अरे नासा, और ब्लैक होल मौजूद हैं!

"मेरा लक्ष्य सरल है: ब्रह्मांड की संरचना को पूरी तरह से समझना और यह समझना कि ऐसा क्यों है और यह क्यों मौजूद है।"
स्टीफन हॉकिंग

अनुवादक से। और आपने, ह्राहज़िटेल ने देखा कि अंतरिक्ष का विषय अधिक लोकप्रिय हो रहा है? क्यूरियोसिटी मंगल पर विजय प्राप्त करता है, वर्जिन गेलेक्टिक उप-अंतरिक्ष संबंधी उड़ानों के लिए टिकट बेचता है, और चीन चांद पर पहुंचने वाला तीसरा देश है। वास्तव में, अंतरिक्ष सिद्धांत में और भी अधिक परिवर्तन हो रहे हैं। यह मध्यम लेख चर्चा करेगा कि वैज्ञानिकों ने पिछले कुछ वर्षों में ब्लैक होल की अपनी धारणा को कैसे बदला है। मैं भौतिक विज्ञानी नहीं हूं, इसलिए अनुवाद में गलतियों को बाहर नहीं किया गया है - पीएम में लिखें या विस्तार से (ताकि हर कोई समझ सके और दिलचस्प हो) टिप्पणियों में। अग्रिम धन्यवाद और पढ़ने का आनंद लें!
(जेपीईजी / पीएनजी पर दावा लेख के लेखक को भेजा जाना चाहिए।)

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आपके और मेरे लिए, ब्रह्मांड के बाहरी इलाके में रहना, ग्रह पृथ्वी गुरुत्वाकर्षण का मुख्य स्रोत है। उसके गुरुत्वाकर्षण के आलिंगन से बाहर निकलने के लिए, दूसरे ब्रह्मांडीय वेग को पार करने की आवश्यकता है - हमारे ग्रह द्वारा बनाए गए गुरुत्वाकर्षण खिंचाव को दूर करने के लिए आवश्यक सबसे कम वेग। लोगों ने पहले ही इसे एक से अधिक बार सफलतापूर्वक पूरा कर लिया है - सभी में, यह 11.2 किमी / सेकंड (प्रकाश की गति का 0.004%) में तेजी लाने का व्यवसाय है।



अंतरिक्ष में क्या हो रहा है, इसकी तुलना में, गति बिल्कुल महान नहीं है। एक ओर, हमारे ग्रह में 6 × 10 ^ 24 किलो का एक सभ्य द्रव्यमान है। दूसरी ओर, यह सभी द्रव्यमान अंतरिक्ष की एक बड़ी मात्रा में वितरित किया जाता है, और इसलिए पृथ्वी से भागने की गति इतनी मामूली है।

हमें भौतिक विज्ञान के नियमों की अनुमति दें कि वह पृथ्वी को पदार्थ के अधिक सघन रूप में संकुचित कर दे, दूसरा ब्रह्मांडीय वेग काफी बढ़ जाएगा। 1 सेमी से कम की त्रिज्या के साथ एक गेंद को हमारे ग्रह को कम करें - और कोई भी और कुछ भी इससे दूर नहीं उड़ सकता है। प्रकाश भी। तो, कलाई की एक चंचलता के साथ, पृथ्वी एक ब्लैक होल में बदल जाती है।



निर्वात में प्रकाश की गति सामान्य गति सीमा है। ब्रह्माण्ड में इतनी कम मात्रा में विशाल द्रव्यमान के संकेंद्रण के स्थान हैं कि कुछ भी उनसे बच नहीं सकता है। लंबे समय तक, ब्लैक होल केवल सिद्धांत में मौजूद थे: यह माना गया था कि इतने विशाल द्रव्यमान को अंतरिक्ष की एक छोटी मात्रा में फिट करना असंभव था। कई मनोरंजक अंतरिक्ष खोजों से स्थिति बदल गई थी।

उदाहरण के लिए, अविश्वसनीय रूप से मजबूत एक्स-रे और रेडियो उत्सर्जन के साथ अंतरिक्ष के बिल्कुल अंधेरे क्षेत्र पाए गए। या तारे टुकड़े-टुकड़े हो जाते हैं: उनका पदार्थ कहीं लीक हो रहा था, लेकिन एक भी सुपरमैसिव तारा पास नहीं था। अंत में, हमारी आकाशगंगा के केंद्र में, तारे एक अदृश्य वस्तु के चारों ओर घूमते हैं, जिसका द्रव्यमान लगभग 4 मिलियन सौर द्रव्यमान है। और प्रकाश की किरण नहीं।



हाँ, यह ब्लैक होल है! आइंस्टीन के सापेक्षता के सामान्य सिद्धांत की भविष्यवाणी है कि ब्लैक होल को अंतरिक्ष को विकृत करना चाहिए, जिससे रोचक ऑप्टिकल प्रभाव पैदा होते हैं (बस ब्लैक होल के पीछे की जगह को देखें )।



