20 শতকের গোড়ার দিকে, আলবার্ট আইনস্টাইন নামে একজন তরুণ বিজ্ঞানী আলো এবং ভরের বৈশিষ্ট্য এবং কীভাবে তারা একে অপরের সাথে সম্পর্কিত তা দেখেছিলেন। তার প্রতিফলনের ফলাফল ছিল আপেক্ষিকতা তত্ত্ব। তার কাজ আধুনিক পদার্থবিদ্যা এবং জ্যোতির্বিদ্যাকে এমনভাবে পরিবর্তন করেছে যা আজও অনুভূত হয়। ভর এবং শক্তি কীভাবে সম্পর্কিত তা বোঝার জন্য প্রতিটি ছাত্র তাদের বিখ্যাত E=MC2 সমীকরণ অধ্যয়ন করে। এটি মহাজাগতিক অস্তিত্বের একটি মৌলিক তথ্য।
মহাজাগতিক ধ্রুবক কী?
সাধারণ আপেক্ষিকতার জন্য আইনস্টাইনের সমীকরণগুলি যেমন গভীর ছিল, তারা একটি সমস্যা উপস্থাপন করেছিল। তিনি ব্যাখ্যা করতে চেয়েছিলেন কিভাবে ভর এবং আলো মহাবিশ্বে বিদ্যমান, কিভাবে তাদের মিথস্ক্রিয়া একটি স্থির (অর্থাৎ প্রসারিত নয়) মহাবিশ্বের দিকে নিয়ে যেতে পারে। দুর্ভাগ্যবশত, তার সমীকরণগুলি ভবিষ্যদ্বাণী করেছিল যে এটি হয় সংকুচিত হবে বা প্রসারিত হবে, এবং এটি চিরতরে চলতে থাকবে, কিন্তু অবশেষে এমন একটি বিন্দুতে পৌঁছাবে যেখানে এটি সংকুচিত হবে।
এটা তার কাছে ঠিক মনে হয়নি, তাই আইনস্টাইনকে মাধ্যাকর্ষণ ধরে রাখার উপায় ব্যাখ্যা করতে হয়েছিল,স্থির মহাবিশ্ব ব্যাখ্যা করতে। সর্বোপরি, তার সময়ের বেশিরভাগ পদার্থবিজ্ঞানী এবং জ্যোতির্বিজ্ঞানীরা কেবল ধরেই নিয়েছিলেন যে এটিই ছিল। তাই আইনস্টাইন ফাজ ফ্যাক্টর আবিষ্কার করেছিলেন, যাকে বলা হয় "মহাজাগতিক ধ্রুবক", যা সমীকরণকে ক্রমানুসারে দেয় এবং এর ফলে একটি মহাবিশ্ব তৈরি হয় যা প্রসারিত বা সংকোচনও করে না। তিনি "ল্যাম্বদা" (গ্রীক অক্ষর) চিহ্নটি নিয়ে এসেছিলেন, যা স্থানের শূন্যতায় শক্তির ঘনত্বকে নির্দেশ করে। এটি সম্প্রসারণ নিয়ন্ত্রণ করে এবং এর অভাব এই প্রক্রিয়াটিকে বন্ধ করে দেয়। এখন মহাজাগতিক তত্ত্ব ব্যাখ্যা করার জন্য একটি ফ্যাক্টরের প্রয়োজন ছিল৷
কীভাবে গণনা করবেন?
