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स्पेस-टाइम न्यूजलेटर में खोया: क्या एक मुड़ ब्रह्मांड ब्रह्मांड विज्ञान को बचाएगा?


अल्बर्ट आइंस्टीन का सापेक्षता का सामान्य सिद्धांत “होना नहीं था”

नमस्ते, और नवंबर के लॉस्ट इन स्पेस-टाइम में आपका स्वागत है, मासिक भौतिक विज्ञान समाचार पत्र जो ब्रह्मांड के ताने-बाने को अनपिक करता है और इसे थोड़ा अलग तरीके से एक साथ वापस सिलाई करने का प्रयास करता है। यह मुफ़्त, मासिक न्यूज़लेटर अपने इनबॉक्स में प्राप्त करने के लिए, पंजी यहॉ करे.

आइंस्टीन का भूला हुआ मुड़ ब्रह्मांड

इस तथ्य के बारे में एक तरह की अनिवार्यता है कि, यदि आप मौलिक भौतिकी के बारे में एक नियमित समाचार पत्र लिखते हैं, तो आप नियमित रूप से खुद को इसके बारे में धमाकेदार पाएंगे। अल्बर्ट आइंस्टीन. जितना काम नौकरी के साथ आता है, मैं इसके लिए कोई माफी भी नहीं मांगता: वह न केवल मौलिक भौतिकी के इतिहास में, बल्कि आम तौर पर विज्ञान के इतिहास में एक महान व्यक्ति हैं।

एक बात जो विज्ञान के इतिहासकार कभी-कभी उसकी सबसे बड़ी उपलब्धि के बारे में बताते हैं, सापेक्षता का सामान्य सिद्धांत, यह है कि, काफी विशिष्ट रूप से, यह एक ऐसा सिद्धांत था जिसका होना आवश्यक नहीं था। जब आप चार्ल्स डार्विन जैसी किसी चीज़ की उत्पत्ति को देखते हैं प्राकृतिक चयन द्वारा विकासवाद का सिद्धांत, उदाहरण के लिए – उसकी मजिस्ट्रियल उपलब्धि को किसी भी तरह से कम नहीं करने के लिए – आप पाएंगे कि अन्य लोग इसी तरह के विचारों के इर्द-गिर्द खरोंच कर रहे थे अन्य खोजों के साथ-साथ बढ़ते जीवाश्म रिकॉर्ड की प्रतिक्रिया के रूप में कुछ समय के लिए प्रजातियों की उत्पत्ति और परिवर्तन के आसपास।

यहां तक ​​कि आइंस्टीन के विशेष सापेक्षता, सामान्य सापेक्षता के अग्रदूत, जिसने पहली बार अंतरिक्ष और समय के युद्ध के विचार को पेश किया, एक स्पष्ट आवश्यकता का जवाब दिया (पहले जेम्स क्लर्क मैक्सवेल के नियमों के आगमन के साथ स्पष्ट रूप से पहचाना गया) विद्युत 1860 के दशक में) यह समझाने के लिए कि प्रकाश की गति एक पूर्ण स्थिर क्यों प्रतीत होती है।

जब आइंस्टीन 1915 में दुनिया के लिए सामान्य सापेक्षता प्रस्तुत की, ऐसा कुछ नहीं था। हमारे पास गुरुत्वाकर्षण का एक अच्छा कार्य सिद्धांत था, जिसे द्वारा विकसित किया गया था आइजैक न्यूटन दो शताब्दी से अधिक पहले। सच है, इसमें एक छोटी सी समस्या थी कि यह बुध की कक्षा में कुछ छोटे-छोटे झटकों की व्याख्या नहीं कर सका, लेकिन वे उस आकार के नहीं थे जो हमें अपनी पूरी समझ को फाड़ने की मांग करते थे। अंतरिक्ष समय, पदार्थ और उनके बीच संबंध। लेकिन व्यापक ब्रह्मांड के बारे में आज हम जो कुछ भी जानते हैं (और नहीं जानते) बहुत कुछ सामान्य सापेक्षता से उपजा है: विस्तारित बिग बैंग ब्रह्मांड और ब्रह्मांड विज्ञान का मानक मॉडल, डार्क मैटर और ऊर्जा, ब्लैक होल, गुरुत्वाकर्षण तरंगें, आप इसे नाम दें।

