రవి రాజా పోతినేని
నిశ్శబ్దంగా ఉన్న ఒక అమవాస్య రాత్రి… మీరు నగర కోలాహలానికి దూరంగా, ఒక కొండపై నిలబడి ప్రశాంతంగా ఆకాశం వైపు చూస్తున్నారని ఊహించుకోండి. మీ కళ్ల ముందు కోట్ల నక్షత్రాల వెలుగులు, పాలపుంత (Milky Way) అందాలు, అంతులేని గెలాక్సీల సమూహాలు, అక్కడక్కడా కొన్ని గ్రహాలు ఒక అద్భుతమైన కాస్మిక్ కాన్వాస్ లా కనిపిస్తాయి. ఈ అనంతమైన దృశ్యాన్ని చూసి ఎవరైనా ఏమనుకుంటారు? “ఈ విశ్వం అంతా ఇంతేనని అనుకుంటాం కదా?“ కానీ, ఖగోళ శాస్త్రవేత్తలు ఒక వింతైన నిజాన్ని కనుగొన్నారు. ఈ అనంత విశ్వంలో మనకు కంటికి కనిపించే నక్షత్రాలు, గ్రహాలు, గెలాక్సీలు… ఇవన్నీ కలిపినా కేవలం 5 శాతం మాత్రమే! మిగతా 95 శాతం అంతా మన కంటికి కనిపించని ఒక రహస్యం. ఆ రహస్యంలోనే అతిపెద్ద భాగమే “డార్క్ ఎనర్జీ”.
విశ్వాన్ని తన గుప్పిట్లో పెట్టుకుని శాసిస్తున్న ఈ అదృశ్య శక్తి గురించి, దాని వెనుక ఉన్న ఆసక్తికరమైన సైన్స్ చరిత్ర గురించి అత్యంత సరళంగా తెలుసుకుందాం రండి!
పొరపాటు వేసిన పునాది!
మన కథ సరిగ్గా ఒక నూటపది సంవత్సరాలు వెనక్కి వెళ్తుంది. 1915-1917 ప్రాంతంలో ప్రపంచ ప్రసిద్ధ శాస్త్రవేత్త ఆల్బర్ట్ ఐన్స్టీన్ తన విప్లవాత్మక సాధారణ సాపేక్షత సిద్ధాంతాన్ని (General Theory of Relativity) ప్రతిపాదించారు. విశ్వంలో గురుత్వాకర్షణ శక్తి ఎలా పనిచేస్తుందో వివరించే సమీకరణాలు (Field Equations) అవి. అప్పట్లో ఐన్స్టీన్తో సహా శాస్త్రవేత్తలందరూ విశ్వం స్థిరంగా (Static), నిశ్చలంగా, ఎప్పటికీ మారకుండా ఉంటుందని నమ్మేవారు.
కానీ, ఐన్స్టీన్ తన సమీకరణాలను విశ్వం మొత్తానికి వర్తింపజేసినప్పుడు ఒక వింత సమస్య ఎదురైంది. విశ్వంలో ఉన్న పదార్థాల (Matter) గురుత్వాకర్షణ శక్తి వల్ల, విశ్వం అంతా ఒకదానికొకటి దగ్గరగా లాగబడి, చివరికి తనలో తాను కూలిపోవాలి (Collapse అవ్వాలి). లేదా లోపలి నుండి ఏదైనా శక్తి వ్యతిరేకంగా నెడుతుంటే అది విస్తరించాలి. విశ్వం నిశ్చలంగా ఉండే అవకాశమే లేదని గణితం మొండిగా చెబుతోంది!
తన సమీకరణాలు తప్పు చూపిస్తున్నాయేమో అని కంగారుపడిన ఐన్స్టీన్, విశ్వం కూలిపోకుండా స్థిరంగా ఆపడానికి తన లెక్కల్లో బలవంతంగా ఒక కొత్త సంఖ్యను చేర్చారు. దానికే “కాస్మోలాజికల్ కాన్స్టెంట్” (Cosmological Constant) అని పేరు పెట్టారు. ఇది శూన్య అంతరిక్షం నుండి పుట్టే ఒక రకమైన ‘వ్యతిరేక గురుత్వాకర్షణ’ (Anti-gravity) లా పనిచేస్తూ, పదార్థాల ఆకర్షణ శక్తిని బ్యాలెన్స్ చేస్తుందని ఆయన వాదించారు.
