Friday , 14 December 2018

ബ്ലാക്ക്‌ഹോള്‍

പ്രൊഫ: കെ പാപ്പൂട്ടി

എഡിറ്റര്‍

 

ജ്യോതിശ്ശാസ്‌ത്ര കൗതുകങ്ങളില്‍ ബ്ലാക്ക്‌ഹോള്‍ എപ്പോഴും മുന്‍നിരയില്‍ ആണ്‌. മുമ്പ്‌, അതെങ്ങനെയാണുണ്ടാകുന്നത്‌ എന്നായിരുന്നു ചോദ്യം എങ്കില്‍ ഇപ്പോള്‍,  ‘സ്റ്റീഫന്‍ ഹോക്കിംഗ്‌ പറഞ്ഞല്ലോ ബ്ലാക്ക്‌ഹോള്‍ ശരിക്കും ബ്ലാക്കല്ല’ എന്ന്‌, അതു ശരിയാണോ എന്നാവും. തമോഗര്‍ത്തം, തമോദ്വാരം എന്നൊക്കെ നല്ലമലയാളം പേരുകള്‍ അതിനുണ്ടെങ്കിലും ആളുകള്‍ക്കിഷ്ടം ഇംഗ്ലീഷ്‌പേരാണ്‌. ഒരു പ്രാചീന ദൈവത്തെപ്പോലെ ഒരുപാടു മിത്തുകളിലെ നായികയാണിയാള്‍.

wormhole
ചിത്രത്തിന് കടപ്പാട് പിക്സാബേ

എന്താണ്‌ തമോഗര്‍ത്തം എന്നു ചോദിച്ചാല്‍ ഉത്തരം എളുപ്പമാണ്‌. വിശദാംശങ്ങളിലേക്ക്‌ പോകരുതെന്നുമാത്രം. 1700കളില്‍ പിയര്‍ സൈമണ്‍ ലാപ്ലാസ്‌ എന്ന ഗണിതശാസ്‌ത്രജ്ഞനാണ്‌ അത്തരം ഒരു സംഗതിയെക്കുറിച്ച്‌ ആദ്യം പറഞ്ഞത്‌. അദ്ദേഹം ചിന്തിച്ചത്‌ ഇങ്ങനെയാണ്‌: ഭൂമിയില്‍ നിന്ന്‌ മുകളിലേക്ക്‌ ഒരു കല്ലെറിഞ്ഞാല്‍ അതിന്റെ വേഗത കുറഞ്ഞുകുറഞ്ഞുവരും; ഒടുവില്‍ നില്‍ക്കും; പിന്നെ താഴോട്ടുതന്നെ പോരും. പ്രാരംഭവേഗം കൂടിയാലോ? കൂടുതല്‍ ഉയരത്തിലെത്തിയ ശേഷമാകും തിരിച്ചുവീഴുക. ഇങ്ങനെ വേഗം കൂടിക്കൊണ്ടിരുന്നാല്‍, ഒരു നിശ്ചിതവേഗമെത്തുമ്പോള്‍ അതു തിരിച്ചുവരാതാകും. ഭൂമിയുടെ ആകര്‍ഷണമണ്ഡലത്തില്‍ നിന്നത്‌ രക്ഷപ്പെടും. ഈ വേഗമാണ്‌ ഭൂമിയുടെ പലായനപ്രവേഗം (escape velocity – Ves).

എത്രവരും ഭൂമിയുടെ പലായനപ്രവേഗം? ഒന്നു കണക്കാക്കി നോക്കാം. ഭൂമിയുടെ ഉപരിതലത്തില്‍ ഉള്ള ഒരു വസ്‌തുവില്‍ അനുഭവപ്പെടുന്ന പൊട്ടന്‍ഷ്യല്‍ ഊര്‍ജം

= – G Mm/R (M ഭൂമിയുടെ പിണ്ഡം; m വസ്‌തുവിന്റെ പിണ്ഡം, R ഭൂമിയുടെ വ്യാസാര്‍ധം, G ഗുരുത്വസ്ഥിരാങ്കം).

അതിനു തുല്യമായ ഗതികോര്‍ജം ആ വസ്‌തുവിനു നല്‍കിയാല്‍ അതു പിന്നെ തിരിച്ചുവരില്ല. അതായതത്‌,

G Mm/R= ½mVes²

അഥവാ, Ves= (2G M/R)^½.  ഇത്‌ ഏതാണ്ട്‌ 11.2 കി.മീ/സെ. വരും (വായുപ്രതിരോധം അവഗണിച്ചാല്‍)

