मूल स्रोत: http://astroweb.case.edu/ssm/mond/astronow.html
गुरुत्वाकर्षण की आधुनिक अवधारणा 17 वीं शताब्दी में सर आइजैक न्यूटन के साथ शुरू हुई थी। गुरुत्वाकर्षण के न्यूटन के सार्वभौमिक नियम को समझना एक सरल अनुभवजन्य अवलोकन है:
सब कुछ होता है … जैसे कि दो निकायों के बीच बल उनके द्रव्यमान के उत्पाद के सीधे आनुपातिक थे और उनके बीच की दूरी के वर्ग के व्युत्क्रमानुपाती होते हैं।
– सर आइजक न्यूटन
यह सरल तथ्य चंद्रमा की विस्तृत गति को स्पष्ट करता है, केपलर के ग्रहों की गति के नियमों को बताता है, और अभी हमें बताता है कि सटीकता के साथ अंतर-ग्रहों के अंतरिक्ष के विशाल विस्तार के माध्यम से छोटे अंतरिक्ष यान को कैसे चलाना है। इतिहास में कभी भी ऐसा अवलोकन हमें नहीं हुआ है (शाब्दिक!) अब तक।
न्यूटन के गुरुत्वाकर्षण के नियम को तराजू की एक विस्तृत श्रृंखला पर परीक्षण किया गया है, जो कि सबमिलीमीटर से लेकर सौर मंडल तक है। उनकी बार-बार की सफलताओं और उनकी अविश्वसनीय परिशुद्धता के पास अन्य भौतिक सिद्धांतों से ईर्ष्या करने के लिए कुछ भी नहीं है। यूनिवर्सल ग्रैविटेशन की विश्वसनीयता ऐसी थी कि 19 वीं शताब्दी में, बुध की कक्षा की छोटी अतिशयता ने एक संकट का गठन किया।
यह संकट आइंस्टीन के जनरल रिलेटिविटी के सिद्धांत द्वारा हल किया गया था, न्यूटन के बाद से गुरुत्वाकर्षण की हमारी धारणा के लिए एकमात्र महत्वपूर्ण अद्यतन। सामान्य सापेक्षता अपने आप में सटीकता के कई परीक्षणों को पीछे छोड़ देती है। न्यूटन-आइंस्टीन के सिद्धांत की बार-बार की सफलताओं और इसके लेखकों की सरासर प्रतिष्ठा ने शिक्षाविदों के बीच व्यापक दृष्टिकोण को जन्म दिया है कि गुरुत्वाकर्षण के बारे में जानने के लिए नया कुछ भी नहीं हो सकता है। इनमें से कई एक ही शोधकर्ता एक साथ विरोधाभासी रवैया रखते हैं कि सभी का एक एकीकृत सिद्धांत होना चाहिए, या कम से कम चार मूलभूत बलों का होना चाहिए। अब तक, गुरुत्वाकर्षण ने स्पष्ट रूप से क्वांटम यांत्रिकी की छवि के साथ बराबरी करने से इनकार कर दिया है जो प्रकृति के अन्य बलों के विवरण के लिए आवश्यक है। फिर भी, गुरुत्वाकर्षण का एक क्वांटम सिद्धांत होना चाहिए। अपने तार्किक निष्कर्ष पर जाने के लिए, न्यूटन और आइंस्टीन ने जो पहले ही हमें बताया है, उससे आगे सीखना बाकी है।
क्वांटम दायरे से परे, व्याख्या करने के लिए अन्य गुरुत्वाकर्षण पहेलियाँ हैं। सबसे अधिक प्रासंगिक में से एक को आमतौर पर “डार्क मैटर प्रॉब्लम” कहा जाता है। जब खगोल विज्ञानी आकाशगंगाओं और यहां तक कि बड़ी प्रणालियों में तारों और गैस की गति को मापते हैं, तो वे पाते हैं कि गति नेटवे के सार्वभौमिक गुरुत्वाकर्षण के अनुप्रयोग द्वारा उनके नीचे के द्रव्यमान को जितना समझाया जा सकता है, उससे कहीं अधिक है। 1)। इससे यह निष्कर्ष निकला कि ब्रह्मांड के द्रव्यमान का अधिकांश (लगभग 90%) अंधेरा है।
