे हैं जो हमें आकाश में दूर के धूमिल "बादलों" के रूप में दिखाई देते हैं, क्योंकि हम इतनी बड़ी दूरी पर अलग-अलग तारों को नहीं देख सकते हैं।

ई. हबल ने प्राप्त आंकड़ों में एक महत्वपूर्ण पहलू देखा, जिसे खगोलविदों ने पहले देखा था, लेकिन इसकी व्याख्या करना मुश्किल था। अर्थात्: दूर की आकाशगंगाओं के परमाणुओं द्वारा उत्सर्जित वर्णक्रमीय प्रकाश तरंगों की देखी गई लंबाई स्थलीय प्रयोगशालाओं में समान परमाणुओं द्वारा उत्सर्जित वर्णक्रमीय तरंगों की लंबाई से थोड़ी अधिक है। अर्थात्, पड़ोसी आकाशगंगाओं के विकिरण स्पेक्ट्रम में, जब एक इलेक्ट्रॉन एक कक्षा से दूसरी कक्षा में कूदता है तो एक परमाणु द्वारा उत्सर्जित प्रकाश की मात्रा, पृथ्वी पर उसी परमाणु द्वारा उत्सर्जित समान मात्रा की तुलना में स्पेक्ट्रम के लाल भाग की ओर आवृत्ति में स्थानांतरित हो जाती है। . हबल ने इस अवलोकन को डॉपलर प्रभाव की अभिव्यक्ति के रूप में व्याख्या करने की स्वतंत्रता ली।

देखी गई सभी पड़ोसी आकाशगंगाएँ पृथ्वी से दूर जा रही हैं, क्योंकि आकाशगंगा के बाहर लगभग सभी आकाशगंगाएँ अपने हटने की गति के अनुपात में लाल वर्णक्रमीय बदलाव प्रदर्शित करती हैं।

सबसे महत्वपूर्ण बात यह है कि हबल पड़ोसी आकाशगंगाओं की दूरी के माप के परिणामों की तुलना उनकी मंदी दर (रेडशिफ्ट के आधार पर) के माप से करने में सक्षम था।

गणितीय रूप से, कानून बहुत सरलता से तैयार किया गया है:

जहाँ v वह गति है जिस पर आकाशगंगा हमसे दूर जा रही है,

r इसकी दूरी है,

H हबल स्थिरांक है।

और, हालाँकि हबल शुरू में हमारे निकटतम केवल कुछ आकाशगंगाओं के अवलोकन के परिणामस्वरूप इस नियम पर आया था, लेकिन तब से खोजी गई दृश्य ब्रह्मांड की कई नई आकाशगंगाओं में से एक भी, जो आकाशगंगा से दूर होती जा रही है, आकाशगंगा से बाहर नहीं आती है। इस कानून का दायरा.

तो, हबल के नियम का मुख्य परिणाम:

ब्रह्माण्ड का विस्तार हो रहा है.

विश्व अंतरिक्ष का ताना-बाना विस्तृत हो रहा है। सभी पर्यवेक्षक (और आप और मैं कोई अपवाद नहीं हैं) खुद को ब्रह्मांड के केंद्र में मानते हैं।

4. बिग बैंग थ्योरी

आकाशगंगाओं की मंदी के प्रायोगिक तथ्य से ब्रह्माण्ड की आयु का अनुमान लगाया गया। यह बराबर निकला - लगभग 15 अरब वर्ष! इस प्रकार आधुनिक ब्रह्माण्ड विज्ञान का युग शुरू हुआ।

प्रश्न स्वाभाविक रूप से उठता है: शुरुआत में क्या हुआ? ब्रह्मांड के बारे में अपनी समझ में पूरी तरह से क्रांति लाने में वैज्ञानिकों को केवल 20 साल लगे।

इसका उत्तर 40 के दशक में उत्कृष्ट भौतिक विज्ञानी जी. गामो (1904 - 1968) द्वारा प्रस्तावित किया गया था। हमारी दुनिया का इतिहास बिग बैंग से शुरू हुआ। आज अधिकांश खगोलशास्त्री यही सोचते हैं।

बिग बैंग ब्रह्मांड के बहुत छोटे आयतन में केंद्रित पदार्थ के प्रारंभिक विशाल घनत्व, तापमान और दबाव में तेजी से गिरावट है। ब्रह्मांड का सारा पदार्थ प्रोटो-मैटर की एक घनी गांठ में संपीड़ित था, जो ब्रह्मांड के वर्तमान पैमाने की तुलना में बहुत कम मात्रा में समाहित था।

ब्रह्मांड का विचार, जो अति-गर्म पदार्थ के अति-सघन समूह से उत्पन्न हुआ और उसके बाद से लगातार विस्तारित और ठंडा होता गया, बिग बैंग सिद्धांत कहा जाता है।

ब्रह्माण्ड की उत्पत्ति और विकास का आज इससे अधिक सफल कोई ब्रह्माण्ड संबंधी मॉडल नहीं है।

बिग बैंग सिद्धांत के अनुसार, प्रारंभिक ब्रह्मांड में फोटॉन, इलेक्ट्रॉन और अन्य कण शामिल थे। फोटॉन लगातार अन्य कणों के साथ संपर्क करते रहते हैं। जैसे-जैसे ब्रह्मांड का विस्तार हुआ, यह ठंडा होता गया और एक निश्चित चरण में, इलेक्ट्रॉनों ने हाइड्रोजन और हीलियम के नाभिकों के साथ संयोजन करना और परमाणु बनाना शुरू कर दिया। यह लगभग 3000 K के तापमान और ब्रह्मांड की अनुमानित आयु 400,000 वर्ष पर हुआ। इस क्षण से, फोटॉन व्यावहारिक रूप से पदार्थ के साथ बातचीत किए बिना, अंतरिक्ष में स्वतंत्र रूप से घूमने में सक्षम हो गए। लेकिन हमारे पास अभी भी उस युग के "गवाह" हैं - अवशेष फोटॉन। ऐसा माना जाता है कि ब्रह्मांडीय माइक्रोवेव पृष्ठभूमि विकिरण ब्रह्मांड के अस्तित्व के प्रारंभिक चरणों से संरक्षित है और इसे समान रूप से भरता है। विकिरण के और अधिक ठंडा होने के परिणामस्वरूप, इसका तापमान कम हो गया और अब यह लगभग 3 K है।

