LIGO का बड़ा खुलासा: EINSTEIN के 3 सिद्धांत जो 100 साल बाद सच हुए!

LIGO: ब्रह्मांड को सुनने वाली मशीन

जिस मशीन की हम बात कर रहे हैं, उसका नाम है LIGO (Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory)। इस मशीन के कंट्रोल रूम में जाकर ऐसा लगता है जैसे किसी साइंस फिक्शन फिल्म का सेट हो। LIGO को बनाने की वजह बहुत दिलचस्प है। अब तक, हम इंसानों ने ब्रह्मांड के बारे में जो कुछ भी जाना है, वो रोशनी की तरंगों (waves of light) और कणों (particles) से जाना है जो हम तक पहुंचते हैं।

इसे समझने के लिए एक मिसाल लेते हैं। ज़रा सोचो कि आप एक जंगल में हैं और आप सिर्फ देख सकते हैं, सुन नहीं सकते। आपको अपने आस-पास की चीज़ों के बारे में कितना पता चलेगा? शायद कुछ जानवर दिख जाएं, पेड़-पौधे दिख जाएं। लेकिन अब सोचो, अगर अचानक आपको सुनने की शक्ति मिल जाए। अब आपको पत्तों की सरसराहट, जानवरों की आवाज़ें, दूर से आते पानी की आवाज़ भी सुनाई देगी। आपका जंगल को समझने का नज़रिया पूरी तरह से बदल जाएगा।

LIGO को बनाने का मकसद यही था - ब्रह्मांड को 'सुनने' का एक नया तरीका बनाना। कुछ साल पहले तक, इस मशीन से हम सिर्फ ब्रह्मांड की 'चीखें' सुन पाते थे, यानी बहुत बड़ी घटनाएं। लेकिन अब technology इतनी बेहतर हो गई है कि हम उसकी 'सरगोशियां' भी सुन सकते हैं। ये सब Einstein की एक भविष्यवाणी पर आधारित था, जो उन्होंने 75 साल पहले की थी। उस वक्त इसे बनाना एक बहुत बड़ा जोखिम माना जाता था।

Gravitational Waves आखिर हैं क्या?

अब सबसे ज़रूरी सवाल, ये Gravitational Waves क्या होती हैं? Einstein ने भविष्यवाणी की थी कि जब भी कोई बहुत भारी चीज़ें, जैसे तारे या black holes, अंतरिक्ष में घूमती हैं या टकराती हैं, तो वे अपने आस-पास के space और time को मोड़ देती हैं। इसी खिंचाव या मोड़ को हम gravity कहते हैं।

Einstein का कहना था कि जब दो बहुत बड़े तारे आपस में टकराते हैं, तो वे सिर्फ रोशनी का विस्फोट नहीं करते, बल्कि space-time में लहरें भी पैदा करते हैं। ये लहरें पानी में पत्थर फेंकने से पैदा हुई लहरों की तरह बाहर की ओर फैलती हैं। इन्हीं को Gravitational Waves कहा गया। Einstein ने ये भी कहा कि ये waves रोशनी की रफ्तार से चलती हैं।

इसका मतलब ये है कि अगर हमसे 100 प्रकाश-वर्ष दूर दो तारे टकराते हैं, तो उनकी रोशनी और ये Gravitational Waves हम तक एक ही समय पर, यानी 100 साल बाद पहुंचेंगी। और सबसे हैरान करने वाली बात ये है कि जब ये waves हम तक पहुंचती हैं, तो वो हर चीज़ को, यानी आपको, मुझे, हमारे बीच की जगह को, थोड़ा सा खींचती और सिकोड़ती हैं। लेकिन हमें ये कभी महसूस नहीं होता।

ये सब 100 साल पहले सिर्फ एक theory थी। ज़्यादातर वैज्ञानिकों का मानना था कि अगर Einstein सही भी हैं, तो इन waves को मापना नामुमकिन होगा। इसकी वजह ये थी कि ये खिंचाव या सिकुड़न एक proton के आकार से भी 10,000 गुना छोटा होता है। इसे मापना ऐसा है जैसे आप यहां से सबसे करीबी तारे (जो 4 प्रकाश-वर्ष दूर है) की दूरी माप रहे हों और उस दूरी में सिर्फ एक इंसानी बाल के बराबर बदलाव को पकड़ने की कोशिश कर रहे हों। ज़ाहिर है, ये एक बहुत बड़ी चुनौती थी।

ये ज़बरदस्त मशीन काम कैसे करती है?

