Black hole singularity is a surface not a point

प्रत्येक ब्लैक होल के हृदय में गहराई में एक ऐसी जगह होती है जहाँ भौतिकी के ज्ञात नियम टूट जाते हैं। दशकों से, छात्रों और जनता को सुनाई जाने वाली मानक कहानी यह रही है कि यह स्थान एक एकल, सूक्ष्म बिंदु (infinitesimal point) है। यह विचार सहज है: यदि आप एक तारे को ब्लैक होल में दबाते हैं, तो उसका द्रव्यमान केंद्र में शून्य आकार के एक बिंदु में ढह जाता है। इस बिंदु को अक्सर समय और स्थान के अंत के रूप में वर्णित किया जाता है, एक ऐसी जगह जहाँ गुरुत्वाकर्षण इतना मजबूत हो जाता है कि वह सब कुछ शून्य में कुचल देता है। हालाँकि, एक नया विश्लेषण इस लंबे समय से चली आ रही धारणा को चुनौती देता है, यह तर्क देते हुए कि ब्लैक होल का केंद्र एक बिंदु नहीं है, बल्कि एक विशाल, द्वि-आयामी (two-dimensional) सतह है। दृष्टिकोण में यह बदलाव केवल अर्थशास्त्र का मामला नहीं है; यह यह बदल देता है कि हम समय के प्रवाह, वास्तविकता की प्रकृति और क्वांटम ग्रेविटी के एक एकीकृत सिद्धांत की क्षमता को कैसे समझते हैं। इसे समझने के लिए, पहले यह समझना आवश्यक है कि ब्लैक होल के भीतर, स्थान (space) और समय (time) अपनी भूमिकाएँ बदल लेते हैं। ब्लैक होल के बाहर, आप स्थान में स्वतंत्र रूप से घूम सकते हैं लेकिन समय में आगे बढ़ने के लिए मजबूर होते हैं। इवेंट होराइजन (घटना क्षितिज), जो वापसी न होने की सीमा है, के भीतर, स्वयं स्थान प्रकाश से भी तेज़ गति से अंदर की ओर गिरता है, और अपने साथ सब कुछ खींच ले जाता है, जबकि समय एक ऐसा दिशा बन जाता है जिसके माध्यम से आप यात्रा कर सकते हैं, ठीक वैसे ही जैसे आप स्थान के माध्यम से चलते हैं। इस विचित्र वातावरण में, स्थान में किसी चीज़ के करीब होने का मतलब यह नहीं है कि आप उसे देख सकते हैं या उससे बात कर सकते हैं।

दो शोधकर्ताओं, एंड्रयू हैमिल्टन और टायलर मैकमेकन ने ब्लैक होल के आंतरिक भाग का मानचित्रण करने में वर्षों बिताए हैं ताकि यह समझा जा सके कि केंद्र की ओर गिरते समय एक पर्यवेक्षक वास्तव में क्या अनुभव करेगा। उनका कार्य, जो कठोर गणितीय विश्लेषण को विस्तृत दृश्य सिमुलेशन के साथ जोड़ता है, एक चौंकाने वाला सत्य प्रकट करता है: अलग-अलग दिशाओं से ब्लैक होल में गिरने वाले दो लोग केंद्र पर नहीं मिलते हैं। इसके बजाय, वे सिंगुलैरिटी (singularity) तक पहुँचने से बहुत पहले ही एक-दूसरे से संपर्क खो देते हैं। कल्पना कीजिए कि दो लोग एक ब्लैक होल में गिर रहे हैं, एक उत्तर से और एक दक्षिण से। जैसे-जैसे वे नीचे उतरते हैं, उनके आसपास का स्थान प्रकाश से भी तेज़ गिरता है। इस कारण से, उनके बीच यात्रा करने की कोशिश करने वाले प्रकाश संकेत गिरते हुए स्थान के साथ तालमेल नहीं बिठा पाते। शोधकर्ताओं ने गणना की है कि एक विशिष्ट सीमा है, जो हृदय के आकार की है, जिसके पार प्रकाश तिरछा (sideways) यात्रा नहीं कर सकता। एक बार जब गिरने वाले पर्यवेक्षक इस सीमा को पार कर लेते हैं, तो वे एक-दूसरे को देख या संवाद नहीं कर सकते, भले ही वे दूरी के मामले में शारीरिक रूप से करीब हों। वे प्रभावी रूप से एक-दूसरे से कट जाते हैं, प्रत्येक अपनी अलग सिंगुलरिटी की ओर बढ़ रहा होता है। इसका मतलब है कि सिंगुलैरिटी एक एकल बिंदु नहीं हो सकती जहाँ सभी मिलते हों; यह एक सतह होनी चाहिए, जिसकी सतह के विभिन्न भाग एक-दूसरे से कारण संबंधी रूप से (causally) कटे हुए हों।

