स्थिर स्थिति विश्वाचा सिद्धांत : इसवी सन १९३०—४० या दशकात विश्वाच्या रचनेचा अभ्यास म ॲल्बर्ट आइन्स्टाइन यांच्या व्यापक सापेक्षता सिद्धांताच्या चौकटीत झाला. ह्या उपक्रमाची सुरुवात अलेक्झांडर फ्रीडमन ह्या तरुण शास्त्रज्ञांच्या कार्याने झाली होती. १९२२—२४ ह्या कालखंडात फ्रीडमन यांनी गणिताने शोधून काढलेली प्रतिमाने ( प्रतिकृती ) त्यांच्या अल्पायुष्यात दुर्लक्षित होती परंतु १९२९ मध्ये ⇨ एडविन पॉवेल हबल यांनी शोधून काढलेल्या ‘ विश्वाचे प्रसरण होत आहे ’ या तथ्यामुळे ह्या प्रतिमानांना लोकप्रियता लाभली. फ्रीडमन प्रतिमानांचा एक महत्त्वाचा परंतु अन-पेक्षित निष्कर्ष हा की, विश्वाचा उगम एका महास्फोटात ( बिग बँग ) झाला. ह्या पार्श्वभूमीवर विश्वरचनाशास्त्रामध्ये एक नवीन वाद निर्माण झाला.[ ⟶ विश्वस्थितिशास्त्र ].
इसवी सन १९४८ मध्ये हर्मन बाँडी, थॉमस गोल्ड आणि ⇨ फ्रेड हॉईल या खगोलशास्त्रज्ञांनी विश्वरचनेचा एक नवा सिद्धांत मांडला. तो स्थिर स्थितीचा सिद्धांत ( स्टेडी स्टेट थिअरी ) म्हणून ओळखला जातो. हा सिद्धांत मांडताना त्यांनी महास्फोटाच्या सिद्धांतातील ( बिग बँग थिअरी ) काही उणिवा दूर करण्याचा प्रयत्न केला. त्या उणिवा खालील प्रकारच्या आहेत :
(१) विश्वाचा आरंभ महास्फोटात झाला असे म्हटले तर हा स्फोट कुठल्या कारणामुळे झाला, अमुक वेळीच का झाला, स्फोटापूर्वी कशाचे अस्तित्व होते इ. प्रश्नांची उत्तरे महास्फोटाच्या सिद्धांतात नाहीत. (२) विश्वात पदार्थ प्रथम कसे अस्तित्वात येतात याची माहिती महास्फोटाच्या सिद्धांतात मिळत नाही. (३) महास्फोटाच्या क्षणी अवकाश-कालाची भूमिती अशी विचित्र ( सिंग्युलर ) स्थितीत होती की, तिचे गणितीय वर्णन करणे शक्य होत नाही, कारण सर्व समीकरणे त्या क्षणी मोडकळीला येतात. एखाद्या भौतिकशास्त्रीय सिद्धांतात अशा प्रकारची विशिष्ट परि-स्थिती येणे हा त्या सिद्धांताचा दोष समजला जातो. (४) याशिवाय १९४८ मध्ये हबल स्थिरांकाचे माप सु. ५३० किमी. प्रति सेकंद प्रति मेगापार्सेक (१ पार्सेक = ३.२५८ प्रकाशवर्षे = सु. ३.०८६ x १०१८ सेंमी. मेगापार्सेक म्हणजे दशलक्ष पार्सेक अंतर ) म्हणजे आजच्या अंदाजाच्या ७ ते १० पटींनी जास्त समजले जात असे. त्यामुळे फ्रीडमन प्रतिमानातील विश्वाचे वय दोन अब्ज वर्षे यापेक्षा जास्त होत नव्हते आणि हा आकडा पृथ्वीच्या वयापेक्षाही कमी होता. तेव्हा फ्रीडमन प्रतिमानात निश्चित काही तरी चूक असेल अशी बर्‍याच खगोलशास्त्रज्ञांची धारणा होती परंतु हबल स्थिरांकाची मोजमापे पुन्हा केल्यावर त्यामागे हबल यांची अंतर मोजण्यात झालेली चूक निदर्शनास आली. आजच्या हबल स्थिरांकाप्रमाणे विश्वाचे वय जवळजवळ १४ अब्ज वर्षे इतके वाढले असल्याने ही उणीव तितकी महत्त्वाची राहिली नाही. तरी सुद्धा, विश्वाच्या वयाची समस्या अजून पूर्णपणे सुटलेली नाही.
