डार्क एनर्जी और डार्क मैटर | विज्ञान और प्रौद्योगिकी (Science & Technology) for UPSC CSE PDF Download

पदार्थ वह सब कुछ है जिसका द्रव्यमान (mass) होता है और जो स्थान (space) घेरता है। लेकिन 'सामान्य' पदार्थ के अलावा, अन्य विभिन्न प्रकार के अनुमानित पदार्थ भी हैं। कुछ उदाहरणों में डार्क मैटर (Dark Matter), एंटी मैटर (Anti Matter), और नेगेटिव मैटर (Negative Matter) शामिल हैं।

आप अब जानते हैं कि पदार्थ और ऊर्जा आपस में परिवर्तनीय हैं; इसलिए डार्क एनर्जी (Dark Energy), एंटी एनर्जी (Anti Energy), और नेगेटिव एनर्जी (Negative Energy) भी हैं।

अब हम देखते हैं कि प्रत्येक इन शर्तों का क्या अर्थ है।

शब्द 'डार्क' का उपयोग अज्ञात को दर्शाने के लिए किया जाता है।

• डार्क एनर्जी एक अज्ञात ऊर्जा का रूप है जो सभी स्थानों में फैलने का अनुमानित है, जो ब्रह्मांड के विस्तार को तेज करने की प्रवृत्ति रखती है।
• डार्क मैटर एक आकर्षक बल की तरह काम करता है - एक प्रकार का ब्रह्मांडीय सीमेंट जो हमारे ब्रह्मांड को एक साथ रखता है। इसका कारण यह है कि डार्क मैटर गुरुत्वाकर्षण (gravity) के साथ बातचीत करता है, लेकिन यह प्रकाश को परावर्तित (reflect), अवशोषित (absorb) या उत्सर्जित (emit) नहीं करता।
• इस बीच, डार्क एनर्जी एक प्रतिकर्षक बल है - एक प्रकार का एंटी-गुरुत्वाकर्षण - जो ब्रह्मांड के निरंतर तेज होते विस्तार को संचालित करता है।
• डार्क एनर्जी दोनों में से कहीं अधिक प्रभावशाली बल है, जो ब्रह्मांड के कुल द्रव्यमान और ऊर्जा का लगभग 68 प्रतिशत हिस्सा बनाता है।
• डार्क मैटर 27 प्रतिशत बनाता है।
• और बाकी - केवल 5 प्रतिशत वह सामान्य पदार्थ है जिसे हम हर दिन देखते हैं और इसके साथ बातचीत करते हैं।
• स्पायरल गैलेक्सियों के लिए घूर्णन की गति उस मात्रा पर निर्भर करती है जिसमें द्रव्यमान होता है। लेकिन मिल्की वे (Milky Way) के बाहरी भुजाएँ बहुत तेज़ घूम रही हैं, जो उस मात्रा के साथ सुसंगत नहीं है जो हमें ज्ञात है।
• इतनी तेज़ घूर्णन केवल तब संभव है जब अधिक द्रव्यमान हो, और यह अतिरिक्त द्रव्यमान डार्क मैटर से आने का विश्वास किया जाता है।
• डार्क मैटर एक अनुमानित पदार्थ का रूप है।
• डार्क मैटर का अधिकांश भाग कुछ अभी तक अज्ञात उपपरमाणु कणों (subatomic particles) से बना होने की संभावना है।
• डार्क मैटर का नाम इस तथ्य को संदर्भित करता है कि यह दृश्य विद्युतचुंबकीय विकिरण (electromagnetic radiation), जैसे प्रकाश, के साथ बातचीत नहीं करता है।
• इसलिए यह समस्त विद्युतचुंबकीय स्पेक्ट्रम के लिए अदृश्य (या 'डार्क') है, जिससे इसका पता लगाना अत्यंत कठिन हो जाता है।
• डार्क मैटर अन्य ब्रह्मांड के साथ केवल इसके गुरुत्वाकर्षण के माध्यम से बातचीत करता है (यही कारण है कि हम जानते हैं कि यह मौजूद है)।
• इस सामग्री को 'पदार्थ' माना जाता है क्योंकि इसका गुरुत्वाकर्षण आकर्षण है और यह 'डार्क' है क्योंकि यह प्रकाश (या विद्युतचुंबकीय स्पेक्ट्रम के किसी भी भाग) के साथ बातचीत नहीं करता है।

क्या ब्लैक होल (Black Holes) डार्क मैटर हैं?

