ડાર્ક મેટર
ભાગ-૩
આપણું જૂનું અને જાણીતું દૃશ્ય બ્રહ્માંડ માત્ર ૫% પદાર્થનું જ બનેલું છે. લગભગ ૨૭% પદાર્થ ડાર્ક મેટર સ્વરૂપે અને લગભગ ૬૮% પદાર્થ ડાર્ક એનર્જી સ્વરૂપે બ્રહ્માંડમાં પથરાયેલો છે. આમાં ડાર્ક શબ્દ દર્શાવે છે કે જે-તે પદાર્થ કે ઊર્જા હજી આપણાથી અજાણી છે. ડાર્ક એનર્જી બ્રહ્માંડના વિસ્તરણને વધુ ને વધુ વેગવાન બનાવનાર રહસ્યમય ઊર્જા છે. આ ઊર્જા શૂન્યાવકાશ સાથે (કહો કે સ્પેસટાઇમ ફેબ્રિક સાથે) મૂળ ગુણધર્મ તરીકે જોડાયેલી હોય એમ જણાય છે. બ્રહ્માંડ વિસ્તરતું જાય છે અને છતાં એનાં મૂલ્યમાં કોઇ ઘટાડો થતો નથી. પરિણામે બ્રહ્માંડ વધુ ને વધુ ઝડપથી વિસ્તરતું જાય છે. આ વાત દર્શાવે છે કે કદાચ વિસ્તરણ એ બ્રહ્માંડનો મૂળ ગુણધર્મ છે. મતલબ કે ડાર્ક એનર્જી એ બ્રહ્માંડનો મૂળ ગુણધર્મ છે. એ રીતે હાલપૂરતું ડાર્ક એનર્જીને આપણી ચર્ચામાં બાજુ પર રાખીએ તોય પ્રશ્ન એ આવીને ઉભો રહે કે ૨૭% અદૃશ્ય પદાર્થ એટલે શું? આ ૨૭% પદાર્થ છે તો ખરો જ પણ સાવ અદૃશ્ય છે. તો એ અદૃશ્ય પદાર્થ કેવો છે? ક્યાં છે? આ અદૃશ્ય ડાર્ક મેટર શું છે?
ડાર્ક મેટરની તલાશમાં ભૌતિકવિજ્ઞાનીઓ ન્યુટ્રિનો અને WIMP જેવાં વિકલ્પોને (થિયરીમાં) શોધી તો લાવ્યાં, છતાં એમાં કેટલાંક સુધારાઓની તાતી જરૂરિયાત છે. સુધારાઓનો વિકલ્પ એટલા માટે ખુલ્લો છે કારણ કે ડાર્ક મેટરને વ્યવસ્થિત રીતે હજી સમજી શકાયું નથી. ડાર્ક મેટરની તલાશમાં બ્રહ્માંડની મૂળભૂત સંરચનાના કણો સુધી જઇએ તો પાર્ટીકલ ફિઝીક્સના સ્ટાન્ડર્ડ મોડેલમાં ૧૮ પ્રકારના કૂલ-૨૦૦ થી પણ વધારે મૂળભૂત કણો આપણને પ્રાયોગિક રીતે જડી આવ્યાં છે. છતાં ડાર્ક મેટર જેવાં અનુત્તર પ્રશ્નો સૂચવે છે કે આપણું આ મોડેલ હજી અધુરું છે. અત્યાર સુધી શોધાયેલાં તમામ કણો પ્રકાશ કે વિદ્યુતચુંબકીય તરંગો સાથે વત્તા યા ઓછા પ્રમાણમાં આંતરક્રિયા કરે છે. ડાર્ક મેટરના કણો માટે એવો એક વિકલ્પ નકારી ન શકાય કે આ એવાં પ્રકારના કણો હોઇ શકે છે જે પ્રકાશ કે અન્ય વિદ્યુતચુંબકીય તરંગો સાથે કોઇપણ પ્રકારની આંતરક્રિયા ન કરતાં હોય. આ ઉપરાંત બીજી પણ એક અગત્યની વાત ધ્યાને લેવા જેવી છે. પાર્ટીકલ ફિઝીક્સના સ્ટાન્ડર્ડ મોડેલના તમામે તમામ કણો બ્રહ્માંડના મૂળભૂત ચાર બળો પૈકી ત્રણ બળો (વિદ્યુતચુંબકત્વ, સ્ટ્રોંગ ફોર્સ અને વીક ફોર્સ) સાથે ભૌતિક રીતે જોડાયેલાં છે. બીજી રીતે એવું પણ કહી શકાય કે આપણે ક્વોન્ટમ ફિઝીક્સના ગણિત વડે એવાં જ કણો શોધી કાઢ્યાં છે જે આ ત્રણ ક્વોન્ટમ મિકેનિકલ બળો સાથે ભૌતિક રીતે જોડાયેલાં હોય. ક્વોન્ટમ ફિઝીક્સના તાબાનું શાસ્ત્ર એટલે પાર્ટીકલ ફિઝીક્સ અને પાર્ટીકલ ફિઝીક્સનું મોડેલ એટલે સ્ટાન્ડર્ડ મોડેલ હજી સુધી ગુરૂત્વાકર્ષણ બળનું ઉદગમ શોધી શક્યું નથી. એવામાં ગ્રેવીટોન જેવાં કાલ્પનિક કણને બાદ કરતાં ગુરૂત્વાકર્ષણના બળ સાથે ભૌતિક રીતે જોડાયેલાં હોય એવાં કણોની સ્ટાન્ડર્ડ મોડેલમાં ભારે તંગી છે. કહો કે રીતસરની અછત છે. આ પરિસ્થિતીમાં એ શક્યતા મહત્તમ છે કે ડાર્ક મેટર કોઇ એવાં કણોનું બનેલું હોય જે ભૌતિક રીતે ગુરૂત્વાકર્ષણ સાથે જોડાયેલ હોય!
બ્રહ્માંડના તમામ કણોને આપણે આપણી સગવડતા ખાતર બેરિયોનિક અને નોન-બેરિયોનિક એમ બે ભાગમાં વહેંચ્યા છે. 'આપણી સગવડતા ખાતર' એ શબ્દ વાપરવાનું કારણ એ કે કુદરતી ગુણધર્મોના આધારે તો આપણે કણોને બે રીતે બે અલગ પ્રકારોમાં વહેંચેલા જ છે. જેમ કે કણોની સ્પીનના આધારે તેમને ફર્મીઓન અને બોઝોન એમ બે પ્રકારોમાં વર્ગીકૃત કરવામાં આવ્યાં છે. તો અન્ય મૂળભૂત ગુણધર્મો જેવાં કે વિદ્યુતભાર અને કણમાં રહેલાં ક્વાર્કના આધારે એને લેપ્ટોન અને હેડ્રોન એમ બે અન્ય પ્રકારોમાં વહેંચવામાં આવ્યાં છે. આ તો થઇ કુદરતી ગુણધર્મોના આધારે કરવામાં આવેલાં વર્ગીકરણની વાત. હવે આપણે કરેલ સગવડ કંઇક આમ છે. બેરિયોન એટલે પ્રોટોન અને ન્યુટ્રોન. બેરિયોન એટલે એવાં કણો કે દળદાર હોય અને આંતરિક રીતે ત્રણ ક્વાર્કના બનેલા હોય! સામે પક્ષે બે ક્વાર્કના બનેલાં પ્રમાણમાં હલકાં કણો નોન-બેરિયોનિક કેટેગરીમાં આવે છે. ક્વાર્કના બનેલા ન હોય એવાં કણો લેપ્ટોન છે. એટલે બેરિયોનિક અને નોન-બેરિયોનિક ને હેડ્રોનનું જ કેટેગરાઇઝેશન ગણી શકાય. આ બધાં પ્રકાર સિવાયના કોઇ અલગ જ પ્રકારના કણો ડાર્ક મેટર બનાવતાં હોય એવી સંભાવના છે. એટલે એને neither baryonic nor non-baryonic એવાં કણ ગણવામાં આવે છે. હવે આવાં કોઇ નવાં જ પ્રકારના કણો ડાર્ક મેટર બનાવતાં હોય તો એવાં કણોનો પત્તો લગાવવો અત્યંત જરૂરી બની જાય છે. કદાચ WIMP આ પ્રકારનો કણ હોઇ શકે છે. ઘણા સંશોધકો WIMP જેવાં જ ડીટ્ટો ગુણધર્મ ધરાવતાં કણને ન્યુટ્રાલીનો નામથી પણ ઓળખવા લાગ્યાં છે. આમાં ન્યુટ્રાલીનો એટલે મોટાભાગની રીતે તો ન્યુટ્રિનો જ, પણ એનું નામ એને ન્યુટ્રિનો કરતાં જરા વધુ દળદાર બનાવે છે અને ગુણધર્મ પ્રમાણે એની આંતરક્રિયા ન્યુટ્રિનો કરતાં નબળી છે. બિલકુલ WIMP ની જેમ..
