"બ્લેક હોલ્સનું નાનું પુસ્તક"

વિષયની જટિલતા હોવા છતાં, પ્રિન્સટન યુનિવર્સિટીના પ્રોફેસર સ્ટીફન ગુબ્સર આજે ભૌતિકશાસ્ત્રના સૌથી વધુ ચર્ચાસ્પદ ક્ષેત્રોમાંના એકનો સંક્ષિપ્ત, સુલભ અને મનોરંજક પરિચય આપે છે. બ્લેક હોલ વાસ્તવિક વસ્તુઓ છે, માત્ર એક વિચાર પ્રયોગ નથી! બ્લેક હોલ સૈદ્ધાંતિક દૃષ્ટિકોણથી અત્યંત અનુકૂળ છે, કારણ કે તે ગાણિતિક રીતે મોટાભાગના એસ્ટ્રોફિઝિકલ ઓબ્જેક્ટો, જેમ કે તારાઓ કરતાં ખૂબ સરળ છે. વસ્તુઓ વિચિત્ર બની જાય છે જ્યારે તે બહાર આવે છે કે બ્લેક હોલ ખરેખર એટલા કાળા નથી.

તેમની અંદર ખરેખર શું છે? તમે બ્લેક હોલમાં પડવાની કલ્પના કેવી રીતે કરી શકો? અથવા કદાચ આપણે પહેલેથી જ તેમાં પડી રહ્યા છીએ અને હજી સુધી તેના વિશે જાણતા નથી?

કેર ભૂમિતિમાં, નીચેની મિલકતો સાથે એર્ગોસ્ફિયરમાં સંપૂર્ણ રીતે બંધાયેલી જીઓડેસિક ભ્રમણકક્ષાઓ છે: તેમની સાથે ફરતા કણોમાં નકારાત્મક સંભવિત ઉર્જા હોય છે જે આ કણોના બાકીના સમૂહ અને ગતિ ઊર્જાને એકસાથે લેવામાં આવે છે. આનો અર્થ એ છે કે આ કણોની કુલ ઊર્જા નકારાત્મક છે. તે આ સંજોગો છે જેનો ઉપયોગ પેનરોઝ પ્રક્રિયામાં થાય છે. જ્યારે એર્ગોસ્ફિયરની અંદર, ઊર્જા કાઢવાનું જહાજ એક અસ્ત્રને એવી રીતે ફાયર કરે છે કે તે નકારાત્મક ઊર્જા સાથે આ ભ્રમણકક્ષાઓમાંથી એક સાથે આગળ વધે છે. ઊર્જાના સંરક્ષણના કાયદા અનુસાર, જહાજ અસ્ત્રની ઊર્જાની સમકક્ષ ખોવાયેલા બાકીના સમૂહની ભરપાઈ કરવા માટે પૂરતી ગતિ ઊર્જા મેળવે છે, અને વધુમાં અસ્ત્રની ચોખ્ખી નકારાત્મક ઊર્જાની સકારાત્મક સમકક્ષ મેળવે છે. કારણ કે અસ્ત્ર ફાયર થયા પછી બ્લેક હોલમાં અદૃશ્ય થઈ જવું જોઈએ, તેથી તેને અમુક પ્રકારના કચરામાંથી બનાવવું સારું રહેશે. એક તરફ, બ્લેક હોલ હજી પણ કંઈપણ ખાઈ જશે, પરંતુ બીજી બાજુ, તે અમને રોકાણ કરતાં વધુ ઊર્જા પરત કરશે. તેથી, વધુમાં, અમે જે ઊર્જા ખરીદીએ છીએ તે "લીલી" હશે!

કેર બ્લેક હોલમાંથી મહત્તમ ઊર્જા મેળવી શકાય છે તે છિદ્ર કેટલી ઝડપથી ફરે છે તેના પર આધાર રાખે છે. અત્યંત આત્યંતિક કિસ્સામાં (મહત્તમ શક્ય પરિભ્રમણ ગતિએ), અવકાશ સમયની પરિભ્રમણ ઊર્જા બ્લેક હોલની કુલ ઊર્જાના આશરે 29% હિસ્સો ધરાવે છે. આ કદાચ વધુ લાગતું નથી, પરંતુ યાદ રાખો કે તે કુલ બાકીના સમૂહનો એક અપૂર્ણાંક છે! સરખામણી માટે, યાદ રાખો કે કિરણોત્સર્ગી સડો ઉર્જા દ્વારા સંચાલિત પરમાણુ રિએક્ટર બાકીના સમૂહની સમકક્ષ ઊર્જાના એક ટકાના દસમા ભાગ કરતાં ઓછો ઉપયોગ કરે છે.

