हब्बल टेंशन: दो सही जवाब जो एक साथ सही नहीं हो सकते

दो टीमें निकलीं — एक ही चीज़ मापने के लिए। ब्रह्मांड कितनी तेज़ी से फैल रहा है। दोनों ने बिल्कुल अलग-अलग तरीके अपनाए, ब्रह्मांड के दो विपरीत छोरों से। दोनों सावधान थीं। दोनों ने अपने काम की जाँच की, फिर दोबारा जाँची, फिर दुश्मनों को दे दी कि चाहे तो तोड़ दो। और फिर भी उनके जवाब करीब 9 फ़ीसदी से अलग निकले — इतना अलग कि कोई भी कंधे उचकाकर "शोर होगा" नहीं कह सकता।

और सबसे डरावनी बात? किसी को गलती नहीं मिली।

इस ज़िद्दी फ़र्क का एक नाम है: हब्बल टेंशन। और यह चुपचाप पूरी भौतिकी की सबसे बड़ी अनसुलझी पहेलियों में से एक बन गई है। या तो कोई इतनी बारीक गलती है कि हज़ारों-हज़ारों घंटों की माथापच्ची उसे पकड़ नहीं पाई — या फिर ब्रह्मांड की हमारी पूरी तस्वीर में कोई असली चीज़ गायब है।

वो एक नंबर जिस पर सब कुछ टिका है

सारी कहानी एक ही मान पर आ टिकती है — हब्बल स्थिरांक, जिसे H0 लिखते हैं। सोचिए इसे ब्रह्मांड का स्पीडोमीटर। यह बताता है कि दूर की आकाशगंगाएँ हमसे कितनी तेज़ी से भाग रही हैं — और यह रफ्तार उनकी दूरी के हिसाब से बदलती है। इकाई थोड़ी उलझी हुई है — किलोमीटर प्रति सेकंड प्रति मेगापार्सेक (km/s/Mpc) — लेकिन बात सीधी है। अगर मान 70 है, तो हर मेगापार्सेक (करीब 3.26 करोड़ प्रकाश-वर्ष) की अतिरिक्त दूरी के लिए आकाशगंगा 70 किलोमीटर प्रति सेकंड और तेज़ भाग रही है।

यह नंबर कोई फुटनोट नहीं है। यह ब्रह्मांड का आकार तय करता है। इसकी उम्र तय करता है। आपने जितनी भी ब्रह्मांडीय दूरियाँ पढ़ी हैं, वे इसी पर टिकी हैं। H0 गलत हुआ तो बहुत कुछ और भी डगमगा जाएगा।

दो रास्ते, एक मंज़िल

इस रहस्य का सबसे लज़ीज़ पहलू यह है कि दोनों माप सिर्फ असहमत नहीं हैं — वे एकदम अलग-अलग दुनियाओं से आते हैं। ब्रह्मांड के अलग-अलग युगों से। अलग-अलग भौतिकी से। उनमें कुछ भी समान नहीं है, सिवाय उस जवाब के जो दोनों को देना था।

पहला रास्ता: ब्रह्मांडीय सीढ़ी (नज़दीकी, आज का ब्रह्मांड)। एक टीम हमारे अपने ब्रह्मांडीय पड़ोस में विस्तार को मापती है — सचमुच दूरियों की सीढ़ी बनाकर, डंडा दर डंडा। इस काम की अगुवाई करती है SH0ES टीम, जिसके मुखिया हैं नोबेल विजेता Adam Riess। सीढ़ी चढ़ने का तरीका देखिए:

• पहले पास से शुरू करो। Parallax से नज़दीकी तारों की दूरी नापो — यानी जब पृथ्वी सूरज के चारों तरफ घूमती है तो तारे की स्थिति में जो नन्हा-सा हिलाव आता है, वही।
• एक पायदान ऊपर। उन दूरियों से Cepheid variable stars को कैलिब्रेट करो — ये तारे एक लय में चमकते हैं जो उनकी असली चमक से बंधी होती है। असली चमक पता हो, दिखती चमक से तुलना करो — दूरी खुद निकल आती है।
• एक और पायदान ऊपर। उन आकाशगंगाओं में Cepheid खोजो जिनमें Type Ia supernova भी हुए हों, और उनसे उन supernovae को कैलिब्रेट करो — ये ब्रह्मांडीय फ्लैशबल्ब इतने तेज़ हैं कि ब्रह्मांड के आधे पार से दिखते हैं।