హబుల్ ఘనకార్యం: బద్దలైన భ్రమలు
ఐన్స్టీన్ ఈ లెక్కలు వేసిన కొన్నేళ్లకే, 1929లో ఖగోళ శాస్త్ర చరిత్రను తిరగరాసిన ఒక సంఘటన జరిగింది. అమెరికాకు చెందిన ఎడ్విన్ హబుల్ అనే ఖగోళ శాస్త్రవేత్త కాలిఫోర్నియాలోని మౌంట్ విల్సన్ పరిశోధనశాలలో ఉన్న అప్పటి అతిపెద్ద టెలిస్కోప్ ద్వారా సుదూర తీరాల్లోని గెలాక్సీలను గమనించడం ప్రారంభించారు. ఆ గెలాక్సీల నుండి వస్తున్న కాంతిని విశ్లేషించినప్పుడు (Redshift పద్ధతి ద్వారా), ఆ గెలాక్సీలన్నీ మనకు దూరంగా జరిగిపోతున్నాయని ఆయన కనుగొన్నారు!
అంతేకాదు, మనకు ఎంత దూరంలో ఉన్న గెలాక్సీ, అంత ఎక్కువ వేగంతో దూరంగా పారిపోతోంది. అంటే మన విశ్వం స్థిరంగా లేదు, అది నిరంతరం ఒక బెలూన్ లాగా విస్తరిస్తోంది (Expanding Universe) అని హబుల్ ప్రపంచానికి చాటి చెప్పారు.
చిత్రం: ఖగోళ శాస్త్రవేత్త ఎడ్విన్ హబుల్ 1937లో కాలిఫోర్నియాలోని మౌంట్ విల్సన్ అబ్జర్వేటరీలో 100-ఇంచుల టెలిస్కోప్ ఐపీస్ (కంటి అద్దం) ద్వారా చూస్తున్న దృశ్యం. మూలం: మార్గరెట్ బర్క్-వైట్—ది లైఫ్ పిక్చర్ కలెక్షన్/గెట్టి ఇమేజెస్
ఈ విషయం తెలిసిన వెంటనే ఐన్స్టీన్ తీవ్ర దిగ్భ్రాంతికి గురయ్యారు. తన సమీకరణాలు మొదట్లోనే కరెక్ట్ గా చెబితే, తాను అనవసరంగా భయపడి ఆ కాస్మోలాజికల్ కాన్స్టెంట్ను చేర్చానని గ్రహించారు. “నా జీవితంలో నేను చేసిన అతిపెద్ద పొరపాటు (Biggest Blunder)” అని బాధపడుతూ ఆ సంఖ్యను తన సమీకరణాల నుండి తొలగించారు. కానీ కాలం ఎంత విచిత్రమైందో చూడండి… ఐన్స్టీన్ ఏ సంఖ్యనైతే తన ‘అతిపెద్ద పొరపాటు’ అన్నారో, అదే సంఖ్య డెబ్బై ఏళ్ల తర్వాత ‘డార్క్ ఎనర్జీ’ రూపంలో విశ్వాన్ని రక్షిస్తున్న పరమ సత్యంగా అవతరించింది!
ఒక ఊహించని కాస్మిక్ ట్విస్ట్: వేగం పుంజుకుంటున్న విశ్వం!
విశ్వం విస్తరిస్తోంది సరే, కానీ దాని భవిష్యత్తు ఎలా ఉంటుంది? ఈ ప్రశ్నకు సమాధానం కనుగొనడానికి శాస్త్రవేత్తలు ఒక సాధారణ సిద్ధాంతాన్ని నమ్మారు. ఉదాహరణకు, మనం ఒక బంతిని పైకి విసిరితే, భూమి గురుత్వాకర్షణ శక్తి వల్ల బంతి వేగం మెల్లమెల్లగా తగ్గి, ఒకచోట ఆగి, మళ్ళీ కిందకి పడిపోతుంది.
