James Webb Space Telescope ने वैकल्पिक गुरुत्वाकर्षण सिद्धांत के सबूत खोजे

 (thedebrief.org)
4 पॉइंट द्वारा GN⁺ 2024-11-17 | 1 टिप्पणियां | WhatsApp पर शेयर करें
  • JWST द्वारा प्राचीन आकाशगंगाओं के अवलोकन इस संभावना को बढ़ाते हैं कि शुरुआती ब्रह्मांड में आकाशगंगाएं अपेक्षा से अधिक तेज़ी से बनीं, जिससे मानक Lambda-CDM व्याख्या और MOND की भविष्यवाणियों की फिर से तुलना हो रही है
  • मानक dark matter मॉडल के अनुसार शुरुआती आकाशगंगाएं छोटी और धुंधली शुरू होकर धीरे-धीरे बढ़ती हैं, लेकिन देखी गई आकाशगंगाएं चमकीली, बड़ी और काफ़ी हद तक विकसित रूप के अधिक करीब हैं
  • Case Western Reserve University के Stacy McGaugh और उनके सहयोगियों ने 1998 में भविष्यवाणी की थी कि dark matter के बिना भी आकाशगंगाएं तेज़ी से बन सकती हैं, और उनका मानना है कि इस बार का JWST डेटा उस भविष्यवाणी के अधिक करीब है
  • MOND, Newton के दूसरे नियम में संशोधन करके आकाशगंगाओं की rotation curves में असंगति समझाने की कोशिश करने वाला सिद्धांत है, लेकिन Einstein के general relativity के साथ संगत एक पूर्ण ढांचा अभी मौजूद नहीं है
  • Lambda-CDM ब्रह्मांड के विस्तार की दर और लगभग समतल ब्रह्मांडीय संरचना की व्याख्या करने वाला व्यापक रूप से समर्थित मॉडल है, और कुछ आधुनिक खगोलीय माप अब भी dark matter परिकल्पना का समर्थन करते हैं

JWST अवलोकनों ने शुरुआती आकाशगंगा निर्माण परिदृश्य को हिला दिया

  • James Webb Space Telescope ब्रह्मांड के सबसे दूरस्थ क्षेत्रों का अवलोकन करके अतीत की प्राचीन आकाशगंगाओं का अध्ययन कर रहा है
  • Case Western Reserve University के शोधकर्ताओं का मानना है कि JWST द्वारा एकत्र किए गए प्राचीन आकाशगंगाओं के स्कैन, व्यापक रूप से स्वीकार्य Cold Dark Matter सिद्धांत Lambda-CDM की भविष्यवाणियों से टकराते हैं
  • इन अवलोकनों को वैकल्पिक गुरुत्वाकर्षण सिद्धांत Modified Newtonian Dynamics(MOND) की व्याख्या के साथ अधिक मेल खाते उदाहरण के रूप में देखा जा रहा है
  • अगर यह परिणाम सही है, तो खगोलविदों और ब्रह्मांड वैज्ञानिकों को लंबे समय से विवादित MOND की फिर से समीक्षा करनी होगी

Lambda-CDM द्वारा अपेक्षित धीमी वृद्धि

  • Lambda-CDM मॉडल के अनुसार ब्रह्मांड की संरचना समझाने के लिए dark matter अनिवार्य है
  • इस मॉडल में dark matter का गुरुत्वीय प्रभाव आकाशगंगाओं और बड़े पैमाने की संरचनाओं के निर्माण को दिशा देता है
  • शुरुआती ब्रह्मांड की प्राचीन आकाशगंगाएं, ब्रह्मांडीय समय के साथ dark matter द्वारा धीरे-धीरे एकत्र होने के कारण, छोटी और धुंधली होनी चाहिए थीं
  • McGaugh का मानना है कि अगर Lambda-CDM सही है, तो dark matter का अतिरिक्त गुरुत्व शुरुआती आकाशगंगाओं के आसपास मौजूद पदार्थ के छोटे-छोटे टुकड़ों को धीरे-धीरे केंद्र की ओर खींचना चाहिए
  • लेकिन JWST ने और भी दूर अतीत में जिन आकाशगंगाओं को देखा, वे चमकीली, बड़ी और काफ़ी हद तक विकसित रूप में दिखाई दीं

