کیا ڈارک میٹر صرف کائناتی کشش ثقل ہے؟
بانٹیں
اگر ڈارک میٹر محض پورے کائنات کی اپنی کشش ثقل ہو؟
ایک دلچسپ فکری تجربے کی جامع تحقیق
ڈارک میٹر جدید کاسمولوجی اور فلکیات کے بڑے رازوں میں سے ایک ہے۔ کہکشاں کے روٹیشن کرورز، کششی لینزنگ، اور بڑے پیمانے پر ساخت کی تشکیل کے مشاہدات مضبوطی سے ظاہر کرتے ہیں کہ کائنات میں ایک ایسا مادہ موجود ہے جو روشنی کے ساتھ تعامل نہیں کرتا—اسی لیے اسے "ڈارک" کہا جاتا ہے۔ نیوٹونین اور آئن سٹائنی کشش ثقل کی روایتی حساب کتاب کے مطابق، مرئی، "معمولی" مادہ (پروٹونز، نیوٹرانز، الیکٹرانز) کائنات کی کل توانائی کثافت کا تقریباً 5% حصہ ہے، جبکہ ڈارک میٹر تقریباً 27% بنتا ہے (باقی حصہ ڈارک انرجی ہے)۔
لیکن اگر یہ غائب مادہ محض ایک فریب ہو؟ شاید یہ پورے کائنات کی اپنی کشش ثقل کی وجہ سے ہو—ہر ستارے، سیارے، اور کائنات میں موجود گیس کے چھوٹے چھوٹے حصے مل کر ایسے اثرات پیدا کرتے ہیں جنہیں ہم "ڈارک میٹر" سمجھتے ہیں۔ یہ ایک دلچسپ فکری تجربہ ہے: کیا ہم ڈارک میٹر کو ایک الگ جزو کے طور پر ختم کر کے اس کے اثرات کو تمام مرئی مادے کی کشش ثقل کے مجموعی کھینچاؤ سے منسوب کر سکتے ہیں؟
اس مضمون میں، ہم اس خیال کو گہرائی سے دیکھتے ہیں—ڈارک میٹر کے مشاہدہ شدہ شواہد، سائنسدانوں کی جانب سے اس کی وضاحت کے طریقے، اور یہ کہ "یہ سب کچھ دوسرے مادے کی کشش ثقل ہے" کا نظریہ کچھ سچائیاں بیان کرتا ہے لیکن قریب سے جائزہ لینے پر ناکافی ثابت ہوتا ہے۔
1. ڈارک میٹر کے شواہد
1.1 کہکشاں کے روٹیشن کرورز
ڈارک میٹر کے لیے پہلی مضبوط شواہد میں سے ایک کہکشاؤں کے مراکز کے گرد ستاروں کے مدار کی رفتار کی پیمائش سے آیا۔ نیوٹونین میکینکس کے مطابق، کہکشاں کے کنارے پر ستاروں کی مدار کی رفتار کہکشاں کے مرکز سے دور جانے پر کم ہو جانی چاہیے—بالکل اسی طرح جیسے شمسی نظام میں سیارے سورج سے جتنا دور ہوتے ہیں اتنی ہی آہستہ حرکت کرتے ہیں۔
تاہم، ماہرین فلکیات نے پایا کہ کہکشاؤں کے بیرونی حصوں میں ستارے توقع سے کہیں زیادہ تیزی سے حرکت کر رہے ہیں۔ اس مظہر کو "فلیٹ روٹیشن کرورز" کہا جاتا ہے، جو ظاہر کرتا ہے کہ وہاں بہت زیادہ مادہ موجود ہے جتنا ہم برقی مقناطیسی تابکاری (تمام طول موج کی روشنی) کے ذریعے معلوم کر سکتے ہیں۔ اگر واحد مادہ نظر آنے والے ستارے، گیس، اور گرد و غبار ہوتا، تو وہ بیرونی ستارے زیادہ آہستہ مدار میں گھومنے چاہئیں۔ ان کی غیر متوقع تیز رفتار کی سب سے سادہ وضاحت ایک اضافی، غیر مرئی مادے کی موجودگی ہے—ڈارک میٹر۔
