विश्वाची उत्पत्ती

विश्वाच्या (ब्रह्मांडाच्या) स्वरूपाविषयी डॉ. र.वि. पंडित यांनी (आ.सु. ८.७; २०७-२०८) बरेच प्रश्न विचारले आहेत. त्यांच्याबद्दल माहिती देण्यासाठी हा लेख.
प्राचीन मते :
विश्वाच्या पसाच्याबद्दल, त्याच्या उत्पत्तीविषयी धर्मग्रंथात आणि तत्त्वचिंतकांमध्ये विविध मते होती. मनुष्याची दृष्टी मर्यादित असल्यामुळे दृष्टीस पडलेल्या घटनांच्या आधारावर प्रतिपादन केलेली विचारसरणी संकुचित स्वरूपाची नसती तरच नवल. बायबल, कुराण यांसारख्या धर्मग्रंथांत विश्वाची आणि सर्व सृष्टीची परमेश्वराने कशी आणि केव्हा निर्मिती केली आहे याचा तपशील दिला आहे. दुसर्याण बाजूने साध्या डोळ्यांना विशाल गगनांत ग्रहांच्या गतीव्यतिरिक्त इतर कोणतेही बदल दिसत नसल्यामुळे आणि तारे अतिशय दूर असले तरी किती अंतरावर आहेत याचे ज्ञान नसल्याकारणाने हे विश्व अनंत आहे, अफाट आहे अशी कल्पना प्रसृत झाली. तसेच ते अपरिवर्तनीय आहे आणि म्हणून त्याला आदि नाही आणि अंतही नाही असाही विचार मांडण्यात आला. सामान्यपणे सर्वांना हे विश्व कोणीतरी निर्माण केले हे मान्य होते. हा निर्माता म्हणजे परमेश्वर!
विश्वकल्पनेचा विकास :
विश्वाविषयीच्या टॉलेमीच्या भूकेंद्री कल्पनेची जागा कोपर्निकसच्या सूर्यकेंद्री संकल्पनेने घेतली. तान्यांची अंतरे मोजल्यानंतर आपल्या दीर्घिकचा (galaxy) आकार कसा आहे हे समजले आणि सूर्य दीर्घिकच्या केंद्रापासून ३० हजार प्रकाशवर्षे अंतरावर आहे हे समजल्यानंतर विश्वकेंद्र म्हणजे आपल्या आकाशगंगेचे केंद्र असे मानण्यात आले. परंतु माउंट विल्सन येथील १०० इंच व्यासाच्या शक्तिशाली दूरदर्शीने लक्षावधी दीर्घिका दृष्टिपथात आणल्या. त्यांची अंतरे मोजण्यात आली आणि रंगावलींचे विश्लेषण करण्यात आले. यावरून आश्चर्यकारक माहिती मिळाली ती म्हणजे सर्व दीर्घिका आपल्यापासून दूर जात आहेत. त्यांचा दूर जाण्याचा वेग आपल्यापासूनच्या अंतराच्या समप्रमाणात आहे. हा हबलचा नियम होय. यावरून असे वाटेल की विश्वाच्या केंद्रस्थानी आपली दीर्घिका (आकाशगंगा) आहे. परंतु आपल्या दीर्घिकमध्ये काय वैशिष्ट्य आहेकी ती इतरापासून विशेष मानावी. ती इतर दीर्घिकांसारखीच आहे. तेव्हा आपल्याला जसे विश्व दिसते तसेच ते अन्य दीर्घिकांवरूनही दिसले पाहिजे या आधारावर सर्व दीर्घिका, एकमेकांपासून दूर जात आहेत, ही प्रसरणशील विश्वाची कल्पना आहे. आज जवळजवळ १५ अञ्ज प्रकाशवर्षे अंतरापर्यंतच्या दीर्घिका दृष्टीस पडतात. तेव्हा ही विश्वाची सीमा आहे असे मानण्यास हरकत नसावी. हबलच्या संशोधनामुळे विश्वोत्पत्तीचा विचार तात्त्विक कल्पनासृष्टीत राहिला नाही, तो प्रश्न भौतिकशास्त्राच्या विचारकक्षेत आला. या माहितीच्या आधारे गणित करून भूतकाळात गेल्यास असे आढळते की जवळजवळ १५ अब्ज वर्षांपूर्वी सर्व दीर्घिका, पर्यायाने सर्व भूतद्रव्य, एकाच स्थानी होते. त्यावेळी काही कारणाने महास्फोट होऊन सर्व भूतद्रव्य दूर फेकले गेले. त्यामुळे दीर्घिका अजूनही एकमेकींपासून दूर जात आहेत, अथवा विश्वाचे प्रसरण होत आहे.
