મહાવિસ્ફોટ (Big Bang) : વિશ્વના આરંભે મળતી અસામાન્યતા (singularity). આ મહાવિસ્ફોટનું કારણ હજુ સ્પષ્ટ નથી. તે છતાં અતિદાબ હેઠળ જકડાઈ રહેલી ઊર્જાના વિસ્ફોટને કારણે તે થયો હોવાનું મનાય છે. તે સાથે તેનાં અભ્યાસ અને અર્થઘટનોના પ્રયાસો ચાલુ જ છે. બ્રહ્માંડવિજ્ઞાન(cosmology)ના સિદ્ધાંતોને આધારે પ્રતિપાદિત કરવામાં આવ્યું છે કે આશરે 12થી 20 અબજ (12 x 109 થી 20 x 109) વર્ષ પહેલાં વિશ્વનું તમામ દ્રવ્ય અને ઊર્જા નાના અને ઘટ્ટ બિંદુમાં સંપીડનસ્વરૂપે ધરબાયેલાં હતાં. શૂન્ય સમયે એટલે કે વિશ્વના આરંભની ક્ષણ પહેલાં તે આદિ અગનગોળો હતો. તે ક્ષણે તેનું તાપમાન લગભગ 10 x 1030° સે. જેટલું હોવાનું મનાય છે. પરમાણુની ન્યૂક્લિયસથીય નાના ગોળામાં અવકાશ અને સમય તથા ઊર્જા અને દ્રવ્ય સમાવિષ્ટ થયેલાં હતાં. મહાવિસ્ફોટને કારણે તમામ દ્રવ્ય બધી દિશામાં જોરથી ફેંકાયું. પ્રારંભિક પ્રચંડ પ્રવેગી ગતિને લીધે દ્રવ્ય વિસ્ફોટના કેન્દ્રથી આજે પણ દૂર દૂર જઈ રહ્યું છે. મહાવિસ્ફોટ બાદ વિશ્વ સતત વિસ્તરતું અને ઠંડું પડતું જાય છે. વિસ્તરતા જતા વિશ્વના પ્રાયોગિક પુરાવા આજે ઉપલબ્ધ છે.
વિશ્વની વય ચોક્કસપણે નક્કી કરી શકાય તેમ નથી, કારણ કે આવી ગણતરી અવકાશની વક્રતાના મૂલ્ય ઉપર આધારિત છે અને તે આજ સુધી નક્કી થઈ શક્યું નથી; પણ વિશ્વના વિસ્તરણ દરને આધારે તેની વય અંદાજે 12થી 20 અબજ વર્ષ જેટલી ગણાય છે. ઘણીબધી અચોક્કસતાઓ વચ્ચે પણ વિશ્વની વય પૃથ્વી અને સૂર્ય કરતાં વધારે છે. મહાવિસ્ફોટ સમયના ગ્રહો, તારા અને તારાવિશ્વોના અને આજના વિશ્વ વચ્ચે ઘણો તફાવત છે.
10–36 સેકન્ડને અંતે વિશ્વનું વિસ્તરણ શરૂ થયું. તે સમયે તેનું તાપમાન 10 x 1027° સે. જેટલું હતું. વિસ્ફોટ બાદ દ્રવ્ય (matter) અને પ્રતિદ્રવ્ય(antimatter)નું મિશ્રણ નિરંકુશિતપણે વિસ્તરવા લાગ્યું.
10–3 સેકન્ડને અંતે વિશ્વનું તાપમાન 10 x 1018° સે. થયું. અતિસૂક્ષ્મ કણો ક્વાર્ક અને ઍન્ટિક્વાર્કનું નિર્માણ થયું. ક્વાર્ક અને ઍન્ટિક્વાર્કના વિલોપન (annihilation) બાદ બચી ગયેલા ક્વાર્કથી પ્રોટૉન અને ન્યૂટ્રૉનનું સર્જન થયું.
‘બિગ બેંગ’ બાદ 10 સેકન્ડમાં ઇલેક્ટ્રૉન અસ્તિત્વમાં આવ્યા. તે સમયે વિશ્વનું તાપમાન 3 x 109° સે. હતું. આ સમયે ઇલેક્ટ્રૉન અને ઍન્ટિઇલેક્ટ્રૉનનું વિલોપન થયું.
મહાવિસ્ફોટ બાદ 3 મિનિટથી 3,00,000 વર્ષ દરમિયાન વાયુઓનું નિર્માણ થયું. પ્રોટૉન અને ન્યૂટ્રૉનના સંયોજનથી હીલિયમની ન્યૂક્લિયસ તૈયાર થઈ; ત્યારબાદ હાઇડ્રોજન અને હીલિયમના પરમાણુ બન્યા.
