ഭൗതിക പ്രപഞ്ചശാസ്ത്രം
ഭൗതിക പ്രപഞ്ചശാസ്ത്രം പ്രപഞ്ചത്തിന്റെ വലിയ അളവിലുള്ള രൂപങ്ങളെയും അവയുടെ വലിപ്പത്തെയും പഠിക്കുകയും പ്രപഞ്ചത്തിന്റെ തുടക്കം, അതിന്റെ ഘടന, പരിണാമം, അതിന്റെ അവസാനം എന്നിവയെപ്പറ്റിയുള്ള അടിസ്ഥാനപരമായ ചോദ്യങ്ങളെ അഭിമുഖീകരിക്കുകയും ചെയ്യുന്നു. മനുഷ്യചരിത്രത്തിൽ അത് അതിഭൗതികചിന്തയുടെയും മതത്തിന്റെയും ഭാഗമായിരുന്നു.
ഭൂമിയിലുള്ളപോലെ പ്രാപഞ്ചികവസ്തുക്കളെല്ലാം ഒരേപോലുള്ള നിയമങ്ങൾ അനുസരിക്കുന്നു എന്ന് കോപ്പർനിക്കാസിന്റെ തത്ത്വം അനുശാസിക്കുന്നു. ന്യൂട്ടന്റെ ചലനതത്വങ്ങൾ ആ പ്രപഞ്ചനിയമങ്ങൾ മനസ്സിലാക്കാൻ നമ്മെ ആദ്യമായി പ്രാപ്തരാക്കി.
ഭൗതിക പ്രപഞ്ചശാസ്ത്രം, ഇപ്പോൾ അറിയപ്പെടുന്നതുപോലെ, ആൽബർട്ട് ഐൻസ്റ്റീന്റെ 1915ലെ ആപേക്ഷികസിദ്ധാന്തത്തിന്റെ ആവിർഭാവത്തോടെയാണ് വികസിക്കാൻ തുടങ്ങിയത്. 1920കളിലെ നിരീക്ഷണഫലങ്ങൾമൂലം ഉണ്ടായ കണ്ടെത്തലുകൾ ഇതിനുപിന്നിൽ വന്നു. ആദ്യം, എഡ്വിൻ ഹബ്ബിൾ നമ്മുടെ ആകാശഗംഗയെക്കൂടാതെ അതിനുപുറത്തുള്ള അനേകം എണ്ണം ഗാലക്സികൾ നിലനിൽക്കുന്നുണ്ടെന്നു കണ്ടെത്തി. വെസ്റ്റൊ സ്ലിഫർ പോലുള്ളവർ പ്രപഞ്ചം വികസിക്കുന്നതായി കണ്ടെത്തി.
തൊണ്ണൂറുകളിൽ പ്രപഞ്ചത്തിന്റെ ഒരു സാമാന്യ മാതൃക (സ്റ്റാൻഡേഡ് മോഡൽ) രൂപപ്പെടുത്താൻ ശ്രമം നടന്നു. ഈ മാതൃകയിൽ കൂടുതലും ശ്യാമദ്രവ്യവും ശ്യാമ ഊർജ്ജവും ഉള്ളതായി കരുതപ്പെടുന്നു. പക്ഷെ, ഇവയെപ്പറ്റി കൂടുതലായി നമുക്കിന്നറിയില്ല. പല വ്യതിരിക്ത നിരീക്ഷണങ്ങളും ഇവയുടെ സാന്നിദ്ധ്യം നിർണ്ണയിക്കുന്നു.
പ്രപഞ്ചഭൗതികശാസ്ത്രത്തിൽ ഇന്ന് കണികാഭൗതിക പരീക്ഷണങ്ങളും അതിന്റെ സിദ്ധാന്തവും സൈദ്ധാന്തികവും നിരീക്ഷിതവുമായ ജ്യോതിർഭൗതികശാസ്ത്രവും സാമാന്യാപേക്ഷികസിദ്ധാന്തവും ക്വാണ്ടം ബലതന്ത്രവും പ്ലാസ്മാഭൗതികശാസ്ത്രവും പൊരുത്തപ്പെട്ടിരിക്കുന്നു.