MOND द्वारा समझाया गया तेज़ संरचना निर्माण

  • MOND 1983 में Israeli भौतिक विज्ञानी Mordehai Milgrom द्वारा पहली बार प्रस्तावित सिद्धांत है
  • यह सिद्धांत dark matter को शामिल किए बिना आकाशगंगाओं की rotation curves में असंगति समझाने के लिए Newton के दूसरे नियम में संशोधन करता है
  • MOND का यह संशोधन बहुत कम acceleration वाले क्षेत्रों में महत्वपूर्ण हो जाता है, जैसे वे ब्रह्मांडीय बाहरी क्षेत्र जिन्हें JWST देख रहा है
  • McGaugh ने 1998 में Federico Lelli, Jay Franck, James Schombert आदि के साथ मिलकर एक शोधपत्र सह-लेखन किया था, जिसमें कहा गया था कि आकाशगंगा निर्माण अधिक तेज़ी से होता है और dark matter पर निर्भर नहीं करता
  • इस परिकल्पना में आकाशगंगीय पदार्थ तेज़ी से इकट्ठा होता है, फिर ब्रह्मांड के साथ फैलता है, और बाद में गुरुत्वाकर्षण के तहत ध्वस्त होकर जल्दी ही बड़े और चमकीले ढांचे बना लेता है

JWST डेटा और पुरानी भविष्यवाणियों की तुलना

  • McGaugh और उनके सहयोगियों का मानना है कि JWST डेटा, Lambda-CDM मॉडल की तुलना में MOND समर्थकों की भविष्यवाणियों के अधिक करीब है
  • उदाहरण के तौर पर McGaugh का कहना है कि R H Sanders की MOND-आधारित भविष्यवाणी, Lambda-CDM समर्थक Mo, Mao, White की भविष्यवाणी से अधिक सटीक रूप से अवलोकनों से मेल खाती है
  • किसी एक मॉडल से मेल न खाने वाला तथ्य अपने आप में यह नहीं कहता कि उस मॉडल को तुरंत छोड़ देना चाहिए, लेकिन अगर वह अवलोकनात्मक डेटा की पर्याप्त व्याख्या न कर पाए, तो उसका सैद्धांतिक ढांचा कमज़ोर पड़ सकता है
  • कुछ आधुनिक खगोलीय माप अब भी dark matter परिकल्पना का समर्थन करते हैं

Lambda-CDM को अब भी व्यापक समर्थन

  • भले ही MOND कुछ JWST अवलोकनों की अच्छी व्याख्या करता हुआ दिखे, Lambda-CDM को अब भी व्यापक समर्थन प्राप्त है
  • Lambda-CDM 1920 के दशक से ब्रह्मांड की विस्तार दर का सटीक अनुमान लगाता आया है
  • ब्रह्मांड को लगातार फैलाते रहने वाले cosmological constant के प्रमाण भी Lambda-CDM ढांचे में शामिल हैं
  • ब्रह्मांड लगभग समतल है, जैसा Lambda-CDM अपेक्षा करता है, लेकिन हल्के विचलन अब भी अतिरिक्त जांच की मांग वाले क्षेत्र बने हुए हैं
  • व्यापक astrophysics समुदाय का मानना है कि Lambda-CDM कई परीक्षणों में खरा उतरा है और ब्रह्मांड को समझने के लिए एक सुसंगत ढांचा प्रदान करता है

बाकी चुनौतियां और शोधपत्र

  • McGaugh मानते हैं कि general relativity और MOND दोनों के साथ संगत सिद्धांत खोजने की चुनौती अब तक साकार नहीं हो पाई है
  • JWST द्वारा दिखाए गए परिणाम इस अपेक्षा से मेल नहीं खाते कि पास के ब्रह्मांड की बड़ी आकाशगंगाएं बहुत छोटे टुकड़ों से शुरू हुई होंगी
  • McGaugh का कहना है कि वैज्ञानिक पद्धति का मूल यह है कि भविष्यवाणियां बनाई जाएं और फिर देखा जाए कि कौन-सी सही साबित होती है
  • संबंधित शोधपत्र Accelerated Structure Formation: The Early Emergence of Massive Galaxies and Clusters of Galaxies 12 नवंबर 2024 को The Astrophysical Journal में प्रकाशित हुआ

