क्वांटम गुरुत्वाकर्षणाचे सिद्धांत, जे क्वांटम भौतिकशास्त्रासह सामान्य सापेक्षता एकत्र करण्याचा प्रयत्न करतात, आपले विश्व सर्वात खोल पातळीवर कसे कार्य करते याचे रहस्य धारण करतात.
Super Computer Is Way Of Exploring Quantum Gravity-Cosmic Ring Of Black Holes: सुपरकॉम्प्युटर ते कृष्णविवरांभोवती पसरणाऱ्या गुरुत्वाकर्षण लहरी – कॅल्टेकच्या नेतृत्वाखालील अभ्यासांनी ब्लॅक होलच्या टक्करांमुळे निर्माण होणाऱ्या स्पेसटाइमच्या लहरींमध्ये क्वांटम गुरुत्वाकर्षणाची चिन्हे शोधत आइन्स्टाईनच्या सापेक्षतेच्या सामान्य सिद्धांतासाठी नवीन, कठोर चाचण्या सुचवल्या आहेत.
एक अभ्यास क्वांटम गुरुत्वाकर्षण सिद्धांतामध्ये ब्लॅक होलच्या वर्तनासाठी समीकरण सादर करतो, मागील कामावर आधारित, तर दुसरा अभ्यास सामान्य सापेक्षतेतील संभाव्य विचलन शोधण्यासाठी LIGO, गुरुत्वीय लहरी वेधशाळेच्या डेटावर हे समीकरण लागू करण्याची पद्धत सुचवतो.
नवीन पद्धती LIGO डेटा वापरून आइन्स्टाईनच्या सापेक्षतेच्या सामान्य सिद्धांताच्या चांगल्या चाचण्यांना अनुमती देतील –
अल्बर्ट आइनस्टाइनच्या सापेक्षता सिद्धांतामध्ये वस्तुमानाच्या प्रतिसादात स्पेस आणि टाइम किंवा स्पेसटाइमची फॅब्रिक कशी वक्र असते याचे वर्णन करते. (पृथ्वीच्या बाजूच्या गतीमुळे पृथ्वी सूर्यामध्ये पडत नाही).
सिद्धांत उदाहरणार्थ – आपला सूर्य, आपल्या सभोवतालची जागा अशा प्रकारे विस्कळीत करतो की पृथ्वी ग्रह सूर्याभोवती फनेलमध्ये फेकल्या गेलेल्या संगमरवरीप्रमाणे फिरतो.
अल्बर्ट आइनस्टाइनच्या सापेक्षता सिद्धांत, जो १९१५ गुरुत्वाकर्षणाला स्पेसटाइमचे वक्र म्हणून पुनर्स्थित केले. हा सिद्धांत आपल्या सभोवतालच्या अवकाशाच्या स्वरूपाप्रमाणेच मूलभूत आहे.
भौतिकशास्त्रज्ञ याबद्दल काय म्हणतात ?
हा कथेचा शेवट असू शकत नाही. त्याऐवजी, ते असा युक्तिवाद करतात की, क्वांटम गुरुत्वाकर्षणाचे सिद्धांत, जे क्वांटम भौतिकशास्त्रासह सामान्य सापेक्षता एकत्र करण्याचा प्रयत्न करतात, आपले विश्व सर्वात खोल पातळीवर कसे कार्य करते याचे रहस्य धारण करतात.
डोंगजून ली आणि त्यांच्या सहयोगींचे समीकरण हे वर्णन करते की, सामान्य-सापेक्षतेच्या पलीकडे कृष्णविवर कसे आदळतात (beyond-general-relativity regime)
क्वांटम गुरुत्वाकर्षणाची स्वाक्षरी शोधण्याचे एक ठिकाण ब्लॅक होलमधील शक्तिशाली टक्कर आहे , जेथे गुरुत्वाकर्षण अत्यंत टोकाला आहे. ब्लॅक होल या विश्वातील सर्वात दाट वस्तू आहेत – त्यांचे गुरुत्वाकर्षण इतके मजबूत आहे की, ते त्यांच्यामध्ये पडणाऱ्या वस्तूंना स्पॅगेटी सारख्या नूडल्समध्ये पिळून काढतात. जेव्हा दोन कृष्णविवर आदळतात आणि एका मोठ्या शरीरात विलीन होतात, तेव्हा ते त्यांच्या सभोवताली अंतराळ-वेळ फिरवतात आणि सर्व दिशांना गुरुत्वीय लहरी नावाच्या लहरी पाठवतात.
