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ब्लैक होल के स्पष्ट क्षितिज और घटना क्षितिज में क्या अंतर है?

ब्लैक होल के स्पष्ट क्षितिज और घटना क्षितिज में क्या अंतर है?


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स्पष्ट क्षितिज के लिए विकिपीडिया पृष्ठ बहुत ही संक्षिप्त है और इसके लिए कुछ जीआर ज्ञान की आवश्यकता है। क्या कोई सरल परिभाषा है?


स्पेसटाइम के ब्लैक होल क्षेत्र को एक ऐसे क्षेत्र के रूप में परिभाषित किया जाता है जहां कुछ भी अनंत तक नहीं जा सकता है और एक निश्चित समय पर एक घटना क्षितिज अंतरिक्ष के एक जुड़े क्षेत्र की सीमा है जो ब्लैक होल क्षेत्र का हिस्सा है। जैसा कि आप एक साधारण उत्तर के बाद हैं, मैं ब्लैक होल या घटना क्षितिज की औपचारिक परिभाषा नहीं दूंगा, लेकिन वे वाल्ड में पाए जा सकते हैं।

हालांकि समस्या यह जानना है कि क्या अंतरिक्ष के क्षेत्र में कुछ भी अनंत तक बच सकता है, यह भविष्य के सटीक ज्ञान पर निर्भर करता है, साथ ही सभी स्पेसटाइम में अनंत की उपयुक्त धारणा नहीं होती है। फिर भी स्पष्ट रूप से तब भी जब हम स्पेसटाइम के पूरे इतिहास को नहीं जानते हैं या जब अनंत की उपयुक्त धारणा नहीं है, तब भी हम उन वस्तुओं की पहचान कर सकते हैं जो कार्यात्मक रूप से ब्लैक होल के बराबर हैं। यदि आप चाहें तो स्पष्ट क्षितिज वह स्थानिक सीमा है जिसे हम कार्यात्मक रूप से ब्लैक होल मान सकते हैं।

चूंकि ब्लैक होल से कुछ भी नहीं बच सकता है, यहां तक ​​​​कि इससे दूर निर्देशित प्रकाश भी विलक्षणता की ओर वापस खींच लिया जाता है, इसलिए हम जानते हैं कि एक ब्लैक होल अंतरिक्ष में एक बिंदु के सापेक्ष बाहर की ओर निर्देशित प्रकाश को उस बिंदु तक अंदर की ओर ले जाने का कारण बन सकता है। स्पष्ट क्षितिज वह सीमा है जहां बाहरी रूप से निर्देशित प्रकाश बाहर की ओर जाता है और जहां यह अंदर की ओर बढ़ता है।

श्वार्ज़स्चिल्ड स्पेसटाइम में, या अधिक सामान्यतः केर-न्यूमैन स्पेसटाइम (मानक निर्देशांक में) स्पष्ट क्षितिज और घटना क्षितिज मेल खाते हैं। हालांकि, आम तौर पर, स्पष्ट क्षितिज का स्थान इस बात पर निर्भर करता है कि आप स्पेसटाइम को कैसे 'स्लाइस' करते हैं (यदि आप चाहें तो यह पर्यवेक्षक-निर्भर है - घटना क्षितिज के विपरीत)। स्पष्ट क्षितिज (औपचारिक रूप से परिभाषित) ब्लैक होल से जुड़े होने की आवश्यकता नहीं है, हालांकि जब तक स्पेसटाइम में कुछ गुण होते हैं, वे वास्तव में ब्लैक होल से जुड़े होंगे और घटना क्षितिज पर या उसके अंदर स्थित होंगे।


सिंगुलरिडेड नो प्लुरल

सामान्य सापेक्षता में, an घटना क्षितिज स्पेसटाइम में एक सीमा है, अक्सर एक ब्लैक होल के आस-पास का क्षेत्र, जिसके आगे घटनाएं बाहरी पर्यवेक्षक को प्रभावित नहीं कर सकती हैं। क्षितिज से परे उत्सर्जित प्रकाश कभी भी पर्यवेक्षक तक नहीं पहुंच सकता है, और कोई भी वस्तु जो पर्यवेक्षक की ओर से क्षितिज तक पहुंचती है, वह धीमा प्रतीत होता है और कभी भी क्षितिज से नहीं गुजरता है, इसकी छवि समय बीतने के साथ अधिक से अधिक लाल हो जाती है। हालांकि, यात्रा करने वाली वस्तु किसी भी अजीब प्रभाव का अनुभव नहीं करती है और वास्तव में, उचित समय की एक सीमित मात्रा में क्षितिज से गुजरती है।
अधिक विशिष्ट प्रकार के क्षितिज में ब्लैक होल के आसपास पाए जाने वाले संबंधित लेकिन विशिष्ट पूर्ण और स्पष्ट क्षितिज शामिल हैं। अभी भी अन्य विशिष्ट धारणाओं में कॉची और किलिंग क्षितिज शामिल हैं, केर समाधान कण के फोटॉन क्षेत्र और एर्गोस्फीयर और ब्रह्मांड विज्ञान के लिए प्रासंगिक ब्रह्मांड संबंधी क्षितिज और वर्तमान ब्लैक होल अनुसंधान में महत्वपूर्ण पृथक और गतिशील क्षितिज।


10 जवाब “ब्रह्मांड में सबसे हिंसक स्थानों में सहकर्मी के लिए गुरुत्वाकर्षण का उपयोग करना: ब्लैक होल्स को टक्कर देना”

यहां दो प्रासंगिक (पीडीएफ) पेपर हैं:

रिंगिंग घटना से बच नहीं पाता
क्षितिज। रिंगिंग स्पेसटाइम है
वक्रता या तरंगें जो घटना क्षितिज के करीब उत्सर्जित होती हैं। यदि आपके पास पास की कक्षा में दो ब्लैक होल हैं
दो घटना क्षितिज के करीब गतिशील स्पेसटाइम है। गतिशील द्वारा it
इसका मतलब है कि स्पेसटाइम में अंतरिक्ष को इस तरह से घुमाया जा रहा है कि
ये मोड़ या विकृतियां तरंगें बनाती हैं जो सिस्टम से बच सकती हैं। तीव्र गुरुत्वाकर्षण का अर्थ है कि अशक्त
दिशा, या पथ प्रकाश या गुरुत्वाकर्षण जैसे बड़े पैमाने पर कणों द्वारा लिया गया
तरंगें, ब्लैक होल के करीब रहती हैं और धीरे-धीरे छिल जाती हैं। ये तरंगें काली के पास मौजूद हो सकती हैं
विलय के बाद छेद। वे "अनंत" तक पहुँचते हैं
कुछ समय बाद और मूल ब्लैक होल के बारे में जानकारी ले जो
विलय का गठन किया। नजरिए से
एक पर्यवेक्षक के दो प्रारंभिक ब्लैक होल की अंतिम स्थिति के बारे में डेटा
स्पष्ट विलय की तुलना में बाद में प्रकट होता है।

एक अलग प्रकार की घटना की कल्पना करें: दो समान द्रव्यमानों की एक दुर्लभ रैखिक टक्कर। क्या द्रव्यमान/आयतन संबंध को पतन को बनाए रखने और विस्फोटक छूट को जन्म देने के लिए आवश्यक सीमा से अधिक विकृत नहीं किया जाएगा?

दो ब्लैक होल के विलय में एक बाहरी पर्यवेक्षक और एक आंतरिक पर्यवेक्षक के लिए अलग-अलग रूप होते हैं जो प्रवेश करने का निर्णय लेते हैं। बाहरी पर्यवेक्षक के लिए दो ब्लैक होल क्षितिज का विलय कमर तक जाने वाले दो पैंट पैरों के विलय के समान है। यदि कोई समय के रूप में ऊर्ध्वाधर दिशा के बारे में सोचता है तो दो क्षितिज एक ही घटना क्षितिज में विलीन हो जाते हैं। उस बाहरी पर्यवेक्षक के लिए समय में अंतरिक्ष की तेजी से बदलती ज्यामिति से उत्पन्न गुरुत्वाकर्षण तरंगें होंगी। एक बार जब यह पर्यवेक्षक मर्ज किए गए ब्लैक होल के लिए एक एकल ब्लैक सतह को देखता है तो वहां गुरुत्वाकर्षण तरंगें मौजूद रहेंगी जो विलय से पहले जटिल स्पेसटाइम कॉन्फ़िगरेशन के कारण होती हैं। इस समूह ने यही गणना की है। अब निश्चित रूप से यह समय के साथ समाप्त हो जाएगा और अनंत तक भाग जाएगा।

