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हाँ, स्टीफन हॉकिंग ने ब्लैक होल्स के क्षय के बारे में हम सभी से झूठ बोला था

एपी फोटो / टेड एस वॉरेन

) स्टीफन हॉकिंग के वैज्ञानिक करियर के सबसे महान विचार ने ब्लैक होल के बारे में हमारे सोचने के तरीके में वास्तव में क्रांति ला दी। आखिरकार, वे पूरी तरह से काले नहीं हैं, और यह वास्तव में हॉकिंग ही थे जिन्होंने सबसे पहले उस विकिरण को समझा और भविष्यवाणी की थी जिसे उन्हें उत्सर्जित करना चाहिए: हॉकिंग विकिरण। उन्होंने 1974 में परिणाम प्राप्त किया, और यह क्वांटम की दुनिया और गुरुत्वाकर्षण के हमारे सिद्धांत, आइंस्टीन की सामान्य सापेक्षता के बीच अब तक की सबसे गहरी कड़ी में से एक है।

और फिर भी, उनकी ऐतिहासिक 1988 की पुस्तक में, ए ब्रीफ हिस्ट्री ऑफ टाइम , हॉकिंग ने इस विकिरण की एक तस्वीर चित्रित की है – अनायास निर्मित कण-प्रतिकण जोड़े जहां एक सदस्य गिरता है और दूसरा भाग जाता है – यह गंभीर रूप से गलत है। 32 वर्षों से, यह भौतिकी के छात्रों, आम लोगों और यहां तक ​​कि पेशेवरों को समान रूप से गलत सूचना देता रहा है। ब्लैक होल वास्तव में क्षय करते हैं। आइए आज का दिन बनाते हैं हमें पता चलता है कि वे वास्तव में इसे कैसे करते हैं।

घटना क्षितिज टेलीस्कोप सहयोग एट अल।

हॉकिंग ने जो कल्पना की होगी वह एक अपेक्षाकृत सरल तस्वीर है। ब्लैक होल से शुरू करें: अंतरिक्ष का एक ऐसा क्षेत्र जहां इतना द्रव्यमान इतना कम मात्रा में केंद्रित हो गया है कि उसके भीतर प्रकाश भी नहीं बच सकता है। जो कुछ भी इसके बहुत करीब उद्यम करता है वह अनिवार्य रूप से केंद्रीय विलक्षणता में खींचा जाएगा, जो कि घटना क्षितिज के रूप में ज्ञात और अपरिहार्य क्षेत्रों के बीच की सीमा के साथ होगा। अब, चलिए जोड़ते हैं क्वांटम भौतिकी में। अंतरिक्ष, मौलिक स्तर पर, कभी भी पूरी तरह से खाली नहीं हो सकता। इसके बजाय, ब्रह्मांड के ताने-बाने में निहित इकाइयाँ हैं – क्वांटम क्षेत्र – जो हमेशा सर्वव्यापी होते हैं। और, सभी क्वांटम संस्थाओं की तरह, उनमें भी अनिश्चितताएं निहित हैं: किसी भी स्थान पर प्रत्येक क्षेत्र की ऊर्जा में समय के साथ उतार-चढ़ाव होगा। ये क्षेत्र के उतार-चढ़ाव बहुत वास्तविक हैं, और किसी भी कण की अनुपस्थिति में भी होते हैं।