बिग बैंग सिद्धांत के ढांचे के भीतर सैद्धांतिक रूप से ब्रह्मांडीय माइक्रोवेव पृष्ठभूमि विकिरण के अस्तित्व की भविष्यवाणी की गई थी। इसे बिग बैंग सिद्धांत की मुख्य पुष्टियों में से एक माना जाता है।

ब्रह्माण्ड में पदार्थ के संगठन का अगला चरण आकाशगंगाएँ हैं। एक विशिष्ट उदाहरण हमारी आकाशगंगा, आकाशगंगा है। इसमें लगभग 10 11 तारे हैं और इसका आकार एक पतली डिस्क जैसा है जिसके बीच में एक मोटाई है।
चित्र में. चित्र 39 योजनाबद्ध रूप से हमारी आकाशगंगा आकाशगंगा की संरचना को दर्शाता है और आकाशगंगा की सर्पिल भुजाओं में से एक में सूर्य की स्थिति को दर्शाता है।

चावल। 39. आकाशगंगा आकाशगंगा की संरचना.

चित्र में. चित्र 40 हमारी आकाशगंगा के 16 निकटतम पड़ोसियों के तल पर प्रक्षेपण दिखाता है।

चावल। 40. हमारी आकाशगंगा के 16 निकटतम पड़ोसी, एक विमान पर प्रक्षेपित। एलएमसी और एमएमसी - बड़े और छोटे मैगेलैनिक बादल

आकाशगंगाओं में तारे असमान रूप से वितरित हैं।
आकाशगंगाओं का आकार 15 से 800 हजार प्रकाश वर्ष तक होता है। आकाशगंगाओं का द्रव्यमान 10 7 से 10 12 सौर द्रव्यमान तक भिन्न होता है। अधिकांश तारे और ठंडी गैस आकाशगंगाओं में केंद्रित हैं। आकाशगंगाओं में तारे आकाशगंगा और डार्क मैटर के संयुक्त गुरुत्वाकर्षण क्षेत्र द्वारा एक साथ बंधे हुए हैं।
हमारी आकाशगंगा आकाशगंगा एक विशिष्ट सर्पिल प्रणाली है। आकाशगंगाओं के सामान्य घूर्णन के साथ-साथ आकाशगंगा में तारों की भी आकाशगंगा के सापेक्ष अपनी गति होती है। हमारी आकाशगंगा में सूर्य की कक्षीय गति 230 किमी/सेकेंड है। आकाशगंगा के सापेक्ष सूर्य की अपनी गति है
20 किमी/सेकेंड.

आकाशगंगाओं की दुनिया की खोज ई. हबल की है। 1923-1924 में, व्यक्तिगत नीहारिकाओं में स्थित सेफिड्स की चमक में परिवर्तन का अवलोकन करते हुए, उन्होंने दिखाया कि जिन नीहारिकाओं की उन्होंने खोज की, वे हमारी आकाशगंगा, मिल्की वे के बाहर स्थित आकाशगंगाएँ थीं। विशेष रूप से, उन्होंने पाया कि एंड्रोमेडा नेबुला एक अन्य तारा प्रणाली है - एक आकाशगंगा जो हमारी आकाशगंगा का हिस्सा नहीं है। एंड्रोमेडा नेबुला एक सर्पिल आकाशगंगा है जो 520 kpc की दूरी पर स्थित है। एंड्रोमेडा नीहारिका का अनुप्रस्थ आकार 50 kpc है।
व्यक्तिगत आकाशगंगाओं के रेडियल वेगों का अध्ययन करके, हबल ने एक उल्लेखनीय खोज की:

एच = 73.8 ± 2.4 किमी सेकंड -1 मेगापारसेक -1 - हबल पैरामीटर।

चावल। 41. 1929 कार्य से मूल हबल ग्राफ़।

चावल। 42. आकाशगंगाओं के हटने की गति पृथ्वी से दूरी पर निर्भर करती है।

चित्र में. 42 निर्देशांक के मूल में वर्ग आकाशगंगा के वेगों के क्षेत्र और उनसे दूरियों को दर्शाता है, जिसके आधार पर ई. हबल ने संबंध (9) निकाला।
हबल की खोज की एक पृष्ठभूमि कहानी थी। 1914 में, खगोलशास्त्री वी. स्लिपर ने दिखाया कि एंड्रोमेडा निहारिका और कई अन्य निहारिकाएं लगभग 1000 किमी/घंटा की गति से सौर मंडल के सापेक्ष चलती हैं। कैलिफ़ोर्निया (यूएसए) में माउंट विल्सन वेधशाला में 2.5 मीटर व्यास वाले मुख्य दर्पण के साथ दुनिया के सबसे बड़े टेलीस्कोप पर काम कर रहे ई. हबल ने पहली बार एंड्रोमेडा नेबुला में अलग-अलग तारों को हल करने में कामयाबी हासिल की। इन तारों में सेफिड तारे भी थे, जिनके लिए चमक में परिवर्तन की अवधि और चमक के बीच संबंध ज्ञात है।
तारे की चमक और तारे की गति को जानकर, ई. हबल ने दूरी के आधार पर तारों को सौर मंडल से हटाने की गति की निर्भरता प्राप्त की। चित्र में. 41 ई. हबल के मूल कार्य से एक ग्राफ़ दिखाता है।

