बिग ब्याङको सिद्धान्त : के रहेछ त खास कुरो?

कहिलेकाँही औसींको रातमा कतै मैदानमा वा घरको छतमा बसेर आकाश नियाल्नु भएको छ भने पक्कै पनि सोच्नु भएको होला, यत्रो विशाल ब्रह्माण्डको उत्पती कसरी भयो होला? यदी गर्नु भएको छ भने, तपाईंहरुले जस्तै धेरै जनाले यस बारेमा धेरै बर्ष अगाडि देखी सोचेको छन।  शायद वैज्ञानिक प्रश्न वा सोचको सबै भन्दा आधारभूत प्रश्न नै हाम्रो वा यो ब्रह्माण्डको उत्पत्ति कसरी भयो भन्ने हुन पर्छ। हामीलाई यो जान्ने अधिकार छ, र त्यसैले नि होलान सयौं बर्ष देखी वैज्ञानिकहरु यस्को पछि लागेको छन् । प्रख्यात दार्शनिक एरिस्टोटलले पनि यस् बारे आफ्नो धारणा दिएका थिए। उनको सोचाइमा ब्रह्माण्ड सीमित र गोलाकार थियो। उनी पछीको धेरै दार्शनिक र वैज्ञानिकको नजरमा नि ब्रह्माण्ड सिमित नै रहेको धारणा पाईन्छ।

तर सन १९०० पछी भने विज्ञान र वैज्ञानिकले बिस्तारै यो क्षेत्रमा फड्को मार्न थाले। केही वैज्ञानिकहरुले ब्रह्माण्डको उत्पती एउटा घटना जस्लाई ‘बिग ब्याङ ‘ भनिन्छ, त्यही बिगब्याङको स्वरुप भएको हो भन्ने परिकल्पना गरे। सुन्दा अनौठो लाग्ने भएर नि होला, ‘बिग ब्याङ’ को सिद्धान्त धेरै छिटो फैलियो। जसरी डार्विनको क्रमिक बिकासको सिद्धान्त नि विज्ञानबजारमा राता-रात चर्चामा आएको थियो। बिग ब्याङ सिद्धान्तका समर्थकहरुको अनुसार हाम्रो ब्रह्माण्ड आज भन्दा १३ देखी १५ अरब बर्ष अगाडि एउटा सानो र सघन बिन्दु थियो। र यो सिद्धान्त अनुसार त्यो बिन्दु एकदिन बिस्फोट भयो।

र त्यो बिस्फोट भएको केही सेकेन्डमै पदार्थ (Matter) र उर्जा (Energy) प्रकाशको गतीमा फैलिए। त्यो बेला सम्म पदार्थ र उर्जा एउटै थिए, वा छुट्टाउन मिल्थेन। तर, जब बिस्फोट भयो, पदार्थ र उर्जा छुटै छुटै इकाई भए। र अहिले ब्रह्माण्डमा भएको सबै तत्वहरु तेही बिस्फोट पछीको पदार्थहरु बाट बनेको हो। सुन्दा अचम्म लाग्छ होला। तर, यो धेरै मान्छेले सोचेको जस्तो एउटा ‘हाइपोथेसिस’ (परिकल्पना) मात्र हैन, यो एउटा सिद्धान्त नै हो। जुन कुरा बिभिन्न बैज्ञानीकहरुले धेरै पटक परीक्षण गरेर पत्ता लगाएका हुन। यस् कुरामा धेरै विस्तृत अध्ययन भएको छ, र यो धेरै नै जटिल बिषय नि हो। यो अध्ययनको क्षेत्र आँफै मा धेरै ठुलो छ। मैले बुझेको सामान्य कुरा जन-मानस सम्म पुराउने हिसाबले यो लेख लेख्दै छु।

यो लेख बाट किन बिग ब्याङको सिद्धान्तले वा अहिले सम्म व्याख्या गरिएको कुराले सिद्धान्त ठीक छ भन्ने देखाउछ भन्ने कुरा प्रस्ट पार्न मात्र खोजेको हो।

…………………………………….