విశ్వంలో కూడా కోట్ల కొద్దీ నక్షత్రాలు, గెలాక్సీలు, కంటికి కనపడని డార్క్ మ్యాటర్ ఉన్నాయి. వీటన్నిటి గురుత్వాకర్షణ శక్తి (Gravity) విశ్వాన్ని లోపలికి లాగుతూ ఉంటుంది. కాబట్టి, 13.8 బిలియన్ సంవత్సరాల క్రితం ‘బిగ్ బ్యాంగ్’ అనే మహా విస్ఫోటనంతో విశ్వం విస్తరించడం మొదలైనా… ఈ గురుత్వాకర్షణ బ్రేకుల వల్ల ఆ విస్తరణ వేగం కాలక్రమేణా తగ్గిపోవాలి. ఇదీ ప్రపంచవ్యాప్తంగా అందరూ అనుకున్న మాట.
ఈ వేగం ఎంత శాతంతో తగ్గుతుందో ఖచ్చితంగా లెక్కగట్టి, విశ్వం వయస్సును కనుగొనడానికి 1990ల చివర్లో రెండు వేర్వేరు అంతర్జాతీయ శాస్త్రవేత్తల బృందాలు రంగంలోకి దిగావు. ఒకటి – సాల్ పెర్ల్ముట్టర్ నేతృత్వంలోని ‘సూపర్నోవా కాస్మోలజీ ప్రాజెక్ట్’, రెండు – బ్రయాన్ పి. ష్మిత్ మరియు ఆడమ్ రీస్ నేతృత్వంలోని ‘హై-జెడ్ సూపర్నోవా సెర్చ్ టీమ్’.
అందుకోసం వారు విశ్వంలో అత్యంత దూరంలో (బిలియన్ల కాంతి సంవత్సరాల దూరంలో) ఉన్న “టైప్ 1a సూపర్నోవా” (Type 1a Supernovae) అనే పేలిపోయే నక్షత్రాలను పరిశీలించారు. ఈ రకం సూపర్నోవాలు విశ్వంలో ఎక్కడ పేలినా ఒకే విధమైన గరిష్ట కాంతిని (Standard Candles) విడుదల చేస్తాయి. ‘ఫిలిప్స్ రిలేషన్’ (Phillips Relation) అనే అద్భుతమైన ఖగోళ పద్ధతిని ఉపయోగించి, ఆ సూపర్నోవాల అసలు ప్రకాశాన్ని, అవి మనకు ఎంత దూరంలో ఉన్నాయో లెక్కగట్టారు.
ఆ డేటాను విశ్లేషించిన శాస్త్రవేత్తలు ఒక్కసారిగా షాక్కు గురయ్యారు! వారి కళ్లను వారే నమ్మలేకపోయారు.
విశ్వం విస్తరించే వేగం తగ్గడం లేదు సరే కదా… గత 5 బిలియన్ సంవత్సరాలుగా అది రోజురోజుకూ మరింత వేగంగా (Accelerated Expansion) దూసుకుపోతోంది!
ఒక చిన్న ఉదాహరణ: మీరు కారులో వెళ్తూ బ్రేక్ వేస్తే వేగం తగ్గాలి. కానీ బ్రేక్ వేస్తుంటే కారు మరింత స్పీడుగా, ఊహించని వేగంతో ముందుకు దూసుకుపోతే ఎలా ఉంటుందో… విశ్వం కూడా గురుత్వాకర్షణ బ్రేకులను కాదని అంతకంతకూ వేగంగా విస్తరిస్తోంది!
ఖగోళ శాస్త్రాన్నే ఊపేసిన ఈ విప్లవాత్మక ఆవిష్కరణకు గాను 2011లో ఈ ముగ్గురు శాస్త్రవేత్తలకు భౌతికశాస్త్రంలో అత్యున్నత నోబెల్ బహుమతి లభించింది.
ఏమిటీ ఈ డార్క్ ఎనర్జీ? దాని గుణాలు ఏంటి?
గురుత్వాకర్షణ శక్తి నక్షత్రాలను, గెలాక్సీలను ఒకదానికి ఒకటి దగ్గరగా లాగాలని చూస్తుంటే… దానికి వ్యతిరేకంగా, విశ్వాన్ని అంత వేగంగా వెనక్కి నెడుతున్న ఆ అదృశ్య శక్తి ఏంటి? ఆ రహస్య శక్తికే ఖగోళ శాస్త్రవేత్త మైఖేల్ టర్నర్ “డార్క్ ఎనర్జీ” అని పేరు పెట్టారు. ఇక్కడ “డార్క్” అంటే నల్లగా ఉందని కాదు, దాని స్వభావం గురించి మనకు “ఏమీ తెలియదు” అని అర్థం!