शोधकर्ताओं ने इस विचार का परीक्षण सबसे सरल प्रकार के ब्लैक होल का उपयोग करके किया, जो एक गोलाकार ब्लैक होल है जो घूमता नहीं है। उन्होंने अंदर गिरते हुए प्रकाश और पदार्थ के पथों को ट्रैक किया, जिससे एक दृश्य मानचित्र तैयार हुआ कि एक पर्यवेक्षक क्या देखेगा। सिमुलेशन दिखाता है कि जैसे-जैसे एक पर्यवेक्षक केंद्र के करीब पहुँचता है, दृश्य एक बिंदु में सिकुड़ता नहीं है। इसके बजाय, पर्यवेक्षक ब्लैक होल के क्षितिज और उससे बने ढहे हुए तारे को अपने सामने फैलता हुआ देखता है, जो एक समतल तल (plane) के रूप में दिखाई देने लगता है। पर्यवेक्षक तारे की छवि के साथ कभी नहीं पहुँच पाता; वह आगे ही रहता है, धुंधला और रेडशिफ्ट (redshift) होता हुआ, जब तक कि प्रभाव का अंतिम क्षण न आ जाए। उस अंतिम क्षण में, ज्वारीय बल (tidal forces) इतने चरम हो जाते हैं कि पर्यवेक्षक सिंगुलर सतह को एक सपाट, द्वि-आयामी तल के रूप में देखता है। यह बिंदु जैसी केंद्र की लोकप्रिय धारणा का खंडन करता है। शोधकर्ता तर्क देते हैं कि क्योंकि इस सतह के विभिन्न भाग कारण संबंधी रूप से विच्छेदित हैं—जिसका अर्थ है कि कोई भी संकेत उनके बीच यात्रा नहीं कर सकता—उन्हें अलग-अलग स्थानों के रूप में माना जाना चाहिए, जैसे पृथ्वी की सतह पर अलग-अलग बिंदु, न कि अंतरिक्ष में एक एकल बिंदु के रूप में।

जब घूमने वाले ब्लैक होल पर विचार किया जाता है, जो वास्तविक ब्रह्मांड में पाए जाने वाले प्रकार के हैं, तो कहानी अधिक जटिल हो जाती। इन घूमते हुए ब्लैक होल के गणितीय मॉडलों में, केंद्र को अक्सर एक वलय (ring) के रूप में वर्णित किया जाता है। हालाँकि, शोधकर्ताओं का तर्क है कि यह गणितीय आदर्शवाद वास्तविकता में कायम नहीं रहता। वे 'मास इन्फ्लेशन' (mass inflation) नामक एक घटना की ओर इशारा करते हैं, जहाँ ब्लैक होल में गिरने वाला पदार्थ या विकिरण की थोड़ी सी भी मात्रा ब्लैक होल की आंतरिक सीमा पर एक हिंसक अस्थिरता पैदा करती है। यह अस्थिरता ब्लैक होल के द्रव्यमान को तेजी से बढ़ा देती है, जिससे आंतरिक संरचना कुचल जाती है और सैद्धांतिक वलय को एक स्पेसलाइक (spacelike) सतह से बदल देती है, ठीक गैर-घूर्णन वाले मामले की तरह। एक वास्तविक, घूमते हुए ब्लैक होल में, आंतरिक क्षितिज एक ऐसी बाधा के रूप में कार्य करता है जहाँ ज्यामिति टूट जाती है, जिससे सिंगुलैरिटी एक वलय या बिंदु के बजाय एक सतह बन जाती है। शोधकर्ता इस बात पर जोर देते हैं कि हालांकि गणितीय समीकरण एक वलय की अनुमति देते हैं, लेकिन किसी भी ब्लैक होल से बनी भौतिक वास्तविकता, जो एक ढहते हुए तारे से बनी है, इन अपरिहार्य अस्थिरताओं के कारण निश्चित रूप से एक सतह ही होगी।