काले छिद्रों को निम्नलिखित कारणों से अंधेरे पदार्थ के रूप में माना जा सकता है:

• लगभग टकराव रहित।
• वे स्थिर हैं (यदि पर्याप्त भारी हों)।
• उनकी गैर-सापेक्षिक गति होती है।
• वे ब्रह्मांड के इतिहास में बहुत जल्दी बने थे।

मार्च 2016 में, 3 शोध समूहों ने प्रस्तावित किया कि काले छिद्रों का उत्पत्ति प्राचीन है। 2 समूहों के परिणाम इस परिदृश्य के साथ संगत हैं कि लगभग सभी अंधेरे पदार्थ प्राचीन काले छिद्रों से बने हैं। तीसरे समूह ने निष्कर्ष निकाला कि काले छिद्रों ने कुल अंधेरे पदार्थ का केवल 1% से कम योगदान दिया।

विपरीत पदार्थ और विपरीत ऊर्जा

‘विपरीत’ का अर्थ है उल्टा। इसलिए विपरीत पदार्थ में सामान्य पदार्थ के मुकाबले कुछ गुण उलटे होते हैं। उदाहरण के लिए, इलेक्ट्रॉन का विपरीत कण एंटीइलेक्ट्रॉन होता है। इलेक्ट्रॉन और एंटीइलेक्ट्रॉन का द्रव्यमान बिल्कुल समान होता है, लेकिन उनके विद्युत आवेश बिल्कुल उलटे होते हैं।

यह अनुमान लगाया गया है कि ब्रह्मांड में हर मूलभूत कण का एक साथी कण होता है, जिसे ‘विपरीत कण’ कहा जाता है। कण और इसका विपरीत कण कई समान विशेषताओं को साझा करते हैं, लेकिन कई अन्य गुण बिल्कुल उलटे होते हैं। उदाहरण के लिए, इलेक्ट्रॉन का विपरीत कण एंटीइलेक्ट्रॉन होता है। दोनों का द्रव्यमान समान होता है, लेकिन उनके विद्युत आवेश बिल्कुल उलटे होते हैं।

विपरीत पदार्थ की अधिकांश मानव समझ उच्च-ऊर्जा त्वरक प्रयोगों से आती है। जब एक पदार्थ कण अपने विपरीत पदार्थ कण से मिलता है, तो वे एक-दूसरे को पूरी तरह से नष्ट कर देते हैं (यानी, संहार), अपने विश्राम द्रव्यमान के समकक्ष ऊर्जा को मुक्त करते हैं (आइनस्टीन के E = mc² के अनुसार)। उदाहरण के लिए, जब एक इलेक्ट्रॉन एक एंटीइलेक्ट्रॉन से मिलता है, तो दोनों संहार हो जाते हैं और एक प्रकाश की चमक उत्पन्न करते हैं, जो दोनों कणों के द्रव्यमान के समकक्ष ऊर्जा स्तर उत्पन्न करता है।

नकारात्मक पदार्थ और नकारात्मक ऊर्जा

नकारात्मक पदार्थ एक काल्पनिक प्रकार का पदार्थ है, जो यदि अस्तित्व में होता है तो इसका द्रव्यमान और ऊर्जा नकारात्मक होगी। यह मूलतः नकारात्मक गुरुत्वाकर्षण आवेश रखता है और सामान्य पदार्थ को प्रतिकर्षित करेगा। फिर भी, यह हर अन्य तरीके से किसी अन्य पदार्थ की तरह इंटरैक्ट करेगा।

उम्मीद है कि आप याद रखेंगे कि पदार्थ और विपरीत पदार्थ एक-दूसरे को आकर्षित करेंगे, जिससे संहार होगा। लेकिन पदार्थ और नकारात्मक पदार्थ गुरुत्वाकर्षण के तहत एक-दूसरे को प्रतिकर्षित करेंगे।

