Monday, March 31, 2014

મળી ગયું છે : બ્રહ્માંડનું ‘ગ્રોથ સર્ટિફિકેટ’

૧૩.૮ અબજ વર્ષ પહેલાં ‘બિગ બેન્ગ’ તરીકે ઓળખાતા મહાવિસ્ફોટથી બ્રહ્માંડ ઉદ્‌ભવ્યું અને લગભગ તરત જ પ્રચંડ ઝડપે વિસ્તર્યું. ચોક્કસ રીતે થયેલો તેનો વિસ્તાર (ઇન્ફ્‌લેશન) અત્યાર લગી થિયરી અને અટકળોનો વિષય હતો, પણ પહેલી વાર બ્રહ્માંડના ‘ઇન્ફ્‌લેશન’ના આડકતરા છતાં આધારભૂત પુરાવા મળ્યા છે. નૉબેલ પારિતોષિકને લાયક કહેવાય એવી આ શોધ ભૌતિકશાસ્ત્ર અને ખગોળ ક્ષેત્રે મોટું સીમાચિહ્ન બને એવી છે.

પહેલાં એક સ્પષ્ટતા : વાત બ્રહ્માંડની છે. એટલે ‘એ બઘું વિજ્ઞાનવાળા જાણે. એમાં આપણે શું?’ એવું ધારી લેવાની જરૂર નથી. વિજ્ઞાનમાં રસ ન પડતો હોય તો પણ, ૧૩.૮ અબજ વર્ષ પહેલાં બનેલી કોઇ ઘટનાનો પુરાવો મળી આવે, એ વાત જ રોમાંચ પ્રેરે એવી નથી?

મથાળામાં વાપરેલો ‘ગ્રોથ સર્ટિફિકેટ’ જેવો પ્રયોગ અતિસરળીકરણ જેવો લાગી શકે, પણ એ સહેતુક વાપર્યો છે. કારણ કે બ્રહ્માંડના જન્મ પછી તરત શું થયું, તેના વિશેનો મજબૂત પુરાવો મળ્યો છે. હકીકતમાં, મળ્યો નથી, શોધી કાઢવામાં આવ્યો છે.

પુરાવો શો છે, એની વિગતમાં ઉતરતાં પહેલાં બ્રહ્માંડના ‘બાળપણ’ વિશે અછડતી જાણકારી મેળવી લઇએ. વિજ્ઞાનીઓ માને છે કે ૧૩.૮ અબજ પહેલાં એક મહાવિસ્ફોટના પરિણામે બ્રહ્માંડ અસ્તિત્ત્વમાં આવ્યું. વિસ્ફોટ પછી તરત જ - વૈજ્ઞાનિક ચોક્સાઇથી કહીએ તો, ૧ સેકન્ડના ૧ની ઉપર ૩૭ મીંડાં થાય એટલામા ભાગમાં-  બ્રહ્માંડ વિસ્તર્યું. જાણે કે એક વિરાટ કદના ચીમળાયેલા ફુગ્ગામાં ઝંઝાવાત ભરાયો ને એ તત્કાળ ફુલ્યો-વિસ્તર્યો. આવી શક્તિશાળી પ્રક્રિયાના પરિણામે ‘ગ્રેવિટેશનલ વેવ્ઝ’ / Gravitational Wavesતરીકે ઓળખાતાં મોજાં (તરંગો) પેદા થયાં.

