ಬಿಗ್ ಬ್ಯಾಂಗ್ : ಒಂದು ಸಂಕ್ಷಿಪ್ತ ಅವಲೋಕನ! (11)

ಎಲ್ಲದರ ಸಿದ್ದಾಂತ: Explanatory Notes on Big Bang!

ಬ್ರಹ್ಮಾಂಡದ ವಿಕಾಸವನ್ನು ಪ್ರಾಯೋಗಿಕ ಪುರಾವೆಗಳಿಂದ ಬೆಂಬಲಿತ ಅತ್ಯಂತ ಸ್ವೀಕೃತ ಸಿದ್ಧಾಂತವೆಂದರೆ ಐನ್‌ಸ್ಟೈನ್‌ನ General Theory of Relativityಯ ಆಧಾರದ ಮೇಲೆ ಬೆಲ್ಜಿಯಂ ಖಗೋಳಶಾಸ್ತ್ರಜ್ಞ Le Maitre ಪ್ರಸ್ತಾಪಿಸಿದ ಬಿಗ್ ಬ್ಯಾಂಗ್ (Big Bang). ಸಿದ್ಧಾಂತದ ಪ್ರಕಾರ, ಬ್ರಹ್ಮಾಂಡವು ಸುಮಾರು 13.7 ಶತಕೋಟಿ ವರ್ಷಗಳ ಹಿಂದೆ ಸಂಭವಿಸಿದ ಬೃಹತ್ ಸ್ಫೋಟದಲ್ಲಿ ಬ್ರಹ್ಮಾಂಡವು ವಿಕಾಸನಗೊಳ್ಳಲು ಪ್ರಾರಂಭಗೊಂಡಿತು; ಇದನ್ನು ಬ್ರಹ್ಮಾಂಡದ ವಯಸ್ಸೆಂದು ಪರಿಗಣಿಸಲಾಗಿದೆ.

ಬ್ರಹ್ಮಾಂಡವು ಬಾಹ್ಯಾಕಾಶದಲ್ಲಿ ಒಂದಿಕೆ (Singularity)ಯಿಂದ ಪ್ರಾರಂಭಗೊಂಡಬಹುದು ಎಂದು ಊಹಿಸಲಾಗಿದೆ. ಒಂದಿಕೆಯು ಪ್ರಸ್ತುತ ಬ್ರಹ್ಮಾಂಡದ ಎಲ್ಲ ಕಣ (Particle) ಮತ್ತು ವಿಕಿರಣಗಳ ಕೇಂದ್ರೀಕೃತವಾಗಿದೆ- ಶಕ್ತಿ (Energy) ಯ ಸಾಂದ್ರತೆಯು ಅನಂತವಾಗಿದ್ದು, ತಾಪಮಾನ ಮತ್ತು ದ್ರವ್ಯ ಸಾಂದ್ರತೆಯೂ ಸಹ ಅಗಣಿತವಾಗಿದೆ. Singularity ಬಹುಶಃ ಸ್ಫೋಟಗೊಂಡು ಮತ್ತು ಕಣಗಳು ಸರಿಸಮವಾಗಿ ಎಲ್ಲಾ ದಿಕ್ಕುಗಳಲ್ಲಿಯೂ ಹರಡಲು ಪ್ರಾರಂಭಗೊಂಡಿತು.

ಗುರುತ್ವಾಕರ್ಷಣೆಯ ಕ್ವಾಂಟಮ್ ಮೆಕ್ಯಾನಿಕಲ್ ಸಿದ್ಧಾಂತದ (Quantum Mechanical Theory of Gravitation) ಅನುಪಸ್ಥಿತಿಯಲ್ಲಿ, ಆಧುನಿಕ ವಿಜ್ಞಾನ 10^-43 ಸೆಕೆಂಡುಗಳ ಕಾಲಾವಧಿಯಲ್ಲಿ ಏನಾಗಿರಬಹುದು ಎಂದು ಹೇಳುವ ಸ್ಥಿತಿಯಲ್ಲಿಲ್ಲ. ಇದು ನಿಜವಾಗಿಯೂ ಬ್ರಹ್ಮಾಂಡದ ಕರಾಳ ಅವಧಿ ಎಂದು ಖಗೋಳಶಾಸ್ತ್ರಜ್ಞರು ಪ್ರತಿಪಾದಿಸುತ್ತಿದ್ದಾರೆ. ಆ ಯುಗದಲ್ಲಿ ಬ್ರಹ್ಮಾಂಡದ ವಿಕಾಸವನ್ನು ವಿವರಿಸಲು ಪ್ರಸ್ತುತ ಜ್ಞಾನವು ಸಾಕಾಗುವುದಿಲ್ಲ.

