ईथन से पूछें: हो सकता है कि गायब एंटीमैटर ब्लैक होल के अंदर छिपा हो?

ग्रह प्रणाली केप्लर -42 के कलाकार का विचार। हमारे पास यह मानने का हर कारण है कि यह सब पदार्थ से बना है, और एंटीमैटर का नहीं है, लेकिन ब्लैक होल हमें पूरी तरह से अलग कहानी बता सकते हैं - हमारे पास यह स्थापित करने का कोई तरीका नहीं है कि वे किससे मिलकर बने

पूरे ब्रह्मांड के सबसे महान ब्रह्मांडीय रहस्यों में से एक यह है कि एंटीमैटर की तुलना में इसमें इतना अधिक मामला क्यों है। भौतिकी के नियम, जहां तक ​​हम जानते हैं, आप मामले को बनाने और नष्ट करने और समान अनुपात में सख्ती से एंटीमैटर की अनुमति देते हैं। हालांकि, ब्रह्मांड की तारों, आकाशगंगाओं और बड़े पैमाने पर संरचनाओं को देखते हुए, हम पाते हैं कि वे सभी पदार्थ शामिल हैं, और एंटीमैटर की मात्रा नगण्य है। यह ब्रह्मांडीय पहेली कई लोगों का तर्क है कि शायद एंटीमैटर की एक समान मात्रा मौजूद थी, और फिर यह किसी भी तरह से पदार्थ से अलग हो गया। क्या यह संभव है, और एंटीमैटर ब्लैक होल में छिप सकता है? हमारा पाठक पूछता है:

पदार्थ की उपस्थिति और एंटीमैटर की उचित मात्रा की अनुपस्थिति का रहस्य है। कुछ दूर और पुराने ब्लैक होल वर्तमान सिद्धांतों की भविष्यवाणी की तुलना में बहुत तेजी से बनते हैं। क्या गायब एंटीमैटर इन प्रागैतिहासिक ब्लैक होल के अंदर छिप सकता है? क्या सुपरमैसिव ब्लैक होल का द्रव्यमान कम से कम लापता एंटीमैटर की मात्रा के बराबर है?

विचार रोमांचक है। चलो इस सिद्धांत में तल्लीन करते हैं और इसे सुलझाते हैं।


आकाशगंगा क्लस्टर MACSJ0717.5 + 3745 में इस मामले से मिलकर बनता है, जैसे हम करते हैं, या दृष्टि की रेखा पर हम एंटीमैटर के साथ पदार्थ के विनाश के सबूत देखेंगे

जिस भी दिशा में हम ब्रह्मांड का निरीक्षण करते हैं, हर जगह हम एक ही चीज देखते हैं: आकाशगंगाएं और तारे, सभी दिशाओं में और अंतरिक्ष के सभी स्थानों पर, कम से कम औसतन। छोटे पैमानों पर, बेशक, आकाशगंगाएँ एक साथ जमा होती हैं, लेकिन यदि आप सबसे बड़े पैमानों का अध्ययन करते हैं, तो हर जगह यूनिवर्स का औसतन समान गुण (उदाहरण के लिए, घनत्व) होगा। यदि किसी स्थान पर एंटीमैटर से युक्त एक आकाशगंगा होती है, और पदार्थ की नहीं, तो हम पदार्थ / एंटीमैटर के विलोपन के साक्ष्य और पदार्थ और एंटीमैटर के बीच सीमा पर पदार्थ की कमी की एक बड़ी मात्रा देखेंगे। यह तथ्य कि हमें इस तरह के सबूत कहीं नहीं मिले हैं - न तो अलग-अलग आकाशगंगाओं में, न ही आकाशगंगाओं के समूहों में, और न ही आकाशगंगाओं के समूहों को टकराने में - हमें बताता है कि 99.999% + यूनिवर्स में पदार्थ होते हैं, हमारी तरह, और एंटीमैटर की नहीं।


क्लस्टर्स, आकाशगंगाओं में, हमारे आस-पास के स्टार सिस्टम, हमारे अपने सौर मंडल में - हर जगह एंटीमैटर के अनुपात पर गंभीर प्रतिबंध हैं। इसमें कोई शक नहीं है - यूनिवर्स मामले में हर जगह हावी है।