ആധുനിക പ്രപഞ്ചശാസ്ത്രത്തിന്റെ സമയരേഖ
തിരുത്തുകപ്രപഞ്ചത്തിന്റെ ഊർജ്ജം
തിരുത്തുകമഹാവിസ്ഫോടന പ്രക്രിയയിൽ ഭാരം കുറഞ്ഞ മൂലകങ്ങൾ ആയ ഹൈഡ്രജൻ, ഹീലിയം എന്നിവ പ്രാഥമികമായി ഉണ്ടാക്കപ്പെടുന്നു. ചെറിയ ആറ്റോമികന്യൂക്ലിയസുകൾ പരസ്പരം കൂടിച്ചേർന്ന് കൂടുതൽ ഭാരമുള്ള ഇരുമ്പും നിക്കലും പോലുള്ള മൂലകങ്ങൾ ഉണ്ടാകുന്നു. ഇവ മുൻപു പറഞ്ഞവയെക്കാൾ കൂടുതൽ സ്ഥിരതയുള്ളവയാണ് (ന്യൂക്ലിയർ ഫ്യൂഷൻ കാണുക). ഇത് പിന്നീട് ഊർജ്ജ ഉൽസർജ്ജനത്തിനിടയാക്കുന്നു. നക്ഷത്രങ്ങൾക്കകത്തുള്ള ന്യൂക്ലിയർ കണങ്ങളുടെ ഇത്തരം പരസ്പരപ്രവർത്തനങ്ങളെ തുടർന്ന്, നോവ നക്ഷത്രങ്ങളിലെ പോലെ പെട്ടെന്നുള്ള ഊർജ്ജ ബഹിർസ്ഫുരണത്തിനു കാരണമാകുന്നു. ഗാലക്സികളുടെ കേന്ദ്രഭാഗത്ത് പ്രത്യേകിച്ചും, തമോദ്വാരങ്ങളിലേക്ക് ദ്രവ്യത്തിന്റെ ഗുരുത്വാകർഷണ തകർച്ചയുണ്ടാവുമ്പോൾ അതിഊർജ്ജപ്രക്രിയകൾക്ക് ശക്തികൂട്ടുന്നുവെന്ന് കരുതപ്പെടുന്നു (ക്വാസാർ, സജീവ താരാപഥങ്ങൾ ഇവ കാണുക).
പ്രപഞ്ചശാസ്ത്രജ്ഞർക്ക് പാരമ്പര്യമായി അറിയപ്പെടുന്ന ഊർജ്ജ രൂപങ്ങൾ ഉപയോഗിച്ചുകൊണ്ട് പ്രപഞ്ചത്തിന്റെ ത്വരണ വികാസവുമായി ബന്ധപ്പെട്ട എല്ലാ പ്രാപഞ്ചികപ്രതിഭാസങ്ങളെയും വിശദീകരിക്കാൻ കഴിയില്ല. പകരം, പ്രപഞ്ചശാസ്ത്രജ്ഞർ എല്ലാ തലങ്ങളേയും കടന്നുപോകാൻ കെൽപ്പുള്ള തമോ ഊർജ്ജം എന്ന ഒരു പുതിയതരം ഊർജ്ജരൂപത്തെപ്പറ്റി നിർദ്ദേശിച്ചു. അനിശ്ചിതത്വ തത്ത്വപ്രകാരമുള്ള ശൂന്യപ്രദേശത്ത് നിലനിൽക്കുന്നതെന്നു കരുതപ്പെടുന്ന virtual particlesന്റെ ഊർജ്ജമാണിത് എന്ന് ഒരു സങ്കൽപ്പനം പറയുന്നു.