10^-43 ರಿಂದ 10^-35 ಸೆಕೆಂಡುಗಳವರೆಗೆ, ಬ್ರಹ್ಮಾಂಡದ ಶಕ್ತಿಯು 10^28 eV ಯಿಂದ 10^23 eV ಗೆ ಇಳಿಯಲಾಗಿತ್ತು. ಆರಂಭಿಕ ಹಂತದಲ್ಲಿ ಬ್ರಹ್ಮಾಂಡದ ಉಷ್ಣತೆಯು 10^24K ಆಗಿತ್ತು! ಈ ಶಕ್ತಿಯ ಶ್ರೇಣಿಯಲ್ಲಿ ಬಲವಾದ ವಿದ್ಯುತ್ಕಾಂತೀಯ (Electromagnetic) ಮತ್ತು ದುರ್ಬಲ ಪರಸ್ಪರ ಕ್ರಿಯೆಗಳನ್ನು (Weak Interaction Force) ಒಂದೇ ಸಂವಾದದಲ್ಲಿ ವಿಲೀನಗೊಳಿಸಲಾಯಿತು. X Bosons ಎಂದು ಕರೆಯಲ್ಪಡುವ ಅತ್ಯಂತ ಭಾರವಾದ ಕ್ಷೇತ್ರ ಕಣ (Field Particles) ಗಳಿಂದ ಮಧ್ಯಸ್ಥಿಕೆ ಈ ಏಕೈಕ ಸಂವಹನ ವಹಿಸಿತ್ತು. ಯಾವುದೇ ಇತರ ಕಣಗಳು ಮತ್ತು ಕ್ವಾರ್ಕ್‌ Quarkಗಳಂತಹ ಉಪ ಕಣಗಳ ರಚನೆಗಳೂ ಇರಲಿಲ್ಲ. ಅವರು ಇನ್ನೂ ವಿಕಸನಗೊಳ್ಳಬೇಕಿತ್ತು.

ಸುಮಾರು 10^-35 ಸೆಕೆಂಡುಗಳಲ್ಲಿ ಶಕ್ತಿಯು ಬಹಳ ಕಡಿಮೆಯಾಯಿತು, ಇದರಿಂದಾಗಿ ಬಲವಾದ ಪರಸ್ಪರ ಕ್ರಿಯೆಯು ಎಲೆಕ್ಟ್ರೋ ದುರ್ಬಲ ಪರಸ್ಪರ Electro Weak Interaction ಕ್ರಿಯೆಯಿಂದ ಬೇರ್ಪಟ್ಟಿತು. ಈ ಸಮಯದಲ್ಲಿ ಬ್ರಹ್ಮಾಂಡವು ಕೇವಲ ಒಂದು ಮಿಲಿಮೀಟರ್ ಅಡ್ಡವಾಗಿತ್ತು! ಈ ಸಣ್ಣ ಬ್ರಹ್ಮಾಂಡದಲ್ಲಿ ಕ್ವಾರ್ಕ್‌ Quarkಗಳು ಮತ್ತು ಲೆಪ್ಟಾನ್‌ Leptonಗಳು ಕಾಣಿಸಿಕೊಳ್ಳಲು ಪ್ರಾರಂಭಗೊಂಡವು.

10^-35 ರಿಂದ 10^-10 ಸೆಕೆಂಡುಗಳವರೆಗೆ, ಬ್ರಹ್ಮಾಂಡವು ಕ್ವಾರ್ಕ್ಸ್ ಮತ್ತು ಲೆಪ್ಟಾನ್ ಗಳ ಅತ್ಯಂತ ದಟ್ಟವಾದ ಸೂಪ್ಅನ್ನು ಒಳಗೊಂಡಿತ್ತು. ಅವರ ನಡವಳಿಕೆಯನ್ನು ಬಲವಾದ, ಎಲೆಕ್ಟ್ರೋವೀಕ್ ElectroWeak ಮತ್ತು ಗುರುತ್ವಾಕರ್ಷಣೆ Gravitationalಯ ಪರಸ್ಪರ ಕ್ರಿಯೆಗಳಿಂದ ನಿಯಂತ್ರಿಸಲಾಗಿತ್ತು.

ಸರಿಸುಮಾರು 10^-10 ಸೆಕೆಂಡುಗಳಲ್ಲಿ, ಬ್ರಹ್ಮಾಂಡದ ತಾಪಮಾನವು ಸುಮಾರು 10^8 ಕೆಲ್ವಿನ್ ಆಗಿತ್ತು - ಅದರ ಉಷ್ಣತೆ ಆರಂಭಿಕ ಹಂತಕ್ಕೆ ಹೋಲಿಸಿದರೆ ನಿಜವಾಗಿಯೂ ಬಹಳ ತಂಪಾಗಿತ್ತು! ಶಕ್ತಿಯು ಸಾಕಷ್ಟಿಲ್ಲದ ಕಾರಣ ಎಲೆಕ್ಟ್ರೋವೀಕ್ ಕ್ಷೇತ್ರದ ಕಣಗಳ ಸೃಷ್ಟಿ ನಿಂತುಹೋಯಿತು.

