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सूक्ष्म ब्लैक होल

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सूक्ष्म ब्लैक होल, जिसे मिनी ब्लैक होल और क्वांटम मैकेनिकल ब्लैक होल के रूप में भी जाना जाता है, ऐसे काल्पनिक अत्यंत छोटे ब्लैक होल होते हैं जिनका द्रव्यमान सूर्य के द्रव्यमान (1 M☉) से कम होता है। जिनके लिए क्वांटम यांत्रिक प्रभाव एक महत्वपूर्ण भूमिका निभाते हैं।[1] यह अवधारणा कि ब्लैक होल मौजूद हो सकते हैं जो तारकीय द्रव्यमान से छोटे हैं, 1971 में स्टीफन हॉकिंग द्वारा पेश किया गया।

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संभव है कि ऐसे ब्लैक होल प्रारंभिक ब्रह्मांड (बिग बैंग) के दौरान अत्यधिक घनत्व वाले वातावरण में बने हों, (या बिग बैंग) या संभवतः बाद के चरण संक्रमणों के माध्यम से (जिसे आदिम ब्लैक होल के रूप में संदर्भित किया गया था) । वैज्ञानिकों का मानना है कि यदि ये वास्तव में मौजूद हैं, तो इन्हें इनके द्वारा उत्सर्जित कणों के माध्यम से देखा जा सकता है, जो हॉकिंग विकिरण के कारण निकलते हैं। यह विकिरण ब्लैक होल के धीरे-धीरे ऊर्जा खोने और अंततः समाप्त होने की प्रक्रिया से जुड़ा होता है।


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कुछ सिद्धांत, जिनमें अतिरिक्त अंतरिक्षीय आयाम की परिकल्पना की गई है, यह अनुमान लगाते हैं कि माइक्रो ब्लैक होल अपेक्षाकृत कम ऊर्जा स्तरों, यानी टेरा-इलेक्ट्रॉनवोल्ट (TeV) श्रेणी की ऊर्जा पर भी बन सकते हैं, जो लार्ज हैड्रॉन कोलाइडर जैसे कण त्वरक में उपलब्ध हैं। इसी कारण कुछ लोगों ने यह चिंता व्यक्त की कि ऐसे प्रयोग कहीं पृथ्वी के विनाश या "दुनिया के अंत" जैसी स्थिति न पैदा कर दें। हालांकि वैज्ञानिकों के अनुसार यह आशंका निराधार है। यदि ऐसे क्वांटम ब्लैक होल बन भी जाएँ, तो वे हॉकिंग विकिरण के कारण लगभग तुरंत ही वाष्पित (Evaporate) हो जाएँगे और या तो पूरी तरह समाप्त हो जाएँगे, या फिर केवल एक अत्यंत कमजोर रूप से अंतःक्रिया करने वाला अवशेष छोड़ेंगे। सैद्धांतिक तर्कों के अलावा एक व्यावहारिक प्रमाण भी है। अंतरिक्ष से आने वाली ब्रह्मांडीय किरणें लगातार पृथ्वी से टकराती रहती हैं और उनकी ऊर्जा सैकड़ों TeV तक पहुँच सकती है, जो कण त्वरकों में प्राप्त ऊर्जा से भी अधिक होती है। फिर भी इन टक्करों से पृथ्वी को कोई नुकसान नहीं होता। इसलिए यदि उच्च-ऊर्जा टक्करों से खतरनाक ब्लैक होल बन सकते, तो ऐसा प्रभाव प्राकृतिक रूप से बहुत पहले ही दिखाई दे चुका होता।

ब्लैक होल का न्यूनतम द्रव्यमान

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एक प्रारंभिक अटकलों में, स्टीफन हॉकिंग ने अनुमान लगाया कि एक ब्लैक होल लगभग 10−8 किलोग्राम (लगभग प्लैंक द्रव्यमान) से कम द्रव्यमान के साथ नहीं बनेगा।[2] किसी ब्लैक होल के निर्माण के लिए द्रव्यमान या ऊर्जा को इतनी अधिक मात्रा में एक बहुत छोटे क्षेत्र में समेटना पड़ता है कि उस क्षेत्र से बाहर निकलने के लिए आवश्यक प्रकाश की गति से भी अधिक हो जाए। जब किसी क्षेत्र का गुरुत्वाकर्षण इतना प्रबल हो जाता है कि प्रकाश भी उससे बाहर नहीं निकल सकता, तब ब्लैक होल का निर्माण होता।