ફરતા બ્લેક હોલની ક્ષિતિજની અંદર અવકાશ સમયની ભૂમિતિ શ્વાર્ઝચાઇલ્ડ અવકાશ સમય કરતાં નાટ્યાત્મક રીતે અલગ છે. ચાલો અમારી તપાસને અનુસરીએ અને જોઈએ કે શું થાય છે. શરૂઆતમાં, બધું શ્વાર્ઝચાઇલ્ડ કેસ જેવું જ લાગે છે. પહેલાની જેમ, અવકાશ સમય તૂટી પડવાનું શરૂ કરે છે, તેની સાથે દરેક વસ્તુને બ્લેક હોલના કેન્દ્ર તરફ ખેંચે છે, અને ભરતી દળો વધવા લાગે છે. પરંતુ કેર કેસમાં, ત્રિજ્યા શૂન્ય પર જાય તે પહેલાં, પતન ધીમો પડી જાય છે અને વિપરીત થવાનું શરૂ કરે છે. ઝડપથી ફરતા બ્લેક હોલમાં, ભરતીના દળો પ્રોબની અખંડિતતાને જોખમમાં મૂકે તેટલા મજબૂત બને તે પહેલાં આવું થશે. આવું શા માટે થાય છે તે સાહજિક રીતે સમજવા માટે, ચાલો યાદ રાખીએ કે ન્યુટોનિયન મિકેનિક્સમાં, પરિભ્રમણ દરમિયાન, એક કહેવાતા કેન્દ્રત્યાગી બળ ઉદભવે છે. આ બળ મૂળભૂત ભૌતિક દળોમાંનું એક નથી: તે મૂળભૂત દળોની સંયુક્ત ક્રિયાના પરિણામે ઉદભવે છે, જે પરિભ્રમણની સ્થિતિને સુનિશ્ચિત કરવા માટે જરૂરી છે. પરિણામને બહારની તરફ નિર્દેશિત અસરકારક બળ તરીકે વિચારી શકાય છે - કેન્દ્રત્યાગી બળ. તમે તેને ઝડપી ચાલતી કારમાં તીવ્ર વળાંક પર અનુભવો છો. અને જો તમે ક્યારેય કેરોયુઝલ પર ગયા હોવ, તો તમે જાણો છો કે તે જેટલી ઝડપથી ફરે છે, તમારે રેલ્સને વધુ ચુસ્તપણે પકડવી પડશે કારણ કે જો તમે જવા દો છો, તો તમને બહાર ફેંકી દેવામાં આવશે. અવકાશ-સમય માટે આ સામ્યતા આદર્શ નથી, પરંતુ તે બિંદુને યોગ્ય રીતે મેળવે છે. કેર બ્લેક હોલના સ્પેસટાઇમમાં કોણીય વેગ એક અસરકારક કેન્દ્રત્યાગી બળ પ્રદાન કરે છે જે ગુરુત્વાકર્ષણના ખેંચાણનો સામનો કરે છે. જેમ જેમ ક્ષિતિજની અંદર પતન અવકાશ સમયને નાની ત્રિજ્યા તરફ ખેંચે છે, કેન્દ્રત્યાગી બળ વધે છે અને છેવટે પતનનો સામનો કરવા અને પછી તેને ઉલટાવી શકે છે.