500 x 106 વર્ષ બાદ વાયુસભર વિશ્વમાંથી વાયુનું વિભાજન થતાં તારાવિશ્વો (galaxies) અસ્તિત્વમાં આવ્યાં. 109 વર્ષ બાદ આકાશગંગા(milky way)માં તારકોનું સર્જન થયું. (જુઓ રંગીન ચિત્ર) 7.5 x 109 વર્ષ બાદ સૂર્યમંડળની રચના થઈ. 8.5 x 109 વર્ષ પછી પૃથ્વી ઉપર સજીવોનું સર્જન થયું.
મહાવિસ્ફોટ ટાણે અગનગોળામાં રહેલું દ્રવ્ય આજના દ્રવ્ય જેવું ન હતું. તે સમયના વિશ્વમાં ઊર્જા અને વિચિત્ર કણો (exotic particles) સૂપ (soup) સ્વરૂપે હતા; પણ વર્તમાન સમયમાં વિશ્વ ગ્રહો, તારા, તારાવિશ્વો અને સજીવોથી સભર છે. આ બધા તારા અને તારાવિશ્વો એકબીજાંથી દૂર જઈ રહ્યાં છે. તારાઓમાંથી આવતા પ્રકાશનો અભ્યાસ લાલ સંસરણ(red shift)ની ઘટના દર્શાવે છે. આ ઘટના અંતર્ગત દૂર જતા સ્રોતના પ્રકાશની આવૃત્તિમાં ઘટાડો (અને તરંગ લંબાઈમાં વધારો) થાય છે. તેથી ઊલટું, નજીક આવતા સ્રોતના પ્રકાશની આવૃત્તિમાં વધારો (અને તરંગલંબાઈમાં ઘટાડો) થાય છે. આને નીલ સંસરણ(blue shift)ની ઘટના કહે છે. આ બંને ઘટનાઓને સંયુક્ત રીતે ડૉપ્લર (Doppler) ઘટના કહે છે. હબ્બલે 1929માં પ્રસિદ્ધ કર્યું કે જેમ તારાવિશ્વ વધુ દૂર તેમ તે વધુ ઝડપથી દૂર જાય છે. આનો અર્થ એ થાય કે વિશ્વ સ્થાયી (static) નથી; પણ સતત વિસ્તરતું જાય છે.
વિસ્તરતા વિશ્વની શોધ વીસમી સદીની વૈજ્ઞાનિક અને બૌદ્ધિક મહાક્રાંતિ છે. અલબત્ત, વિશ્વ ધીમે ધીમે વિસ્તરતું જાય છે તેને કારણે ગુરુત્વાકર્ષણ-બળ મંદ પડતું જાય છે. એક સમયે ગતિ શૂન્ય થશે ત્યારે તે વિસ્તરતું બંધ પડશે. ત્યારબાદ વિશ્વનું સંકોચન શરૂ થશે.
ફ્રિડમાનના અભ્યાસ મુજબ, દૂરના ભૂતકાળમાં તારાવિશ્વો નજીક હોવાં જોઈએ અને દસ-વીસ અબજ વર્ષ પહેલાં તારાવિશ્વો વચ્ચેનું અંતર શૂન્ય હોવું જોઈએ. આ મહાવિસ્ફોટ પહેલાંની સ્થિતિ થઈ. તે સમયે વિશ્વના દ્રવ્યની ઘનતા અને અવકાશ-સમયવક્રતા (space-time curvature) અનંત હોવાં જોઈએ; પણ ગણિતશાસ્ત્ર તો અનંત સંખ્યાનો સ્વીકાર કરતું નથી. આનો અર્થ એ થાય છે કે, જેના ઉપર ફ્રિડમાનનો ઉકેલ રચાયો છે તેવો વ્યાપક સાપેક્ષવાદ (general theary of relativity) એવી આગાહી કરે છે કે વિશ્વમાં એક એવું બિંદુ છે, જ્યાં ખુદ સિદ્ધાંત જ તૂટી પડે છે. આવા બિંદુને ગણિતજ્ઞો અસામાન્યતા (singularity) કહે છે. વિજ્ઞાનના સિદ્ધાંતો મહદંશે એવી પૂર્વધારણા ઉપર સૂત્રબદ્ધ થયા છે કે અવકાશ-સમય સમતલ (flat) અને મસૃણ (smooth) છે. એટલે કે મહાવિસ્ફોટ પહેલાં કોઈ ઘટનાઓ ઘટી હોય તો પણ પાછળથી તેમનું શું થાય છે તે નક્કી કરવા તેનો ઉપયોગ થઈ શકે નહિ, કારણ કે મહાવિસ્ફોટ આગળ તમામ આગાહીઓ તૂટી પડે છે. ટૂંકમાં, મહાવિસ્ફોટ પછી શું બને છે તે જાણી શકાય પણ તે પહેલાં શું બન્યું તે જાણી શકાય નહિ. આથી મહાવિસ્ફોટ પહેલાંની ઘટનાઓ સાથે નિસ્બત રાખવાનો અર્થ નથી અને તેનાં પરિણામોનું કોઈ મહત્વ નથી. અગાઉની ઘટનાઓને વિશ્વના વૈજ્ઞાનિક પરિરૂપ(model)ની બહાર રાખીને એટલું જ કહી શકાય કે સમયનો આરંભ મહાવિસ્ફોટથી થયો. સમયનો આરંભ તે દિવસે થયો જેને ‘ગઈ કાલ’ ન હતી.
