A wormhole with two black holes

ब्रह्मांडीय प्लंबिंग: स्पेसटाइम के ताने-बाने की एक यात्रा

कल्पना कीजिए कि ब्रह्मांड एक सपाट, खाली मंच नहीं है, बल्कि एक खिंचने वाला, तीन-आयामी कपड़ा है। यह आइंस्टीन के गुरुत्वाकर्षण सिद्धांत का खेल का मैदान है, जहाँ तारे और ब्लैक होल जैसी विशाल वस्तुएं भारी बॉलिंग बॉल्स की तरह काम करती हैं, जो अपने चारों ओर के कपड़े को मोड़ देती हैं। आमतौर पर, हम इस कपड़े को एक एकल, निरंतर चादर के रूप में देखते हैं। लेकिन क्या होगा यदि आप उस चादर को मोड़ सकें और दो दूर स्थित बिंदुओं को आपस में सिल सकें? आप अंतरिक्ष और समय के माध्यम से एक शॉर्टकट, एक सुरंग बना देंगे जिसे "वॉर्महोल" (wormhole) कहा जाता है। हालाँकि विज्ञान कथाएँ (साइंस फिक्शन) तात्कालिक यात्रा के लिए इन सुरंगों को बहुत पसंद करती हैं, लेकिन वास्तविक भौतिकी बहुत अधिक सख्त है। वॉर्महोल को खुला रखने के लिए, आपको आमतौर पर "विदेशी" (exotic) चीजों की आवश्यकता होती है—ऐसा पदार्थ जो अंदर की ओर खींचने के बजाय बाहर की ओर धकेलता है, जो गुरुत्वाकर्षण के सामान्य नियमों को चुनौती देता है। हालाँकि, कुछ भौतिक विज्ञानी सोचते हैं कि क्या प्रकृति केवल गुरुत्वाकर्षण के मानक नियमों का उपयोग करके इन सुरंगों को बनाने का कोई गुप्त तरीका खोज सकती है, शायद "कॉस्मिक स्ट्रिंग्स" (cosmic strings) नामक तनाव की पतली, अदृश्य रेखाओं में इस विचित्रता को छिपाकर। इन सैद्धांतिक संरचनाओं को समझना हमें अपने भौतिकी के नियमों की सीमाओं का परीक्षण करने में मदद करता है: वे कहाँ टूटते हैं, और ब्रह्मांड वास्तव में कितने विचित्र आकार ले सकता है?

शोध पत्र की खोज: एक डबल-ब्लैक-होल वॉर्महोल

इस शोध पत्र में, भौतिक विज्ञानी जेरार्ड क्लेमेंट आइंस्टीन के समीकरणों के एक बहुत ही विशिष्ट, गणितीय समाधान की खोज करते हैं—नियमों का एक समूह जो बताता है कि निर्वात (vacuum) में गुरुत्वाकर्षण कैसे काम करता है, जिसका अर्थ है कि वहां कोई साधारण पदार्थ मौजूद नहीं है। उन्होंने एक वॉर्महोल का मॉडल तैयार किया है जो स्थिर (समय के साथ बदलता नहीं है) है और इसमें मेहमानों की एक आश्चर्यजनक जोड़ी शामिल है: दो ब्लैक होल जो एक ही दिशा में घूम रहे हैं, और सुरंग के विपरीत दिशाओं में स्थित हैं।

इस वॉर्महोल को एक ब्रह्मांडीय 'ऑवरग्लास' (hourglass) के रूप में सोचें। बीच का सबसे संकरा हिस्सा "थ्रोट" (throat) है जो दो अलग-अलग ब्रह्मांडों (या एक ही ब्रह्मांड के दो दूर क्षेत्रों) को जोड़ता है। आमतौर पर, यदि आप दो ब्लैक होल को एक-दूसरे के पास रखते हैं, तो वे या तो एक-दूसरे से टकरा जाएंगे या अलग हो जाएंगे। उन्हें एक स्थिर स्थिति में संतुलित रखने के लिए, आपको अक्सर एक "स्ट्रट" (एक कठोर छड़) या एक "मिस्नर स्ट्रिंग" (तनाव की एक अजीब, अदृश्य रेखा) की आवश्यकता होती है ताकि उन्हें अपनी जगह पर बनाए रखा जा सके। क्लेमेंट का समाधान अद्वितीय है क्योंकि ये दो ब्लैक होल किसी भी ऐसे स्ट्रट या स्ट्रिंग से आपस में जुड़े हुए नहीं हैं। इसके बजाय, वे वॉर्महोल के दूर के सिरों से दो अर्ध-अनंत कॉस्मिक स्ट्रिंग्स द्वारा "लटके" हुए हैं।