આ ક્ષણે જ્યારે પતન અટકે છે, ત્યારે ચકાસણી બ્લેક હોલની આંતરિક ક્ષિતિજ તરીકે ઓળખાતા સ્તર સુધી પહોંચે છે. આ બિંદુએ, ભરતીના દળો નાના હોય છે, અને તપાસ, એકવાર તે ઘટનાની ક્ષિતિજને ઓળંગી જાય, તેના સુધી પહોંચવામાં માત્ર મર્યાદિત સમય લાગે છે. જો કે, સ્પેસટાઇમ તૂટી પડવાનું બંધ થઈ ગયું હોવાનો અર્થ એ નથી કે આપણી સમસ્યાઓ સમાપ્ત થઈ ગઈ છે અને પરિભ્રમણને કારણે શ્વાર્ઝચાઈલ્ડ બ્લેક હોલની અંદરની એકલતા કોઈક રીતે દૂર થઈ ગઈ છે. આ હજી ઘણી દૂર છે! છેવટે, 1960 ના દાયકાના મધ્યમાં, રોજર પેનરોઝ અને સ્ટીફન હોકિંગે એકલતા પ્રમેયની એક પદ્ધતિ સાબિત કરી, જેમાંથી તે અનુસર્યું કે જો ગુરુત્વાકર્ષણ પતન થયું હોય, એક ટૂંકું પણ, તો પરિણામ સ્વરૂપે એકલતાનું અમુક સ્વરૂપ રચવું જોઈએ. શ્વાર્ઝચાઈલ્ડ કેસમાં, આ એક સર્વવ્યાપી અને સર્વ-કચડી નાખનારી એકલતા છે જે ક્ષિતિજની અંદરની તમામ જગ્યાને વશ કરે છે. કેરના ઉકેલમાં, એકલતા અલગ રીતે વર્તે છે અને, મારે કહેવું જ જોઇએ, તદ્દન અણધારી રીતે. જ્યારે ચકાસણી આંતરિક ક્ષિતિજ સુધી પહોંચે છે, ત્યારે કેર એકલતા તેની હાજરી દર્શાવે છે-પરંતુ તે ચકાસણીની વિશ્વ રેખાના કારણભૂત ભૂતકાળમાં હોવાનું બહાર આવ્યું છે. એવું લાગતું હતું કે એકલતા હંમેશા રહી હતી, પરંતુ હવે માત્ર તપાસને તેનો પ્રભાવ તેના સુધી પહોંચ્યો હોવાનું લાગ્યું. તમે કહેશો કે આ અદ્ભુત લાગે છે, અને તે સાચું છે. અને અવકાશ-સમયના ચિત્રમાં ઘણી વિસંગતતાઓ છે, જેમાંથી તે પણ સ્પષ્ટ છે કે આ જવાબને અંતિમ ગણી શકાય નહીં.

આંતરિક ક્ષિતિજ સુધી પહોંચતા નિરીક્ષકના ભૂતકાળમાં દેખાતી એકલતાની પ્રથમ સમસ્યા એ છે કે તે ક્ષણે આઈન્સ્ટાઈનના સમીકરણો તે ક્ષિતિજની બહારના અવકાશ સમયનું શું થશે તેની અનોખી આગાહી કરી શકતા નથી. એટલે કે, એક અર્થમાં, એકલતાની હાજરી કંઈપણ તરફ દોરી શકે છે. કદાચ ખરેખર શું થશે તે આપણને ક્વોન્ટમ ગુરુત્વાકર્ષણના સિદ્ધાંત દ્વારા સમજાવી શકાય છે, પરંતુ આઈન્સ્ટાઈનના સમીકરણો આપણને જાણવાની કોઈ તક આપતા નથી. માત્ર રસની બહાર, અમે નીચે વર્ણવીએ છીએ કે જો આપણે અવકાશ સમયની ક્ષિતિજનું આંતરછેદ ગાણિતિક રીતે શક્ય તેટલું સરળ હોવું જરૂરી હોય તો શું થશે (જો મેટ્રિક ફંક્શન્સ ગણિતશાસ્ત્રીઓ કહે છે તેમ "વિશ્લેષણાત્મક" હોત), પરંતુ કોઈ સ્પષ્ટ ભૌતિક આધાર નથી. આવી ધારણા માટે નં. સારમાં, આંતરિક ક્ષિતિજ સાથેની બીજી સમસ્યા બરાબર વિરુદ્ધ સૂચવે છે: વાસ્તવિક બ્રહ્માંડમાં, જેમાં પદાર્થ અને ઊર્જા બ્લેક હોલની બહાર અસ્તિત્વ ધરાવે છે, આંતરિક ક્ષિતિજ પર અવકાશ સમય ખૂબ જ રફ બની જાય છે, અને ત્યાં લૂપ જેવી એકલતા વિકસે છે. તે શ્વાર્ઝચાઈલ્ડ સોલ્યુશનમાં એકલતાના અનંત ભરતી બળ જેટલું વિનાશક નથી, પરંતુ કોઈ પણ સંજોગોમાં તેની હાજરી સરળ વિશ્લેષણાત્મક કાર્યોના વિચારને અનુસરતા પરિણામો પર શંકા કરે છે. કદાચ આ એક સારી બાબત છે - વિશ્લેષણાત્મક વિસ્તરણની ધારણામાં ખૂબ જ વિચિત્ર વસ્તુઓ શામેલ છે.

