विश्वनिर्मिती – महास्फोट : महास्फोट सिद्धांत हा विश्वनिर्मितीवरील एक महत्त्वपूर्ण सिद्धांत आहे. अल्बर्ट आइन्स्टाइनने इ.स. 1915 मध्ये मांडलेल्या व्यापक सापेक्षता सिद्धांताचा आधार घेत इ.स. 1927 मध्ये बेल्जियन धर्मगुरू जॉर्ज लेमेत्रा यांनी असे मांडले, की विश्वाची निर्मिती एका आद्य अणूपासून, एका महास्फोटातून झाली असावी. या आद्य अणूची घनता आणि तापमान अतिप्रचंड असावे. पुढे एडविन हबल याने इ.स.1929 मध्ये अमेरिकेतील माउंट विल्सन वेधशाळेतील दुर्बिणीतून निरनिराळ्या तारकागुच्छांच्या वर्णपटाचे निरीक्षण केले. त्यात त्याला बहुसंख्य तारकागुच्छांच्या प्रकाशाच्या वर्णपटात ताम्रसृती आढळून आली. हे सर्व तारकागुच्छ म्हणजे आपल्या आकाशगंगेतील तेजोमेघ किंवा तारकागुच्छ नसून आपल्या आकाशगंगेसारख्याच दूरच्या विविध दीर्घिका असल्या पाहिजेत हे त्याच्या लक्षात आले. तेव्हापर्यंत आपली आकाशगंगा म्हणजेच आपले विश्व असेच समजले जात होते.
प्रकाशकिरण लोलकातून गेले असता त्यांचे सात रंगात विभाजन होते, असे न्यूटनने दाखवून दिले होते. या दीर्घिकांच्या प्रकाशाचा वर्णपट काढला असता, त्यातील रेषा लाल रंगाकडे सरकलेल्या दिसल्या. याचाच अर्थ या दीर्घिकांमधून निघालेल्या प्रकाशलहरींची तरंगलांबी आपल्याकडे येताना वाढली होती. म्हणजेच या दीर्घिका आपल्यापासून आणि एकमेकांपासूनही काही ठराविक वेगाने (हबल स्थिरांक) दूर जात होत्या. म्हणजेच विश्व प्रसरण पावत होते – हा महतत्त्वपूर्ण शोध हबलने लावला. विश्व जर आत्ता प्रसरण पावत असेल, तर आधी कधीतरी ते एका आद्य अणूतून उत्पन्न झाले असले पाहिजे असे लेमात्रे यांचेही म्हणणे होतेच. लेमात्रे यांच्या या सिद्धांताला आधी आइन्स्टाइन आणि एडिंग्टन या शास्त्रज्ञांचा विरोध होता. पण पुढे जॉर्ज गॅमॉव्हने न्युक्लिओसिंथेसिसची संकल्पना मांडून विश्वात मूलद्रव्याची निर्मिती कशी झाली असावी, याचे प्रारूप मांडून महास्फोट सिद्धांताला समर्थन दिले. गॅमॉव्हने दाखवून दिले की महास्फोटाच्या वेळी जे प्रचंड तापमान होते, त्यातूनच मूलद्रव्यांची निर्मिती झाली असावी. गॅमॉव्ह गमतीने या प्रकाराला ‘विश्वाचे प्रागैतिहासिक स्वयंपाकघर’ असे म्हणत असे. गॅमॉव्हच्या कल्पनेप्रमाणे महास्फोटाच्या वेळी असणाऱ्या प्रचंड तापमानामुळे एक अखंड साखळीप्रक्रिया होऊन मूलकणांमधून हायड्रोजनची निर्मिती आणि हायड्रोजनच्या अणूपासून इतर मूलद्रव्यांची निर्मिती झाली. मेंडेलिफच्या आवर्तसारणीत असलेल्या सर्व रासायनिक