പ്രപഞ്ചത്തിന്റെ ചരിത്രം
തിരുത്തുകഇതും കാണൂ: മഹാവിസ്ഫോടനത്തിന്റെ സമയരേഖ
പ്രപഞ്ചത്തിന്റെ ചരിത്രമാണ് പ്രപഞ്ചവിജ്ഞാനീയത്തിന്റെ കേന്ദ്രവിഷയം. പ്രപഞ്ചത്തിന്റെ ചരിത്രത്തെ പ്രബല ശക്തികളുടെയും പ്രക്രിയകളുടെയും അടിസ്ഥാനത്തിൽ പല യുഗങ്ങളായി (epoch) തിരിച്ചിരിക്കുന്നു. സാമാന്യ പ്രപഞ്ചമാതൃകയെ Lambda-CDM model എന്നാണ് പറയുന്നത്.
ചലനത്തിന്റെ സമവാക്യങ്ങൾ
തിരുത്തുകപ്രധാന ലേഖനം: ഫ്രീഡ്മാൻ-ലമൈത്തർ-റോബറ്റ്സൺ-വാക്കർ ഗണന
പ്രപഞ്ചശാസ്ത്രത്തിലെ കണികാഭൗതികം
തിരുത്തുകപ്രപഞ്ചത്തിന്റെ ശൈശവാവസ്ഥയിലെ സ്വഭാവത്തിൽ കണികാഭൗതികത്തിനു വളരെ പ്രാധാന്യമുണ്ട്. കരണം, പരപഞ്ചം ആ സമയത്ത് അതിയായ ചൂടുള്ളതായിരുന്നു. ആയതിനാൽ ഊർജ്ജസാന്ദ്രത വളരെക്കൂടുതൽ ആയിരുന്നു. ഇതു കാരണം, അസ്ഥിരകണങ്ങളുടെ തെറിക്കൽ പ്രക്രിയയും നാശനപ്രവർത്തനവും ഏറ്റവും പ്രധാനമായിരുന്നു.
g ==മഹാവിസ്ഫോടനത്തിന്റെ സമയരേഖ==
തിരുത്തുകനിരീക്ഷണങ്ങൾ കാണിക്കുന്നത്,13.8 billion വർഷം മുമ്പാണ് പ്രപഞ്ചം ഉദ്ഭവിച്ചത് എന്നാണ്. അന്നു തൊട്ട്, പ്രപഞ്ചത്തിന്റെ പരിണാമം മൂന്നു ഘട്ടങ്ങളിലൂടെ കടന്നുപോയി.
പഠനത്തിന്റെ മേഖലകൾ
തിരുത്തുകപ്രപഞ്ചശാസ്ത്രത്തിന്റെ അന്വേഷണത്തിന്റെ ഏറ്റവും പ്രധാന ഭാഗമാണ് വിവരിക്കുന്നത്. ഇത് വ്യക്തമായ സമയരേഖയായല്ല കാണിച്ചിരിക്കുന്നത്. ഇതിൽ മഹാവിസ്ഫോടനത്തിന്റെ സമയരേഖയിലുൾപ്പെട്ട എല്ലാ ഭാഗങ്ങളും അടങ്ങിയിട്ടുമില്ല.
