समय क्या है और क्या यह हमेशा आगे बढ़ता रहता है?

कल्पना कीजिए कि समय पीछे की ओर भाग रहा है। लोग बूढ़े होने के बजाय जवान होते जाएंगे और धीरे-धीरे कायाकल्प के लंबे जीवन के बाद - वे जो कुछ भी जानते हैं उसे भूलकर - वे अपने माता-पिता की आँखों में चमक के रूप में समाप्त हो जाएंगे। यह समय विज्ञान कथा लेखक फिलिप के डिक के उपन्यास में दर्शाया गया है, लेकिन आश्चर्यजनक रूप से, समय की दिशा भी एक मुद्दा है जिससे ब्रह्मांड विज्ञानी जूझ रहे हैं।

जबकि हम यह मानकर चलते हैं कि समय की एक निश्चित दिशा होती है, भौतिक विज्ञानी ऐसा नहीं मानते: अधिकांश प्राकृतिक नियम "समय प्रतिवर्ती" होते हैं, जिसका अर्थ है कि यदि समय को पीछे की ओर चलने के रूप में परिभाषित किया जाए तो वे उतने ही अच्छे से काम करेंगे। तो समय हमेशा आगे क्यों बढ़ता है? और क्या यह हमेशा ऐसा ही करेगा?

क्या समय की कोई शुरुआत होती है?

समय की कोई भी सार्वभौमिक अवधारणा अंततः ब्रह्मांड के विकास पर ही आधारित होनी चाहिए। जब ​​आप ब्रह्मांड को देखते हैं तो आप अतीत में घटित घटनाओं को देख रहे होते हैं - हमें प्रकाश तक पहुँचने में समय लगता है। वास्तव में, सबसे सरल अवलोकन भी हमें ब्रह्मांडीय समय को समझने में मदद कर सकता है: उदाहरण के लिए यह तथ्य कि रात का आकाश अंधकारमय है। यदि ब्रह्मांड का अतीत अनंत होता और विस्तार अनंत होता, तो रात का आकाश पूरी तरह से उज्ज्वल होता - ब्रह्मांड में अनंत संख्या में तारों से आने वाले प्रकाश से भरा होता जो हमेशा से अस्तित्व में था।

लंबे समय तक अल्बर्ट आइंस्टीन सहित वैज्ञानिकों का मानना ​​था कि ब्रह्मांड स्थिर और अनंत है। तब से अवलोकनों से पता चला है कि यह वास्तव में फैल रहा है, और तेजी से बढ़ रहा है। इसका मतलब है कि इसकी उत्पत्ति एक अधिक सघन अवस्था से हुई होगी जिसे हम बिग बैंग कहते हैं, जिसका अर्थ है कि समय की शुरुआत होती है। वास्तव में, अगर हम काफी पुराने प्रकाश की तलाश करते हैं तो हम बिग बैंग से अवशेष विकिरण भी देख सकते हैं - ब्रह्मांडीय माइक्रोवेव पृष्ठभूमि। यह समझना ब्रह्मांड की आयु निर्धारित करने में पहला कदम था (नीचे देखें)।

लेकिन इसमें एक समस्या है, आइंस्टीन का सापेक्षता का विशेष सिद्धांत दर्शाता है कि समय ... सापेक्ष है: आप मेरे सापेक्ष जितनी तेज़ी से आगे बढ़ेंगे, समय की मेरी धारणा के सापेक्ष आपके लिए समय उतना ही धीमा गुजरेगा। इसलिए विस्तारित आकाशगंगाओं, घूमते सितारों और घूमते ग्रहों के हमारे ब्रह्मांड में, समय के अनुभव अलग-अलग होते हैं: हर चीज़ का अतीत, वर्तमान और भविष्य सापेक्ष है।

तो क्या ऐसा कोई सार्वभौमिक समय है जिस पर हम सभी सहमत हो सकें?

ब्रह्मांड की समयरेखा। डिज़ाइन एलेक्स मित्तलमैन, कोल्डक्रिएशन/विकिमीडिया, CC BY-SA

यह पता चला है कि चूँकि ब्रह्मांड औसतन हर जगह एक जैसा है, और औसतन हर दिशा में एक जैसा दिखता है, इसलिए एक "ब्रह्मांडीय समय" मौजूद है। इसे मापने के लिए, हमें बस ब्रह्मांडीय माइक्रोवेव पृष्ठभूमि के गुणों को मापना है। ब्रह्मांड विज्ञानियों ने ब्रह्मांड की आयु निर्धारित करने के लिए इसका उपयोग किया है; इसकी ब्रह्मांडीय आयु। यह पता चला है कि ब्रह्मांड 13.799 बिलियन वर्ष पुराना है।

समय का तीर

तो हम जानते हैं कि समय की शुरुआत संभवतः बिग बैंग के दौरान हुई थी। लेकिन एक सवाल अभी भी बना हुआ है: समय आखिर है क्या?

इस प्रश्न को समझने के लिए, हमें अंतरिक्ष और समय के मूल गुणों को देखना होगा। अंतरिक्ष के आयाम में, आप आगे और पीछे जा सकते हैं; यात्रियों को हर रोज़ इसका अनुभव होता है। लेकिन समय अलग है, इसकी एक दिशा है, आप हमेशा आगे बढ़ते हैं, कभी पीछे नहीं। तो समय का आयाम अपरिवर्तनीय क्यों है? यह भौतिकी में सबसे बड़ी अनसुलझी समस्याओं में से एक है।

यह समझाने के लिए कि समय स्वयं अपरिवर्तनीय क्यों है, हमें प्रकृति में ऐसी प्रक्रियाएँ खोजने की ज़रूरत है जो अपरिवर्तनीय भी हों। भौतिकी (और जीवन!) में ऐसी कुछ अवधारणाओं में से एक यह है कि समय बीतने के साथ चीज़ें कम “सुव्यवस्थित” होती जाती हैं। हम इसे एन्ट्रॉपी नामक एक भौतिक गुण का उपयोग करके वर्णित करते हैं जो यह बताता है कि कोई चीज़ कितनी व्यवस्थित है।

गैस के एक डिब्बे की कल्पना करें जिसमें सभी कण शुरू में एक कोने में रखे गए थे (एक व्यवस्थित अवस्था)। समय के साथ वे स्वाभाविक रूप से पूरे डिब्बे को भरने की कोशिश करेंगे (एक अव्यवस्थित अवस्था) - और कणों को फिर से व्यवस्थित अवस्था में लाने के लिए ऊर्जा की आवश्यकता होगी। यह अपरिवर्तनीय है। यह एक अंडे को फोड़कर आमलेट बनाने जैसा है - एक बार जब यह फैल जाता है और फ्राइंग पैन भर जाता है, तो यह कभी भी अंडे के आकार का नहीं होगा। ब्रह्मांड के साथ भी ऐसा ही है: जैसे-जैसे यह विकसित होता है, समग्र एन्ट्रॉपी बढ़ती जाती है।

दुर्भाग्य से यह अपने आप साफ नहीं होने वाला है। एलेक्स डिनोविट्सर/विकिमीडिया , CC BY-SA

यह पता चला है कि एन्ट्रॉपी समय के तीर को समझाने का एक बहुत अच्छा तरीका है। और जबकि ऐसा लग सकता है कि ब्रह्मांड कम होने के बजाय अधिक व्यवस्थित हो रहा है - अपने शुरुआती चरणों में अपेक्षाकृत समान रूप से फैली गर्म गैस के जंगली समुद्र से सितारों, ग्रहों, मनुष्यों और समय के बारे में लेखों तक - फिर भी यह संभव है कि इसमें अव्यवस्था बढ़ रही है। ऐसा इसलिए है क्योंकि बड़े द्रव्यमानों से जुड़ा गुरुत्वाकर्षण पदार्थ को व्यवस्थित अवस्थाओं में खींच सकता है - अव्यवस्था में वृद्धि के साथ जो हमें लगता है कि किसी तरह गुरुत्वाकर्षण क्षेत्रों में छिपी हुई होगी। इसलिए अव्यवस्था बढ़ सकती है भले ही हम इसे न देख पाएं।

लेकिन प्रकृति की अव्यवस्था को प्राथमिकता देने की प्रवृत्ति को देखते हुए, ब्रह्मांड की शुरुआत इतनी व्यवस्थित अवस्था में क्यों हुई? इसे अभी भी एक रहस्य माना जाता है। कुछ शोधकर्ता तर्क देते हैं कि बिग बैंग शायद शुरुआत भी नहीं थी, वास्तव में "समानांतर ब्रह्मांड" हो सकते हैं जहाँ समय अलग-अलग दिशाओं में चलता है।

क्या समय ख़त्म हो जायेगा?

समय की शुरुआत हुई थी लेकिन इसका अंत होगा या नहीं यह उस डार्क एनर्जी की प्रकृति पर निर्भर करता है जो इसे तेजी से फैलने का कारण बन रही है। इस विस्तार की दर अंततः ब्रह्मांड को अलग-अलग हिस्सों में विभाजित कर सकती है, जिससे यह बिग रिप में समाप्त हो सकता है; वैकल्पिक रूप से डार्क एनर्जी का क्षय हो सकता है, जिससे बिग बैंग उलट सकता है और बिग क्रंच में ब्रह्मांड समाप्त हो सकता है; या ब्रह्मांड हमेशा के लिए फैल सकता है।

लेकिन क्या इनमें से कोई भी भविष्य परिदृश्य समय को समाप्त कर देगा? खैर, क्वांटम यांत्रिकी के अजीब नियमों के अनुसार, छोटे यादृच्छिक कण क्षण भर में वैक्यूम से बाहर निकल सकते हैं - कण भौतिकी प्रयोगों में लगातार ऐसा देखा जाता है। कुछ लोगों ने तर्क दिया है कि डार्क एनर्जी ऐसे "क्वांटम उतार-चढ़ाव" का कारण बन सकती है जो एक नए बिग बैंग को जन्म देती है, हमारी समय रेखा को समाप्त करती है और एक नई शुरुआत करती है। हालाँकि यह बेहद अटकलें और बेहद असंभव है, लेकिन हम जो जानते हैं वह यह है कि जब हम डार्क एनर्जी को समझेंगे तभी हम ब्रह्मांड के भाग्य को जान पाएंगे।

तो सबसे संभावित परिणाम क्या होगा? यह तो समय ही बताएगा।