वॉर्महोल की कल्पना दो चट्टानों के बीच के एक पुल के रूप में करें। दो ब्लैक होल पुल पर रखे भारी लालटेन की तरह हैं। एक-दूसरे से बंधे होने के बजाय, प्रत्येक लालटेन एक लंबी, अदृश्य रस्सी द्वारा अपने पक्ष की चट्टान के किनारे तक लटका हुआ है। ये रस्सियाँ ही कॉस्मिक स्ट्रिंग्स हैं। दिलचस्प बात यह है कि इन स्ट्रिंग्स में "तनाव" (tension) सकारात्मक (एक सामान्य रस्सी की तरह कसना) या नकारात्मक (बाहर की ओर धकेलना) हो सकता है, जो उन विशिष्ट संख्याओं पर निर्भर करता है जो क्लेमेंट अपने समीकरणों में उपयोग करते हैं। यह सेटअप ब्लैक होल्स को एक-दूसरे को छुए बिना संतुलन में लटकने की अनुमति देता है।

हालाँकि, इस ब्रह्मांडीय निर्माण के साथ कुछ गंभीर चेतावनियाँ भी जुड़ी हैं। शोध पत्र में पाया गया है कि लगभग सभी संभावित मापदंडों (वे संख्याएं जो सिस्टम के द्रव्यमान और स्पिन को परिभाषित करती हैं) के सेट के लिए, वॉर्महोल में एक "नेकेड रिंग सिंगुलैरिटी" (naked ring singularity) होती है। इसे देखने के लिए, कल्पना कीजिए कि वॉर्महोल के थ्रोट के ठीक बीच में अनंत घनत्व वाली एक सपाट, घूमती हुई रिंग बैठी है। एक सामान्य ब्लैक होल के विपरीत, जो अपने खतरनाक केंद्र को एक 'इवेंट होराइजन' (वापसी न होने वाला बिंदु) के पीछे छिपा देता है, यह रिंग "नेकेड" (नग्न) है, जिसका अर्थ है कि यह शेष ब्रह्मांड के लिए उजागर है। शोध पत्र दिखाता है कि यदि आप इस रिंग की ओर एक पथ (geodesic) के साथ यात्रा करते हैं, तो आपकी यात्रा वहीं समाप्त हो जाएगी; पथ अचानक रुक जाता है।

इसके अलावा, इस नेकेड रिंग की उपस्थिति एक ऐसा क्षेत्र बनाती है जहाँ समय अजीब व्यवहार करता है। गणित बताता है कि इस वॉर्महोल के एक सीमित आयतन में, "क्लोज्ड टाइमलाइक कर्व्स" (closed timelike curves) होते हैं। सरल शब्दों में, इसका अर्थ है कि अंतरिक्ष के माध्यम से ऐसे पथ हैं जो समय में वापस खुद पर ही लौट आते हैं, सैद्धांतिक रूप से एक वस्तु को अपने स्वयं के अतीत में लौटने की अनुमति देते हैं। हालाँकि यह एक टाइम मशीन जैसा लगता है, शोध पत्र इसे एक गणितीय परिणाम के रूप में मानता है, न कि एक व्यावहारिक उपकरण के रूप में।

लेखक एक विशेष, सरल मामले का भी उल्लेख करते हैं। यदि समीकरणों में एक विशिष्ट आयामहीन पैरामीटर (dimensionless parameter) को ठीक 1 पर सेट किया जाता है, तो कॉस्मिक स्ट्रिंग्स पूरी तरह से गायब हो जाती हैं (उनका तनाव शून्य हो जाता है), और नेकेड रिंग सिंगुलैरिटी भी गायब हो जाती है। इस बहुत ही विशिष्ट परिदृश्य में, जटिल वॉर्महोल समाधान सरल होकर एक एकल घूमते हुए ब्लैक होल (केर ब्लैक होल) के प्रसिद्ध समाधान में बदल जाता है। लेकिन शोध पत्र में वर्णित सामान्य मामले के लिए, ब्रह्मांड एक बहुत ही विचित्र स्थान है: एक वॉर्महोल जिसमें दो घूमते हुए ब्लैक होल हैं, जो कॉस्मिक स्ट्रिंग्स द्वारा लटके हुए हैं, जिसके केंद्र में अनंत घनत्व वाली एक खतरनाक, उजागर रिंग है, और साथ ही समय के लूप की संभावना भी मौजूद है।

यह समाधान एक गणितीय खोज है, जिसे एक ज्ञात समाधान से प्राप्त किया गया है जिसमें एक "ग्रैवीमैग्नेटिक डायपोल" (दो ब्लैक होल का एक सिस्टम जो मिस्नर स्ट्रिंग से जुड़ा है) शामिल है, और फिर "एनालिटिकल कंटीन्यूएशन" (analytical continuation) नामक एक गणितीय ट्रिक का उपयोग करके उस जोड़ने वाली स्ट्रिंग को दो लटकती हुई स्ट्रिंग्स और वॉर्महोल थ्रोट में बदल दिया गया है। यह एक सैद्धांतिक मॉडल है, आकाश में किसी वास्तविक वस्तु का अवलोकन नहीं, लेकिन यह गुरुत्वाकर्षण के समीकरणों द्वारा दी जाने वाली जंगली संभावनाओं की एक रोमांचक झलक प्रदान करता है।