പ്രപഞ്ചത്തിന്റെ ശൈശവകാലഘട്ടം
തിരുത്തുകപ്രപഞ്ചത്തിന്റെ തുടക്കത്തിലുള്ള അവസ്ഥ മഹാവിസ്ഫോടനസിദ്ധാന്തം ഉപയോഗിച്ച് 10-33സെക്കന്റുകൾ മുതൽ നന്നായി വിശദീകരിക്കാനാവുന്നുണ്ട്. പക്ഷേ ഇവിടെ അനേകം പ്രശ്നങ്ങൾ നേരിടേണ്ടിവരും. അവയിലൊന്ന് ഇതാണ്: ഇന്നത്തെ കണികാഭൗതികപ്രകാരം ഈ പ്രപഞ്ചം പരന്നതും ഏകാത്മകഘടനയുള്ളതും ഒരേപോലുള്ള നിലയിലുള്ളതും ആയിരിക്കുമെന്നതിന് ഒരു കാരണവും കണ്ടെത്താനാകില്ല. അതിനുമീതെ, കണികാഭൗതികത്തിലെ മഹാസംയുക്തസിദ്ധാന്തപ്രകാരം കാന്തിക മോണോപോൾ പ്രപഞ്ചത്തിൽ കാണണം. പക്ഷെ, ഇത് ഇതുവരെ കണ്ടെത്തിയിട്ടില്ല. കോസ്മിക് ഇൻഫ്ലാഷൻ (പ്രാപഞ്ചിക വീർക്കൽ) വളരെക്കുരച്ചു കാലത്തേയ്ക്കു നടന്ന് പ്രപഞ്ചത്തെ അത് പരന്നതാക്കി അതിന്റെ വൈവിധ്യഘടനയെയും ഏകാത്മകമല്ലാത്ത ഘടനയേയും മിനുസരൂപത്തിലാക്കി നിരീക്ഷണ നിലയിലെത്തിക്കുകയും നിരിക്ഷകനു കാന്തിക മോണോപോൾ നേർപ്പിക്കുകയും ചെയ്യുന്നു. (മുകളിലത്തെ സാങ്കേതികത്വം കൂടിയ ഈ വാക്യങ്ങൾ Physical cosmology നോക്കി കൂടുതൽ അർത്ഥപൂർണ്ണമാക്കണം...ചെറിയ എഴുത്ത്)
പ്രപഞ്ചശാസ്ത്രത്തിലെ മറ്റൊരു പ്രധാന പ്രശ്നമാണ്, പ്രതിദ്രവ്യത്തേക്കാൾ പ്രപഞ്ചത്തിൽ ദ്രവ്യം കൂടുതൽ ഉണ്ടാകാൻ കാരണം എന്തെന്നുള്ളത്. പ്രപഞ്ചശാസ്ത്രജ്ഞർ നിരീക്ഷണത്തിൽ നിന്നും ഗ്രഹിച്ചത്, പ്രപഞ്ചത്തിൽ പ്രതിദ്രവ്യത്തിന്റെ മേഖല, ദ്രവ്യത്തിന്റ് മേഖലഎന്നിങ്ങനെ പ്രത്യേകം പ്രത്യേകമായി തിരിഞ്ഞു കിടപ്പില്ല എന്നതാണ്. അത് അങ്ങനെയായിരുന്നെങ്കിൽ, അനിഹിലേഷൻ എന്ന പ്രക്രിയ മൂലം എക്സ്-കിരണങ്ങളോ ഗാമാ കിരണങ്ങളോ ഉൽസർജ്ജിച്ചേനേ. പക്ഷേ, ഇങ്ങനെ നിരീക്ഷിക്കാനായിട്ടില്ല. ആയതിനാൽ, ചില പ്രക്രിയകൾ വഴി, പ്രപഞ്ചരൂപീകരണത്തിന്റെ ആദ്യ നിമിഷങ്ങളിൽ, പ്രതിദ്രവ്യത്തേക്കാൾ കൂടുതൽ ദ്രവ്യം നിർമ്മിക്കപ്പെട്ടതായിരിക്കാം. ഈ പ്രക്രിയയെ baryogenesis എന്നു പറയാം (പക്ഷെ, ഇന്ന് ഇത് മനസ്സിലാക്കാൻ ആവുന്നില്ല). 1967ൽ baryogenesisനു വേണ്ട മൂന്നു വ്യവസ്ഥകൾ സോവിയറ്റ് ശാസ്ത്രജ്ഞനായ ആന്ദ്രെ സാഖറഫ് അനുമാനിച്ചു. അതിലൂടെ കണികാഭൗതികത്തിന്റെ സമമിതിയിൽനിന്നുള്ള ഒരു വ്യതിചലനമായി ദ്രവ്യത്തിനും പ്രതിദ്രവ്യത്തിനുമിടയിലായി CP-symmetry എന്ന അവസ്ഥ അദ്ദേഹം കൽപ്പിച്ചു. എന്നിരുന്നാലും, കണപ്രവേഗികൾ baryon asymmetry യിൽനിന്നും CP-symmetry യിലേയ്ക്ക് വളരെച്ചെറിയ വ്യതിയാനമേ അളക്കുന്നുള്ളൂ.