आइन्स्टाइनने आपले विश्वस्वरूपाविषयीचे विचार सामान्य सापेक्षता सिद्धान्तामध्ये गणिती स्वरूपात व्यक्त केले. त्या गणितामधील विश्व स्थितिक (static) होते. आइन्स्टाइनच्या गणितामधील चूक (थोर शास्त्रज्ञ देखील चुका करू शकतात!) फ्रीडमनने सुधारली आणि विश्व हे गतिक आहे; ते प्रसरणशील अथवा आकुंचनशील आहे असे १९२२ मध्ये दर्शविले. या दोन पर्यायांपैकी विश्व हे प्रसरणशील असते याचा पुरावा हबल आणि ह्यूमॅसन यांच्या संशोधनाद्वारे १९२९ मध्ये प्राप्त झाला.
विश्वाचा इतिहास :
महास्फोटानंतर विश्वामधील परिस्थिती कशी बदलत गेली हे ठरविण्यासाठी विश्वाची सध्याची अवस्था ध्यानात घेतली पाहिजे. विश्वामध्ये भूतद्रव्य आणि प्रारण (radiation) ही दोन्ही आहेत. भूतद्रव्य हे दीर्घिका, तारे, मेघ इ. स्वरूपांत विखुरलेले आहे. गणित करण्यासाठी त्यांचे एकूण वस्तुमान सर्वत्र समान पसरलेले आहे असे गृहीत धरावे लागते. प्रसरणाच्या विश्वाच्या भूतकालात जसजसे मागे जावे तसतसे भूतद्रव्यआणि प्राण (radiation) कमी जागेत सामावले जाते व विश्वातील द्रव्याची आणि प्रारणाची घनता (तीव्रता) वाढत जाते. ज्ञात भौतिकशास्त्राच्या नियमांचा उपयोग करून विश्वामधील परिस्थिती कालानुसार कशी बदलत गेली याचा इतिहास खगोल-भौतिकी शास्त्रज्ञांनी सांगितला आहे. विश्वाचा आरंभ म्हणजे कालाचा शून्य मानला अथवा कालाची सुरुवात झाली असे मानले, तर ० ते १०-४३ सेकंद (म्हणजे एक भागिले एकावर ४३ शून्ये) पर्यंत काय घडले हे सांगता येत नाही. परंतु यानंतर विश्वरूपात कशी स्थित्यंतरे होत गेली याचा आराखडा उपलब्ध आहे.
वर उद्धृत केलेल्या विश्वाच्या विकसनशील सिद्धान्ताला विकल्प म्हणून हॉइल, बाँडी, गोल्ड यांनी अचर अवस्था सिद्धान्त (steady state theory) प्रतिपादन केला. त्याचे निष्कर्ष प्रत्यक्ष निरीक्षणांच्या विरुद्ध असल्याने तो सिद्धान्त प्रस्थापित होऊ शकलानाही. आश्चर्य म्हणजे विश्वाच्या विकसनशील स्वरूपाच्या सिद्धान्ताला हेटाळणीसाठी big bang हे नाव हॉइल यांनीच दिले!
महास्फोट सिद्धान्ताच्या आधारे आणि न्यूक्लीय प्रक्रियांविषयीची माहिती यांचा उपयोग करून आज विश्वामध्ये हायड्रोजन आणि हीलियम यांचे प्रमाण ७५:२५ असावे हे निश्चित करता येते. हा निष्कर्ष प्रत्यक्ष निरीक्षणाच्या कसोटीवर उतरला आहे. सुरुवातीला विश्वाचे तापमान अतिशय जास्त होते. १०३२ सें. अंशापेक्षा मोठे! त्या काळच्या प्रारणाचे अवशेष आजही आपणास आढळले पाहिजेत; विश्वाचे प्रसरण झाल्याकारणाने हे प्रारण अतिशय मंद असले पाहिजे या गॅमोच्या सूचितावरून डिक आणि पीबल्स यांनी गणित करून हे प्रारण ३ ते ५ अंश केल्व्हिन (-२७० ते -२६८ अंश से.) तापमानाला तदनुरूप असावे असे दर्शविले. पॅझिअस आणि विल्सन यांना १९६५ साली हे प्रारणरेडिओदूरदर्शीच्या साह्याने दिसले. आकाशातील तारे, दीर्घिका इत्यादींना स्वतःचे तापमान असते आणि तदनुरूप त्यापासून प्रारण निघत असते परंतु या सर्वांच्या पार्श्वभूमीमध्ये ३ अंश केल्व्हिन तापमानाचे प्रारण असते. रेडिओ दुर्बीण कोणत्याही दिशेला वळवली तरी ते प्रारण आढळते. अशा निरीक्षणांच्या पडताळ्यामुळे शास्त्रज्ञांनीमहास्फोट-सिद्धान्ताला मान्यता दिली आहे.
