"ब्लैक होल के बारे में एक छोटी सी किताब"

विचाराधीन विषय की जटिलता के बावजूद, प्रिंसटन विश्वविद्यालय के प्रोफेसर स्टीफन गैबर आज भौतिकी के सबसे अधिक चर्चा वाले क्षेत्रों में से एक के लिए एक कैपेसिटिव, सस्ती और मनोरंजक परिचय प्रदान करते हैं। ब्लैक होल वास्तविक वस्तुएं हैं, न कि केवल एक सोचा प्रयोग! ब्लैक होल सिद्धांत के दृष्टिकोण से बेहद सुविधाजनक हैं, क्योंकि गणितीय रूप से वे अधिकांश खगोल भौतिक वस्तुओं, जैसे सितारों से बहुत सरल हैं। विषमताएं तब शुरू होती हैं जब यह पता चलता है कि ब्लैक होल वास्तव में इतने काले नहीं हैं।

वास्तव में उनके अंदर क्या है? ब्लैक होल में गिरने की कल्पना कैसे की जा सकती है? या हो सकता है कि हम पहले से ही इसमें पड़ रहे हैं और अभी इसके बारे में नहीं जानते हैं?

केर ज्यामिति में, निम्न संपत्ति के साथ एर्गोस्फीयर में पूरी तरह से संलग्न भूगर्भीय कक्ष हैं: उनके साथ जाने वाले कणों में नकारात्मक संभावित ऊर्जाएं होती हैं जो बाकी के पूर्ण द्रव्यमान और संयुक्त इन कणों की गतिज ऊर्जा से आगे निकल जाती हैं। इसका मतलब है कि इन कणों की कुल ऊर्जा नकारात्मक है। यह ऐसी परिस्थिति है जिसका उपयोग पेनरोज प्रक्रिया में किया जाता है। एर्गोस्फीयर के अंदर होने के कारण, एक जहाज जो ऊर्जा का उत्पादन करता है, वह इस तरह से एक शेल को गोली मारता है कि यह नकारात्मक ऊर्जा के लिए इन कक्षाओं में से एक के साथ चलता है। ऊर्जा के संरक्षण के नियम के अनुसार, जहाज को खोई हुई शेष द्रव्यमान के लिए क्षतिपूर्ति करने के लिए पर्याप्त गतिज ऊर्जा प्राप्त होती है, जो प्रक्षेप्य की ऊर्जा के बराबर होती है, और प्रक्षेप्य की शुद्ध नकारात्मक ऊर्जा के सकारात्मक समकक्ष को प्राप्त करने के अलावा। चूंकि ब्लैक होल में एक शॉट के बाद प्रक्षेप्य गायब हो जाना चाहिए, इसलिए इसे कुछ कचरे से बाहर करना अच्छा होगा। एक तरफ, एक ब्लैक होल अभी भी कुछ भी खाता है, लेकिन दूसरी ओर, यह हमारे द्वारा निवेश की तुलना में अधिक ऊर्जा लौटाएगा। इसलिए, इसके अलावा, हमने जो ऊर्जा हासिल की है वह "हरी" होगी!

केर ब्लैक होल से निकाली जाने वाली ऊर्जा की अधिकतम मात्रा इस बात पर निर्भर करती है कि छेद कितनी तेजी से घूमता है। सबसे चरम मामले में (उच्चतम संभव रोटेशन गति पर), स्पेस-टाइम रोटेशन ऊर्जा ब्लैक होल की कुल ऊर्जा का लगभग 29% है। आप सोच सकते हैं कि यह बहुत अधिक नहीं है, लेकिन यह मत भूलो कि यह कुल आराम द्रव्यमान का एक अंश है! तुलना के लिए, याद रखें कि रेडियोधर्मी क्षय ऊर्जा पर काम करने वाले परमाणु रिएक्टर शेष द्रव्यमान के बराबर एक प्रतिशत ऊर्जा के दसवें हिस्से से कम का उपयोग करते हैं।