बेल्जियन ब्रह्माण्डविद् जोर्जेस लमिट्री पहिलो व्यक्ती थिए जस्ले बिग ब्याङ सिद्धान्त बारे लेखेको थिए। उनले नै ब्रह्माण्ड एउटा सानो बिन्दु बाट बिस्फोट भएर ठुलो भएको हुन सक्ने बताएको थिए। तर त्यस बेला यो सिद्धान्त धेरै वैज्ञानिक मान्न तयार थिएन्न। यो लाई ठुलो सपोर्ट तब मिल्यो जब अमेरिकि खगोलविद् एड्विन हब्बलले टेलिस्कोप बाट ब्रह्माण्ड नियाल्दा एउटा अनौठो र रोचक कुरा देखे।  तर त्यस बेला यो सिद्धान्त धेरै वैज्ञानिक मान्न तयार थिएन्न।  सन् १९२९ मा हब्बलले आफुले नियालेको आकाशगंगाहरु (ग्यालक्सीहरू) हामी बाट टाढा जादै गरेको बताए। र त्यो पनि धेरै छिटो गतिमा। उनले त्यो कुरालाई मापन गर्नलाई फिजिक्सको एउटा चर्चित कुरा लिएर व्याख्या गरे। जस्लाई हाम्ले डप्लर एफेक्ट भनेर बुज्छम।

साधारण भाषामा व्याख्या गर्न पर्दा, डप्लर एफेक्टको उधाहरण एउटा यम्बुलेन्सको लिन सकिन्छ। मानौं तपाईं फेरी आफ्नो घरको छत मा हुनुन्छ। यो पाली भने घाम तापेर सुन्ताला खाँदै हुनुन्छ। र सुन्ताला खाँदै गर्दा तपाईंले कतै बाट एउटा एम्बुलेन्स आउँदै गरेको साइरेन सुन्न हुन्छ। त्यो एम्बुलेन्स जती टाढा छ त्यती नै फिक्का आवाज आउछ र एम्बुलेन्स जती नजिक आउन थालछ त्यस्को साइरेनको आवाज नि ठुलो हुँदै जान्छ। र अन्तमा, फेरी त्यो एम्बुलेन्स टाढा गए पछी आवाज फिक्का हुँदै जान्छ। यहाँ के भै रहेको हुन्छ भने, जब त्यो एम्बुलेन्स हाम्रो नजिकै आउँदै हुन्छ, आवाजको छालहरू नजिकै हुन्छन र हाम्ले हाइ-पिच सुन्छम, त्यसरी नै जब तिनीहरु टाढिदै जान्छन, तब आवाजको छालहरू टाढिन्छन र हाम्ले फिक्का सुन्दै जान्छम। यो पिच वा फ्रिक्वेन्सी (आवृत्ति) (Frequency) मा आएको बद्लावलाई डप्लर शिफ्ट भनिन्छ। र त्यसरी नै टाढा रहेका ग्यालेक्सिजहरुमा त्यो फ्रिक्वेन्सी त्यसरी नै शिफ्ट गर्न सकिन्छ। यहाँ एकछिन, कन्फ्युजन होला, आवाज बाट कुरा कसरी प्रकाश (लाइट) मा पुग्यो त भनेर। त्यसको लागि मैले यहाँ छुटाउन नहुने कुरा भनेको, यदी त्यो एम्बुलेन्सको आवाज नसुनेर हाम्ले त्यसको प्रकाशको फ्रिक्वेन्सी मापन गर्ने हो भने, त्यो हामी नजिक आउँदै गर्दा निलो हुन्छ (जब आवाज ठुलो हुन्छ) र हामी भन्दा टाढा जादै गर्दा त्यो रातो देखिन्छ।

