गणितज्ञों ने ब्लैक होल को बचाने के लिए बनाई गई परिकल्पना को अस्वीकार कर दिया है

गणितज्ञों ने ब्रह्मांडीय सेंसरशिप के एक मजबूत सिद्धांत के अस्तित्व की परिकल्पना को अस्वीकार कर दिया है। उनका काम सापेक्षता के सामान्य सिद्धांत के अध्ययन में सबसे महत्वपूर्ण प्रश्नों में से एक का जवाब देता है और जिस तरह से हम अंतरिक्ष-समय के बारे में बात करते हैं, उसे बदलता है।

इसके निर्माण के लगभग 40 साल बाद, गणितज्ञों ने सापेक्षता के सामान्य सिद्धांत के अध्ययन में सबसे उत्कृष्ट प्रश्नों में से एक पर फैसला किया। इंटरनेट पर आखिरी गिरावट में प्रकाशित एक पेपर में , गणितज्ञ माइकल्स डेफरमोस और जोनाथन लक ने साबित किया कि ब्लैक होल की अजीब संरचना से संबंधित ब्रह्मांडीय सेंसरशिप के सिद्धांत का मजबूत रूप गलत है।

प्रिंसटन यूनिवर्सिटी के गणितज्ञ, इगोर रॉडेनस्की ने कहा, "व्यक्तिगत रूप से, मैं इस काम को एक अविश्वसनीय उपलब्धि मानता हूं - सामान्य सापेक्षता की हमारी समझ में एक गुणात्मक छलांग।"

1979 में प्रभावशाली भौतिक विज्ञानी रोजर पेनरोज़ द्वारा अंतरिक्ष सेंसरशिप के सिद्धांत का एक शक्तिशाली रूप प्रस्तावित किया गया था। यह जाल से बचने का एक तरीका था। दशकों की सामान्य सापेक्षता के द्वारा, अल्बर्ट आइंस्टीन ने ब्रह्मांड के बड़े पैमाने पर घटनाओं के सर्वश्रेष्ठ वैज्ञानिक विवरण के रूप में शासन किया है। हालांकि, 1960 के दशक की गणितीय उपलब्धियों से पता चला कि आइंस्टीन के समीकरणों को ब्लैक होल पर लागू होने पर अप्रिय असंगति मिली। पेनरोज़ का मानना ​​था कि यदि ब्रह्मांडीय सेंसरशिप का उनका मजबूत सिद्धांत सत्य है, तो इसे गणितीय विशेषता मानते हुए और भौतिक दुनिया का वास्तविक विवरण नहीं होने पर, पूर्वानुमान की कमी को अनदेखा किया जा सकता है।

"पेनरोज़ एक परिकल्पना के साथ आया था, जो अनिवार्य रूप से जादुई रूप से इस तरह के अप्रिय व्यवहार से छुटकारा पाने की कोशिश करता है," प्रिंसटन के एक गणितज्ञ डेफरमोस ने कहा।

एक नया काम पेनरोज़ के सपने को तोड़ता है। उसी समय, वह अन्य तरीकों से अपनी महत्वाकांक्षाओं को पूरा करती है, यह दिखाती है कि ब्लैक होल के इनसाइड की उनकी सहज समझ सही थी, बस उन कारणों के लिए नहीं जिन पर उन्हें संदेह था।

सापेक्षता का नश्वर पाप

शास्त्रीय भौतिकी में, ब्रह्मांड पूर्वानुमान योग्य है। यदि आप भौतिक प्रणाली और इसकी प्रारंभिक स्थिति को नियंत्रित करने वाले कानूनों को जानते हैं, तो आपको इसके विकास को अनन्तता पर ट्रैक करने में सक्षम होना चाहिए। यह अधिकतम काम करता है कि क्या आप न्यूटन के नियमों का उपयोग करने के लिए एक बिलियर्ड गेंद की भविष्य की स्थिति का अनुमान लगाने की कोशिश कर रहे हैं, मैक्सवेल का समीकरण विद्युत चुम्बकीय क्षेत्र का वर्णन करने के लिए, या आइंस्टीन के जीआरटी से अंतरिक्ष-समय के रूप के विकास की भविष्यवाणी करने के लिए। "यह सभी शास्त्रीय भौतिकी का मूल सिद्धांत है, जिसे न्यूटनियन यांत्रिकी में वापस खोजा जा सकता है," ईटीएच ज्यूरिख के एक गणितज्ञ और आइंस्टीन के समीकरणों के अध्ययन में एक प्रमुख विशेषज्ञ डेमेट्रियोस हिस्ट्रोडुलु ने कहा। "विकास प्रारंभिक डेटा के आधार पर निर्धारित किया जा सकता है।"