ત્યારથી અત્યાર સુધી, બ્રહ્માંડમાં મોટી ઉથલપાથલો થાય ત્યારે ગ્રેવિટેશન વેવ્ઝ સર્જાય છે. જેમ કે, બે બ્લેકહોલ ટકરાય અને એકબીજામાં ભળી જાય ત્યારે ખેલાતા તાંડવમાંથી ગ્રેવિટેશનલ વેવ્ઝ ઉદ્‌ભવે છે. આ મોજાં (તરંગો) બ્રહ્માંડમાં આગળ વધે તેમ એ સ્પેસને વારાફરતી ઉપર-નીચે અને ડાબે-જમણેથી સંકોચતાં-વિસ્તારતાં રહે છે. (જુઓ આકૃતિ)
ગ્રેવિટેશનલ વેવ્ઝથી થતું સ્પેસનું સંકોચન-વિસ્તરણ
ગ્રેવિટેશનલ વેવ્ઝની હાજરી પારખવા માટે અનેક પ્રયોગ થયા છે અને થાય છે. તેમનું અસ્તિત્ત્વ સાબીત કરી શકાય તો આઇન્સ્ટાઇનની ‘જનરલ થિયરી ઑફ રિલેટીવિટી’ને ખરાઇનું વઘુ એક પ્રમાણપત્ર મળે. કારણ કે આઇન્સ્ટાઇને સમજાવેલી બ્રહ્માંડની રચનાનો પુરાવો તેમાંથી મળે છે.

આઇન્સ્ટાઇને કરેલી બ્રહ્માંડની કલ્પના સમજવા માટે સરળતા ખાતર (પાણી શોષતી) વાદળીની ઉપમા લઇ શકાય. નરમ-સ્થિતિસ્થાપક વાદળીનો એક મોટો ટુકડો કલ્પી જુઓ. હવે આ વાદળી પર જુદી જુદી જગ્યાએ, લોખંડની વજનદાર લખોટીઓ મૂકવામાં આવે તો શું થાય? લખોટીના વજનથી ગાદીમાં ખાડો સર્જાય અને લખોટી વાદળીની સપાટી પર રહેવાને બદલે, તેના વજનથી રચાયેલા ‘ગોબા’માં જતી રહે. આઇન્સ્ટાઇનના મતે બ્રહ્માંડનું પોત આવું છે. તેની ‘વાદળી’માં ગ્રહો-તારા અને બીજા અવકાશી પદાર્થોની ‘લખોટીઓ’ પોતપોતાના વજન પ્રમાણે નાના-મોટા ગોબા પાડે છે. આવી ‘ગોબાચારી’ના પરિણામે ગ્રેવિટેશનલ વેવ્ઝ તરીકે ઓળખાતા તરંગો પેદા થાય છે, જે બ્રહ્માંડમાં દૂર સુધી વિસ્તરે છે.

સ્વાભાવિક છે કે અદૃશ્ય ‘ગ્રેવિટેશનલ વેવ્ઝ’ને દરિયાનાં મોજાંની જેમ તો જોઇ શકાય નહીં. તેમનો પતો મેળવવા માટે ઊંધેથી વિચારવું પડે કે આવા તરંગો પોતાની અસર ક્યાં પાડતાં હશે? જેમ પૃથ્વીના પેટાળમાં ફેલાતાં સેસ્મિક તરંગો નરી આંખે જોઇ શકાતાં નથી, પણ સિસ્મોગ્રાફ પર તેનાં સ્પંદન ઝીલાય છે. એવું શું ‘ગ્રેવિટેશનલ વેવ્ઝ’ની હાજરી પારખવા માટે થઇ શકે?  આ તંરગોનો પતો મેળવવા માટે અત્યાર સુધી અનેક પ્રયોગ થયા છે અને થઇ રહ્યા છે, પરંતુ અત્યારે જે શોધની વાત કરવાની છે, એ તો બ્રહ્માંડનાં ‘પહેલી બેચનાં’ ગ્રેવિટેશનલ વેવ્ઝની છે- એ તરંગોની, જે મહાવિસ્ફોટ પછી બ્રહ્માંડના ઓચિંતા વિસ્તાર વખતે પેદાં થયાં.