സൂര്യനില്‍ നിന്ന്‌ ഒരു വസ്‌തുവിന്‌ രക്ഷപ്പെടാന്‍ വേണ്ട പലായന പ്രവേഗം 618 കി.മീ./സെ. വരും. (M സൂര്യന്‌ വളരെ കൂടുതലാണല്ലോ.) സൂര്യന്‍ കത്തിത്തീര്‍ന്ന്‌ 100ല്‍ ഒരു ഭാഗം വ്യാസാര്‍ധമുള്ള ഒരു വെള്ളക്കുള്ളനായി മാറുന്നു എന്നിരിക്കട്ടെ. അപ്പോള്‍ അതിന്റെ പലായനപ്രവേഗം 10 ഇരട്ടിയാകും (6180 കി.മീ./സെ). സൂര്യന്‍ വീണ്ടും 2500 മടങ്ങുകൂടി ചുരുങ്ങി, ഏതാണ്ട്‌ 3 കി.മീ മാത്രം വ്യാസാര്‍ധമുള്ള ഒരു നക്ഷത്രമായാലോ? അപ്പോള്‍ അതിന്റെ പലായന പ്രവേഗം 300,000 കി.മീ/സെക്കണ്ടിലും കൂടുതലാകും. അതായത്‌, പ്രകാശവേഗത്തേക്കാള്‍ കൂടുതല്‍. ഇത്‌ അസാധ്യമാണ്‌. അതുകൊണ്ട്‌ അതില്‍ നിന്ന്‌ ഒന്നിനും (പ്രകാശത്തിന്‌ പോലും) പുറത്തു കടക്കാന്‍ പറ്റില്ല. അതിനടുത്തേക്കു വരുന്ന എന്തിനെയും അത്‌ ആകര്‍ഷിച്ചുപിടിക്കുകയും ചെയ്യും. സൂര്യന്‍ അപ്പോള്‍ ഒരു തമോഗര്‍ത്തമായി മാറി. നമ്മുടെ കണ്ണില്‍ നിന്ന്‌ അത്‌ എന്നെന്നേക്കുമായി അപ്രത്യക്ഷമായിക്കഴിഞ്ഞു. (പേടിക്കണ്ട, ഒരുദാഹരണം മാത്രമാണ്. സൂര്യന്‌ ഒരിക്കലും ഒരു തമോഗര്‍ത്തമായി മാറാന്‍ കഴിയില്ല. സൂര്യന്റെ അനേകമടങ്ങ്‌ പിണ്ഡമുള്ള ഒരു  നക്ഷത്രത്തിനേ അതിനു കഴിയൂ. എന്തുകൊണ്ടെന്നു പിന്നെപ്പറയാം)

ഒരു വലിയ നക്ഷത്രം കത്തിത്തീര്‍ന്ന്‌ ചുരുങ്ങി ഒരു തമോഗര്‍ത്തമായി മാറുന്നു എന്നു പറയുന്നത്‌ യഥാര്‍ഥത്തില്‍ ശരിയല്ല; അതൊരു തമോഗര്‍ത്തം സൃഷ്ടിക്കുന്നു എന്നേ പറയാന്‍ പാടുള്ളൂ. ആ നക്ഷത്രത്തിനു ചുറ്റുമായി സംഭവചക്രവാളം (event horizon) എന്നൊരു പരിധിയുണ്ടാകും. നക്ഷത്രത്തില്‍ നിന്ന്‌ പുറപ്പെടുന്ന ഒരു പ്രകാശകണത്തിന്‌ പരമാവധി അതുവരെയേ പോകാന്‍ കഴിയൂ. അപ്പോഴേക്കും അതിന്റെ ആവൃത്തി പൂജ്യം ആവുകയോ അതു നക്ഷത്രത്തിലേക്ക്‌ തന്നെ വളഞ്ഞുപതിക്കുകയോ ചെയ്യും.

സംഭവചക്രവാളത്തിന്റെ അര്‍ധവ്യാസത്തെ ഷ്വാര്‍ത്‌സ്‌ചൈല്‍ഡ്‌ വ്യാസാര്‍ധം (Schwarzschild radius- Rs) എന്നു വിളിക്കും. സംഭവചക്രവാളത്തിനുള്‍ഭാഗമാണ്‌ തമോഗര്‍ത്തം. അതിനുള്ളിലെവിടെയോ നമ്മുടെ മൃതനക്ഷത്രമുണ്ടാകും. അതിന്റെ വലുപ്പം എത്രയുണ്ടാകുമെന്നൊന്നും പറയാന്‍ കഴിയില്ല.

ലാപ്ലാസ്‌, ന്യൂട്ടന്റെ ഗുരുത്വാകര്‍ഷണനിയമം ഉപയോഗിച്ചാണ്‌ തമോഗര്‍ത്തത്തിന്റെ വ്യാസാര്‍ധം കണ്ടെത്തിയത്‌ : പലായനപ്രവേഗം പ്രകാശവേഗത്തിനു തുല്യമാകുമ്പോൾ,Ves = C = (2G M/ Rs)^½. അഥവാ, ഷ്വാർത് സ് ചൈൽഡ് വ്യാസാർധം Rs = 2 G M/ C² . ഷ്വാര്‍ത്‌സ്‌ചൈല്‍ഡ് ഐന്‍സ്റ്റൈന്റെ സാമാന്യ ആപേക്ഷികതാ തത്ത്വം ഉപയോഗിച്ചും ലാപ്ലാസ് ന്യൂട്ടന്റെ നിയമം ഉപയോഗിച്ചും എത്തിച്ചേര്‍ന്നത്‌ ഒരേ സമവാക്യത്തിലാണ്‌. ഐന്‍സ്റ്റൈന്‍ തന്റെ സിദ്ധാന്തം അവതരിപ്പിച്ച വര്‍ഷം തന്നെയാണ് (1916) ഷ്വാര്‍ത്‌സ്‌ ചൈല്‍ഡ്‌ അത്‌ പ്രയോഗിച്ചതും. (ഏതാനും മാസക്കാലമേ പിന്നീടദ്ദേഹം ജീവിച്ചിരുന്നുള്ളൂ.)