પાર્ટીકલ ફિઝીક્સનું સ્ટાન્ડર્ડ મોડેલ ભૌતિક વિજ્ઞાનની આજદિન સુધીની મોટામાં મોટી ઉપલબ્ધી છે. એટલે એમાં કોઇ ખામી જણાય તો એને સુધારવી જ રહી. હાલપૂરતી નજરમાં આવતી ખામી કંઇક આમ છે. આપણું આખું બ્રહ્માંડ Symmetry એટલે કે સંમિતિ (સાદા અર્થમાં એને કુદરતી સંતુલન કહી શકાય) પર ટક્યું છે. બધી વસ્તુઓ એનાં પ્રમાણમાપમાં અસ્તિત્વ ધરાવે છે. ધન કણો અને ઋણ કણો સંતુલનમાં રહે છે. સર્જન અને વિનાશ પણ અરસપરસના સંતુલનમાં રહે છે. એકેય ચીજ હદબહાર થઇ જતી નથી. જ્યારે આ સંતુલનના ખ્યાલને વૈજ્ઞાનિક અને ગાણિતિક વસ્તુઓમાં લાગુ પાડો એટલે એ કુદરતી નિયમો અને ગાણિતિક સમીકરણોનાં સંતુલનમાં ફેરવાય છે જેને ખરા અર્થમાં સંમિતિ કહે છે. વૈજ્ઞાનિક નિયમોમાં રહેલું સંતુલન એટલે સંમિતિ. આ સંમિતિના કારણે અસ્તિત્વ ટકી રહે છે એવું કહી શકાય. હવે ભૌતિકવિજ્ઞાનીઓ આ Symmetry ના ખ્યાલથી એક સ્ટેપ આગળ જઇને Supersymmetry નો ખ્યાલ લઇ આવ્યાં છે. પ્રથમ તો Supersymmetry ની જરૂરિયાતને સમજો. સ્ટાન્ડર્ડ મોડેલમાં ગુરૂત્વાકર્ષણને વર્ણવવાની ક્ષમતાનો હજી અભાવ છે. સ્ટાન્ડર્ડ મોડેલમાં ડાર્ક મેટર માટેનો કોઇ કણ મોજૂદ નથી. થિયરીમાં સ્ટાન્ડર્ડ મોડેલ પર્ફેક્શનની ખૂબજ નજીક જણાય છે છતાં બ્રહ્માંડને પૂર્ણત: સમજી શકવાની વાતથી હજી આપણે ઘણાં ઘણાં ઘણાં દૂર હોઇએ એમ લાગી રહ્યું છે. આ બધાં પ્રશ્નોએ ભૌતિકવિજ્ઞાનીઓમાં સ્ટાન્ડર્ડ મોડેલને લઇને ઘણા સંશય પેદા કર્યાં છે. હવે ભૌતિકવિજ્ઞાનીઓને લાગી રહ્યું છે કે સ્ટાન્ડર્ડ મોડેલમાં ઉપલબ્ધ કણો સિવાય પણ એક-બે કણ નહીં પરંતુ કણોનો એક આખો સમૂહ હોવો જોઇએ જેને હજી આપણે શોધી શક્યાં નથી. એવાં કણોનો આખો સમૂહ જે અજાણી બાબતોને સરળતાથી વર્ણવી શકે. એ રીતે ભૌતિકવિજ્ઞાનીઓની ગણતરી જણાવે છે કે સ્ટાન્ડર્ડ મોડેલમાં ઉપલબ્ધ તમામ કણોનો એક જોડીદાર કણ હોવો જોઇએ. એવો જોડીદાર જે Symmetry ને Super બનાવી દે.. Balance ને Hyper balanced કરી દે.. Particles ના આવાં જોડીદારને (ખાસ નોંધ:- અત્યંત દળદાર જોડીદારને) Sparticles એવું નામ આપવામાં આવ્યું છે. પાર્ટીકલ નું ગુજરાતી કણ છે પણ સ્પાર્ટીકલનું ગુજરાતી હજી સુધી કરવામાં આવ્યું નથી. (એને શું કહીશું? રજકણ?)