अझै सरल पार्ने हो भने, हामी बाट टाढा गइरहेका ताराहरु वा ग्यालेक्सिजहरु बाट आउँदै गरेको प्रकाश तन्किन्छन जस्ले गर्दा हामीले तिन्को फ्रेक्वेन्सी थोरै भएको देख्छौ। अनी रातो रङ चाँही सानो फ्रेक्वेन्सी तिर पर्छ, त्यसैले गर्दा चाँही यो प्रकृयालाई ‘रेडशिफ्ट‘ भनिन्छ। र यो फ्रिक्वेन्सीहरु फेरी थोरै गतिमा चलेर नै फरक पर्ने भन्ने हुन्न। त्यो  फ्रिक्वेन्सीहरुमा भिन्नता देख्नको लागि उनीहरु दुर्त गतिमा चलेको हुनु पर्छ। प्रकाशको फ्रिक्वेन्सीमा १% फरक ल्याउन नै त्यो चिज १८६४ माइल्स प्रती सेकेन्डमा चलिरहेको हुनु पर्छ। हाम्ले एउटा प्रकाश भएको बत्तीकै कुरा गर्ने हो भने त्यो बत्ती बाट आएको फ्रिक्वेन्सी निलो बाट रातो हुनलाई त्यो कम्तीमा पनि प्रकाशको गतिको ३/४ गतीमा चल्न पर्छ। अर्थात: अहिले ति ग्यालेक्सीहरु हामी भन्दा टाढा दुर्त गतिमा पर गइरहेको नभएको भए, हबलले त्यस बेला ‘रेड्शिफ्ट’ देख्दैन्न थिए। हब्बल र हब्बल पछी का वैज्ञानिकहरुले गरेको अध्ययन अनुसार, अहिले रातीको आकाशमा नियालेर टेलिस्कोप बाट हेर्ने हो भनेर सबै जस्तो ग्यालेक्सीहरु हामी बाट टाढा गइरहेको पाईन्छ। र वैज्ञानिकहरु ले त्यसैले, यदी हाम्रो ब्रह्माण्ड त्यस्तो गति विस्तार हुँदै छ भने, एउटा समयमा पक्कै पनि सानो थियो होला भनेर अन्दाज गरेका थिए।

यतीले पत्यार लागेन बिग ब्याङ थ्योरीको बारेमा?

पख्नुहोस्…. मुख्य कुरा अझै बाँकी छ।

सन् १९६० को कुरा हो। अमेरिकाको न्यु जर्सी को होल्म्डेलमा बेल ल्याबले एउटा ठुलो एन्टेना बनाएको थियो। त्यो खासमा एउटा उपग्रहको इको नामको ट्रान्स्मिसन प्रणाली सँग सम्बन्धित एन्टेना थियो। वायुमण्डलमा भएका फलामी बेलुन बाट फालिएका रेडियो तरंगहरू जम्मा गरेर र त्यस्लाई बिस्तार गरेर धेरै टाढा सम्म पुराउने सक्ने त्यस्को क्षमता थियो।

त्यतिनै बेला बेल बेल ल्याबमै काम गर्ने दुई जना कर्मचारी (वैज्ञानिक) , आर्नो पेन्जियास र रोबर्ट विल्सन, को मन त्यो दुइटा एन्टेनाले चोरेको थियो। उनीहरु दुबै जना रेडियो तरङहरु (रेडियो वेभ) को अध्ययन गर्दै थिए। तर जब उनीहरुले त्यो एन्टेना प्रयोग गर्न थाले, उनीहरुले त्यहा अचम्मको नोइज् (हल्ला) पाए। त्यो नोइज एउटा यूनिफर्म तरिका मा आइ राख्यो र माइक्रोवेभको रेन्जमा थियो। सबै भन्दा रोचक त, त्यो सबै दिशा बाट आउथ्यो। यसो सोच्ने हो भने, त्यो एन्टेना आँफैमा ३६० डिग्री घुम्थ्यो, अनी पृथ्वी आँफैमा र सुर्यको वरीपरि र हाम्रो ग्यालेक्सी आँफै मा घुमिरहेको। जता घुमे पनि त्यो आवाज भने तेही प्रकारको लगातार आइ राख्यो। सुरुमा त उनीहरुले कतै त्यो परेवाले दिसा गरेर पो हो कि भनेर, एन्टेनामा भएको सबै परेवाको दिसा सफा गरे। तर त्यो गर्दा नि केही लागेन। न्यु यर्क शहरको नजिकै भएकोले कतै शहर बाट आएको केही इन्टर्फेरेन्सले पो हो कि भनेर नि हेरे, तर त्यो पनि हैन रहेछ। कतै पृथ्वी बाटै आएको केही रेडिएसन हो कि भनेर नि हेरे तर त्यो पनि थिएन। दिन रात २४ ७ त्यो नोइज आइ राख्यो र हरेक प्रकारको मौसम वा ऋतुहरुले पनि त्यसमा केही फरक ल्याएन। त्यो निरन्तर बिना केही विश्राम आइ राख्यो।