तथापि, वर सांगितलेल्या बाकीच्या तीन उणिवा आजही आहेत आणि त्यामुळे स्थिर स्थितीतील विश्वाची थोडक्यात चर्चा करणे अवास्तव होणार नाही. प्रथम बाँडी आणि गोल्ड यांच्या दृष्टिकोणातून ह्या विश्वाकडे पाहूया.
बाँडी आणि गोल्ड या शास्त्रज्ञांनी विश्वरचना तत्त्वातच ( कॉस्मॉ-लॉजिकल प्रिन्सिपल ) एक फरक केला. त्यांच्या मते हे तत्त्व विश्व-रचनाशास्त्राचा अभ्यास करण्यास पुरेसे व्यापक आणि उपयुक्त नाही. जेव्हा दूरच्या तारकाविश्वाचे ( दीर्घिकांचे ) वेध घेतात आणि त्यातून ताम्रच्युतीसारखे निष्कर्ष काढतात तेव्हा त्याच्या मुळाशी असे गृहीतक असते की, भौतिकशास्त्राचे जे नियम आज येथे दिसतात तेच नियम त्या लांबच्या तारकाविश्वात भूतकालातही अस्तित्वात होते. भौतिकशास्त्रातील नियम हे विश्वाचे घटक आहेत, कारण विश्वात सर्व काही येते. हे नियम-देखील बदलत्या विश्वात बदलत असतील, तर अशा परिस्थितीत मूळ नियमांचा मापदंडच निश्चित नसल्याने लांबच्या वेधांची जवळच्या वेधांशी तुलना कशी करायची हा प्रश्न निर्माण होतो. ही अनिश्चित परिस्थिती टाळायला बाँडी आणि गोल्ड यांनी एक नवे तत्त्व मांडले आणि त्याला ‘ परिपूर्ण विश्वरचना तत्त्व ’ ( पर्फेक्ट कॉस्मॉलॉजिकल प्रिन्सिपल ) असे नाव दिले. ह्या तत्त्वाप्रमाणे विश्व कुठल्याही क्षणी एकविध आणि समदैशिक तर असतेच, शिवाय त्यात वैश्विक कालाप्रमाणे बदल होत नाही. म्हणजे विश्व अपरिवर्तनशील किंवा स्थिर स्थितीत आहे, असे हे तत्त्व सांगते. अर्थात ह्या तत्त्वाप्रमाणे विश्वात बदल होत नसल्याने त्यातील भौतिक-शास्त्राचे नियमही कालानुसार बदलण्याची शक्यता उद्भवत नाही. त्यामुळे दूरच्या निरीक्षणांचा अर्थ निःशंकपणे लावता येतो.
ह्या स्थिर स्थितीची व्याख्या अधिक स्पष्ट करणे आवश्यक आहे. स्थिर याचा अर्थ स्थितिशील नव्हे. विश्व एकंदरीत स्थिर असले तरी विश्वातील घटकांत परिवर्तन अवश्य होत राहते. तारे वयानुसार बदलतात, तारका-विश्वांत परिवर्तन होते. फक्त सरासरी घेतल्यास विश्वाचे मोठ्या प्रमाणावरचे चित्र अपरिवर्तनीय असते. उदा., आज विश्वाचे वेध घेऊन त्यात किती प्रकारची तारकाविश्वे किती संख्येने आहेत याची नोंद घेतली आणि तिची तुलना १०—१५ अब्ज वर्षांपूर्वीच्या विश्वाशी केली, तर ह्या नोंदीत काही फरक दिसून येणार नाही. एखाद्या संथ वाहणार्‍या नदीचे चित्र आज, उद्या, परवा तसेच दिसेल परंतु त्याचा अर्थ पाण्याचा प्रवाह थांबला असा होत नाही. त्याचप्रमाणे प्रसरणशील विश्वसुद्धा स्थिर स्थितीत असू शकते.