चावल। 43. हबल स्पेस टेलीस्कोप

डॉपलर प्रभाव डॉपलर प्रभाव स्रोत या रिसीवर के हिलने पर रिसीवर द्वारा दर्ज की गई आवृत्ति में परिवर्तन है। यदि कोई गतिमान स्रोत ω 0 आवृत्ति वाला प्रकाश उत्सर्जित करता है, तो रिसीवर द्वारा रिकॉर्ड की गई प्रकाश की आवृत्ति संबंध द्वारा निर्धारित की जाती है c निर्वात में प्रकाश की गति है, v विकिरण रिसीवर के सापेक्ष विकिरण स्रोत की गति की गति है, θ स्रोत की दिशा और रिसीवर के संदर्भ फ्रेम में वेग वेक्टर के बीच का कोण है। θ = 0 रिसीवर से स्रोत की रेडियल दूरी से मेल खाता है, θ = π रिसीवर से स्रोत के रेडियल दृष्टिकोण से मेल खाता है।

आकाशीय पिंडों - तारों, आकाशगंगाओं - की गति का रेडियल वेग वर्णक्रमीय रेखाओं की आवृत्ति में परिवर्तन को मापकर निर्धारित किया जाता है। जैसे-जैसे विकिरण स्रोत पर्यवेक्षक से दूर जाता है, तरंग दैर्ध्य लंबी तरंग दैर्ध्य (लाल शिफ्ट) की ओर स्थानांतरित हो जाता है। जैसे-जैसे विकिरण स्रोत पर्यवेक्षक के पास पहुंचता है, तरंगदैर्घ्य छोटी तरंगदैर्घ्य (नीली पारी) की ओर स्थानांतरित हो जाता है। वर्णक्रमीय रेखा वितरण की चौड़ाई बढ़ाकर उत्सर्जक वस्तु का तापमान निर्धारित किया जा सकता है।
हबल ने आकाशगंगाओं को उनकी उपस्थिति के अनुसार तीन बड़े वर्गों में विभाजित किया:

अण्डाकार (ई),

सर्पिल (एस),

अनियमित (आईआर)।

चावल। 44. आकाशगंगाओं के प्रकार (सर्पिल, अण्डाकार, अनियमित)।

सर्पिल आकाशगंगाओं की एक विशिष्ट विशेषता केंद्र से तारकीय डिस्क तक फैली हुई सर्पिल भुजाएँ हैं।
अण्डाकार आकाशगंगाएँ अण्डाकार आकार की संरचनाहीन प्रणालियाँ हैं।
अनियमित आकाशगंगाओं में बाहरी रूप से अराजक, अव्यवस्थित संरचना होती है और उनका कोई विशिष्ट आकार नहीं होता है।
आकाशगंगाओं का यह वर्गीकरण न केवल उनके बाहरी आकार को दर्शाता है, बल्कि उनके भीतर के तारों के गुणों को भी दर्शाता है।
अण्डाकार आकाशगंगाएँ मुख्यतः पुराने तारों से बनी हैं। अनियमित आकाशगंगाओं में, विकिरण में मुख्य योगदान सूर्य से छोटे तारों का होता है। सर्पिल आकाशगंगाओं में सभी उम्र के तारे पाए जाते हैं। इस प्रकार, आकाशगंगाओं की उपस्थिति में अंतर उनके विकास की प्रकृति से निर्धारित होता है। अण्डाकार आकाशगंगाओं में, अरबों साल पहले तारे का निर्माण लगभग बंद हो गया था। सर्पिल आकाशगंगाओं में तारे का निर्माण जारी रहता है। अनियमित आकाशगंगाओं में तारे का निर्माण उतनी ही तीव्रता से होता है जितना अरबों साल पहले हुआ था। लगभग सभी तारे एक विस्तृत डिस्क में केंद्रित हैं, जिनमें से अधिकांश अंतरतारकीय गैस है।
तालिका 19 इन तीन प्रकार की आकाशगंगाओं की सापेक्ष तुलना और ई. हबल के विश्लेषण के आधार पर उनके गुणों की तुलना दर्शाती है।

तालिका 19

आकाशगंगाओं के मुख्य प्रकार और उनके गुण (ई. हबल के अनुसार)
कुंडली	दीर्घ वृत्ताकार	अनियमित
ब्रह्मांड में प्रतिशत
आकार और संरचनात्मक गुण
सर्पिल भुजाओं वाली तारों और गैस की एक सपाट डिस्क जो केंद्र की ओर मोटी हो जाती है। पुराने तारों का एक कोर और एक लगभग गोलाकार प्रभामंडल (अंतरतारकीय गैस, कुछ तारे और चुंबकीय क्षेत्र)

आप बैठें, खड़े रहें या लेटे हुए इस लेख को पढ़ें और महसूस न करें कि पृथ्वी अपनी धुरी पर बेहद तेज गति से घूम रही है - भूमध्य रेखा पर लगभग 1,700 किमी/घंटा। हालाँकि, किमी/सेकंड में परिवर्तित करने पर घूर्णन गति उतनी तेज़ नहीं लगती। परिणाम 0.5 किमी/सेकंड है - हमारे आस-पास की अन्य गति की तुलना में, रडार पर एक बमुश्किल ध्यान देने योग्य ब्लिप।

सौर मंडल के अन्य ग्रहों की तरह, पृथ्वी भी सूर्य के चारों ओर घूमती है। और अपनी कक्षा में बने रहने के लिए यह 30 किमी/सेकंड की गति से चलता है। शुक्र और बुध, जो सूर्य के करीब हैं, तेजी से चलते हैं, मंगल, जिसकी कक्षा पृथ्वी की कक्षा के पीछे से गुजरती है, बहुत धीमी गति से चलती है।