૧૩.૮ અબજ વર્ષ પહેલાં પેદા થયેલાં ગ્રેવિટેશનલ વેવ્ઝને શી રીતે શોધવાં? તેમની હાજરી ક્યાં નોંધાયેલી હોય? સંશોધકોનું અનુમાન હતું કે ‘બિગ બેન્ગ’ના પરિણામે બ્રહ્માંડ તો અસ્તિત્ત્વમાં આવ્યું, સાથોસાથ થર્મલ રેડિએશનનો થોડોઘણો ‘ભંગાર’ બાકી રહ્યો. વિજ્ઞાનની પરિભાષામાં તેને ‘કૉસ્મિક માઇક્રોવેવ બેકગ્રાઉન્ડ’ (CMB) કહેવામાં આવે છે.  આ ‘ભંગાર’માં ચોક્કસપણે એ વખતે પેદા થયેલાં ગ્રેવિટેશનલ વેવ્ઝની અસર ઝીલાઇ હોય.  આઇન્સ્ટાઇનની થિયરી પ્રમાણે, બ્રહ્માંડ જો વાદળી જેવું બન્યું હોય તો, ગ્રેવિટેશનલ વેવ્ઝની અસરથી ‘કૉસ્મિક માઇક્રોવેવ બેકગ્રાઉન્ડ’માં ચોક્કસ પ્રકારનો મરોડ પેદા થયો હોવો જોઇએ. દરિયાનાં મોજાં કિનારે આવ્યા પછી ઓસરી જાય, ત્યારે કિનારાની રેતી પર ચોક્કસ પ્રકારની ભાત આંકતાં જાય છે. કંઇક એવી જ રીતે ‘કૉસ્મિક માઇક્રોવેવ બેકગ્રાઉન્ડ’ની ‘રેતી’માં ગ્રેવિટેશનલ વેવ્ઝની ભાત અંકાયેલી હોવી જોઇએ.

આ તો થઇ થિયરી, પણ આવાં અદૃશ્ય મોજાંના અસ્તિત્ત્વની ભાળ શી રીતે મેળવવી? તેના માટે વર્ષ ૨૦૦૬માં દક્ષિણ ધ્રુવ  પર એક માઇક્રોવેવ પોલરીમીટર મૂકવામાં આવ્યું. તેનું ટૂંકું નામ હતું :  BICEP -1. (આખું નામ : બેકગ્રાઉન્ડ ઇમેજિંગ ઑફ કોસ્મિક એક્સ્ટ્રાગેલેટિક પોલરાઇઝેશન.) તેનું મુખ્ય કામ જ કોસ્મિક માઇક્રોવેવ બેકગ્રાઉન્ડની ‘રેતી’માં ગ્રેવિટેશનલ વેવ્ઝથી પેદા થયેલો મરોડ શોધવાનું હતું. એ મરોડને વિજ્ઞાનની પરિભાષામાં ‘બી-મોડ’ કહેવામાં આવે છે.

દક્ષિણ ધ્રુવ પર ‘બાઇસેપ-૨’  

બે વર્ષ (૨૦૦૬-૦૮) સુધી દક્ષિણ ધ્રુવના ચોખ્ખા (ભેજ વગરના) વાતાવરણમાં મરોડની તલાશ ચાલી, પણ ‘બાઇસેપ-૧’ ટેક્‌નોલોજીની દૃષ્ટિએ નબળું પુરવાર થયું. તેના પગલે ૨૦૧૦માં ‘બાઇસેપ-૨’ એ જ જગ્યાએ મૂકવામાં આવ્યું. તેનું કામ ૨૦૧૨માં પૂરું થયું. ત્યારથી અત્યાર લગી પરિણામોની ચકાસણી કર્યા પછી સંશોધકોએ જાહેર કર્યું છે કે તેમને જે મરોડ (બી-મોડ)ની તલાશ હતી, એની હાજરી મળી આવી છે. બિગ બેન્ગના ૩ લાખ ૮૦ હજાર વર્ષ પછીના કોસ્મિક માઇક્રોવેવ બેકગ્રાઉન્ડમાંથી સાવ શરૂઆતી ગ્રેવિટેશનલ વેવ્ઝની અસર જેવો મરોડ મળવાથી સંશોધકો રોમાંચિત થઇ ઉઠ્યા છે. (ભૂકંપની અસરને કારણે તત્કાળ નષ્ટ થયેલી વસ્તુ ભૂકંપનાં દસ-વીસ વર્ષ પછી એ જ અવસ્થામાં મળી આવે, એવી આ વાત છે.)
આરંભિક ગ્રેવિટેશનલ વેવ્ઝનો ‘મરોડ’દાર પુરાવો