સારમાં, ટાઇમ મશીન બંધ સમય જેવા વળાંકોના પ્રદેશમાં કાર્ય કરે છે. એકલતાથી દૂર, ત્યાં કોઈ બંધ સમય જેવા વળાંકો નથી, અને એકલતાના પ્રદેશમાં પ્રતિકૂળ દળો સિવાય, અવકાશ સમય સંપૂર્ણપણે સામાન્ય લાગે છે. જો કે, ત્યાં માર્ગો છે (તેઓ જીઓડેસિક નથી, તેથી તમારે રોકેટ એન્જિનની જરૂર છે) જે તમને બંધ સમય જેવા વળાંકોના પ્રદેશમાં લઈ જશે. એકવાર તમે ત્યાં પહોંચ્યા પછી, તમે t સંકલન સાથે કોઈપણ દિશામાં આગળ વધી શકો છો, જે દૂરના નિરીક્ષકનો સમય છે, પરંતુ તમારા પોતાના સમયમાં તમે હંમેશા આગળ વધશો. આનો અર્થ એ છે કે તમે ઇચ્છો ત્યારે ગમે તે સમયે જઈ શકો છો, અને પછી સ્પેસ-ટાઇમના દૂરના ભાગમાં પાછા ફરો - અને તમે જાઓ તે પહેલાં ત્યાં પહોંચી શકો છો. અલબત્ત, હવે સમયની મુસાફરીના વિચાર સાથે સંકળાયેલા તમામ વિરોધાભાસ જીવનમાં આવે છે: ઉદાહરણ તરીકે, જો, સમય ચાલવાથી, તમે તમારા ભૂતકાળની જાતને તેને છોડી દેવા માટે રાજી કરો તો શું? પરંતુ આવા પ્રકારના અવકાશ-સમય અસ્તિત્વમાં છે કે કેમ અને તેની સાથે સંકળાયેલા વિરોધાભાસો કેવી રીતે ઉકેલી શકાય તે આ પુસ્તકના અવકાશની બહારના પ્રશ્નો છે. જો કે, આંતરિક ક્ષિતિજ પર "વાદળી એકલતા" ની સમસ્યાની જેમ, સામાન્ય સાપેક્ષતા એ સંકેતો ધરાવે છે કે બંધ સમય જેવા વળાંકો સાથે અવકાશ-સમયના પ્રદેશો અસ્થિર છે: જલદી તમે અમુક પ્રકારના સમૂહ અથવા ઊર્જાને જોડવાનો પ્રયાસ કરો છો. , આ પ્રદેશો એકવચન બની શકે છે. તદુપરાંત, આપણા બ્રહ્માંડમાં રચાતા ફરતા બ્લેક હોલ્સમાં, તે "બ્લુ સિન્ગ્યુલારિટી" પોતે જ છે જે નકારાત્મક સમૂહ (અને કેરના અન્ય બ્રહ્માંડો જેમાં સફેદ છિદ્રો દોરી જાય છે) ના પ્રદેશની રચનાને અટકાવી શકે છે. તેમ છતાં, હકીકત એ છે કે સામાન્ય સાપેક્ષતા આવા વિચિત્ર ઉકેલો માટે પરવાનગી આપે છે તે રસપ્રદ છે. અલબત્ત, તેમને પેથોલોજી જાહેર કરવી સરળ છે, પરંતુ આપણે એ ન ભૂલીએ કે આઈન્સ્ટાઈન પોતે અને તેમના ઘણા સમકાલીન લોકોએ બ્લેક હોલ વિશે આ જ વાત કહી હતી.

» પુસ્તક વિશે વધુ માહિતી માટે, કૃપા કરીને મુલાકાત લો પ્રકાશકની વેબસાઇટ

Khabrozhiteli માટે કૂપન પર 25% ડિસ્કાઉન્ટ - બ્લેક હોલ્સ

પુસ્તકના પેપર વર્ઝન માટે ચૂકવણી કર્યા પછી, પુસ્તકનું ઈલેક્ટ્રોનિક વર્ઝન ઈ-મેલ દ્વારા મોકલવામાં આવશે.

સોર્સ: www.habr.com