डार्क मैटर के अस्तित्व के लिए काफी मात्रा में साक्ष्य मौजूद हैं। फिर भी यह सभी प्रमाण इस परिकल्पना पर टिका हुआ है कि न्यूटोनियन सिद्धांत को सौरमंडल से सुरक्षित रूप से प्रक्षेपित किया जा सकता है (जहां यह अच्छी तरह से परीक्षण किया गया है) आकाशगंगाओं के पैमाने पर। हालांकि यह शुरू करने के लिए एक शानदार जगह है, हमें यह नहीं मान लेना चाहिए कि यह वास्तव में आयोजित होगा। महामारी विज्ञान के समर्थकों को आपत्ति हो सकती है कि, कड़ाई से बोलते हुए, हमें अंधेरे पदार्थ के अस्तित्व के लिए सबूतों का सामना नहीं करना पड़ता है, बल्कि बड़े पैमाने पर विसंगतियां हैं। जो हम देखते हैं वह ऊपर नहीं जुड़ता है, इसलिए या तो ब्रह्मांड अदृश्य द्रव्यमान से भरा है, या इस द्रव्यमान के कटौती की ओर जाने वाले सिद्धांत को संशोधित करने की आवश्यकता है।
गुरुत्वाकर्षण की आनुभविक जड़ों की ओर वापस जाते हुए, न्यूटन के अवलोकन को याद करें कि “सब कुछ इस तरह से व्यवहार करता है …” अगर यह सौर मंडल में महान सटीकता के साथ सच है, तो यह आकाशगंगाओं और इस तरह की एक्सट्रैगैलेक्टिक प्रणालियों में स्पष्ट रूप से गलत है। अगर ऐसा हुआ तो हमें डार्क मैटर की जरूरत नहीं होगी। यह गुरुत्वाकर्षण को दोष देने के लिए उपयुक्त हो सकता है अगर न्यूटन के सूत्र का एक संशोधन है जो उनके कहने की भावना को संतुष्ट करता है “सब कुछ ऐसा व्यवहार करता है जैसे …”
ऐसे कई प्रयास किए गए हैं, और कई असफल रहे हैं। इन विफलताओं ने लोगों को काले पदार्थ की ओर मुड़ने के लिए प्रोत्साहित किया है। हालांकि, एक विचार है जो विफल रहता है। 1983 में, इजरायल के भौतिक विज्ञानी एम। मिलग्रोम ने बहुत कम त्वरण पर कणों की गति को नियंत्रित करने वाले समीकरणों का एक विशिष्ट संशोधन किया। उन्होंने इस संशोधित न्यूटनियन गतिकी, या मोनड को बुलाया। मोनड उच्च थ्रोटल शासन में सामान्य न्यूटनियन रूप में उबलता है, लेकिन 1011 में 1 से कम त्वरण पर, जो हम यहां पृथ्वी पर महसूस करते हैं, चीजें एक तरह से बदल जाती हैं जो बड़े पैमाने पर अंतर के लिए जिम्मेदार हो सकती हैं।
एक बार मोनड समीकरण (या कोई अन्य काल्पनिक संशोधन) लिखे जाने के बाद, वे पैंतरेबाज़ी के लिए बहुत कम जगह छोड़ते हैं। सर्पिल आकाशगंगाओं के घूर्णन घटता जैसे सटीक गतिशील डेटा, मोनड के अनुप्रयोग से चमकदार पदार्थ (सितारों और गैसों) के मनाया वितरण से प्राप्त होना चाहिए। प्रत्येक आकाशगंगा परिकल्पना का एक अनूठा परीक्षण प्रदान करती है। चित्रा 1 में एक की तरह आकाशगंगाओं के घूर्णन घुमाव वक्रों के समायोजन अब तुलनात्मक परिणामों के साथ 100 से अधिक आकाशगंगाओं के लिए किए गए हैं। हालांकि निश्चित रूप से एक सामयिक सिरदर्द है, स्पष्ट रूप से विफल होने का कोई ज्ञात उदाहरण नहीं है। अधिकांश मामलों में, यह स्पष्ट रूप से सफल होता है। मोनड वह सूत्र है जो न्यूटन के इस कथन को संतुष्ट करता है कि “सब कुछ ऐसा व्यवहार करता है जैसे …”