আলবার্ট আইনস্টাইন 25 নভেম্বর, 1915 সালে জনসাধারণের কাছে আপেক্ষিকতার সাধারণ তত্ত্ব (GR) এর প্রথম সংস্করণ উপস্থাপন করেছিলেন। আইনস্টাইনের আসল সমীকরণগুলো দেখতে এরকম:
আধুনিক বিশ্বে, মহাজাগতিক ধ্রুবক হল:
এই সমীকরণটি আপেক্ষিকতার তত্ত্বকে বর্ণনা করে। এছাড়াও, একটি ধ্রুবককে ল্যাম্বডা সদস্যও বলা হয়।
গ্যালাক্সি এবং সম্প্রসারিত মহাবিশ্ব
মহাজাগতিক ধ্রুবকটি তার প্রত্যাশার মতো জিনিসগুলিকে ঠিক করেনি৷ আসলে, এটি কাজ করেছে, কিন্তু শুধুমাত্র কিছু সময়ের জন্য। মহাজাগতিক ধ্রুবকের সমস্যার সমাধান হয়নি।
আরেক তরুণ বিজ্ঞানী এডউইন হাবল দূরবর্তী ছায়াপথের পরিবর্তনশীল নক্ষত্রের গভীর পর্যবেক্ষণ না করা পর্যন্ত এটি অব্যাহত ছিল। তাদের ঝাঁকুনি এই মহাজাগতিক কাঠামো এবং আরও অনেক কিছুর দূরত্ব প্রকাশ করে৷
হাবলের কাজ প্রদর্শিত হয়েছেশুধু যে মহাবিশ্বে অন্যান্য অনেক গ্যালাক্সি অন্তর্ভুক্ত ছিল তা নয়, কিন্তু দেখা যাচ্ছে, এটি প্রসারিত হচ্ছে এবং এখন আমরা জানি যে সময়ের সাথে সাথে এই প্রক্রিয়ার হার পরিবর্তিত হয়। এটি মূলত আইনস্টাইনের মহাজাগতিক ধ্রুবককে শূন্যে কমিয়ে দেয় এবং মহান বিজ্ঞানীকে তার অনুমানগুলি সংশোধন করতে হয়েছিল। গবেষকরা এটি সম্পূর্ণরূপে পরিত্যাগ করেননি। যাইহোক, আইনস্টাইন পরে সাধারণ আপেক্ষিকতার সাথে তার ধ্রুবক যোগ করাকে তার জীবনের সবচেয়ে বড় ভুল বলে অভিহিত করেছিলেন। কিন্তু এটা কি?
নতুন মহাজাগতিক ধ্রুবক
1998 সালে, বিজ্ঞানীদের একটি দল হাবল স্পেস টেলিস্কোপের সাথে কাজ করছে, দূরবর্তী সুপারনোভা অধ্যয়ন করছে, সম্পূর্ণ অপ্রত্যাশিত কিছু লক্ষ্য করেছে: মহাবিশ্বের সম্প্রসারণ ত্বরান্বিত হচ্ছে। তদুপরি, প্রক্রিয়াটির গতি তারা যা প্রত্যাশা করেছিল তা নয় এবং অতীতে ছিল৷
প্রদত্ত যে মহাবিশ্ব ভরে ভরা, এটা যৌক্তিক মনে হয় যে সম্প্রসারণটি ধীর হওয়া উচিত, এমনকি যদি এটি এত ছোট হয়। এইভাবে, এই আবিষ্কারটি সমীকরণ এবং আইনস্টাইনের মহাজাগতিক ধ্রুবকের ভবিষ্যদ্বাণীর বিপরীত বলে মনে হয়েছিল। জ্যোতির্বিজ্ঞানীরা সম্প্রসারণের আপাত ত্বরণকে কীভাবে ব্যাখ্যা করবেন তা বুঝতে পারেননি। কেন, এটা কিভাবে হচ্ছে?
প্রশ্নের উত্তর
ত্বরণ এবং এটি সম্পর্কে মহাজাগতিক ধারণা ব্যাখ্যা করার জন্য, বিজ্ঞানীরা মূল তত্ত্বের ধারণায় ফিরে এসেছেন।
তাদের সর্বশেষ অনুমান ডার্ক এনার্জি নামক কিছুর অস্তিত্বকে অস্বীকার করে না। এটি এমন কিছু যা দেখা বা অনুভব করা যায় না, তবে এর প্রভাব পরিমাপ করা যায়। এটা অন্ধকার হিসাবে একইপদার্থ: এটি কীভাবে আলো এবং দৃশ্যমান পদার্থকে প্রভাবিত করে তার প্রভাব নির্ধারণ করা যেতে পারে৷
জ্যোতির্বিজ্ঞানীরা এখনও জানেন না এই অন্ধকার শক্তি কী। যাইহোক, তারা জানে যে এটি মহাবিশ্বের সম্প্রসারণকে প্রভাবিত করে। এই প্রক্রিয়াগুলি বুঝতে, পর্যবেক্ষণ এবং বিশ্লেষণের জন্য আরও সময় প্রয়োজন। হয়তো মহাজাগতিক তত্ত্ব সব পরে যেমন একটি খারাপ ধারণা নয়? সর্বোপরি, এটি অনুমান করে ব্যাখ্যা করা যেতে পারে যে অন্ধকার শক্তি বিদ্যমান। দৃশ্যত, এটি সত্য এবং বিজ্ঞানীদের আরও ব্যাখ্যা খুঁজতে হবে৷
শুরুতে কি হয়েছিল?