लेकिन सूर्य भी एक जगह नहीं टिकता. हमारी आकाशगंगा विशाल, विशाल और गतिशील भी है! सभी तारे, ग्रह, गैस के बादल, धूल के कण, ब्लैक होल, डार्क मैटर - ये सभी द्रव्यमान के एक सामान्य केंद्र के सापेक्ष गति करते हैं।

वैज्ञानिकों के अनुसार, सूर्य हमारी आकाशगंगा के केंद्र से 25,000 प्रकाश वर्ष की दूरी पर स्थित है और एक अण्डाकार कक्षा में घूमता है, जो हर 220-250 मिलियन वर्षों में एक पूर्ण क्रांति करता है। इससे पता चलता है कि सूर्य की गति लगभग 200-220 किमी/सेकेंड है, जो अपनी धुरी के चारों ओर पृथ्वी की गति से सैकड़ों गुना अधिक है और सूर्य के चारों ओर इसकी गति की गति से दसियों गुना अधिक है। हमारे सौर मंडल की चाल कुछ ऐसी ही दिखती है।

क्या आकाशगंगा स्थिर है? फिर नहीं। विशाल अंतरिक्ष पिंडों का द्रव्यमान बड़ा होता है, और इसलिए वे मजबूत गुरुत्वाकर्षण क्षेत्र बनाते हैं। ब्रह्मांड को कुछ समय दें (और यह हमारे पास लगभग 13.8 अरब वर्षों से है), और सब कुछ सबसे बड़े गुरुत्वाकर्षण की दिशा में बढ़ना शुरू हो जाएगा। इसीलिए ब्रह्मांड सजातीय नहीं है, बल्कि इसमें आकाशगंगाओं और आकाशगंगाओं के समूह शामिल हैं।

हमारे लिए इसका क्या मतलब है?

इसका मतलब यह है कि आकाशगंगा आसपास स्थित अन्य आकाशगंगाओं और आकाशगंगाओं के समूहों द्वारा अपनी ओर खींची जाती है। इसका मतलब यह है कि बड़ी वस्तुएं इस प्रक्रिया पर हावी हैं। और इसका मतलब यह है कि न केवल हमारी आकाशगंगा, बल्कि हमारे आस-पास का हर व्यक्ति इन "ट्रैक्टरों" से प्रभावित है। हम यह समझने के करीब पहुंच रहे हैं कि बाहरी अंतरिक्ष में हमारे साथ क्या होता है, लेकिन हमारे पास अभी भी तथ्यों का अभाव है, उदाहरण के लिए:

• वे प्रारंभिक स्थितियाँ क्या थीं जिनके अंतर्गत ब्रह्माण्ड का आरंभ हुआ;
• आकाशगंगा में विभिन्न द्रव्यमान समय के साथ कैसे चलते और बदलते हैं;
• आकाशगंगा और आसपास की आकाशगंगाओं और समूहों का निर्माण कैसे हुआ;
• और यह अब कैसे हो रहा है.

हालाँकि, एक तरकीब है जो हमें इसका पता लगाने में मदद करेगी।

ब्रह्मांड 2.725 K के तापमान के साथ ब्रह्मांडीय माइक्रोवेव पृष्ठभूमि विकिरण से भरा है, जिसे बिग बैंग के बाद से संरक्षित किया गया है। यहां और वहां छोटे विचलन हैं - लगभग 100 μK, लेकिन समग्र तापमान पृष्ठभूमि स्थिर है।

ऐसा इसलिए है क्योंकि ब्रह्मांड का निर्माण 13.8 अरब साल पहले बिग बैंग से हुआ था और यह अभी भी फैल रहा है और ठंडा हो रहा है।

बिग बैंग के 380,000 साल बाद, ब्रह्मांड इतने तापमान तक ठंडा हो गया कि हाइड्रोजन परमाणुओं का निर्माण संभव हो गया। इससे पहले, फोटॉन लगातार अन्य प्लाज्मा कणों के साथ बातचीत करते थे: वे उनसे टकराते थे और ऊर्जा का आदान-प्रदान करते थे। जैसे-जैसे ब्रह्मांड ठंडा हुआ, आवेशित कण कम हो गए और उनके बीच अधिक जगह हो गई। फोटॉन अंतरिक्ष में स्वतंत्र रूप से घूमने में सक्षम थे। सीएमबी विकिरण वे फोटॉन हैं जो प्लाज्मा द्वारा पृथ्वी के भविष्य के स्थान की ओर उत्सर्जित किए गए थे, लेकिन बिखरने से बच गए क्योंकि पुनर्संयोजन पहले ही शुरू हो चुका था। वे ब्रह्मांड के अंतरिक्ष के माध्यम से पृथ्वी तक पहुंचते हैं, जिसका विस्तार जारी है।

आप इस विकिरण को स्वयं "देख" सकते हैं। यदि आप खरगोश के कान की तरह दिखने वाले एक साधारण एंटीना का उपयोग करते हैं तो खाली टीवी चैनल पर होने वाला हस्तक्षेप 1% सीएमबी के कारण होता है।

फिर भी, अवशेष पृष्ठभूमि का तापमान सभी दिशाओं में समान नहीं है। प्लैंक मिशन के शोध के परिणामों के अनुसार, आकाशीय क्षेत्र के विपरीत गोलार्धों में तापमान थोड़ा भिन्न होता है: यह अण्डाकार के दक्षिण में आकाश के कुछ हिस्सों में थोड़ा अधिक होता है - लगभग 2.728 K, और दूसरे आधे हिस्से में कम होता है - लगभग 2.722 कि.

प्लैंक टेलीस्कोप से बनाया गया माइक्रोवेव पृष्ठभूमि का मानचित्र।

यह अंतर सीएमबी में देखे गए अन्य तापमान भिन्नताओं की तुलना में लगभग 100 गुना बड़ा है, और भ्रामक है। ऐसा क्यों हो रहा है? उत्तर स्पष्ट है - यह अंतर ब्रह्मांडीय माइक्रोवेव पृष्ठभूमि विकिरण में उतार-चढ़ाव के कारण नहीं है, ऐसा इसलिए प्रतीत होता है क्योंकि वहाँ गति है!