સમયને આરંભ છે એવું કેટલાક લોકોને રુચતું નથી, કારણ કે તેથી અલૌકિક દરમિયાનગીરીને થપ્પડ પડતી હોય તેવું લાગે છે; પણ કૅથલિક ચર્ચે 1951માં વિધિસર જાહેર કર્યું છે કે તે બાઇબલ સાથે સુસંગત છે.
મહાવિસ્ફોટની ઘટનાનો નકાર કરતા પ્રયત્નો પણ થયા છે. તેની સામે વિશ્વની સ્થાયી સ્થિતિનો સિદ્ધાંત રજૂ કરવામાં આવ્યો છે. હર્મન બૉન્ડી, ટૉમસ ગોલ્ડ, બ્રિટન તથા ફ્રેડ હૉઇલ આ સિદ્ધાંતના પુરસ્કર્તા છે. તેમના મતાનુસાર તારાવિશ્વો જેમ જેમ એકબીજાંથી દૂર દૂર જાય છે તેમ તેમ તેમની વચ્ચે જગા ખાલી પડતી જાય છે. નવા સર્જાતા જતા દ્રવ્યને લીધે નવાં તારાવિશ્વો અસ્તિત્વમાં આવતાં જાય છે અને ખાલી પડેલી જગા પુરાતી જાય છે. આથી બધા સમયે અને સ્થળેથી વિશ્વ લગભગ જેવું ને તેવું દેખાય છે, પણ નવા દ્રવ્યના સર્જનનો દર ઘણો ઓછો હોઈ આ હકીકત પ્રાયોગિક રીતે સબળ ચકાસણી માગી લે છે.
પેન્જિયાસ (Pengias) અને વિલ્સને 1965માં શોધી કાઢ્યું છે કે ભૂતકાળમાં વિશ્વ ઘટ્ટ હોવું જોઈએ. આ રીતે વિશ્વની સ્થાયી સ્થિતિનો સિદ્ધાંત અસ્વીકાર્ય બને છે.
વ્યાપક સાપેક્ષવાદ બરાબર હોય તો રશિયન વિજ્ઞાનીઓ ઇવેન્જી લિફશિટ્ઝ (Evengii Lifshitz) અને ખૅલાત્નિવકૉવ-(Khalatnikov)નું સંશોધન દર્શાવે છે કે વિશ્વને મહાવિસ્ફોટ જેવી અસામાન્યતા હોઈ શકે છે; પણ તેથી મહાવિસ્ફોટના પાયાનાં રહસ્યોનો ઉકેલ મળી શકે ખરો ? શું વ્યાપક સાપેક્ષવાદ એવું પ્રતિપાદિત કરી શકે છે કે આ વિશ્વને મહાવિસ્ફોટ હોય ? એટલે કે સમયને આરંભ હોય ? આનો પ્રત્યુત્તર બ્રિટિશ ગણિતજ્ઞ રૉજર પેન્રોઝ 1965માં તદ્દન જુદા જ અભિગમ સાથે આપે છે. વ્યાપક સાપેક્ષવાદમાં પ્રકાશ-શંકુ(light-cone)ની વર્તણૂક અને તેનું ગુરુત્વ હંમેશાં આકર્ષક હોય છે. આ હકીકતને આધારે તેમણે બતાવ્યું કે પોતાના જ ગુરુત્વને લીધે નિપાત પામતો તારક એવા વિસ્તારમાં કેદ (trap) થાય છે, જે વધુ સંકોચાઈને શૂન્ય કદ ધરાવે છે. સંકોચન પામતી સપાટી શૂન્ય બને તો તેનાથી ઘેરાતું કદ પણ શૂન્ય બને તે સ્વાભાવિક છે. એટલે કે તારાનું સઘળું દ્રવ્ય શૂન્ય કદમાં સંકોચાઈ જાય છે. દ્રવ્યનું કદ શૂન્ય બનતાં દ્રવ્યની ઘનતા અને અવકાશસમય-વક્રતા અનંત બને છે; અર્થાત્ અવકાશ-સમયની અંદર જ બ્લૅક હોલના નામે જાણીતી અસામાન્યતા સમાયેલી છે.
