परीक्षा अभ्यास

ब्रह्माण्ड फैलिँदै छ अर्थात् तारापुञ्जहरूबिचको अन्तरिक्ष सबैतिर एउटै दरले तन्किँदै छ। नजिकका दुई तारापुञ्जबिचभन्दा टाढा टाढाका दुई तारापुञ्जबिच तन्किने अन्तरिक्ष धेरै हुने भएकाले टाढाका तारापुञ्जबिचको दुरी छिटो बढ्छ। फुल्दै गरेको बेलुनमा पनि टाढा टाढाका थोप्ला नजिकका थोप्लाभन्दा छिटो छुट्टिन्छन्। यही कुरा हब्बलको नियम v = Hd मा व्यक्त गरिएको छ। (यो नियम तारापुञ्जहरूमा लागु हुन्छ। एउटै तारापुञ्जभित्रका तारा भने त्यसको गुरुत्वबलले बाँधिएका हुन्छन्।)

हरेक आकाशीय पिण्डलाई वरिपरिका पिण्डहरूको गुरुत्वबलले तानिरहेको हुन्छ। यसले परिभ्रमण गर्ने ठुलो पिण्डको तान सबैभन्दा बढी हुन्छ: ग्रहलाई सूर्यको र उपग्रहलाई त्यसको ग्रहको। तर हरेक पिण्ड आफ्नो कक्षमा छेउतिर ठुलो वेगमा चलिरहेको पनि हुन्छ। यसरी चलिरहेको हुनाले गुरुत्वबलले पिण्डलाई भित्र तानेर खसाल्न सक्दैन, बरु यसको बाटोलाई ठुलो पिण्डको वरिपरि घुमाउरो बनाउँछ। त्यसैले पिण्ड आफ्नो कक्षमा घुमिरहन्छ। गुरुत्वबल र पिण्डको चालबिचको यही सन्तुलनले हरेक पिण्डलाई आफ्नो ठाउँमा राख्छ।

सम्पूर्ण अन्तरिक्ष र त्यसभित्रका सबै कुरालाई ब्रह्माण्ड भनिन्छ। तारा, ग्रह, उपग्रह, पुच्छ्रेतारा, क्षुद्रग्रह, उल्का, तारापुञ्ज, ग्यास र धुलोसहितका सम्पूर्ण पदार्थ र ऊर्जा तथा तिनीहरूबिचको प्रकाश र विकिरण सबै ब्रह्माण्डभित्र पर्छन्।

बिग ब्याङ सिद्धान्तअनुसार करिब 13.8 अर्ब वर्षअघि ब्रह्माण्ड परमाणुभन्दा पनि सानो, अत्यन्तै तातो, खँदिलो र सङ्कुचित अवस्थामा थियो। त्यस अवस्थामा चार आधारभूत बल (गुरुत्वाकर्षण, विद्युत् चुम्बकीय, बलियो आणविक र कमजोर आणविक बल) एकीकृत भएर एउटै बलका रूपमा थिए। अचानक ठुलो फैलावट अर्थात् “महाविस्फोटन” सुरु भयो र त्यसयता ब्रह्माण्ड फैलिँदै र चिसिँदै आएको छ। यस क्रममा बनेको पदार्थबाट तारा र तारापुञ्ज बने। यी तारापुञ्ज अझै एकअर्काबाट टाढिँदै छन्।

1. टाढाका सबै तारापुञ्ज हामीबाट र एकअर्काबाट टाढिँदै छन्।
2. तारापुञ्ज जति टाढा छ, उति नै छिटो टाढिँदै छ। अर्थात् यसको वेग यसको दुरीसँग समानुपातिक हुन्छ: v = Hd (हब्बलको नियम)। यहाँ H हब्बलको स्थिराङ्क हो र यसको मान करिब 70 km/s/Mpc हुन्छ (नापअनुसार 67 देखि 73)।
3. यसबाट ब्रह्माण्ड फैलिँदै छ र धेरै पहिले यसका तारापुञ्ज सँगै थिए भन्ने बुझिन्छ। यसरी हब्बलको अध्ययनले बिग ब्याङ सिद्धान्तलाई समर्थन गर्छ।

गुरुत्वबलले फैलावटलाई ढिलो बनाउँछ र यो बल कति बलियो हुन्छ भन्ने कुरा घनत्वमा भर पर्छ। त्यसैले फैलावटको सीमा छ कि छैन भन्ने कुरा ब्रह्माण्डको औसत घनत्वलाई चरम घनत्वसँग तुलना गरेर थाहा हुन्छ:

• घनत्व चरम घनत्वभन्दा बढी भए गुरुत्वबलले फैलावट रोक्छ र ब्रह्माण्ड खुम्चिन्छ (बन्द ब्रह्माण्ड)। यस अवस्थामा सीमा हुन्छ।
• घनत्व बराबर भए फैलावट ढिलो हुँदै अनन्त समयपछि मात्र रोकिन्छ (समतल ब्रह्माण्ड)।
• घनत्व कम भए कुनै सीमा हुँदैन र ब्रह्माण्ड सधैँभरि फैलिन्छ (खुला ब्रह्माण्ड)।

आजका नापबाट ब्रह्माण्ड समतल छ भन्ने थाहा भएको छ। तर डार्क इनर्जीका कारण यसको फैलावट ढिलो होइन, झन् छिटो हुँदै छ। त्यसैले अहिलेसम्म थाहा भएअनुसार कुनै सीमा छैन र ब्रह्माण्ड सम्भवतः सधैँभरि फैलिँदै जानेछ। (डार्क इनर्जी समयसँगै बदलिने रहेछ भने यो कुरा बदलिन सक्छ। सन् 2025 का केही नतिजामा यस्तो सङ्केत भेटिएको छ।)

