ब्लैक होल केवल अपने गुरुत्वाकर्षण से भी अधिक विचित्र हो सकते हैं
ब्लैक होलों को आम तौर पर ब्रह्मांड की सबसे चरम वस्तुओं के रूप में पेश किया जाता है: ऐसे स्थान जहां गुरुत्वाकर्षण इतना प्रबल हो जाता है कि प्रकाश भी बच नहीं सकता। लेकिन आधुनिक भौतिकी ने उन्हें उस परिचित चित्र से भी अधिक विचित्र बना दिया है। स्रोत सामग्री के अनुसार, ब्लैक होल केवल गुरुत्वाकर्षण और अभिवृद्धि डिस्कों से परिभाषित नहीं होते। उनमें तापमान और एंट्रॉपी भी होती है। स्टीफन हॉकिंग के ब्लैक होल विकिरण पर काम से जुड़ा यह विचार एक ऐसे क्षेत्र की शुरुआत करता है, जो ब्लैक होलों को केवल खगोलभौतिकीय जाल नहीं, बल्कि ऊष्मागतिकीय प्रणालियां भी मानता है।
एक बार यह द्वार खुल जाता है, तो एक अप्रत्याशित प्रश्न सामने आता है। यदि ब्लैक होलों में तापमान और एंट्रॉपी है, तो क्या वे एक महत्वपूर्ण अर्थ में सामान्य पदार्थ की तरह व्यवहार कर सकते हैं? क्या वे जल की तरह द्रव से वाष्प में बदलने वाले चरण संक्रमण से गुजर सकते हैं? स्रोत के अनुसार, उत्तर हां है। और शोधकर्ता अब इस बात को समझने के लिए टोपोलॉजी, यानी आकृतियों के गहरे संरचनात्मक गुणों से जुड़ी गणित की शाखा, का अधिक उपयोग कर रहे हैं कि अलग-अलग ब्लैक होल अलग तरह से क्यों व्यवहार करते हैं।
टोपोलॉजी यहां क्यों आती है
टोपोलॉजी को अक्सर एक प्रसिद्ध उपमा से समझाया जाता है: एक कॉफी मग और एक डोनट को टोपोलॉजिकल स्तर पर समकक्ष माना जा सकता है क्योंकि दोनों में एक-एक छेद होता है। यहां बात सटीक ज्यामिति की नहीं है। बात उस अंतर्निहित संरचना की है जो खींचने या विकृत होने पर भी बनी रहती है। स्रोत यही तर्क ब्लैक होलों पर लागू करता है और बताता है कि भौतिकविद तापमान, एंट्रॉपी और दबाव जैसे ऊष्मागतिक गुणों से गणितीय परिदृश्य कैसे बनाते हैं।
उन परिदृश्यों के भीतर शोधकर्ता ऐसे विशेष बिंदु खोजते हैं जहां गणित प्रभावी रूप से गायब हो जाता है या शून्य हो जाता है। ये बिंदु ऊष्मागतिक वर्णन में दोषों की तरह काम करते हैं। संबंधित गणितीय क्षेत्र उन दोषों के चारों ओर कैसे घूमता है, इसका अध्ययन करके भौतिकविद प्रत्येक बिंदु को टोपोलॉजिकल चार्ज देते हैं, यानी एक ऐसी संख्या जो उसके चरित्र के मौलिक पहलू को पकड़ती है। इन चार्जों को जोड़ने पर एक वैश्विक टोपोलॉजिकल संख्या मिलती है: अध्ययन किए जा रहे ब्लैक होल की एक तरह की फिंगरप्रिंट।
यह अमूर्त लग सकता है, लेकिन इसका ठोस उद्देश्य है। अलग-अलग ब्लैक होल अलग टोपोलॉजिकल वर्गों में आते हैं। स्रोत में एक साधारण, गैर-घूर्णनशील, अनार्जित श्वार्ज़शिल्ड ब्लैक होल की तुलना एक आवेशित राइसनर-नॉर्डस्ट्रोम ब्लैक होल से की गई है। वे केवल द्रव्यमान, आवेश या स्पिन में ही नहीं, बल्कि ऊष्मागतिक टोपोलॉजिकल श्रेणियों में भी भिन्न हैं।
ब्लैक होलों के लिए एक नई वर्गीकरण योजना