1970માં સ્ટીફન હૉકિંગ અને પેન્રોઝે ગણિતશાસ્ત્રની ર્દષ્ટિએ પુરવાર કર્યું કે આઇન્સ્ટાઇનનું ગણિત અને સિદ્ધાંત બરાબર હોય તો બ્લૅક હોલમાંથી પરિણામસ્વરૂપે અસામાન્યતા મળવી જોઈએ. આથી તો ભૌતિકશાસ્ત્રમાં કટોકટી સર્જાઈ. જો ભૌતિકશાસ્ત્રના નિયમો વિશ્વના ઉદભવટાણે લાગુ પાડી ન શકાય તો પછી તે બીજી બધી બાબતોની સમજૂતી કેવી રીતે આપી શકે ? તેમના સંશોધનલેખમાં નિર્દેશ કરવામાં આવ્યો છે કે આઇન્સ્ટાઇને જે રીતે સમજૂતી આપી છે તે રીતે સાપેક્ષવાદ બરાબર હોય અને અવલોકનોમાંથી મળતા પુરાવાથી તેને અનુમોદન મળતું હોય તો અસામાન્યતામાંથી મળતા મહાવિસ્ફોટથી વિશ્વની ઉત્પત્તિ થઈ હોવી જોઈએ. સ્ટીફન હૉકિંગ અને પેન્રોઝના આ લેખ સામે ખાસ કરીને માર્કસવાદી રશિયનો તરફથી વૈજ્ઞાનિક નિયતિવાદ(determinism)ને કારણે ભારે ઊહાપોહ થયો. બીજા લોકોએ પણ કથિત અસામાન્યતાનો વિચાર વિસંગત લાગતાં વિરોધ કર્યો. આવા લોકોને આઇન્સ્ટાઇનના સિદ્ધાંતના સૌંદર્ય-તત્વનો હ્રાસ થતો હોય તેવું લાગે છે. જોકે માત્ર ગણિતશાસ્ત્રના પ્રમેયોને આધારે બધી દલીલો કરી શકાય નહિ. અંતે તો સ્ટીફન હૉકિંગ અને પેન્રોઝના સિદ્ધાંતનો સ્વીકાર થયો. એટલે કે વિશ્વનો આરંભ મહાવિસ્ફોટથી થયો છે તેવું લોકો માનતા થયા. આ બંને વિજ્ઞાનીઓ વધુમાં જણાવે છે કે વ્યાપક સાપેક્ષવાદનો સિદ્ધાંત કંઈ સંપૂર્ણ નથી. વિશ્વ કેવી રીતે આરંભાયું તે વિશે આ વાદ મૌન સેવે છે. વળી તે એટલું પણ પ્રતિપાદિત કરે છે કે ભૌતિકશાસ્ત્રના તમામ સિદ્ધાંતો વિશ્વના આરંભકાળે પડી ભાંગે છે. વ્યાપક સાપેક્ષવાદનો સિદ્ધાંત અંશત: ઠીક છે.
મહાવિસ્ફોટથી પેદા થયેલ ઉષ્માવિકિરણ હજુ આ વિશ્વમાં આપણી આસપાસ વિદ્યમાન છે. ન્યૂજર્સી(યુ.એસ.)ની બેલ પ્રયોગશાળાના વિજ્ઞાનીઓને આ વિકિરણનો પત્તો લાગ્યો છે. આ સાથે સાથે પેન્જિયાસ અને વિલ્સને મહાવિસ્ફોટમાંથી શેષ રહેલા વિકિરણની શોધ આકસ્મિક રીતે કરી. તેને સૂક્ષ્મપશ્ચભૂમિ વિકિરણ (micro-background radiation) તરીકે ઓળખવામાં આવે છે. આનો વધુ અભ્યાસ નાસા(NASA)ના ઉપગ્રહ કોબ (COBE – Cosmic Background Explorer) વડે શક્ય બન્યો છે.
મહાવિસ્ફોટનો સિદ્ધાંત વિવાદમુક્ત છે એમ કહેવું મુશ્કેલ છે. કણ-પ્રવેગકો વડે જો દ્રવ્યની સાચી પ્રકૃતિ જાણી શકાય તો મહાવિસ્ફોટ ટાણે પાયાના ઘટક-કણો કેવી રીતે બન્યા તે જાણવાનો માર્ગ ખુલ્લો થાય. વિસ્ફોટના આરંભ સાથે આવા કણોનું સર્જન ન થઈ શકે તો મહાવિસ્ફોટના સિદ્ધાંતની ક્ષમતા રહેતી નથી.
