कुछ सामान्य अवधारणाएँ | विज्ञान और प्रौद्योगिकी (Science & Technology) for UPSC CSE PDF Download

कॉस्मोस: यह ब्रह्मांड के लिए एक और शब्द है।

कॉस्मिक: यह ब्रह्मांड या कॉस्मोस से संबंधित है।

कॉस्मिक किरणें: ये अत्यधिक ऊर्जा वाली परमाणु नाभिक या अन्य कण हैं जो प्रकाश की गति के करीब अंतरिक्ष में यात्रा करते हैं। कॉस्मिक किरणों के सीधे संपर्क में आने से जीन उत्परिवर्तन हो सकते हैं, जो कैंसर का कारण बन सकते हैं।

कॉस्मोलॉजी: यह ब्रह्मांड के बड़े पैमाने की विशेषताओं का वैज्ञानिक अध्ययन है - NASA

कॉस्मोलॉजिकल: यह ब्रह्मांड की उत्पत्ति और विकास से संबंधित है।

खगोलशास्त्र: यह पृथ्वी के वायुमंडल के बाहर उत्पन्न होने वाले खगोलीय वस्तुओं (तारे, ग्रह, धूमकेतु आदि) और घटनाओं का वैज्ञानिक अध्ययन है (जैसे कि सौर वायु, गुरुत्वाकर्षण तरंगें आदि) - Sciencedaily.com

• ब्रह्मांड सभी विद्यमान पदार्थ और स्थान है। यह अनिश्चित रूप से विशाल है (मानसिक grasp से परे)।
• ब्रह्मांड में भौतिक (उप-परमाणु कण जैसे इलेक्ट्रॉन, प्रोटॉन से लेकर आकाशीय सुपर-क्लस्टर) और गैर-भौतिक (प्रकाश, गुरुत्वाकर्षण, स्थान आदि) दोनों प्रकार के घटक शामिल हैं।
• अधिकांश कॉस्मोलॉजिस्ट मानते हैं कि ब्रह्मांड लगभग 13.8 अरब वर्ष पहले एक घटना में जन्मा जिसे बिग बैंग कहा जाता है (एक विशाल विस्फोट जिसने पदार्थ को सभी दिशाओं में फैलने के लिए प्रेरित किया जिससे आकाशगंगाएँ, तारे आदि बने)।
• वर्तमान में, कहा जाता है कि ब्रह्मांड में लगभग 100 अरब आकाशगंगाएँ हैं, प्रत्येक में औसतन 100 अरब तारे होते हैं।

तुलना में, मिल्की वे गैलेक्सी में 100 अरब से 400 अरब तारे होने की संभावना है।

1,000,000 = 1 मिलियन = 10 लाख; 1,000,000,000 = 1 अरब = 100 करोड़; 1,000,000,000,000 = 1 ट्रिलियन बिग बैंग थ्योरी

बिग बैंग समयरेखा

• बिग बैंग सिद्धांत ब्रह्मांड के जन्म के लिए प्रचलित कॉस्मोलॉजिकल मॉडल है। यह कहता है कि किसी क्षण में संपूर्ण स्थान एक बहुत उच्च घनत्व और उच्च तापमान की अवस्था में था, जिससे ब्रह्मांड सभी दिशाओं में फैल रहा है।
• आधुनिक माप के अनुसार, यह क्षण लगभग 13.8 अरब वर्ष पहले का है।
• प्रारंभिक विस्तार (इन्फ्लेशन) के बाद, ब्रह्मांड ने इतना ठंडा किया कि उपपरमाणु कणों और बाद में साधारण परमाणुओं का निर्माण संभव हो सका।
• बिग बैंग द्वारा उत्पादित अधिकांश परमाणु हाइड्रोजन और हेलियम थे, साथ में लिथियम और बेरीलीयम की थोड़ी मात्रा भी।
• इन प्रारंभिक तत्वों (हाइड्रोजन और हेलियम) के विशाल बादल बाद में गुरुत्वाकर्षण के माध्यम से मिलकर तारों और गैलेक्सियों का निर्माण करते हैं।
• इस सिद्धांत के अनुसार, ब्रह्मांड, अपने जन्म के बाद से, सभी दिशाओं में फैल रहा है।