1.2 ثقلی لینسنگ
ثقلی لینسنگ روشنی کا بڑے اجسام کی طرف مڑنا ہے، جیسا کہ آئن اسٹائن کے جنرل تھیوری آف ریلیٹیویٹی نے پیش گوئی کی ہے۔ جب ماہرین فلکیات کہکشاں کلسٹروں کو دیکھتے ہیں، تو وہ پس منظر کی کہکشاؤں پر لینسنگ کے اثرات دیکھتے ہیں جو صرف مرئی مادے سے زیادہ طاقتور ہوتے ہیں۔ مڑنے کی مقدار اضافی مادے کی ضرورت ظاہر کرتی ہے—جو دوبارہ تاریک مادے کی طرف اشارہ کرتی ہے۔
کچھ مشہور مثالوں میں، جیسے کہ بلیٹ کلسٹر، ماہرین فلکیات نے مرئی مادے اور “لینسنگ ماس” کے درمیان فرق دیکھا ہے۔ دو کہکشاں کلسٹروں کے اس تصادم میں، گرم گیس (جو ایکس رے تصاویر میں دیکھی جا سکتی ہے) اس جگہ سے الگ ہے جہاں سب سے زیادہ ثقلی اثر دیکھا جاتا ہے۔ یہ ایک ایسے مادے کی نشاندہی کرتا ہے جو برقی مقناطیسی طور پر تعامل نہیں کرتا (یعنی، یہ گیس کی طرح ٹکرا کر سست نہیں ہوتا)، پھر بھی اس کا ثقلی اثر بہت طاقتور ہے۔
1.3 کائناتی مشاہدات اور ساخت کی تشکیل
جب ہم کائناتی مائیکروویو پس منظر (CMB)—بگ بینگ کی “بعد کی روشنی” کو دیکھتے ہیں—تو ہمیں کثافت میں اتار چڑھاؤ کے نمونے نظر آتے ہیں۔ یہ اتار چڑھاؤ بالآخر کہکشاؤں اور کلسٹروں میں تبدیل ہو گئے جو ہم آج دیکھتے ہیں۔ ساخت کی تشکیل کے کمپیوٹر سیمولیشنز ظاہر کرتے ہیں کہ تاریک مادہ ضروری ہے تاکہ یہ سمجھایا جا سکے کہ یہ ابتدائی “بیج” کس طرح اتنی تیزی سے بڑھے کہ کائنات میں کہکشاؤں کی بڑی پیمانے پر ترتیب بن سکے۔ تاریک مادے کے بغیر، تقریباً یکساں ابتدائی کائنات سے موجودہ مضبوط جمے ہوئے مادے کی تقسیم تک پہنچنا انتہائی مشکل (اگر ناممکن نہ ہو) ہوتا۔
2. تجویز کردہ خیال: تمام مادے کی مجموعی ثقلیت
یہ تصور کہ “شاید تاریک مادہ بس ہر چیز کا ایک دوسرے پر کشش ڈالنا ہے” واقعی ایک خاص کشش رکھتا ہے۔ آخرکار، کشش ثقل لامتناہی فاصلے پر کام کرتی ہے؛ چاہے دو اجسام کتنے ہی دور ہوں، وہ ایک دوسرے پر ثقلی قوت ڈالتے ہیں۔ اگر آپ کائنات میں تقریباً لامتناہی تعداد میں ستاروں اور کہکشاؤں کو ایک دوسرے پر کشش ڈالتے ہوئے تصور کریں، تو شاید یہ اضافی ثقلی اثر پیدا کر سکتا ہے جو گمشدہ مادے کی وضاحت کے لیے کافی ہو۔
2.1 فطری کشش