तो, क्या ऐसी वस्तुएं पूरी तरह से, पूरी तरह से और पूरी तरह से काली हैं और कुछ भी उनसे दूर नहीं उड़ सकता है? सवाल तार्किक है, लेकिन बहुत लंबे समय तक यह अनुत्तरित रहा। तथ्य यह है कि, आइंस्टीन के सिद्धांत के अनुसार, ब्लैक होल शास्त्रीय वस्तुएं थीं, अर्थात, उन्हें निरंतर अंतरिक्ष-समय द्वारा वर्णित किया जाना था और द्रव्यमान, आवेश और कोणीय गति थी। लेकिन हम जानते हैं कि हमारी वास्तविकता में, पदार्थ और ऊर्जा स्वाभाविक रूप से निरंतर से अधिक असतत हैं। दुर्भाग्य से, कोई भी क्वांटम यांत्रिकी दोस्तों को सापेक्षता के सामान्य सिद्धांत के साथ बनाने में सफल नहीं हुआ है।



ऐसा लगता है कि प्रकृति द्वारा ब्रह्मांड अभी भी असतत है, लेकिन अभी भी अंतरिक्ष-समय का कोई क्वांटम सिद्धांत नहीं है। और चूंकि गुरुत्वाकर्षण का कोई क्वांटम सिद्धांत नहीं है, ब्लैक होल से निपटने का एकमात्र तरीका हमारे असतत ब्रह्मांड की गणना (यहां क्वांटम फील्ड सिद्धांत काम आएगा) घुमावदार अंतरिक्ष समय में सापेक्षता के सामान्य सिद्धांत द्वारा भविष्यवाणी की जाती है।



आसान काम नहीं है। मुझे पहले से ही पता है: वह गणना में लगा हुआ था । और वह पहले से बहुत दूर था। पहला स्टीफन हॉकिंग था: 70 के दशक के मध्य में, उन्होंने सार यूनिवर्स में एक असतत के एक मॉडल को ध्यान में लाया, जो घुमावदार अंतरिक्ष-समय में मौजूद है (और अंतरिक्ष एक ब्लैक होल के कारण घुमावदार था)।

So. एक वैक्यूम में, क्वांटम उतार-चढ़ाव लगातार पैदा होते हैं और गायब हो जाते हैं, अर्थात्, "कण + एंटीपार्टिकल" जोड़े। इसी समय, एक ब्लैक होल घटना क्षितिज है - जो कुछ भी इसमें गिरता है वह अब वापस प्राप्त करने में सक्षम नहीं होगा।



लेकिन क्या होगा अगर उतार-चढ़ाव क्षितिज पर सही प्रतीत होता है? दरअसल, इस मामले में, एंटीपार्टिकल में गिरने का एक मौका है, और कण - बाहर तोड़ने के लिए! ऊर्जा के संरक्षण के नियम के अनुसार, एक ब्लैक होल को द्रव्यमान खोना चाहिए। एक ब्लैक होल का उत्सर्जन स्पेक्ट्रम पूरी तरह से ब्लैक बॉडी के समान है, और इसके द्रव्यमान और आसपास के स्थान की वक्रता द्वारा निर्धारित किया जाता है। (क्वांटम क्षेत्र सिद्धांत स्पेक्ट्रम की सही गणना करने में मदद करेगा।) अन्य सभी बीएच विशेषताओं - जीवन प्रत्याशा, वाष्पीकरण समय, ऊर्जा हानि दर - इस घटना से निर्धारित होती है, जिसे हम "हॉकिंग विकिरण" नाम से जानते हैं।

दूसरे शब्दों में, ब्लैक होल इतने काले नहीं होते हैं!



मान लें कि हमारे पास गुरुत्वाकर्षण का पूर्ण, व्यापक क्वांटम सिद्धांत नहीं है। जबकि हम उन उपकरणों के साथ बहुत अच्छा कर रहे हैं जो हमारे पास हैं: 1) अंतरिक्ष और समय का वर्णन करने के लिए सामान्य सापेक्षता, 2) पदार्थ और ऊर्जा के साथ काम करने के लिए समीकरणों के साथ क्वांटम क्षेत्र सिद्धांत। कल्पना कीजिए कि ब्लैक होल में उड़ान होगी। सबसे पहले आप एक अभिवृद्धि डिस्क में गिरेंगे, फिर आप एक आंतरिक स्थिर वृत्ताकार कक्षा पाएंगे, और उसके पीछे ... और इसके पीछे कुछ भी नहीं होना चाहिए: एक ब्लैक होल सब कुछ और सब कुछ अवशोषित कर लेता है और जल्दी से घटनाओं के अपने क्षितिज पर छुपा देता है। एक बार अंदर जाने के बाद, आप बाहर नहीं निकलेंगे। कुछ नहीं निकलता। हॉकिंग विकिरण के अलावा।