अपने मूल 1983 के पत्रों में, मिलग्रोम ने “निम्न सतह घनत्व” आकाशगंगाओं के एक अज्ञात वर्ग के बारे में भविष्यवाणियों की एक श्रृंखला बनाई। इन वस्तुओं को अगर मोनड सही है, तो बड़े पैमाने पर विचलन प्रदर्शित करें क्योंकि उनके फैलने वाला चमकदार द्रव्यमान, तेज आकाशगंगाओं में पाए जाने वाले पहले से ही दसवें राशि की तुलना में एक छोटा गुरुत्वाकर्षण त्वरण प्रदान करेगा। उन्होंने इस भविष्यवाणी के कई विशिष्ट और सत्यापित परिणामों को सूचीबद्ध किया। उस समय, यह माना जाता था कि ऐसी वस्तुएं दुर्लभ या नगण्य थीं। उन्हें बाद में खोजा गया और अब उन्हें “कम सतह प्रकाश” आकाशगंगाओं के रूप में जाना जाता है। अपने स्वयं के लाभ के लिए इन नई वस्तुओं का अध्ययन करके, खगोलविदों ने धीरे-धीरे मिलग्रोम के बड़े पैमाने पर भूल गए और दस वर्षीय भविष्यवाणियों का परीक्षण करने के लिए आवश्यक डेटा जमा किया। यह देखकर झटका लगा कि इनमें से प्रत्येक डेटा में सच है। अगर विज्ञान सिद्धांत रूप में परिकल्पनाओं के निर्माण से आगे बढ़ता है जो भविष्यवाणियों का परीक्षण करना संभव बनाता है, तो यह वास्तव में दुर्लभ है कि व्यवहार में यह इस मॉडल का इतनी अच्छी तरह से पालन करता है।
ये मोनड सफलताएं सबसे अधिक स्पष्ट होती हैं, जहां इसका परीक्षण करने वाला गतिशील डेटा सबसे सटीक होता है। हालांकि, कई अन्य प्रणालियां हैं जहां तस्वीर कम स्पष्ट है। गतिशील कानूनों का कोई भी संशोधन हर जगह बड़े पैमाने पर अंतर को स्पष्ट करता है। यह न केवल घूर्णी वक्रों के लिए, बल्कि गोलाकार आकाशगंगाओं के गति फैलाव, आकाशगंगा समूहों के गैस तापमान और ब्रह्मांड के बड़े पैमाने पर संरचना में आकाशगंगाओं के विशेष गतियों के लिए भी काम करना चाहिए।
एक जगह मोनड को लगता है कि गंभीर कठिनाई अमीर आकाशगंगा समूहों में है: चमकदार द्रव्यमान दो से कम कारक है जो टिप्पणियों के लिए आवश्यक है। एक ओर, यह कम गंभीर लग सकता है: खगोल विज्ञान में, यह अक्सर माना जाता है कि चमकदार द्रव्यमान का दोगुना से कम होना एक बड़ी सफलता है। दूसरी ओर, अंतर बहुत वास्तविक लगता है। इसका तात्पर्य यह है कि अभी भी कुछ अतिरिक्त द्रव्यमान समूहों में खोजा जाना बाकी है। यह, वास्तव में, अंधेरे पदार्थ के कुछ रूप को आमंत्रित करता है – जो शायद ही एक सिद्धांत के लिए एक विक्रय बिंदु है जो इस सामान से छुटकारा पाने की कोशिश करता है। यह मोनड के लिए घातक माना जा सकता है यदि विशाल, खंडित सामूहिक जलाशयों की खोज पहले ही नहीं हुई थी। यह लंबे समय से सोचा गया था कि गुच्छों के सितारे जो गुच्छों से बने थे, सामान्य पदार्थों के सबसे बड़े भंडार थे। लगभग दस साल पहले, यह दिखाई दिया कि गर्म और फैलने वाली गैस का द्रव्यमान जो गुच्छों की आकाशगंगाओं के बीच फैलता है, सितारों के द्रव्यमान से बहुत अधिक हो गया। इन शर्तों के तहत, यह विश्वास करना कठिन है कि दो का एक और कारक हासिल नहीं किया जाएगा।
