डार्क एनर्जी और डार्क मैटर (Dark Energy and Dark Matter)

पदार्थ वह चीज़ है जिसमें द्रव्यमान होता है और जो स्थान लेता है । लेकिन ‘सामान्य’ पदार्थ के अलावा, परिकल्पित पदार्थ के विभिन्न अन्य रूप भी हैं । कुछ उदाहरणों में डार्क मैटर, एंटी मैटर और नेगेटिव मैटर शामिल हैं।

अब तक आप यह जान चुके हैं कि पदार्थ और ऊर्जा परस्पर परिवर्तनीय हैं ; तो डार्क एनर्जी, एंटी एनर्जी और नेगेटिव एनर्जी भी है।

डार्क एनर्जी और डार्क मैटर (Dark Energy and Dark Matter)

‘अँधेरा’ शब्द का प्रयोग अज्ञात को दर्शाने के लिए किया जाता है। 

• डार्क एनर्जी ऊर्जा का एक अज्ञात रूप है जिसके बारे में अनुमान लगाया गया है कि यह पूरे अंतरिक्ष में व्याप्त (फैल) जाती है, जिससे  ब्रह्मांड के विस्तार में तेजी आती है ।
• डार्क मैटर एक आकर्षक शक्ति की तरह काम करता है – एक प्रकार का ब्रह्मांडीय सीमेंट जो हमारे ब्रह्मांड को एक साथ रखता है । ऐसा इसलिए है क्योंकि डार्क मैटर गुरुत्वाकर्षण के साथ परस्पर क्रिया करता है, लेकिन यह प्रकाश को प्रतिबिंबित, अवशोषित या उत्सर्जित नहीं करता है।
• इस बीच, डार्क एनर्जी एक प्रतिकारक शक्ति है – एक प्रकार का गुरुत्वाकर्षण-विरोधी – जो ब्रह्मांड के लगातार बढ़ते विस्तार को संचालित करती है ।
• डार्क एनर्जी इन दोनों में से कहीं अधिक प्रभावशाली शक्ति है, जो ब्रह्मांड के कुल द्रव्यमान और ऊर्जा का लगभग 68 प्रतिशत है ।
• डार्क मैटर 27 प्रतिशत बनता है।
• और बाकी – मात्र 5 प्रतिशत वह नियमित मामला है जिसे हम हर दिन देखते हैं और बातचीत करते हैं।
• सर्पिल आकाशगंगाओं के घूमने की गति उनमें निहित द्रव्यमान की मात्रा पर निर्भर करती है, लेकिन आकाशगंगा की बाहरी भुजाएँ बहुत तेजी से घूम रही हैं, जो कि हम जानते हैं कि उनमें मौजूद पदार्थ की मात्रा के अनुरूप नहीं हैं।
• ऐसा तेज़ घूर्णन तभी संभव है जब अधिक द्रव्यमान हो, और माना जाता है कि वह अतिरिक्त द्रव्यमान डार्क मैटर से आता है ।
• डार्क मैटर पदार्थ का एक काल्पनिक रूप है। ऐसा माना जाता है कि अधिकांश डार्क मैटर कुछ अभी तक अनदेखे उप-परमाणु कणों से बना है ।
• डार्क मैटर नाम इस तथ्य को संदर्भित करता है कि  यह प्रकाश जैसे अवलोकन योग्य विद्युत चुम्बकीय विकिरण के साथ बातचीत नहीं करता है ।
• इस प्रकार यह  संपूर्ण विद्युतचुंबकीय स्पेक्ट्रम के लिए अदृश्य (या ‘अंधेरा’) है , जिससे इसका  पता लगाना बेहद मुश्किल हो जाता है ।
• डार्क मैटर केवल अपने गुरुत्वाकर्षण  के माध्यम से शेष ब्रह्मांड के साथ संपर्क करता है  (इसी तरह हम जानते हैं कि इसका अस्तित्व है)।
• पदार्थ को ‘पदार्थ’ माना जाता है क्योंकि इसमें गुरुत्वाकर्षण आकर्षण होता है और यह ‘अंधेरा’ होता है क्योंकि यह प्रकाश (या विद्युत चुम्बकीय स्पेक्ट्रम के किसी भी भाग) के साथ संपर्क नहीं करता है।

पदार्थ-विरोधी और ऊर्जा-विरोधी (Anti-Matter and Anti Energy)