इसी नामुमकिन काम को मुमकिन बनाने के लिए LIGO को बनाया गया। ये असल में एक बहुत बड़ा नापने का पैमाना (measuring stick) है। रेगिस्तान के बीच में, कंक्रीट की दो विशाल सुरंगें हैं, हर एक 4 किलोमीटर लंबी। इन सुरंगों के अंदर एक बड़ा मेटल पाइप है।

इसका काम करने का तरीका बहुत अनोखा है। एक शक्तिशाली laser को दो हिस्सों में बांटा जाता है और दोनों 4 किलोमीटर लंबी सुरंगों में भेजा जाता है। सुरंग के आखिर में दुनिया के सबसे चिकने शीशे (mirrors) लगे हैं। Laser इन शीशों से टकराकर सैकड़ों बार आगे-पीछे जाती है, जिससे उसकी power बहुत ज़्यादा बढ़ जाती है।

अगर सब कुछ शांत है, तो दोनों सुरंगों से लौटकर आने वाली laser की तरंगें एक-दूसरे को खत्म कर देती हैं और detector पर कोई रोशनी नहीं पड़ती। लेकिन जैसे ही कोई Gravitational Wave वहां से गुज़रती है, वो एक सुरंग को थोड़ा सा लंबा और दूसरी को थोड़ा छोटा कर देती है। इस छोटे से बदलाव की वजह से laser की तरंगें पूरी तरह से एक-दूसरे को खत्म नहीं कर पातीं और detector पर एक हल्की सी 'झलक' (flicker) दिखाई देती है।

इस मशीन को बनाना कोई आसान काम नहीं था।

• अविश्वसनीय सटीकता: ये सुरंगें इतनी लंबी हैं कि इन्हें बनाते वक्त पृथ्वी के घुमाव (curvature of the Earth) का भी ध्यान रखना पड़ा।
• परफेक्ट वैक्यूम: पाइप के अंदर का वातावरण International Space Station के बाहर के वातावरण से भी ज़्यादा खाली है। वहां हवा के कण लगभग न के बराबर हैं ताकि laser को कोई चीज़ परेशान न करे।
• शक्तिशाली Laser: इसमें इस्तेमाल होने वाला laser अदृश्य होता है और इतना शक्तिशाली है कि अगर ये आंखों पर पड़ जाए तो अंधा कर सकता है। इसकी power 400 किलोवॉट तक पहुंच जाती है, जो एक आम laser pointer से 8 करोड़ गुना ज़्यादा है।
• अद्भुत शीशे: ये शीशे 99.9999% infrared light को reflect करते हैं। ये इतने चिकने हैं कि उनकी सतह पर कोई भी उभार या गड्ढा नहीं है।
• स्थिरता का कमाल: सबसे बड़ी समस्या थी ज़मीन के कंपन की। एक ट्रक के गुज़रने से भी पूरा experiment खराब हो सकता था। इसलिए, शीशों को एक ऐसे suspension system पर लगाया गया है जो उन्हें ज़मीन के सामान्य कंपन से 10 अरब गुना ज़्यादा स्थिर रखता है।

100 साल का इंतज़ार और एक आवाज़

वैज्ञानिकों ने ये सब कुछ सिर्फ इस दांव पर किया कि Einstein सही थे। उन्होंने मशीन बनाई, उसे चालू किया और... कुछ नहीं हुआ। पूरे 10 साल तक detector शांत रहा। कोई Gravitational Wave नहीं मिली।

लेकिन उन्होंने हार नहीं मानी। वे मशीन को और बेहतर, और ज़्यादा संवेदनशील बनाते रहे। फिर सितंबर 2015 में, उन्होंने नया और बेहतर Advanced LIGO चालू किया। और चालू करने के सिर्फ 3 दिन बाद, उन्हें आखिरकार वो 'झलक' मिल गई। वैज्ञानिकों की भाषा में इसे 'चर्प' (chirp) कहते हैं।

लेकिन ये कैसे पता चलता कि ये आवाज़ किसी ट्रक की नहीं, बल्कि ब्रह्मांड की है? इसी के लिए, 3,000 किलोमीटर दूर ठीक ऐसी ही एक और मशीन बनाई गई थी। जब दोनों मशीनों ने एक ही समय पर वही 'चर्प' सुना, तो ये पक्का हो गया कि Einstein सही थे। 100 साल के इंतज़ार के बाद, इंसानों ने अपनी पहली Gravitational Wave सुन ली थी। इस खोज के लिए वैज्ञानिकों को Nobel Prize मिला।

तब से लेकर आज तक, LIGO 294 से ज़्यादा ऐसी घटनाएं दर्ज कर चुका है। अब लगभग हर 3 दिन में एक नई घटना का पता चलता है। हमने black holes को टकराते हुए 'सुना' है, तारों को फटते हुए 'सुना' है। इन 'आवाज़ों' से हमें ये पता चला है कि पृथ्वी पर कई तत्व कहां से आए।

और ये तो बस शुरुआत है। अब यूरोप में तीन 10 किलोमीटर लंबी सुरंगों वाला और अमेरिका में 40 किलोमीटर लंबी सुरंगों वाला Cosmic Explorer बनाने की योजना है। ये मशीनें हमें ब्रह्मांड के किनारे तक 'सुनने' में मदद करेंगी। इंसान सच में कमाल हैं। हमने खुद को और आने वाली पीढ़ियों को एक नई 'इंद्रिय' (sense) दी है। ब्रह्मांड हमसे हमेशा से 'बात' कर रहा था, और अब हम आखिरकार उसे 'सुन' सकते हैं। अब सवाल ये है कि हम आगे क्या सुनेंगे?

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