गिरने वाले पर्यवेक्षक के लिए जो ब्लैक होल में से एक में प्रवेश करता है, चीजें अजनबी होती हैं। एक ब्लैक होल के माध्यम से गिरने वाला पर्यवेक्षक क्षितिज में कोई परिवर्तन नहीं देखता है, या स्पष्ट क्षितिज क्या है। जैसे ही कोई ब्लैक होल के करीब आता है, घटना क्षितिज एक काले गोलाकार सतह के रूप में प्रकट होता है जो आकार में बढ़ता है और लगभग सपाट विमान बन जाता है। यह तब बनी रहती है जब प्रेक्षक वास्तविक घटना क्षितिज को पार कर चुका होता है। इसका मतलब है कि अभी भी एक क्षेत्र है जो विलक्षणता के करीब है जो पर्यवेक्षक से अलग-अलग है। यह तब तक बना रहता है जब तक प्रेक्षक विलक्षणता तक नहीं पहुंच जाता।

आंतरिक पर्यवेक्षक के अनुसार ब्लैक होल विलय के साथ क्या होता है यह थोड़ा अधिक जटिल है। सबसे पहले एक जोड़ी पैंट उतारकर स्कर्ट पहननी है। स्कर्ट से निकलने वाले पैर घटना क्षितिज के अंदर दो ब्लैक होल के स्पष्ट क्षितिज हैं। स्कर्ट एक नए स्पष्ट घटना क्षितिज की उपस्थिति है जो एक आंतरिक पर्यवेक्षक के अनुसार ब्लैक होल के दो स्पष्ट क्षितिजों में से किसी के भी करीब नहीं है। एक पर्यवेक्षक जो ब्लैक होल के स्पष्ट क्षितिज के बहुत करीब नहीं है, एक बड़े स्पष्ट क्षितिज के अचानक प्रकट होने का गवाह है। स्पष्ट क्षितिज में से एक के करीब एक पर्यवेक्षक "स्कर्ट ऊपर" जाता है और इसे नहीं देखता है।

तो एक आंतरिक पर्यवेक्षक एक ब्लैक होल के बड़े क्षितिज को देखेगा जिसमें वे हैं और दूसरा ब्लैक होल क्षितिज एक ब्लैक क्षेत्र के रूप में दिखाई दे रहा है। यदि प्रेक्षक पहले स्पष्ट क्षितिज के बहुत करीब नहीं है तो दो स्पष्ट क्षितिज अचानक एक हो जाते हैं। यदि यह प्रेक्षक उनके द्वारा प्रवेश किए गए ब्लैक होल के स्पष्ट क्षितिज के करीब है तो दो स्पष्ट क्षितिज उस बिंदु तक अलग-अलग रहते हैं जब तक वे विलक्षणता तक नहीं पहुंच जाते।

इन दो दृष्टिकोणों के बीच अंतर यह है कि बाहरी पर्यवेक्षक भौतिकी को देखता है जो सहसंयोजक है, या फ्रेम पर निर्भर नहीं है। आंतरिक पर्यवेक्षक उन घटनाओं को देखता है जो उस फ्रेम पर निर्भर करती हैं जिस पर वे हैं। अपने फ्रेम के आधार पर वे या तो "स्कर्ट," नए स्पष्ट क्षितिज की उपस्थिति को देखते हैं, या वे नहीं करते हैं। यह एक दिलचस्प विकास है क्योंकि यह कुछ टोपोलॉजी का सुझाव देता है। हालाँकि, बाहरी दुनिया ऐसी है कि वेधशालाएँ सहसंयोजक हैं और इसलिए घटना क्षितिज के अंदर वास्तव में कुछ भी देखने योग्य नहीं है।

इसलिए दूर का पर्यवेक्षक ज्यादा कुछ नहीं देख पाएगा। कोई ऊर्जा जारी नहीं की।

सामान्य सापेक्षता में ऊर्जा एक मज़ेदार चीज़ है। ऊर्जा को ठीक से तभी परिभाषित किया जाता है जब स्पेसटाइम की समरूपता एक निश्चित प्रकार की हो।

अंत में जो कुछ भी देखा जाता है वह घटना क्षितिज के पार नहीं जाता है। यह समाधान यहां पाता है कि ब्लैक होल के सहसंयोजन से पहले सिग्नल की देरी है जो अंतिम ब्लैक होल को बनाने वाले दो ब्लैक होल से संबंधित डेटा देता है। इसलिए बाहरी पर्यवेक्षक जो दो इनपुट ब्लैक होल के विलय के तुरंत बाद अंतिम ब्लैक होल के बारे में डेटा एकत्र करते हैं, वे प्रारंभिक दो ब्लैक होल से संबंधित डेटा को माप सकते हैं। हालांकि, यह डेटा स्पेसटाइम की वक्रता के कारण “समय विलंबित” रहा है।

मैं इस बात से रोमांचित हूं कि इस तरह के सिस्टम में किस तरह का फ्रेम ड्रैगिंग होता है।

इस घटना के आसपास का गणित चौंका देने वाला है… मुझे लियोनार्ड सुस्किंड को इस बारे में कहीं बात करते हुए सुनना अच्छा लगता है…

जब दो ब्लैक होल एक-दूसरे के पास होते हैं, तो क्या सामना करने वाले पक्षों पर गुरुत्वाकर्षण रद्द नहीं होता है? एक ब्लैक होल एक तरफ खींच रहा है, दूसरा दूसरी तरफ – के बीच कम से शून्य गुरुत्वाकर्षण होना चाहिए। मुझे लगता है कि दो रिलीज के बीच संकुचित पदार्थ के रूप में बदसूरत हो जाएगा – हालांकि यह सब घटना क्षितिज में है इसलिए हम इसे कभी नहीं देख पाएंगे।



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ब्लैक होल के बारे में 10 बातें जो आपको जाननी चाहिए

और जो उन्हें ब्रह्मांड में बाकी सभी चीजों से अलग बनाता है - या इतना अलग नहीं है।

1. ब्लैक होल क्या है?

एक ब्लैक होल की परिभाषित संपत्ति उसका क्षितिज है, जो उस क्षेत्र की सीमा है जहां से कुछ भी नहीं, यहां तक ​​​​कि प्रकाश भी नहीं बच सकता है। यदि डिस्कनेक्ट किया गया क्षेत्र हमेशा के लिए डिस्कनेक्ट हो जाता है, तो हम "घटना क्षितिज" की बात करते हैं। यदि यह केवल अस्थायी रूप से डिस्कनेक्ट होता है, तो हम "स्पष्ट क्षितिज" की बात करते हैं। लेकिन अस्थायी रूप से अभी भी इसका मतलब यह हो सकता है कि यह क्षेत्र ब्रह्मांड के वर्तमान युग की तुलना में बहुत अधिक समय के लिए डिस्कनेक्ट हो गया है! यदि ब्लैक होल क्षितिज अस्थायी है लेकिन बहुत लंबे समय तक रहता है, तो दोनों मामलों के बीच अंतर नहीं देखा जा सकता है।

2. ब्लैक होल कितने बड़े होते हैं?

आप ब्लैक होल क्षितिज को एक गोले के रूप में सोच सकते हैं, और इसका व्यास ब्लैक होल के द्रव्यमान के सीधे आनुपातिक है। तो ब्लैक होल में जितना अधिक द्रव्यमान गिरता है, ब्लैक होल उतना ही बड़ा होता जाता है। हालांकि तारकीय वस्तुओं की तुलना में, ब्लैक होल छोटे होते हैं क्योंकि भारी गुरुत्वाकर्षण दबाव द्वारा द्रव्यमान को बहुत कम मात्रा में संकुचित कर दिया गया है। उदाहरण के लिए, पृथ्वी ग्रह के अनुमानित द्रव्यमान वाले ब्लैक होल की त्रिज्या केवल कुछ मिलीमीटर है। इसकी तुलना पृथ्वी की वास्तविक त्रिज्या से करें, जो लगभग १०,०००,०००,००० गुना अधिक है!

ब्लैक होल की त्रिज्या को श्वार्ज़स्चिल्ड त्रिज्या कहा जाता है, कार्ल श्वार्ज़स्चिल्ड के बाद, जिन्होंने पहली बार आइंस्टीन की सामान्य सापेक्षता के समाधान के रूप में ब्लैक होल प्राप्त किया था।

3. क्षितिज पर क्या होता है?