लेकिन 1960 के दशक में, गणितज्ञों ने एक भौतिक परिदृश्य की खोज की जिसमें आइंस्टीन के गुरुत्वाकर्षण क्षेत्र के समीकरणों - एक पूर्वानुमानित ब्रह्मांड का वर्णन करने के लिए अपने जीआर के मूल को बनाते हैं। गणितज्ञों और भौतिकविदों ने देखा है कि जब वे एक घूर्णन ब्लैक होल के अंदर अंतरिक्ष-समय के विकास को मॉडल करते हैं तो कुछ गलत हो जाता है।

यह समझने के लिए कि क्या गलत हुआ, अपने आप को ब्लैक होल में गिरने की कल्पना करें। सबसे पहले आप घटनाओं के क्षितिज को पार करते हैं, नो रिटर्न का बिंदु (हालांकि आपके लिए यह साधारण स्थान से अलग नहीं है)। यहां, आइंस्टीन के समीकरण अभी भी उसी तरह काम करते हैं, जैसे भविष्य में अंतरिक्ष समय कैसे बदल जाएगा, इसका एकल, निर्धारक पूर्वानुमान देता है।


BH के वापस न आने की बात के अलावा दूसरा क्षितिज है - कॉची क्षितिज । आइंस्टीन के समीकरण कॉची क्षितिज से परे समाधानों के लिए कई विकल्प देते हैं, जिसका अर्थ होगा कि ब्रह्मांड मौलिक रूप से अप्रत्याशित है।

ब्रह्मांडीय सेंसरशिप के मजबूत सिद्धांत का कहना है कि कॉची क्षितिज पर स्पेसटाइम समाप्त होता है, इसलिए आइंस्टीन के समीकरणों को दुनिया का और वर्णन करने की आवश्यकता नहीं है।
लेकिन एक नए अध्ययन से पता चलता है कि इस क्षितिज से परे अंतरिक्ष-समय है, हालांकि यह आइंस्टीन के समीकरणों का उपयोग करने के लिए पर्याप्त चिकना नहीं है - यह पूर्वानुमानशीलता को बरकरार रखता है।

यदि आप BH के अंदर अपनी यात्रा जारी रखते हैं, तो आप अंततः एक और क्षितिज को पार करेंगे, जिसे कॉची क्षितिज के रूप में जाना जाएगा। और फिर सब कुछ पागल हो जाता है। आइंस्टीन के समीकरण अंतरिक्ष-समय के कई रूपों का उत्पादन करना शुरू करते हैं। वे सभी एक दूसरे से अलग हैं, लेकिन समीकरणों को संतुष्ट करते हैं। सिद्धांत यह नहीं कह सकता कि कौन सा विकल्प सही होगा। भौतिक सिद्धांत के लिए, यह एक नश्वर पाप है।

कनाडा में गुलेफ विश्वविद्यालय के भौतिक विज्ञानी एरिक पॉइसन ने कहा, "सामान्य सापेक्षता में हमें जो पूर्वानुमान प्रतीत होता है उसका नुकसान बहुत अप्रिय था।"

रोजर पेनरोज़ ने आइंस्टीन के समीकरणों में भविष्यवाणी को बहाल करने के लिए ब्रह्मांडीय सेंसरशिप के मजबूत सिद्धांत का प्रस्ताव दिया। यह कहता है कि कॉची क्षितिज एक विशुद्ध गणितीय निर्माण है। यह एक आदर्श परिदृश्य में मौजूद हो सकता है जिसमें यूनिवर्स में एक ही घूर्णन ब्लैक होल के अलावा कुछ भी नहीं है, लेकिन यह वास्तविकता में मौजूद नहीं हो सकता है।

इसका कारण, उनकी राय में, यह था कि कॉची क्षितिज अस्थिर है। उन्होंने कहा कि इसके माध्यम से गुजरने वाली किसी भी गुरुत्वाकर्षण तरंगों को एक विलक्षणता - अनंत घनत्व के एक खंड में, अंतरिक्ष-समय को फाड़ते हुए इसके पतन को भड़काना चाहिए। चूंकि वास्तविक ब्रह्मांड ऐसी तरंगों से भरा है, इसलिए कुची क्षितिज प्रकृति में दिखाई नहीं देना चाहिए।

नतीजतन, यह पूछने का कोई मतलब नहीं है कि अंतरिक्ष-समय के बाद स्पेस-टाइम का क्या होता है, क्योंकि स्पेस-टाइम, जैसा कि जीआर के ढांचे में वर्णित है, मौजूद नहीं है। "इस पहेली से बाहर निकलने का एक तरीका है," डेफरमोस ने कहा।

लेकिन इस नए काम से पता चलता है कि कैची क्षितिज द्वारा परिभाषित अंतरिक्ष-समय सीमा का विलक्षणता की तुलना में पेनल की तुलना में कम है।