डेरेक बी. लीनवेबर

) क्वांटम क्षेत्र सिद्धांत के संदर्भ में, क्वांटम क्षेत्र की निम्नतम-ऊर्जा अवस्था मौजूद नहीं कणों से मेल खाती है। लेकिन उत्तेजित अवस्थाएँ, या अवस्थाएँ जो उच्च-ऊर्जा के अनुरूप होती हैं, या तो कणों या प्रतिकणों के अनुरूप होती हैं। एक विज़ुअलाइज़ेशन जिसका आमतौर पर उपयोग किया जाता है, वह खाली स्थान के बारे में वास्तव में खाली होने के बारे में सोचना है, लेकिन कण-एंटीपार्टिकल जोड़े (संरक्षण कानूनों के कारण) से आबाद है, जो थोड़े समय के बाद अस्तित्व में आते हैं, केवल थोड़ी देर के बाद शून्यता के निर्वात में वापस आ जाते हैं। यहीं पर हॉकिंग की प्रसिद्ध तस्वीर – उनकी पूरी तरह से गलत तस्वीर – चलन में आती है। पूरे अंतरिक्ष में, उनका दावा है, ये कण-प्रतिकण जोड़े अस्तित्व में और बाहर आ रहे हैं। ब्लैक होल के अंदर, दोनों सदस्य वहीं रहते हैं, सत्यानाश करते हैं और कुछ नहीं होता है। ब्लैक होल के बाहर, यह वही सौदा है। लेकिन घटना क्षितिज के ठीक पास, एक सदस्य गिर सकता है जबकि दूसरा बच जाता है, वास्तविक ऊर्जा को दूर ले जाता है। और वह, वह घोषणा करता है, यही कारण है कि ब्लैक होल द्रव्यमान खो देता है, क्षय होता है, और हॉकिंग विकिरण कहाँ से आता है।

उल्फ लियोनहार्ट / सेंट एंड्रयूज विश्वविद्यालय

यह पहला स्पष्टीकरण था कि मैंने, खुद एक सैद्धांतिक खगोल भौतिक विज्ञानी, कभी सुना कि ब्लैक होल कैसे क्षय होता है। अगर वह स्पष्टीकरण सही होता, तो इसका मतलब होता:

  • हॉकिंग रेडिएशन कणों और एंटीपार्टिकल्स के 50/50 मिश्रण से बना था, जिससे सदस्य गिरता है और जो बच जाता है वह यादृच्छिक होगा,
  • वह सभी हॉकिंग विकिरण, जो ब्लैक होल के क्षय का कारण बनते हैं, घटना क्षितिज से ही उत्सर्जित होंगे, और
  • कि उत्सर्जित विकिरण की प्रत्येक मात्रा में अत्यधिक मात्रा में ऊर्जा होनी चाहिए: से बचने के लिए पर्याप्त है) लगभग, लेकिन काफी नहीं, ब्लैक होल द्वारा निगल लिया जा रहा है। बेशक, ये तीनों बिंदु सत्य नहीं हैं। हॉकिंग विकिरण लगभग विशेष रूप से फोटॉन से बना होता है, न कि कणों और एंटीपार्टिकल्स के मिश्रण से। यह घटना क्षितिज के बाहर एक बड़े क्षेत्र से उत्सर्जित होता है, सतह पर नहीं। और उत्सर्जित व्यक्तिगत क्वांटा में काफी बड़ी रेंज में छोटी ऊर्जाएं होती हैं।
  • एंड्रयू हैमिल्टन / जिला / विश्वविद्यालय कोलोराडो

    इस स्पष्टीकरण के बारे में अजीब बात यह है कि यह वह नहीं है उन्होंने इस विषय के बारे में लिखे वैज्ञानिक पत्रों में इस्तेमाल किया। वह जानता था कि यह सादृश्य त्रुटिपूर्ण था और भौतिकविदों को इसके बारे में गलत सोचने के लिए प्रेरित करेगा, लेकिन उन्होंने इसे आम जनता के सामने पेश करना चुना जैसे कि लोग वास्तविक तंत्र को वास्तव में खेलने में सक्षम नहीं थे। और यह बहुत बुरा है, क्योंकि वास्तविक वैज्ञानिक कहानी अधिक जटिल नहीं है, बल्कि कहीं अधिक रोशन करने वाली है। खाली जगह में वास्तव में क्वांटम होता है पूरे क्षेत्र में, और उन क्षेत्रों में वास्तव में उनके ऊर्जा मूल्यों में उतार-चढ़ाव होता है। “कण-प्रतिकण जोड़ी उत्पादन” सादृश्य में सच्चाई का एक रोगाणु है, और यह है: क्वांटम क्षेत्र सिद्धांत में, आप इन कणों के उत्पादन को शामिल करने वाले आरेखों को जोड़कर खाली स्थान की ऊर्जा का मॉडल बना सकते हैं। लेकिन यह केवल गणनात्मक तकनीक है; कण और प्रतिकण वास्तविक नहीं होते बल्कि आभासी होते हैं। वे वास्तव में उत्पादित नहीं होते हैं, वे वास्तविक कणों के साथ बातचीत नहीं करते हैं, और वे किसी भी तरह से पता लगाने योग्य नहीं हैं।

