ब्रह्मांड विशाल और रहस्यमय है, इसमें रहस्यमय घटनाएं हैं जो अनुसंधान और नए निष्कर्षों के लिए हमारी कल्पनाओं को मोहित करती रहती हैं। इनमें गुरुत्वाकर्षण तरंगें खगोल भौतिकी और ब्रह्मांड विज्ञान की महान खोजों में से एक हैं। 2015 में अपनी पहली खोज के बाद से, गुरुत्वाकर्षण तरंगों ने अन्वेषण के एक नए युग की शुरुआत की है, जो ब्रह्मांड में अभूतपूर्व अंतर्दृष्टि प्रदान करती है। इस लेख में जानें कि गुरुत्वाकर्षण तरंगें क्या हैं, उनका पता कैसे लगाया जाता है, इस सिद्धांत की उत्पत्ति, और ब्रह्मांडीय घटनाएं जो गुरुत्वाकर्षण तरंगें उत्पन्न करती हैं।
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गुरुत्वाकर्षण तरंगें(Gravitational Waves) क्या हैं?
भौतिकी की भाषा में, गुरुत्वाकर्षण तरंगें अंतरिक्ष-समय के ताने-बाने में होने वाली गड़बड़ी हैं, जो विशाल वस्तुओं के त्वरण के कारण होती हैं। द्विआधारी तारों के त्वरित द्रव्यमान और अन्य गुरुत्वाकर्षण द्रव्यमान गतियाँ गुरुत्वाकर्षण तरंगें उत्पन्न करती हैं, जिनकी तीव्रता गुरुत्वाकर्षण के समान होती है और वे अपने स्रोत से प्रकाश की गति से बाहर की ओर यात्रा करती हैं।
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आइंस्टीन के सामान्य सापेक्षता के सिद्धांत के अनुसार, विशाल वस्तुएं अपने चारों ओर अंतरिक्ष-समय की ज्यामिति को विकृत कर देती हैं। जब ये वस्तुएं त्वरण से गुजरती हैं या कुछ निश्चित तरीकों से चलती हैं, तो वे स्पेसटाइम में ही तरंगें उत्पन्न करती हैं। स्पेसटाइम की वक्रता में परिवर्तन इन तरंगों की विशेषता है और प्रकाश की गति से फैलती है। गुरुत्वाकर्षण तरंग डिटेक्टर, जैसे कि इंटरफेरोमीटर, इन तरंगों के कारण अंतरिक्ष-समय में होने वाली छोटी विकृतियों को मापने के लिए डिज़ाइन किए गए हैं, जो हमें ब्लैक होल या न्यूट्रॉन सितारों के विलय जैसी ब्रह्मांडीय घटनाओं और परिघटनाओं को नए और प्रत्यक्ष तरीके से देखने और अध्ययन करने की अनुमति देते हैं।
सरल शब्दों में, गुरुत्वाकर्षण तरंगें अंतरिक्ष और समय के ताने-बाने में तरंगें उत्पन्न हैं। ब्रह्मांड की कल्पना एक विशाल रबर शीट के रूप में करें, और जब तारे या ब्लैक होल जैसी विशाल वस्तुएं चलती हैं या टकराती हैं, तो वे इस शीट पर तरंगें पैदा करती हैं। ये तरंगें अंतरिक्ष में यात्रा करती हैं और उन वस्तुओं के बारे में जानकारी ले जाती हैं जिन्होंने उन्हें बनाया है। जब हम इन तरंगों का पता लगाते हैं, तो यह ब्रह्मांड की धड़कन सुनने जैसा होता है, और वे हमें ब्रह्मांड में उन घटनाओं का अध्ययन करने और समझने का एक अनूठा तरीका प्रदान करते हैं जो पहले हमारे लिए अदृश्य थीं।
गुरुत्वाकर्षण तरंगों के सिद्धांत की उत्पत्ति