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1 टिप्पणियां

 
GN⁺ 2024-11-17
Hacker News की राय

  • मुझे लगता है कि यह लेख, सबसे उदार नज़र से भी, गलतफहमी पैदा करता है। बात कुछ ऐसी है कि “JWST द्वारा इकट्ठे किए गए प्राचीन galaxies के scans सबसे व्यापक रूप से स्वीकार किए गए ΛCDM की predictions से टकराते लगते हैं”, लेकिन ΛCDM यह predict नहीं करता कि galaxies कैसी दिखनी चाहिए; यह predict करता है कि collapsed structures के भीतर कितना mass है और dark matter halos hierarchical तरीके से grow करते हैं
    वहीं JWST के साथ हमें light देखकर उस system की actual physical properties infer करनी पड़ती हैं। बहुत शुरुआती दौर में ही ऐसे results थे कि theoretical upper limit—यानी यह मान लें कि collapsed structure के अंदर की सारी gas stars में बदल जाती है—तो JWST observations से कई orders of magnitude ज्यादा luminosity function मिलता है: https://ui.adsabs.harvard.edu/abs/2023MNRAS.521..497M/abstra...
    इसलिए ΛCDM के भीतर भी शुरुआती समय में bright, बड़े दिखने वाले और high-mass galaxies के मौजूद होने की काफी गुंजाइश है। मेरे हिसाब से अभी early universe के JWST data के आधार पर ही adopted galaxy formation model पर sensitivity इतनी ज्यादा है कि ΛCDM को भरोसेमंद तरीके से support या refute करना मुश्किल है

    • “adopted galaxy formation model पर बहुत ज्यादा sensitive है, इसलिए ΛCDM को भरोसेमंद तरीके से support या refute करना मुश्किल है” वाली व्याख्या Webb से पहले ΛCDM को पेश करने का तरीका बिल्कुल नहीं था। तब यह एक अच्छी मानी जाने वाली theory थी, और उम्मीद थी कि Higgs detection की तरह नया data boundaries को बेहतर constrain करके हमें अगले stage तक ले जाएगा
      लेकिन असल में यह लगभग अफरा-तफरी जैसा निकला; हमने वह नहीं देखा जिसकी उम्मीद थी, और अब ऐसा लगता है कि पीछे हटकर कहा जा रहा है, “फिर भी ΛCDM के साफ तौर पर गलत साबित होने जैसा तो नहीं है, है ना?” इसका मतलब यह नहीं कि ΛCDM गलत है या MOND सही है, लेकिन यह निश्चित रूप से Kuhn-style paradigm shift जैसा पल है, इसलिए व्यापक ideas को गंभीरता से परखने की जरूरत है
    • JWST सिर्फ light देखता है, इसे मुद्दा बनाना अजीब है। dark matter theory पूरी की पूरी light-emitting objects के आधार पर बनी है, और JWST के तरीके और किसी दूसरे तरीके के बीच ऐसा कोई contrast नहीं है
      JWST को इसलिए कमतर बताना कि वह सिर्फ light देख सकता है, Galileo को इसलिए कमतर बताने जैसा है कि वह सिर्फ telescope बना पाया। अच्छा होता अगर हम study के objects तक teleport होकर और ज्यादा information हासिल कर पाते, लेकिन reality में हमें reality के rules के हिसाब से चलना पड़ता है। साथ ही “galaxy formation model पर sensitive है” वाला तर्क cart before the horse जैसा है, इसलिए मुझे यह valid नहीं लगता