क्षितिज को पार करने वाले किसी व्यक्ति को अपने आस-पास के परिवेश में कुछ भी भिन्न दिखाई नहीं देता है। यह आइंस्टीन के तुल्यता सिद्धांत का प्रत्यक्ष परिणाम है, जिसका अर्थ है कि कोई समतल स्थान में त्वरण और गुरुत्वाकर्षण क्षेत्र के बीच अंतर नहीं बता सकता है जो अंतरिक्ष की वक्रता का कारण बनता है। हालांकि, ब्लैक होल से दूर एक पर्यवेक्षक जो किसी को गिरते हुए देखता है, वह नोटिस करेगा कि वह व्यक्ति धीरे-धीरे आगे बढ़ रहा है और क्षितिज की ओर जितना करीब आता है। ऐसा इसलिए प्रतीत होता है क्योंकि ब्लैक होल क्षितिज के पास का समय क्षितिज से बहुत दूर की तुलना में बहुत धीमा चलता है। लेकिन गिरने वाले पर्यवेक्षक को उस घटना क्षितिज को पार करने में केवल एक सीमित समय लगता है, और खुद को उस श्वार्ज़स्चिल्ड त्रिज्या के अंदर पाता है।

क्षितिज पर आप जो अनुभव करेंगे वह गुरुत्वाकर्षण क्षेत्र के ज्वारीय बलों पर निर्भर करता है। क्षितिज पर ज्वारीय बल ब्लैक होल के द्रव्यमान के वर्ग के व्युत्क्रमानुपाती होते हैं। इसका मतलब है कि ब्लैक होल जितना बड़ा और अधिक विशाल होगा, बल उतने ही छोटे होंगे। यदि ब्लैक होल केवल पर्याप्त विशाल है, तो आप कुछ भी होने पर ध्यान देने से पहले क्षितिज को पार कर सकते हैं। इन ज्वारीय ताकतों का प्रभाव यह है कि आप खिंच जाते हैं: भौतिक विज्ञानी जिस तकनीकी शब्द का उपयोग करते हैं वह "स्पेगेटीफिकेशन" है।

सामान्य सापेक्षता के शुरुआती दिनों में यह माना जाता था कि क्षितिज पर एक विलक्षणता है, लेकिन यह गलत निकला।

4. ब्लैक होल के अंदर क्या है?

वास्तव में कोई नहीं जानता, लेकिन यह लगभग निश्चित रूप से एक बुकशेल्फ़ नहीं है! सामान्य सापेक्षता भविष्यवाणी करती है कि ब्लैक होल के अंदर एक विलक्षणता है, एक ऐसा स्थान जहां ज्वारीय बल असीम रूप से बड़े हो जाते हैं, और एक बार जब आप क्षितिज को पार कर लेते हैं, तो आप विलक्षणता में दुर्घटनाग्रस्त होने से बच नहीं सकते। काश, इस क्षेत्र में सामान्य सापेक्षता का उपयोग करना अच्छा नहीं होता क्योंकि हम जानते हैं कि सिद्धांत टूट जाता है। ब्लैक होल के अंदर क्या है, यह बताने में सक्षम होने के लिए हमें क्वांटम गुरुत्व के सिद्धांत की आवश्यकता होगी। आमतौर पर यह माना जाता है कि यह सिद्धांत विलक्षणता को किसी और चीज़ से बदल देगा।

5. ब्लैक होल कैसे बनते हैं?

वर्तमान में हम ब्लैक होल बनने के चार अलग-अलग तरीकों के बारे में जानते हैं। सबसे अच्छी तरह से समझा जाने वाला तारकीय पतन है। एक पर्याप्त रूप से बड़ा तारा अपने परमाणु संलयन के सूख जाने के बाद एक ब्लैक होल का निर्माण करेगा क्योंकि हर चीज जिसे फ्यूज किया जा सकता है, वह फ्यूज हो गई है। जब संलयन द्वारा उत्पन्न दबाव बंद हो जाता है, तो पदार्थ अपने स्वयं के गुरुत्वाकर्षण केंद्र की ओर गिरने लगता है, और अधिक घना हो जाता है। आखिरकार यह इतना घना है कि कुछ भी सितारों की सतह पर गुरुत्वाकर्षण खिंचाव को दूर नहीं कर सका: एक ब्लैक होल बनाया गया है। इन ब्लैक होल को 'कहा जाता है'सौर द्रव्यमान ब्लैक होल' और सबसे आम हैं।

अगले सामान्य प्रकार के ब्लैक होल हैं 'सुपरमैसिव ब्लैक होल' जो कई आकाशगंगाओं के केंद्रों में पाया जा सकता है और इसका द्रव्यमान सौर द्रव्यमान वाले ब्लैक होल से लगभग एक अरब गुना अधिक है। वास्तव में वे कैसे बनते हैं यह अभी भी पूरी तरह से स्पष्ट नहीं है। ऐसा माना जाता है कि वे एक बार सौर द्रव्यमान वाले ब्लैक होल के रूप में शुरू हुए थे, जो घनी आबादी वाले गैलेक्टिक केंद्रों में बहुत से अन्य सितारों को खा गए और विकसित हुए। हालांकि, ऐसा लगता है कि वे इस साधारण विचार की तुलना में तेजी से सामान खा रहे हैं, और वास्तव में वे इसे कैसे प्रबंधित करते हैं, यह अभी भी शोध का विषय है।

एक और विवादास्पद विचार हैं आदिम ब्लैक होल, हो सकता है कि प्रारंभिक ब्रह्मांड में बड़े घनत्व के उतार-चढ़ाव से किसी भी द्रव्यमान का गठन किया गया हो। हालांकि यह संभव है, ऐसे मॉडल को खोजना मुश्किल है जो उनमें से बहुत से उत्पादन किए बिना उन्हें पैदा करता है।

अंत में, बहुत ही सट्टा विचार है कि छोटे ब्लैक होल हिग्स बोसोन के समान द्रव्यमान के साथ LHC पर बन सकता है। यह तभी काम करता है जब हमारे ब्रह्मांड में अतिरिक्त आयाम हों। अब तक, इस बात का कोई अवलोकन नहीं किया गया है कि ऐसा हो सकता है।

6. हम कैसे जानते हैं कि ब्लैक होल मौजूद हैं?

प्रकाश का उत्सर्जन नहीं करने वाले बड़े द्रव्यमान वाले बहुत कॉम्पैक्ट वस्तुओं के लिए हमारे पास बहुत सारे अवलोकन संबंधी साक्ष्य हैं। ये वस्तुएं अपने गुरुत्वाकर्षण खिंचाव से खुद को प्रकट करती हैं, उदाहरण के लिए अन्य सितारों या उनके चारों ओर गैस बादलों की गति को प्रभावित करके। वे गुरुत्वाकर्षण लेंसिंग का कारण भी बनते हैं। हम यह भी जानते हैं कि इन वस्तुओं की सतह सख्त नहीं होती है। इसे अवलोकनों से कहा जा सकता है क्योंकि सतह के साथ किसी वस्तु पर गिरने वाला पदार्थ एक क्षितिज के माध्यम से गिरने वाले पदार्थ की तुलना में कणों के अधिक उत्सर्जन का कारण होगा। एक आगामी प्रयोग, "इवेंट होराइजन टेलीस्कोप" ब्लैक होल के एक और हॉलमार्क, उनके फोटोस्फीयर की तलाश करेगा। यह मूल रूप से एक अत्यधिक गुरुत्वाकर्षण लेंसिंग घटना है।

7. हॉकिंग ने पिछले साल क्यों कहा था कि ब्लैक होल मौजूद नहीं हैं?

उनका मतलब था कि उन्हें लगता है कि ब्लैक होल में एक शाश्वत घटना क्षितिज नहीं है, बल्कि केवल एक अस्थायी स्पष्ट क्षितिज है (देखें 1)। बहुत सख्त, और सामान्य नहीं, शब्दावली के उपयोग में, केवल एक घटना क्षितिज को ब्लैक होल के रूप में गिना जाता है।

8. ब्लैक होल विकिरण कैसे उत्सर्जित कर सकते हैं?

ब्लैक होल क्वांटम प्रभाव से विकिरण उत्सर्जित करते हैं। यह ध्यान रखना महत्वपूर्ण है कि ये पदार्थ के क्वांटम प्रभाव हैं न कि गुरुत्वाकर्षण के क्वांटम प्रभाव। क्या होता है कि ब्लैक होल के ढहने का डायनेमिक स्पेस-टाइम एक कण की धारणा को बदल देता है। जैसे समय बीतता है जो ब्लैक होल के पास विकृत हो जाता है, कणों की धारणा भी पर्यवेक्षक पर निर्भर करती है। विशेष रूप से, जबकि ब्लैक होल में गिरने वाला एक पर्यवेक्षक सोचता है कि वह निर्वात में गिर रहा है, ब्लैक होल से दूर पर्यवेक्षक सोचता है कि यह निर्वात नहीं है बल्कि कणों से भरा है। यह अंतरिक्ष-समय का ही खिंचाव है जो इस प्रभाव का कारण बनता है।

सबसे पहले स्टीफन हॉकिंग द्वारा खोजा गया, ब्लैक होल से निकलने वाले विकिरण को "हॉकिंग विकिरण" कहा जाता है। इस विकिरण का तापमान ब्लैक होल के द्रव्यमान के व्युत्क्रमानुपाती होता है: ब्लैक होल जितना छोटा होता है, उतना ही गर्म होता है। तारकीय और सुपरमैसिव ब्लैक होल के लिए, जिसके बारे में हम जानते हैं, तापमान सीएमबी के तापमान से काफी नीचे है और इसे देखा नहीं जा सकता है।

9. सूचना हानि विरोधाभास क्या है?