आइन्स्टाइनच्या सामान्य सापेक्षता सिद्धान्तामध्ये काल आणि अवकाश यांना पृथक् मानता येत नाही. दोहोंचा साकल्याने विचार करावा लागतो. या सिद्धान्तानुसार जवळजवळ १५ अब्ज वर्षांपूर्वी सर्व विश्व एका बिंदूत सामावले होते. त्यावेळी आकारमान शून्य परंतु वस्तुमान आणि प्रारण शून्य नाहीत, म्हणून द्रव्य-प्रारणाची घनता अनंत होती. अशा परिस्थितीला गणिती भाषेत संविशेषता (singularity) असे म्हणतात. अशा अवस्थेत आपल्याला ज्ञात असलेले शास्त्रीय नियम लागू करता येत नाहीत. विश्वाच्या या आरंभस्थितीपासून काळाचा आरंभ होतो.
विश्वाचे भवितव्य :
सध्या विश्वाचे प्रसरण होत आहे. पण हे प्रसरण सतत चालू राहील काय?प्रसरणाचा दर (rate) कमी होत असला तर कालांतराने विश्वाचे आकुंचन होण्याची शक्यता आहे. सध्या उपलब्ध असलेली निरीक्षणे या प्रश्नाचे निश्चित उत्तर मिळण्याच्या दृष्टीने तोटकी पडतात. परंतु विश्वाचे प्रसरण केव्हा तरी थांबून त्याचे आकुंचन होऊ लागले, तर अंतिमत: सर्व विश्व एका बिंदूत सामावेल. या अवस्थेला महासंपीडन (big crunch) म्हणतात. ही देखील एक संविशेषता होईल. येथे कालाचा अंत झाला असे समजावे लागेल. या प्रतिकृतीप्रमाणे कालप्रवाह हा सतत वाहात नसून त्याला आदि आहे। आणि अंतही आहे. अर्थात् कालावकाशाला एक सीमा आहे, आणि ती म्हणजे महास्फोटाचा आरंभ, आणि दुसरी म्हणजे महासंपीडनाची संविशेषता.
हॉकिंगने महास्फोटाविषयीच्या सामान्य लोकांच्या चुकीच्या कल्पनेवर नेमके बोट ठेवले आहे. तो म्हणतो, ‘महास्फोटाविषयी गैरसमज हा आहे की रिकाम्या अवकाशात कुठे तरी भूतद्रव्याच्या एका पुंजक्यात त्याची सुरुवात झाली. महास्फोटामध्ये केवळ भूतद्रव्य निर्माण झाले नाही. त्यावेळी अवकाश आणि काल देखील निर्माण झाले. या अर्थानि काल आणि अवकाश दोहोंनाही आरंभ आहे.’