और यह अजीब है, क्योंकि, भौतिकी के नियमों की वर्तमान समझ के अनुसार, हम उन तंत्रों को नहीं जानते हैं जो हमें एंटीमैटर की तुलना में अधिक मामले बनाने की अनुमति देंगे। कण भौतिकी के संदर्भ में, पदार्थ और एंटीमैटर की समरूपता की कल्पना की तुलना में अधिक सख्ती से पोस्ट की गई है। उदाहरण के लिए:

• हर बार एक क्वार्क दिखाई देता है, एक एंटीकार्क बनाया जाता है,
• हर बार क्वार्क नष्ट हो जाता है, एंटीक्वार्क भी नष्ट हो जाता है,
• जब भी लेप्टान दिखाई देता है या नष्ट हो जाता है, उसी लिप्टन परिवार का एंटीलिप्टन उसी तरह से बनता या नष्ट होता है,
• जब भी कोई क्वार्क या लेप्टान आपस में टकराता है, टकराता है या गिरता है, तो प्रतिक्रिया के अंत में क्वार्क और लेप्टान की कुल संख्या (क्वार्क माइनस एंटिकार्क्स, लेप्टन माइनस एंटीलिप्टन) स्थिर रहती है।

ब्रह्मांड में अधिक पदार्थ प्राप्त करने का एकमात्र तरीका अधिक एंटीमैटर भी है।


शुद्ध ऊर्जा [फोटोन] से पदार्थ / एंटीमैटर (बाएं) की एक जोड़ी प्राप्त करना पूरी तरह से प्रतिवर्ती प्रतिक्रिया (दाएं) है, पदार्थ / एंटीमैटर शुद्ध ऊर्जा में बदल सकता है, सत्यानाश कर सकता है। सृजन और सर्वनाश की प्रक्रिया, समीकरण E = mc ^{2 के} पालन ​​से पदार्थ या द्रव्य बनाने और नष्ट करने का एकमात्र ज्ञात तरीका है।

इन तथ्यों की मानक व्याख्या यह है, जबकि यह स्पष्ट नहीं है कि कैसे, लेकिन ब्रह्मांड के अतीत में एंटीमैटर की तुलना में मामला अधिक दिखाई दिया। हॉट बिग बैंग की मानक तस्वीर में, जब ब्रह्मांड बहुत छोटा था, सभी ज्ञात (और यहां तक ​​कि जिन्हें हम बाद में खोजेंगे) कणों के लिए बहुत बड़ी संख्या में कण-एंटीपार्टिकल जोड़े बनाए गए थे। ऐसा इसलिए है क्योंकि उच्च तापमान और घनत्व पर यह संभव है कि आइंस्टीन के E = mc ² के लिए धन्यवाद, शुद्ध ऊर्जा से नए कण-एंटीपार्टिकल जोड़े का उत्पादन किया जाए। समान मात्रा में, ये वाष्प एक बार फिर शुद्ध ऊर्जा (फोटॉन) का उत्पादन करते हैं। ब्रह्मांड के ठंडा होने के साथ, नए जोड़े बनाने की ऊर्जा समाप्त हो जाती है और विनाश शुरू हो जाता है।


ब्रह्मांड के विस्तार और शीतलन के साथ, अस्थिर कण और एंटीपार्टीकल्स क्षय, पदार्थ-एंटीमैटर जोड़े का सफाया करते हैं, और फोटॉन अब नए कणों को बनाने के लिए ऊर्जा के साथ पर्याप्त रूप से टकरा नहीं पा रहे हैं।

यदि हमारे पास पदार्थ और एंटीमैटर की विषमता नहीं है, तो हमारे पास एक यूनिवर्स होगा जिसमें प्रत्येक प्रोटॉन के लिए 10 ²⁰ फोटॉन और एक एंटीप्रॉन हैं। प्रोटॉन और एंटीप्रोटोन के रूप में इलेक्ट्रॉनों और पॉज़िट्रॉन की लगभग समान संख्या होगी - और यह सब। इसके बजाय, हालांकि, हम ब्रह्मांड का निरीक्षण करते हैं, जिसमें प्रत्येक प्रोटॉन के लिए "केवल" 1-2 बिलियन फोटॉन हैं। हम मानते हैं कि प्रारंभिक ब्रह्मांड में एक निश्चित असममित प्रक्रिया थी जो इस विषमता को उत्पन्न करती थी। एक सरल उदाहरण क्षय चैनलों के बारे में अलग-अलग प्राथमिकताओं के साथ कणों और एंटीपार्टिकल्स के एक नए सेट का निर्माण होगा, जिससे एंटीमैटर पर पदार्थ का मामूली लाभ हो सकता है।