డార్క్ ఎనర్జీకి కొన్ని చాలా వింతైన గుణాలు ఉన్నాయి:
- ఇది శూన్యంలోనే ఉంటుంది: ఇది ఏదో ఒక గ్రహం దగ్గరో లేదా ఒక బ్లాక్ హోల్ మధ్యలోనే ఉండేది కాదు. ఇది శూన్యంలోనే (Empty Space) దాగి ఉండే ఒక అంతర్గత గుణం. భౌతికశాస్త్రం ప్రకారం శూన్యం అంటే ఏమీ లేకపోవడం కాదు, అందులో నిరంతరం క్వాంటం కణాలు పుడుతూ, నశిస్తూ ఉంటాయి (Quantum Fluctuations). ఈ శూన్యం నుంచే డార్క్ ఎనర్జీ జనిస్తుంది.
- దీని సాంద్రత తగ్గదు: సాధారణ పదార్థం లేదా వాయువులను ఒక పెద్ద గదిలోకి విస్తరింపజేస్తే వాటి సాంద్రత తగ్గిపోతుంది. కానీ విశ్వం విస్తరిస్తున్న కొద్దీ మరింత ఖాళీ స్థలం (Space) తయారవుతుంది. ఖాళీ స్థలం పెరిగే కొద్దీ డార్క్ ఎనర్జీ పరిమాణం కూడా పెరుగుతుంది కానీ దాని సాంద్రత మాత్రం ఎప్పటికీ తగ్గదు!
- వ్యతిరేక ఒత్తిడి (Negative Pressure): గురుత్వాకర్షణ లోపలికి లాగితే, డార్క్ ఎనర్జీ బయటికి నెడుతుంది. దీనినే నెగెటివ్ ప్రెజర్ అంటారు.
కాస్మిక్ బడ్జెట్: విశ్వంలో ఎవరి వాటా ఎంత?
నేడు ఆధునిక పరిశోధనలైన నాసా యొక్క WMAP, యూరోపియన్ స్పేస్ ఏజెన్సీ యొక్క ప్లాంక్ ఉపగ్రహాలు పంపిన కాస్మిక్ మైక్రోవేవ్ బ్యాక్గ్రౌండ్ (CMB) డేటా ఆధారంగా విశ్వం యొక్క మొత్తం బడ్జెట్ను ఖచ్చితంగా లెక్కిస్తే:
- 5% – సాధారణ పదార్థం (Normal Matter): మనకు తెలిసిన, మనం చూసే నక్షత్రాలు, గ్రహాలు, వాయువులు, కోట్లాది గెలాక్సీలు, ఆఖరికి మనం, భూమి అంతా ఈ 5 శాతంలోనే ఉన్నాయి! దీనిని బార్యానిక్ మ్యాటర్ అంటారు.
- 27% – డార్క్ మ్యాటర్ (Dark Matter): ఇది కూడా ఒక అదృశ్య పదార్థమే. ఇది కాంతిని విడుదల చేయదు, పరావర్తనం చేయదు. కేవలం తనకున్న భారీ గురుత్వాకర్షణ ద్వారా గెలాక్సీలు చెల్లాచెదురు కాకుండా ఒకదానితో ఒకటి పట్టి ఉంచుతుంది.
- 68% – డార్క్ ఎనర్జీ (Dark Energy): విశ్వాన్ని వేగంగా విస్తరింపజేస్తూ, సమస్తాన్ని శాసిస్తున్న సింహభాగం శక్తి ఇదే!
చిత్రం: విశ్వం దేనితో నిర్మితమైంది? (కాస్మిక్ బడ్జెట్ పై చార్ట్). మూలం: నాసా (NASA)
6. విశ్వం ముగింపు ఏంటి? “మహా విచ్ఛిన్నం” (The Big Rip)
డార్క్ ఎనర్జీ ఇలాగే విశ్వాన్ని వేగంగా దూరం జరుపుకుంటూ పోతే మన విశ్వం ముగింపు ఎలా ఉంటుంది? ఖగోళ శాస్త్రవేత్తలు దీనికోసం కొన్ని భయంకరమైన సిద్ధాంతాలను ప్రతిపాదించారు. అందులో ప్రధానమైనది “బిగ్ రిప్” – మహా విచ్ఛిన్నం.