আইনস্টাইনের আসল মহাজাগতিক মডেল ছিল একটি গোলাকার জ্যামিতি সহ একটি স্থির সমজাতীয় মডেল। পদার্থের মহাকর্ষীয় প্রভাব এই কাঠামোতে একটি ত্বরণ সৃষ্টি করেছিল, যা আইনস্টাইন ব্যাখ্যা করতে পারেননি, যেহেতু সেই সময়ে মহাবিশ্ব প্রসারিত হচ্ছে তা জানা ছিল না। অতএব, বিজ্ঞানী তার সাধারণ আপেক্ষিকতার সমীকরণে মহাজাগতিক ধ্রুবকটিকে প্রবর্তন করেছিলেন। এই ধ্রুবক পদার্থের মহাকর্ষীয় টানকে প্রতিহত করার জন্য প্রয়োগ করা হয়, এবং তাই এটিকে মাধ্যাকর্ষণ বিরোধী প্রভাব হিসাবে বর্ণনা করা হয়েছে।
ওমেগা ল্যাম্বদা
মহাজাগতিক ধ্রুবকের পরিবর্তে, গবেষকরা প্রায়শই এর কারণে শক্তির ঘনত্ব এবং মহাবিশ্বের সমালোচনামূলক ঘনত্বের মধ্যে সম্পর্ক উল্লেখ করেন। এই মানটি সাধারণত নিম্নলিখিত হিসাবে চিহ্নিত করা হয়: ΩΛ. একটি সমতল মহাবিশ্বে, ΩΛ এর শক্তি ঘনত্বের একটি ভগ্নাংশের সাথে মিলে যায়, যা মহাজাগতিক ধ্রুবক দ্বারাও ব্যাখ্যা করা হয়।
মনে রাখবেন যে এই সংজ্ঞাটি বর্তমান যুগের সমালোচনামূলক ঘনত্বের সাথে সম্পর্কিত। এটি সময়ের সাথে পরিবর্তিত হয়, তবে ঘনত্বশক্তি, মহাজাগতিক ধ্রুবকের কারণে, মহাবিশ্বের ইতিহাস জুড়ে অপরিবর্তিত থাকে।
আসুন আরও বিবেচনা করা যাক কিভাবে আধুনিক বিজ্ঞানীরা এই তত্ত্বটি তৈরি করেছেন৷
মহাজাগতিক প্রমাণ
ত্বরিত মহাবিশ্বের বর্তমান অধ্যয়ন এখন খুবই সক্রিয়, অনেকগুলি ভিন্ন ভিন্ন পরীক্ষার বিভিন্ন সময় স্কেল, দৈর্ঘ্যের স্কেল এবং শারীরিক প্রক্রিয়াগুলিকে কভার করে৷ একটি মহাজাগতিক CDM মডেল তৈরি করা হয়েছে, যেখানে মহাবিশ্ব সমতল এবং নিম্নলিখিত বৈশিষ্ট্য রয়েছে:
- শক্তির ঘনত্ব, যা প্রায় ৪% ব্যারিওনিক পদার্থ;
- 23% ডার্ক ম্যাটার;
- মহাজাগতিক ধ্রুবকের 73%।
গুরুত্বপূর্ণ পর্যবেক্ষণের ফলাফল যা মহাজাগতিক ধ্রুবককে তার বর্তমান তাৎপর্য এনে দিয়েছে তা হল আবিষ্কার যে দূরবর্তী টাইপ Ia (0<z<1) সুপারনোভা স্ট্যান্ডার্ড মোমবাতি হিসাবে ব্যবহৃত একটি ধীর মহাবিশ্বে প্রত্যাশার চেয়ে দুর্বল। তারপর থেকে, অনেক গোষ্ঠী আরও সুপারনোভা এবং বিস্তৃত রেডশিফ্টের মাধ্যমে এই ফলাফল নিশ্চিত করেছে৷