उस वर्गीकरण का महत्व यह है कि वह केवल रूप-रंग नहीं, बल्कि चरण व्यवहार के बारे में भी कुछ कहता हुआ प्रतीत होता है। टोपोलॉजिकल वर्ग केवल सजावटी लेबल नहीं हैं। वे ऊष्मागतिक प्रणाली की संरचना और उसके विभिन्न अवस्थाओं के बीच संक्रमण करने के तरीके से जुड़े हैं। दूसरे शब्दों में, शोधकर्ता परिचित ब्लैक होलों के लिए सिर्फ नई शब्दावली नहीं गढ़ रहे हैं। वे एक ऐसी संरचनात्मक रूपरेखा खोज रहे हैं जो समझा सके कि कुछ ब्लैक होल परिवारों के लिए कुछ ऊष्मागतिक संक्रमण क्यों संभव हैं और दूसरों के लिए क्यों नहीं।
यह टोपोलॉजी को एक एकीकृत करने वाले उपकरण के रूप में आकर्षक बनाता है। ब्लैक होल भौतिकी अक्सर गुरुत्वाकर्षण, क्वांटम सिद्धांत और सांख्यिकीय यांत्रिकी के संगम पर स्थित होती है। ये क्षेत्र हमेशा सहजता से मेल नहीं खाते। टोपोलॉजिकल वर्णन कभी-कभी उलझे हुए विवरणों को दरकिनार कर अपरिवर्तकों पर ध्यान केंद्रित कर सकता है: ऐसे गुण जो प्रणाली को अलग-अलग तरह से वर्णित किए जाने पर भी स्थिर रहते हैं। यदि वे अपरिवर्तक ऊष्मागतिक व्यवहार से मेल खाते हैं, तो भौतिकविदों को देखने में अलग-अलग लगने वाले ब्लैक होल समाधानों की तुलना करने का अधिक मजबूत तरीका मिलता है।
तापमान कहानी में क्या बदलता है
स्रोत एक ऐसे तथ्य पर जोर देता है जो अब भी कई गैर-विशेषज्ञों को उलटा लगता है: ब्लैक होल स्वयं ऊष्मा विकीर्ण करता है। यह अभिवृद्धि डिस्क में चमकती गैस का तापमान नहीं है। यह विकृत स्पेसटाइम के एक क्षेत्र के रूप में ब्लैक होल का गुण है। यह भेद आवश्यक है, क्योंकि यही भौतिकविदों को एंट्रॉपी, ऊष्मागतिक अवस्थाओं और चरण संक्रमण के बारे में अर्थपूर्ण ढंग से बोलने देता है।
यदि ब्लैक होल का तापमान न हो, तो इस संदर्भ में टोपोलॉजी के पास काम करने के लिए बहुत कम होगा। लेकिन तापमान और एंट्रॉपी मौजूद होने पर ब्लैक होलों का विश्लेषण उन ही वैचारिक उपकरणों से किया जा सकता है, जो अधिक सामान्य भौतिक प्रणालियों का वर्णन करने में मदद करते हैं। परिणामस्वरूप एक ऐसी तस्वीर बनती है जिसमें ब्रह्मांड की सबसे विचित्र वस्तुएं भी एक संकरे लेकिन महत्वपूर्ण अर्थ में पदार्थ-सदृश हैं। उन्हें वर्गीकृत, तुलना और अवस्था परिवर्तन के गणित के माध्यम से अध्ययन किया जा सकता है।
टोपोलॉजिकल फिंगरप्रिंट्स का आकर्षण
इस दृष्टिकोण के प्रभावशाली होने का एक कारण यह है कि टोपोलॉजी को मूलभूत और सतही के बीच अंतर करने के लिए ही बनाया गया है। ब्लैक होलों का सीधे अवलोकन पहले से ही कठिन है, और उनका बहुत सा सैद्धांतिक वर्णन आइंस्टीन के समीकरणों के आदर्शीकृत समाधानों पर निर्भर करता है। इसलिए ऊष्मागतिक व्यवहार से वैश्विक संरचना निकालने की विधि विशेष रूप से मूल्यवान हो सकती है। हर विवरण का पीछा करने के बजाय भौतिकविद उन गुणों पर ध्यान केंद्रित कर सकते हैं जो किसी वर्ग को परिभाषित करते हैं।
स्रोत इन वर्ग-परिभाषित मानों को टोपोलॉजिकल संख्या या फिंगरप्रिंट कहता है। यह भाषा महत्वपूर्ण है क्योंकि यह स्थिरता का संकेत देती है। फिंगरप्रिंट हाथ की हर विशेषता नहीं होता; यह वह पैटर्न है जो एक पहचान को दूसरी से अलग करता है। उसी तरह, ब्लैक होल की टोपोलॉजिकल संख्या उसके ऊष्मागतिक स्वभाव का कोई स्थायी पहलू पकड़ने के लिए है।
