(A) मान लीजिए ब्रह्मांड की त्रिज्या $R$ है। मान लीजिए कि हाइड्रोजन परमाणु समान रूप से वितरित हैं। ब्रह्मांड का विस्तार तब शुरू होगा यदि $R$ पर स्थित हाइड्रोजन परमाणु पर कूलम्ब प्रतिकर्षण,गुरुत्वाकर्षण आकर्षण से अधिक हो।
हाइड्रोजन परमाणु में एक प्रोटॉन और एक इलेक्ट्रॉन होता है। प्रत्येक हाइड्रोजन परमाणु पर नेट आवेश:
$q = e_p + e = -(1 + y)e + e = -ye$.
गोले की सतह पर $R$ दूरी पर विद्युत क्षेत्र की तीव्रता $E$ है। गॉस के प्रमेय के अनुसार:
$\oint \vec{E} \cdot d\vec{S} = \frac{q_{enclosed}}{\epsilon_0}$
$E(4\pi R^2) = \frac{1}{\epsilon_0} \left( \frac{4}{3} \pi R^3 N |ye| \right)$
$E = \frac{N|ye|R}{3\epsilon_0}$.
$R$ दूरी पर हाइड्रोजन परमाणु पर कूलम्ब बल:
$F_C = qE = (ye) \left( \frac{NyeR}{3\epsilon_0} \right) = \frac{y^2 e^2 N R}{3\epsilon_0}$.
$R$ दूरी पर गुरुत्वाकर्षण क्षेत्र $G_R$:
$G_R = \frac{4}{3} \pi G m_p N R$.
परमाणु पर गुरुत्वाकर्षण बल:
$F_G = m_p G_R = \frac{4}{3} \pi G m_p^2 N R$.
विस्तार तब शुरू होता है जब $F_C > F_G$:
$\frac{y^2 e^2 N R}{3\epsilon_0} > \frac{4}{3} \pi G m_p^2 N R$
$y^2 > \frac{4 \pi G m_p^2 \epsilon_0}{e^2}$.
अतः,क्रांतिक मान $y = \sqrt{\frac{4 \pi G m_p^2 \epsilon_0}{e^2}}$ है।
$(b)$ परमाणु पर नेट बल $F_{net} = F_C - F_G = kR$ है,जहाँ $k = \frac{y^2 e^2 N}{3\epsilon_0} - \frac{4}{3} \pi G m_p^2 N$ है। चूंकि $F = ma$,त्वरण $a = \frac{k}{m_p} R$ है। चूंकि $a = \frac{dv}{dt} = v \frac{dv}{dR}$,$v dv = \frac{k}{m_p} R dR$ का समाकलन करने पर $v^2 \propto R^2$ प्राप्त होता है,इसलिए $v \propto R$।