मूलद्रव्यांची निर्मिती महास्फोटाच्या प्रचंड तापमानामुळे झाली असे गॅमॉव्हचे म्हणणे होते. महास्फोटाच्या वेळी विश्व अतितप्त प्रोटॉन आणि न्यूट्रॉन कणांचा संग्रह होता. त्यात सम्मीलन प्रक्रिया होऊन हायड्रोजन आणि हेलियम ही प्राथमिक मूलद्रव्ये निर्माण झाली. हीच प्रक्रिया पुढे सुरू राहून लिथियम आणि बेरिलियम ही पुढची मूलद्रव्येही तयार झाली. अशा पद्धतीने अणुकेंद्रात जास्तीत जास्त मूलकणांचे सम्मीलन होऊन जड (अधिक अणुभारांक असणाऱ्या) मूलद्रव्यांची निर्मिती झाली. पुढे हा सिद्धांत राल्फ आल्फर सोबत मांडताना हॅन्स बेथे या आपल्या शास्त्रज्ञ मित्राचे नावही त्याने बेथेच्या परवानगी शिवाय या प्रबंधला जोडून, या थिअरीचे (सिद्धांताचे) नाव ‘अल्फा-बीटा-गॅमा थिअरी’ ठेवले. गॅमॉव्हच्या मतानुसार जर महास्फोटाच्या वेळी विश्व अतितप्त असेल, तर त्यावेळची उष्णता आजही प्रारणाच्या स्वरूपात विश्वात आढळून येईल. हे एकप्रकारे विश्वनिर्मितीचे जीवाश्म असेल. गॅमॉव्हने असे मानले की बिग बँगची (महास्फोटाची) सुरुवात अतितप्त न्यूट्रॉनच्या गाभ्यापासून झाली. जर आपण ह्या गाभ्याचे तापमान मोजू शकलो, तर ह्या गाभ्याने उत्सर्जित केलेल्या प्रारणांचे प्रमाण आणि स्वरूप आपण मोजू शकू. पुढे गॅमॉव्हने दाखवून दिले की ह्या अतितप्त गाभ्याने उत्सर्जित केलेली प्रारणे ही कृष्णवर्णीय पदार्थाची प्रारणे या स्वरूपाची असतात. ह्या प्रकारची प्रारणे खूप तप्त अशा स्रोतातून निघतात आणि स्रोतातून निघालेला प्रकाश शोषून घेतात आणि विशिष्ट पध्द्तीने प्रारणांना उत्सर्जित करतात. जर या स्रोतांचा रंग कळला तर त्या स्रोताचे अंदाजे तापमान किती ते निश्चित करता येते. या बाबतीत गणिती समीकरण मांडून प्रसिद्ध गॅमॉव्हचे शिष्य राल्फ आल्फर आणि रॉबर्ट हर्मन यांनी गॅमॉव्हच्या संकल्पनेवर काम करून विश्वाने बाल्यावस्थेत असताना उत्सर्जित केलेल्या प्रारणाचे तापमान मोजण्याचा प्रयत्न केला. ते निरपेक्ष शून्याच्या ५ अंश वरती (केल्विन) असेल असे निश्चित केले. (आधुनिक साधनांच्या सहाय्याने त्याचे मूल्य निरपेक्ष शून्याच्या २.७ अंश केल्विनपेक्षा वरती आहे). बरेच वर्ष विश्वाचे तापमान इतके प्रचंड होते की अणुनिर्मिती शक्य नव्हती. अणू निर्माण व्हायला लागले की प्रचंड तापमानामुळे त्याचे तुकडे व्हायचे आणि खूपसे इलेट्रॉन विखुरले जायचे. कोणताही प्रकाश या अतितप्त विश्वात काही अंतरावरच शोषला जायचा त्यामुळे विश्व त्यावेळी अपारदर्शी होते. सुमारे 3 लाख 80 हजार