LIGO – Caltech आणि MIT –
Caltech आणि MIT द्वारे व्यवस्थापित नॅशनल सायन्स फाऊंडेशन-अनुदानित LIGO, २०१५ पासून नियमितपणे ब्लॅक होल विलीनीकरणामुळे निर्माण झालेल्या गुरुत्वीय लहरी शोधत आहे (त्याच्या भागीदार वेधशाळा, Virgo आणि KAGRA, अनुक्रमे २०१७ आणि २०२० मध्ये शोधात सामील झाल्या). तथापि, आतापर्यंत, सापेक्षतेचा सामान्य सिद्धांत खंडित होण्याची चिन्हे नसताना चाचणीनंतर चाचणी उत्तीर्ण झाला आहे.
आता, फिजिकल रिव्ह्यू X आणि फिजिकल रिव्ह्यू लेटर्स मधील दोन नवीन कॅलटेक-नेतृत्वातील पेपर्स , सामान्य सापेक्षता आणखी कठोर चाचण्यांसाठी नवीन पद्धतींचे वर्णन करतात. कृष्णविवरांच्या संरचनेकडे अधिक बारकाईने बघून, आणि त्यांच्यामुळे निर्माण होणार्‍या स्पेस-टाइममधील लहरी, शास्त्रज्ञ सामान्य सापेक्षतेपासून लहान विचलनांची चिन्हे शोधत आहेत जे क्वांटम गुरुत्वाकर्षणाच्या उपस्थितीकडे सूचित करतात.
“जेव्हा दोन कृष्णविवर विलीन होऊन मोठे कृष्णविवर निर्माण होते, तेव्हा अंतिम कृष्णविवर घंटा वाजते,” कॅलटेक येथील भौतिकशास्त्राचे प्राध्यापक आणि दोन्ही अभ्यासांचे सह-लेखक यानबेई चेन (पीएचडी ‘०३) स्पष्ट करतात. “क्वांटम गुरुत्वाकर्षणाचे काही सिद्धांत बरोबर असल्यास रिंगिंगची गुणवत्ता, किंवा त्याचे लाकूड, सामान्य सापेक्षतेच्या अंदाजांपेक्षा भिन्न असू शकते. आमच्या पद्धती या रिंगडाउन टप्प्यातील गुणवत्तेतील फरक शोधण्यासाठी डिझाइन केल्या आहेत, उदाहरणार्थ हार्मोनिक्स आणि ओव्हरटोन .
कॅलटेक येथील पदवीधर विद्यार्थी डोंगजुन ली आणि अर्बाना-चॅम्पेन येथील इलिनॉय विद्यापीठातील पदवीधर विद्यार्थी प्रतीक वागळे यांच्या सह-नेतृत्वाखालील पहिला पेपर, ब्लॅक होलच्या चौकटीत कसे वाजतील याचे वर्णन करण्यासाठी एक नवीन एकल समीकरणाचा अहवाल देतो. विशिष्ट क्वांटम गुरुत्वाकर्षण सिद्धांत किंवा शास्त्रज्ञ ज्याला सामान्य-सापेक्षतेच्या पलीकडे संबोधतात.
शौल टेकोलस्की (पीएचडी ‘७३) –
कॅल्टेक येथील सैद्धांतिक खगोल भौतिकशास्त्राचे रॉबिन्सन प्रोफेसर शौल टेकोलस्की (पीएचडी ‘७३) यांनी ५० वर्षांपूर्वी विकसित केलेल्या ग्राउंडब्रेकिंग समीकरणावर हे काम तयार होते. स्पेस-टाइम भूमितीच्या लहरी कृष्णविवरांभोवती कसे पसरतात हे अधिक चांगल्या प्रकारे समजून घेण्यासाठी टेकोलस्कीने एक जटिल समीकरण विकसित केले होते.
संख्यात्मक सापेक्षता पद्धतींच्या विरूद्ध, ज्यामध्ये सामान्य सापेक्षतेशी संबंधित अनेक विभेदक समीकरणे एकाच वेळी सोडवण्यासाठी सुपरकॉम्प्युटरची आवश्यकता असते, तेउकोल्स्की समीकरण वापरण्यास खूपच सोपे आहे आणि जसे ली स्पष्ट करतात, समस्येचे प्रत्यक्ष भौतिक अंतर्दृष्टी प्रदान करते.