વિશ્વના સૌથી મોટાં પાર્ટીકલ એક્સીલરેટર એવાં LHC (Large Hadron Collider) ના પ્રયોગો હવે Sparticles ની શોધ તરફ વળ્યાં છે. Sparticles શબ્દને હવે ડીક્ષનરીમાં ઉમેરવાનો સમય આવી ગયો છે. હવે માનો કે LHC માં બે પ્રોટોનની અથડામણ દ્વારા નવાનવાં અનેક કણો પેદાં થયાં અને માનો કે એમાં પેદા થયેલાં દળદાર Sparticles માંથી કોઇ એક (કે અમુક) કણો ડાર્ક મેટરનાં કણો (રજકણો) છે. તો સવાલ એ થશે કે એ કણો પકડાશે કઇ રીતે? ડાર્ક મેટર તો કોઇની સાથે આંતરક્રિયા કરતું નથી. તો પછી LHC ના સેન્સર્સ સાથે પણ એ આંતરક્રિયા નહીં કરે. LHC ના સેન્સર્સને એ હાથતાળી આપી (હાથતાળી પણ આપ્યાં વગર) છટકી જશે. પરિણામે એ ક્યારેય પકડાશે જ નહીં.. તો પછી એને ડીટેક્ટ કેવી રીતે કરીશું? ભૌતિકવિજ્ઞાનીઓ પાસે આ સમસ્યાનો પણ તોડ છે. [ભૌતિક વિજ્ઞાની એક એવી પ્રજાતિ છે જેની પાસે બ્રહ્માંડની કોઇપણ સમસ્યાનો તોડ છે. નિયતિના દરેક કોયડાનો ઉકેલ શોધી કાઢવાની એની પાસે આવડત છે.] ડાર્ક મેટરનો કણ જ્યારે LHC ની અથડામણની ચેમ્બરમાંથી સેન્સર્સને હાથતાળી આપી છટકી જશે એટલે ચેમ્બરમાંના બધાં કણોના કૂલ વેગમાન અને ઉર્જામાંથી કંઇક સૂક્ષ્મ વેગમાન અને ઊર્જા ઓછાં થશે. કારણ કે એ સૂક્ષ્મ વેગમાન અને ઊર્જા પેલાં છટકી ગયેલાં ડાર્ક મેટરના કણ પોતાની સાથે લેતાં ગયાં. આમ, અથડામણ પછી પેદા થયેલા કણોના કૂલ વેગમાન અને ઉર્જામાં કેટલો ઘટાડો થયો એનું સચોટ માપન કરી એનાં પરિણામોના આધારે પણ સાબિત કરી શકાય છે કે છટકી ગયો એ ડાર્ક મેટરનો જ કણ હતો અને એ કણ આટલી ઊર્જા અને આટલું વેગમાન ધરાવે છે. આમ, પ્રત્યક્ષ નહીં તો પરોક્ષ રીતે ડાર્ક મેટરનું અસ્તિત્વ પકડી શકાય એવું હાલ લાગી રહ્યું છે.