वर्षांनी, तापमान 3000 अंशांनी कमी झाल्यावर अणुनिर्मिती शक्य झाली, प्रकाश अवकाशात त्यावेळी उत्सर्जित झाले आणि जे शोषून घेतले गेले नाही, ते प्रारण, गॅमॉव्हच्या मते आजही विश्वात विखुरलेले असेल. इतक्या वर्षांच्या कालावधीनंतर ते प्रारण सूक्ष्मकिरणांच्या स्वरूपात आढळून येईल. यालाच वैश्विक सूक्ष्मतरंग-पार्श्वप्रारण असे म्हणतात. गॅमॉव्ह ने इ.स. 1948 मध्ये या वैश्विक सूक्ष्मतरंग-पार्श्वप्रारणाची शक्यता वर्तवली होती. पुढे इ.स. 1965 साली अर्नो पेंझियाज आणि रॉबर्ट विल्सन या जोडगोळीला हे प्रारण सापडले. या प्रारणांच्या शोधामुळे महास्फोट सिद्धांताला भक्कम पुरावा मिळाला. पुढे कोबे आणि डब्लू मॅप या अवकाशात सोडलेल्या उपग्रहांनी घेतलेल्या वेधातून नोंदवलेल्या पार्श्वप्रारणाच्या नकाशामुळे महास्फोट सिद्धांताला निर्णायक पुरावा मिळाला. महास्फोट सिद्धांतानुसार सुमारे 13.7 अब्ज वर्षांपूर्वी एका विशेषावस्थेतून विश्वाची निर्मिती झाली आणि आजही हे विश्व प्रसरण पावत आहे. शास्त्रज्ञांनी विश्वाच्या या आयुष्याचे ढोबळमानाने 8 भाग किंवा टप्पे केले आहेत. विश्वाच्या इतिहासाचे आणि स्थित्यंतराचे पुढील 8 टप्पे आहेत –
- प्लँक काळ : महास्फोटापासून (बिग बँग पासून) ते 10-43 सेकंद पर्यंतच्या काळाला प्लँक काळ असे संबोधले जाते. 10-43 सेकंद म्हणजे दशांश चिन्हानंतर 42 शून्य आणि त्यांनतर एक एवढा सेकंदाचा भाग (0. नंतर 42 वेळा 0 आणि नंतर 1). या प्लँक काळात एकाच महाबलाचे अस्तित्व होते. कदाचित यावेळी विश्व बहूआयामी अवकाशात होते त्यामुळे विश्वात खूपच जास्तीची सममिती होती. या सममितीचा भंग झाला असावा. या प्लँक काळात विश्वाचा आकार 10-33 सेंटीमीटर एवढा होता. या आकारमानाला प्लँक लांबी असे म्हणतात.
- जीयुटी काळ : विश्वातील सममितीच्या भंगामुळे ‘फेज ट्रान्झिशन’ होऊन म्हणजे टप्प्याटप्प्याने संक्रमण होऊन विश्वाला अचानक फुगवटा आला. हा कालावधी महास्फोटानंतर सुमारे 10-36 सेकंद ते 10-34 सेकंद एवढा होता. विश्वाला आलेल्या या अचानक फुगवट्यामुळे विश्वाचा आकार या कालावधीत सुमारे 1050 पटींनी वाढला असे ॲलन गूथ यांनी मांडले. साधारणपणे या काळात प्रोटॉनच्या आकाराचे असलेले विश्व मोसंबीच्या किंवा क्रिकेट बॉलच्या आकाराचे झाले. या काळातच गुरुत्वाकर्षण बल इतर बलांपासून वेगळे झाले. या काळात विद्युत चुंबकीय बल, तीव्र बल आणि मंद बल एकत्र होते, त्यामुळे या काळाला जीयुटी युग (ग्रँड युनिफिकेशन थिअरी चा कालावधी) असे म्हणतात.