वर्तमान भौतिकी के कुछ उन्नत सिद्धांत यह प्रस्तावित करते हैं कि हमारे ज्ञात तीन स्थानिक आयामों के अलावा अंतरिक्ष के अतिरिक्त आयाम भी मौजूद हो सकते हैं। ऐसे बहु-आयामी अंतरिक्ष-समय में, दूरी कम होने पर गुरुत्वाकर्षण बल तीन-आयामी स्थिति की तुलना में कहीं अधिक तेजी से बढ़ता है। यदि इन अतिरिक्त आयामों की बनावट और व्यवस्था कुछ विशेष प्रकार की हो, तो इसका प्रभाव यह हो सकता है कि प्लैंक स्केल घटकर टेरा-इलेक्ट्रॉनवोल्ट (TeV) ऊर्जा-सीमा तक आ जाए। इस तरह के विस्तार के उदाहरणों में बड़े अतिरिक्त आयाम, रैंडल-सुंड्रम मॉडल के विशेष मामले और जीकेपी समाधान जैसे स्ट्रिंग थ्योरी कॉन्फ़िगरेशन शामिल हैं। ऐसे परिदृश्यों में, ब्लैक होल का उत्पादन संभवतः लार्ज हैड्रॉन कोलाइडर (एलएचसी) पर एक महत्वपूर्ण और अवलोकन योग्य प्रभाव हो सकता है।[1][4][5][6][7] अर्थात् ऐसी परिस्थितियों में माइक्रो ब्लैक होलों का निर्माण प्रकृति में होने वाली एक सामान्य घटना माना जाएगा।

यह सब मानता है कि सामान्य सापेक्षता का सिद्धांत इन छोटी दूरी पर मान्य रहता है। यदि ऐसा नहीं होता है, तो अन्य, वर्तमान में अज्ञात, प्रभाव ब्लैक होल के न्यूनतम आकार को सीमित कर सकते हैं। प्राथमिक कण एक क्वांटम-यांत्रिक, आंतरिक कोणीय संवेग (स्पिन) से सुसज्जित होते हैं। वक्र अंतरिक्ष काल में पदार्थ के कुल (कक्षीय और स्पिन कोणीय संवेग) के लिए सही संरक्षण नियम के लिए आवश्यक है कि अंतरिक्ष काल मरोड़ से सुसज्जित हो। मरोड़ के साथ गुरुत्वाकर्षण का सबसे सरल और सबसे प्राकृतिक सिद्धांत आइंस्टीन-कार्टन सिद्धांत है।[8][9] मरोड़ गुरुत्वाकर्षण क्षेत्र की उपस्थिति में डीराक समीकरण को संशोधित करता है और फर्मिओन कणों को स्थानिक रूप से विस्तारित करने का कारण बनता है। इस मामले में फर्मियन का स्थानिक विस्तार ब्लैक होल के न्यूनतम द्रव्यमान को 1016 किग्रा के क्रम पर सीमित करता है, जिससे पता चलता है कि सूक्ष्म ब्लैक होल मौजूद नहीं हो सकते हैं। इस तरह के ब्लैक होल के उत्पादन के लिए आवश्यक ऊर्जा लार्ज हैड्रॉन कोलाइडर पर उपलब्ध ऊर्जा से अधिक परिमाण की 39 ऑर्डर है, जो दर्शाता है कि एलएचसी मिनी ब्लैक होल का उत्पादन नहीं कर सकता है। लेकिन अगर ब्लैक होल का उत्पादन होता है, तो सामान्य सापेक्षता का सिद्धांत गलत साबित होता है और इन छोटी दूरी पर मौजूद नहीं होता है। सामान्य सापेक्षता के नियमों को तोड़ा जाएगा, जैसा कि इस सिद्धांत के अनुरूप है कि कैसे पदार्थ, स्थान और समय ब्लैक होल के घटना क्षितिज के आसपास टूट जाते हैं। यह फर्मियन सीमाओं के स्थानिक विस्तार को भी गलत साबित करेगा। फर्मियन सीमाएँ ब्लैक होल को बनाए रखने के लिए आवश्यक न्यूनतम द्रव्यमान मानती हैं, इसके विपरीत, ब्लैक होल को शुरू करने के लिए आवश्यक कम से कम द्रव्यमान, जो सिद्धांत रूप में कुछ स्थितियों में एलएचसी में प्राप्त किया जा सकता है।[10][11] 

स्थिरता

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हॉकिंग विकिरण

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1975 में, स्टीफन हॉकिंग ने तर्क दिया कि, क्वांटम प्रभावों के कारण, ब्लैक होल एक प्रक्रिया द्वारा "वाष्पित" हो जाते हैं जिसे अब हॉकिंग विकिरण के रूप में जाना जाता है जिसमें प्राथमिक कण (जैसे फोटॉन, इलेक्ट्रॉन, क्वार्क और ग्लूऑन) उत्सर्जित होते हैं।[3] उनके गणनों से पता चला कि ब्लैक होल का आकार जितना छोटा होता है, उसका वाष्पीकरण उतनी ही तेजी से होता है। परिणामस्वरूप, सूक्ष्म (माइक्रो) ब्लैक होल अपने अंतिम चरण में अचानक बड़ी मात्रा में कणों का उत्सर्जन करते हुए विस्फोट-सा कर सकता है।

पर्याप्त रूप से कम द्रव्यमान का कोई भी आदिम ब्लैक होल ब्रह्मांड के जीवनकाल के भीतर प्लैंक द्रव्यमान के पास वाष्पित हो जाएगा। इस प्रक्रिया में, ये छोटे ब्लैक होल पदार्थ को दूर विकिरणित करते हैं। इसकी एक स्थूल तस्वीर यह है कि घटना क्षितिज के पास निर्वात से आभासी कण के जोड़े निकलते हैं, जिसमें एक जोड़े का एक सदस्य पकड़ा जाता है, और दूसरा ब्लैक होल के आसपास के क्षेत्र से बच निकलता है। इसका शुद्ध परिणाम यह है कि ब्लैक होल द्रव्यमान खो देता है (ऊर्जा के संरक्षण के कारण) । ब्लैक होल थर्मोडायनामिक्स के अनुसार, जैसे-जैसे ब्लैक होल द्रव्यमान खोता है, उसका तापमान बढ़ता जाता है और उसका वाष्पीकरण अधिक तेज़ हो जाता है। यह प्रक्रिया तब तक चलती रहती है जब तक उसका द्रव्यमान लगभग प्लैंक द्रव्यमान के बराबर न हो जाए।

जबकि हॉकिंग विकिरण पर कभी-कभी सवाल उठाया जाता है, लियोनार्ड सस्किंड अपनी पुस्तक द ब्लैक होल वार में एक विशेषज्ञ परिप्रेक्ष्य का सारांश देते हैंः "समय-समय पर कोई न कोई भौतिकी शोध-पत्र प्रकाशित होता है जिसमें दावा किया जाता है कि ब्लैक होल वाष्पित नहीं होते। ऐसे शोध-पत्र बहुत जल्दी अप्रासंगिक और अस्वीकार किए गए विचारों के विशाल कूड़ेदान में गायब हो जाते हैं।"[12][13]

अंतिम स्थिति के लिए अनुमान

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ब्लैक होल के अंतिम भाग्य के अनुमानों में कुल वाष्पीकरण और प्लैंक-मास-आकार के ब्लैक होल अवशेष का उत्पादन शामिल है। इस तरह के प्लैंक-मास ब्लैक होल प्रभावी रूप से स्थिर वस्तु हो सकते हैं यदि उनके अनुमत ऊर्ज ा स्तरों के बीच मात्रात्मक अंतराल उन्हें हॉकिंग कणों का उत्सर्जन करने या एक शास्त्रीय ब्लैक होल की तरह गुरुत्वाकर्षण ऊर्जा को अवशोषित करने से रोकता है। ऐसे मामले में, वे कमजोर रूप से बड़े कणों की बातचीत करेंगे-यह काले पदार्थ की व्याख्या कर सकता है।[14]

आदिम ब्लैक होल

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प्रारंभिक ब्रह्मांड में गठन

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Production of a black hole requires concentration of mass or energy within the corresponding Schwarzschild radius. It was hypothesized by Zel'dovich and Novikov first and independently by Hawking that, shortly after the Big Bang, the Universe was dense enough for any given region of space to fit within its own Schwarzschild radius. Even so, at that time, the Universe was not able to collapse into a singularity due to its uniform mass distribution and rapid growth. This, however, does not fully exclude the possibility that black holes of various sizes may have emerged locally. A black hole formed in this way is called a primordial black hole and is the most widely accepted hypothesis for the possible creation of micro black holes. Computer simulations suggest that the probability of formation of a primordial black hole is inversely proportional to its mass. Thus, the most likely outcome would be micro black holes. [citation needed]

अपेक्षित अवलोकन योग्य प्रभाव

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लगभग 10¹² किलोग्राम प्रारंभिक द्रव्यमान वाला एक आदिम ब्लैक होल आज के समय में अपने वाष्पीकरण की प्रक्रिया पूरी कर रहा होगा। इससे कम द्रव्यमान वाले आदिम ब्लैक होल तो पहले ही पूरी तरह वाष्पित हो चुका होगा।[1] इष्टतम परिस्थितियों में, जून 2008 में लॉन्च किया गया फर्मी गामा-रे स्पेस टेलीस्कोप उपग्रह, गामा किरण फटने का अवलोकन करके पास के ब्लैक होल के वाष्पीकरण के लिए प्रयोगात्मक साक्ष्य का पता लगा सकता है।[15][16][17] यह संभावना बहुत कम है कि किसी सूक्ष्म ब्लैक होल की किसी तारे या ग्रह जैसी वस्तु से टक्कर स्पष्ट रूप से दिखाई दे। ब्लैक होल की अत्यंत छोटी त्रिज्या और अत्यधिक घनत्व उसे सामान्य परमाणुओं से बनी किसी भी वस्तु के आर-पार लगभग सीधा गुजरने की अनुमति देंगे, और इस दौरान वह केवल बहुत कम परमाणुओं के साथ ही परस्पर क्रिया करेगा। हालांकि, यह सुझाव दिया गया है कि पृथ्वी से गुजरने वाले पर्याप्त द्रव्यमान का एक छोटा ब्लैक होल एक पता लगाने योग्य ध्वनिक या भूकंप संकेत का उत्पादन करेगा।[18][19][20] [निचला-अल्फा 1] चंद्रमा पर, यह एक अलग प्रकार का गड्ढा छोड़ सकता है, जो अरबों वर्षों के बाद भी दिखाई देता है।[21]

मानव निर्मित सूक्ष्म ब्लैक होल

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  1. 1 2 3 Carr, B. J.; Giddings, S. B. (2005). "Quantum black holes". Scientific American. 292 (5): 48–55. बिबकोड:2005SciAm.292e..48C. डीओआई:10.1038/scientificamerican0505-48. पीएमआईडी 15882021. उद्धरण त्रुटि: अमान्य <ref> टैग; "carr" नाम कई बार भिन्न सामग्री के साथ परिभाषित है
  2. 1 2 Hawking, Stephen W. (1971). "Gravitationally collapsed objects of very low mass". Monthly Notices of the Royal Astronomical Society. 152: 75. बिबकोड:1971MNRAS.152...75H. डीओआई:10.1093/mnras/152.1.75.
  3. 1 2 Hawking, S. W. (1975). "Particle Creation by Black Holes". Communications in Mathematical Physics. 43 (3): 199–220. बिबकोड:1975CMaPh..43..199H. डीओआई:10.1007/BF02345020. एस2सीआईडी 55539246. उद्धरण त्रुटि: अमान्य <ref> टैग; "particlecreate" नाम कई बार भिन्न सामग्री के साथ परिभाषित है
  4. ↑ Giddings, S. B.; Thomas, S. D. (2002). "High-energy colliders as black hole factories: The End of short distance physics". Physical Review D. 65 (5). आर्काइव:hep-ph/0106219. बिबकोड:2002PhRvD..65e6010G. डीओआई:10.1103/PhysRevD.65.056010. एस2सीआईडी 1203487.
  5. ↑ Dimopoulos, S.; Landsberg, G. L. (2001). "Black Holes at the Large Hadron Collider". Physical Review Letters. 87 (16). आर्काइव:hep-ph/0106295. बिबकोड:2001PhRvL..87p1602D. डीओआई:10.1103/PhysRevLett.87.161602. पीएमआईडी 11690198. एस2सीआईडी 119375071.
  6. ↑ Johnson, George (September 11, 2001). "Physicists Strive to Build A Black Hole". The New York Times. अभिगमन तिथि: 2010-05-12.
  7. ↑ "The case for mini black holes". CERN Courier. November 2004.
  8. ↑ Sciama, Dennis W. (1964). "The physical structure of general relativity". Reviews of Modern Physics. 36 (1): 463–469. बिबकोड:1964RvMP...36..463S. डीओआई:10.1103/revmodphys.36.463.
  9. ↑ Kibble, Tom W.B. (1961). "Lorentz invariance and the gravitational field". Journal of Mathematical Physics. 2 (2): 212–221. बिबकोड:1961JMP.....2..212K. डीओआई:10.1063/1.1703702.
  10. ↑ Hawking, Stephen. "New doomsday warning". MSNBC.
  11. ↑ Popławski, Nikodem J. (2010). "Nonsingular Dirac particles in spacetime with torsion". Physics Letters B. 690 (1): 73–77. आर्काइव:0910.1181. बिबकोड:2010PhLB..690...73P. डीओआई:10.1016/j.physletb.2010.04.073.
  12. ↑ Helfer, A. D. (2003). "Do black holes radiate?". Reports on Progress in Physics. 66 (6): 943–1008. आर्काइव:gr-qc/0304042. बिबकोड:2003RPPh...66..943H. डीओआई:10.1088/0034-4885/66/6/202. एस2सीआईडी 16668175.
  13. ↑ Susskind, L. (2008). The Black Hole War: my battle with Stephen Hawking to make the world safe for quantum mechanics. New York: Little, Brown. ISBN 978-0-316-01640-7.
  14. ↑ MacGibbon, J. H. (1987). "Can Planck-mass relics of evaporating black holes close the Universe?". Nature. 329 (6137): 308–309. बिबकोड:1987Natur.329..308M. डीओआई:10.1038/329308a0. एस2सीआईडी 4286464.
  15. ↑ Barrau, A. (2000). "Primordial black holes as a source of extremely high energy cosmic rays". Astroparticle Physics. 12 (4): 269–275. आर्काइव:astro-ph/9907347. बिबकोड:2000APh....12..269B. डीओआई:10.1016/S0927-6505(99)00103-6. एस2सीआईडी 17011869.
  16. ↑ McKee, M. (30 May 2006). "Satellite could open door on extra dimension". New Scientist.
  17. ↑ "Fermi Gamma Ray Space Telescope: "Mini" black hole detection". मूल से से 2009-01-17 को पुरालेखित।. अभिगमन तिथि: 2008-12-03.
  18. ↑ Khriplovich, I. B.; Pomeransky, A. A.; Produit, N.; Ruban, G. Yu. (2008). "Can one detect passage of small black hole through the Earth?". Physical Review D. 77 (6). आर्काइव:0710.3438. बिबकोड:2008PhRvD..77f4017K. डीओआई:10.1103/PhysRevD.77.064017. एस2सीआईडी 118604599.
  19. ↑ Khriplovich, I. B.; Pomeransky, A. A.; Produit, N.; Ruban, G. Yu. (2008). "Passage of small black hole through the Earth. Is it detectable?". Cornell University. 0801: 4623. आर्काइव:0801.4623. बिबकोड:2008arXiv0801.4623K.
  20. ↑ Cain, Fraser (20 June 2007). "Are Microscopic Black Holes Buzzing Inside the Earth?". Universe Today.
  21. ↑ O'Callaghan, Jonathan (29 September 2021). "Lunar craters could reveal past collisions with ancient black holes". New Scientist. अभिगमन तिथि: 6 October 2021.
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