सूचना हानि विरोधाभास हॉकिंग विकिरण के उत्सर्जन के कारण होता है। यह विकिरण विशुद्ध रूप से तापीय है जिसका अर्थ है कि यह एक विशिष्ट तापमान को छोड़कर यादृच्छिक है। विशेष रूप से विकिरण में ब्लैक होल के गठन के बारे में कोई जानकारी नहीं होती है। लेकिन जब ब्लैक होल विकिरण उत्सर्जित करता है, तो यह द्रव्यमान खो देता है और सिकुड़ जाता है। आखिरकार, ब्लैक होल पूरी तरह से यादृच्छिक विकिरण में परिवर्तित हो जाएगा और शेष विकिरण केवल ब्लैक होल के द्रव्यमान पर निर्भर करता है। यह उस मामले के विवरण पर बिल्कुल भी निर्भर नहीं करता है जिसने इसे बनाया, या जो कुछ भी बाद में गिर गया। इसलिए, यदि कोई केवल वाष्पीकरण की अंतिम स्थिति जानता है, तो कोई यह नहीं बता सकता कि ब्लैक होल का निर्माण किससे हुआ। इस तरह की प्रक्रिया को "अपरिवर्तनीय" कहा जाता है - और परेशानी यह है कि क्वांटम यांत्रिकी में ऐसी कोई प्रक्रिया नहीं होती है।

ब्लैक होल वाष्पीकरण इसलिए क्वांटम सिद्धांत के साथ असंगत है क्योंकि हम इसे जानते हैं और कुछ देना है। किसी तरह इस विसंगति को दूर करना होगा। अधिकांश भौतिकविदों का मानना ​​​​है कि समाधान यह है कि हॉकिंग विकिरण में किसी भी तरह की जानकारी होनी चाहिए।

10. ब्लैक होल सूचना हानि समस्या को हल करने के लिए हॉकिंग का हालिया प्रस्ताव क्या है?

विचार यह है कि ब्लैक होल में सूचनाओं को संग्रहीत करने का एक तरीका होता है जिसे अब तक उपेक्षित किया गया है। यह जानकारी ब्लैक होल क्षितिज पर संग्रहीत होती है और हॉकिंग विकिरण में कणों के छोटे बदलाव का कारण बन सकती है। इन छोटी-छोटी पारियों में गिरने वाले मामले की जानकारी हो सकती है। वास्तव में यह कैसे काम करना चाहिए यह वर्तमान में पूरी तरह से अस्पष्ट है। मैल्कॉम पेरी और एंड्रयू स्ट्रोमिंगर के सहयोग से वैज्ञानिक स्टीफन हॉकिंग के अधिक विस्तृत तकनीकी पेपर की प्रतीक्षा कर रहे हैं। पेपर सितंबर के अंत में प्रदर्शित होने की अफवाह है।

इस समय, हम निश्चित हैं कि ब्लैक होल मौजूद हैं, हम जानते हैं कि वे कहाँ हैं, वे कैसे बनते हैं, और वे अंततः 10^67 वर्ष और उससे अधिक के समय पर कैसे अस्तित्व में रहेंगे। लेकिन उनमें जाने वाली जानकारी का विवरण अभी भी पकड़ में है, और यह ब्रह्मांड में सभी वस्तुओं के बीच ब्लैक होल के लिए अद्वितीय समस्याओं में से एक है।


स्टीफन हॉकिंग ने अल्बर्ट आइंस्टीन के ब्लैक होल सिद्धांत को खारिज किया


प्रख्यात वैज्ञानिक स्टीफन हॉकिंग ने एक नया पेपर ऑनलाइन पोस्ट किया है जो आधुनिक ब्लैक होल सिद्धांत को ध्वस्त करता है।

व्हीलचेयर से चलने वाले जीनियस ने कहा कि एक घटना क्षितिज का विचार, जिसमें से प्रकाश भी नहीं बच सकता, त्रुटिपूर्ण है।

हॉकिंग ने ब्लैक होल के विचार को यह कहकर तोड़ दिया कि एक अपरिहार्य घटना क्षितिज होने के बजाय, उन्हें एक बहुत कम कुल "स्पष्ट क्षितिज" के बारे में सोचना चाहिए। और, एक झटके में, उन्होंने अल्बर्ट आइंस्टीन का खंडन किया है, क्योंकि घटना क्षितिज सामान्य सापेक्षता के सिद्धांत के गणितीय रूप से सरल परिणाम हैं जो आइंस्टीन द्वारा सामने रखे गए थे, डेली एक्सप्रेस ने बताया।

हॉकिंग ने "ब्लैक होल्स के लिए सूचना संरक्षण और मौसम पूर्वानुमान" नामक अपने पेपर में लिखा है कि घटना क्षितिज की अनुपस्थिति का मतलब है कि कोई ब्लैक होल नहीं है - शासन के अर्थ में जहां से प्रकाश अनंत तक बच सकता है।

उन्होंने सुझाव दिया कि ब्लैक होल के कोर से दूर जाने का प्रयास करने वाली प्रकाश किरणों को ऐसे रोका जाएगा जैसे कि वे ट्रेडमिल पर अटकी हों, जिससे वे विकिरण को बाहर निकालकर धीरे-धीरे सिकुड़ सकें।

हॉकिंग ने प्रमुख विज्ञान पत्रिका नेचर को बताया कि शास्त्रीय सिद्धांत में ब्लैक होल से कोई बच नहीं सकता है, हालांकि, क्वांटम सिद्धांत ऊर्जा और सूचना को ब्लैक होल से बचने में सक्षम बनाता है।

नया ग्रे होल सिद्धांत पदार्थ और ऊर्जा को अंतरिक्ष में वापस छोड़ने से पहले कुछ समय के लिए धारण करने की अनुमति देने वाला है।


ब्लैक होल के स्पष्ट क्षितिज और घटना क्षितिज में क्या अंतर है? - खगोल विज्ञान

एक गैर-स्थिर ब्लैक होल के गुरुत्वाकर्षण एन्ट्रापी को परिभाषित करने की समस्या को एक साधारण मॉडल में माना जाता है जिसमें एक गोलाकार खोल होता है जो पहले से मौजूद ब्लैक होल में गिर जाता है। ब्लैक-होल यांत्रिकी का दूसरा नियम घटना क्षितिज के एक-चौथाई क्षेत्र को सिस्टम के गुरुत्वाकर्षण एन्ट्रॉपी के रूप में पहचानने का दृढ़ता से सुझाव देता है। हालाँकि, केवल स्थानीय मापों का उपयोग करके वैश्विक घटना क्षितिज की स्थिति का सटीक पता लगाना असंभव है। स्थानीय थर्मोडायनामिक्स को बनाए रखने के लिए, यह सुझाव दिया जाता है कि ब्लैक होल की एन्ट्रॉपी को स्पष्ट क्षितिज के एक-चौथाई क्षेत्र के साथ पहचाना जाना चाहिए। घटना-क्षितिज एन्ट्रॉपी (जिस हद तक इसे निर्धारित किया जा सकता है) और स्पष्ट-क्षितिज एन्ट्रॉपी के बीच के अंतर को तब ढहने वाले शेल के गुरुत्वाकर्षण एन्ट्रापी के रूप में व्याख्या किया जा सकता है। कुल (घटना-क्षितिज) गुरुत्वाकर्षण एन्ट्रापी एक चिकनी (सी 0) फैशन में विकसित होती है, यहां तक ​​​​कि पदार्थ के -कार्यात्मक गोले की उपस्थिति में भी।


ब्लैक होल्स

ब्लैक होल्स ब्रह्मांड में सबसे दिलचस्प वस्तुएं हैं। इसे व्यापक रूप से अंतरिक्ष-समय में क्षेत्र के रूप में परिभाषित किया गया है जो एक मजबूत गुरुत्वाकर्षण खिंचाव प्रदर्शित करता है, जैसे कि प्रकाश भी नहीं बच सकता।