- वैश्विक फुगवट्याचा अंत – विश्वाच्या इतिहासातला तिसरा टप्पा महास्फोटापासून 10-34 सेकंदापासून ते 3 मिनिटापर्यंत मानला जातो. या काळातच क्वार्क कण एकत्र येऊन त्यांच्यापासून प्रोटॉन आणि न्यूट्रॉन तयार झाले. या काळात तीव्र बल इतर दोन बलांपासून वेगळे झाले. वैश्विक फुगवट्याचा अंत झाला. या काळात विश्व म्हणजे क्वार्क, ग्लुऑन आणि लेप्टोन कणांचा तप्त प्लाझ्मा होते. या काळात विश्वाचा आकार साधारणपणे आपल्या सूर्यमालेएवढा होता. या काळात सामान्य कण (Matter) आणि प्रतिकणांनी (Antimatter) एकमेकांना नष्ट केले; पण त्यातून जे काही सामान्य कण शिल्लक उरले, त्या कणांच्या संख्येच्या, प्रतिकणांच्या संदर्भात असलेल्या अल्पशा प्राबल्याने, त्यातूनच पुढे आपली आजच्या विश्वाची, सामान्य कणांनी बनलेल्या पदार्थांच्या विश्वाची निर्मिती झाली.
- अणुकेंद्रकांची निर्मिती : साधारणपणे तीन मिनिटांपासून ते 3 लाख 80 हजार वर्षांपर्यंतचा हा काळ आहे. विश्वाचे तापमान झपाट्याने कमी झाल्यामुळे अणुकेंद्रकांची निर्मिती शक्य झाली. 75% हायड्रोजन आणि 25% हेलियमची निर्मिती या काळात झाली.
- अणूंची निर्मिती : पाचव्या टप्प्याचा काळ आहे 3 लाख 80 हजार वर्षे ते 100 कोटी वर्षे. या काळात विश्वाचे तापमान 3000 अंश केल्विनने कमी झाले. अणुकेंद्रकाभोवती 5 पेक्षा जास्त इलेक्ट्रॉन फिरू लागून अणू स्थिर झाले. याच काळात फोटॉन कण मुक्त संचार करायला लागून विश्व पारदर्शी झाले आणि विश्वात प्रकाश इकडून तिकडे पसरायला सुरुवात झाली. हाच सूक्ष्म तरंगलांबी असलेला प्रकाश कोबे आणि डब्लू मॅप उपग्रहांनी पकडला होता आणि त्यातून महास्फोट सिद्धांताला पुष्टी मिळाली होती.
- तारे आणि दीर्घिकांची निर्मिती : विश्वाच्या जन्मापासून 100 कोटी ते 650 कोटी वर्षांचा काळ म्हणजेच विश्वाच्या वाढीचा सहावा टप्पा. याच काळात क्वेसार, दीर्घिका, तेजोमेघ यांची निर्मिती झाली. कार्बन, ऑक्सिजन आणि नायट्रोजन ही मूलद्रव्ये तयार झाली. हबल अवकाशीय दूरदर्शी साधारणपणे या कालावधीपर्यंतचा प्रकाश बघू शकते.
- डी सीटर प्रसरण : विश्वाच्या जन्मापासून सुमारे 650 कोटी वर्षांनी विश्वाने तारुण्यात प्रवेश केला, असे आपण म्हणू शकतो. विल्यम डी सीटर या शास्त्रज्ञाने मांडल्याप्रमाणे वेगवेगळ्या घटकांमध्ये असलेले गुरुत्वीय बल झुगारून विश्वाच्या प्रसरणातील त्वरणाला सुरुवात झाली.
- आजचे विश्व : विश्वाच्या इतिहासातील आठवा टप्पा म्हणजेच महास्फोटापासून 7 अब्ज वर्षानंतरचा आजचा वर्तमानकाळ.
संदर्भ :
- ब्रह्मांड उत्पत्ती, स्थिती, विनाश – मोहन आपटे, २००४, २०१२.
- किमयागार – अच्युत गोडबोले, २००७, २०१९.
- Parallel Worlds – Michio Kaku, २००४.
- The Hidden Reality – Brian Greene, 2011.
- https://youtu.be/ANCN7vr9FVk
समीक्षक : आनंद घैसास.