  • MOND में जो हिस्सा मुझे लगातार अटकाता है, वह general relativity है। हम जानते हैं कि gravity Newtonian नहीं है और inverse-square law उसी तरह लागू नहीं होता। inverse-square law पर आधारित gravity model बस एक गलत model है
    दूसरे comment में दिया गया https://tritonstation.com/new-blog-page/ एक बेहतरीन लेख है, और यह तर्क देता है कि general relativity को low-acceleration regime में verify नहीं किया गया है और वह गलत भी हो सकती है। लेकिन हम यह भी जानते हैं कि MOND high acceleration में गलत है। अगर यह दोनों sides को cover नहीं कर पाता, तो इसे GR का improvement कहना मुश्किल है। मेरी भाषा थोड़ी aggressive लग सकती है, लेकिन मुझे लगता है कि modified gravity research काफी valuable है; बस यह कोई all-purpose solution नहीं है

    • MOND को GR के improvement के रूप में पेश नहीं किया गया था। नाम के मुताबिक, शुरुआत से ही यह Newtonian dynamics की theory थी
      MOND के relativistic versions के रूप में TeVeS जैसी चीजें भी हैं https://en.m.wikipedia.org/wiki/Tensor%E2%80%93vector%E2%80%..., लेकिन उनमें अब भी कई problems हैं
    • general relativity भी extreme situations में quantum mechanics से मेल नहीं खाती, इसलिए अगर quantum mechanics गलत नहीं है तो GR में भी असल में कुछ हिस्से गलत हैं। इसलिए GR को gospel की तरह स्वीकार करना शायद ठीक नहीं है
      खासकर ऐसा लगता है कि MOND भी GR को केवल extreme conditions में ही बदलता है, और “मेल नहीं खाता” का मतलब असल में यह भी हो सकता है कि mathematics कठिन है और physicists ने अभी पर्याप्त काम नहीं किया है। MOND-style modified GR को स्वीकार कर लेने से GPS के काम करने का तरीका बदलने की संभावना कम है, इसलिए सिर्फ “GR ने time और engineering की कसौटी झेली है” कहकर MOND को पूरी तरह refute करना मुश्किल है
    • gravity Newtonian नहीं है और inverse-square law लागू नहीं होता, इस बात के लिए evidence चाहिए। extreme mass-energy environments के बाहर, यह लगभग consensus है कि gravity बहुत ज्यादा decimal places तक Newton ने जैसा describe किया था वैसी ही काम करती है
      इसका मतलब यह नहीं कि general relativity गलत है; मतलब यह है कि galactic scale पर gravity Newtonian तरीके से काम करती है और GR effects बेहद छोटे होते हैं
    • मैं physicist नहीं हूं, लेकिन कई जगह वही mistake देखता हूं। shell theorem disks या galaxies पर लागू नहीं होता
      advanced articles में भी radius के अंदर के matter को center पर point mass की तरह treat करने और radius के बाहर के mass की gravity को आपस में cancel मानकर ignore करने वाली simplification दोहराई जाती है। यह simplification uniform-density spherical shells या solid spheres के लिए काम करती है, लेकिन disks या rings—यानी galaxies—पर लागू नहीं होती
    • MOND में ऐसी relativistic generalizations जरूर हैं जो low energy पर MOND dynamics में simplify हो जाती हैं। हालांकि मैं इस field का specialist नहीं हूं, लेकिन मेरी समझ में ऐसी theories ad hoc के करीब हैं और उनकी computability कम है, इसलिए उन्हें गंभीरता से नहीं लिया जाता
      लगता है MOND में “actual work” अधिकतर classical form में ही होता है, और यह काफी बड़ी cheating जैसा दिखता है। किसी बड़ी theory को एक conjecture पर खड़ा किया जा सकता है, लेकिन उस conjecture को prove करने की कोशिश तो करनी चाहिए

  • पहले “amazing evidence” कहा गया और बाद में conditional भाषा में कहा कि “observations MOND की foundation को support करते दिखते हैं, जिससे astronomers और cosmologists इस लंबे समय से विवादित alternative gravity theory पर फिर से विचार कर सकते हैं।” conditional evidence क्या होता है, यह मुझे समझ नहीं आता; हो सकता है मैं पूरी picture miss कर रहा हूं, लेकिन ऐसी writing सबसे उदार नजर से भी inaccurate है