तो मैं इस बारे में क्यों धमाका कर रहा हूँ? मुख्य रूप से, लड़के, क्या हमें अब ब्रह्मांड विज्ञान में एक नए विचार की आवश्यकता है – और इतिहास के एक अजीब मोड़ में, यह सिर्फ आइंस्टीन हो सकता है जो इसकी आपूर्ति करता है। मैं एक के बारे में बात कर रहा हूँ पिछले महीने पत्रिका में खगोल भौतिकीविद् पॉल एम. सटर द्वारा दिलचस्प विशेषता . यह शायद सामान्य सापेक्षता की सबसे बड़ी (कथित, कम से कम) कमजोरी से संबंधित है – जिस तरह से यह भौतिकी के अन्य बिट्स के साथ जाल नहीं करता है, जिसे इन दिनों क्वांटम सिद्धांत द्वारा समझाया गया है। बेमेल आइंस्टीन ने बहुत अभ्यास किया, और उन्होंने अपने बाद के अधिकांश वर्षों को सभी भौतिकी को एकजुट करने के लिए एक निरर्थक खोज में बिताया।

शायद उनका सबसे आशाजनक प्रयास एक मोड़ के साथ आया – शाब्दिक रूप से – सामान्य सापेक्षता पर जिसे आइंस्टीन ने शुरू में खेला था। गणितीय भाषा विकसित करके न केवल अंतरिक्ष-समय कैसे झुकता है (जो कि सापेक्षता के भीतर गुरुत्वाकर्षण कैसे बनाया जाता है) का आधार है, लेकिन यह कैसे मुड़ता है, उन्होंने एक सिद्धांत बनाने की आशा की जो विद्युत चुम्बकीय बल को भी समझाए। वह पहले बिट में सफल हुआ, यह वर्णन करते हुए कि कैसे बड़े पैमाने पर, आवेशित वस्तुएं अंतरिक्ष-समय को अपने चारों ओर मिनी-चक्रवात में बदल सकती हैं। लेकिन इसने विद्युत चुंबकत्व का एक ठोस विवरण नहीं बनाया, और आइंस्टीन ने चुपचाप सिद्धांत को छोड़ दिया।

ठीक है, जैसा कि सटर वर्णन करता है, वास्तव में रोमांचक बिट यह है कि यह “टेलीपैरेलर ग्रेविटी” एक बड़े तरीके से वापस आ गया है। कई ब्रह्मांड विज्ञानी अब सोचते हैं कि यह आज के ब्रह्मांड की कुछ सबसे रहस्यमय विशेषताओं को समझाने के लिए एक चांदी की गोली हो सकती है, जैसे कि काले पदार्थ की प्रकृति और डार्क एनर्जी और हल्की-फुल्की मुद्रास्फीति की परेशानी भरा दौर आज के ब्रह्मांड की विशेषताओं, जैसे कि इसकी असाधारण चिकनाई को समझाने के लिए बुलाए गए बड़े धमाके के क्षण में। इतना ही नहीं, जल्द ही थ्योरी को परखने का एक तरीका भी हो सकता है। मैं सभी विवरण प्राप्त करने के लिए सुविधा को पढ़ने की अनुशंसा करता हूं, लेकिन इस बीच, यह एक रोमांचक विकास है जैसा कि आप इन दिनों ब्रह्मांड विज्ञान में प्राप्त करेंगे।

क्या ब्रह्मांड ठीक-ठाक है?

आइए भौतिकी arXiv प्रीप्रिंट सर्वर में बस एक त्वरित डुबकी लें, जहां नवीनतम शोध रखा गया है। हाल ही में मेरी नज़र में आए एक पेपर का आमंत्रण शीर्षक है “जीवन, ब्रह्मांड और हर चीज का छिपा हुआ अर्थ” . यह चीन में भौतिकी के कॉलेज में ज़ी-वेई वांग और यूके में यॉर्क विश्वविद्यालय में सैमुअल एल ब्रौनस्टीन द्वारा है, और यह एक ऐसे प्रश्न से संबंधित है जो बहुत से भौतिकविदों और ब्रह्मांडविदों को परेशान कर रहा है जब से हमने विस्तृत माप करना शुरू किया है ब्रह्मांड और विकासशील ठोस सिद्धांत जो हम देखते हैं उसे समझाने के लिए: ब्रह्मांड में सब कुछ क्यों है (विभिन्न बलों की ताकत, मौलिक कणों का द्रव्यमान, आदि) हमारे जैसे पर्यवेक्षकों के अस्तित्व को प्रश्न पूछने की अनुमति देने के लिए पूरी तरह से तैयार हैं?