আসুন আরও বিশদে ব্যাখ্যা করা যাক। বর্তমান মহাজাগতিক চিন্তাধারায় বিশেষ গুরুত্ব হল পর্যবেক্ষণগুলি যে অত্যন্ত উচ্চ রেডশিফ্ট (z>1) সুপারনোভাগুলি প্রত্যাশিত থেকে উজ্জ্বল, যা একটি স্বাক্ষর যা আমাদের বর্তমান ত্বরণ সময়কালের অবনমনের সময় থেকে প্রত্যাশিত। 1998 সালে সুপারনোভা ফলাফল প্রকাশের আগে, ইতিমধ্যেই বেশ কয়েকটি প্রমাণ ছিল যা তুলনামূলকভাবে দ্রুততার পথ প্রশস্ত করেছিলসুপারনোভার সাহায্যে মহাবিশ্বের ত্বরণ তত্ত্বের স্বীকৃতি। বিশেষ করে, তাদের মধ্যে তিনটি:
- মহাবিশ্ব প্রাচীনতম নক্ষত্রের চেয়ে কম বয়সে পরিণত হয়েছে। তাদের বিবর্তন ভালভাবে অধ্যয়ন করা হয়েছে, এবং গ্লোবুলার ক্লাস্টারে এবং অন্য কোথাও তাদের পর্যবেক্ষণগুলি দেখায় যে প্রাচীনতম গঠনগুলি 13 বিলিয়ন বছরেরও বেশি পুরানো। আমরা আজ মহাবিশ্বের প্রসারণের হার পরিমাপ করে এবং বিগ ব্যাং-এর সময়কে খুঁজে বের করে এটিকে মহাবিশ্বের বয়সের সাথে তুলনা করতে পারি। যদি মহাবিশ্ব তার বর্তমান গতিতে ধীর হয়ে যায়, তাহলে বয়স তার বর্তমান গতির তুলনায় কম হবে। একটি সমতল, একমাত্র বস্তু-বিশ্বের বয়স প্রায় 9 বিলিয়ন বছর হবে, এটি বিবেচনা করা একটি প্রধান সমস্যা প্রাচীনতম নক্ষত্রের চেয়ে কয়েক বিলিয়ন বছর ছোট। অন্যদিকে, মহাজাগতিক ধ্রুবকের 74% সহ একটি সমতল মহাবিশ্বের বয়স প্রায় 13.7 বিলিয়ন বছর হবে। তাই তিনি বর্তমানে বয়সের প্যারাডক্সের সমাধান ত্বরান্বিত করছেন।
- অনেক দূরবর্তী ছায়াপথ। মহাবিশ্বের সম্প্রসারণের হ্রাস অনুমান করার প্রচেষ্টায় তাদের সংখ্যা ইতিমধ্যেই ব্যাপকভাবে ব্যবহৃত হয়েছে। দুটি রেডশিফ্টের মধ্যে স্থানের পরিমাণ সম্প্রসারণের ইতিহাসের (একটি প্রদত্ত কঠিন কোণের জন্য) উপর নির্ভর করে পৃথক হয়। মহাকাশের আয়তনের পরিমাপ হিসাবে দুটি রেডশিফ্টের মধ্যে ছায়াপথের সংখ্যা ব্যবহার করে, পর্যবেক্ষকরা নির্ধারণ করেছেন যে দূরবর্তী বস্তুগুলি একটি ধীর মহাবিশ্বের পূর্বাভাসের তুলনায় খুব বড় দেখায়। হয় গ্যালাক্সির উজ্জ্বলতা বা প্রতি ইউনিট আয়তনে তাদের সংখ্যা সময়ের সাথে সাথে অপ্রত্যাশিত উপায়ে বিবর্তিত হয়েছে, অথবা আমরা যে আয়তন গণনা করেছি তা ভুল ছিল। ত্বরান্বিত বিষয় হতে পারেগ্যালাক্সি বিবর্তনের কোন অদ্ভুত তত্ত্বকে ট্রিগার না করেই পর্যবেক্ষণ ব্যাখ্যা করবে।
