Note on the Pure State of Old Black Holes in Some Models of Asymptotically Flat Quantum Gravity

ब्लैक होल लंबे समय से भौतिकविदों की कल्पनाओं को झकझोरते रहे हैं, न केवल उनके भयानक गुरुत्वाकर्षण के कारण, बल्कि ब्रह्मांड के काम करने के तरीके के मूल में मौजूद एक गहरे विरोधाभास के कारण। एक ओर सामान्य सापेक्षता (जनरल रिलेटिविटी) का सिद्धांत है, जो गुरुत्वाकर्षण को अंतरिक्ष और समय के सुचारू झुकाव के रूप में वर्णित करता है। दूसरी ओर क्वांटम मैकेनिक्स है, जो परमाणुओं और कणों की सूक्ष्म दुनिया का नियमकोश है, जो यह जोर देता है कि सूचना कभी भी वास्तव में खो नहीं जा सकती। जब एक ब्लैक होल बनता है और अंततः वाष्पित हो जाता है, तो ये दोनों सिद्धांत आपस में टकराते हुए प्रतीत होते हैं। यदि एक ब्लैक होल पदार्थ को निगल लेता है और फिर गायब हो जाता है, तो उस पदार्थ के बारे में जानकारी का क्या होता है? क्या वह लुप्त हो जाती है, जिससे क्वांटम मैकेनिक्स के नियम टूट जाते हैं, या वह बच निकलती है, शायद इस तरह से जो छेद के ठीक किनारे पर अंतरिक्ष-समय के चिकने ताने-बाने को नष्ट कर देती है? यह किनारा, जिसे 'इवेंट होराइजन' (घटना क्षितिज) के रूप में जाना जाता है, एक भीषण बहस का मंच बन गया है। कुछ भौतिकविद तर्क देते हैं कि क्षितिज एक शांत स्थान है, जहाँ एक पर्यवेक्षक को कुछ भी असामान्य महसूस नहीं होगा। अन्य, सूचना की पहेली का सामना करते हुए, एक "फायरवॉल" (अग्नि दीवार) का प्रस्ताव करते हैं—ऊर्जा की एक झुलसा देने वाली दीवार जो उस दहलीज को पार करने वाली किसी भी चीज़ को भस्म कर देगी। प्रश्न केवल ब्लैक होल के बारेست नहीं है; यह इस बारे में है कि क्या वास्तविकता की हमारी वर्तमान समझ, विशेष रूप से यह विचार कि अंतरिक्ष ऊर्जा के सुचारू क्षेत्रों से भरा है, वास्तव में सही है।

हाल ही में प्रकाशित एक शोध पत्र में, सैद्धांतिक भौतिकविद टॉम बैंक्स ने वक्रित अंतरिक्ष में ब्लैक होल की जटिल गणितीय गणनाओं से हटकर, सरल और अधिक मौलिक मॉडलों के माध्यम से इस समस्या का गहराई से परीक्षण किया है। वे दो विशिष्ट ढांचों की जांच करते हैं जहाँ गुरुत्वाकर्षण स्वयं एक मौलिक बल होने के बजाय क्वांटम कणों के व्यवहार से उत्पन्न होता है। एक मॉडल दो आयामों में स्ट्रिंग्स से जुड़े सिद्धांत का एक रूपांतर है, जबकि दूसरा ग्यारह-आयामी सुपरग्रेविटी के सिद्धांत से आता है। दोनों ही मामलों में, शोधकर्ता एक ब्लैक होल से शुरुआत नहीं करते और उसे अपने समीकरणों में फिट करने की कोशिश नहीं करते। इसके बजाय, वे साधारण क्वांटम मैकेनिक्स के उपकरणों का उपयोग करके कणों के एक संग्रह को एक स्थिर, उच्च-ऊर्जा अवस्था में संकलित करके, ज़मीन से ऊपर की ओर ब्लैक होल का निर्माण करते हैं। ये अवस्थाएं रहस्यमय सतह वाले चिकने, खाली शून्य नहीं हैं; वे जटिल, अराजक 'बाउंड स्टेट्स' (बद्ध अवस्थाएं) हैं, जो एक कसकर पैक किए गए कणों के समूह की तरह हैं जो अपने स्वयं के अंतःक्रियाओं द्वारा जुड़े होते हैं।