गुरुत्वाकर्षण तरंग सिद्धांत सबसे पहले 1893 में ओलिवर हेविसाइड द्वारा प्रस्तावित किया गया था और फिर 1905 में हेनरी पोंकारे ने इसे विद्युत चुम्बकीय तरंगों के गुरुत्वाकर्षण समकक्ष के रूप में प्रस्तावित किया था। 1916 में, अल्बर्ट आइंस्टीन ने सापेक्षता के अपने सामान्य सिद्धांत के आधार पर अंतरिक्ष समय में तरंगों के रूप में गुरुत्वाकर्षण तरंगों की भविष्यवाणी की थी। इस सिद्धांत के अनुसार, तारे और ब्लैक होल जैसी विशाल वस्तुएं अपने चारों ओर अंतरिक्ष-समय के ताने-बाने को विकृत कर देती हैं, जिससे गुरुत्वाकर्षण क्षेत्र का निर्माण होता है। जब ये वस्तुएं अंतरिक्ष में गति करती हैं, तो वे स्पेसटाइम के माध्यम से लहरें या तरंगें भेजती हैं, ठीक उसी तरह जैसे कोई पत्थर फेंकने पर तालाब में लहरें पैदा करता है। ये तरंगें उन वस्तुओं के बारे में जानकारी रखती हैं जो उन्हें उत्पन्न करती हैं और खगोलीय घटनाओं या सुपरनोवा जैसी ब्रह्मांडीय घटनाओं का अध्ययन करने का एक अनूठा और सीधा तरीका प्रदान करता है जो पहले हमारे दृष्टिकोण से छिपा हुआ था।
आइंस्टीन के सिद्धांत की मौलिक भविष्यवाणी एक सदी तक सैद्धांतिक बनी रही जब तक कि वैज्ञानिकों ने इन मायावी तरंगों का पता लगाने की तकनीक विकसित नहीं कर ली। इसके अलावा, समन्वय प्रणालियों और गणितीय अनुमानों से संबंधित मुद्दों के कारण गुरुत्वाकर्षण तरंगों के अस्तित्व के बारे में संदेह और बहसें थीं।
लेकिन 1957 में, रिचर्ड फेनमैन ने यह प्रदर्शित करने के लिए “sticky bead argument” नामक एक विचार प्रयोग पेश किया कि गुरुत्वाकर्षण तरंगें ऊर्जा संचारित कर सकती हैं। इसके बाद हरमन बॉन्डी और फेलिक्स पिरानी जैसे वैज्ञानिकों के काम ने गुरुत्वाकर्षण तरंगों के अस्तित्व को स्थापित करने में मदद की।
1960 के दशक के अंत में जोसेफ वेबर के शुरुआती दावों के बावजूद, संदेह पैदा हुआ क्योंकि अन्य प्रयोग उसके परिणामों को दोहराने में विफल रहे। 1974 में, गुरुत्वाकर्षण तरंगों का अप्रत्यक्ष प्रमाण तब मिला जब रसेल एलन हुल्स और जोसेफ हूटन टेलर, जूनियर ने एक बाइनरी पल्सर की खोज की, जिसकी कक्षीय अवधि का क्षय सामान्य सापेक्षता की भविष्यवाणियों से मेल खाता था।
लेजर इंटरफेरोमीटर सहित डिटेक्टर प्रौद्योगिकी में प्रगति के साथ, गुरुत्वाकर्षण तरंग का पता लगाने का प्रयास जारी रहा। अंततः सफलता 2015 में मिली जब LIGO-Virgo सहयोग ने दो ब्लैक होल के विलय से उत्पन्न गुरुत्वाकर्षण तरंगों के पहले प्रत्यक्ष अवलोकन की घोषणा की।
2017 में, भौतिकी में नोबेल पुरस्कार रेनर वीस, किप थॉर्न और बैरी बैरिश को गुरुत्वाकर्षण तरंग का पता लगाने में उनके योगदान के लिए प्रदान किया गया था। अभी हाल ही में, 2023 में, विभिन्न सहयोगों द्वारा एक सार्वभौमिक गुरुत्वाकर्षण तरंग पृष्ठभूमि के साक्ष्य की सूचना दी गई थी, जो इस क्षेत्र में आगे के शोध के लिए रोमांचक संभावनाएं प्रदान करता है।
गुरुत्वाकर्षण तरंगों का पता कैसे लगाया गया?