చిత్రం: విశ్వం ‘బిగ్ రిప్’ (మహా విచ్ఛిన్నం)తో అంతమైపోతుందా? అది మాయా శక్తిపై ఆధారపడి ఉంటుంది.
మూలం: గెట్టి ఇమేజెస్/మార్క్ గార్లిక్/సైన్స్ ఫోటో లైబ్రరీ)
ప్రస్తుతం డార్క్ ఎనర్జీ సాంద్రత స్థిరంగా ఉంటే విశ్వం నిరంతరం విస్తరిస్తూనే ఉంటుంది, దీనిని ‘బిగ్ ఫ్రీజ్’ (Big Freeze) అంటారు. కానీ, ఒకవేళ కాలక్రమేణా డార్క్ ఎనర్జీ బలం అంతకంతకూ పెరిగిపోతే (దీనిని ఫాంటమ్ ఎనర్జీ అంటారు), అది కేవలం గెలాక్సీల మధ్య దూరాన్ని పెంచడమే కాకుండా…
మొదట గెలాక్సీల లోపల ఉన్న నక్షత్రాలను విడదీస్తుంది. ఆ తర్వాత సూర్యుడి చుట్టూ తిరిగే గ్రహాలను కక్ష్యల నుండి దూరం చేస్తుంది. చివరి కొన్ని నిమిషాల్లో గ్రహాలను, నక్షత్రాలను ముక్కలు చేస్తుంది. ఆఖరి కొన్ని క్షణాలలో పరమాణువులను, ఎలక్ట్రాన్లను, ప్రోటాన్లను కూడా వాటి బంధాల నుండి ముక్కలు ముక్కలుగా చీల్చేస్తుంది. విశ్వంలో స్థలం (Space-time) మినహా ఏ ఒక్క కణమూ మిగలకుండా సర్వనాశనం అయిపోయే ఈ భీకర స్థితిని ‘బిగ్ రిప్’ అంటారు. అయితే ఇది జరగడానికి ఇంకా కొన్ని బిలియన్ల సంవత్సరాల సమయం పడుతుంది కాబట్టి మనం ఇప్పుడే కంగారు పడక్కర్లేదు!
ముగింపు
విశ్వం పుట్టుక గురించి, నక్షత్రాల పరిణామం గురించి మనకు ఎంతో తెలుసు అనుకున్న మానవాళికి, “మీకు తెలిసింది కేవలం గోరంత (5%) మాత్రమే, తెలియాల్సింది కొండంత (95%) ఉంది” అని డార్క్ ఎనర్జీ గుర్తుచేసింది. రాత్రి ఆకాశంలో కనిపించే ఖాళీ చీకటి ప్రదేశం కేవలం శూన్యం కాదు, అది విశ్వ గమనాన్నే మార్చేసే ఒక మహా అదృశ్య శక్తిని తనలో దాచుకుంది.
ప్రస్తుతం విశ్వంలో ఉన్న ఓపెన్ సూపర్నోవా క్యాటలాగ్ డేటాను విశ్లేషిస్తూ, సుదూర విశ్వంలోని కాస్మోలాజికల్ పారామీటర్లను కొలుస్తూ ప్రపంచవ్యాప్తంగా ఉన్న ఖగోళ శాస్త్రవేత్తలు ఈ విశ్వ రహస్యాన్ని ఛేదించడానికి రాత్రింబగళ్లు శ్రమిస్తున్నారు. బహుశా భవిష్యత్తులో రాబోయే సరికొత్త స్పేస్ టెలిస్కోపులు మరియు పరిశోధనల ద్వారా మనకు ఈ డార్క్ ఎనర్జీ వెనుక ఉన్న అసలు సత్యం, ఆ అదృశ్య రహస్యం పూర్తిగా వెల్లడి కావచ్చు!
రచయిత: రవి రాజా పోతినేని, ఖగోళ పరిశోధకుడు, సైన్స్ ప్రచారకర్త మరియు రచయిత.