गुरुत्वाच्या अभिजात सिद्धान्तानुसार विश्व हे अनंत कालापासून अस्तित्वात आहे अथवा भूतकाळात एका निश्चित वेळी संविशेषतेमध्ये त्याचा आरंभ झाला. परंतु गुरुत्वाच्या क्वाँटम सिद्धान्तामध्ये एक वेगळी शक्यता उद्भवते : कालावकाश सान्त (finite) असतो परंतु त्यांत संविशेषता (सीमा) नसते. म्हणजे कालावकाश सान्त पण असीमित (finite but unbounded) असतोः पृथ्वीच्या पृष्ठभागासारखा. त्याचा विस्तार निश्चित आहे पण त्याला सीमा नाही. पृथ्वीवर मनुष्य अक्षांश आणि रेखांश या दोन दिशांमध्ये जाऊ शकतो. त्याला दोनच मिती (dimensions) आहेत. कालावकाशाला चार मिती असतात. क्वाँटम गुरुत्वाच्या नव्या संकल्पनेत संविशेषता नसल्यामुळे कालावकाशाला सीमा नाही. म्हणून माहीत असलेले वैज्ञानिक नियम लागू करता येत नाही अशी परिस्थिती उद्भवतच नाही. याचा अर्थ असा की विश्वाची निर्मिती होणार नाही किंवा त्याचा अंतही होणार नाही. थोडक्यात म्हणजे विश्वाची सीमा – अट (boundary condition) ही की विश्वाला सीमा नाही. (The boundary condition of the universe is that the universe has no boundary. – Stephen Hawking)
वरील कल्पना स्टीफेन हॉकिंगने व्हॅटिकन कॉन्फरन्समध्ये १९८१ मध्ये सूचनेच्या स्वरूपात पुढे मांडली. संमेलन संपल्यानंतर सर्व शास्त्रज्ञांना पोपच्या भेटीची संधी मिळाली. त्यावेळी पोप म्हणाला की महास्फोटानंतर विश्वाचा विकास कसा झाला हे वैज्ञानिकांनी अवश्य अभ्यासावे. परंतु महास्फोटाविषयी विचारणा करू नये. कारण तो निर्मितीचा क्षण म्हणजे परमेश्वराच्या कृतीची वेळ होती. स्टीफेन हॉकिंग म्हणतो ‘सुदैवाने संमेलनात मी नुकत्याच दिलेल्या भाषणाचा विषय पोपना माहीत नव्हता. तो विषय होताकालावकाश परिमित परंतु असीमित आहे (finite but unbounded), म्हणजे त्याला , आरंभ नाही आणि अंतही नाही. अर्थात् विश्वाच्या निर्मितीचा क्षणही अस्तित्वात नाही.’ पुढे हॉकिंग म्हणतो, ‘या भाषणामधील निष्कर्ष पोपना माहीत नव्हते म्हणून बरे झाले. गॅलिलिओसारखी आपत्ती माझ्यावर कोसळावी अशी माझी इच्छा नाही.’
क्वाँटम गुरुत्वाच्या सिद्धान्ताच्या विकासाद्वारे ज्या महत्त्वाच्या प्रश्नांची उत्तरे महास्फोटाच्या सिद्धान्ताला गवसली नाहीत ती उत्तरे या संशोधनातून प्राप्त होतील अशी हॉकिंगची धारणा आहे. इरमा लाइस’ आणि ‘व्हॉट अ वे टूगो’ या चित्रपटांनी ख्यातकीर्त झालेली ऑस्कर विजेती शर्ते मॅक्लेन हॉकिंगला भेटण्यास गेली. तिने विचारणा केलीकी विश्व निर्माण करणारा परमेश्वर आहे आणि तो आपल्या निर्मितीचे मार्गदर्शन करतो यावर हॉकिंगचा विश्वास आहे की नाही?पंगु असलेला हॉकिंग आपल्या चक्रखुर्चीच्या हातावर बसविलेल्या संगणित्राची बटने दोन बोटांच्या हालचालींनी दाबतो. त्याचा स्पीच सिंथसायजर (कारण हॉकिंगला बोलताही येत नाही) कृत्रिम आवाजात ‘नाही’ असेसांगतो.
या सर्वांवरून एक बाब स्पष्ट होते. ती ही की विश्वाला निर्माण करण्यासाठी शास्त्रज्ञांना परमेश्वराची गरज भासत नाही. ज्याप्रमाणे आस्तिकांना ‘परमेश्वराला कोणी निर्माण केले?’ हा प्रश्न पडत नाही त्याप्रमाणे वैज्ञानिकांना ‘हे विश्व कोणी निर्माण केले?’ हा प्रश्न अप्रस्तुत वाटतो. त्यांच्या मते विश्व हे स्वयंभू आहे.
विश्वाच्या उत्पत्तीविषयींच्या वैज्ञानिकांच्या कल्पना शक्य तितक्या सुबोध करण्याचा प्रयत्न केला आहे. या विवेचनामधून डॉ. पंडितांनी उपस्थित केलेल्या प्रश्नांची काही अंशी तरी समाधानकारक उत्तरे मिळाली असतील अशी आशा आहे. सामान्य वाचकांच्या मनातल्या जितक्या शंकांचे समाधान झाले असेल त्यापेक्षा जास्त शंका लेख वाचल्यानंतर उद्भवतील याची पूर्ण जाणीव आहे.