    ) आर एल जाफ, https://arxiv.org/pdf/hep-th/0503158.pdf से) )

    ब्रह्मांड में कहीं भी स्थित किसी भी पर्यवेक्षक के लिए, “खाली स्थान की ऊर्जा”, जिसे हम शून्य-बिंदु ऊर्जा कहते हैं, ऐसा प्रतीत होता है कि उनका मूल्य समान है, चाहे वे कहीं भी हों। हालांकि, सापेक्षता के नियमों में से एक यह है कि अलग-अलग पर्यवेक्षक अलग-अलग वास्तविकताओं का अनुभव करेंगे: सापेक्ष गति में पर्यवेक्षक या ऐसे क्षेत्रों में जहां स्पेसटाइम वक्रता अलग है, विशेष रूप से, एक दूसरे से असहमत होंगे। इसलिए यदि आप ब्रह्मांड में द्रव्यमान के हर स्रोत से असीम रूप से दूर हैं और आपका स्पेसटाइम वक्रता नगण्य है, तो आपके पास एक निश्चित शून्य-बिंदु ऊर्जा होगी। यदि कोई अन्य व्यक्ति ब्लैक होल के घटना क्षितिज पर स्थित है, तो उनके पास एक निश्चित शून्य-बिंदु ऊर्जा होगी जो उनके लिए वही मापी गई मान होगी जो आपके लिए असीम रूप से दूर थी। लेकिन अगर आप अपनी शून्य-बिंदु ऊर्जा को उनकी शून्य-बिंदु ऊर्जा (या इसके विपरीत) में मैप करने का प्रयास करते हैं, तो मान सहमत नहीं होंगे। एक दूसरे के दृष्टिकोण से, शून्य-बिंदु ऊर्जा कितनी गंभीर रूप से दो रिक्त स्थान घुमावदार हैं के सापेक्ष बदलती है।

    पिक्साबे उपयोगकर्ता जॉनसनमार्टिन

    हॉकिंग विकिरण के पीछे यही मुख्य बिंदु है, और स्टीफन हॉकिंग खुद इसे जानते थे। 1974 में, जब उन्होंने पहली बार प्रसिद्ध हॉकिंग विकिरण प्राप्त किया,

    ) नासा; दाना बेरी, स्काईवर्क्स डिजिटल, इंक.

    यह हमें सक्षम बनाता है एक महत्वपूर्ण विवरण की गणना करें जिसे आमतौर पर सराहा नहीं जाता है: ब्लैक होल से निकलने वाला विकिरण कहाँ से उत्पन्न होता है। जबकि अधिकांश चित्र और विज़ुअलाइज़ेशन 100% दिखाते हैं एक ब्लैक होल के हॉकिंग विकिरण को घटना क्षितिज से ही उत्सर्जित किया जा रहा है, इसे एक वॉल्यूम पर उत्सर्जित होने के रूप में चित्रित करना अधिक सटीक है जो लगभग 10-20 श्वार्जस्चिल्ड रेडी (घटना क्षितिज के त्रिज्या) तक फैला हुआ है, जहां विकिरण धीरे-धीरे बंद हो जाता है जितना दूर आप प्राप्त करते हैं। यह हॉकिंग विकिरण की एक छोटी, अगोचर मात्रा हो सकती है, जहां तक ​​​​हम लंबे समय से मृत सफेद बौनों और न्यूट्रॉन सितारों के लिए भी गणना कर सकते हैं, थर्मल विकिरण से घिरा हुआ है। लेकिन यह अभी भी मौजूद है: यह एक सकारात्मक, गैर-शून्य मान है जो गणना योग्य है, केवल वस्तु के द्रव्यमान, स्पिन और भौतिक आकार पर निर्भर है।