1. ثقلی اثرات کی وحدت: ایک لحاظ سے، یہ مسئلہ کو متحد کرتا ہے۔ نئی قسم کے مادے کو متعارف کرانے کے بجائے، ہم یہ مفروضہ لگا سکتے ہیں کہ ہم صرف کائنات میں معروف مادے کے بڑے پیمانے کے نتائج کو دیکھ رہے ہیں۔
2. سادگی: یہ زیادہ سادہ محسوس ہوتا ہے—صرف باریونی مادہ (وہ قسم جو ہم جانتے ہیں) ہے اور کچھ نہیں۔ شاید ہم نے ایک مجموعی ثقلی حصہ کو نظر انداز کیا جو بڑے پیمانے پر اہم ہو جاتا ہے۔
تاہم، سطحی طور پر سادہ ہونے کے باوجود، یہ تجویز دقیق مشاہدات اور اچھی طرح آزمائے گئے طبیعی نظریات کے سامنے نمایاں چیلنجز کا سامنا کرتی ہے۔ آئیے دیکھتے ہیں کہ مشکلات کہاں ہیں۔
3. کیوں معلوم مادے کی کل ثقلی کشش شاید کافی نہیں ہے
3.1 معیاری بمقابلہ ترمیم شدہ ثقلیت کے طریقے
تاریک مادہ کے بغیر کائناتی مظاہر کی وضاحت کی کوششیں اکثر "ترمیم شدہ ثقلیت" کے زمرے میں آتی ہیں۔ نئے قسم کے مادے کے بجائے، کچھ سائنسدان کائناتی پیمانوں پر ثقلی قوانین کی سمجھ میں تبدیلی کی تجویز پیش کرتے ہیں۔ ایک نمایاں مثال MOND (Modified Newtonian Dynamics) ہے۔ MOND یہ فرض کرتا ہے کہ انتہائی کم تعجیلوں پر (جیسے کہکشاں کے کناروں پر)، ثقلیت نیوٹن یا آئن سٹائن کی معیاری پیش گوئیوں سے مختلف برتاؤ کرتی ہے۔
اگر یہ خیال کہ پوری کائنات کا مادہ اجتماعی طور پر زیادہ مضبوط ثقلیت پیدا کرتا ہے درست ہو، تو یہ کسی ترمیم شدہ ثقلیت کے ماڈل کی طرح ہو سکتا ہے۔ MOND اور متعلقہ نظریات کے حامی کہکشاں کی گردش کے منحنی خطوط اور دیگر مظاہر کی وضاحت کے طریقے تلاش کرتے رہتے ہیں۔ اگرچہ MOND کچھ مشاہدات (خاص طور پر کہکشاں کی گردش کے منحنی خطوط) کو فٹ کر سکتا ہے، اسے دیگر (جیسے بلٹ کلسٹر کی ثقلی لینزنگ ماس کی تقسیم) کی وضاحت میں دشواری ہوتی ہے۔
لہٰذا، کسی بھی "تمام مادے کی ثقلی کشش" نظریہ کو نہ صرف گردش کے منحنی خطوط بلکہ لینزنگ کے مظاہر، کلسٹر کے تصادم، اور بڑے پیمانے پر ساخت کی تشکیل کو بھی مدنظر رکھنا ہوگا۔ اب تک، ایک جامع ترمیم شدہ نظریہ جو تاریک مادہ کی جگہ لے کر تمام مشاہدات کی وضاحت کرے، کامیابی سے قائم نہیں کیا گیا ہے۔
3.2 الٹا مربع قانون اور کائناتی پیمانے
ثقلیت دو اجسام کے درمیان فاصلے کے مربع کے مطابق کمزور ہوتی ہے (نیوٹن کے ثقلی قانون کے مطابق)۔ کائناتی پیمانوں پر، دور دراز کہکشاؤں، کلسٹروں، اور مادے کی ریشوں سے کشش ہوتی ہے، لیکن یہ فاصلے کے ساتھ نمایاں طور پر کم ہو جاتی ہے۔ مشاہداتی ڈیٹا سے پتہ چلتا ہے کہ جو مادہ ہم دیکھ سکتے ہیں (باریونی مادہ) وہ اتنا کثیر نہیں ہے—اور نہ ہی صحیح طریقے سے تقسیم شدہ ہے—کہ ہم ان ثقلی اثرات کو پیدا کر سکیں جو ہم تاریک مادہ کے حوالے کرتے ہیں۔