इसने ब्रह्मांड विज्ञानियों और भौतिकविदों को दो में से एक रास्ते पर ले जाने की कोशिश की है। पहला कहता है कि चीजें वैसी ही हैं जैसी वे हैं, क्योंकि वे इसी तरह बनती हैं। कुछ के लिए, यह बुद्धिमान डिजाइन, उर्फ ​​​​ईश्वर के अस्तित्व के माध्यम से एक तर्क के बहुत करीब है। अन्य एवेन्यू किसी न किसी रूप में होता है मल्टीवर्स तर्क: हमारा ब्रह्मांड ऐसा है क्योंकि हम इसे देखने के लिए यहां हैं (यदि यह नहीं होता तो हम शायद ही इसे देखने के लिए यहां होते), लेकिन यह कई संभावित ब्रह्मांडों के यादृच्छिक उपसमुच्चय में से एक है जो बुद्धिमान के लिए अनुकूल होता है जीवन उत्पन्न हो रहा है।

यह पत्र ब्रिटिश भौतिक विज्ञानी डेनिस साइनामा (सितारों के डॉक्टरेट पर्यवेक्षक: 1960 और 1970 के दशक में उनके छात्रों में से एक परिकल्पना की अधिक बारीकी से जांच करता है) स्टीफन हॉकिंग, क्वांटम कंप्यूटिंग के अग्रणी डेविड ड्यूश और ब्रिटेन के खगोलशास्त्री शाही, मार्टिन रीस ) कि अगर हमारा ब्रह्मांड एक यादृच्छिक ब्रह्मांड होता, तो इसके मूलभूत मापदंडों में एक सांख्यिकीय पैटर्न होता जो हमें इसका प्रमाण देता। इस पत्र में, शोधकर्ताओं का तर्क है कि तर्क वास्तव में उलट है। उनके शब्दों में: “क्या हमारा ब्रह्मांड यादृच्छिक था, यह बुद्धिमानी से डिजाइन किए जाने की झूठी धारणा दे सकता था, मौलिक स्थिरांक जीवन के उभरने और बनाए रखने की एक मजबूत संभावना के लिए ठीक-ठाक दिखाई देते थे।”

पूर्ण प्रकटीकरण – मैं इसी विषय पर कुछ लिख रहा हूँ नए वैज्ञानिक 65वीं वर्षगांठ का अंक, 20 नवंबर को समाप्त होने वाला है। वहां और पढ़ें!

क्वांटम खामियों को बंद करना

जब मैं आइंस्टीन के बारे में बात कर रहा था, तो मैंने अपनी पसंदीदा विशेषताओं में से एक पर ठोकर खाई, जिस पर मैंने दूसरे दिन पत्रिका में काम किया था, और सोचा कि यह साझा करने लायक था। बुलाया “रियलिटी चेक: क्वांटम कमियों को बंद करना”, यह 2011 से है, पूरे 10 साल पहले, लेकिन यह जिस विचार से संबंधित है वह उससे पहले तक फैला हुआ है – और अभी भी एक बहुत ही जीवंत है।

मूल प्रश्न यह है: क्या क्वांटम सिद्धांत वास्तविकता का सही वर्णन है, या इसकी विभिन्न विचित्रताएँ हैं – कम से कम नहीं विशाल दूरी पर क्वांटम वस्तुओं का “उलझन” – क्वांटम सिद्धांत (या वास्तव में आज तक किसी अन्य सिद्धांत) द्वारा वर्णित वास्तविकता की एक अंतर्निहित परत में चलने के संकेत? मैंने पिछले महीने के समाचार पत्र में उलझाव के बारे में काफी कुछ बात की थी, इसलिए मैं यहां इसके कामकाज में नहीं जाऊंगा।

क्वांटम दुनिया के कामकाज की व्याख्या करने वाले “छिपे हुए चर” का वैकल्पिक विचार 1935 में आइंस्टीन और दो सहयोगियों, नाथन रोसेन और बोरिस पोडॉल्स्की द्वारा प्रकाशित एक प्रसिद्ध पत्र पर वापस जाता है। इसने आइंस्टीन को इस बारे में एक लंबी-लंबी बहस में ले लिया। क्वांटम सिद्धांत की प्रकृति इसके एक अन्य अग्रणी, नील्स बोहर के साथ, जो 1955 में आइंस्टीन की मृत्यु तक शानदार ढंग से जारी रही। 1980 के दशक तक हमारे पास सैद्धांतिक और प्रायोगिक क्षमताएं नहीं थीं, वास्तव में दो चित्रों को एक दूसरे के खिलाफ गड्ढे में डालने के लिए। .

नई वैज्ञानिक डिफ़ॉल्ट छवि

टेनेरिफ़ पर ज्वालामुखी टाइड के ऊपर वेधशालाएँ क्वांटम वास्तविकता के साहसिक परीक्षण का एक दृश्य थीं।

फिल क्रीन ए / आलम्यो

मुझे कहानी न केवल इस समृद्ध इतिहास के लिए पसंद है, बल्कि इस तरह से भी कि, प्रयोगों के प्रत्येक पुनरावृत्ति के बाद – हर बार क्वांटम सिद्धांत, और उलझाव दिखाते हुए, जो कुछ भी हो रहा है, उसके लिए “सही” स्पष्टीकरण है। माध्य – भौतिकविदों ने प्रयोगों में एक और खामी पाई जो आइंस्टीन के छिपे हुए परिवर्तनशील विचार को फिर से फ्रेम में वापस लाने की अनुमति दे सकती है।