जब बैंक्स इन निर्मित ब्लैक होल्स का विश्लेषण करते हैं, तो वे पाते हैं कि प्रसिद्ध "फायरवॉल" विरोधाभास वास्तव में अस्तित्व में ही नहीं है। भ्रम इसलिए पैदा होता है क्योंकि भौतिकविद इन वस्तुओं का वर्णन करने के लिए क्वांटम फील्ड थ्योरी की भाषा का उपयोग करने की कोशिश कर रहे हैं, जो यह मानती है कि अंतरिक्ष चिकने, निरंतर क्षेत्रों से भरा हुआ है। जिन मॉडलों का अध्ययन बैंक्स कर रहे हैं, उनमें यह धारणा गलत है। ब्लैक होल बनाने वाले कण क्षितिज के पास एक सुचारू क्षेत्र में फैले हुए नहीं हैं; वे एक एकल, विशाल क्वांटिक वस्तु के असतत घटक हैं। जैसे-जैसे ब्लैक होल वाष्पित होता है, वह एक रहस्यमय सतह से कणों को उत्सर्जित करके नहीं, बल्कि अपने स्वयं के व्यक्तिगत हिस्सों को धीरे-धीरे मुक्त करके होता है, ठीक वैसे ही जैसे पानी के गड्ढे से पानी की एक बूंद वाष्पित होती है। उत्सर्जित कण शेष क्लस्टर के साथ उलझे (entangled) होते हैं, जिसका अर्थ है कि उनकी क्वांटम अवस्थाएं जुड़ी हुई हैं, लेकिन जैसे-जैसे क्लस्टर विकसित होता है, यह जुड़ाव तेजी से और अराजक रूप से बदलता रहता है।

यह शोध पत्र तर्क देता है कि "फायरवॉल" का विचार गलत प्रकार के गणित को देखने के कारण उपजी एक गलतफहमी है। इन मॉडलों में, ब्लैक होल के किनारे पर भौतिकी के नियमों में कोई अचानक, हिंसक टूट नहीं होता है। इसके बजाय, ब्लैक होल से बाहरी दुनिया में संक्रमण दृष्टिकोण का मामला है। एक दूर स्थित पर्यवेक्षक के लिए, ब्लैक होल एक ऊष्मीय वस्तु की तरह दिखता है जो गर्मी विकीर्ण कर रहा है। एक जटिल क्वांटम प्रणाली के भीतर के पर्यवेक्षक के लिए, यह केवल परस्पर क्रिया करने वाले कणों का एक संग्रह है। "क्षितिज" कोई भौतिक बाधा नहीं है जहाँ अंतरिक्ष-समय फट जाता है; यह केवल एक ऐसी सीमा है जहाँ सिस्टम का विवरण बंधे हुए कणों के संग्रह से बदलकर मुक्त रूप से चलते विकिरण में बदल जाता है। विकिरण और शेष ब्लैक होल के बीच का एंटैंगलमेंट वास्तविक है, लेकिन यह उस प्रकार का स्थिर, अनंत संबंध नहीं है जो विरोधाभासों की ओर ले जाता है। यह एक गतिशील, क्षणिक लिंक है जो सिस्टम द्वारा अपनी सूचना को बिखेरने (scramble) के दौरान फीका पड़ जाता है।

बैंक्स निष्कर्ष निकालते हैं कि ब्लैक होल की मानक तस्वीर, जिसमें एक चिकना इवेंट होराइजन और उससे जुड़ी ऊर्जा की विसंगतियां होती हैं, एक भ्रम है जो समस्या पर गलत उपकरणों को लागू करने से पैदा हुआ है। उनके द्वारा अध्ययन किए गए मॉडल दिखाते हैं कि ब्लैक होल केवल जटिल क्वांटम अवस्थाएं हैं जिनका आकार, ऊर्जा और एंट्रॉपी बिल्कुल वैसी ही है जैसी आइंस्टीन के समीकरणों द्वारा अनुमानित ब्लैक होल्स की होती है। उनके पास कोई विशेष, विलक्षण सतह नहीं है जहाँ भौतिकी के नियम टूट जाते हैं। इसलिए, सूचना विरोधाभास का समाधान फायरवॉल या किसी नई प्रक्रिया को आविष्कार करने में नहीं है, बल्कि यह स्वीकार करने में है कि ब्लैक होल के पास के स्थान के लिए क्वांटम फील्ड थ्योरी का वर्णन मौलिक रूप से गलत है। ब्रह्मांड को ब्लैक होल की समस्या के लिए किसी नाटकीय, हिंसक समाधान की आवश्यकता नहीं है; इसे केवल इस धारणा को छोड़ने की आवश्यकता है कि अंतरिक्ष उन स्थानों पर चिकना और निरंतर है जहाँ हम कभी देख नहीं पाए हैं। ब्लैक होल कोई राक्षस नहीं है जिसके पास कोई रहस्य हो, और न ही यह कोई पहेली है जिसमें कोई छिपा हुआ जाल हो। यह एक जटिल, विकसित होती प्रणाली है जो ठीक वैसे ही व्यवहार करती है जैसा क्वांटम मैकेनिक्स मांग करता है, बिना उसके किनारे पर किसी विदेशी नई भौतिकी की आवश्यकता के।