ડાર્ક મેટર વિશેની આપણી તમામ જાણકારી ઉપર જણાવ્યું એટલાં પુરતી સિમિત છે. એનાથી વધુ આપણે જાણતા નથી. ડાર્ક મેટરનું તલાશ અભિયાન જોરશોરથી ચાલી રહ્યું છે. ઘણા લોકો એવું કહે છે કે ડાર્ક મેટરે પોતાની અલગ દુનિયાઓ બનાવી લીધી છે. આ બધું સાચું હોય કે ન હોય પણ એટલું તો સાચું લાગી જ રહ્યું છે કે ગુરૂત્વાકર્ષણને ડાર્ક મેટર સાથે કંઇક સીધો સંબંધ છે. બની શકે કે વિરાટ સ્કેલ પર આકાશગંગાઓ એકબીજા સાથે જોડાઇ રહીને આખું બ્રહ્માંડ બનાવે છે એ સ્ટ્રકચર ટકી રહેવા પાછળ ડાર્ક મેટરનો હાથ હોય..! ડાર્ક મેટર બ્રહ્માંડના જન્મ પછી બન્યું કેમ હશે? એના અસ્તિત્વનો હેતુ શું? શું એ ગુરૂત્વાકર્ષણ સાથે કંઇક અદૃશ્ય આંતરક્રિયા કરે છે કે પછી ક્યાંક વિરાટ સ્કેલ પર ડાર્ક મેટર પોતે જ ગુરૂત્વાકર્ષણની આડપેદાશ નથી ને!!
હમ્મ્મ... ક્યાંક વિરાટ સ્કેલ પર ડાર્ક મેટર પોતે જ ગુરૂત્વાકર્ષણની આડપેદાશ નથી ને!! આ વાત પોતે ઘણો મોટો અર્થ એનામાં છુપાવીને બેઠી છે. આપણી ચર્ચાની શરૂઆતમાં આપણે જોયું એમ વેરા રૂબિને જ્યારે ડાર્ક મેટરના રહસ્યમય પરિણામો જોયાં ત્યારે એની પાસે બે વિકલ્પ ઉપલબ્ધ હતાં. એક તો કોઇ અદૃશ્ય પદાર્થનું અસ્તિત્વ સ્વીકારવાનો અને બીજું ભૌતિકવિજ્ઞાનના શહેનશાહ સર આઇઝેક ન્યુટનના નિયમોમાં સુધાર કરવાનો.. પરંતુ વેરાએ (અને ત્યારપછીના તમામ ભૌતિકવિજ્ઞાનીઓએ) પ્રથમ વિકલ્પ જ સ્વીકારવાનું પસંદ કર્યું છે. છેક હવે રહી રહીને કેટલાંક ભૌતિકવિજ્ઞાનીઓ સર આઇઝેક ન્યુટનના અફર નિયમ પર શંકાની આંગળી ચીંધી રહ્યાં છે. ન્યુટનછાપ ગુરૂત્વાકર્ષણના નિયમો વિરાટ સ્કેલ પર કંઇક અલગ વર્તણૂક કરી રહ્યાં હોય એ બનવાજોગ ખરૂં. અને હવે તો એ વાત ઘણા ભૌતિકવિજ્ઞાનીઓના રસનો વિષય બની ગયો છે. ન્યુટનનો નિયમ એ માત્ર નિયમ નથી પણ ન્યુટનના નિયમોએ આખું ન્યુટોનિયન ગતિશાસ્ત્ર (Newtonian Dynamics) ઉભું કર્યું છે. હવે રહી રહીને કેટલાંક ભૌતિકવિજ્ઞાનીઓ ન્યુટનના આ ગતિશાસ્ત્રમાં સુધારા સુચવી રહ્યાં છે અથવા તો સુધારા સુચવવાની દિશામાં આગળ વધી રહ્યાં છે એમ કહેવું વધુ યોગ્ય રહેશે. આ ભાવિ સુધારાઓ MoND (Modified Newtonian Dynamics) તરીકે ઓળખાય છે. હવે જોવાનું એ રહેશે કે આ MoND નામના નવા ક્ષેત્રમાં ભૌતિકવિજ્ઞાનીઓ કેટલાં આગળ વધી શકે છે અને શું આ MoND થી ડાર્ક મેટર નામના ભાગતાં ભૂતની ચોટલી પકડી શકાશે ખરી? એ તો આવનારો સમય જ કહેશે.