• 1964 में कॉस्मिक माइक्रोवेव बैकग्राउंड विकिरण की खोज हुई, जो बिग बैंग मॉडल के समर्थन में महत्वपूर्ण साक्ष्य था।
• अन्य साक्ष्य जैसे कॉस्मोलॉजिकल रेडशिफ्ट, गुरुत्वाकर्षण तरंगें आदि ने बिग बैंग सिद्धांत को और मजबूती प्रदान की है।

बिग क्रंच

• किसी समय पर, ब्रह्मांड एक अधिकतम आकार तक पहुंच जाएगा और फिर संकुचन शुरू करेगा।
• यह फिर से घना और गर्म हो जाएगा, और एक ऐसी अवस्था में समाप्त होगा जो उस अवस्था के समान होगी जिसमें यह शुरू हुआ था — एक बिग क्रंच, ब्रह्मांड की मृत्यु।

डॉपलर-शिफ्ट या रेडशिफ्ट और ब्लूशिफ्ट

रेडशिफ्ट और ब्लूशिफ्ट यह बताते हैं कि प्रकाश कैसे बदलता है जब अंतरिक्ष में वस्तुएं (जैसे तारे या आकाशगंगाएँ) हमारी ओर या हमसे दूर चलती हैं। यह अवधारणा ब्रह्मांड के विस्तार को चार्ट करने के लिए महत्वपूर्ण है।

• दृश्यमान प्रकाश रंगों का एक स्पेक्ट्रम है, जो किसी भी व्यक्ति के लिए स्पष्ट है जिसने इंद्रधनुष को देखा है। जब कोई वस्तु हमसे दूर जाती है (डॉपलर-शिफ्ट के तहत कम आवृत्तियों की ओर), तो प्रकाश स्पेक्ट्रम के लाल छोर की ओर शिफ्ट होता है, क्योंकि इसकी तरंग दैर्ध्य लंबी हो जाती है। यदि कोई वस्तु करीब आती है (डॉपलर-शिफ्ट के तहत उच्च आवृत्तियों की ओर), तो प्रकाश स्पेक्ट्रम के नीले छोर की ओर चला जाता है, क्योंकि इसकी तरंग दैर्ध्य छोटी हो जाती है।
• अमेरिकी खगोलशास्त्री एडविन हबल ने पहले इस रेडशिफ्ट घटना (आकाशगंगाओं का रेडशिफ्ट) का वर्णन किया और इसे एक विस्तारशील ब्रह्मांड से जोड़ा (आकाशगंगाएँ एक-दूसरे से दूर जा रही हैं)।
• हबल का नियम: जितनी दूर आकाशगंगाएँ हैं, वे पृथ्वी से उतनी ही तेजी से दूर जा रही हैं - जिसे ब्रह्मांड के विस्तार को तेज करने के रूप में भी जाना जाता है।

कॉस्मिक माइक्रोवेव बैकग्राउंड (CMD)

• एक पारंपरिक ऑप्टिकल टेलीस्कोप से, तारे और आकाशगंगाओं के बीच का स्थान पूरी तरह से अंधेरा है। हालांकि, एक संवेदनशील रेडियो टेलीस्कोप एक हल्की पृष्ठभूमि की चमक दिखाता है। यह चमक रेडियो स्पेक्ट्रम के माइक्रोवेव क्षेत्र में सबसे मजबूत होती है, और इसलिए इसे कॉस्मिक माइक्रोवेव बैकग्राउंड कहा जाता है।
• CMB उच्च ऊर्जा फोटोन (गामा फोटोन या X-रे फोटोन) से आज के निम्न माइक्रोवेव फोटोन में बदल गया है, जो विस्तारशील ब्रह्मांड से रेडशिफ्ट के कारण है।
• CMD, जिसे रिलिक विकिरण भी कहा जाता है, लगभग सभी दिशाओं में समान है और यह किसी तारे, आकाशगंगा या अन्य वस्तुओं के साथ जुड़ा हुआ नहीं है। यह “बिग बैंग” से बचे हुए थर्मल विकिरण है।
• CMB अवलोकनात्मक ब्रह्माण्ड विज्ञान के लिए मौलिक है क्योंकि यह ब्रह्मांड में सबसे पुराना प्रकाश है और इसे सभी दिशाओं में पाया जा सकता है।
• चूंकि CMB ब्रह्मांड के विकास के प्रारंभिक चरण से बचे हुए विकिरण के रूप में है, इसकी खोज को ब्रह्मांड के बिग बैंग मॉडल के लिए एक महत्वपूर्ण परीक्षण माना जाता है।