जब आप किसी प्रकाश स्रोत के पास जाते हैं या वह आपके पास आता है, तो स्रोत के स्पेक्ट्रम में वर्णक्रमीय रेखाएँ छोटी तरंगों (बैंगनी शिफ्ट) की ओर स्थानांतरित हो जाती हैं, जब आप उससे दूर जाते हैं या वह आपसे दूर जाती है, तो वर्णक्रमीय रेखाएँ लंबी तरंगों (लाल शिफ्ट) की ओर स्थानांतरित हो जाती हैं ).

सीएमबी विकिरण अधिक या कम ऊर्जावान नहीं हो सकता, जिसका अर्थ है कि हम अंतरिक्ष में घूम रहे हैं। डॉपलर प्रभाव यह निर्धारित करने में मदद करता है कि हमारा सौर मंडल सीएमबी के सापेक्ष 368 ± 2 किमी/सेकंड की गति से आगे बढ़ रहा है, और आकाशगंगाओं का स्थानीय समूह, जिसमें मिल्की वे, एंड्रोमेडा गैलेक्सी और ट्राइएंगुलम गैलेक्सी शामिल हैं, एक गति से आगे बढ़ रहा है। सीएमबी के सापेक्ष 627 ± 22 किमी/सेकेंड की गति। ये आकाशगंगाओं के तथाकथित अजीबोगरीब वेग हैं, जो कई सौ किमी/सेकंड तक हैं। इनके अलावा, ब्रह्मांड के विस्तार के कारण ब्रह्माण्ड संबंधी वेग भी हैं और हबल के नियम के अनुसार गणना की जाती है।

बिग बैंग के अवशिष्ट विकिरण के कारण, हम देख सकते हैं कि ब्रह्मांड में हर चीज़ लगातार घूम रही है और बदल रही है। और हमारी आकाशगंगा इस प्रक्रिया का केवल एक हिस्सा है।

की दूरी पर स्थित दो आकाशगंगाओं पर विचार करें एलएक दूसरे से और तेजी से एक दूसरे से दूर जा रहे हैं वी. पहली आकाशगंगा के स्पेक्ट्रम में रेडशिफ्ट का मान क्या है, जिसे दूसरी पर स्थित एक पर्यवेक्षक द्वारा मापा जाता है?

ऐसा प्रतीत होगा कि उत्तर स्पष्ट है। रेडशिफ्ट मान जेडके बराबर है:

हालाँकि, एक स्थिर ब्रह्मांड में रेडशिफ्ट की इस परिमाण की अपेक्षा की जाएगी। लेकिन हमारा ब्रह्माण्ड विस्तार कर रहा है! क्या ब्रह्माण्ड के विस्तार का तथ्य रेडशिफ्ट के मूल्य को प्रभावित कर सकता है?

आइए समस्या की स्थिति को बदलें। अब मान लेते हैं कि आकाशगंगाएँ एक निश्चित दूरी पर हैं एलएक दूसरे से (उदाहरण के लिए, वे द्रव्यमान के एक सामान्य केंद्र के चारों ओर धीरे-धीरे घूमते हैं)। क्या एक आकाशगंगा में स्थित पर्यवेक्षक इस तथ्य के कारण दूसरी आकाशगंगा के स्पेक्ट्रम में रेडशिफ्ट का पता लगाएगा कि ब्रह्मांड का विस्तार हो रहा है?

जब ब्रह्मांड का विस्तार होता है, तो यह अपने हिस्सों के बीच गुरुत्वाकर्षण आकर्षण पर काबू पा लेता है। इसलिए, जैसे-जैसे ब्रह्मांड का विस्तार होता है, इसकी विस्तार दर कम हो जाती है। एक फोटॉन, ब्रह्मांड के अंदर किसी भी वस्तु की तरह, एक आकाशगंगा से दूसरी आकाशगंगा में जाते हुए, गुरुत्वाकर्षण के साथ विस्तारित पदार्थ के साथ संपर्क करता है और, जिससे, ब्रह्मांड के विस्तार को "धीमा" कर देता है। इसलिए, विस्तारित ब्रह्मांड में घूम रहे फोटॉन की ऊर्जा कम होनी चाहिए। आइए मात्रात्मक अनुमान लगाएं।

जब फोटॉन ने एक आकाशगंगा को छोड़ा, तो ब्रह्मांड के अंदर गुरुत्वाकर्षण क्षमता, ब्रह्मांड के सभी पदार्थों द्वारा बनाई गई, F 1 के बराबर थी। जब फोटॉन दूसरी आकाशगंगा में पहुंचा, तो ब्रह्मांड के विस्तार के कारण ब्रह्मांड के अंदर गुरुत्वाकर्षण क्षमता बढ़ गई और Ф 2 > Ф 1 के बराबर हो गई (उसी समय | Ф 2 |< | Ф 1 |, так как гравитационный потенциал меньше нуля). То есть фотон, вылетев из области с более низким гравитационным потенциалом, прилетел в область с более высоким гравитационным потенциалом. В результате этого энергия фотона уменьшилась.