लेकिन कुछ साल पहले, एक नौकरी ने बहुत शोर मचाया। यह कहा कि घटना क्षितिज के चौराहे पर, ब्लैक होल की "आग की दीवार" आपको उकसाएगी।



उस काम से पता चला कि निम्नलिखित तीन कथन एक ही समय में सही नहीं हो सकते हैं।

1. हॉकिंग विकिरण एक शुद्ध क्वांटम अवस्था में है।
2. घटना क्षितिज के पास विकिरण की जानकारी को उत्सर्जित किया जाता है, और एक कम ऊर्जा प्रभावी क्षेत्र सिद्धांत घटना क्षितिज से एक सूक्ष्म दूरी पर संचालित होता है।
3. ब्लैक होल में गिरने वाले पर्यवेक्षक को घटना क्षितिज पर कुछ भी असामान्य नहीं दिखेगा।

यह एक दिलचस्प विरोधाभास है। पहले, हमने सोचा था कि हॉकिंग विकिरण सूचना हानि की अनुमति नहीं देता है, और घटना क्षितिज वास्तव में मौजूद है और इससे बाहर नहीं उड़ सकता है, और यह भी कि घटना क्षितिज को पार करते समय हम एक "आग की दीवार" का सामना नहीं करेंगे (अर्थात, हम असामान्य नहीं देखेंगे - देखें कथन संख्या ३)। और फिर भी तीन बयानों में से एक गलत होना चाहिए। कौन सा?

यह अक्सर कहा जाता है कि भौतिकी ऐसी खोजों की बदौलत आगे बढ़ रही है। लेकिन एक और बात भी सच है: इस (या किसी अन्य) विरोधाभास का समाधान इस क्षेत्र में सबसे प्रसिद्ध, महत्वपूर्ण और सम्मानित वैज्ञानिक की राय पर निर्भर नहीं करता है। यह पूरी तरह से वैज्ञानिक गुणों पर निर्भर करता है।



सैमुअल एल। ब्रौनस्टीन, स्टेफानो पिरंडोला, करोल ज़िकज़कोव्स्की। शायद ये नाम आपके लिए अज्ञात हैं। लेकिन पिछले साल, इन भौतिकविदों ने कुछ बहुत ही रोचक खोज की। यहां देखें: हॉकिंग विकिरण क्वांटम उलझे कणों की एक जोड़ी से आता है, जिनमें से एक ब्लैक होल में गिरता है, और दूसरा स्वतंत्रता से बचने के लिए प्रबंधन करता है। यदि आप एक भगोड़े कण के गुणों को मापकर उनके उलझाव को तोड़ते हैं, तो आग की एक ही दीवार घटना क्षितिज पर दिखाई देनी चाहिए - उच्च-ऊर्जा कणों का अवरोध। वहां आपके पास विरोधाभास है: एक कण अंदर की ओर गिरता है, दूसरा बाहर की ओर उड़ता है, और वे क्वांटम में उलझ जाते हैं।

सबसे दिलचस्प बात यह है कि ब्लैक होल की घटनाओं के क्षितिज पर अधिक से अधिक उलझाव, बाद में आग का पर्दा गिरता है। अधिक भ्रम - अधिक समय। और हमारे ब्रह्मांड में, जैसा कि इन वैज्ञानिकों ने लिखा है, सभी घटना क्षितिज पर उलझाव अधिकतम है, जिसका अर्थ है कि आग की दीवार की उपस्थिति के लिए आवश्यक समय अनंत है । अच्छा निष्कर्ष। माना कि वह विरोधाभास को हल नहीं करता है, लेकिन कम से कम हमें यह समझ में आता है कि समस्या नंबर 3 में नहीं है।

फिर यह हुआ:



हॉकिंग ने कथन संख्या 2 से छुटकारा पाने का प्रस्ताव रखा। शास्त्रीय घटना क्षितिज की अवधारणा को हटा दें। कारण, ज़ाहिर है, इसमें हो सकता है, लेकिन प्रस्ताव, इसे हल्के ढंग से रखने के लिए, असंगत है और सही नहीं लगता है। प्रेस ने सर्वसम्मति से इस विचार को उठाया, सुर्खियों में "ब्लैक होल मौजूद नहीं है" शब्दों से भरा था, लेकिन न तो ब्रह्मांड की असंगति और न ही हॉकिंग विकिरण का अस्तित्व पूरी तरह से घटना क्षितिज की अवधारणा को रद्द कर देता है।

खैर, जब से वैज्ञानिकों ने महसूस किया कि समस्या कथन क्रमांक 3 में नहीं है, हो सकता है कि यह कथन संख्या 1 पर अधिक ध्यान देने योग्य हो? यह ध्यान दिया जाना चाहिए कि जब जानकारी खोने की असंभवता (इकाईत्व को बनाए रखने) की बात की जाती है, तो हमें हमेशा शुद्ध राज्य में विकिरण का मतलब होता है। लेकिन क्या होगा अगर हॉकिंग विकिरण एक क्वांटम शुद्ध स्थिति में नहीं है? तो हम जानकारी के नुकसान से बचेंगे!