- মহাবিশ্বের পর্যবেক্ষণযোগ্য সমতলতা (অসম্পূর্ণ প্রমাণ থাকা সত্ত্বেও)। মহাজাগতিক মাইক্রোওয়েভ ব্যাকগ্রাউন্ডে (সিএমবি) তাপমাত্রার ওঠানামার পরিমাপ ব্যবহার করে, যেহেতু মহাবিশ্বের বয়স প্রায় 380,000 বছর ছিল, এটি উপসংহারে আসা যেতে পারে যে এটি স্থানিকভাবে কয়েক শতাংশের মধ্যে সমতল। মহাবিশ্বে পদার্থের ঘনত্বের সঠিক পরিমাপের সাথে এই তথ্যগুলিকে একত্রিত করে, এটি স্পষ্ট হয়ে যায় যে এটিতে সমালোচনামূলক ঘনত্বের মাত্র 23% রয়েছে। অনুপস্থিত শক্তি ঘনত্ব ব্যাখ্যা করার একটি উপায় হল মহাজাগতিক ধ্রুবক প্রয়োগ করা। যেহেতু এটি পরিণত হয়েছে, সুপারনোভা ডেটাতে পর্যবেক্ষণ করা ত্বরণ ব্যাখ্যা করার জন্য এটির একটি নির্দিষ্ট পরিমাণ কেবল প্রয়োজনীয়। এটি মহাবিশ্বকে সমতল করার জন্য প্রয়োজনীয় ফ্যাক্টর ছিল। অতএব, মহাজাগতিক ধ্রুবক পদার্থের ঘনত্ব এবং CMB পর্যবেক্ষণের মধ্যে আপাত দ্বন্দ্বের সমাধান করেছে।
বিন্দু কি?
উত্থাপিত প্রশ্নের উত্তর দিতে, নিম্নলিখিত বিবেচনা করুন। আসুন মহাজাগতিক ধ্রুবকের শারীরিক অর্থ ব্যাখ্যা করার চেষ্টা করি।
আমরা GR সমীকরণ-1917 নিই এবং মেট্রিক টেনসর gab বন্ধনীর বাইরে রাখি। অতএব, বন্ধনীর ভিতরে আমাদের এক্সপ্রেশন থাকবে (R/2 - Λ)। R এর মান সূচক ছাড়াই উপস্থাপন করা হয় - এটি স্বাভাবিক, স্কেলার বক্রতা। আপনি যদি আঙ্গুলের উপর ব্যাখ্যা করেন - এটি বৃত্ত/গোলকের ব্যাসার্ধের পারস্পরিক। সমতল স্থান R=0. এর সাথে মিলে যায়
এই ব্যাখ্যায়, Λ এর একটি অ-শূন্য মান মানে আমাদের মহাবিশ্ব বাঁকানিজে থেকে, কোনো মাধ্যাকর্ষণ অনুপস্থিতি সহ। যাইহোক, বেশিরভাগ পদার্থবিজ্ঞানী এটি বিশ্বাস করেন না এবং বিশ্বাস করেন যে পর্যবেক্ষণ করা বক্রতার অবশ্যই কিছু অভ্যন্তরীণ কারণ রয়েছে।
ডার্ক ম্যাটার
এই শব্দটি মহাবিশ্বের অনুমানমূলক বিষয়ের জন্য ব্যবহৃত হয়। এটি স্ট্যান্ডার্ড বিগ ব্যাং মহাজাগতিক মডেলের সাথে অনেক সমস্যা ব্যাখ্যা করার জন্য ডিজাইন করা হয়েছে। জ্যোতির্বিজ্ঞানীরা অনুমান করেছেন যে মহাবিশ্বের প্রায় 25% অন্ধকার পদার্থ দ্বারা গঠিত (সম্ভবত নিউট্রিনো, অক্ষ, বা দুর্বলভাবে ইন্টারঅ্যাক্টিং ম্যাসিভ পার্টিকেলস [WIMPs] এর মতো অমানক কণা থেকে একত্রিত হয়েছে)। এবং তাদের মডেলগুলিতে মহাবিশ্বের 70% আরও অস্পষ্ট অন্ধকার শক্তি নিয়ে গঠিত, যা সাধারণ পদার্থের জন্য মাত্র 5% বাকি রয়েছে৷