इस प्रकार, हमसे दूर जा रही आकाशगंगा के उत्सर्जन स्पेक्ट्रम में रेडशिफ्ट मान में दो भाग होंगे। पहला भाग, जो सीधे तौर पर आकाशगंगाओं के दूर जाने की गति के कारण होता है, तथाकथित डॉपलर प्रभाव है। इसका मूल्य है:

दूसरा भाग इस तथ्य के कारण है कि ब्रह्मांड का विस्तार हो रहा है, और इसलिए इसके अंदर गुरुत्वाकर्षण क्षमता बढ़ जाती है। यह तथाकथित गुरुत्वाकर्षण लाल बदलाव है। इसका मूल्य है:

(8.9)

यहां एफ 1 फोटॉन के प्रस्थान के स्थान पर, उसके प्रस्थान के क्षण में ब्रह्मांड की गुरुत्वाकर्षण क्षमता है; Ф 2 - फोटॉन पंजीकरण के स्थान पर, इसके पंजीकरण के समय ब्रह्मांड की गुरुत्वाकर्षण क्षमता।

परिणामस्वरूप, हमसे दूर जाने वाली आकाशगंगा के उत्सर्जन स्पेक्ट्रम में रेडशिफ्ट मान बराबर होगा:

(8.10)

और हम एक बहुत ही महत्वपूर्ण निष्कर्ष पर पहुँचे हैं। सुदूर आकाशगंगाओं के उत्सर्जन स्पेक्ट्रा में देखे गए ब्रह्माण्ड संबंधी रेडशिफ्ट का केवल एक हिस्सा सीधे तौर पर इन आकाशगंगाओं की हमसे दूरी के कारण होता है। लाल विस्थापन का दूसरा भाग ब्रह्मांड की गुरुत्वाकर्षण क्षमता में वृद्धि के कारण होता है। इसलिए, जिस गति से आकाशगंगाएँ हमसे दूर जा रही हैं कम, जैसा कि आधुनिक ब्रह्माण्ड विज्ञान में माना जाता है, और ब्रह्माण्ड की आयु, तदनुसार, अधिक.

में की गई गणना से पता चलता है कि यदि ब्रह्मांड का घनत्व महत्वपूर्ण के करीब है (यह निष्कर्ष आकाशगंगाओं के बड़े पैमाने पर वितरण के अध्ययन के आधार पर बनाया गया है), तो:

अर्थात् ब्रह्माण्ड संबंधी रेडशिफ्ट मान का केवल 2/3 जेडदूर की आकाशगंगाओं के स्पेक्ट्रा में 0 (8.10) उस गति के कारण होता है जिस गति से आकाशगंगाएँ दूर जा रही हैं। तदनुसार, हबल स्थिरांक आधुनिक ब्रह्मांड विज्ञान में अनुमान से 1.5 गुना कम है, और इसके विपरीत, ब्रह्मांड की आयु 1.5 गुना अधिक है।

सापेक्षता के सामान्य सिद्धांत में ब्रह्माण्ड संबंधी रेड शिफ्ट की उत्पत्ति का प्रश्न कैसे हल किया गया है? आइए दो आकाशगंगाओं पर विचार करें जो ब्रह्मांड के ब्रह्माण्ड संबंधी विस्तार में भाग लेती हैं और जिनकी विशिष्ट गति इतनी छोटी है कि उन्हें उपेक्षित किया जा सकता है। माना कि फोटॉन के पहली आकाशगंगा से निकलने के समय आकाशगंगाओं के बीच की दूरी बराबर होगी एल. जब फोटॉन दूसरी आकाशगंगा पर पहुंचेगा तो आकाशगंगाओं के बीच की दूरी बढ़ जाएगी और बराबर हो जाएगी एल + एल D. सापेक्षता के सामान्य सिद्धांत में, गुरुत्वाकर्षण संपर्क पूरी तरह से ज्यामिति में सिमट गया है। इस सिद्धांत के अनुसार, विस्तारित ब्रह्मांड की विशेषता बताने वाली सबसे महत्वपूर्ण मात्रा तथाकथित स्केल कारक है। यदि एक दूसरे से दूर दो आकाशगंगाओं के विशिष्ट वेगों को नजरअंदाज किया जा सकता है, तो इन आकाशगंगाओं के बीच की दूरी में परिवर्तन के अनुपात में स्केल कारक बदल जाएगा।

सापेक्षता के सामान्य सिद्धांत के अनुसार, विस्तारित ब्रह्मांड में घूम रहे एक फोटॉन की तरंग दैर्ध्य एल स्केल कारक में परिवर्तन के आनुपातिक रूप से बदलती है, और लाल बदलाव, तदनुसार, बराबर है:

(8.12)

अगर वी– आकाशगंगाओं की एक दूसरे से दूर जाने की गति, टीफोटॉन की उड़ान का समय है, तो:

परिणामस्वरूप हमें मिलता है:

इस प्रकार, सापेक्षता के सामान्य सिद्धांत के अनुसार, ब्रह्माण्ड संबंधी लाल बदलाव या तो ब्रह्मांड के घनत्व पर या उस गति पर निर्भर नहीं करता है जिसके साथ ब्रह्मांड की गुरुत्वाकर्षण क्षमता बदलती है, बल्कि निर्भर करती है केवलआकाशगंगाओं की मंदी की सापेक्ष गति पर। और यदि, उदाहरण के लिए, हमारा ब्रह्मांड उसी गति से विस्तार कर रहा था जैसा कि अब है, लेकिन साथ ही उसका घनत्व कई गुना कम था, तो, सापेक्षता के सामान्य सिद्धांत के अनुसार, उत्सर्जन में ब्रह्माण्ड संबंधी लाल बदलाव का मूल्य आकाशगंगाओं का स्पेक्ट्रा होगा जो उसी. यह पता चला है कि ब्रह्मांड के अंदर विशाल द्रव्यमान का अस्तित्व, ब्रह्मांड के विस्तार को रोकता है, किसी भी तरह से चलती फोटॉनों की ऊर्जा को प्रभावित नहीं करता है! यह असंभावित लगता है.