घूर्णन ब्लैक होल के क्षितिज के अंदर का स्पेस-टाइम ज्यामिति, श्वार्ज़स्चिल्ड स्पेस-टाइम से बहुत अलग है। हमारी जांच का पालन करें और देखें कि क्या होता है। सबसे पहले, सब कुछ श्वार्स्चिल्ड मामले के समान दिखता है। पहले की तरह, अंतरिक्ष-समय ढहना शुरू हो जाता है, ब्लैक होल के केंद्र की ओर अपने बाद सब कुछ खींचता है, और ज्वारीय बल बढ़ने लगते हैं। लेकिन केर मामले में, इससे पहले कि त्रिज्या गायब हो जाती है, पतन धीमा हो जाता है और रिवर्स होने लगता है। तेजी से घूमने वाले ब्लैक होल में, यह लंबे समय से पहले हो जाएगा जब ज्वारीय बल जांच की अखंडता को खतरे में डालने के लिए पर्याप्त हो जाते हैं। सहज रूप से यह समझने के लिए कि ऐसा क्यों होता है, हम याद करते हैं कि न्यूटोनियन यांत्रिकी में रोटेशन के दौरान एक तथाकथित केन्द्रापसारक बल है। यह बल मूलभूत भौतिक बलों में से एक नहीं है: यह मूलभूत बलों की संयुक्त कार्रवाई के परिणामस्वरूप उत्पन्न होता है, जो रोटेशन की स्थिति को सुनिश्चित करने के लिए आवश्यक है। परिणाम को एक प्रभावी बल के रूप में बाहर की ओर निर्देशित किया जा सकता है - एक केन्द्रापसारक बल। आप इसे तेज चलने वाली कार में तेज मोड़ में महसूस करते हैं। और यदि आप कभी हिंडोला चलाते हैं, तो आप जानते हैं कि यह जितना तेजी से घूमता है, उतनी ही मुश्किल से आपको हथेलियों पर पकड़ना पड़ता है, क्योंकि यदि आप उन्हें जाने देते हैं, तो आपको बाहर निकाल दिया जाएगा। अंतरिक्ष-समय के लिए यह सादृश्य आदर्श नहीं है, लेकिन यह सार को सही ढंग से बताता है। केर ब्लैक होल के अंतरिक्ष-समय में गति का क्षण एक प्रभावी केन्द्रापसारक बल प्रदान करता है जो गुरुत्वाकर्षण आकर्षण का प्रतिकार करता है। जब क्षितिज के भीतर का पतन अंतरिक्ष-समय को छोटे रेडी की ओर खींचता है, तो केन्द्रापसारक बल बढ़ जाता है और अंततः पतन का प्रतिकार करने में सक्षम हो जाता है और फिर इसे उलट देता है।

फिलहाल जब पतन बंद हो जाता है, तो जांच ब्लैक होल के आंतरिक क्षितिज नामक स्तर तक पहुंच जाती है। इस बिंदु पर, ज्वारीय बल छोटे होते हैं, और जांच के बाद, यह घटना क्षितिज को पार कर गया है, केवल इसे पहुंचने के लिए कुछ परिमित समय की आवश्यकता है। हालांकि, अंतरिक्ष-समय के पतन की मात्र समाप्ति का मतलब यह नहीं है कि हमारी समस्याएं पीछे हैं और यह कि किसी भी तरह से रोटेशन ने श्वार्जस्किल्ड ब्लैक होल के अंदर विलक्षणता को समाप्त कर दिया। अब तक इतनी दूर! वास्तव में, 1960 के दशक के मध्य में, रोजर पेनरोज़ और स्टीफन हॉकिंग ने विलक्षणता पर प्रमेयों की एक प्रणाली साबित की, जिसमें से यह कहा गया कि यदि गुरुत्वाकर्षण का पतन हुआ, भले ही यह छोटा था, तो इसके परिणामस्वरूप कुछ विलक्षणता बन सकती है। श्वार्ज़चाइल्ड मामले में, यह एक व्यापक और भारी विलक्षणता है जो क्षितिज के भीतर सभी स्थान को वश में करता है। केर के फैसले में, विलक्षणता अलग तरह से व्यवहार करती है और, इसे अप्रत्याशित रूप से कहा जाना चाहिए। जब जांच आंतरिक क्षितिज पर पहुंचती है, तो केर विलक्षणता अपनी उपस्थिति का खुलासा करती है - लेकिन यह पता चलता है कि यह जांच की विश्व रेखा के कारण अतीत में होता है। यह ऐसा है जैसे विलक्षणता हमेशा थी, लेकिन अब केवल जांच ने महसूस किया कि इसका प्रभाव कैसे पहुंचा। आप कहेंगे कि यह शानदार लग रहा है, और यह सच है। और अंतरिक्ष-समय की तस्वीर में कई विसंगतियाँ हैं, जिनसे यह भी स्पष्ट है कि इस उत्तर को अंतिम नहीं माना जा सकता है।