त्यतिनै बेला, नजिकैको प्रिन्स्टन विश्वविद्यालयमा रबर्ट डिकी नामका वैज्ञानिकले बिग ब्याङको बारे धेरै प्रश्न राखेर अध्ययन गर्दै थिए। उनको एउटा ठुलो प्रश्न के थियो भने, यदी बिग ब्याङ वा केही प्रकारको बिस्फोट भएको हो भने, अहिले सम्ममा त्यो बिस्फोटले केही प्रकारको रेडिएसन को रुप लिइसकेको हुनु पर्छ भन्ने उन्लाई लागेको थियो। डिकीले त्यसको लागि सबूत खोज्दै थिए, र ठ्यक्कै त्यही समयमा पेन्जियास र विल्सनले उनी सँग सम्पर्क गरे। र, त्यहा बाट ब्रह्माण्ड इतिहास र स्वरुप नै लग्भग बद्लियो भन्दा फरक नपर्ला।

उनीहरुले पत्ता लगाएका थिए- कस्मिक माइक्रो वेभ ब्याक्ग्राउन्ड रेडिएसन (Cosmic Microwave Background Radiation) सियमबीआर (CMBR)। कस्मिक माइक्रो वेभ ब्याक्ग्राउन्ड रेडिएसन बिग ब्याङ पछीको बाँकी रेडिएसन हो। यस्ले बिग ब्याङ पछी बाँकी रहेको हिटको (तातोपनको) प्रतिनिधित्व गर्छ। हामीले आफ्नो नाङो आँखाले देख्न नसके पनि कस्मिक माइक्रो वेभ ब्याक्ग्राउन्ड रेडिएसन सर्वत्र छ। यो रेडिएसन इलेक्ट्रोम्याग्नेटिक स्पेक्ट्रमको माइक्रोवेभ भागमा मात्र मज्जाले देखिन्छ। तर, सबै भन्दा रोचक कुरा जान्न चाहनुहुन्छ भने, सबैले टि.भीमा च्यानल न आउँदा जिर्‍र गरेको याद गर्नु भएको होला। त्यो ‘स्ट्याटिक’ नै कस्मिक माइक्रो वेभ ब्याक्ग्राउन्ड रेडिएसन

एक प्रकारले भन्न पर्दा सियमबीआर झुक्केर पता लगाइेको कुरा हो। पेन्जियास र विल्सनले बिग ब्याङ प्रमाणित गर्छु भनेर काम गरिरहेको थिएनन। उनीहरु छुटै कुराको अध्ययनमा लाग्दा झुक्किएर  सियमबीआर भेटिएको हो।

नोवेम्बर १८ १९८९ मा नासाको कस्मिक ब्याक्ग्राउन्ड एक्स्प्लोरर अन्तरिक्ष तिर हुइक्यो र ब्रह्माण्डको अध्ययनको सबै पाटोमा एक हिसाबले क्रान्ति नै ल्यायो। त्यो एक्स्प्लोरर ले ब्रह्राण्डको सबै भन्दा पुरानो प्रकाश पनि लग्भग ठ्यक्कै मापन गर्‍यो। र, सैद्धान्तिक हिसाबमा गरिएको अनुमान पनि मिल्न गएको त्यहा बाट थाहा भयो।

र तेही बाट निस्क्यो, हाम्रो ब्रह्माण्डको बच्चा बेलाको तस्बिर:

 

                             तस्बिर: हाम्रो ब्रह्माण्डको बच्चा बेलाको तस्बिर: Planck satellite, 2018

र यसरी अहिले सम्मको हब्बलको अवलोकन र पेन्जियास, विल्सन र डिक्कीको खोजले हाम्रो ब्रह्माण्डको उत्पत्ती बारे प्रकाश पार्न सफल भएको छ।

र फेरी पनि, यो मेरो अध्ययनको बिषय हैन। मैले जाने बुझेको कुरा लेखेर सबै माझ पुराउन प्रयास गरेको छु। यदी केही कुरा गलत लेखेको रहेछु भने मलाई खबर गर्नु होला, म सच्याउने छु।

ह्याप्पी साइन्सिङ!

Happy Science’ing