11 फरवरी, 2016 को, लेजर इंटरफेरोमीटर ग्रेविटेशनल-वेव ऑब्ज़र्वेटरी (LIGO) और विर्गो इंटरफेरोमीटर की टीमों ने आधिकारिक तौर पर दुनिया को पहली बार गुरुत्वाकर्षण तरंगों को सीधे निरीक्षण करने के बारे में बताया, जो 14 सितंबर, 2015 को हुआ था। इससे पहले, हम केवल गुरुत्वाकर्षण तरंगों के बारे में परोक्ष रूप से जानते थे कि वे बाइनरी स्टार सिस्टम में पल्सर के समय को कैसे प्रभावित करती हैं। देखा गया पैटर्न, GW150914, सामान्य सापेक्षता से वैज्ञानिकों की अपेक्षा से मेल खाता है, जिससे पुष्टि होती है कि यह ब्लैक होल के विलय से उत्पन्न एक गुरुत्वाकर्षण तरंग थी। इस खोज ने हमें पहली बार एक बाइनरी ब्लैक होल विलय दिखाया और साबित किया कि आज हमारे ब्रह्मांड में ऐसी घटनाएं होती रहती हैं।
इस अविश्वसनीय उपलब्धि को विभिन्न कारणों से वैश्विक मान्यता मिली। गुरुत्वाकर्षण तरंगों के अस्तित्व को सीधे साबित करने का प्रयास पचास वर्षों से अधिक समय से चल रहा है, यहाँ तक कि अल्बर्ट आइंस्टीन ने भी उनके छोटे आकार के कारण उनकी पहचान पर सवाल उठाया था। नाटकीय विलय से उत्पन्न मापी गई तरंगों ने 4km LIGO भुजा की लंबाई में एक छोटा सा परिवर्तन किया। घटना के दौरान जारी ऊर्जा आश्चर्यजनक थी, जो अवलोकन योग्य ब्रह्मांड में अब तक देखे गए सभी सितारों के कुल प्रकाश उत्पादन के बराबर थी।
इस सफलता ने न केवल सामान्य सापेक्षता में एक महत्वपूर्ण भविष्यवाणी की पुष्टि की, बल्कि गुरुत्वाकर्षण तरंग खगोल विज्ञान में एक नए युग की शुरुआत भी की। इसने वैज्ञानिकों को गहन ब्रह्मांडीय घटनाओं का निरीक्षण करने की अनुमति दी जो पहले पहुंच से परे थी और संभावित रूप से ब्रह्मांड के प्रारंभिक इतिहास की प्रत्यक्ष झलक पेश की। इस खोज के बाद, अधिक गुरुत्वाकर्षण तरंग पहचान की घोषणा की गई, जैसे कि GW170817, जो विद्युत चुम्बकीय और गुरुत्वाकर्षण तरंगों दोनों में दिखाई देने वाले बाइनरी न्यूट्रॉन सितारों का पहला देखा गया विलय था।
ब्रह्मांडीय घटनाएँ जो गुरुत्वाकर्षण तरंगें उत्पन्न करती हैं
गुरुत्वाकर्षण तरंगें ग्रहों या तारों जैसी रोजमर्रा की वस्तुओं से उत्पन्न नहीं होती हैं। इसके बजाय, वे ब्रह्मांड में प्रलयकारी घटनाओं से उत्पन्न होते हैं।
गुरुत्वाकर्षण तरंगों के कुछ सबसे सामान्य स्रोतों में शामिल हैं:
- बाइनरी ब्लैक होल विलय: जब दो ब्लैक होल एक दूसरे की परिक्रमा करते हैं और अंततः विलीन हो जाते हैं, तो वे गुरुत्वाकर्षण तरंगों के रूप में जबरदस्त मात्रा में ऊर्जा छोड़ते हैं। 2015 में LIGO द्वारा गुरुत्वाकर्षण तरंगों का पहला प्रत्यक्ष पता लगाना ऐसी घटना से हुआ, जो खगोल भौतिकी में एक ऐतिहासिक क्षण था।
- बाइनरी न्यूट्रॉन स्टार विलय: ब्लैक होल के समान, जब दो न्यूट्रॉन तारे एक-दूसरे की ओर सर्पिल होते हैं और विलीन हो जाते हैं, तो वे गुरुत्वाकर्षण तरंगें भी उत्पन्न करते हैं। ये विलय बहुत दिलचस्प हैं क्योंकि इन्हें ब्रह्मांड में भारी तत्वों के निर्माण के लिए जिम्मेदार माना जाता है।