आता अशी कल्पना केली की, विश्वाचे प्रसरण चालू आहे आणि वेगवेगळ्या वैश्विक काली त्याची घनता मोजता येते. परिपूर्ण विश्वरचना तत्त्वाप्रमाणे ही घनता स्थिर असायला पाहिजे परंतु प्रसरणाबरोबर घनता कमी होते हे फ्रीडमन प्रतिमानांच्या संदर्भात दिसून येते. ह्या परस्परविरोधी गोष्टींचा मेळ बसविण्याकरिता बाँडी आणि गोल्ड यांनी यातून द्रव्याचे संतत सृजन ( निर्मिती ) चालू असले पाहिजे असा विचार मांडला. हबल यांच्या नियमानुसार आकाशगंगेच्या शेजारची तारकाविश्वे लांब जात आहेत. काही अब्ज वर्षांनी ती सर्व दृष्टिपथापलीकडे गेली असतील. परंतु त्यांच्या दूर जाण्यामुळे निर्माण होणारी पोकळी भरून काढायला नवीन तारकाविश्वे आसपास आली पाहिजेत, कारण विश्वाचे एकूण चित्र पहिल्यासारखेच असले पाहिजे. ही तारकाविश्वे द्रव्याच्या संतत सृजनातून निर्माण झाली असली पाहिजेत.
महास्फोटाच्या सिद्धांतात विश्वाचा आरंभ १०—१५ अब्ज वर्षांपूर्वी झाला आणि त्या स्फोटात सर्व वस्तूंचे सृजन झाले. स्थिर स्थितीच्या सिद्धांताप्रमाणे विश्व अनादी आणि अनंत आहे आणि त्यात संतत सृजन चालू राहते. सृजनाचा वेग इतका असायला पाहिजे की, प्रसरण होत असूनही विश्वाची घनता आहे तितकी टिकून राहील. हा वेग इतका सूक्ष्म आहे की, १ किमी. x १ किमी. x १ किमी. या घनफळात फक्त एक ग्रॅम द्रव्याचे सृजन होण्यासाठी जवळजवळ २ कोटी अब्ज वर्षे थांबावे लागते. हा द्रव्यसृजनाचा वेग इतका कमी असला तरी आजवर सुस्थापित असलेल्या द्रव्य आणि ऊर्जेच्या अक्षय्यतेच्या सिद्धांताच्या विरुद्ध आहे, असा आक्षेप अनेक शास्त्रज्ञांनी घेतला. अर्थात हा आक्षेप महास्फोटातील विश्वनिर्मितीच्या क्षणीसुद्धा लागू पडतो, हे अनेक आक्षेपकांच्या लक्षात आले नाही.
संतत द्रव्यसृजन कसे होते, कुठे होते इ. प्रश्नांची उत्तरे मात्र बाँडी आणि गोल्ड देऊ शकले नाहीत. हॉईल यांनी नेमक्या ह्या दृष्टिकोणातून स्थिर स्थितीच्या विश्वाकडे आपले लक्ष केंद्रित केले. आइन्स्टाइन यांच्या व्यापक सापेक्षता सिद्धांताच्या मूळ समीकरणात थोडे बदल करून द्रव्याच्या अक्षय्यतेच्या सिद्धांताला विरोध न करता संतत सृजन कसे होऊ शकते हे त्यांनी दाखविले आणि अशा समीकरणातून स्थिर स्थितीच्या विश्वाचे उत्तर कसे मिळते हे सुद्धा त्यांनी सिद्ध केले. मॉरिस प्राइस या शास्त्रज्ञांनी सृजन समीकरणे मांडली, त्यांचा उपयोग करून हॉईल आणि ⇨ जयंत विष्णू नारळीकर यांनी द्रव्यसृजनाबद्दलच्या वरील प्रश्नांची उत्तरे दिली. द्रव्य-सृजनाच्या वेगाचा विश्वाच्या प्रसरणाच्या वेगाशीसुद्धा संबंध आहे, हे ह्या कार्यातून दिसून येते. अशा तर्‍हेने सृजनासंबंधीच्या आरोपांना उत्तर मिळाले.