एक और समस्या कॉस्मोलॉजी की है। अनमॉडिफाइड जनरल रिलेटिविटी हॉट बिग बैंग कॉस्मोलॉजी के अनुभवजन्य पहलुओं की संतोषजनक व्याख्या प्रदान करता है – एक विस्तार ब्रह्मांड, प्रकाश तत्वों के न्यूक्लियोसिंथेसिस और माइक्रोवेव कॉस्मिक बैकग्राउंड के रूप में जाना जाने वाला विकिरण। मानक ब्रह्मांड विज्ञान की सफलता को अक्सर मोनड के खिलाफ सबूत के साथ बराबर किया जाता है। फिर भी मानक ब्रह्माण्ड विज्ञान केवल व्यवहार्य है यदि 90% द्रव्यमान वास्तव में अभी भी काल्पनिक रूप में मौजूद है – जो शायद ही गर्व की बात है। इससे भी बदतर, हाल के वर्षों में आइंस्टीन की “सबसे बड़ी गड़गड़ाहट” को पुनर्जीवित करना आवश्यक हो गया है: ब्रह्माण्ड संबंधी स्थिरांक। कोई आश्चर्यचकित कर सकता है कि क्या ये अजीब मोड़ अधिक सच्चाई की ओर इशारा नहीं करते हैं।
कॉस्मिक माइक्रोवेव बैकग्राउंड इस प्रश्न को तय करने में मदद कर सकता है। एक डार्क मैटर से भरा ब्रह्मांड, डार्क मैटर से रहित एक ब्रह्मांड की तुलना में बड़े धमाके की इस गूंज पर एक अलग से हस्ताक्षर छोड़ता है। हाल के अवलोकन दो मामलों को अलग करने में सक्षम होने के बहुत करीब आए हैं, लेकिन अंततः एक स्पष्ट अंतर बनाने में विफल रहे। आगामी अंतरिक्ष मिशन, जैसे कि नासा के एमएपी और ईएसए के प्लांक , को ट्रिक करना चाहिए।
भले ही मोनड एक सिद्धांत के रूप में सही है, यह एक मनाया घटनाविज्ञान का गठन करता है जिसे स्पष्टीकरण की आवश्यकता होती है। यह वह जगह है जहां एक वास्तविक रहस्य अंधेरे पदार्थ की छवि के लिए निहित है। घूर्णी घटता के अंधेरे पदार्थों के सिद्धांत की प्राकृतिक अपेक्षाएं मोनड से मिलती-जुलती नहीं हैं, और इसलिए आवश्यक अवलोकन तथ्यों के एक पूरे सेट को दोहराते नहीं हैं। एक डार्क मैथ थ्योरी से जो सबसे अच्छी उम्मीद की जा सकती है, वह है मोनड के सदृश होने का प्रबंधन करना, और इस तरह मिलग्रोम भविष्यवाणी करने में कामयाब कई चीजों को स्थगित करना। यह सोचने के लिए एक वास्तविक विराम देता है कि विज्ञान इसे कैसे करना चाहिए।
डार्क मैटर और मोनड के बीच बहस ताज़ा है। हाल के वर्षों में, विज्ञान के अंत के बारे में चिंता व्यक्त की गई है। सभी मौलिक खोजों को बनाया गया है; खोजने के लिए वास्तव में नया कुछ भी नहीं है। यह भावना लगभग एक सदी पहले रदरफोर्ड के शब्दों को गूँजती है: “वह सब जो बचा है … अंतिम दशमलव स्थानों को भरना है।” आज के रूप में, बुनियादी विज्ञान के अंत की अफवाहें बहुत अतिरंजित हैं।
चित्र 1: बौनी आकाशगंगा एनजीसी 1560 का घूर्णन वक्र। निचली रेखा घूर्णन है जो न्यूटनियन गुरुत्वाकर्षण के अनुप्रयोग द्वारा देखे गए तारों और गैसों के पूर्वानुमान से होती है। यह वक्र मनाया घुमाव के नीचे अच्छी तरह से है, जो इस निष्कर्ष की ओर जाता है कि अंधेरे पदार्थ अंतर के लिए क्षतिपूर्ति करता है। शीर्ष रेखा देखे गए तारों और गैस के न्यूटोनियन गुरुत्वाकर्षण के अनुप्रयोग द्वारा अनुमानित रोटेशन को दर्शाती है। इसी तरह के परिणाम अब 100 से अधिक आकाशगंगाओं के लिए जाने जाते हैं। ध्यान दें कि इस मामले में, गैस वितरण में मनाया गया किंक भी रोटेशन में परिलक्षित होता है। यह काले पदार्थ के साथ व्याख्या करना बेहद मुश्किल है जो चमकदार द्रव्यमान की तरह वितरित नहीं किया जाता है। मोनड सूत्र है जो न्यूटन के कहे को संतुष्ट करता है “सब कुछ ऐसा व्यवहार करता है जैसे …