• ‘ एंटी’ का अर्थ है विपरीत। इसलिए एंटी-मैटर में सामान्य पदार्थ के संबंध में कुछ विपरीत गुण होते हैं। 
  • उदाहरण के लिए, इलेक्ट्रॉन का प्रतिकण प्रतिइलेक्ट्रॉन होता है। इलेक्ट्रॉन और एंटीइलेक्ट्रॉन का द्रव्यमान बिल्कुल समान होता है, लेकिन उनका विद्युत आवेश बिल्कुल विपरीत होता है।
• यह परिकल्पना की गई है कि ब्रह्मांड में प्रत्येक प्राथमिक कण का एक साथी कण होता है, जिसे ‘ एंटीपार्टिकल ‘ के रूप में जाना जाता है।
• कण और उसके प्रतिकण में  कई समान विशेषताएं हैं, लेकिन कई अन्य गुण बिल्कुल विपरीत हैं ।
• उदाहरण के लिए, इलेक्ट्रॉन का प्रतिकण प्रतिइलेक्ट्रॉन होता है। उन दोनों का  द्रव्यमान समान है, लेकिन उनका विद्युत आवेश बिल्कुल विपरीत है ।
• प्रति-पदार्थ की अधिकांश मानवीय समझ  उच्च-ऊर्जा त्वरक प्रयोगों से आती है ।
• जब कोई पदार्थ कण अपने एंटीमैटर कण से मिलता है, तो वे एक दूसरे को पूरी तरह से नष्ट कर देते हैं (यानी  विनाश ),  अपने बाकी द्रव्यमान के बराबर ऊर्जा जारी करते हैं  (आइंस्टीन के ई = एमसी ² के बाद )।
• उदाहरण के लिए, जब एक इलेक्ट्रॉन एक एंटीइलेक्ट्रॉन से मिलता है, तो दोनों नष्ट हो जाते हैं और प्रकाश का विस्फोट उत्पन्न करते हैं जो दो कणों के द्रव्यमान के बराबर ऊर्जा स्तर उत्पन्न करता है।

नकारात्मक पदार्थ और नकारात्मक ऊर्जा

• नकारात्मक पदार्थ एक काल्पनिक प्रकार का पदार्थ है जो यदि अस्तित्व में है तो इसका द्रव्यमान नकारात्मक और ऊर्जा नकारात्मक होगी। 
• इसमें मूलतः एक नकारात्मक गुरुत्वाकर्षण आवेश होगा और यह सामान्य पदार्थ को प्रतिकर्षित करेगा।  फिर भी यह किसी भी अन्य पदार्थ की तरह ही अन्य सभी तरीकों से परस्पर क्रिया करेगा।
• आशा है कि आपको याद होगा कि पदार्थ और प्रति-पदार्थ एक-दूसरे को आकर्षित करेंगे जिसके परिणामस्वरूप विनाश होगा। लेकिन पदार्थ और नकारात्मक पदार्थ गुरुत्वाकर्षण के तहत एक दूसरे को प्रतिकर्षित करेंगे।

न्युट्रीनो (Neutrinos)

• प्रोटॉन, न्यूट्रॉन और इलेक्ट्रॉन छोटे कण हैं जो परमाणु बनाते हैं। न्यूट्रिनो  भी एक छोटा प्राथमिक कण है , लेकिन यह परमाणु का हिस्सा नहीं है। 
• न्यूट्रिनो एक   उपपरमाण्विक कण है जो एक इलेक्ट्रॉन के समान होता है लेकिन इसमें कोई विद्युत आवेश नहीं होता है और इसका द्रव्यमान बहुत छोटा होता है , जो शून्य भी हो सकता है। 
  • वास्तव में न्यूट्रिनो तीन प्रकार के होते हैं: इलेक्ट्रॉन न्यूट्रिनो, म्यूऑन न्यूट्रिनो और ताऊ न्यूट्रिनो।
• न्यूट्रिनो ब्रह्मांड में सबसे प्रचुर मात्रा में पाए जाने वाले कणों  में से एक है । हालाँकि, उनका पदार्थ के साथ बहुत कम संपर्क होता है, इसलिए उनका पता लगाना अविश्वसनीय रूप से कठिन होता है।
• यह  अन्य पदार्थ कणों के साथ बहुत कमज़ोर तरीके से संपर्क करता है । इतना कमज़ोर कि हर सेकंड खरबों न्यूट्रिनो हम पर गिरते हैं और हमारे शरीर से होकर गुज़र जाते हैं, जिस पर किसी का ध्यान नहीं जाता।
• न्यूट्रिनो सूर्य (सौर न्यूट्रिनो) और अन्य सितारों से आते हैं, ब्रह्मांडीय किरणें जो सौर मंडल के पार से आती हैं, और बिग बैंग से आती हैं जिससे हमारे ब्रह्मांड की उत्पत्ति हुई। इनका  उत्पादन प्रयोगशाला में भी किया जा सकता है ।
• INO  (भारत स्थित न्यूट्रिनो वेधशाला) केवल वायुमंडलीय न्यूट्रिनो का अध्ययन करेगा । सौर न्यूट्रिनो में डिटेक्टर द्वारा पता लगाए जा सकने वाली ऊर्जा से बहुत कम ऊर्जा होती है।

न्यूट्रिनो विज्ञान के भविष्य के अनुप्रयोग (Future Applications of Neutrino Science)