- सुपरनोवा: सुपरनोवा घटनाओं के दौरान विशाल तारों के विस्फोट से गुरुत्वाकर्षण तरंगें उत्पन्न हो सकती हैं। ये तरंगें इन विशाल खगोलीय पिंडों की आंतरिक कार्यप्रणाली में अंतर्दृष्टि प्रदान कर सकती हैं।
इसने खगोल भौतिकी और ब्रह्मांड विज्ञान में कैसे मदद की
गुरुत्वाकर्षण तरंगों का पता लगाने का ब्रह्मांड की हमारी समझ पर गहरा प्रभाव पड़ता है। यह हमें पहले से छिपी हुई ब्रह्मांडीय घटनाओं का पता लगाने, सवालों के जवाब देने और नई घटनाओं को प्रस्तुत करने की अनुमति देता है।
कुछ प्रमुख निहितार्थों में शामिल हैं:
- सामान्य सापेक्षता का परीक्षण: गुरुत्वाकर्षण तरंगें विषम परिस्थितियों में आइंस्टीन के सामान्य सापेक्षता के सिद्धांत की भविष्यवाणियों का परीक्षण करने का एक अनूठा तरीका प्रदान करती हैं। सैद्धांतिक मॉडलों के साथ अवलोकनों की तुलना करके, वैज्ञानिक ब्रह्मांड को नियंत्रित करने वाली मूलभूत शक्तियों के बारे में हमारी समझ को परिष्कृत कर सकते हैं।
- मल्टी-मैसेंजर खगोल विज्ञान: गुरुत्वाकर्षण तरंग घटनाएं अक्सर विद्युत चुम्बकीय अवलोकनों से मेल खाती हैं, जैसे गामा-किरण विस्फोट और दृश्य प्रकाश उत्सर्जन। यह खगोलविदों को विभिन्न उपकरणों का उपयोग करके एक ही घटना का अध्ययन करने की अनुमति देता है, जिससे ब्रह्मांडीय घटनाओं के बारे में हमारे ज्ञान का विस्तार होता है।
- ब्लैक होल और न्यूट्रॉन सितारों की प्रकृति की जांच: गुरुत्वाकर्षण तरंगें ब्लैक होल और न्यूट्रॉन सितारों के गुणों में अंतर्दृष्टि प्रदान करती हैं, जिसमें उनके द्रव्यमान, स्पिन और उनके विलय की प्रकृति शामिल है। यह जानकारी इन विदेशी वस्तुओं के बारे में हमारी समझ को परिष्कृत करने में मदद करती है।
निष्कर्ष
गुरुत्वाकर्षण तरंगें एक उल्लेखनीय ब्रह्मांडीय घटना है जिसने ब्रह्मांड के बारे में हमारी समझ में क्रांति ला दी है। अंतरिक्ष समय में इन तरंगों की शुरुआत में भविष्यवाणी की गई और फिर विभिन्न उपकरणों द्वारा शोध किया गया, जो खगोल भौतिकीविदों और खगोलविदों के लिए एक शक्तिशाली उपकरण बन गए हैं। वे हमें ब्रह्मांड में सबसे हिंसक और रहस्यमय घटनाओं का पता लगाने में सक्षम बनाते हैं, जो ब्लैक होल, न्यूट्रॉन सितारों की प्रकृति और स्वयं अंतरिक्ष समय की संरचना में अंतर्दृष्टि प्रदान करते हैं।
जैसे-जैसे हमारी पता लगाने की क्षमताओं में सुधार जारी है, हम और अधिक अभूतपूर्व खोजों और ब्रह्मांड के सबसे गहन रहस्यों की गहरी समझ की आशा कर सकते हैं। गुरुत्वाकर्षण तरंगों ने ब्रह्मांड में एक नई खिड़की खोल दी है, और यह दृश्य असाधारण से कम नहीं है। प्रत्येक खोज के साथ, हम ब्रह्मांड के रहस्यों को जानने और मानव ज्ञान की सीमाओं का विस्तार करने की दिशा में एक कदम आगे बढ़ते हैं।
स्त्रोत
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- Thorne, Kip S. “Gravitational-wave research: Current status and future prospects.” Reviews of Modern Physics 52.2 (1980): 285.
- Chen, Chiang-Mei, James M. Nester, and Wei-Tou Ni. “A brief history of gravitational wave research.” Chinese Journal of Physics 55.1 (2017): 142-169.
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