प्रत्यक्ष निरीक्षणांतून व वेधांतून स्थिर स्थितीच्या सिद्धांताला पुष्टी मिळते. याच्या समर्थकांचा असा दावा होता की, ह्या सिद्धांतातून निश्चित प्रकारची भाकिते मिळतात. त्यामुळे पडताळून पाहण्याच्या दृष्टीने हा सिद्धांत सोपा आहे. त्याउलट महास्फोटाच्या सिद्धांतातून निश्चित भाकिते निघत नाहीत. म्हणून जरी खगोलशास्त्रीय वेधातून एखादे फ्रीडमन प्रतिमान अयोग्य सिद्ध झाले, तरी जोपर्यंत बाकीची सर्व प्रतिमाने अयोग्य सिद्ध होत नाहीत तोपर्यंत महास्फोटाचा सिद्धांत जिवंत राहतो, शिवाय ह्या सिद्धांतात विश्वात कालानुसार बदल होण्याची शक्यता असल्याने त्यातील घटकांत अनेक प्रकारचे बदल घडवून आणून त्या सिद्धांतात आणि प्रत्यक्ष निरीक्षणात सामंजस्य घडवून आणण्याची पळवाट मोकळी आहे.
उदाहरणार्थ जेव्हा रेडिओ उद्गमांच्या गणनेत असे दिसून आले की, त्या गणनेत आणि प्रतिमानांच्या भाकितात पुष्कळ तफावत आहे तेव्हा ती भरून काढण्यासाठी रेडिओ उद्गमांच्या उत्क्रांतीबद्दल बरीच विधाने करण्यात आली. ह्या विधानांना रेडिओ उद्गमांच्या भौतिक गुणांचा पाया नसल्याने पश्चात बुद्धीचा वास येतो.
स्थिर स्थितीचा सिद्धांत विश्व अपरिवर्तनशील आहे असे सांगत असल्याने त्यात अशा तर्‍हेच्या पळवाटांना स्थान नाही. म्हणून हा सिद्धांत टिकाऊ आहे का टाकाऊ आहे, ह्या प्रश्नाचे उत्तर सरळपणे देता येणे आवश्यक आहे. विश्वरचनाशास्त्रातील चारपाच वेधांनी प्रथम ह्या सिद्धांताला टाकाऊ ठरविले परंतु पुढे त्या वेधांतील अनिश्चितता नजरेस आल्यामुळे त्या आक्षेपांना आज महत्त्व दिले जात नाही.
सूक्ष्मतरंगांच्या पार्श्वभूमीचा वेध मात्र स्थिर स्थितीच्या सिद्धांताला आजवर घातक ठरला आहे. हे प्रारण स्थिर स्थिती विश्वात कसे आले ? त्याचा वर्णपट कृष्णिकेप्रमाणेच का आहे ? ही कारणमीमांसा करणे आजवर शक्य झालेले नाही आणि हे जोपर्यंत शक्य होत नाही तोपर्यंत स्थिर स्थितीच्या विश्वाचा सिद्धांत हा ‘ टाकाऊ ’ सदरात बसू शकतो.
स्थिर स्थिती सिद्धांताने निर्मितीपासून दोन अडीच दशके विलक्षण तग धरला. महास्फोट सिद्धांताविरुद्ध स्थिर स्थिती सिद्धांत ह्या वादातून अनेक खगोलशास्त्रीय वेधांना चालना मिळाली. त्याचप्रमाणे तार्‍यांतून अणुगर्भाची ( अणुकेंद्राची ) निर्मिती होते हे सिद्ध करण्यामागे सुद्धा ह्या सिद्धांताचीच प्रेरणा होती, असे काही शास्त्रज्ञ म्हणतात. प्रथम, महास्फोटजनित उच्च तापमानाशिवाय स्थिर स्थितीच्या विश्वात अणुगर्भ तयार होणार नाहीत, असा आक्षेप घेण्यात आला परंतु पुढे तार्‍यांच्या पोटात हे घडणे शक्य आहे, असे दिसून आले. अशा प्रकारे विश्वरचनेच्या शास्त्रात स्थिर स्थितीच्या सिद्धांताने महत्त्वाची व मोलाची कामगिरी बजावली आहे.