ब्लैक होल को बचाएं

स्टैनफोर्ड के गणितज्ञ डेफरमोस और लक ने साबित किया कि कॉची क्षितिज पर स्थिति इतनी सरल नहीं है। उनका काम अंतरिक्ष सेंसरशिप के बारे में पेनरोज़ के प्रारंभिक बयान के अक्षर का आक्रामक रूप से खंडन करता है, लेकिन उनकी भावना को पूरी तरह से खारिज नहीं करता है।

संस्थान के पूर्व डेफरमोस संरक्षक क्रिस्टोडौलू द्वारा दस साल पहले विकसित किए गए तरीकों के आधार पर, दंपति ने दिखाया कि कॉची का क्षितिज वास्तव में एक विलक्षणता का निर्माण कर सकता है, लेकिन पेनरोज़ से ऐसी उम्मीद नहीं थी। उनके काम में विलक्षणता पेनरोज़ की तरह तेज नहीं है - उन्हें एक कमजोर, "हल्का" विलक्षणता मिली जहां उन्हें "स्थानिक" खोजने की उम्मीद थी। विलक्षणता का एक कमजोर रूप अंतरिक्ष-समय के कपड़े को आकर्षित करता है, लेकिन इसे फाड़ नहीं करता है। “हमारे प्रमेय का कहना है कि कॉची क्षितिज को पार करने वाले पर्यवेक्षक ज्वारीय बलों द्वारा फाड़े नहीं जाते हैं। उन्होंने कहा कि वे इंजेक्शन को महसूस कर सकते हैं, लेकिन वे नहीं फाड़ेंगे।

चूंकि कॉची क्षितिज पर बनने वाली विलक्षणता ब्रह्मांडीय सेंसरशिप के मजबूत सिद्धांत की भविष्यवाणी करने वाले की तुलना में नरम है, इसलिए जीटीआर यह अनुमान लगाने पर प्रतिबंध नहीं लगाता है कि अंदर क्या हो रहा है। कैम्ब्रिज विश्वविद्यालय के भौतिक विज्ञानी, हार्वे रियाल ने कहा, "यह अभी भी कॉची क्षितिज को निर्धारित करने के लिए समझ में आता है, क्योंकि हम चाहें, तो इससे आगे अंतरिक्ष-समय का विस्तार कर सकते हैं।"

डेफरमोस और लक ने साबित कर दिया है कि स्पेसटाइम कॉची क्षितिज से परे फैली हुई है। उन्होंने यह भी साबित किया कि एक ही शुरुआती बिंदु से यह अलग-अलग तरीकों से जारी रह सकता है। डेफरमोस ने कहा, क्षितिज से परे, "कई ऐसी निरंतरताएं हैं जिन पर विचार किया जा सकता है, और उनमें से किसी एक को पसंद करने का कोई कारण नहीं है।"

हालांकि - और यहां उनके काम की चाल निहित है - अंतरिक्ष-समय के इन गैर-अद्वितीय एक्सटेंशन का मतलब यह नहीं है कि आइंस्टीन के समीकरण क्षितिज से परे टूटते हैं।

आइंस्टीन के समीकरण समय के साथ स्थान-परिवर्तन को माप कर काम करते हैं। गणितीय शब्दों में, प्रारंभिक स्थान-समय कॉन्फ़िगरेशन का व्युत्पन्न लेना आवश्यक है। और व्युत्पन्न लेने के लिए, यह आवश्यक है कि अंतरिक्ष-समय पर्याप्त रूप से "सुचारू" हो - असंतोष से मुक्त। डेफरमोस और लक बताते हैं कि हालांकि स्पेस-टाइम कॉची क्षितिज से परे मौजूद है, यह विस्तारित स्पेस-टाइम आइंस्टीन के समीकरणों को संतुष्ट करने के लिए पर्याप्त चिकना नहीं होगा। इसलिए, हालांकि ब्रह्मांडीय सेंसरशिप के मजबूत सिद्धांत को भंग कर दिया गया है, समीकरण गैर-अनूठे समाधान जारी करने की शर्म से मुक्त हैं।

“यह कैची क्षितिज के बारे में बात करने के लिए समझ में आता है; हालांकि, आप इसे आइंस्टीन के समीकरणों को हल करने के हिस्से के रूप में पारित नहीं कर सकते, रियाल ने कहा। "मुझे लगता है कि उन्होंने ठोस सबूत पेश किए हैं कि ऐसा है।"

इस परिणाम की कल्पना एक अप्रिय समझौते के रूप में की जा सकती है: हालांकि यह कैची क्षितिज से परे अंतरिक्ष-समय को जारी रखना संभव है, आइंस्टीन के समीकरणों को हल नहीं किया जा सकता है। लेकिन यह वास्तव में इस तरह के समझौते के अस्तित्व का तथ्य है जो डेफरमॉस और लक के काम को इतना दिलचस्प बनाता है।

"वास्तव में, आइंस्टीन के समीकरणों में एक नई घटना की खोज की गई है," रॉडेनस्की ने कहा।