शायद इसीलिए सापेक्षता के सामान्य सिद्धांत के ढांचे के भीतर, बहुत दूर के सुपरनोवा के स्पेक्ट्रा में उनसे दूरी पर लाल बदलाव की निर्भरता को समझाने की कोशिश करते समय गंभीर समस्याएं पैदा हुईं। और सापेक्षता के सामान्य सिद्धांत को "बचाने" के लिए, बीसवीं सदी के अंत में, ब्रह्मांड विज्ञानियों ने यह धारणा सामने रखी कि हमारा ब्रह्मांड मंदी के साथ नहीं, बल्कि इसके विपरीत, त्वरण के साथ, सार्वभौमिक नियम के विपरीत विस्तार कर रहा है। गुरुत्वाकर्षण (इस विषय पर चर्चा की गई है)।

यहां हम ब्रह्मांड के त्वरित विस्तार की परिकल्पना पर चर्चा नहीं करेंगे (हालांकि, मेरे गहरे विश्वास में, न केवल सापेक्षता का सामान्य सिद्धांत, बल्कि कोई अन्य सिद्धांत ऐसी परिकल्पनाओं की मदद से बचाने लायक नहीं है), बल्कि इसके बजाय हम कोशिश करेंगे इस समस्या को सैद्धांतिक भौतिकी के क्षेत्र से प्रयोग के क्षेत्र में स्थानांतरित करना। वास्तव में, यदि आप भौतिकी प्रयोगशाला में इस प्रश्न का उत्तर पा सकते हैं तो ब्रह्माण्ड संबंधी रेडशिफ्ट की उत्पत्ति के बारे में सैद्धांतिक बहस क्यों करें?

आइए इस महत्वपूर्ण प्रश्न को एक बार फिर से तैयार करें। क्या ब्रह्माण्ड संबंधी रेडशिफ्ट आकाशगंगाओं के दूर जाने के डॉपलर प्रभाव के कारण नहीं, बल्कि इस तथ्य के कारण होता है कि जैसे ही एक फोटॉन चलता है, ब्रह्मांड की गुरुत्वाकर्षण क्षमता बढ़ जाती है?

इस प्रश्न का उत्तर देने के लिए, निम्नलिखित प्रयोग करना पर्याप्त है (चित्र 33 देखें)।

लेजर बीम को दो बीमों में विभाजित किया जाता है ताकि एक किरण तुरंत डिटेक्टर से टकराए, और दूसरी किरण पहले दो समानांतर दर्पणों के बीच कुछ समय के लिए चलती है और उसके बाद ही डिटेक्टर से टकराती है। इस प्रकार, दूसरी किरण समय विलंब टी (कई मिनट) के साथ डिटेक्टर से टकराती है। और डिटेक्टर समय के क्षणों में उत्सर्जित दो किरणों की तरंग दैर्ध्य की तुलना करता है टी-ति टी. ब्रह्मांड के विस्तार के कारण गुरुत्वाकर्षण क्षमता में वृद्धि के कारण पहले के सापेक्ष दूसरे किरण की तरंग दैर्ध्य में बदलाव की उम्मीद की जानी चाहिए।

इस प्रयोग पर विस्तार से चर्चा की गई है, इसलिए अब हम केवल उन मुख्य निष्कर्षों पर विचार करेंगे जो इसके पूरा होने के बाद निकाले जा सकते हैं।

चावल। 33. डॉपलर प्रभाव के कारण नहीं, बल्कि ब्रह्माण्ड संबंधी रेडशिफ्ट को मापने के लिए एक प्रयोग का योजनाबद्ध आरेख गुरुत्वाकर्षण क्षमता में परिवर्तनब्रह्मांड के अंदर.

लेज़र किरण को पारभासी दर्पण पर निर्देशित किया जाता है। इस मामले में, किरण का एक हिस्सा दर्पण से होकर गुजरता है और सबसे छोटे रास्ते पर डिटेक्टर से टकराता है। और किरण का दूसरा भाग, दर्पण से परावर्तित होता है और दर्पण 1, 2, 3 की प्रणाली से होकर गुजरता है, एक निश्चित समय देरी से डिटेक्टर से टकराता है। परिणामस्वरूप, डिटेक्टर अलग-अलग समय पर उत्सर्जित दो किरणों की तरंग दैर्ध्य की तुलना करता है।

सबसे पहले, हम यह पता लगाने में सक्षम होंगे कि स्रोत को हटाने की गति के कारण नहीं, बल्कि ब्रह्मांड के विस्तार के तथ्य, यानी, गुरुत्वाकर्षण क्षमता में वृद्धि के कारण कोई ब्रह्माण्ड संबंधी लाल बदलाव हुआ है या नहीं। जगत।

दूसरे, यदि इस तरह के बदलाव का पता चलता है (और इसके लिए हर कारण है), तो, इसके द्वारा, हम, एक प्रयोगशाला प्रयोग के माध्यम से, ब्रह्मांड के विस्तार के तथ्य को साबित करेंगे. इसके अलावा, हम उस दर को मापने में सक्षम होंगे जिस दर से ब्रह्मांड में सभी पदार्थों द्वारा बनाई गई गुरुत्वाकर्षण क्षमता बढ़ती है।

तीसरा, दूर की आकाशगंगाओं के स्पेक्ट्रा में लाल बदलाव के मूल्य से उस हिस्से को घटाकर जो उनके हटाने की गति के कारण नहीं, बल्कि गुरुत्वाकर्षण क्षमता में बदलाव के कारण होता है, हम पाते हैं सत्यजिस दर से आकाशगंगाएँ दूर जा रही हैं, और इस प्रकार ब्रह्मांड की आयु के वर्तमान अनुमान को सही करने में सक्षम हो सकते हैं।

इस बीच, हमारा स्थानीय समूह 150 मिलियन किलोमीटर प्रति घंटे की गति से कन्या क्लस्टर के केंद्र की ओर दौड़ रहा है।

आकाशगंगा और उसके पड़ोसी एंड्रोमेडा, 30 छोटी आकाशगंगाओं के साथ-साथ हजारों कन्या आकाशगंगाएँ, सभी ग्रेट अट्रैक्टर से आकर्षित हैं। इन पैमानों पर वेगों को देखते हुए, आकाशगंगाओं और आकाशगंगा समूहों के बीच रिक्त स्थान पर रहने वाला अदृश्य द्रव्यमान दृश्य पदार्थ से कम से कम दस गुना अधिक होना चाहिए।