स्थिरवत स्थितीचे विश्व : इ. स. १९९३ मध्ये फ्रेड हॉईल, जेफरी बर्बिज आणि जयंत नारळीकर यांनी जुन्या स्थिर स्थिती विश्वाच्या सिद्धांताचे पुनरुज्जीवन केले व त्याचे नव्याने नामकरण केले. स्थिरवत स्थितीच्या विश्वाचा सिद्धांत ( क्वासी स्टेडी स्टेट कॉस्मॉलॉजी ) या मूळ नावात जी ‘ वत ’ची भर टाकली ती महत्त्वाची आहे. कारण येथे नवी बाब ही की, जरी मोठ्या कालखंडात विश्व स्थिर स्थितीत आहे, तरी लहान कालखंडात त्यात फेरबदल होतात. हे फेरबदल दोलनात्मक आहेत.
भाववाढीच्या उदाहरणातून ही कल्पना स्पष्ट होईल, वर्षभरात वस्तूंच्या भावात चढ-उतार होत असतात. उदा., भाज्यांचे भाव ऋतूप्रमाणे चढत–उतरत असतात परंतु जर दोन-तीन वर्षांनी भावांची तुलना केली, तर एकूण भाव वाढलेले दिसतात.
स्थिरवत स्थितीच्या विश्वाचे प्रसरण साधारण एक हजार अब्ज वर्षांच्या कालखंडात पाहिल्यास ते स्थिररूपात होते परंतु ४०—५० अब्ज वर्षांच्या कालखंडात त्याचे एक दोलन पूर्ण होते. ह्या दोलनात त्याचे प्रसरण होते आणि मग आकुंचन. नंतर पुढच्या दोलनात पुन्हा तोच प्रकार. प्रत्येक दोलनात विश्वाची स्थिती पूर्वीच्या दोलनाप्रमाणेच होते परंतु कुठल्याही वेळी विश्वाचा आकार शून्य नसतो.
ह्या प्रतिमानात वस्तूंची निर्मिती होत असते परंतु सतत नाही आणि सगळीकडे समान प्रमाणातही नाही. कृष्णविवरसदृश अतिआकुंचित पिंडाभोवतीच्या अतिप्रखर गुरुत्वाकर्षणात हे सृजन होते. ह्यामागचे गणित हॉईल आणि नारळीकर यांनी स्थिर स्थिती विश्वाच्या संदर्भात मांडले होते व त्यावरच ते आधारित आहे. थोडक्यात द्रव्य व ऊर्जा यांचा सामाईक अक्षय्यतेचा नियम अबाधित राहतो.
खगोल निरीक्षणांत पाहिलेल्या उदाहरणात क्वासार, रेडिओ उद्गम इत्यादींमध्ये स्फोटातून द्रव्य आणि प्रारण बाहेर पडताना दिसतात. स्थिरवत स्थिती विश्वाच्या सिद्धांताप्रमाणे ही सृजनाचीच उदाहरणे आहेत. जेव्हा दोलनक्रियेत विश्वाचा आकार न्यूनतम असतो तेव्हा फक्त मोठ्या प्रमाणात सृजनक्रिया होते आणि ही क्रिया स्फोटासारखी नव्या द्रव्यांना बाहेर टाकणारी असते. ज्या पिंडाभोवती ही क्रिया होते ते जर एका आसाभोवती फिरत असेल, तर नवे व नुकतेच सृजन झालेले द्रव्य आसाच्या दिशेने वेगाने बाहेर पडतात. रेडिओ निरीक्षकांना दिसणारे फवारे ते हेच आहेत.
जेव्हा अशी सृजनक्रिया वेगाने होते तेव्हा आइन्स्टाइन यांच्या समीकरणांनुसार अवकाश फुगते आणि विश्वाचे प्रसरण होते. विश्वाचा आकार फार वाढला की, सृजनक्रिया मंदावते आणि विश्वाचे प्रसरण मंदावून आकुंचन सुरू होते. पुन्हा विश्वाचा आकार कमी झाला की, सृजनक्रियेला ऊत येतो.
मूलसृजनात निर्माण होणार्‍या कणाला प्लांकचा कण म्हणतात. ह्या कणाच्या वस्तुमानात प्रकाशवेग, प्लांकचा स्थिरांक आणि गुरुत्वाकर्षणाचा स्थिरांक हे तीन भौतिकशास्त्रीय मूलस्थिरांक आहेत. अशा कणाला स्वतःचे अस्तित्व फार काळ टिकविता येत नाही. त्याचा र्‍हास होत होत शेवटी त्यातून न्यूट्रॉन, प्रोटॉनासारखे सामान्य कण निघतात, तसे काही असामान्य कणसुद्धा येऊ शकतात का, ह्या अनुत्तरित प्रश्नाचे उत्तर केव्हा तरी मूलभूत कणांच्या भौतिकशास्त्रातून मिळू शकेल [⟶ मूलकण ].