આપણી ચર્ચાનો અંત લાવતાં પહેલાં એક બે વૈકલ્પિક શક્યતાઓનો પણ ઉલ્લેખ કરી લઇએ. અમુક ભૌતિકવિજ્ઞાનીઓ એવું મંતવ્ય ધરાવતાં થયાં છે કે ડાર્ક મેટર એ બ્રહ્માંડમાં ચોતરફ ફેલાયેલું એક અલગ જ ક્ષેત્ર છે. જેમ હિગ્સ ફિલ્ડ આખા બ્રહ્માંડમાં ફેલાયેલું છે બિલકુલ એજ રીતે ડાર્ક મેટરનું ક્ષેત્ર ફેલાયેલું છે. (શું ખબર એવાં ક્ષેત્રનો ભરથાર કોઇ ડાર્ક હિગ્સ નામનો કણ મળી પણ આવે!) એ રીતે ડાર્ક મેટર એક પ્રકારનું Cosmic Superfluid છે. આખા બ્રહ્માંડમાં પથરાયેલું સૂપ જેવું અદૃશ્ય પ્રવાહી જેની અંદર બધું આવેલું હોય! એ સિવાય અમુક ભૌતિકવિજ્ઞાનીઓ જરા અજબ પ્રકારનું મંતવ્ય ધરાવે છે. (જોકે ભૌતિકવિજ્ઞાનમાં મંતવ્યનું કોઇ મહત્વ નથી. સાબિત થયેલાં સત્યનું જ મહત્વ છે. વાસ્તવિકતાનું જ મહત્વ છે. પણ ભૌતિકવિજ્ઞાની એ પૃથ્વી પરની સૌથી બુદ્ધિશાળી પ્રજાતિ છે. એટલે કમસેકમ વિચારણા પૂરતુંય એનું મંતવ્ય ધ્યાને લેવું જ રહ્યું.) આ અજબ પ્રકારનું મંતવ્ય એ છે કે ડાર્ક મેટર ખરેખર તો આપણા બ્રહ્માંડ સિવાયના બીજા કોઇ બ્રહ્માંડનું મેટર છે. ત્રણ કરતાં વધુ (સમય સાથે ચાર કરતાં વધુ) પરિમાણો એટલે કે બહુ પરિમાણો દ્વારા એ આપણા બ્રહ્માંડ સાથે સંપર્ક કરી શકે છે અને એ સંપર્ક દ્વારા કોઇ અદૃશ્ય સ્વરૂપે આપણા બ્રહ્માંડમાં એનું ગુરૂત્વાકર્ષણ લાગે છે. આપણા બ્રહ્માંડમાં ગુરૂત્વાકર્ષણ લાગવું એ ડાર્ક મેટરની અસર છે પણ ડાર્ક મેટર નામના પદાર્થની મોજુદગી તો બીજા બ્રહ્માંડમાં છે. આપણા બ્રહ્માંડમાં એની મોજુદગી જ નથી તો એ પકડાશે કઇ રીતે? આ પણ વિચારવા જેવી વાત છે. જો ડાર્ક મેટર બહુપરિમાણીય બલા હોય તો આપણા બ્રહ્માંડમાં એના પકડાવાની શક્યતા નહીવત છે. છતાં અગાઉ જણાવ્યું એમ ભૌતિકવિજ્ઞાનીઓ પૃથ્વી પરની અનોખી પ્રજાતિ છે. એટલે એ લોકો બીજા બ્રહ્માંડમાં રહેલાં પદાર્થને પણ માપી શકાય એવી કોઇ પરોક્ષ રીત લઇ આવે તોય આશ્ચર્ય નહીં થાય.
(પૂર્ણ)