ग्रेट यूनिफिकेशन थ्योरी के कुछ गुणों के साथ, पदार्थ और एंटीमैटर (एक्स, वाई, एंटी-एक्स और एंटी-वाई) के बोसॉन का एक सममित संग्रह, एंटीमैटर पदार्थ की असममितता पैदा कर सकता है जिसे हम आज ब्रह्मांड में देखते हैं।

हमारे नए विचार के बारे में क्या? क्या होगा अगर, कुछ शुरुआती समय में, कुछ ने एंटीमैटर को ब्लैक होल में ढहने का कारण बना दिया, तो सामान्य बात को पीछे छोड़ दिया? सब के बाद, हम वास्तव में बड़ी संख्या में बहुत प्रारंभिक सुपरमेसिव BH का निरीक्षण करते हैं! हालांकि, इस तरह के एक असामान्य विचार का समर्थन करने के लिए उनकी उत्पत्ति आवश्यक रूप से एक समस्या या एक अच्छी प्रेरणा नहीं है। नई भौतिकी की भागीदारी के बिना जो कुछ भी समझाया जा सकता है, उसे इस तरह से समझाया जाना चाहिए, और जैसा कि सुपरमैसिव BH के लिए, हमें लगता है कि यह प्रत्यक्ष पतन का मामला है। कुछ बीएचएस के लिए, उपस्थिति के लिए, यह आवश्यक नहीं है कि पहले एक स्टार है जो बाहर जला देगा और सुपरनोवा में बदल जाएगा; वे बस ढहते हैं, जो बीएच के तेजी से बड़े "बीजों" को तेजी से जन्म दे सकता है जो कि हम आज के युवा क्वैसर की उपस्थिति को समझाने के लिए पर्याप्त हैं।


उनके मूल में दूरस्थ बड़े पैमाने पर क्वासर में सुपरमैसिव ब्लैक होल होते हैं। वे एक बड़े "बीज" के बिना बनाना बहुत मुश्किल है, लेकिन प्रत्यक्ष पतन का एक काला छेद इस पहेली को हल कर सकता है। हम क्वासर के गुणों के आधार पर केंद्रीय बीएचएस के द्रव्यमान की गणना भी कर सकते हैं, और यद्यपि वे अविश्वसनीय रूप से बड़े हैं, वे ब्रह्मांड में सामान्य द्रव्यमान की तुलना में बहुत कम द्रव्यमान रखते हैं।

इसलिए सुपरमैसिव ब्लैक होल की ओर न देखें। प्राथमिक ब्लैक होल का विचार भी है, जो समय-समय पर काले पदार्थ को समझाने के लिए एक उम्मीदवार के रूप में पुनर्जीवित होता है। वे बहुत हल्के नहीं हो सकते, या वे बहुत जल्दी वाष्पित हो जाएंगे; वे बहुत भारी नहीं हो सकते, या हम उन्हें नोटिस करेंगे। अधिकांश बड़े अंतराल जिनमें प्राथमिक BH के द्रव्यमान को फिट किया जाना चाहिए, ब्रह्मांड के लापता द्रव्यमान को स्पष्ट करने का दावा करते हुए, पहले से ही बाहर रखा गया है या बहुत तंग ढांचे में ले जाया गया है। प्राथमिक BH बनाने के लिए 68% घनत्व घनत्व (औसत घनत्व से विचलन) की आवश्यकता होती है, लेकिन प्रारंभिक ब्रह्मांड में, सबसे बड़े उतार-चढ़ाव ने 0.006% से अधिक औसत घनत्व से विचलन नहीं किया। वास्तव में, एकमात्र अनुमत द्रव्यमान काल जो कि फिट होता है जिसमें प्राथमिक BHs पर्याप्त रूप से काले पदार्थ के पर्याप्त अनुपात के लिए जिम्मेदार हो सकता है, पहले ही LIGO द्वारा अस्वीकार कर दिया गया है। बीएच संलयन दर की उनकी टिप्पणियों से संकेत मिलता है कि 10 से 100 सौर द्रव्यमान वाले इन बीएचएस का कुल द्रव्यमान महत्वपूर्ण घनत्व के 0.000017% से अधिक नहीं है।