તો પછી મહાવિસ્ફોટનું અનુકરણ (simulation) એ તેના અભ્યાસનો ઉપાય છે. દ્રવ્ય પેદા કરવા માટે, મહાવિસ્ફોટનું તાપમાન નક્કી કરવા માટે સિદ્ધાંતવાદીઓ મચી પડ્યા છે. કણપ્રવેગક (particle-accelerator) વડે મહાવિસ્ફોટના સમયના તાપમાનનું નિર્માણ થઈ શકે તો મહાવિસ્ફોટની આંશિક ઝાંખી મળે. એટલે કે સેકન્ડના અલ્પાંશ માટે અને અતિ નાના પાયે મહાવિસ્ફોટના તાપમાન-આધારિત સંઘાત (collision) જેવી પ્રક્રિયા કરી શકાય તો તે વિશેષ સહાયક બની શકે. મહાવિસ્ફોટ પછીની પહેલી સેકન્ડમાં જે તાપમાન પ્રવર્તતું હતું તે કણપ્રવેગક વડે મેળવવામાં સફળતા મળી છે.
મહાવિસ્ફોટની વિશદ સમજ માટે તેનું શક્ય હોય તેવું પ્રમાણભૂત પરિરૂપ તૈયાર કરવું જોઈએ. તે પરિરૂપની શરૂઆત વર્તમાન સરેરાશ ઘનતા અને તાપમાનથી થવી જોઈએ. દૂરદૂરના ભૂતકાળમાં વિશ્વ અત્યંત નાનું હતું. ભૂતકાળની કોઈ પણ નિર્દેશક્ષણે (epoch) તેની ઘનતા અને તાપમાનની ગણતરી શક્ય છે.
(1) વિદ્યમાન વિશ્વ ઘણું અસમાંગી (inhomogeneous) છે. તેથી તેની સરેરાશ ઘનતા માટે વિશાળ કદ અને તેમાં સમાયેલા દળનો ખ્યાલ કરવો પડે. તે માટે 500 x 106 પ્રકાશવર્ષ લંબાઈની બાજુવાળો ઘન લેવામાં આવે તો કરોડો તારાવિશ્વો(galaxies)નું દળ તેમાં સમાવિષ્ટ થાય. આ રીતે, વિશ્વની સરેરાશ ઘનતા 10–30 ગ્રામ/સેમી.3 જેટલી મળે છે.
(2) તારકોમાંથી આવતા પ્રત્યેક ફોટૉનદીઠ જીવાશ્મ-વિકિરણ(fossil radiation)માંથી 2.7 K તાપમાને નીકળતા ફોટૉનની સંખ્યા 3 x 109 છે. આ ફોટૉન મહાવિસ્ફોટમાંથી સીધેસીધા નીકળેલા છે. અગન-ગોળાના વિસ્ફોટથી મુક્ત થયેલા ફોટૉનની સાપેક્ષ તારકોના આ રીતે મળતા ફોટૉનની સંખ્યા અલ્પ હોઈ તેમનું મહત્વ ઓછું છે. આજે વિશ્વનું સરેરાશ તાપમાન 2.7 K જેટલું છે.
(3) વિશ્વના વિસ્તરણ-વેગનો દર હબ્બલ નિયતાંક (H) વડે અપાય છે.
ઓછા કદમાં સમાયેલો વાયુનો સમૂહ ઝડપી પ્રસરણને કારણે જેમ જેમ વિશાળ કદ ધારણ કરતો જાય છે તેમ તેમ ઠંડો પડે છે. તે જ રીતે વિસ્ફોટ બાદ વિશ્વ પ્રસરતું ગયું અને ક્રમશ: ઠંડું પડતું ગયું. આથી ભૂતકાળમાં જુદા જુદા સમયે તાપમાન અને ઘનતાની ગણતરી કરવી સરળ છે. વિશ્વના પ્રસરણ માટેનું પ્રમાણભૂત પરિરૂપ સારણીમાં દર્શાવેલ છે.
વિશ્વ અત્યંત અસમાંગી છે. તે સમાંગી હોત તો બે પરમાણુઓ વચ્ચેનું અંતર આશરે 1 મીટર હોત. સારણીની બીજી હરોળ ઉપર ર્દષ્ટિપાત કરતાં જોઈ શકાય છે કે વિશ્વ સમાંગી હતું. પારદર્શક બન્યું ત્યારે તે અગનગોળાની સ્થિતિ સૂચવે છે. પ્રથમ બે હરોળ દરમિયાન તારાવિશ્વો અને તારકોનું નિર્માણ થયું. અને આ બે હરોળ વચ્ચેનો ગાળો વિશ્વની તવારીખનો ચિતાર આપે છે.