ब्लैक होल्स पहली बार सामान्य सापेक्षता के सिद्धांत में पर्याप्त रूप से कॉम्पैक्ट द्रव्यमान के रूप में भविष्यवाणी की गई थी जो अंतरिक्ष समय के कपड़े को विकृत कर सकती है। इस लेख में हम इनमें से प्रत्येक शब्द को समझेंगे: ब्लैक होल, घटना क्षितिज, श्वार्जस्चिल्ड त्रिज्या , व्यक्तित्व, सुपरमैसिव ब्लैक होलगुरुत्वाकर्षण ब्लैक होल खींचना गहराई में।

अब ब्लैक होल की आगे की तकनीकीताओं में सीधे कूदने से पहले, कुछ परिभाषाओं जैसे, “एस्केप वेलोसिटी” पर ब्रश करते हैं।

एस्केप वेलोसिटी
किसी वस्तु के लिए एक विशाल पिंड के गुरुत्वाकर्षण प्रभाव से बचने के लिए आवश्यक न्यूनतम गति है. या यह किसी वस्तु के लिए न्यूनतम लॉन्चिंग वेग है जैसे कि वह कभी वापस नहीं आती। यह माना जाता है कि रास्ते में कोई अतिरिक्त ऊर्जा नहीं जोड़ी जाती है. नासा के एक रॉकेट में लगातार ऊर्जा जोड़ने के लिए ईंधन है, इसलिए इसे पलायन वेग से प्रक्षेपित करने की आवश्यकता नहीं है। इसके विपरीत, यदि एक गेंद को अंतरिक्ष में छोड़ा जाना है, जैसे कि वह कभी वापस नहीं लौटती है, तो उसे एक विशिष्ट वेग से लॉन्च करने की आवश्यकता होती है क्योंकि उसके रास्ते में ऊर्जा प्रदान करने के लिए कोई ईंधन नहीं होगा।

इसलिए, एक गेंद या एक तोप को जब पलायन वेग के साथ लॉन्च किया जाता है, तो यह अनंत की ओर यात्रा करने के लिए माना जाता है, जब अंत में वेग 0 हो जाता है और इस प्रकार इसकी गतिज और संभावित ऊर्जा भी होती है।

E (सतह पर) = E( पर) को बराबर करने पर हमें प्राप्त होता है

अब पृथ्वी के पलायन वेग की गणना करने के लिए हमें समीकरण में द्रव्यमान (M), गुरुत्वीय स्थिरांक (G) और त्रिज्या (R) के मान जोड़ने होंगे। और यह सामने आता है 11.6 किमी/सेकंड या 11184 मीटर/सेकेंड। जिसका अर्थ है कि यदि एक तोप या गेंद को 11.6 किमी/सेकेंड के वेग से हवा में ऊपर की ओर प्रक्षेपित किया जाए तो वह पृथ्वी के गुरुत्वाकर्षण से बाहर निकल कर अंतरिक्ष में चली जाएगी।

पलायन वेग क्या है, यह जानने में हमने इतना समय क्यों लगाया?

यह सिर्फ इसलिए है क्योंकि , ब्लैक होल को किसी भी वस्तु के रूप में परिभाषित किया जा सकता है जिसका पलायन वेग प्रकाश की गति से अधिक होता है। और चूंकि हम जानते हैं कि प्रकाश की गति (स्वयं प्रकाश सहित) से अधिक कुछ भी यात्रा नहीं कर सकता है, इसलिए कुछ भी इससे बच नहीं सकता है।

स्पष्ट रूप से पृथ्वी या उस स्थिति में कोई अन्य ग्रह ब्लैक होल की तुलना में बहुत कम है।

इससे पहले कि हम आगे बढ़ें, मैं इस तथ्य को स्पष्ट करना चाहूंगा कि, सिद्धांत रूप में किसी भी वस्तु को ब्लैक होल में बदला जा सकता है (जिसमें आप और मैं भी शामिल हैं !!) , अगर हम किसी तरह वस्तु को एक विशेष आयाम (जो कि उसके वास्तविक आकार की तुलना में बहुत छोटा है) को द्रव्यमान को स्थिर रखते हुए कम करने का प्रबंधन कर सकते हैं।

खैर, यहां बताया गया है कि कैसे,

यदि हम त्रिज्या (r) को कम कर दें, तो स्वचालित रूप से वेग (v) बढ़ जाएगा।

जैसा कि हमने पहले कहा कि, ब्लैक होल बनाने के लिए, पलायन वेग को प्रकाश की गति से अधिक होना चाहिए। इसलिए यदि हम “r” को एक निश्चित मान तक कम कर सकते हैं जैसे कि वेग प्रकाश की गति बन जाता है, तो हम वस्तु को एक ब्लैक होल बना सकते हैं, निश्चित रूप से पूरी प्रक्रिया में द्रव्यमान को स्थिर रखते हुए।

तो अगर हम पृथ्वी को ब्लैक होल में बदलना चाहते हैं तो,

अब मान लेते हैं कि हमने सफलतापूर्वक ऐसा किया है (हां, हम भौतिकी में अधिक विचित्र चीजें मानते हैं!), तो क्या नवगठित ब्लैक होल खुद को बनाए रखने में सक्षम होगा?

आइए एक उदाहरण के साथ इसका विश्लेषण करें।

मान लीजिए हम इस नवनिर्मित ब्लैक होल पर 1 किलो का एक डिब्बा रखते हैं। तब वह जिस बल का अनुभव करेगा, वह होगा

अब सवाल यह है कि हम एक ब्लैक होल कैसे बना सकते हैं जो खुद को बनाए रख सके?

आइए देखें कि यह प्रक्रिया कैसे होती है,

ब्लैक होल का निर्माण

जैसा कि हम जानते हैं कि तारे और कुछ नहीं बल्कि आग का विशाल चमकता हुआ गोला है, जो परमाणु संलयन द्वारा संचालित होता है। हमने ‘द स्टैंडर्ड मॉडल ऑफ पार्टिकल फिजिक्स” पर अपने लेख में विस्तार से चर्चा की है कि एक तारा कैसे चमकता है।

एक तारा अपने पूरे जीवनकाल में चमकता रहता है, क्योंकि अपने स्वयं के द्रव्यमान के कारण तारे का गुरुत्वाकर्षण बल उसके मूल में चल रही परमाणु प्रतिक्रिया के कारण विकिरण दबाव से प्रतिकार करता है।

यह तारे को स्थिर रखता है और अपने वजन के कारण तारे को गिरने से रोकता है।

लेकिन तारे के जीवन के अंत में, जब सभी हाइड्रोजन खत्म हो जाते हैं और संलयन जारी रखने के लिए और अधिक '8220 ईंधन' नहीं बचा है, विकिरण दबाव धीरे-धीरे दूर हो जाता है और गुरुत्वाकर्षण हावी होने लगता है।

नतीजतन तारा अपने आप ही ढहने लगता है। अब स्पष्ट सवाल यह है कि आखिर इस पतन को रोकने वाला क्या है? या यह पतन कभी रुकेगा?

इसका उत्तर है, हाँ पतन एक बिंदु पर रुकेगा और दो मामले सामने आएंगे:

परमाणु बल पतन को रोकते हैं
या पाउली का अपवर्जन सिद्धांत क्रिया में आता है, जिसमें कहा गया है कि कोई भी दो इलेक्ट्रॉन एक ही अवस्था में नहीं हो सकते।

कभी-कभी जब तारा काफी बड़ा होता है तो गुरुत्वाकर्षण पूरी तरह से पाउली के अपवर्जन सिद्धांत पर दस्तक देता है और प्रोटॉन और इलेक्ट्रॉनों को एक साथ कुचल कर न्यूट्रॉन बनाया जाता है, और हमें वह मिलता है जिसे न्यूट्रॉन स्टार के रूप में जाना जाता है। लेकिन दूसरी ओर जब तारा हमारे सूर्य से एक लाख गुना बड़ा होता है, तो तारों का पूरा द्रव्यमान ढह जाता है और एक ब्लैक होल बन जाता है।

तो ब्लैक होल तारे के उप-उत्पाद हैं, जिसने अपनी यात्रा समाप्त कर दी है।

लेकिन जैसा कि हमने पहले उल्लेख किया है, सैद्धांतिक रूप से किसी भी द्रव्यमान को ब्लैक होल में परिवर्तित किया जा सकता है यदि हम वस्तु को उसके द्रव्यमान को स्थिर रखते हुए बहुत छोटे पैमाने पर छोटा कर सकते हैं।

अब जब हम जानते हैं कि एक ब्लैक होल कैसे बनता है और इसकी सभी परिभाषाएँ, ब्लैक होल से संबंधित कुछ शब्दों से खुद को परिचित कराने का समय आ गया है।