সৃষ্টিবাদী সৃষ্টিতত্ত্ব
1915 সালে, আইনস্টাইন তার আপেক্ষিকতার সাধারণ তত্ত্ব প্রকাশের সমস্যার সমাধান করেছিলেন। তিনি দেখিয়েছিলেন যে অস্বাভাবিক অগ্রগতি হল কীভাবে মহাকর্ষ স্থান এবং সময়কে বিকৃত করে এবং গ্রহগুলির গতি নিয়ন্ত্রণ করে যখন তারা বিশেষত বিশাল দেহের কাছাকাছি থাকে, যেখানে স্থানের বক্রতা সবচেয়ে বেশি উচ্চারিত হয়৷
নিউটনিয়ান মাধ্যাকর্ষণ গ্রহের গতির খুব সঠিক বর্ণনা নয়। বিশেষ করে যখন স্থানের বক্রতা ইউক্লিডীয় সমতলতা থেকে দূরে সরে যায়। এবং সাধারণ আপেক্ষিকতা পর্যবেক্ষণ করা আচরণকে প্রায় হুবহু ব্যাখ্যা করে। এইভাবে, অন্ধকার পদার্থ, যা কেউ কেউ বলেছে যে সূর্যের চারপাশে পদার্থের অদৃশ্য বলয়ে ছিল না, বা ভলকান গ্রহেরও অসঙ্গতি ব্যাখ্যা করার প্রয়োজন ছিল না।
সিদ্ধান্ত
প্রথম দিনেমহাজাগতিক ধ্রুবক নগণ্য হবে। পরবর্তী সময়ে, পদার্থের ঘনত্ব মূলত শূন্য হবে এবং মহাবিশ্ব খালি থাকবে। আমরা সেই সংক্ষিপ্ত মহাজাগতিক যুগে বাস করি যখন পদার্থ এবং শূন্যতা উভয়ই তুলনামূলক মাত্রার।
ব্যাপার উপাদানের মধ্যে, দৃশ্যত, ব্যারিয়ন এবং নন-বেরিয়ন উত্স উভয়ের অবদান রয়েছে, উভয়ই তুলনীয় (অন্তত, তাদের অনুপাত সময়ের উপর নির্ভর করে না)। এই তত্ত্বটি তার অস্বাভাবিকতার ওজনের নিচে নড়বড়ে হয়ে যায়, কিন্তু তবুও প্রতিযোগিতার আগে শেষ লাইন অতিক্রম করে, তাই এটি ডেটার সাথে মানানসই।
এই দৃশ্যটি নিশ্চিত করার (বা খণ্ডন) করার পাশাপাশি, আগামী বছরগুলিতে মহাজাগতিক এবং পদার্থবিদদের জন্য প্রধান চ্যালেঞ্জ হবে আমাদের মহাবিশ্বের এই আপাতদৃষ্টিতে অপ্রীতিকর দিকগুলি কেবল আশ্চর্যজনক কাকতালীয় ঘটনা নাকি প্রকৃতপক্ষে মৌলিক কাঠামোকে প্রতিফলিত করে তা বোঝা হবে। এখনো বুঝতে পারিনি।
যদি আমরা ভাগ্যবান হই, এখন যা কিছু অপ্রাকৃতিক মনে হয় তা মৌলিক পদার্থবিজ্ঞানের গভীরতর বোঝার চাবিকাঠি হিসেবে কাজ করবে।