हर पायदान अगले को थामता है, जब तक आप इतने दूर नहीं पहुँच जाते कि आसमान से सीधे विस्तार की दर पढ़ सको। SH0ES का जवाब आता है करीब 73 km/s/Mpc, हाल के मान के आसपास 73.2, और अनिश्चितता 1 से भी कम। यह एक पक्का नंबर है।

दूसरा रास्ता: शैशव तस्वीर (आरंभिक, दूरस्थ ब्रह्मांड)। दूसरी टीम स्थानीय विस्तार बिल्कुल नहीं मापती। इसके बजाय, Planck उपग्रह ने सबसे पुरानी रोशनी की तस्वीर खींची — cosmic microwave background यानी CMB, Big Bang की वह धुंधली आभा जो तब मुक्त हुई जब ब्रह्मांड महज़ 3,80,000 साल का था। उस प्राचीन रोशनी में गरम और ठंडे धब्बों का चितकबरा पैटर्न शिशु ब्रह्मांड का एक फिंगरप्रिंट है — वह किस चीज़ से बना था, कैसे आकार लिया था। उस फिंगरप्रिंट को हमारे मानक ब्रह्मांड-विज्ञान मॉडल Lambda-CDM में डालो, और गणित बता देता है कि आज विस्तार की दर क्या होनी चाहिए। वह अनुमान है करीब 67.4 km/s/Mpc।

तो शैशव तस्वीर कहती है लगभग 67। बड़े होने के बाद का माप कहता है लगभग 73। एक ही ब्रह्मांड। दो अलग जवाब। अब बताइए किसे मानें?

तो असल में यह असहमति कितनी गंभीर है?

बहुत गंभीर। फ़र्क करीब 9 फ़ीसदी है — और यह बड़ा है, खासकर तब जब दोनों टीमों की त्रुटि-सीमाएँ इतनी छोटी हो गई हैं। भौतिकशास्त्री असहमति की गंभीरता को "सिग्मा" में मापते हैं — सांख्यिकीय चौंकावट की एक इकाई। हब्बल टेंशन अब 5 सिग्मा या उससे ज़्यादा पर खड़ी है, हाल के काम में 5 से 6 सिग्मा के आँकड़े आ रहे हैं।

पाँच सिग्मा पवित्र ज़मीन है। यही वह दहलीज़ है जो कण भौतिकशास्त्री किसी खोज की घोषणा करने से पहले माँगते हैं। इसका मतलब है कि यह फ़र्क महज़ संयोग हो — इसकी संभावना दस लाख में एक से भी कम है। फिर से पढ़िए। ये दो धुंधले नंबर नहीं हैं जो बस पास-पास हैं। ये तेज़ और ज़िद्दी तरीके से अलग हैं — और माप जितना पैना होता जाता है, फ़र्क उतना ही बुरा दिखता है। इसीलिए बहुत-से ब्रह्मांड-विज्ञानियों ने "टेंशन" कहना बंद कर दिया है और "संकट" फुसफुसाने लगे हैं।

क्या किसी से गलती नहीं हुई होगी?

यही सबसे पहला सवाल है जो कोई भी ईमानदार वैज्ञानिक पूछता है — और यकीन मानिए, उन्होंने पूरी ताकत लगाकर गलती खोजी है। डर यह है कि कोई चालाक व्यवस्थित त्रुटि — दूरी की सीढ़ी में कोई टूटा पायदान, या CMB के मॉडलिंग में कोई खामी — एक जवाब को चुपके से सच से भटका रही है।

दूरी की सीढ़ी पहला संदिग्ध था। इतने सारे पायदान, इतनी नाज़ुक कैलिब्रेशन — गलती के छिपने की बहुत जगह। सबसे कठिन परीक्षा आई James Webb Space Telescope से। अपनी तीखी infrared आँखों से JWST ने वापस जाकर उन्हीं Cepheid तारों को देखा जिन्हें SH0ES ने इस्तेमाल किया था, और मज़े के लिए नए, स्वतंत्र दूरी-संकेतक भी जोड़े। अगर भीड़भाड़ वाले या गलत तारों ने Cepheid डेटा को ज़हर दिया होता, तो JWST उन्हें रंगे-हाथ पकड़ लेता।

उसने नहीं पकड़ा। Webb के अवलोकनों ने मोटे तौर पर पुरानी दूरियों को सही ठहराया, और H0 की ऊँची स्थानीय कीमत उतनी ही शान से खड़ी रही।