न्यूट्रिनो

प्रोटॉन, न्यूट्रॉन, और इलेक्ट्रॉन छोटे कण हैं जो परमाणुओं का निर्माण करते हैं। न्यूट्रिनो भी एक छोटे मूलभूत कण है, लेकिन यह परमाणु का हिस्सा नहीं है। न्यूट्रिनो एक उप-परमाणवी कण है जो इलेक्ट्रॉन के समान है, लेकिन इसका कोई विद्युत आवेश नहीं है और इसका द्रव्यमान बहुत छोटा है, जो शून्य भी हो सकता है। वास्तव में, न्यूट्रिनो के तीन प्रकार होते हैं: इलेक्ट्रॉन न्यूट्रिनो, म्यूऑन न्यूट्रिनो, और टौ न्यूट्रिनो।

न्यूट्रिनो ब्रह्मांड में सबसे प्रचुर मात्रा में कणों में से एक हैं। हालाँकि, क्योंकि इनका पदार्थ के साथ बहुत कम इंटरैक्शन होता है, इसलिए उन्हें पहचानना अत्यंत कठिन होता है।

यह अन्य पदार्थ कणों के साथ बहुत कमजोर तरीके से इंटरैक्ट करता है। इतनी कमजोर कि हर एक सेकंड में ट्रिलियन न्यूट्रिनो हम पर गिरते हैं और हमारे शरीर के माध्यम से बिना किसी ध्यान के गुजर जाते हैं।

न्यूट्रिनो सूर्य (सौर न्यूट्रिनो) और अन्य सितारों से, सौर मंडल से परे आने वाली कॉस्मिक किरणों से, और बिग बैंग से आते हैं, जिससे हमारा ब्रह्मांड उत्पन्न हुआ। इन्हें प्रयोगशाला में भी उत्पन्न किया जा सकता है।

INO (भारत आधारित न्यूट्रिनो वेधशाला) केवल वायुमंडलीय न्यूट्रिनो का अध्ययन करेगी। सौर न्यूट्रिनो की ऊर्जा उस स्तर की तुलना में बहुत कम होती है जिसे डिटेक्टर पहचान सकता है।

न्यूट्रिनो विज्ञान के भविष्य के अनुप्रयोग

कणों की विशेषताओं को समझने के लिए बुनियादी विज्ञान अनुसंधान आवश्यक है, इससे पहले कि उन्हें लागू किया जा सके। 100 साल पहले, जब इलेक्ट्रॉन की खोज की गई थी, तब इसकी कोई पूर्वानुमानित उपयोगिता नहीं थी। आज, इलेक्ट्रॉनिक्स के बिना एक दुनिया की कल्पना करना असंभव है।

• 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 का अध्ययन करने से हम सूर्य के आंतरिक भाग में क्या होता है, इसे समझने में मदद मिल सकती है।
• ब्रह्मांड के संघटक: दूर के सितारों से आने वाली रोशनी को खगोलज्ञों द्वारा अध्ययन 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 जाता है, तो उन्हें खगोल विज्ञान में उपयोग किया जा सकता है यह जानने के लिए कि ब्रह्मांड किससे बना है।
• प्रारंभिक ब्रह्मांड की जांच: न्यूट्रिनो अपने चारों ओर के पदार्थ के साथ बहुत कम इंटरैक्ट करते हैं, इसलिए वे बिना किसी रुकावट के लंबी दूरी तय करते हैं। बाह्यगैलेक्टिक (आकाशगंगा के बाहर उत्पन्न) न्यूट्रिनो जो हम देखते हैं, वे संभवतः दूर के अतीत से आ रहे हैं। ये अविनाशी संदेशवाहक हमें ब्रह्मांड की उत्पत्ति और शिशु ब्रह्मांड के प्रारंभिक चरणों के बारे में एक सुराग दे सकते हैं, जो बिग बैंग के तुरंत बाद हुआ।
• चिकित्सा इमेजिंग: न्यूट्रिनो के प्रत्यक्ष भविष्य के उपयोगों के अलावा, उनके अध्ययन के लिए उपयोग किए जाने वाले डिटेक्टरों के तकनीकी अनुप्रयोग हैं। उदाहरण के लिए, एक्स-रे मशीन, एमआरआई स्कैन आदि सभी कण डिटेक्टरों के अनुसंधान से उत्पन्न हुए हैं। इसलिए INO डिटेक्टरों का चिकित्सा इमेजिंग में अनुप्रयोग हो सकता है।