મહાવિસ્ફોટનું વર્ણન હરોળ (2)થી શરૂ થાય છે. સમયની ઊલટી (પશ્ચગામી) દિશામાં તે દર્શાવેલ છે. મહાવિસ્ફોટ પછી 10–2 સેકન્ડની પરિસ્થિતિ હરોળ (3) અને (4) વડે જાણી શકાય છે. વર્તમાન સંજોગોમાં વિશ્વમાં મળતાં હલકાં તત્વોની વિપુલતા(abundance)ને લગતાં અવલોકનો સાથે આ માહિતી સુસંગત છે.
| વિશ્વની તવારીખ- માર્ગસૂચક નિર્દેશ-ક્ષણ | વિશ્વની વય (સેકન્ડમાં) | વિશ્વનું સાપેક્ષ કદ | તાપમાન (K) | સરેરાશ ઘનતા (ગ્રા/-સેમી.3) | કણો વચ્ચેનું અંતર નિર્દેશ-ક્ષણ (સેમી.) |
| 1. વિદ્યમાન સમય | 10–18 | 1 | 3 | 10–30 | 100 |
| 2. પારદર્શકતાનો પ્રારંભ | 10–13 | 10–3 | 3000 | 10–21 | 0.1 |
| 3. ન્યૂક્લિય-સંશ્લેષણનો અંત | 100 | 10–9 | 10–9 | 10–7 | 10–7 |
| 4. ન્યૂક્લિય-સંશ્લેષણનો પ્રારંભ | 10–2 | 10–11 | 10–11 | 103 | 10–9 |
| 5. ક્વાર્ક-હેડ્રોન્સનું નિર્માણ કરે છે. | 10–6 | 10–13 | 10–13 | 109 | 10–11 |
| 6. વિદ્યુત-મંદ અવધિ | 10–10 | 10–15 | 10–15 | 1015 | 10–23 |
| 7. ભવ્ય એકત્રીકરણ | 10–34 | 10–27 | 10–27 | 1057 | 10–25 |
| 8. ક્વૉન્ટમ ગુરુત્વ | 10–42 | 10–31 | 10–31 | 1063 | 10–29 |
વિશાળ કણ-પ્રવેગકો (particle accelerators) વડે કરેલા પ્રયોગોને આધારે હરોળ (5) અને (6)નું અર્થઘટન કરેલું છે. આ દરમિયાન અવિભેદિત ક્વાર્કસ સંઘનિત પામીને મૅસોનનું સર્જન કરે છે. યોગ્ય પ્રકારના ત્રણ ક્વાર્કસ મળતાં પ્રોટૉન અને ન્યૂટ્રૉનનું નિર્માણ થાય છે. હરોળ (6) મુજબ ક્વાર્કસ વચ્ચેનું અંતર 1 fm (=10–15 મીટર) હતું, જે દર્શાવે છે કે તે સમયે વિશ્વ વિશાળ પારમાણ્વિક ન્યૂક્લિયસ જેવું હતું. આ પરિસ્થિતિમાં પ્રબળ (strong) અને વિદ્યુતમંદ (electro-weak) બળોનું પ્રભુત્વ હતું. આ બળો 1 fm અંતર સુધી જ પ્રવર્તતાં હોય છે. પ્રમાણભૂત પરિરૂપની આ સમુચિત મર્યાદા છે, કારણ કે તેમાં ન્યૂક્લિયર બળોનો સમાવેશ થતો નથી.
હરોળ (7) અને (8)ની અંદર ખોજ કરતાં બળોનું એકત્રીકરણ (unification) ધ્યાનમાં લેવું જોઈએ. સામાન્ય બહિર્વેશન(extrapolation)થી તે મળે છે, પણ આ સિદ્ધાંત સંપૂર્ણ કે પ્રમાણિત નથી. આ સિદ્ધાંત સ્ફીતિ (ફુલાવ–inflation) ભણી દોરી જાય છે. વિશાળ રેડિયોઍક્ટિવ ન્યૂક્લિયસમાં થાય છે તેમ સ્ફીતિ વિશ્વનો વિસ્ફોટ કરે છે.
આંતરક્રિયા કરતાં કુદરતી બળો ચાર પ્રકારનાં છે :
(1) ગુરુત્વાકર્ષણ (gravitational) બળ,
(2) વિદ્યુતચુંબકીય (electromagnetic) બળ,
(3) વિદ્યુત-મંદ (electroweak nuclear) ન્યૂક્લિયર બળ,
(4) પ્રબળ ન્યૂક્લિયર (strong nuclear) બળ.