મરોડની ભાતનો અભ્યાસ કર્યા પછી સંશોધકોને એ પણ જાણવા મળ્યું છે કે ગ્રેવિટેશનલ વેવ્ઝ પહેલી વાર સર્જાયાં ત્યારે બ્રહ્માંડની ઉંમર ૧ સેકન્ડના પણ ૧ની ઉપર ૩૭ મીંડા લાગે એટલા ભાગ જેટલી હતી અને તે ૧ની ઉપર ૧૭ મીંડાં લાગે એટલા ગીગા ઇલેક્ટ્રિક વોલ્ટની ઊર્જાથી ઠાંસોઠાંસ ભરેલું હતું. ઊર્જાનો આ આંકડો વિશેષ મહત્ત્વ ધરાવે છે. કારણ કે સંશોધકો માને છે કે બ્રહ્માંડનાં ત્રણ મૂળભૂત બળ- સ્ટ્રોંગ ફોર્સ, વીક ફોર્સ અને ઇલેક્ટ્રોમેગ્નેટિક ફોર્સ- ઊર્જાના આ સ્તરે અલગ અલગ મટીને એક બની જાય છે. બીજા શબ્દોમાં કહીએ તો, જેમની ભાળ (મરોડ સ્વરૂપે) મળી આવી એ ગ્રેવિટેશનલ વેવ્ઝ ત્યારનાં છે, જ્યારે બ્રહ્માંડના સર્જન પછી ત્રણ મૂળભૂત ફોર્સ અલગ પડ્યા.

આ શોધ જાહેર થઇ ચૂકી હોવા છતાં, તેની પર હજુ ખરાઇનું આખરી મત્તું વાગવાનું બાકી છે. એ થઇ જાય તો પછી ભૌતિકશાસ્ત્ર અને ખગોળશાસ્ત્રમાં ઘણાં જૂનાં સંશોધનો (જેમ કે ઇન્ફ્‌લેશનનાં બીજાં મોડેલ)ના દરવાજા બંધ થશે અને બીજા અનેક નવા દરવાજા ખુલી જશે. નોબેલ પારિતોષિક તો તેની સરખામણીમાં આડપેદાશ જેવું લાગશે. 

7 comments:

  1. Gujarat Education board should take some inspiration from your language and style of writing.SO they can apply in textbook for science and other sub. this is damn good informative article with such an ease that..........shira ni mafak gale utari gayo Rajesh Makvana Nadiad

    ReplyDelete
    Replies
    1. You stole my words, I agree! And Urvishbhai will always give its credit to Safari.

      Delete
  2. Superb article, very informative and easy to digest like safari magazine.

    ReplyDelete
  3. ભાઇ તક્ષ અને રાજેશ, તમને આવું લાગ્યું હોય તો એનું મોટું શ્રેય 'સ્કોપ' અને 'સફારી' સામયિકે ઊભી કરેલી 'સ્કૂલ'ને જાય છે, જેનો હું વિદ્યાર્થી છું. નગેન્દ્રભાઇ એ સ્કૂલના મહાઆચાર્ય છે.

    ReplyDelete
    Replies
    1. Salute to Nagendrabhai and your modesty .
      BTW thanks for the article.

      Delete
  4. ચિરાગ શાહ11:31:00 PM

    વાંચતાંજ સ્કોપ અને સફારી ના દિવસો યાદ આવી ગયા

    ReplyDelete