अशा र्‍हासातून उत्पन्न झालेल्या न्यूट्रॉन, प्रोटॉनांमधूनच हीलियम, ड्यूटिरियम इ. छोटे अणुगर्भ तयार होतात. गणिताने त्यांचे अनुमानित केलेले प्रमाण निरीक्षणाशी मिळतेजुळते आहे.
सूक्ष्मतरंग प्रारणाच्या निर्मितीचा यक्ष प्रश्न देखील ह्या प्रतिमानात सहज सुटतो. पूर्वीच्या प्रत्येक दोलनाचा कालखंड ४० — ५० अब्ज वर्षे असल्याने त्या वेळात तारे जन्माला येऊन आपले आयुष्य पुरे करतात. त्यांचा अवशिष्ट प्रकाश पुष्कळ वेळा विखुरला जाऊन सूक्ष्मतरंगांच्या प्रारणाच्या रूपात दिसतो. महास्फोटाच्या सिद्धांताला शक्य न झालेले कार्य हे प्रतिमान करून दाखविते. उदा., प्रारणाचे आजचे तापमान २.७ केल्व्हिन असण्याचा संबंध पूर्वी प्रकाशून गेलेल्या तार्‍यांच्या ऊर्जेशी जोडण्यात स्थिरवत स्थिती सिद्धांताला यश येते. त्याउलट महास्फोटाच्या सिद्धांताला ह्या प्रारणाचे आजचे तापमान २.७ के. इतकेच का येते ह्याची कारणमीमांसा करता येत नाही.
स्थिरवत स्थिती सिद्धांतातील प्रतिमानांची चाचणी फ्रीडमन प्रति- मानांप्रमाणे घेतल्यास ती आजवरच्या सर्व चाचण्यांतून यशस्वी होते म्हणून आज ह्या प्रतिमानांचे आव्हान फ्रीडमन यांच्या महास्फोटाच्या प्रतिमानांपुढे उभे राहू पाहत आहे. विश्वाचे वय किती ? हा प्रश्न स्थिरवत स्थिती विश्वाला ( फ्रीडमन प्रतिमानाप्रमाणे ) अडचणीत आणत नाही. कारण विश्व अनादी आहे.
उपसंहार : हा विश्वरचनाशास्त्रातील आजच्या परिस्थितीचा धावता आढावा आहे. महास्फोटाचा सिद्धांत बहुजनमान्य आहे परंतु सर्वमान्य नाही. सूक्ष्मतरंगांचे प्रारण हा महास्फोटाच्या सिद्धांताला पुष्टी देणारा सर्वांत महत्त्वाचा पुरावा समजला जातो. मात्र इतर पुरावे मोघम स्वरूपाचे आहेत.
म्हणून अजून हा विषय संपलेला नाही. उलट त्याला सुरुवात होत आहे, असेच म्हणणे योग्य होईल. महास्फोटासारख्या विचित्र सुरुवातीच्या प्रश्नावर महास्फोटाच्या सिद्धांताने अद्याप तोडगा शोधलेला नाही. बाँडी--गोल्ड-हॉईल यांनी महास्फोटाच्या सिद्धांतावर घेतलेले आक्षेप अजूनही अनुत्तरित आहेत. कदाचित आपली विश्वाकडे पाहण्याची दृष्टी अजूनही संकुचित असेल. महास्फोटाचे स्वरूप वैश्विक नसून विश्वाच्या एका भागा-पर्यंतच मर्यादित असण्याची शक्यता नाकारता येणार नाही.
स्थिरवत स्थिती सिद्धांताची भाकिते हळूहळू तपासली जात आहेत. ह्या तपासणीत हा सिद्धांत यशस्वी झाला तर महास्फोटाच्या सिद्धांतापुढे एक आव्हान म्हणून त्याच्याकडे पाहिले जाईल.
पहा : द्रव्य आणि ऊर्जा यांची अक्षय्यता विश्वस्थितिशास्त्र विश्वोत्पत्तिशास्त्र सापेक्षता सिद्धांत.
नारळीकर, जयंत विष्णू
“