घटना क्षितिज –

स्पेसटाइम में एक सीमा जिससे होकर पदार्थ और प्रकाश केवल ब्लैक होल के द्रव्यमान की ओर ही अंदर की ओर जा सकते हैं। कुछ नहीं, प्रकाश भी नहीं, घटना क्षितिज के भीतर से बच सकता है। घटना क्षितिज को इस तरह से संदर्भित किया जाता है क्योंकि यदि कोई घटना सीमा के भीतर होती है, तो उस घटना की जानकारी बाहरी पर्यवेक्षक तक नहीं पहुंच सकती है, जिससे यह निर्धारित करना असंभव हो जाता है कि क्या ऐसी घटना हुई है। ब्लैक होल के घटना क्षितिज का आकार हमेशा होता है लगभग गोलाकार।

श्वार्जस्चिल्ड त्रिज्या –

विलक्षणता के चारों ओर की सीमा जिसके भीतर पलायन वेग प्रकाश की गति (सी) से अधिक है, श्वार्जस्चिल्ड रेडियस कहलाती है। यह एक भौतिक पैरामीटर है जो श्वार्ज़स्चिल्ड समाधान में आइंस्टीन के क्षेत्र समीकरणों के लिए दिखाई देता है, जो श्वार्ज़स्चिल्ड ब्लैक होल के घटना क्षितिज को परिभाषित करने वाले त्रिज्या के अनुरूप है। यह द्रव्यमान की प्रत्येक मात्रा से जुड़ी एक विशेषता त्रिज्या है। श्वार्जस्चिल्ड त्रिज्या इसका नाम जर्मन खगोलशास्त्री कार्ल श्वार्जस्चिल्ड के नाम पर रखा गया था, जिन्होंने 1916 में सामान्य सापेक्षता के सिद्धांत के लिए इस सटीक समाधान की गणना की थी।

श्वार्ज़स्चिल्ड त्रिज्या इस प्रकार दी गई है

अगर आप ब्लैक होल में गिर गए तो क्या होगा? क्या तुम मरोगे? या फिल्म “इंटरस्टेलर” में दिखाए गए अनुसार जीवित रहें?

दुर्भाग्य से जल्दी या बाद में, ब्लैक होल के आकार के आधार पर हम मर जाते हैं. हालाँकि यह मजबूत गुरुत्वाकर्षण नहीं है जो हमारी मृत्यु का मुख्य और प्रत्यक्ष कारण है, बल्कि बहुत अधिक ज्वारीय बल है, जो हमारे शरीर के विभिन्न हिस्सों में गुरुत्वाकर्षण के कार्य करने के तरीके के कारण उत्पन्न होता है। श्वार्जस्चिल्ड रेडियस पर गुरुत्वाकर्षण आकर्षण में अंतर और श्वार्ज़स्चिल्ड रेडियस से 6 फीट ऊपर का अंतर बहुत बड़ा होगा। इसलिए यदि हम पहले पैर गिराते हैं, तो हमारे सिर को हमारे पैरों की तुलना में बहुत कम बल का अनुभव होगा और इसका परिणाम यह होगा कि आप स्पेगेटीफिकेशन नामक एक प्रक्रिया द्वारा अस्तित्व से बाहर होने वाले हैं। लेकिन जब तक आप श्वार्जस्चिल्ड रेडियस को पार नहीं कर लेते और फिर अंत में ब्लैक होल में गिर नहीं जाते, तब तक आप इसकी ओर तेजी से बढ़ते रहेंगे।

अब दिलचस्प बात यह है कि अगर कोई आपके इस पूरे भाग्य को ब्लैक होल में गिरते हुए देखेगा, तो वह पूरी तरह से अलग कहानी देखेगा। वह देखेगा कि आप, श्वार्जस्चिल्ड त्रिज्या की ओर गति करने के बजाय, धीमे और धीमे हो जाएंगे और वास्तव में कभी भी श्वार्जस्चिल्ड त्रिज्या तक नहीं पहुंचेंगे। तो वास्तव में यह एक झूठी आशा की है, क्योंकि वह सोचेगा कि आप अभी तक अपने कयामत से नहीं मिले हैं और आपको बचाने के लिए अभी भी समय है! लेकिन वास्तविकता यह है कि आप लंबे समय से ब्लैक होल में दुर्घटनाग्रस्त हो गए हैं और पूरी तरह से नष्ट हो गए हैं।

इसका कारण यह है कि यहां गुरुत्वाकर्षण बल इतने मजबूत हैं कि प्रकाश को दूर जाने में भारी कठिनाई हो रही है और इसके परिणामस्वरूप पर्यवेक्षक बस इस अंतरिक्ष यान को स्पष्ट रूप से यात्रा करते हुए और अधिक और अधिक समय लेते हुए और श्वार्ज़स्चिल्ड रेडियस तक पहुंचने के लिए धीमे और धीमे होते हुए देखता है लेकिन इसे कभी पार नहीं करना।

इसे प्रदर्शित करने का एक गणितीय तरीका है।

विशेष सापेक्षता से एक अपरिवर्तनीय मात्रा होती है जिसे उचित समय कहा जाता है। विशेष सापेक्षता के बारे में बात यह है कि सभी पर्यवेक्षक यदि वे एक विशेष दूरी या समय को माप रहे हैं, तो वे अपने सापेक्ष वेग के आधार पर अलग-अलग समय पर अलग-अलग दूरी को मापेंगे। माप पर कोई सहमत नहीं है।

लेकिन उचित समय नामक एक राशि होती है, जिस पर हर कोई सहमत हो सकता है।

आप इसके द्वारा उचित गणना कर सकते हैं:

हम जानते हैं कि फोटॉन की ऊर्जा hv है, जहाँ h = प्लांक’s स्थिर है। v प्रकाश की आवृत्ति है जिसका फोटॉन एक भाग है। E=hv को इस प्रकार भी लिखा जा सकता है:

हालांकि यह पूरी कहानी नहीं है। हॉकिंग विकिरण के लिए सचमुच बहुत कुछ है और हम निश्चित रूप से भविष्य के किसी लेख में इसका विस्तार से अध्ययन करेंगे (जो वास्तव में जल्द ही आएगा !!)

ब्लैक होल द्रव्यमान को ऊर्जा में बदलने का सबसे कारगर तरीका है।

ब्लैक होल में एक अनुचित दक्षता होती है। वे द्रव्यमान से ऊर्जा निकालने में महान हैं।

यह अजीब है, क्योंकि हमने देखा है कि, ब्लैक होल के श्वार्जस्चिल्ड त्रिज्या के अंदर होने के बाद कुछ भी नहीं बच सकता है।

लेकिन ब्लैक होल की दक्षता इस बात से आती है कि सामान उनकी ओर गिरते समय क्या करता है। गुरुत्वाकर्षण क्षेत्र में गिरने वाली कोई भी वस्तु गतिज ऊर्जा प्राप्त करने की गति तेज कर देती है और जब वह किसी चीज से टकराती है तो यह गतिज ऊर्जा ऊष्मा में परिवर्तित हो जाती है। यह गर्मी तब अवरक्त विकिरण के रूप में दूर हो सकती है, वस्तु के द्रव्यमान को थोड़ा कम कर सकती है।

उदाहरण के लिए, जब कोई उल्का किसी ग्रह के गुरुत्वाकर्षण क्षेत्र में आता है, तो वह गतिज ऊर्जा प्राप्त करता है और जब यह वायुमंडल में हवा से टकराता है तो यह गतिज ऊर्जा ऊष्मा में परिवर्तित हो जाती है जो कि विकिरित हो जाती है, और इस प्रक्रिया में उल्का का द्रव्यमान घटता है।

ग्रहों और तारों के लिए द्रव्यमान का ऊर्जा में परिवर्तन बहुत ही दयनीय है। An object falling through the earths atmosphere and crashing into it only converts 0.000001% of its mass into energy. . This is bad as any ordinary chemical reaction.

But black holes have something special going on for them. Black holes have incredible gravity and it completely bends the spacetime so much that any object that comes under its gravitational influence, accelerates so fast and gains so much kinetic energy that it almost converts almost 50% of its mass into energy. However if the object keeps falling past the event horizon, then all the energy will be stuck in the black hole.

Therefore the we can let black holes to convert mass into energy is by , letting the object to slowly spiral into the black hole, crashing into other stuffs on the way, heating up , radiating that energy away and thereby reducing its speed , slowing down more , spiraling to yet to a lower orbit. This process continues until it reaches the innermost possible orbit.

This is exactly what goes on in accretion disks around Black holes

All the matter in the accretion disk , which includes space debris mostly , is converted into energy. And for rotating black holes , this mass to energy conversion rate is around 42% . Which is way more than even nuclear reactions and any chemical reaction. All the energy gets shot out into space from the poles of the black holes.
Black Hole Information Paradox and its possible solution(MECOs)

Black Holes are engines of destruction that removes from our universe anything that crosses out the event horizon.

But mass and energy aren’t removed from existence , rather they add up to the mass of the black hole as we say earlier.