മഹാവിസ്ഫോടന സിദ്ധാന്തം
തിരുത്തുകമഹാവിസ്ഫോടനന്യൂക്ലിയോനിർമ്മിത സിദ്ധാന്തം പ്രപഞ്ചത്തിന്റെ രൂപികരണഘട്ടത്തിൽ മൂലകങ്ങളുടെ ഉദ്ഭവത്തിന്റെ സിദ്ധാന്തമാണ്. പ്രപഞ്ചത്തിന് 3 മിനുട്ട് പ്രായമുള്ളപ്പോഴാണ് അത് തീർന്നത്. ന്യൂക്ലിയർ ഫ്യൂഷൻ നടക്കുന്ന പരിധിയിലേയ്ക്ക് താപനില താഴ്ന്നു. മഹാവിസ്ഫോടനന്യൂക്ലിയോ നിർമ്മിതപ്രക്രിയയ്ക്ക് വളരെച്ചെറിയ കാലാവധി മാത്രമെ ഉണ്ടായിരുന്നുള്ളു. ആ സമയം വളരെ ഭാരം കുറഞ്ഞ മൂലകങ്ങൾ നിർമ്മിക്കപ്പെട്ടു. ഹൈഡ്രജൻ അയോണുകളിൽ (പ്രോട്ടോൺ)തുടങ്ങി പ്രധാനമായും ഡ്യുറ്റീരിയം, ഹീലിയം-4, ലിഥിയം എന്നിവ നിർമ്മിക്കപ്പെട്ടു. മറ്റുള്ള മൂലകങ്ങൾ വളരെച്ചെറിയ അളവിലേ നിർമ്മിക്കപ്പെട്ടിരുന്നുള്ളു. മഹാവിസ്ഫോടനന്യൂക്ലിയോനിർമ്മിത സിദ്ധാന്തം വികസിപ്പിച്ചത്, ജോർജ്ജ് ഗാമോ, റാൽഫ് ആഷർ ആൽഫർ, റോബർട്ട് ഹെർമാൻ എന്നിവർ ചേർന്നാണ്.
മഹാവിസ്ഫോടന പ്രപഞ്ചശാസ്ത്രത്തിലെ സാമാന്യമാതൃക
തിരുത്തുകലാംഡ ശീത ശ്യാമദ്രവ്യം (Lambda-CDM) മഹാവിസ്ഫോടനസിദ്ധാന്തത്തെ ഉൾക്കൊണ്ട് നിർമ്മിച്ച സങ്കൽപ്പനമാണ്. ഇതിൽ പ്രാപഞ്ചികമായ ഒരു സ്ഥിരാംഗമായി ലാംഡ (Greek Λ)എന്ന അക്ഷരത്തെ കരുതുന്നു. ഈ സ്ഥിരാംഗം ശ്യാമോർജ്ജവുമായും ശീത ശ്യാമദ്രവ്യവുമായും ബന്ധപ്പെട്ടിരിക്കുന്നു(abbreviated CDM). മഹാവിസ്ഫോടന പ്രപഞ്ചശാസ്ത്രത്തിന്റെ സാമാന്യമാതൃകയായി ഇതിനെ പലപ്പോഴും സൂചിപ്പിച്ചുവരുന്നു.