    नासा

    )

    हॉकिंग के अपने सिद्धांत की व्याख्या के साथ प्रमुख समस्या यह है कि वह एक गणनात्मक उपकरण लेता है – आभासी कणों का विचार – और उस उपकरण के साथ ऐसा व्यवहार करता है जैसे कि यह भौतिक वास्तविकता के बराबर है। वास्तव में, क्या हो रहा है कि ब्लैक होल के चारों ओर घुमावदार स्थान उसके चारों ओर वक्रता प्रवणता के कारण लगातार विकिरण उत्सर्जित कर रहा है, और यह कि ऊर्जा ब्लैक होल से ही आ रही है, जिससे उसका घटना क्षितिज समय के साथ धीरे-धीरे सिकुड़ता जा रहा है।

    ब्लैक होल का क्षय नहीं हो रहा है क्योंकि नकारात्मक ऊर्जा ले जाने वाला एक आभासी कण है; यह हॉकिंग द्वारा अपनी अपर्याप्त सादृश्यता को “बचाने” के लिए तैयार की गई एक और कल्पना है। इसके बजाय, ब्लैक होल क्षय हो रहे हैं, और समय के साथ द्रव्यमान खो रहे हैं, क्योंकि हॉकिंग विकिरण द्वारा उत्सर्जित ऊर्जा उस क्षेत्र में अंतरिक्ष की वक्रता को धीरे-धीरे कम कर रही है। एक बार पर्याप्त समय बीत जाने के बाद, और यथार्थवादी ब्लैक होल के लिए वह अवधि बहुत बड़ी है, वे पूरी तरह से वाष्पित हो जाएंगे।

      यूरोपीय संघ के संचार विज्ञान

      इनमें से कोई भी इस मोर्चे पर हॉकिंग की जबरदस्त उपलब्धियों से दूर नहीं होना चाहिए। यह वह था जिसने ब्लैक होल ऊष्मप्रवैगिकी, एन्ट्रापी और तापमान के बीच गहरे संबंधों को महसूस किया। यह वह था जिसने क्वांटम क्षेत्र सिद्धांत के विज्ञान और एक ब्लैक होल के पास घुमावदार स्थान की पृष्ठभूमि को एक साथ रखा था। और यह वह था जिसने – बिल्कुल सही, आपको याद है – विकिरण के गुणों और ऊर्जा स्पेक्ट्रम का पता लगाया जो ब्लैक होल उत्पन्न करेगा। यह बिल्कुल उचित है कि हॉकिंग विकिरण के माध्यम से ब्लैक होल का क्षय जिस तरह से होता है, उसका नाम आता है। उनकी सबसे प्रसिद्ध पुस्तक, ए ब्रीफ हिस्ट्री ऑफ टाइम , सही नहीं। हॉकिंग विकिरण घटना क्षितिज से कणों और एंटीपार्टिकल्स का उत्सर्जन नहीं है। इसमें नकारात्मक ऊर्जा ले जाने वाला एक आवक-गिरने वाला जोड़ा सदस्य शामिल नहीं है। और यह ब्लैक होल के लिए भी विशिष्ट नहीं होना चाहिए। स्टीफन हॉकिंग जानते थे कि ब्लैक होल वास्तव में कैसे क्षय होते हैं, लेकिन उन्होंने दुनिया को एक बहुत ही अलग, यहां तक ​​कि गलत कहानी सुनाई। अब समय आ गया है कि हम सभी सच्चाई को जानें।

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