And we also know that this mass can escape as it gradually leaks away by Hawking Radiation, over long scales of time. This same Hawking Radiation maybe more destructive than the black hole itself. It may destroy the complete information, and also information is no way can escape out the black hole if it happens to cross its event horizon. This complete destruction of the information violates a major principle in physics i.e the ” Law of Conservation of Information”. Which cant be done at any cost.

So the only way it can be in the Hawking radiation (naively) is if it creates a copy of that information while it is inside. Having two copies of the information, one inside, one outside, also violates quantum theory and the ” Law of Conservation of Information”.

This was a major paradox that kept theoretical physicist puzzled till date.

However Indian physicist Dr. Abhas K.Mitra believes that the problem with the black hole information paradox lies in the problem itself. He tells us that maybe black holes aren’t that complicated as it seems.

In the year 2000, he wrote a long paper on ” Non-occurrence of trapped surfaces and Black Holes in spherical gravitational collapse” and attacked the problem from various sites. He came to the conclusion that:

  1. there cannot be no exact black holes
  2. no exact event horizon
  3. and no apparent horizon

Immediately before the formation of a black hole, the outer radiation pressure must counteract the inward pull of the gravity. So we have a quasi static state, which has the same size of a black hole. But this object is quasi static and is still contracting and radiating maybe at an infinitesimally slow rate and trying to attain the perfect black hole state.

But in doing so , in its journey it must radiate its entire mass energy. It has to become a zero mass black hole. He also proposed that such objects should be strongly magnetized and thus called it , “Magnetospheric Eternally Collapsing Object” or MECO.

This prediction of the MECO was verified by his American colleagues in 2006. In a famous Quasar, the central object appears more to be ultra-magnetized as MECOs rather than black holes, as predicted by him. Incidentally black holes themselves don’t have any magnetic field, they only have accretion disks which gives weak magnetic fields.Since then almost a 100 black holes have been found to have ultra strong magnetic field, that cannot be explained by present black hole paradigms.

In 2016 a NASA report on a quasar revealed that it was emitting corona, which is fire, and this was also predicted long before by Dr. Mitra as he said these MECOs were like ultra compact suns, which emit fire.

Dr. Mitra doesn’t deny the fact that there are no exact black holes or rather goes against General Relativity

Actually there is a thin line.

The mass of all objects in General Relativity is a result of an integration constant. This value is large for galaxies and entire solar systems, smaller for individual stars and much smaller for planets and moons. What Dr. Mitra has shown is, since the mass of the black hole resides in a point, its mass-energy is zero and zero mass energy in relativity doesn’t mean the absence of matter, it means that all positive energies are counteracted by the negative gravitational energy. This means that whatever we are thinking as event horizon being a sphere is nothing but a point.

So to sum it up, according to Dr Mitra , whatever we have called black holes for so long may might not be so. Rather they are quasi static black holes or MECOs.

And back to the information paradox , when there is not exact black hole, then nothing is trapped, hence there is no information paradox.

However there exists many other theories which we will discuss later.

CONCLUSION

We are left with no choice but to agree that indeed black holes are fascinating objects of the cosmos. They definitely are still not fully understood yet. Black holes are full of wonder and mystery which is yet to be discovered , and probably that’s why they fascinates me the most. Scientists are continuously researching on these amazing “space creatures” even though they are “invisible”.

Regardless of everything I believe that black holes might be key to understanding the nature of reality itself.

More articles on black hole will be coming soon.

please leave a comment below or ask any question you want to regarding the article “Black Holes”.

I would highly recommend few books that would really help you to know in depth about black holes and much more regarding the cosmos:


Title: Hawking radiation and the boomerang behavior of massive modes near a horizon

We discuss the behavior of massive modes near a horizon based on a study of the dispersion relation and wave packet simulations of the Klein-Gordon equation. We point out an apparent paradox between two (in principle equivalent) pictures of black-hole evaporation through Hawking radiation. In the picture in which the evaporation is due to the emission of positive-energy modes, one immediately obtains a threshold for the emission of massive particles. In the picture in which the evaporation is due to the absorption of negative-energy modes, such a threshold apparently does not exist. We resolve this paradox by tracing the evolution of the positive-energy massive modes with an energy below the threshold. These are seen to be emitted and move away from the black-hole horizon, but they bounce back at a 'red horizon' and are reabsorbed by the black hole, thus compensating exactly for the difference between the two pictures. For astrophysical black holes, the consequences are curious but do not affect the terrestrial constraints on observing Hawking radiation. For analogue-gravity systems with massive modes, however, the consequences are crucial and rather surprising.


Title: Pre-Hawking radiation cannot prevent the formation of apparent horizon

As an attempt to solve the black hole information loss paradox, recently there has been the suggestion that, due to semiclassical effects, a pre-Hawking radiation must exist during the gravitational collapse of matter, which in turn prevents the apparent horizon from forming. Assuming the pre-Hawking radiation does exist, here we argue the opposite. First we note that the stress energy tensor near the horizon for the pre-Hawking radiation is far too small to do anything to the motion of a collapsing shell. Thus the shell will always cross the apparent horizon within a finite proper time. Moreover, the amount of energy that can be radiated must be less than half of the total initial energy (if the particle starts at rest at infinity) before the shell becomes a null shell and cannot radiate any more without becoming tachyonic. Here, we conclude that for any gravitational collapsing process within Einstein gravity and semiclassical quantum field theory, the formation of the apparent horizon is inevitable. Pre-Hawking radiation is therefore not a valid solution to the information paradox.


Black holes & Supermassive Black Holes

On the left, an optical image from the Digitized Sky Survey shows Cygnus X-1, outlined in a red box. Cygnus X-1 is located near large active regions of star formation in the Milky Way, as seen in this image that spans some 700 light years across. An artist's illustration on the right depicts what astronomers think is happening within the Cygnus X-1 system. Cygnus X-1 is a so-called stellar-mass black hole, a class of black holes that comes from the collapse of a massive star. New studies with data from Chandra and several other telescopes have determined the black hole's spin, mass, and distance with unprecedented accuracy.

Black holes are amongst the universe’s family of anomalies that we’ve just recently begun to understand in the recent decades. The term black hole was laid to claim by John Wheeler in 1969, yet the theory dates back over 200 years. In 1783, John Michell wrote a paper declaring that a star that was massive enough would have a gravitational influence so strong that light would not be able to escape its surface. He also believed there were a number stars like this in the universe, but because light could not escape their gravity they would just be black voids in space. Michell also conjectured that even though we could not see the stars’ light we could feel their gravitational influence. It took 200 years before Michells theories could be put to the test, but it came.

Of course Re won the battle each and every day, to shine his rays onto the fertile lands surrounding the river Nile, bringing food and prosperity to the realm. It’s not surprising that the most important god of Egypt was the sun, source of all wealth. The Pharaohs didn’t take on the name and depiction of Re for no reason. The sun was the embodiment of life AND eternal life. But how eternal is the life of the sun really?

A relatively small star

The expected life span of our sun is about 14 billion years. The sun is about one-third through that time, and can be compared to a human being in her late twenties, still full of strength and vigor.

In order to understand black holes, one must understand the life process of a star. Stars form when a large quantity of interstellar gas – mainly hydrogen atoms – begins to contract due to self-gravity. The colliding atoms begin heating up as they collide at greater rates and at high velocities. Eventually, the collapse gets so hot that the atoms no longer repel off of each other, but fuse together into helium atoms. This is called thermonuclear fusion. Eventually, the heat produced from these collisions counters the contraction of gravity and a star is formed. Stephen Hawking’s analogy works great: “It is a bit like a balloon – there is a balance between the pressure of the air inside, which is trying to make the balloon expand, and the tension in the rubber, which is trying to make the balloon smaller.” Inevitably, the star will run out of nuclear fuel and will no longer be able to melee with gravity. Thus, gravity wins the war and the star is doomed to collapse but it isn’t necessarily doomed to a collapse so severe it creates a black hole.

How will the sun die eventually?

During the next billion years or so, the sun will become brighter by 10%. This will heat up our planet as a result of a severe greenhouse effect. All of the oceans on earth will vaporize and all life will be destroyed. After another 5.5 billion years the sun will burn up all of its hydrogen fuel located in the core, and then it will start using up the hydrogen from the layers surrounding the core.

This will cause the sun to swell like a big balloon. 2.5 billion years later the sun will have become about 100 times bigger than its present size. By this point it has swallowed Mercury, Venus and very probably the Earth in the process of expansion. At that moment we call the sun a Red Giant.