फिर भी, इस अदृश्य सामग्री को दृश्य सामग्री में जोड़ने और ब्रह्मांड का औसत द्रव्यमान प्राप्त करने से, हमें ब्रह्मांड को "बंद" करने के लिए आवश्यक महत्वपूर्ण घनत्व का केवल 10-30% ही मिलता है। यह घटना बताती है कि ब्रह्मांड "खुला" है। ब्रह्माण्ड विज्ञानी इस विषय पर उसी तरह बहस करते रहते हैं जैसे वे कोशिश करते हैं, या "डार्क मैटर"।

ऐसा माना जाता है कि यह ब्रह्मांड की संरचना को विशाल पैमाने पर निर्धारित करता है। डार्क मैटर गुरुत्वाकर्षण के कारण सामान्य पदार्थ के साथ संपर्क करता है, जो खगोलविदों को सुपरगैलेक्टिक समूहों की लंबी, पतली दीवारों के निर्माण का निरीक्षण करने की अनुमति देता है।

मिल्की वे के आसपास की सबसे बड़ी आकाशगंगा M31 और अन्य आकाशगंगाओं में द्रव्यमान वितरण के हालिया माप (दूरबीन और अंतरिक्ष जांच का उपयोग करके) ने यह मान्यता दी है कि आकाशगंगाएँ काले पदार्थ से भरी हैं, और दिखाया है कि एक रहस्यमय शक्ति है ब्रह्मांड के विस्तार को गति दे रहा है।

खगोलशास्त्री अब समझते हैं कि ब्रह्मांड का अंतिम भाग्य गुप्त रूप से डार्क एनर्जी और डार्क मैटर की उपस्थिति से जुड़ा हुआ है। ब्रह्माण्ड विज्ञान के वर्तमान मानक मॉडल से पता चलता है कि ब्रह्मांड 70% डार्क एनर्जी, 25% डार्क मैटर और केवल 5% सामान्य पदार्थ है।

हम नहीं जानते कि डार्क एनर्जी क्या है या इसका अस्तित्व क्यों है। दूसरी ओर, कण सिद्धांत से पता चलता है कि सूक्ष्म स्तर पर, यहां तक ​​​​कि एक आदर्श वैक्यूम भी क्वांटम कणों से भरा होता है, जो अंधेरे ऊर्जा का एक प्राकृतिक स्रोत हैं। लेकिन बुनियादी गणना से पता चलता है कि निर्वात से उत्पन्न होने वाली डार्क एनर्जी हम जो देखते हैं उससे 10,120 गुना अधिक है। कुछ अज्ञात भौतिक प्रक्रियाओं को अधिकांश, लेकिन सभी को नहीं, निर्वात ऊर्जा को समाप्त करना चाहिए, जिससे ब्रह्मांड के विस्तार में तेजी लाने के लिए पर्याप्त ऊर्जा बचे।

प्राथमिक कणों के एक नए सिद्धांत को इस भौतिक प्रक्रिया की व्याख्या करनी होगी। "अंधेरे आकर्षणकर्ताओं" के नए सिद्धांत तथाकथित कोपर्निकन सिद्धांत के पीछे छिपे हैं, जो कहता है कि यह आश्चर्य की बात नहीं है कि हम पर्यवेक्षक मानते हैं कि ब्रह्मांड विषम है। इस तरह के वैकल्पिक सिद्धांत अंधेरे ऊर्जा की भागीदारी के बिना ब्रह्मांड के देखे गए त्वरित विस्तार की व्याख्या करते हैं, और इसके बजाय सुझाव देते हैं कि हम शून्य के केंद्र के करीब हैं, जिसके परे एक सघन "अंधेरा" आकर्षण हमें अपनी ओर खींच रहा है।

में प्रकाशित एक लेख में भौतिक समीक्षा पत्र, शंघाई एस्ट्रोनॉमिकल ऑब्जर्वेटरी के पेंगज़ी झांग और अल्बर्ट स्टेबिन्स ने फ़र्मिलाब प्रदर्शनी में दिखाया कि लोकप्रिय शून्य मॉडल और कई अन्य टेलीस्कोप अवलोकनों के साथ टकराव के बिना अंधेरे ऊर्जा को अच्छी तरह से बदल सकते हैं।

सर्वेक्षणों से पता चलता है कि ब्रह्मांड सजातीय है, कम से कम गीगापारसेक तक के पैमाने पर। झांग और स्टेबिन्स का तर्क है कि यदि बड़े पैमाने पर अनियमितताएं मौजूद हैं, तो उन्हें बिग बैंग के 400,000 साल बाद उत्पादित अवशेष फोटॉनों की ब्रह्मांडीय माइक्रोवेव पृष्ठभूमि में तापमान बदलाव के रूप में पहचाना जाना चाहिए। यह इलेक्ट्रॉन-फोटॉन प्रकीर्णन (कॉम्पटन प्रकीर्णन का विपरीत) के कारण होता है।

शून्यता के हबल बबल मॉडल पर ध्यान केंद्रित करते हुए, वैज्ञानिकों ने दिखाया कि ऐसे परिदृश्य में, ब्रह्मांड के कुछ क्षेत्रों का दूसरों की तुलना में तेजी से विस्तार होगा, जिसके परिणामस्वरूप अपेक्षा से अधिक तापमान में बदलाव होगा। लेकिन सीएमबी का अध्ययन करने वाले दूरबीनों को इतना बड़ा बदलाव नजर नहीं आता।

खैर, जैसा कि कार्ल सागन ने कहा, "असाधारण दावों के लिए असाधारण साक्ष्य की आवश्यकता होती है।"