ब्रह्मांड का तेजी से विस्तार

• यह अवलोकन है कि ब्रह्मांड का विस्तार इस प्रकार है कि एक गैलेक्सी की गति जो अवलोकक से दूर जा रही है, समय के साथ लगातार बढ़ रही है (हबल का नियम)।
• इसका तात्पर्य है कि जैसे-जैसे पदार्थ अंतरिक्ष में फैलता है, ब्रह्मांड लगातार ठंडा होता जाएगा।
• ब्रह्मांड के त्वरित विस्तार की शुरुआत तब मानी जाती है जब ब्रह्मांड ने लगभग 5 अरब वर्ष पहले अपने अंधेरे ऊर्जा-प्रधान युग में प्रवेश किया।
• इस त्वरित विस्तार की खोज 1998 में दूरस्थ प्रकार Ia सुपरनोवा का उपयोग करके की गई थी।

प्रकार Ia सुपरनोवा एक प्रकार का सुपरनोवा है जो बाइनरी सिस्टम (दो तारे एक-दूसरे की परिक्रमा कर रहे हैं) में होता है, जिसमें से एक तारा एक सफेद बौना होता है। दूसरा तारा किसी भी प्रकार का हो सकता है, जैसे एक विशाल तारा या एक और छोटा सफेद बौना।

• सभी प्रकार Ia सुपरनोवा के बारे में माना जाता है कि जब वे विस्फोटित होते हैं, तो उनकी अधिकतम चमक लगभग समान होती है।
• इस प्रकार की स्थिरता उन्हें ब्रह्मांड के विस्तार की दर को मापने के लिए एक प्रकाशस्तंभ के रूप में उपयोग करने की अनुमति देती है।
• जितनी कमजोर रोशनी होती है, तारा उतना ही दूर होता है (कोस्मोलॉजिकल रेडशिफ्ट)।

अंधेरी ऊर्जा

• अंधेरी ऊर्जा एक अज्ञात ऊर्जा का रूप है जिसे यह माना जाता है कि यह पूरे अंतरिक्ष में फैलती है, जो ब्रह्मांड के विस्तार को तेज करने की प्रवृत्ति रखती है।

संबंधित या समान शब्दावली

• अंधेरा पदार्थ - सर्पिल गैलेक्सी के लिए घूर्णन की गति उस मात्रा पर निर्भर करती है जो उनमें सामग्री होती है।
• लेकिन मिल्की वे के बाहरी भुजाएँ ज्ञात मात्रा के अनुसार बहुत तेजी से घूम रही हैं।
• इस प्रकार की तेज़ घूर्णन केवल तब संभव है जब अधिक मात्रा हो, और उस अतिरिक्त मात्रा का आस्था अंधेरे पदार्थ से जुड़ा हुआ है।
• अंधेरा पदार्थ एक परिकल्पित पदार्थ का रूप है जो माना जाता है कि यह ब्रह्मांड में लगभग 85% पदार्थ का प्रतिनिधित्व करता है।
• अंधेरी ऊर्जा और अंधेरा पदार्थ मिलकर कुल ब्रह्मांड के 95.1% सामग्री का गठन करते हैं (बाकी सामान्य पदार्थ में)।
• संक्षेप में, हम ब्रह्मांड के 95% में क्या है, इस बारे में अनिश्चित हैं!
• अधिकांश अंधेरे पदार्थ को कुछ अभी तक खोजे नहीं गए उप-परमाणु कणों से बना हुआ माना जाता है।
• अंधेरे पदार्थ का नाम इस तथ्य को दर्शाता है कि यह अवलोकनीय विद्युत चुम्बकीय विकिरण, जैसे प्रकाश, के साथ बातचीत नहीं करता।
• इसलिए, यह पूरे विद्युत चुम्बकीय स्पेक्ट्रम के लिए अदृश्य (या 'अंधेरा') है, जिससे इसे पहचानना अत्यंत कठिन हो जाता है।
• अंधेरा पदार्थ केवल अपने गुरुत्वाकर्षण के माध्यम से बाकी ब्रह्मांड के साथ बातचीत करता है (यही कारण है कि हम जानते हैं कि यह मौजूद है)।