ಎಲ್ಲೋ ಸುಮಾರು 10^-6 ಸೆಕೆಂಡುಗಳಲ್ಲಿ, ಕ್ವಾರ್ಕ್‌ಗಳು ಪ್ರೋಟಾನ್‌ Protonಗಳು ಮತ್ತು ನ್ಯೂಟ್ರಾನ್‌ Neutron ಗಳಂತಹ ಹ್ಯಾಡ್ರಾನ್‌ Hadronಗಳಾಗಿ ಘನೀಕರಿಸಲ್ಪಟ್ಟವು. ಸುಮಾರು 1 ಸೆಕೆಂಡುಗಳಲ್ಲಿ, ಬ್ರಹ್ಮಾಂಡದ ತಾಪಮಾನವು ಸುಮಾರು 10,000 ಕೆಲ್ವಿನ್ ಆಗಿತ್ತು. ಬ್ರಹ್ಮಾಂಡದ ಉಷ್ಣತೆಯು ಪರಮಾಣು ಪ್ರತಿಕ್ರಿಯೆಗಳನ್ನು ಉಂಟುಮಾಡಲು ಸಾಕಾಗಿತ್ತು - ಪ್ರೋಟಾನ್ ಗಳು, ನ್ಯೂಟ್ರಾನ್ ಗಳು ಮತ್ತು ಇತರ ಹ್ಯಾಡ್ರಾನ್ ಗಳ ಪರಸ್ಪರ ಕ್ರಿಯೆಗಳು ಪ್ರಾರಂಭಗೊಂಡವು. ಪ್ರೋಟಾನುಗಳು ಮತ್ತು ನ್ಯೂಟ್ರಾನ್‌ಗಳು ಸೇರಿಕೊಂಡು ಆಲ್ಫಾ (Alpha) ಕಣಗಳನ್ನು ರೂಪಿಸುತ್ತಲ್ಲದೆ, ಅದು ಹೀಲಿಯಂ ನ್ಯೂಕ್ಲಿಯಸ್‌ Helium Nucleasಗಳಲ್ಲದೆ ಬೇರೇನೂ ಆಗಿರಲಿಲ್ಲ. ಆದರೆ ಬಿಗ್ ಬ್ಯಾಂಗ್ ನಂತರ ಸುಮಾರು 5 ನಿಮಿಷಗಳ ನಂತರ, ಬ್ರಹ್ಮಾಂಡದ ತಾಪಮಾನವು ಎಷ್ಟರ ಮಟ್ಟಿಗೆ ಕುಸಿಯಿತು ಅಂದರೆ, ನ್ಯೂಕ್ಲಿಯರ್ ಪ್ರತಿಕ್ರಿಯೆಯು ಆಲ್ಫಾ ಕಣಗಳನ್ನು ರೂಪಿಸಲು ಶಕ್ತಿಯು ಸಾಕಾಗಿರಲಿಲ್ಲ. ಸಿದ್ಧಾಂತವು ಪ್ರೋಟಾನ್ ಮತ್ತು ಆಲ್ಫಾ ಕಣಗಳ ಅನುಪಾತವು 3: 1 ಆಗಿರಬೇಕು ಎಂದು ಊಹಿಸುತ್ತದೆ. ವಾಸ್ತವವಾಗಿ ಪ್ರಯೋಗಗಳು ಬಿಗ್ ಬ್ಯಾಂಗ್ ಸಿದ್ಧಾಂತಕ್ಕೆ ಸಾಕ್ಷಿಯಾಗಿರುವ ಅದೇ ಅನುಪಾತವನ್ನು ಸೂಚಿಸುತ್ತವೆ.