પ્રથમ બે બળો દીર્ઘઅંતરી (long range) છે અને છેલ્લાં બે લઘુ-અંતરી (short range) બળો છે, જે ન્યૂક્લિયસમાં સીમિત હોય છે. પ્રબળ ન્યૂક્લિયર અને ગુરુત્વાકર્ષણ બળોને લગતા બળ-નિયતાંકોનાં મૂલ્યો, અલબત્ત, ઉચ્ચ ઊર્જા-ક્ષેત્રે, અભિમુખ (converge) થતાં હોય તેવી કડીઓ હાથ લાગતી જાય છે. તે રીતે બધા પ્રકારનાં બળોનું એકત્રીકરણ સંભવિત છે; પરિણામે કણની આંતરક્રિયાઓ દરમિયાન ઉપલબ્ધ થતી સંમિતિઓ(symmetries)નું વિલીનીકરણ થાય છે. ભૌતિકવિજ્ઞાનીઓ માને છે કે બધાં જ બળોના એકત્રીકરણનો સિદ્ધાંત નજીકના ભવિષ્યમાં હાથ લાગવો જોઈએ. આ સિદ્ધાંત અધિસંમિતિ(supersymmetry)ને અનરૂપ છે.
વર્તમાન સંજોગોમાં આ સિદ્ધાંત અપૂર્ણ છે, પણ તમામ બળોની ઉચ્ચ ઊર્જાક્ષેત્રે અભિમુખતા સંપૂર્ણ સંમિતિની પ્રાગુક્તિ કરે છે. પ્રારંભિક ફડફડાટ(flickering)નું કારણ ઉક્ત અભિમુખતા સૂચવે છે. આ ફડફડાટ મહાવિસ્ફોટને અનિયંત્રિત કરે છે. પૂર્વવર્તી શૂન્યતા(nothingness)ની ભવ્ય સંમિતિના સ્વયંભૂ ભંજનને ક્વૉન્ટમ ઉચ્ચાવચન પ્રેરિત કરે છે.
પ્રકૃતિમાં પ્રવર્તતાં બળોની અસંમિતિ (asymmetry) અતિઅલ્પ અંતરે અર્દશ્ય થાય છે. બધા જ બળ-નિયતાંકોનું મૂલ્ય એકાકી (single) થવા જાય છે. સંમિતિના ભંજનથી અવકાશ કે પદાર્થની અવસ્થામાં ફેરફાર થાય છે. ઘન, પ્રવાહી અને વાયુરૂપ પદાર્થોની અવસ્થાના પરિવર્તનથી સંમિતીય ગુણધર્મો બદલાય છે. બરફનું પાણી કે તેથી ઊલટું થતાં કણો વચ્ચે પ્રવર્તતી સંમિતિ બદલાય છે. તે જ પ્રમાણે પાણી અને બાષ્પના પરમાણુઓની સૂક્ષ્મ સંમિતિ ભિન્ન હોય છે. પાણીમાંથી બરફ બને ત્યારે અચળ તાપમાને ગુપ્ત-ઉષ્મા(latent heat)નું શોષણ થાય છે. ગુપ્ત ઉષ્મા અવ્યવસ્થા(entropy)ના ફેરફારમાંથી ઉદભવે છે. એન્ટ્રોપીનો ફેરફાર સંમિતિ(બરફ ↔ પાણી)ના ફેરફારમાંથી ઉદભવે છે. પાણીને ઠંડું પાડતાં ઘણી વખત તેનું તાપમાન ઠારબિંદુ(freezing point)થી નીચે જાય છે, પણ તરત જ તેનું ઘનીકરણ થતું નથી. આ ઘટનાને અધિશીતન (supercooling) કહે છે.
પ્રબળ ન્યૂક્લિયર અને વિદ્યુતમંદ બળોનું વિયુગ્મન (decuopling) થયા બાદ ગુરુત્વાકર્ષણ બળની પ્રબળતા ઘટવા લાગી. આ બધું મહાવિસ્ફોટ પછી આશરે 10–35 સેકન્ડમાં બન્યું હશે.