इसने उन्हें फिर से खामियों को बंद करने के लिए प्रायोगिक डेरिंग-डू के कुछ बहुत प्रभावशाली कारनामों के लिए प्रेरित किया – यह सुविधा आधुनिक भौतिकविदों के एक समूह के साथ खुलती है जो कैनरी द्वीप समूह में टेनेरिफ़ और ला पाल्मा पर वेधशालाओं के बीच एकल फोटॉन की शूटिंग कर रहे हैं। कहानी के अपडेट में जिसे हमने 2018 में प्रकाशित किया था (बल्कि स्पष्ट शीर्षक के साथ “आइंस्टीन गलत थे: ‘सामान्य’ भौतिकी वास्तविकता की व्याख्या क्यों नहीं कर सकती” ), उन्होंने अरबों प्रकाश वर्ष दूर आकाशगंगाओं से हमारे पास आने वाले फोटॉन के साथ परिणाम को पुन: पेश किया – यह साबित करते हुए कि, यदि संपूर्ण ब्रह्मांड नहीं है, तो इसका एक अच्छा अनुपात क्वांटम नियमों का पालन करता है। आप उन सभी को नहीं जीत सकते, आइंस्टीन।

आ रहा है

एक कारण मैं विशेष रूप से आइंस्टीन और उनके काम के बारे में हाल ही में सोचता रहा हूं कि मैं नवीनतम को एक साथ रख रहा हूं न्यू साइंटिस्ट एसेंशियल गाइड “आइंस्टीन यूनिवर्स” कहा जाता है। यह उनके सापेक्षता के सिद्धांतों और इससे निकलने वाली सभी चीजों का एक सर्वेक्षण है: बिग बैंग ब्रह्मांड और ब्रह्मांड विज्ञान का मानक मॉडल, डार्क मैटर और ऊर्जा, गुरुत्वाकर्षण तरंगें, ब्लैक होल और निश्चित रूप से, भौतिकी के उस मायावी एकीकृत सिद्धांत की खोज. मैंने अभी इसे अंतिम रूप दिया है आवश्यक गाइड अपने बाएं हाथ से जैसे ही मैं इसे टाइप करता हूं, और मुझे लगता है कि यह एक उचित उम्मीद है कि आप मुझे अगले महीने उस (और आइंस्टीन) के बारे में और अधिक धमाका करते हुए पाएंगे।

न्यू साइंटिस्ट में भी

1. ठीक-ठाक ब्रह्मांडों की बात करें तो, यदि आपने पहले से ऐसा नहीं किया है, तो भी आप ब्रायन क्लेग के साथ पकड़ सकते हैं नया वैज्ञानिक घटना की बात, “पैटर्न जो ब्रह्मांड की व्याख्या करते हैं”, पिछले महीने से, मांग पर उपलब्ध है।

2. यदि आप बड़े विचारों के प्रशंसक हैं (मुझे आशा है कि आप यहाँ क्यों हैं) और केवल भौतिकी की तुलना में अपने जाल को थोड़ा चौड़ा करना पसंद करते हैं, तो हमारे लिए एक टिकट लाइव इवेंट्स की बिग थिंकर्स सीरीज़ आपको बोर्ड भर के शीर्ष शोधकर्ताओं से 10 वार्ताओं तक पहुंच प्रदान करता है, जिसमें हार्वर्ड खगोलशास्त्री एवी लोएब अलौकिक जीवन की खोज पर और मिशेल सीमन्स और जॉन मार्टिनिस क्वांटम कंप्यूटिंग पर शामिल हैं।

3. यह मेरे पिछले समाचार पत्र के ठीक बाद हुआ, लेकिन इस साल के नोबेल पुरस्कार के तीन शोधकर्ताओं को दिए जाने का उल्लेख नहीं करना होगा, जिन्होंने अराजक प्रणालियों की हमारी समझ को आगे बढ़ाने में अग्रणी भूमिका निभाई – विशेष रूप से जलवायु। आप उनके बारे में और जान सकते हैं कि उन्होंने क्या किया यहां.

अभी के लिए बस इतना ही। पढ़ने के लिए धन्यवाद! यदि आपके पास कोई टिप्पणी या प्रश्न हैं, तो आप मुझे ईमेल करके बता सकते हैं Lostinspacetime@newscientist.com और मैं आगामी समाचार पत्र में उनका उत्तर देने का प्रयास करूंगा। यदि आप किसी ऐसे व्यक्ति को जानते हैं जो लॉस्ट इन स्पेस-टाइम का आनंद ले सकता है, तो कृपया इसे आगे भेजें। यदि आपने अभी तक साइन अप नहीं किया है, तो आप इसे प्रत्येक सप्ताह अपने इनबॉक्स में प्राप्त करने के लिए साइन अप कर सकते हैं यहां.

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