    • यह typical popular science journalism है और click के लिए बनाया गया title है। paper पढ़ना बेहतर है
    • उस evidence को mathematically और empirically verify होना होगा, और यह उस तरह का है जिसमें currently fringe theory dominant theory से बेहतर fit हो सकती है
      physics में unknowns इतने ज्यादा हैं कि दूसरी side आसानी से कह सकती है, “तुम्हारी theory भी अभी XYZ explain नहीं कर पाती, इसलिए हमारी theory को थोड़ा tweak कर देने से शायद काम चल जाए।” एक amateur के तौर पर मेरी समझ में, यह ऐसा मुद्दा है जिस पर reasonable लोग भी अलग-अलग राय रख सकते हैं
    • अभी कोई consensus नहीं है और repeatable metric भी नहीं है। “उस side को और investigate करें” कहना बिल्कुल reasonable है

  • समझ नहीं आता कि ऐसे सनसनीखेज शीर्षक वाले लेख क्यों शेयर किए जाते हैं। विज्ञान पत्रकारिता की साख खराब होना स्वाभाविक है। ऐसे लेख विज्ञान को ठीक से समझाने की कोशिश करने वालों की मेहनत को बहुत हद तक undermine करते हैं

    • अगर यह लेख और HN चर्चा न होती, तो मुझे MOND के बारे में पता नहीं चलता, और कम-से-कम यह एक दिलचस्प theory तो है
    • लेख लिखने वाले से लेकर वितरण चैनल तक, हर चरण के incentives ऐसा करने के लिए उकसाते हैं, और पैसा, views, प्रभाव, बदनामी, points और ध्यान के रूप में इसका इनाम मिलता है। इसे रोकना है तो incentives हटाने होंगे

  • मुख्य लेखक Stacy McGaugh को मैं उनके blog पर follow करता हूं; वे dark matter बनाम MOND बहस से जुड़ी नई research और विचार पोस्ट करते हैं: https://tritonstation.com/new-blog-page/
    उनका तर्क काफी convincing और अपेक्षाकृत स्पष्ट है। मैं astrophysicist नहीं हूं, लेकिन मेरे पास physics की दो degrees हैं, और dark matter theory हमेशा अधूरी-सी लगी है। कारण-कार्य संबंध के किसी सबूत के बिना, dark matter को बस “gravity theory को समझ में आने लायक बनाने के लिए जहां matter रखना चाहेंगे, वहां रखा गया matter” कहा जा सकता है, और बुनियादी वैज्ञानिक नजरिए से यह पूरी तरह उल्टा है। जैसे-जैसे observational उपकरणों की sensitivity बेहतर होती जा रही है, modern MOND assumptions पर आधारित predictions और अधिक accurate होती दिखती हैं