और दूसरी तरफ का संदिग्ध? CMB की भी पूछताछ हुई — शुरुआती ब्रह्मांड की बिल्कुल अलग खिड़कियों से। Baryon acoustic oscillations के माप — जिनमें DESI सर्वेक्षण के हाल के नतीजे भी शामिल हैं — CMB डेटा के साथ मिलकर Planck की तरह कम मान की तरफ इशारा करते हैं। इस बीच, जो स्थानीय विधियाँ Cepheid को बिल्कुल छोड़ देती हैं (जैसे कि red giant branch की नोक को दूरी-संकेतक मानना) वे बीच में कहीं उतरती हैं, हालाँकि बहुत-सी Planck से ऊँची ही रहती हैं।

अब तक का फैसला: कोई धुआँ उठता हुआ बंदूक नहीं मिली। किसी को धोखा देते नहीं पकड़ा गया। और जितना गहरा ढूँढते हैं, तनाव उतना ही अड़ियल होता जाता है। यही इससे नज़र न हटा पाने की वजह है।

और अगर यह गलती नहीं है?

तो फिर कमर बाँध लीजिए — क्योंकि इसका मतलब होगा कि ब्रह्मांड के हमारे मानक मॉडल में एक छेद है।

याद रखिए, 67 असल में कोई माप नहीं है। यह एक अनुमान है, जो मानता है कि Lambda-CDM शैशव-तस्वीर युग से लेकर अब तक की हर चीज़ को बखूबी बयान करता है। 73 वह है जो हम खिड़की से बाहर देखकर वाकई देखते हैं। अगर दोनों सही हैं, तो कुछ हुआ — या कुछ मौजूद है — जिसके बारे में Lambda-CDM को कुछ पता ही नहीं।

विचार उड़ रहे हैं। सबसे ज़्यादा चर्चा में हैं:

• Early dark energy। एक काल्पनिक ऊर्जा का विस्फोट जो बहुत शुरुआती ब्रह्मांड में क्षणभर के लिए भड़का, CMB का पैमाना तय करने वाली भौतिकी को थोड़ा बदल दिया और अनुमानित H0 को स्थानीय मान की तरफ धकेल दिया।
• अजीब neutrinos, या अतिरिक्त तेज़ कण जो युवा ब्रह्मांड में छिपे थे।
• गुरुत्वाकर्षण में बदलाव, या ब्रह्मांडीय समय के साथ dark energy के व्यवहार में।

लेकिन यहाँ एक ईमानदार पेच है, और यह मायने रखता है: इनमें से कोई भी साबित नहीं हुआ। एक भी नहीं। हर एक हब्बल टेंशन को सिर्फ इसलिए ठीक करता है क्योंकि वह बिल्कुल नए तत्व ले आता है — और उनमें से ज़्यादातर इस एक समस्या को ठीक करते-करते Lambda-CDM की वह खूबसूरत फिटिंग तोड़ देते हैं जो बाकी सारे डेटा पर इतनी शानदार है। अभी कोई विजेता नहीं है। टेंशन एक सुराग है, अँधेरे में कहीं इशारा करती एक उँगली। बस हम यह नहीं बता सकते कि किस तरफ।

अब सिर्फ दो टीमें नहीं रहीं

यह जिज्ञासा से संकट में क्यों बदली — इसकी एक वजह: वे दो पुराने प्रतिद्वंद्वी अब अकेले नहीं हैं। पिछले कुछ सालों में स्वतंत्र तकनीकों की एक पूरी फौज उठ खड़ी हुई है — और उनकी तस्वीर साफ-सुथरी नहीं है। वह बेपरवाह उलझी हुई है।

• मुड़ी हुई quasar रोशनी। जब किसी दूर के quasar की रोशनी सामने की किसी आकाशगंगा के इर्द-गिर्द मुड़ती है, तो वह कई रास्तों से जाती है और थोड़े अलग समय पर पहुँचती है। उन देरियों को मापिए और H0 मिल जाता है। शुरुआती नतीजे ऊँचे, स्थानीय-जैसे मान की तरफ झुके, हालाँकि बाद के तेज़ विश्लेषणों ने अनिश्चितता बढ़ा दी है।
• ब्रह्मांडीय घंटियाँ। टकराते neutron तारे और black holes ऐसी gravitational waves बजाते हैं जो "standard sirens" का काम करती हैं — दूरी मापने का एक तरीका जो ब्रह्मांडीय सीढ़ी को बिल्कुल नहीं छूता। अभी अनिश्चितताएँ बड़ी हैं, लेकिन जैसे-जैसे और घटनाएँ दर्ज होती जाएँगी, standard sirens एक दिन यह लड़ाई अकेले निपटा सकती हैं।
• प्राचीन गैस में लहरें। वही baryon acoustic oscillations, DESI जैसे सर्वेक्षणों से मैप होकर और CMB डेटा के साथ मिलकर, Planck जैसे कम मान को पसंद करती रहती हैं — शुरुआती ब्रह्मांड के खेमे को मज़बूत करती हैं।