hawking
സ്റ്റീഫൻ ഹോക്കിങ്ങ് (ചിത്രത്തിന് പിക്സാബേയോട് കടപ്പാട്)

തമോഗര്‍ത്തവുമായി ബന്ധപ്പെട്ട്‌ ധാരാളം മിത്തുകള്‍ ഉണ്ടെന്ന്‌ പറഞ്ഞല്ലോ. അതിലൊന്ന്‌ ഇതാണ്‌: അത്‌ വളരെദൂരെയുള്ള വസ്‌തുക്കളെ, (നക്ഷത്രങ്ങളെപ്പോലും) ആകര്‍ഷിച്ചുപിടിച്ചു വിഴുങ്ങിക്കളയും. ഇത്‌ യുക്തിരഹിതമാണെന്ന്‌ മനസ്സിലാക്കാന്‍ ഒട്ടും പ്രയാസമില്ല. സൂര്യന്‍ തമോഗര്‍ത്തമായി മാറുന്ന ഉദാഹരണം എടുക്കൂ. ഇപ്പോൾ ഭൂമി സൂര്യനെ ചുറ്റുന്നു. അതിനുവേണ്ട അഭികേന്ദ്രബലം (Centripetal force) നല്‍കുന്നത്‌ അവതമ്മിലുളള ഗുരുത്വാകര്‍ഷണമാണ്‌. Fcen = – G Mm/r² (M – സൂര്യന്റെ പിണ്ഡം, m – ഭൂമിയുടെ പിണ്ഡം, r – ഇവ തമ്മിലുളള അകലം). സൂര്യന്‍ തമോഗര്‍ത്തമായാലും ഇതില്‍ ഒരു രാശിക്കും മാറ്റമുണ്ടാകുന്നില്ല. അതുകൊണ്ട്‌, ഭൂമി സൂര്യന് സംഭവിച്ച മാറ്റമൊന്നും അറിയാതെ അതിനെ (അദൃശ്യനായിക്കഴിഞ്ഞ സൂര്യനെ) ചുറ്റിക്കൊണ്ടിരിക്കും.

എന്നാല്‍ സൂര്യന്റെ പ്രതലത്തില്‍ ഗുരുത്വബലത്തിന്‌ വലിയ മാറ്റമുണ്ടാകും.

7 ലക്ഷത്തിലധികം കി.മീ. വ്യാസാര്‍ധമുണ്ടായിരുന്ന സൂര്യന്റെ പ്രതലത്തിലെ ബലം  അത്‌ 3 കി.മീ. ആയി ചുരുങ്ങിയാൽ  ഏകദേശം 5000 കോടി മടങ്ങായി വര്‍ധിക്കും. അതിനെ സമീപിക്കുന്ന ഒരു വസ്‌തുവും പിന്നെ രക്ഷപ്പെടില്ല.

എങ്ങനെയാണ്‌ അദൃശ്യമായ തമോഗര്‍ത്തങ്ങളെ മനുഷ്യന്‍ കണ്ടെത്തുന്നത്‌? ബ്ലാക്ക്‌ഹോള്‍ അത്ര ബ്ലാക്ക്‌ അല്ല എന്ന്‌ ഹോക്കിംഗ്‌ പറഞ്ഞതിന്റെ അര്‍ഥമെന്താണ്‌? ഒരു നക്ഷത്രം എങ്ങനെയാണ്‌ തമോഗര്‍ത്തമായി മാറുന്നത്‌? ഇങ്ങനെ അനേകം കാര്യങ്ങള്‍ ഇനിയും പറയാനുണ്ട്‌. അതൊക്കെ വഴിയേ.

Check Also

ഉരുള്‍പൊട്ടല്‍ – ഉത്തരവാദി പ്രകൃതിയോ? അതോ മനുഷ്യനോ?

ഒരു പ്രകൃതിപ്രതിഭാസമായാണ് ഉരുള്‍പൊട്ടലിനെ വിശേഷിപ്പിക്കുന്നത്. മനുഷ്യ ഇടപെടലുകള്‍ ഇല്ലാത്ത കാടുകളിലും മലഞ്ചെരിവുകളിലും മണ്ണിടിച്ചിലും ഉരുള്‍പൊട്ടലും ഉണ്ടാകാറുണ്ട്.

Leave a Reply

%d bloggers like this: