Can One Hear the Absence of a Singularity?

ब्रह्मांड के प्रति हमारी समझ के केंद्र में एक जिद्दी समस्या छिपी है: वह बिंदु जहाँ भौतिकी के नियम टूटते हुए प्रतीत होते हैं। आइंस्टीन के गुरुत्वाकर्षण सिद्धांत के अनुसार, जब एक विशाल तारा ढहता है, तो वह खुद को अनंत घनत्व और अनंत वक्रता वाले एक एकल बिंदु में कुचल देता है, जिसे 'सिंगुलैरिटी' (विलक्षणता) कहा जाता है। इस केंद्र पर, गणित काम करना बंद कर देता है, और हमारे वर्तमान सिद्धांत यह वर्णन नहीं कर सकते कि आगे क्या होता है। अधिकांश भौतिकविदों का मानना है कि क्वांटम ग्रेविटी का भविष्य का सिद्धांत, जो गुरुत्वाकर्षण को बहुत सूक्ष्म चीजों के नियमों के साथ जोड़ता है, इस अनंत बिंदु को एक परिमित और नियमित चीज़ में बदल देगा। लेकिन यदि ब्लैक होल का केंद्र क्वांटम प्रभावों द्वारा निर्धारित होता है, तो क्या बाहरी दुनिया को इसका पता चलता है? यदि यह परिवर्तन इतने छोटे क्षेत्र में होता है जो एक परमाणु से भी छोटा है, तो क्या हम अंतरिक्ष की विशाल दूरी से इसे कभी पकड़ पाएंगे?

यह प्रश्न गुरुत्वाकर्षण और क्वांटम दुनिया के मिलन बिंदु पर स्थित है, जो ब्लैक होल की "रिंगिंग" (गूंज) पर केंद्रित है। जब एक ब्लैक होल विचलित होता है, शायद किसी तारे को निगलने या दूसरे से टकराने के कारण, तो वह केवल वहां बैठा नहीं रहता; वह कंपन करता है। ये कंपन, जिन्हें 'क्वासी-नॉर्मल मोड्स' कहा जाता है, एक बजती हुई घंटी की ध्वनि की तरह हैं। ब्लैक होल गुरुत्वाकर्षण तरंगें उत्सर्जित करता है जो समय के साथ फीकी पड़ती जाती हैं, और विशिष्ट पिच (स्वर) और यह कितनी जल्दी शांत होती है, यह पूरी तरह से ब्लैक होल के गुणों पर निर्भर करता है। दशकों से, वैज्ञानिकों ने आइंस्टीन के सिद्धांत द्वारा अनुमानित ब्लैक होल की "रिंगिंग" का अध्ययन किया है, जिसमें इसके केंद्र में एक सिंगुलैरिटी होती है। उन्होंने उच्चतम-पिच वाले, सबसे तेजी से फीके पड़ने वाले कंपनों में एक बहुत ही विशिष्ट पैटर्न पाया। प्रश्न यह था: यदि ब्लैक होल का केंद्र वास्तव में चिकना और नियमित है, जैसा कि क्वांटम ग्रेविटी सुझाव देती है, तो क्या इस पैटर्न में बदलाव आएगा?

रोम के शोधकर्ताओं की एक टीम ने अब एक आश्चर्यजनक और निर्णायक "हाँ" के साथ इसका उत्तर दिया है। उन्होंने नियमित ब्लैक होलों की एक विस्तृत श्रेणी की जांच की जहाँ केंद्रीय सिंगुलैरिटी को एक चिकने, नियमित कोर (केंद्र) द्वारा प्रतिस्थापित किया गया है, जबकि बाकी का ब्लैक होल आइंस्टीन द्वारा वर्णित मानक संस्करण के लगभग समान दिखता है। अंतरिक्ष की जटिल ज्यामिति में तरंगें कैसे व्यवहार करती हैं, इसका पता लगाने वाली एक परिष्कृत गणितीय तकनीक का उपयोग करते हुए, उन्होंने उच्चतम-आवृत्ति वाले कंपनों का विश्लेषण किया। उन्होंने पाया कि एक सिंगुलर ब्लैक होल और एक नियमित ब्लैक होल के बीच का अंतर एक सूक्ष्म बदलाव नहीं है जो कोर छोटा होने पर फीका पड़ जाता है। इसके बजाय, अंतर पूर्ण और अचानक है। भले ही नियमित कोर अत्यंत सूक्ष्म हो, उच्चतम-पिच वाले कंपनों का पैटर्न पूरी तरह से बदल जाता है।

मानक मॉडल में जिसमें सिंगुलैरिटी होती है, उच्चतम-पिच वाले कंपनों की एक विशिष्ट, गैर-शून्य पिच होती है जो ध्वनि के फीके पड़ने के साथ स्थिर रहती है। हालांकि, एक नियमित, चिकने केंद्र वाले ब्लैक होल के लिए, इन उच्च-आवृत्ति कंपनों की पिच गिरकर शून्य हो जाती है। ध्वनि बिना किसी स्वर के केवल एक फीकी पड़ती फुसफुसाहट बन जाती है। यह परिणाम तब भी सत्य रहता है जब तक कि नियमित कोर शून्य न हो, चाहे वह कितना भी छोटा क्यों न हो। शोधकर्ताओं ने दिखाया कि कोर को छोटा करने और कंपन की आवृत्ति को बढ़ाने के गणितीय सीमाएं आपस में मेल नहीं खातीं (non-commute); आप केवल कोर को शून्य तक सिकोड़ने और यह उम्मीद करने के लिए कि पैटर्न सहज रूप से मानक आइंस्टीन भविष्यवाणी पर वापस आ जाएगा, ऐसा नहीं कर सकते। सिंगुलैरिटी की अनुपस्थिति ब्लैक होल के ध्वनि स्पेक्ट्रम पर एक स्थायी, विशिष्ट छाप छोड़ती है।

टीम ने विशिष्ट मॉडलों, जिनमें फैन-वांग और बार्डिन ब्लैक होल शामिल हैं—जो नियमित ब्लैक होल के लोकप्रिय उम्मीदवार हैं—के उच्च-परिशुद्धता वाले कंप्यूटर सिमुलेशन के साथ इस सैद्धांतिक निष्कर्ष की पुष्टि की। उन्होंने इन कंपनों के पहले 500 ओवरटोन्स की गणना की और पैटर्न के विकास को देखा। जैसे-जैसे आवृत्ति बढ़ी, नियमित ब्लैक होल की पिच दोलन करती रही और अंततः शून्य पर स्थिर हो गई, जबकि मानक ब्लैक होल ने अपनी स्थिर, गैर-शून्य पिच बनाए रखी। यह व्यवहार उस घटना का संकेत है जिसे भौतिक विज्ञानी 'स्पेक्ट्रल इंस्टेबिलिटी' (स्पेक्ट्रम की अस्थिरता) कहते हैं। क्योंकि इन कंपनों को नियंत्रित करने वाले नियम सिस्टम की सीमाओं के प्रति संवेदनशील होते हैं, इसलिए ब्लैक होल के भीतर एक सूक्ष्म परिवर्तन भी उच्च आवृत्तियों पर अत्यधिक बढ़ जाता है। यह ऐसा है जैसे ब्लैक होल के उच्चतम स्वर केंद्र को सुन रहे हों, और सिंगुलैरिटी की अनुपस्थिति को सुन रहे हों, भले ही बाहरी हिस्सा शास्त्रीय संस्करण के समान ही क्यों न दिखता हो।

इस स्पष्ट सैद्धांतिक अंतर के बावजूद, शोधकर्ता सावधानीपूर्वक नोट करते हैं कि वास्तविक ब्रह्मांड में इस अंतर को सुनना वर्तमान या निकट भविष्य की तकनीक के साथ संभव नहीं है। इस अद्वितीय "शून्य पिच" पैटर्न में संक्रमण अत्यंत उच्च आवृत्तियों पर होता है, जो उन कंपनों के अनुरूप है जो लगभग तुरंत फीके पड़ जाते हैं। 500वें या 10,000वें कंपन का पता लगाने के लिए, एक डिटेक्टर को उन संकेतों के प्रति संवेदनशील होना होगा जो टक्कर के शुरुआती शोर के नीचे दब जाते हैं और एक सेकंड के अंश में समाप्त हो जाते हैं। प्लैंक लंबाई से संबंधित कोर वाले ब्लैक होल के लिए, आवश्यक आवृत्ति इतनी उच्च है कि कोई भी खगोलीय घटना इतना मजबूत संकेत उत्पन्न नहीं कर सकती जिसे सुना जा सके। बड़े, काल्पनिक कोर के लिए भी, बदलाव देखने के लिए आवश्यक कंपनों की संख्या वर्तमान में हमारे मापने योग्य स्तर से बहुत परे है।

इस कार्य का महत्व तत्काल खगोलीय खोज में नहीं है, बल्कि इसमें है कि यह ब्लैक होल की प्रकृति और हमारी थ्योरी की सीमाओं के बारे में क्या प्रकट करता है। यह प्रदर्शित करता है कि ब्लैक होल की आंतरिक संरचना पूरी तरह से बाहरी दुनिया से छिपी नहीं है; इसके कंपनों का स्पेक्ट्रम इस बात की स्मृति रखता है कि केंद्र एक अनंत टूटने वाला बिंदु है या एक चिकना, नियमित क्षेत्र। यह ब्लैक होल के स्पेक्ट्रम की स्थिरता और इसके केंद्रीय सिंगुलैरिटी के समाधान के बीच एक नया संबंध स्थापित करता है। भले ही हम निकट भविष्य में इस विशिष्ट ध्वनि को नहीं सुन पाएंगे, लेकिन यह खोज सिद्ध करती है कि ब्रह्मांड अपने गहरे विरोधाभासों के समाधान को उतनी शांति से नहीं छिपाता जितना कि एक बार सोचा गया था। सिंगुलैरिटी की अनुपस्थिति एक मौलिक गुण है जो, सिद्धांत रूप में, ब्लैक होल के गीत की प्रकृति को ही बदल देता है।