“जर एखाद्याला ब्लॅक होल विलीनीकरणाची सर्व आइन्स्टाईन समीकरणे अचूकपणे सोडवायची असतील तर त्यांनी सुपरकॉम्प्युटरकडे वळले पाहिजे,” ली म्हणतात. “ब्लॅक होल विलीनीकरणाचे अचूक अनुकरण करण्यासाठी संख्यात्मक सापेक्षता पद्धती अविश्वसनीयपणे महत्त्वपूर्ण आहेत आणि ते LIGO डेटाचा अर्थ लावण्यासाठी एक महत्त्वपूर्ण पाया प्रदान करतात.
परंतु भौतिकशास्त्रज्ञांना संख्यात्मक परिणामांमधून थेट अंतर्ज्ञान काढणे अत्यंत कठीण आहे. ट्युकोल्स्की समीकरण आपल्याला रिंगडाउन टप्प्यात काय चालले आहे याचे अंतर्ज्ञानी स्वरूप देते.”
ली आणि त्यांचे सहकारी –
ली आणि त्यांचे सहकारी तेउकोल्स्कीचे समीकरण घेण्यास आणि प्रथमच सामान्य-सापेक्षतेच्या पलीकडे असलेल्या कृष्णविवरांसाठी अनुकूल करण्यात यशस्वी झाले. “आमचे नवीन समीकरण आम्हाला कृष्णविवरांभोवती पसरणाऱ्या गुरुत्वाकर्षण लहरींचे मॉडेल आणि समजून घेण्यास अनुमती देते जे आइन्स्टाईनच्या अंदाजापेक्षा अधिक विचित्र आहेत,” तो म्हणतो.
फिजिकल रिव्ह्यू लेटर्समध्ये प्रकाशित झालेला दुसरा पेपर, कॅलटेक पदवीधर विद्यार्थी सिझेंग मा यांच्या नेतृत्वाखाली, LIGO आणि त्याच्या भागीदारांनी त्यांच्या पुढील निरीक्षणात्मक धावांमध्ये मिळवलेल्या वास्तविक डेटावर लीचे समीकरण लागू करण्याचा एक नवीन मार्ग वर्णन केला आहे .
हा डेटा विश्लेषण दृष्टीकोन सामान्य सापेक्षतेने अंदाज केलेल्या ब्लॅक होलच्या रिंगिंगची वैशिष्ट्ये काढून टाकण्यासाठी फिल्टरची मालिका वापरतो, जेणेकरून संभाव्य सूक्ष्म, सामान्य-सापेक्षतेच्या पलीकडे असलेल्या स्वाक्षऱ्या प्रकट केल्या जाऊ शकतात.
“आम्ही LIGO, Virgo आणि KAGRA गोळा करणार्‍या डेटामध्ये डोंगजुनच्या समीकरणाद्वारे वर्णन केलेली वैशिष्ट्ये शोधू शकतो,” मा म्हणतात. “डोंगजुनने जटिल समीकरणांचा एक मोठा संच फक्त एका समीकरणात अनुवादित करण्याचा मार्ग शोधला आहे आणि हे खूप उपयुक्त आहे. हे समीकरण आम्ही पूर्वी वापरलेल्या पद्धतींपेक्षा अधिक कार्यक्षम आणि वापरण्यास सोपे आहे.”
दोन अभ्यास एकमेकांना चांगले पूरक आहेत, ली म्हणतात. “माझ्या समीकरणाचा अंदाज असलेल्या स्वाक्षऱ्या अनेक ओव्हरटोन आणि हार्मोनिक्सच्या खाली दडल्या जातील याची मला सुरुवातीला भीती वाटत होती; सुदैवाने, सिझेंगचे फिल्टर ही सर्व ज्ञात वैशिष्ट्ये काढून टाकू शकतात, ज्यामुळे आम्हाला फक्त फरकांवर लक्ष केंद्रित करता येते,” तो म्हणतो.
चेन पुढे म्हणाले: “एकत्र काम केल्याने, ली आणि माचे निष्कर्ष आमच्या समुदायाच्या गुरुत्वाकर्षणाची तपासणी करण्याच्या क्षमतेत लक्षणीय वाढ करू शकतात.”
संदर्भ:
डोंगजुन ली, प्रतीक वागळे, यानबेई चेन आणि निकोलस युनेस, २५ मे २०२३, शारीरिक पुनरावलोकन X द्वारे “सामान्य सापेक्षतेच्या पलीकडे स्पिनिंग ब्लॅक होल्सची विकृती: सुधारित ट्युकोलस्की समीकरण” .
हे सुद्धा वाचा :-