अभी तक किसी ने knockout blow नहीं मारा। लेकिन मिलकर वे साबित करती हैं कि यह किसी एक हठी टीम-जोड़े की सनक नहीं है। तनाव डेटा में ही पका हुआ है।

दाँव पर क्या है: हर चीज़ की उम्र

हब्बल स्थिरांक कोई धूल खाता लेखा-जोखा नहीं है। यह सीधे तय करता है कि हम ब्रह्मांड को कितना पुराना मानते हैं — क्योंकि, बाकी सब बराबर रहने पर, आज तेज़ विस्तार का मतलब है थोड़ा नया ब्रह्मांड। दोनों प्रतिद्वंद्वी मान उम्र में कुछ सौ करोड़ साल के फ़र्क में बदलते हैं।

करीब 13.8 अरब साल की पृष्ठभूमि में यह गोलाई-सी लगती है। लेकिन ब्रह्मांड-विज्ञान एक कसकर बंधी मशीन है, एक दर्जन दिशाओं से एक साथ पिनी हुई। H0 में छोटी-सी हलचल भी सबसे पुराने तारों की उम्र और ब्रह्मांडीय संरचना कैसे बढ़ी, इससे संगत रहनी चाहिए। H0 को सच में बदलो, और काँपन पूरे ढाँचे में दौड़ जाता है। इसीलिए दाँव इतने बड़े लगते हैं।

हम क्या जानते हैं, क्या नहीं

तय हो चुका:

• स्थानीय दूरी-सीढ़ी का माप (SH0ES) H0 को 73 km/s/Mpc के पास रखता है।
• CMB (Planck) से शुरुआती ब्रह्मांड का अनुमान Lambda-CDM के साथ मिलकर करीब 67 km/s/Mpc देता है।
• फ़र्क करीब 9 फ़ीसदी है, 5 सिग्मा या उससे अधिक पर।
• JWST ने अब तक ऊँचे स्थानीय मान को सहारा दिया है, गिराया नहीं।

अभी खुला:

• क्या किसी एक विधि में कोई अनदेखी व्यवस्थित त्रुटि पूरे फ़र्क को चुपके से समझा देती है।
• क्या Lambda-CDM से परे नई भौतिकी चाहिए — और अगर हाँ, तो वह आखिर है क्या।
• प्रस्तावित समाधानों में से कौन-सा, अगर कोई, सही निकलेगा।

यही वजह है कि ब्रह्मांड-विज्ञानियों की नींद उड़ी है

हब्बल टेंशन रोमांचक है ठीक इसलिए क्योंकि यहाँ कोई लापरवाह नहीं है। यह एक लापरवाह टीम बनाम एक सावधान टीम की कहानी नहीं है। यह दो कड़े, कसौटी पर कसे नतीजे हैं जो किसी भी तरह सहमत होने से इनकार कर देते हैं। और इतिहास को ऐसे पलों की याद रखने की आदत है। इस तरह के साफ, ज़िद्दी दरारें एक से अधिक बार उन सीवनों से निकली हैं जिनके ज़रिए भौतिकी के पूरे नए अध्याय रोशनी में आए।

शायद यह किसी शांत कैलिब्रेशन गड़बड़ी में घुल जाए और हम आगे बढ़ जाएँ। या शायद यह पहला साफ संकेत है कि ब्रह्मांड उन नियमों पर चलता है जो हमने अभी लिखे ही नहीं। यह पता लगाना इस दशक की ब्रह्मांड-विज्ञान की महान खोज-यात्राओं में से एक है — और कहीं, सबसे पुरानी रोशनी में या अगली gravitational wave की घंटी में, जवाब इंतज़ार कर रहा है।

स्रोत और आगे पढ़ें

• Wikipedia — Hubble tension — https://en.wikipedia.org/wiki/Hubble_tension
• Wikipedia — Hubble's law — https://en.wikipedia.org/wiki/Hubble%27s_law
• NASA — Hubble Constant और फैलता ब्रह्मांड — https://science.nasa.gov/mission/hubble/science/science-behind-the-discoveries/hubble-dark-energy/
• Riess et al. (SH0ES) JWST Cepheid नतीजे, The Astrophysical Journal Letters — https://iopscience.iop.org/article/10.3847/2041-8213/ad1ddd
• ESA — Planck मिशन और cosmic microwave background — https://www.esa.int/Science_Exploration/Space_Science/Planck
• CERN Courier — The Hubble tension — https://cerncourier.com/a/the-hubble-tension/