اگر کائنات کا تمام مرئی مادہ ایک جگہ جمع کر کے مختلف کائناتی پیمانوں پر ثقلی میدانوں کا حساب لگایا جائے، تو حاصل شدہ اعداد و شمار مشاہدہ شدہ گردش کے منحنی خطوط، لینزنگ کی شدت، یا ساخت کی نمو کی شرحوں سے میل نہیں کھائیں گے۔ بنیادی طور پر، اگر کائنات میں صرف باریونی مادہ ہوتا، تو ہم ثقلی اثرات کو اس سے کہیں کمزور دیکھتے جو ہم مشاہدہ کرتے ہیں۔
3.3 بلٹ کلسٹر اور "غائب" ماس کی تقسیم
بلٹ کلسٹر ایک خاص طور پر متاثر کن ثبوت ہے۔ دو کہکشاں کلسٹروں کے تصادم میں، معمول کا مادہ (زیادہ تر گرم گیس کی شکل میں) رگڑ کی وجہ سے سست اور کھینچا جاتا ہے، جبکہ بغیر تصادم والا جزو (جسے تاریک مادہ سمجھا جاتا ہے) کم سے کم تعامل کے ساتھ گزر جاتا ہے۔ ثقلی لینزنگ کے پیمائشیں ظاہر کرتی ہیں کہ ثقلی ماس کا زیادہ تر حصہ چمکدار گیس سے آگے بڑھ چکا ہے۔
اگر غائب ماس صرف کائنات میں تمام معمولی مادے کی مجموعی کششی قوت ہوتی، تو ہم توقع کرتے کہ وہ ماس کی تقسیم مرئی مادے کے ساتھ مطابقت رکھتی (جو تصادم کی وجہ سے مؤثر طور پر سست ہو جاتی ہے)۔ اس کے بجائے، مرئی گیس اور “کشش ثقل ماس” کی علیحدگی ایک اضافی، بغیر تصادم کے جزو—تاریک مادہ—کی مضبوط نشاندہی کرتی ہے۔
4. کائنات کے سیاق و سباق میں “تمام مادہ کشش ثقل” کی جانچ
4.1 بگ بینگ نیوکلیوسنتھیسس کی پابندیاں
ابتدائی کائنات نے سب سے ہلکے عناصر—ہائڈروجن، ہیلیم، اور لیتھیم کے آثار—کو ایک عمل میں پیدا کیا جسے بگ بینگ نیوکلیوسنتھیسس (BBN) کہا جاتا ہے۔ ان عناصر کی مقدار باریونی (معمول کے) مادے کی کل کثافت کے حساس ہوتی ہے۔ کائناتی مائکروویو پس منظر (CMB) اور عناصر کی مقدار کے مشاہدات ظاہر کرتے ہیں کہ کائنات میں باریونی مادے کی مقدار ایک مخصوص حد سے زیادہ نہیں ہو سکتی ورنہ ہیلیم اور ڈیوٹیریئم کی پیمائشوں سے متصادم ہو جائے گی۔ اگر تاریک مادہ صرف مزید معمولی مادہ ہوتا، تو ہم ان ہلکے عناصر کی پیداوار میں مشاہدے کے مقابلے میں زیادہ یا کم مقدار دیکھتے۔ مختصراً، BBN ہمیں بتاتا ہے کہ باریونی مادہ کل توانائی کی کثافت کا صرف ایک چھوٹا حصہ (تقریباً 5%) ہونا چاہیے۔
4.2 کائناتی مائکروویو پس منظر کی پیمائشیں