इस सिंगुलैरिटी के पुनर्कल्पन के क्वांटम ग्रेविटी के सिद्धांत की खोज के लिए गहरे निहितार्थ हैं, जो बहुत बड़े के नियमों को बहुत छोटे के नियमों के साथ जोड़ने का प्रयास करता है। यदि सिंगुलैरिटी एक सतह है, तो ब्लैक होल का वर्णन करने वाली क्वांटम अवस्थाएं संभवतः इस सतह पर निवास करती हैं, न कि छेद के आयतन में फैली हुई या इवेंट होराइजन पर छिपी हुई। शोधकर्ता सुझाव देते हैं कि यह सतह इस तरह विकसित होती है जो सूचना को संरक्षित करती है, जिसे 'यूनिटैरिटी' (unitarity) कहा जाता है, जो क्वांटम यांत्रिकी के लिए मौलिक है। वे प्रस्ताव देते हैं कि सतह एक गर्म, उबलते हुए वातावरण से घिरी हुई है जो ट्रैप किए गए विकिरण से बनी है, जो ब्लैक होल द्वारा ही उत्पन्न की गई है। यह विकिरण एक मध्यस्थ के रूप में कार्य करता है, सतह के विभिन्न हिस्सों को आपस में जोड़ता है (entangle करता है) और यह सुनिश्चित करता है कि ब्लैक होल एक अनुमानित, यूनिटरी तरीके से विकसित हो। वर्तमान दृष्टिकोण के विपरीत, जहाँ सूचना खो सकती है या अपरिवर्तनीय रूप से बिखरी हुई हो सकती है, यह मॉडल बताता है कि ब्लैक होल का आंतरिक भाग एक आत्मनिर्भर प्रणाली है जहाँ सतह और विकिरण तापीय संतुलन (thermal equilibrium) की स्थिति में होते हैं।

शोधकर्ता सावधानीपूर्वक यह नोट करते हैं कि वे यह दावा नहीं कर रहे हैं कि सिंगुलैरिटी शाब्दिक रूप से शास्त्रीय अर्थों में एक चिकनी, ज्यामितीय चादर है। पूर्ण क्वांटम ग्रेविटी सिद्धांत में, यह सतह अंतरिक्ष के विविक्त टुकड़ों (discrete chunks) या कंपन करती हुई स्ट्रिंग्स से बनी हो सकती है, लेकिन इसका प्रभावी व्यवहार एक द्वि-आयामी सीमा का है। मुख्य अंतर्दृष्टि यह है कि केंद्र में स्थित "बिंदु" एक गलत धारणा है जो ब्लैक होल को बाहर से देखने से उत्पन्न हुई है। अंदर गिरने वाले व्यक्ति के दृष्टिकोण से, केंद्र एक विशाल, छिपा हुआ परिदृश्य है जहाँ विभिन्न क्षेत्र एक-दूसरे से कटे हुए हैं। यह इस विरोधाभास को सुलझाता है कि कैसे दो पर्यवेक्षक स्थान में करीब हो सकते हैं लेकिन बातचीत करने की क्षमता में दूर हो सकते हैं। यह सुझाव देता है कि ब्रह्मांड के सबसे ऊर्जावान स्थान, ब्लैक होल की सिंगुलैरिटी, अनंत घनत्व के बिंदु नहीं हैं, बल्कि सतहें हैं जहाँ स्पेसटाइम का ताना-बाना समाप्त होता है और एक नई, क्वांटम वास्तविकता शुरू होती है। यह कार्य यह दावा नहीं करता है कि इसने क्वांटम ग्रेविटी के रहस्य को हल कर लिया है, लेकिन यह एक स्पष्ट मानचित्र प्रदान करता है कि कहाँ देखना है, जिससे ध्यान एक रहस्यमय बिंदु से हटकर एक गतिशील, द्वि-आयामी सतह की ओर स्थानांतरित हो गया है जो ब्रह्मांड के गहरे रहस्यों को समझने की कुंजी रखती है।