यदि यह कार्यक्रम आगे विकसित होता है, तो यह बढ़ते हुए सैद्धांतिक ब्लैक होलों के संग्रह को व्यवस्थित करने में मदद कर सकता है, खासकर जब आवेश, घूर्णन और अधिक विचित्र परिस्थितियां शामिल हों। एक सुसंगत वर्गीकरण प्रणाली ब्लैक होल भौतिकी की अंतिम व्याख्या नहीं है, लेकिन यह दिखा सकती है कि कौन से समाधान साथ आते हैं और कौन से गहरे संरचनात्मक अंतरों से अलग हो जाते हैं, जिससे क्षेत्र अधिक बोधगम्य बनता है।
गणितीय सुंदरता से आगे इसका महत्व
ब्लैक होल अनुसंधान अक्सर उन विचारों के माध्यम से आगे बढ़ता है जो शुरू में अमूर्त गणित जैसे लगते हैं और बाद में बड़े भौतिक प्रश्नों को स्पष्ट करते हैं। आधुनिक विस्तार से परमाणु समझे जाने से बहुत पहले ऊष्मागतिकी ने पदार्थ की सूक्ष्म संरचना के बारे में शक्तिशाली संकेत दिए थे। यहां भी कुछ ऐसा ही हो सकता है। यदि टोपोलॉजिकल चार्ज ब्लैक होल की चरण संरचना को भरोसेमंद ढंग से चिह्नित करते हैं, तो वे भौतिकविदों को यह समझने में मदद कर सकते हैं कि गुरुत्वाकर्षण, ऊष्मागतिकी और क्वांटम व्यवहार कहां सबसे तीव्रता से मिलते हैं।
स्रोत किसी अंतिम सिद्धांत के बारे में बड़े दावे करने से बचता है, और यह संयम उचित है। लेकिन इस चरण पर भी यह काम दृष्टिकोण में एक उपयोगी बदलाव की ओर इशारा करता है। ब्लैक होल अब केवल पलायन वेग और ध्वस्त तारों से परिभाषित एकल दानव नहीं हैं। वे ऐसी प्रणालियां बन रहे हैं जिनके ऊष्मागतिक परिदृश्य को मानचित्रित किया जा सकता है और जिनकी गहरी गणितीय संरचना को प्रकारों के बीच तुलना की जा सकती है।
ब्रह्मांड की चरम स्थितियों का अधिक व्यवस्थित दृष्टिकोण
टोपोलॉजी के माध्यम से दिखाई देने वाले किसी छिपे क्रम के अनुसार, अपनी सारी चरमता के बावजूद, ब्लैक होल भी चल सकते हैं, इस विचार में एक बौद्धिक संतोष है। अमूर्त आकृतियों में अंतर करने वाली वही गणित यह भी बता सकती है कि एक ब्लैक होल दूसरे से अलग ऊष्मागतिक परिवार में क्यों आता है। यह याद दिलाता है कि सैद्धांतिक भौतिकी अक्सर कैसे आगे बढ़ती है: ब्रह्मांड को कम अजीब बनाकर नहीं, बल्कि यह दिखाकर कि उसकी विचित्रता में भी संरचना है।
अभी के लिए मुख्य निष्कर्ष स्पष्ट है। ब्लैक होलों को ऊष्मागतिक वस्तुओं के रूप में माना जा सकता है, वे चरण संक्रमण से गुजर सकते हैं, और उनकी प्रवृत्ति को वर्गीकृत करने के लिए टोपोलॉजी एक आशाजनक तरीका देती है। यह ब्लैक होलों को केवल गुरुत्वीय पतन के सरल अंत-बिंदुओं के रूप में देखने वाली पुरानी छवि से एक बड़ा बदलाव है। भौतिकविद जितना अधिक उनका अध्ययन करते हैं, वे आधुनिक विज्ञान के कुछ सबसे गहरे प्रश्नों के लिए उतने ही समृद्ध परीक्षण-क्षेत्र लगते हैं।
यह लेख Universe Today की रिपोर्टिंग पर आधारित है। मूल लेख पढ़ें.
Originally published on universetoday.com