विपरीत पदार्थ

• यह परिकल्पना की गई है कि ब्रह्मांड में प्रत्येक प्राथमिक कण का एक साथी कण होता है, जिसे 'विपरीत कण' कहा जाता है।
• कण और इसका विपरीत कण कई समान विशेषताएँ साझा करते हैं, लेकिन कई अन्य गुण बिल्कुल विपरीत होते हैं।
• उदाहरण के लिए, इलेक्ट्रॉन का विपरीत कण एंटीइलेक्ट्रॉन होता है।
• इन दोनों का द्रव्यमान समान होता है, लेकिन उनके विद्युत आवेश बिल्कुल विपरीत होते हैं।
• मानव समझ का अधिकांश हिस्सा उच्च ऊर्जा त्वरण प्रयोगों से आता है।
• जब एक पदार्थ कण अपने विपरीत पदार्थ कण से मिलता है, तो वे एक-दूसरे को पूरी तरह से नष्ट कर देते हैं (अर्थात्, विनाश), जिससे उनकी विश्राम द्रव्यमान के बराबर ऊर्जा निकलती है (आइंस्टीन के E = mc² के अनुसार)।
• उदाहरण के लिए, जब एक इलेक्ट्रॉन एक एंटीइलेक्ट्रॉन से मिलता है, तो दोनों विनाशित हो जाते हैं और प्रकाश की एक चमक उत्पन्न करते हैं, जो दोनों कणों के द्रव्यमान के बराबर ऊर्जा स्तर उत्पन्न करती है।

गुरुत्वाकर्षण तरंगें

गुरुत्वाकर्षण तरंगें अंतरिक्ष-समय के ताने-बाने में 'लहरें' हैं, जो ब्रह्मांड में कुछ सबसे हिंसक और ऊर्जा-पूर्ण प्रक्रियाओं द्वारा उत्पन्न होती हैं। ये लहरें ब्रह्मांड में प्रकाश की गति से यात्रा करती हैं, अपने साथ उनके स्रोत के बारे में जानकारी ले जाती हैं।

अल्बर्ट आइंस्टाइन ने 1916 में अपनी सामान्य सापेक्षता के सिद्धांत में गुरुत्वाकर्षण तरंगों के अस्तित्व की भविष्यवाणी की। उन्होंने देखा कि बड़े त्वरित वस्तुएं (जैसे न्यूट्रॉन तारे या एक-दूसरे के चारों ओर घूमते हुए काले छिद्र) अंतरिक्ष-समय को इस तरह से विकृत करेंगी कि विकृत अंतरिक्ष की 'लहरें' स्रोत से विकिरित होंगी (जैसे कि तालाब में पत्थर फेंकने पर लहरों का फैलना)।

2015 में, LIGO (लेजर इंटरफेरोमीटर ग्रैविटेशनल-वेव ऑब्जर्वेटरी, अमेरिका) ने लगभग 1.3 अरब प्रकाश वर्ष दूर दो टकराते हुए काले छिद्रों द्वारा उत्पन्न गुरुत्वाकर्षण तरंगों के कारण अंतरिक्ष-समय में विकृतियों को भौतिक रूप से अनुभव किया! जबकि गुरुत्वाकर्षण तरंगें उत्पन्न करने वाली प्रक्रियाएं अत्यंत हिंसक और विनाशकारी हो सकती हैं, जब ये तरंगें पृथ्वी तक पहुंचती हैं, तो ये अरबों गुना छोटी होती हैं।