इस विषय पर दो बहुत ही रोचक अध्ययन हैं। ऊपर उल्लिखित ब्रुनस्टीन, पिरानडोला और ज़िकोकोवस्की के काम के साथ, वे मुझे विरोधाभास के आगमन के बाद से सबसे महत्वपूर्ण शोध लगते हैं। और इनमें से एक भी काम हॉकिंग या सुशीकिंड से संबंधित नहीं है।



कल्पना कीजिए कि आपके पास एक ही पल में दो जोड़ी कण हैं, और दोनों जोड़ियों में एक कण घटना क्षितिज के माध्यम से गिरता है और दूसरा भाग जाता है। यदि दोनों विफल कण क्वांटम से बच गए हैं जो बच गए हैं, तो सूचना खो जाती है, क्योंकि यूनिटेरिटी खो जाती है।

लेकिन वर्लिंडे बंधुओं ने साबित कर दिया कि एकरूपता को बनाए रखा जा सकता है, क्योंकि एक ही क्षण वाले कण विनिमेय होते हैं: दो जोड़े के बजाय "एक कण विफल हुआ, दूसरा उड़ गया" हमें जोड़े "दोनों विफल" और "दोनों उड़ गए", जिससे प्रवेश करने वाले कणों से वंचित हो गया। * और अधिक घटना क्षितिज के विपरीत किनारों पर कोई क्वांटम उलझा हुआ कण नहीं! (और आग की कोई दीवार नहीं।) यह एक विचार है! उम, लेकिन आग की दीवार का हमारा विरोधाभास कैसे हल किया जाता है?



लेकिन हाल ही में, सबीना होसेनफेलर ने एक पेपर प्रकाशित किया जिसमें कहा गया कि जानकारी को संरक्षित करने वाले परिवर्तनों में कुछ बेहद दिलचस्प गुण हैं।

• सुलगने वाले कणों का आदान-प्रदान (ताकि जानकारी घटना क्षितिज को पार न करे) स्थानीय हो सकता है, यानी यह दो बिंदुओं के बीच हो सकता है जो लगातार कार्य से जुड़े होते हैं।
• इस तरह की स्थानीय बातचीत घटनाओं के क्षितिज पर केवल एक और एक ही स्थान पर हो सकती है।
• अंत में, सबसे महत्वपूर्ण बात: अलग-अलग समय पर उत्सर्जित विकिरण की अवस्थाओं के बीच कोई भ्रम नहीं है। (क्वांटम शुद्ध राज्य के लिए प्रवेश आवश्यक होगा।)

ये तीन काम हमें दिखाते हैं कि आग की दीवार नहीं है, और विरोधाभास हल किया जाता है अगर कथन नंबर 1, जो हॉकिंग विकिरण की शुद्ध स्थिति की बात करता है, झूठा है।



आप मीडिया से यह सब नहीं सीखेंगे, क्योंकि इस तरह के लेख का शीर्षक उबाऊ होगा और यह सब जटिल लगता है। और यहाँ बड़े नाम कहाँ हैं? लेकिन यह सच है: हॉकिंग विकिरण एक शुद्ध स्थिति में नहीं है, जिसका अर्थ है कि कोई आग की दीवार नहीं है, न ही कोई विरोधाभास है।

हमारे पास अभी भी ब्लैक होल, घटना क्षितिज और अत्यधिक घुमावदार स्थान-समय में क्वांटम सिस्टम के व्यवहार के बारे में जानने और समझने के लिए बहुत कुछ है। अभी भी काफी दिलचस्प शोध आगे है। सच है, कुछ मुद्दों को हल करते हुए, वे हमारे लिए और भी अधिक सवाल करते हैं। लेकिन अब हम यह सुनिश्चित करने के लिए जानते हैं कि जब हम ब्लैक होल में गिरेंगे तो हम फ्राई नहीं करेंगे। मृत्यु का कारण "स्पैगेटिफिकेशन" होगा, आग नहीं!



आग की दीवार विरोधाभास बंद घोषित किया जाता है!

* इस विषय पर अपनी सैद्धांतिक गणना और इस विषय पर कई बारीकियों की विस्तृत व्याख्या के लिए, सबीना होसेनफेलर को धन्यवाद। हॉकिंग के शब्दों की गलत व्याख्या के बारे में उनकी चेतावनी को यहाँ पढ़ा जा सकता है ।