سیٹلائٹس جیسے COBE، WMAP، اور Planck سے حاصل کردہ اعلیٰ درستگی کے ڈیٹا نے ماہرین کائنات کو کائناتی مائکروویو پس منظر میں درجہ حرارت کی اتار چڑھاؤ کو غیر معمولی درستگی سے ناپنے کی اجازت دی ہے۔ ان اتار چڑھاؤ کے نمونے—خاص طور پر ان کا زاویائی پاور اسپیکٹرم—ہمیں کائنات میں مختلف اجزاء (تاریک مادہ، تاریک توانائی، اور باریونی مادہ) کی کثافت کا اندازہ دیتے ہیں۔ یہ پیمائشیں ایک ایسے کائناتی ماڈل کے ساتھ حیرت انگیز حد تک میل کھاتی ہیں جس میں تاریک مادہ ایک منفرد غیر باریونی جزو ہے۔ اگر وہ کششی اثرات جو ہم تاریک مادہ کو دیتے ہیں، صرف کائنات کے تمام معمولی مادے سے ہوتے، تو CMB پاور اسپیکٹرم بالکل مختلف نظر آتا۔
5. کیا تاریک مادہ حقیقت میں کسی اور طریقے سے “صرف کشش ثقل” ہو سکتا ہے؟
سوال کے پیچھے تصور—“اگر تاریک مادہ خود کشش ثقل کا ایک مصنوعی نتیجہ ہو؟”—نے ایک نظریاتی طبقہ جنم دیا ہے جسے عام طور پر “ترمیم شدہ کشش ثقل کے نظریات” کہا جاتا ہے۔ یہ نظریات آئن سٹائن کی جنرل ریلیٹیویٹی یا نیوٹونین حرکیات میں کہکشائی یا بڑے پیمانے پر تبدیلیاں تجویز کرتے ہیں، بعض اوقات پیچیدہ ریاضی کے ساتھ۔ ان کا مقصد کہکشاؤں کی گردش کے منحنی خطوط اور کلسٹر لینسنگ جیسے مظاہر کی وضاحت کرنا ہے بغیر اضافی غیر مرئی ذرات کے تعارف کے۔
ترمیم شدہ کشش ثقل کے نظریات کے ساتھ کچھ اہم نکات اور چیلنجز شامل ہیں:
- فائن ٹیوننگ: کہکشائی پیمانوں پر کشش ثقل کو ایڈجسٹ کرنا بغیر نظام شمسی کی طبیعیات کو متاثر کیے یا جنرل ریلیٹیویٹی کے انتہائی درست تجربات کے خلاف جائے، کافی نازک ہو سکتا ہے۔
- ساخت کی تشکیل: ترمیم شدہ کشش ثقل کے نظریات کو نہ صرف کہکشاؤں کی گردش کی وضاحت کرنی چاہیے بلکہ یہ بھی بتانا چاہیے کہ کہکشائیں کیسے بنتی اور ارتقا پاتی ہیں، جو کائنات کے مختلف ادوار میں مشاہدات سے میل کھاتی ہوں۔
- نسبیتی اثرات: کشش ثقل لینزنگ اور بلیٹ کلسٹر کے ڈیٹا جیسے مظاہر کو اب بھی سمجھنا ہوگا اگر ہم کشش ثقل کے قانون میں ترمیم کریں۔
اب تک کوئی بھی ترمیم شدہ کشش ثقل کا نظریہ "لیمبڈا کولڈ ڈارک میٹر" (ΛCDM) پیراڈائم کی کامیابیوں کو مکمل طور پر دہرانے میں کامیاب نہیں ہوا، جو موجودہ معیاری کاسمولوجی ماڈل ہے جس میں غیر باریونی تاریک مادہ اور تاریک توانائی (کوسمولوجیکل کانسٹینٹ Λ) شامل ہیں۔
6. نتیجہ