1. गुरुत्वाकर्षण बलले ग्रहहरूलाई सूर्यको वरिपरि र उपग्रहहरूलाई तिनका ग्रहको वरिपरि आआफ्नै कक्षमा परिभ्रमण गराइरहन्छ।
2. यसले तारापुञ्जका तारालाई एकै ठाउँमा बाँधेर राख्छ र तारापुञ्जहरूलाई समूह र झुन्डमा बाँध्छ।
3. ग्यास र धुलोका बादललाई खुम्च्याएर तारा, सूर्य र ग्रहहरू बनाउने काम पनि यसैले गरेको हो।
4. यसले ग्रहहरूलाई गोलो आकारमा राख्छ र तिनको वायुमण्डललाई अडाएर राख्छ।
5. यसले ब्रह्माण्डको फैलावटलाई ढिलो बनाउँछ। यो बल कति बलियो छ (अर्थात् ब्रह्माण्डको घनत्व कति छ) भन्ने कुरामा ब्रह्माण्डको भविष्य भर पर्छ।

हरेक पिण्ड आफ्नो कक्षमा छेउतिर ठुलो वेगमा चलिरहेको हुन्छ। पृथ्वी सूर्यको वरिपरि करिब 30 km/s मा र चन्द्रमा पृथ्वीको वरिपरि करिब 1 km/s मा चल्छ। गुरुत्वबलले हरेक पिण्डलाई त्यसले परिभ्रमण गर्ने पिण्डतिर तान्छ। तर पिण्ड चलिरहेको हुनाले सिधै भित्र खस्दैन, बरु यसको बाटो त्यस पिण्डको वरिपरि झन्डै वृत्ताकार बन्छ। न्युटनको तोपमा जस्तै यो पिण्ड सधैँ खसिरहेको र सधैँ छलिरहेको हुन्छ। यसलाई घुमाउरो बाटोमा राख्न जति बल चाहिन्छ, गुरुत्वबलले ठ्याक्कै त्यति नै बल दिन्छ। साथै कक्षहरू फरक फरक दुरीमा हुने र एकअर्कालाई नकाट्ने भएकाले यी पिण्ड कहिल्यै भेटिँदैनन्।

समतल ब्रह्माण्डमा ब्रह्माण्डको औसत घनत्व चरम घनत्वसँग ठ्याक्कै बराबर हुन्छ। तारापुञ्जहरू टाढिँदै जान्छन्, तर गुरुत्वबलले तिनको वेग घटाउँदै लैजान्छ। तिनको वेग र गुरुत्वबलको प्रभाव दुवै एकै समयमा शून्य हुन्छन्, तर अनन्त लामो समयपछि मात्र। त्यतिन्जेल तारापुञ्जहरू अनन्त दुरीमा पुगिसकेका हुन्छन्। त्यसपछि फैलावट रोकिन्छ र ब्रह्माण्ड न ठुलो हुन्छ न खुम्चिन्छ, जस्ताको तस्तै रहन्छ। ठ्याक्कै पलायन वेगमा छोडिएको रकेट पनि यस्तै हुन्छ। (“समतल” भन्नाले अन्तरिक्ष बाङ्गिएको छैन भन्ने पनि बुझिन्छ। नापअनुसार हाम्रो ब्रह्माण्ड साँच्चै समतल छ, तर डार्क इनर्जीले यसलाई झन् छिटो फैलाइरहेको छ।)

यस प्रश्नमा आफ्नो विचार सोधिएको हुनाले राम्रो तर्क भएको जुनसुकै उत्तरले अङ्क पाउन सक्छ। आजका प्रमाणमा आधारित एउटा उत्तर यस्तो हुन सक्छ:
ब्रह्माण्ड सधैँभरि फैलिँदै जाने सम्भावना सबैभन्दा बढी छ।

1. बिग ब्याङको बाँकी चमकबाट अन्तरिक्ष समतल छ अर्थात् कुल घनत्व चरम घनत्वसँग बराबर छ भन्ने थाहा भएको छ।
2. तर यस घनत्वको धेरैजसो भाग डार्क इनर्जी हो र यसले अन्तरिक्षलाई बाहिरतिर धकेल्छ। सन् 1998 देखि टाढाका सुपर नोभाको नापबाट फैलावट ढिलो होइन, झन् छिटो हुँदै छ भन्ने थाहा भएको छ।
3. त्यसैले गुरुत्वबलले फैलावट रोक्न सक्दैन र महासङ्कुचन हुँदैन। तारापुञ्जहरू टाढिँदै जानेछन्, तारा बिस्तारै निभ्दै जानेछन् र ब्रह्माण्ड झन् झन् चिसो र अँध्यारो हुँदै जानेछ।
4. डार्क इनर्जी के हो भन्ने कुरा वैज्ञानिकहरूलाई अझै पक्का थाहा छैन। सन् 2025 का नयाँ नतिजामा यो बदलिँदै हुन सक्ने सङ्केत पनि भेटिएको छ। डार्क इनर्जी कमजोर भएर उल्टियो भने ब्रह्माण्डको फैलावट फेरि ढिलो हुन वा ब्रह्माण्ड खुम्चिन पनि सक्छ। त्यसैले यो प्रश्नको पूरै टुङ्गो लागिसकेको छैन।