    • जब theory और observation मेल नहीं खाते, तो यह पहले से तय नहीं होता कि theory सुधारनी चाहिए या observation में हमने कुछ miss किया है। 19वीं सदी में Uranus की orbit Newtonian theory की predictions से मेल नहीं खाती थी, और यह मानकर कि Newtonian theory सही है और observations में हमने कुछ miss किया है, calculations की गईं; नतीजे में Neptune की position predict हुई और वह सच में खोजा गया
      उलट, Mercury की orbit भी Newtonian theory की predictions से अलग थी, और इस मामले में यह hypothesis आया कि सूर्य के पास कोई अभी तक न देखा गया planet है, लेकिन असली समाधान gravity theory में modification, यानी general relativity था। GR ने Mercury की orbit में Newtonian prediction से हटकर प्रति सदी 43 arcseconds की perihelion precession को सही-सही predict किया, और light की gravitational bending, black holes, gravitational waves जैसी predictions भी verify हुईं। इसलिए theory और observation में mismatch तो साफ है, लेकिन समाधान theory modification है या matter का कोई नया रूप, यह पहले से नहीं जाना जा सकता; और बाद वाले को hypothesis बनाकर यह देखना कि वह कहां तक जाता है, गैर-वैज्ञानिक नहीं है। मुश्किल यह है कि GR की सफल predictions को बनाए रखते हुए galaxy rotation curves को भी समझाने वाला theoretical framework बनाया जाए
    • dark matter, baryonic matter से fundamentally अलग तरह से व्यवहार करता है। पूरे universe में matter की मात्रा, यानी dark matter और baryonic matter की कुल मात्रा, observed baryogenesis abundances से constrain की जा सकती है, और dark matter cosmic microwave background के peak relative amplitudes पर भी अलग असर डालता है
      देखने में ऐसा लगता है कि MOND को galaxy rotation curve modeling के बाहर शायद ही कभी सफलता मिली हो। dark matter बनाम MOND पर skepticism हमेशा अजीब लगता है। dark matter में standard model में बस एक नया particle जोड़ना पड़ता है, इसलिए बहुत ज्यादा नई physics नहीं चाहिए; लेकिन ज्यादातर MOND theories Lorentz invariance को तोड़ती हैं, जो standard physics से कहीं अधिक radical departure है। TeVeS जैसी ज्यादा sophisticated MOND theories, जो Lorentz invariance बनाए रखती हैं, असल में MOND की भाषा में पैक की गई dark matter theories जैसी लगती हैं
    • मुझे वह approach जरूरी नहीं कि गलत लगे। planets खोजने का तरीका ठीक यही है। किसी planet या star की motion में unexpected difference होता है, और अगर उधर कोई planet हो तो बात समझ आती है। सच में देखने पर वहां planet मिल जाता है
    • आम तौर पर “dark matter” को theory और observation के बीच mismatch के shorthand के तौर पर समझता हूं। explanation सचमुच dark matter हो सकता है, या कोई पूरी तरह unexpected observation या theory change भी समाधान हो सकता है

  • काश science journalists MOND को उन सभी theories का प्रतिनिधि बनाकर इस्तेमाल न करें जिनमें MOND low-curvature limit के रूप में आता है। MOND खुद covariant नहीं है और इसमें कई well-known problems हैं, इसलिए यह साफ तौर पर starting point के लिए inappropriate है
    general relativity family की ज्यादा sophisticated theories MOND जैसी behavior reproduce करते हुए भी बेहतर काम करती हैं और ज्यादा plausible लगती हैं। कम-से-कम बेकार MOND विवाद से बचने के लिए MOND की जगह modified gravity या MOG शब्द इस्तेमाल करना चाहिए

  • अगर आप जानना चाहते हैं कि MOND का ठीक-ठीक मतलब क्या है, तो Wikipedia entry है: https://en.wikipedia.org/wiki/Modified_Newtonian_dynamics

  • Sean Carroll ने MOND पर जो लिखा है, वह यहां है: https://www.preposterousuniverse.com/blog/2011/02/26/dark-ma...
    इस तरफ की explanation ज्यादा convincing लगती है

  • Angela Collier के इस topic पर video बनाने का इंतजार कर रहा हूं। लगता है बहुत लोग उन्हें यह लेख भेजेंगे। प्रचार के उलट, MOND cosmology में असल में एक niche field है

  • सोच रहा हूं कि MOND का कोई quantized version है या नहीं। पता नहीं बढ़ी हुई acceleration इसलिए है कि gravity की quantized units उस distance पर भी force exert करती हैं जहां normally “gravity quantum” से कम force होना चाहिए, या फिर बहुत बड़ी distances पर quantization floor के बजाय ceiling जैसा कुछ बनाती है
    अगर gravity के पास photon की तरह कोई particle या basic quantization है, और वह बहुत बड़ी या “infinite” distances पर भी मूल रूप से act करती है, तो क्या किसी quantization floor या quantization band जैसी चीज की संभावना ज्यादा plausible है? या माना जाता है कि gravity की quantization gravitational attraction के range पर कोई limit लगाती है, या quantum gravity में objects के बीच interact करने वाले “graviton” का ratio घटता है? मैं यह सब ठीक से न जानते हुए पूछ रहा हूं, और जानना चाहता हूं कि MOND या ΛCDM जैसी theories में graviton का क्या मतलब होता है