یہ خیال کہ تاریک مادہ محض کائنات میں تمام مادے کی مجموعی کشش ثقل ہو—نہ کہ ایک الگ اور پراسرار مادہ—دلچسپ ہے۔ یہ ہمارے فطری رجحان کو چھوتا ہے کہ ہم سادہ وضاحتیں تلاش کریں جو نئے، غیر مرئی اجزاء کی ضرورت کو کم کریں۔ درحقیقت، یہ سائنسدانوں اور فلسفیوں کی قدیم پسند اوکام کی ریزر کے ساتھ ہم آہنگ ہے—غیر ضروری پیچیدگیوں کو شامل نہ کرنا۔
تاہم، دہائیوں کے فلکیاتی اور کاسمولوجیکل مشاہدات ہمیں بتاتے ہیں کہ "غائب ماس" کا مسئلہ صرف معروف مادے کی کشش ثقل کے مجموعے سے حل نہیں ہوتا۔ کہکشاؤں کے گردش کے منحنی خطوط، کشش ثقل لینزنگ کے مشاہدات، بڑے پیمانے پر ساخت کی تشکیل، کائناتی مائکروویو پس منظر کی پیمائشیں، اور بگ بینگ نیوکلیوسنتھیسس کی پابندیاں سب اس بات کی طرف اشارہ کرتی ہیں کہ ایک ایسا مادہ ہے جو باریونی مادے سے الگ اور اس کے علاوہ ہے جو ہم دیکھتے ہیں۔ مزید برآں، بلیٹ کلسٹر اور اسی طرح کے مشاہدات مضبوطی سے تجویز کرتے ہیں کہ یہ غیر مرئی ماس ٹکراؤ میں عام مادے سے مختلف برتاؤ کرتا ہے، جو اس خیال کو تقویت دیتا ہے کہ اس کے غیر کششی تعاملات بہت کم (اگر کوئی ہوں) ہیں۔
یہ کہا جائے تو، کاسمولوجی ایک مسلسل ترقی پذیر میدان ہے۔ نئی مشاہدات، جیسے بہتر کشش ثقل کی لہروں کی دریافت اور کہکشاؤں کی تقسیم اور کائناتی مائکروویو پس منظر کی زیادہ درست پیمائشیں، ہماری سمجھ کو بہتر بناتی رہتی ہیں۔ موجودہ ڈیٹا سے سب سے آسان نتیجہ یہ ہے کہ تاریک مادہ کوئی نیا، غیر باریونی مادہ ہے، لیکن کھلے ذہن کی تجسس سائنسی ترقی کے مرکز میں رہتی ہے۔ بہترین نظریات ہمیشہ نئے شواہد کے خلاف آزماۓ جاتے ہیں اور جب ناکام ہوتے ہیں تو بہتر یا تبدیل کیے جاتے ہیں۔
فی الحال، شواہد کا وزن واضح طور پر ایک حقیقی، جسمانی طور پر مختلف تاریک مادہ کے جزو کے حق میں ہے۔ لیکن "اگر یہ سب مادے کی کشش ثقل ہی ہو؟" جیسے خیالات کو ذہن میں رکھتے ہوئے ہم اپنے نظریات کو لچکدار اور ذہن کو کھلا رکھتے ہیں—یہ کائنات کے سب سے پائیدار رازوں سے نمٹنے کے لیے ایک اہم رویہ ہے۔
مزید مطالعہ
- کائنات میں تاریک مادہ از Bahcall, N. A. – Proceedings of the Royal Society A، 1999۔
- ترمیم شدہ کشش ثقل کے خلاف ثبوت کے طور پر بلیٹ کلسٹر – متعدد مشاہداتی مقالے، مثلاً Clowe وغیرہ کی جانب سے۔
- MOND پیش گوئیوں کی جانچ – کہکشاں کے گردش کے منحنی خطوط پر مختلف مطالعات (مثلاً، Stacy McGaugh اور ان کے ساتھیوں کی جانب سے)۔
- کوسمولوجیکل پیرامیٹرز کے مشاہدات – Planck، WMAP، اور COBE مشنز سے ڈیٹا ریلیزز۔