कणों को लागू करने से पहले उनके गुणों को समझने के लिए बुनियादी विज्ञान अनुसंधान की आवश्यकता है। 100 साल पहले, जब इलेक्ट्रॉन की खोज की गई थी, तब इसका कोई संभावित उपयोग नहीं था। आज इलेक्ट्रॉनिक्स के बिना दुनिया की कल्पना नहीं की जा सकती।

• सूर्य के गुण : दृश्य प्रकाश सूर्य की सतह से उत्सर्जित होता है और न्यूट्रिनो, जो प्रकाश की गति के करीब यात्रा करते हैं, सूर्य के कोर में उत्पन्न होते हैं। इन न्यूट्रिनो के अध्ययन से हमें यह समझने में मदद मिल सकती है कि सूर्य के आंतरिक भाग में क्या चल रहा है।
• ब्रह्मांड के घटक : दूर के तारों से आने वाले प्रकाश का अध्ययन खगोलविदों द्वारा किया जा सकता है, उदाहरण के लिए, नए ग्रहों का पता लगाने के लिए। इसी तरह, यदि न्यूट्रिनो के गुणों को बेहतर ढंग से समझा जाए, तो उनका उपयोग खगोल विज्ञान में यह पता लगाने के लिए किया जा सकता है कि ब्रह्मांड किस चीज से बना है।
• प्रारंभिक ब्रह्मांड की जांच : न्यूट्रिनो अपने आस-पास के पदार्थ के साथ बहुत कम बातचीत करते हैं, इसलिए वे निर्बाध रूप से लंबी दूरी तय करते हैं। हम जो एक्स्ट्रागैलेक्टिक (मिल्की वे आकाशगंगा के बाहर से उत्पन्न) न्यूट्रिनो देखते हैं, वे सुदूर अतीत से आ रहे होंगे। ये अक्षुण्ण संदेशवाहक हमें बिग बैंग के तुरंत बाद ब्रह्मांड की उत्पत्ति और शिशु ब्रह्मांड के शुरुआती चरणों के बारे में सुराग दे सकते हैं।
• मेडिकल इमेजिंग : न्यूट्रिनो के प्रत्यक्ष भविष्य के उपयोग के अलावा, डिटेक्टरों के तकनीकी अनुप्रयोग भी हैं जिनका उपयोग उनका अध्ययन करने के लिए किया जाएगा। उदाहरण के लिए, एक्स-रे मशीन, एमआरआई स्कैन इत्यादि, सभी कण डिटेक्टरों के शोध से निकले हैं। इसलिए INO डिटेक्टरों का मेडिकल इमेजिंग में अनुप्रयोग हो सकता है।

वर्महोल (Wormhole)

• वर्महोल  स्पेसटाइम में असमान बिंदुओं को जोड़ने वाली एक सट्टा संरचना है , और आइंस्टीन क्षेत्र समीकरणों के एक विशेष समाधान पर आधारित है। वर्महोल को एक सुरंग के रूप में देखा जा सकता है जिसके दो सिरे स्पेसटाइम में अलग-अलग बिंदुओं पर होते हैं (यानी, अलग-अलग स्थान, समय में अलग-अलग बिंदु, या दोनों)।
• वर्महोल सापेक्षता के सामान्य सिद्धांत के अनुरूप हैं , लेकिन यह देखना बाकी है कि वर्महोल वास्तव में मौजूद हैं या नहीं।
• वर्महोल का  सिद्धांत पहली बार 1916 में दिया गया था ।
• जैसे ब्लैक होल की भविष्यवाणी आइंस्टीन के गुरुत्वाकर्षण के सिद्धांत द्वारा प्रयोगात्मक रूप से देखे जाने से बहुत पहले की गई थी,  वैसे ही वर्महोल के अस्तित्व की भी भविष्यवाणी की गई है। 1916 में लुडविग फ्लेम ने पहली बार पता लगाया कि उनका अस्तित्व हो सकता है।
• उन्होंने  “व्हाइट होल” का वर्णन किया, जो ब्लैक होल का एक सैद्धांतिक समय उलट है ।
• 1935 में,  आइंस्टीन और भौतिक विज्ञानी नाथन रोसेन ने अंतरिक्ष-समय के माध्यम से “पुलों” के अस्तित्व का प्रस्ताव करते हुए, इस विचार को विस्तृत करने के लिए सामान्य सापेक्षता के सिद्धांत का उपयोग किया ।
• ये पुल  अंतरिक्ष-समय में दो अलग-अलग बिंदुओं को जोड़ते हैं , सैद्धांतिक रूप से एक शॉर्टकट बनाते हैं जो यात्रा के समय और दूरी को कम कर सकता है।
• शॉर्टकट को  आइंस्टीन-रोसेन ब्रिज या वर्महोल कहा जाने लगा ।
• हालाँकि, वर्महोल की उपस्थिति अभी तक खगोलविदों द्वारा अवलोकन या अनुमान के माध्यम से स्थापित नहीं की गई है।