• गुरुत्वाकर्षण तरंगें अंतरिक्ष-समय के ताने-बाने में 'लहरें' हैं, जो ब्रह्मांड में कुछ सबसे हिंसक और ऊर्जा-पूर्ण प्रक्रियाओं द्वारा उत्पन्न होती हैं।

आइंस्टाइन का सामान्य सापेक्षता का सिद्धांत

• 1905 में, अल्बर्ट आइंस्टाइन ने यह निर्धारित किया कि भौतिकी के नियम सभी गैर-त्वरित अवलोककों के लिए समान हैं और कि निर्वात में प्रकाश की गति सभी अवलोककों की गति से स्वतंत्र थी।
• इसके परिणामस्वरूप, उन्होंने पाया कि स्थान और समय एकल निरंतरता में एकजुट होते हैं जिसे अंतरिक्ष-समय कहा जाता है।
• एक अवलोकक के लिए एक ही समय पर होने वाली घटनाएं दूसरे के लिए अलग समय पर हो सकती हैं। यह विशेष सापेक्षता का सिद्धांत था।
• 1915 में, आइंस्टाइन ने अपनी सामान्य सापेक्षता का सिद्धांत प्रकाशित किया। इसमें, उन्होंने निर्धारित किया कि बड़े वस्तुएं अंतरिक्ष-समय को विकृत करती हैं, जिसे गुरुत्वाकर्षण के रूप में अनुभव किया जाता है।
• गुरुत्वाकर्षण लेंसिंग और गुरुत्वाकर्षण तरंगें आइंस्टाइन के सामान्य सापेक्षता के सिद्धांत के लिए मजबूत सबूत हैं।

• एक अवलोकक के लिए एक ही समय पर होने वाली घटनाएं दूसरे के लिए अलग समय पर हो सकती हैं। यह विशेष सापेक्षता का सिद्धांत था।

• एक बड़े वस्तु जैसे काले छिद्र के चारों ओर प्रकाश मुड़ता है, जिससे यह उसके पीछे की वस्तुओं के लिए एक लेंस के रूप में कार्य करता है।

गुरुत्वाकर्षण तरंगों का महत्व

गुरुत्वाकर्षण तरंगें ब्रह्माण्ड के विस्तार की दर को मापने और इसके उत्पत्ति एवं भविष्य को समझने के लिए सायरन की तरह कार्य कर सकती हैं।

• हबल का नियम: जितनी दूर की आकाशगंगाएँ हैं, वे पृथ्वी से उतनी ही तेजी से दूर जा रही हैं — ब्रह्माण्ड का त्वरित विस्तार।
• हबल स्थिरांक: यह एक माप की इकाई है जो यह वर्णित करती है कि ब्रह्माण्ड किस दर से फैल रहा है।
• हबल स्थिरांक का अनुमान लगाने के लिए दो महत्वपूर्ण पैरामीटर हैं:
  • तारों की पृथ्वी से दूरी
  • वे कितनी तेजी से हमसे दूर जा रहे हैं (उनकी गति)।
• लेकिन अब तक, सबसे सटीक प्रयासों ने हबल स्थिरांक के बहुत अलग मान प्रस्तुत किए हैं।
• वैज्ञानिकों ने हबल स्थिरांक को मापने के लिए गुरुत्वाकर्षण तरंगों का उपयोग करते हुए एक अधिक सटीक और स्वतंत्र तरीका प्रस्तावित किया है।
• एक प्रकाश की चमक प्रणाली की गति का अनुमान लगाने में मदद करेगी (प्रणाली: न्यूट्रॉन तारे या काले छिद्र जो एक-दूसरे के चारों ओर चक्कर लगा रहे हैं), या यह पृथ्वी से कितनी तेजी से दूर जा रही है।
• अगर उत्सर्जित गुरुत्वाकर्षण तरंगें पृथ्वी पर.detect की जाती हैं, तो उन्हें प्रणाली की दूरी का सटीक माप प्रदान करना चाहिए।
• प्रणाली की गति और दूरी जानने से, हबल स्थिरांक का सटीक मूल्यांकन संभव है।