સ્ફીતિ તો અતિ અલ્પ સમય એટલે કે 10–32 સેકન્ડ માટે થાય છે. દર 10–34 સેકન્ડમાં આ ફુગ્ગા(bubble)નું કદ બમણું થાય છે. આમ આ કદ 100 વખત બમણું થતાં તે 1030 અવયવ સુધી પહોંચે છે. ત્યારબાદ પ્રસરણ અચળ બને છે અને તે હરગિજ ચરઘાતાંકીય (exponential) રહેતું નથી. આ રીતે એક નાના ફુગ્ગામાંથી વિશ્વનું સર્જન થયું. આ દરમિયાન ગુપ્ત ઉષ્માની મુક્તિ તાત્ક્ષણિક ન હતી. પાણીના અધિશીતનમાં બને તેમ આ વિલંબ 10–32 સેકન્ડનો હતો. મુક્ત થયેલી ઊર્જાએ મૂળભૂત કણોની પ્રચુરતા, ક્વાર્કસના પ્લાઝમા અને ઇલેક્ટ્રૉનના બહિર્ગમનને પ્રેરિત કર્યાં. તેનાથી ક્વાર્કસ તરત જ સંઘનિત થવા લાગ્યા. આ રીતે સ્ફીતિનો સિદ્ધાંત મહાવિસ્ફોટનું કારણ સમજાવે છે. આ કારણ ક્વૉન્ટમ ઉચ્ચાવચન (વધઘટ) (quantum fluctuations)ના સંદર્ભમાં છે એટલે કે ક્વૉન્ટમ ઉચ્ચાવચનથી મૂળ શૂન્યાવકાશની સંમિતિનું ભંજન થાય છે. અતિ અલ્પ અંતરે રિક્ત (empty) અવકાશ(શૂન્યાવકાશ)ના ગુણધર્મોમાં થતા સ્વયંભૂ વિચરણને ક્વૉન્ટમ ઉચ્ચાવચન કહે છે. ક્વૉન્ટમ ઘટનાઓને અનુરૂપ ધૂંધતા(haziness)ના મૂળને તે સમજાવે છે. ક્વૉન્ટમ ઉચ્ચાવચન ખાસ તો પ્રકાશના સ્વયંભૂ ઉત્સર્જન તથા રેડિયોઍક્ટિવ ન્યૂક્લિયસના ક્ષયને સમજાવે છે.
રિક્ત અવકાશ (શૂન્યાવકાશ) એક અવસ્થા છે. ક્વૉન્ટમ ઉચ્ચાવચનને કારણે શૂન્યાવકાશના ગુણધર્મો ધાર્યા પ્રમાણે સરળ નથી. શૂન્યાવકાશમાં ક્વૉન્ટમ ઉચ્ચાવચનની સરેરાશ ઊર્જા અશૂન્ય હોય છે. આ ઊર્જા કણોને આભાસી (virtual) દળ બક્ષે છે. આવું દળ ન્યૂક્લિયર બળોનું વહન કરે છે. આને કારણે આવા કણો વચ્ચેનું અંતર 1 fmથી ઓછું રહે છે. આ કણો અવકાશનું ધ્રુવીભવન (polarization) કરે છે. આવું ધ્રુવીભવન બધી દિશામાં સંમિતીય હોતું નથી. સંપૂર્ણ સંમિતીય અવકાશ તો અતિ ઊંચા તાપમાને સંભવે છે. ભૌતિકશાસ્ત્રમાં આભાસી કણ એટલે અસ્થાયી (અનિત્ય) કણ અથવા ઊર્જા જેવો ગુણધર્મ, જે ક્વૉન્ટમ ઉચ્ચાવચનને કારણે દેખા દે છે અને અર્દશ્ય થાય છે; જેમ કે, આભાસી દળ હાઇઝનબર્ગના અનિશ્ચિતતા(Heisenberg’s uncertainty)ના સિદ્ધાંત મુજબ અતિ અલ્પ સમય માટે દેખા દે છે. અતિ અલ્પ અંતરો માટે રિક્ત અવકાશ આભાસી કણનાં અવિરત આવિર્ભાવ (emergence) અને અંતર્ધાન (disappearance) દર્શાવે છે.
અસામાન્યતા પ્રમેયો દર્શાવે છે કે વિશ્વના આરંભમાં, જ્યારે તે અતિ સૂક્ષ્મ હતું, ત્યારે સમયનો ખ્યાલ હતો. તેથી તો વીસમી સદીના મહાન સિદ્ધાંત – ક્વૉન્ટમ યાંત્રિકીની લઘુમાન (small scale) અસરોને અવગણી શકાય નહિ. એટલે કે વિશ્વનાં રહસ્યો સમજવા માટે અતિસ્થૂળતા (large scale) અને અતિસૂક્ષ્મતા(small scale)ના સિદ્ધાંતોનો સમન્વય સાધવો જરૂરી છે. અહીં સૂક્ષ્મ જગતનું વર્ણન ક્વૉન્ટમ યાંત્રિકી અને સ્થૂળ જગતનું વર્ણન સાપેક્ષવાદ કરે છે. એટલે કે, ઉત્તર અને દક્ષિણ ધ્રુવો વચ્ચેનું અંતર ધરાવતા આ બે સિદ્ધાંતોને માત્ર નજીક (સમીપ) લાવવાથી નહિ, પણ તેમને એક કરવાથી વિશ્વનાં રહસ્યોનો તાગ મળી શકે. ગુરુત્વનો ક્વૉન્ટમવાદ આ બંને સિદ્ધાંતોને એક બિંદુએ લાવી શકે તેમ છે.
પ્રહલાદ છ. પટેલ