ಬಿಗ್ ಬ್ಯಾಂಗ್ ತಾಪಮಾನವು 13.6 eV ಗಿಂತ ಕಡಿಮೆಯಾದ ನಂತರ 5 ನಿಮಿಷದಿಂದ 100,000 ವರ್ಷಗಳವರೆಗೆ ಹೈಡ್ರೋಜನ್ ನ Ionization Energy ಸಹ ಇಳಿಯಿತು. ಆದ್ದರಿಂದ ಸ್ಥಿರವಾದ ಹೈಡ್ರೋಜನ್ ಪರಮಾಣುಗಳು ವಿಶ್ವವನ್ನು ರೂಪಿಸಲು ಪ್ರಾರಂಭಗೊಂಡವು. ಈ ಸಮಯದಿಂದ ಫೋಟಾನ್ ಗಳು ವಿಶ್ವದಲ್ಲಿ ಪ್ರಯಾಣಿಸಲು ಪ್ರಾರಂಭಗೊಂಡವು ಮತ್ತು ಬ್ರಹ್ಮಾಂಡವು ನಿಜವಾಗಿಯೂ ಪಾರದರ್ಶಕವಾಯಿತು. 10^10 ಸೆಕೆಂಡುಗಳಿಂದ 10^20 ಸೆಕೆಂಡುಗಳವರೆಗೆ ನಕ್ಷತ್ರಪುಂಜಗಳು, ನಕ್ಷತ್ರಗಳು, ದೊಡ್ಡ ಪ್ರಮಾಣದ ರಚನೆಗಳನ್ನು ರಚಿಸಲಾರಂಭಗೊಂಡವು; ಹೀಗೆ ನಾವು ವಾಸಿಸುವ ಸುಂದರ ಬ್ರಹ್ಮಾಂಡವು ಸೃಷ್ಟಿಯಾಯಿತು.

ಜಾರ್ಜ್ ಗಾಮೊವ್ (George Gamow), ಅಮೇರಿಕನ್ ಭೌತವಿಜ್ಞಾನಿ, (1940) ಬಿಗ್ ಬ್ಯಾಂಗ್ ನಂತರ ಹೊರಬಂದ ವಿಕಿರಣವು ನಂತರ ಬ್ರಹ್ಮಾಂಡದಲ್ಲಿ ಹರಡುತ್ತಲೇ ಇದೆ - ಒಮ್ಮೆ ಬೆಲ್ ಬಾರಿಸಿದಾಗ ಧ್ವನಿಯ ನಿರಂತರತೆಯಂತೆ ಪ್ರತಿಧ್ವನಿಸುತ್ತದೆ. ಬ್ರಹ್ಮಾಂಡವು ವಿಸ್ತರಿಸುತ್ತಲೇ ಹೋಯಿತು ಮತ್ತು ವಿಕಿರಣವು ಡಾಪ್ಲರ್‌ (Doppler Effect) ಎಫೆಕ್ಟ್ ಗೆ ಒಳಪಟ್ಟು ದೀರ್ಘ ತರಂಗಾಂತರಗಳಿಗೆ ಬದಲಾಗುತ್ತದೆ. ಆದುದರಿಂದ, ಇಂದಿನ ವೀಕ್ಷಕರಿಗೆ ಎಲ್ಲಾ ದಿಕ್ಕುಗಳಿಂದ ಸಮಾನವಾಗಿ ಮತ್ತು ಬಲವಾಗಿ ಬರುವ ವಿಕಿರಣಗಳನ್ನು ಪತ್ತೆಹಚ್ಚಲು ಸಾಧ್ಯವಾಯಿತು.

ಸಿದ್ಧಾಂತವನ್ನು ಪರೀಕ್ಷಿಸಲು ನಾವು ಪ್ರಯೋಗಾಲಯದಲ್ಲಿ ಬ್ರಹ್ಮಾಂಡದ ಆರಂಭಿಕ ಹಂತಗಳನ್ನು ರಚಿಸಲು ಸಾಧ್ಯವಿಲ್ಲ. ಆದರೆ, ಕಾಸ್ಮಿಕ್ ಮೈಕ್ರೋ ತರಂಗಾಂತರ Cosmic Microwaveದ ಹಿನ್ನೆಲೆ ವಿಕಿರಣವನ್ನು ಪತ್ತೆಹಚ್ಚಲು ಸಾಧ್ಯವಾದರೆ ಅದು ಸ್ವತಃ ಬಿಗ್ ಬ್ಯಾಂಗ್ ಸಿದ್ಧಾಂತಕ್ಕೆ ಪ್ರಾಯೋಗಿಕ ಬೆಂಬಲವಾಗಿದೆ. ಅಂತಹ ಪುರಾವೆಗಳನ್ನು ಪೆನ್ಜಿಯಾಸ್-ವಿಲ್ಸನ್ ಪ್ರಯೋಗದಿಂದ ಒದಗಿಸಲಾಗಿದೆ.

(Penzias-Wilson ಪ್ರಯೋಗದ ಕುರಿತು ಕುತೂಹಲಕರವಾದ ಘಟನೆಯೊಂದು ಮುಂದಿನ ಲೇಖನದಲ್ಲಿ ಮೂಡಿಬರಲಿದೆ!!!)

-ಶಿಕ್ರಾನ್ ಶರ್ಫುದ್ದೀನ್ ಎಂ, ಮಂಗಳೂರು.

ಚಿತ್ರ ಕೃಪೆ: ಇಂಟರ್ನೆಟ್ ತಾಣ