आंतरिक क्षितिज पर पहुंचने वाले पर्यवेक्षक के अतीत में दिखाई देने वाली विलक्षणता के साथ पहली समस्या यह है कि इस समय आइंस्टीन के समीकरण स्पष्ट रूप से यह अनुमान नहीं लगा सकते हैं कि इस क्षितिज के बाहर स्पेसटाइम का क्या होगा। यही है, एक अर्थ में, एक विलक्षणता की उपस्थिति कुछ भी हो सकती है। शायद वास्तव में क्या होता है यह क्वांटम गुरुत्वाकर्षण के सिद्धांत द्वारा हमें समझाया जा सकता है, लेकिन आइंस्टीन के समीकरण हमें यह पता लगाने का कोई मौका नहीं देते हैं। ब्याज से बाहर, हम नीचे वर्णन करते हैं कि क्या होता है यदि आपको आवश्यकता होती है कि अंतरिक्ष-समय क्षितिज का अंतर गणितीय रूप से जितना संभव हो उतना आसान हो (यदि मीट्रिक कार्य हैं, जैसा कि गणितज्ञ कहते हैं, "विश्लेषणात्मक"), लेकिन ऐसी धारणा के लिए कोई स्पष्ट भौतिक आधार नहीं है। कोई। वास्तव में, आंतरिक क्षितिज के साथ दूसरी समस्या बिल्कुल विपरीत होती है: वास्तविक ब्रह्मांड में, जिसमें ब्लैक होल के बाहर पदार्थ और ऊर्जा मौजूद होती है, आंतरिक क्षितिज पर स्थान-समय बहुत अस्थिर हो जाता है, और वहां एक पाश जैसी विलक्षणता हो जाती है। यह श्वार्ज़स्चिल्ड समाधान में विलक्षणता की अनंत ज्वारीय शक्ति के रूप में विनाशकारी रूप से कार्य नहीं करता है, लेकिन किसी भी मामले में इसकी उपस्थिति चिकनी विश्लेषणात्मक कार्यों की धारणा से होने वाले परिणामों को एक संदेह बनाती है। शायद यह अच्छा है - बहुत ही अजीब चीजें एक विश्लेषणात्मक विस्तार की धारणा को पकड़ती हैं।


संक्षेप में, एक टाइम मशीन बंद टाइमलाइक कर्व्स के क्षेत्र में काम करती है। विलक्षणता से दूर, कोई बंद टाइमलाइक वक्र नहीं हैं, और विलक्षणता क्षेत्र में प्रतिकारक बलों के अलावा, अंतरिक्ष-समय काफी सामान्य दिखता है। हालांकि, गति मार्ग हैं (वे जियोडेसिक नहीं हैं, इसलिए आपको रॉकेट इंजन की आवश्यकता होगी) जो आपको बंद समय-जैसे घटता के क्षेत्र में ले जाएगा। एक बार जब आप वहां पहुंच जाते हैं, तो आप टी कोऑर्डिनेट के साथ किसी भी दिशा में आगे बढ़ सकते हैं, जो दूर के पर्यवेक्षक के समय को दर्शाता है, लेकिन आपके अपने समय में, आप हमेशा आगे बढ़ेंगे। और इसका मतलब यह है कि आप जिस भी समय चाहते हैं, उस समय के किसी भी क्षण में जा सकते हैं, और फिर अंतरिक्ष-समय के दूरस्थ हिस्से में लौट सकते हैं - और यहां तक ​​कि वहां से निकलने से पहले ही पहुंच जाएं। बेशक, अब समय यात्रा के विचार से जुड़े सभी विरोधाभास जीवन में आते हैं: उदाहरण के लिए, क्या होगा अगर, समय पर चलना, आपने अपने पिछले आत्म को इसे त्यागने के लिए मना लिया? लेकिन क्या अंतरिक्ष-समय के ऐसे रूप मौजूद हो सकते हैं और संबंधित विरोधाभासों को कैसे हल किया जा सकता है, ऐसे मुद्दे हैं जो इस पुस्तक के दायरे से परे हैं। हालाँकि, आंतरिक क्षितिज पर "नीली विलक्षणता" समस्या के मामले में, सापेक्षता के सामान्य सिद्धांत में संकेत हैं कि बंद टाइमलाइक वक्रों के साथ स्पेसटाइम के क्षेत्र अस्थिर हैं: जैसे ही आप इनमें से कुछ वक्रों को संयोजित करने का प्रयास करते हैं द्रव्यमान या ऊर्जा की मात्रा, ये क्षेत्र विलक्षण बन सकते हैं। इसके अलावा, हमारे ब्रह्मांड में बनने वाले घूर्णन ब्लैक होल में, यह "ब्लू विलक्षणता" ही है जो नकारात्मक द्रव्यमान के क्षेत्रों (और सभी केर अन्य ब्रह्मांडों में जिसमें सफेद छेद होते हैं) के गठन को रोक सकते हैं। फिर भी, यह तथ्य कि सापेक्षता का सामान्य सिद्धांत इस तरह के अजीब निर्णयों को पेचीदा लगता है। वे, निश्चित रूप से, आसानी से पैथोलॉजिकल घोषित किए जाते हैं, लेकिन हम यह नहीं भूलेंगे कि आइंस्टीन खुद और उनके कई समकालीनों ने ब्लैक होल के बारे में यही बात कही थी।

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