The sun’s exhaust gas, helium – generated through nuclear fusion – will serve as the sun’s new fuel, when it has devoured all of its hydrogen. The standard hydrogen core can reach temperatures as hot as 100 million degrees, while a helium core can reach up to 600 million degrees. The temperatures increase and the fuel runs out quicker. The transition from a G2 star (our sun) to a Red Giant is roughly 160 million years. On the cosmic scale that’s quite fast. The lifespan of a Red Giant is only 1 billion years, compared to our sun’s 10 billion years.

Once all the sun’s helium is consumed it will then eject enormous amounts of matter into space. After it ejects its surface layers, the sun will then cool down and contract to be an object with a very high density, but only a few thousand miles in radius. We call this object a White Dwarf. A teaspoon of white dwarf material would weigh five-and-a-half tons or more on Earth. Yet a white dwarf can contract no further its electrons resist further compression by exerting an outward pressure that counteracts gravity. This balance between gravity and outward pressure, called electron degeneracy pressure, is the reason why stars do not explode very soon after birth. Effectively the sun is now around its dying years.

Shrinking Star

White dwarfs are very common objects in the universe.Most of them are very dim and invisible to our eye and telescopes. A very famous one is Sirius B. Astronomer W.Bessel was the first to suspect that Sirius had an invisible companion when he observed that the path of the star wobbled. In the 1920’s it was determined that Sirius B, the companion of Sirius, was a “white dwarf” star. The pull of its gravity caused Sirius’s wavy movement.

Here is an X-ray image of the Sirius star system located 8.6 light years from Earth. This image shows two sources and a spike-like pattern due to the support structure for the transmission grating. The bright source is Sirius B, a white dwarf star that has a surface temperature of about 25,000 degrees Celsius which produces very low energy X-rays.

The dim source at the position of Sirius A – a normal star more than twice as massive as the sun – may be due to ultraviolet radiation from Sirius A leaking through the filter on the detector. The picture was taken with the Chandra X-ray Observatory. Since its launch on July 23, 1999, the Chandra X-ray Observatory has been NASA’s flagship mission for X-ray astronomy, taking its place in the fleet of “Great Observatories.”

The picture to the bottom right shows the same star system, now through a ‘normal’ visible light telescope, to show exactly how small Sirius B is compared to Sirius A, which is about 1.6 times the size of our own sun, but 22 times the luminosity of our sun. Sirius B has a luminosity of 1/400 of our sun, making it very dim.

Next to these facts it was also discovered that Sirius B had another important trick up its sleeve: it was the first star of which the light showed a gravitational red-shift, making a nice piece of evidence to support Einstein’s theory of relativity. Einstein had predicted that photons (light particles) that meet a strong gravitational pull will lose energy. Thus, the light’s wavelength stretches so that their color will shift toward the red spectrum. Until that moment (in 1924) it had been very difficult to detect red-shifted light in low-mass stars such as our sun. You’re probably now saying, “Light particles and light waves! Which is it!”? We will discuss this effect of light shifting toward the red again when the black hole is being explained.

A big star dies

Contrary to what you might think, a larger star burns out more quickly than a small star like our sun. The moment all of a star’s fuel is consumed, the big star will shed most of its mass into space – much like our own sun will do, but then with an incredible force, a stellar explosion which astronomers call a supernova. There are more spectacular explosions, called hypernovae, but scientists are still in doubt as to their cause. What happens before the bang of a supernova?

We are stardust

Massive stars burn up hydrogen, which is converted to helium. They do that at tremendous rates: a star, 25 times the mass of our sun will live its life a thousand (!!) times faster. It will also burn a 100,000 times brighter. Because a massive star has more mass, gravity will build up pressure and temperature around the core, which will help to fuse the fuel into elements of increasing atomic weight. There are many of these processes going on in a star, and depending on the distance from the core, we will see different layers.

At the stars surface we would see hydrogen being fused to helium, somewhat deeper there would be a layer where helium was fused into carbon and oxygen, carbon would be fused into neon and magnesium and so on. At the stars deepest point, where it is really hot (8 billion degrees Kelvin), iron is created by fusing silicon. The creation of this iron core takes place in about a week.

Once the iron core is formed it is no longer possible to produce more energy just by compressing it to start a new fusion reaction. Gravity is indifferent to this and will go on compressing the core, raising temperatures to about 10 billion degrees Kelvin.

At this temperature the photons split the iron nuclei into protons and neutrons. They don’t do that quietly: in a tenth of a second a 12,000 km iron core collapses into a neutron star of about 20 km in diameter. The outer layers of the star are suddenly without support, and they now collapse and bounce on the dense, incompressible neutron core, resulting in the instant release of a huge amount of gravitational potential energy. Boom!!

As you see, during its lifetime and especially toward the end the sun is the creator of all elements we find on earth and in ourselves. Truly we are stardust, the remains of a dead star, which once burned brightly in the heavens.

Neutron Star

A star that exceeds 1.4 solar masses, and is limited to 3 solar masses, after its supernova will collapse further than a white dwarf into a very dense star called a neutron star.

A neutron star is nothing more than an incredibly dense core made of just neutrons. Its mass is packed in a volume roughly 10^14 times smaller than our sun and has a mass density around 10^14 times higher than the sun it is so dense that a teaspoon would weigh 100 million tons. A neutron star less than 3 solar masses will not contract any further, because the neutrons will resist the inward push of gravity, just like the white dwarf’s electrons do.

This is now called neutron degeneracy pressure. When the neutron star’s mass far exceeds 3 solar masses (no-one exactly knows the precise critical point) there is a good chance that the process of inward gravity exceeds that of the neutrons’ resistance. The core of the neutron star collapses further and then there’s no more stopping the ongoing process, the star infinitely collapsing a black hole is formed.

Black Hole: the making of:

What exactly IS a black hole? A black hole is a region in space-time that has a gravitational field so strong that the escape velocity is faster than the speed of light.

This means nothing can escape its clutches, not even light. When the core of a massive neutron star collapses, the inward gravity prevailing over the neutron degeneracy pressure, the process will go on and on, until we reach a point in which all matter of the star if being compressed into a point of infinite density.

The tale of the black hole has the following chapters:

-A singularity
-The Schwarzschild radius
-The event horizon
-The apparent horizon

The Singularity

The singularity lies at the heart of the black hole. This is where all matter has been crushed to an infinitely small point of infinite density, where space-time has an infinite curvature. The laws of physics break down at the singularity it is really a point where space and time as we know them cease to exist. Astrophysicists say the big bang started as a singularity.

The Schwarzschild radius

The German astrophysicist Karl Schwarzschild used the equations in Einstein’s theory of relativity to determine the radius for a given mass at which matter would collapse into a singularity. An example: A black hole with a mass of about 10 of our suns will have a radius of only 30 (!!) kilometers (19 miles). Thus, the radius between the singularity and the event horizon is called the Schwarzschild radius.

The event horizon

The event horizon is what some would call “the point of no return.” Beyond this unseen border the escape velocity for the black hole is greater than that of the speed of light, meaning light would have to travel faster than its constant velocity of 300,000km/h in order to escape. The event horizon is a static state at some point. The event horizon coincides at some point in time with the apparent horizon.

The apparent horizon

The collapsing dying star will show an “apparent” event horizon forming all of a sudden. This horizon moves out like a balloon expanding until it coincides with the event horizon of the black hole (see diagram). This horizon – during its existence – will separate trapped light rays from the light rays that can still move away. Some of these rays can be trapped later when more matter or energy falls into the hole, increasing the gravity inside.

Apparent versus Event Horizon

Even before the star meets its final doom, the event horizon forms at the centre, balloons out and breaks through the star’s surface at the very moment it shrinks through the critical circumference. At this point in time, the apparent and event horizons merge as one: the horizon. The distinction between apparent horizon and event horizon may seem subtle, even obscure. Nevertheless the difference becomes important in computer simulations of how black holes form and evolve. Beyond the event horizon, nothing, not even light, can escape. So the event horizon acts as a kind of “surface” or “skin” beyond which we can venture but cannot see.

How can we see a black hole?

As more and more research is compiled we find more evidence to support black holes. The black hole itself can not be directly observed for reasons aforementioned. There are several ways we can observe a black hole. One of the most obvious is observing the effects it has on surrounding celestial bodies. Obviously if we see a star orbiting around an invisible mass, we conclude it is a black hole of an X amount of mass.

If gas from a nearby star is “sucked” into the black hole, the gas will begin orbiting the event horizon, accelerating to velocities near the speed of light and heating up to many millions of degrees. We then will be able to detect the radiation. Another way is through Hawking radiation, where virtual particle and anti-particle pairs are created outside of the event horizon. The two will immediately collide and obliterate themselves, releasing gamma radiation. However, there are times when one of the pair is pulled in beyond the even horizon. The particle pulled into the black hole will then have a negative mass-energy and the one released will have a positive mass-energy, thus being detected as radiation.