प्राथमिक BH से मिलकर डार्क मैटर पर प्रतिबंध। एकमात्र उपलब्ध "विंडो" जिसमें काले पदार्थ शामिल हो सकते हैं ब्लैक होल हाल ही में ऐसे बड़े अंतराल के ब्लैक होल के स्टोचस्टिक पृष्ठभूमि पर LIGO से प्राप्त प्रतिबंधों द्वारा बंद कर दिया गया है।

इसके अलावा, हम ब्रह्माण्ड में BH के कुल द्रव्यमान का अनुमान लगाने में सक्षम थे, और यह कुल ऊर्जा का लगभग 0.007% था । यह देखते हुए कि बीएच की तुलना में 700 गुना अधिक सामान्य मामला है, एंटीमैटर उनमें छिपा नहीं सकते हैं; एंटीमैटर ने बीएच को जन्म नहीं दिया।

लेकिन हमारे पास यह पता लगाने का एक और तरीका है: भौतिकी के नियमों में समरूपता के नियम हैं जो मायने रखते हैं और एंटीमैटर को संतुष्ट करना चाहिए। इन नियमों में से एक कणों पर काम करने वाली ताकतों पर लागू होता है: कोई फर्क नहीं पड़ता कि बल किस कण पर कार्य करता है, एक ही परिमाण का एक बल (संभवतः विपरीत संकेत के साथ) एंटीपार्टिकल पर कार्य करना चाहिए। लेकिन यह दोनों तरीकों से काम करता है, इसलिए केवल एंटीमैटर पर काम करने वाली कोई ताकत नहीं हो सकती है। यदि आप यूनिवर्स के एंटीमैटर पर कुछ करना चाहते हैं, तो उसे मामले पर भी काम करना चाहिए।


एक एंटीपार्टिकल में एक कण का परिवर्तन और दर्पण में उनका एक साथ प्रतिबिंब सीपी इनवेरियन है। यदि एंटी-मिरर सामान्य की तुलना में अलग-अलग टूट जाता है, तो आक्रमण का उल्लंघन होता है। यदि सीपी टूट गया है, तो समय समरूपता, या टी, टूट गया है। सी, पी, और टी की संयुक्त समरूपता को भौतिकी के वर्तमान नियमों के अनुसार संरक्षित किया जाना चाहिए, जो प्रभावित करता है कि कौन सी बातचीत हो सकती है और कौन नहीं।

इसलिए, भौतिकी के मौजूदा नियमों को देखते हुए, हमें यकीन है कि एंटीमैटर पूरी तरह से ढह नहीं सकता है और सामान्य मामले को पीछे छोड़ते हुए एक ब्लैक होल में बदल सकता है। यदि अंधेरे और सामान्य पदार्थ की मात्रा समान थी, तो इस तरह के तर्क से समझ में आएगा, लेकिन निम्नलिखित बिंदु:

• हमें शुरुआती ब्रह्मांड में सुपरमैसिव BH की उपस्थिति के लिए विदेशी भौतिकी की आवश्यकता नहीं है;
• प्राथमिक बीएचएस यूनिवर्स की संरचनाओं के निर्माण के विचार में फिट नहीं होते हैं, और अधिकांश भाग के लिए उनमें से एक बड़ी संख्या के अस्तित्व को बाहर रखा गया है;
• एंटीमैटर को बीएच में उनके परिवर्तन के लिए बातचीत का अनुभव करने के लिए मना किया जाता है, जबकि बीएच सामान्य मामले से संभव नहीं होगा।

मानक तस्वीर पर वापस जाने के लिए पर्याप्त है। किसी तरह, ब्रह्मांड ने एंटीमैटर की तुलना में बहुत अधिक उत्पादन किया, कुछ बिंदु पर बहुत दूर अतीत में, और यही कारण है कि आप और मैं दिखाई देने में सक्षम थे। जिस तरह से यह हुआ वह आज के भौतिकी के सबसे महान अनसुलझे रहस्यों में से एक है।


प्रारंभिक ब्रह्मांड पदार्थ और एंटीमैटर से भरा था, जो विकिरण के समुद्र में थे। लेकिन जब यह सब ठंडा होने के बाद नष्ट हो गया, तो थोड़ी सी बात रह गई। इस प्रक्रिया का एक सटीक विवरण बेरोजेनेसिस की समस्या के रूप में जाना जाता है, और भौतिकी में सबसे बड़ी अनसुलझी समस्याओं में से एक है।