Saturday, October 17, 2020

कृष्णविवर नोबेल प्रवास

 कृष्णविवरांच्या शोधाचा भारतामार्गे नोबेल प्रवास 

“अरे तुला यावर्षीचा नोबेल पुरस्कार जाहीर झालाय”. हे वाक्य जर कोणत्याही संशोधकासमोर म्हटलं गेलं तर, त्याच्याकडून “हे जर खरं असेल तर माझ्या आयुष्याचं सार्थक झालं” असंच उत्तर येईल. कारण संशोधकांसाठी नोबेल हा सर्वोच्च पुरस्कार आहे. अर्थात कोणताही समर्पित संशोधक कोणताही पुरस्कार डोळ्यासमोर ठेवून  संशोधन करत नसतो. विश्वाच्या कणाकणाचं कोडं सोडवून जगासमोर मांडण्यात जो आनंद असतो त्याचं मूल्य कोणत्याही पुरस्काराद्वारे मोजता येत नाही. पण येणकेनप्रकारे सर्व प्राणिमात्रांच्या कल्याणासाठी अखंड आयुष्य एकांतात खपवणाऱ्या संशोधकांच्या कार्याचा गौरव व्हावा हाच विज्ञानाच्या नोबेल पुरस्कारामागचा हेतु आहे. 

यावर्षी रॉयल स्वीडिश अकॅडेमी ऑफ सायन्सेसने भौतिकशास्त्रातील नोबेल पुरस्कार रॉजर पेनरोझ (ब्रिटिश गणितीय-भौतिकशास्त्रज्ञ) तसेच संयुक्तपणे रेनहार्ड गेन्झेल (जर्मन खगोलशास्त्रज्ञ) आणि आंद्रे घेझ (अमेरिकन खगोलशास्त्रज्ञ) यांना कृष्णविवरांचा सैद्धांतिक अभ्यास आणि निरीक्षणाशी संबंधित मूलभूत संशोधनास दिला. 

रॉकर पेनरोस यांना त्यांच्या "कृष्णविवरांची निर्मिती ही सापेक्षतेच्या सिद्धांताची एक मजबूत भविष्यवाणी आहे" या शोधासाठी तर "आपल्या आकाशगंगेच्या मध्यभागी सूर्यापेक्षा शेकडोपट वजनाच्या अतिघन पदार्थाच्या (सुपरमॅसिव्ह कॉम्पॅक्ट ऑब्जेक्ट) शोधासाठी" रेनहार्ड गेन्झेल आणि अँड्रिया गेझ यांना नोबेल पारितोषिक देण्यात आले आहे. (आणि हो! भौतिकशास्त्रातील कृष्णविवर आणि भारतीय दर्शनशास्त्रातील कृष्ण यांच्यात कोणताही थेट संबंध नाही, बरं का! पण दोन्हीही आकर्षित करतात हेही खरंय.... एक त्याच्याकडच्या गुरुत्वीय बलामुळे आजूबाजूच्या पदार्थांना आकर्षित करतो तर दुसरा त्याच्या अलौकिक तत्त्वज्ञानामुळे चालत्याबोलत्या माणसांना आकर्षित करतो; आणि दोन्हीही सामान्य माणसांच्या आकलनापलीकडचे! एवढंच काय ते साम्य....) 

 

यावर्षीच्या भौतिकशास्त्रातील नोबेल पुरस्काराच्या निमित्ताने कृष्णविवर म्हणजे नेमकं काय ते बघू.... कालमानपरत्वे प्रत्येक तारा त्याच्याजवळील ऊर्जा बाहेर फेकत असतो आणि हळूहळू लयास जात असतो. शेवटी प्रचंड स्फोट होऊन तारा कोसळतो व सुपरनोव्हा बनतो. तार्‍याचे सर्व द्रव्य केंद्राकडे कोसळते व आकारमान खूपच कमी होते. त्यामुळे तार्‍याचे गुरुत्वाकर्षण वाढून तो खुजा तारा, न्यूट्रॉन तारा आणि शेवटी कृष्ण विवर अशा अवस्थेकडे जातो. 

(Source: https://www.schoolsobservatory.org/learn/astro/stars/cycle)

कृष्णविवर ही तार्‍यांची अंतिम स्थिती असते. एका विशिष्ट वस्तुमानापेक्षा जास्त वस्तुमानाचे तारे त्यांच्या आयुष्याच्या शेवटी आकुंचन पावत कृष्णविवरात रुपांतरित होतात. अशा कृष्णविवरांजवळचे गुरुत्वाकर्षण इतके जास्त असते की प्रकाशदेखील त्यांपासुन सुटू शकत नाही आणि यामुळेच अशा तार्‍यांना कृष्णविवर म्हणतात. अवकाशातील अश्या बिंदुंना कृष्णविवर हे नाव का दिलं गेलं हे पाहणं महत्त्वाचं आहे. मराठीतील कृष्णविवर हे इंग्रजीतील ब्लॅकहोल या शब्दाचे केलेले शब्दशः भाषांतर आहे. भौतिकशास्त्रात ब्लॅक/काळा हा शब्द शोषून घेणारा या अर्थाने घेतला जातो. ज्यांनी बारावी पर्यंत विज्ञान शिकलंय त्यांना ब्लॅक-बॉडी या संकल्पनेबद्दल माहीत आहे. ब्लॅक-बॉडी त्याच्यावर पडणारी सर्व प्रकारची विकिरणे शोषून घेते. म्हणजे एका अर्थाने कृष्णविवरे देखील ब्लॅक-बॉडी आहेत. ब्लॅक-बॉडी सगळं शोषून घेते याचा अर्थ ती खादाड आहे अश्यातला भाग नाही. कारण “भरपूर कमाना और दोनों हातोसें लुटाना” असा त्यांचा स्वभाव असतो. अर्थात त्यांनी जी विकिरणे शोषलेली असतात ती वेगळ्या स्वरूपात उत्सर्जित देखील केली जातात. कृष्णविवरेदेखील अश्याप्रकारे उत्सर्जन करतात असे स्टीफन हॉकिंग यांनी क्वांटम फील्ड थेरीच्या माध्यमातून दाखवून दिले, म्हणूनच त्या उत्सर्जनाला हॉकिंग रेडिएशन असे म्हणतात.  

 

प्रत्येक कृष्णविवर सुरवातीला तारा असतो हे आपण पहिलं पण प्रत्येक तारा शेवटी कृष्णविवर बनतोच का? नाही! कृष्णविवर बनण्यासाठी विशिष्ट परिस्थिति कारणीभूत असते. मोठ्या स्फोटानंतर ताऱ्याचं गुरुत्वाकर्षण वाढतं व आकारमान कमी झाल्याने तो खुजा तारा (व्हाईट द्वार्फ) बनतो हे आपण पाहीलं. ह्या खुजा ताऱ्यातील इलेक्ट्रॉन डीजेनेरसी प्रेशर नावाचा दाब त्याच्या वाढलेल्या गुरुत्वाकर्षणाला संतुलित करून त्याचे अस्तित्व अबाधित राखतो. पण जेव्हा त्याचे वस्तुमान आपल्या सूर्याच्या १.४ पट ओलंडते तेव्हा त्याचे वर सांगितलेले संतुलन बिघडते आणि तो कृष्णविवरात रूपांतरित होण्यास वाटचाल करतो. सूर्याच्या १.४ पट हे वजन किलोत सांगायचं म्हणजे जवळपास २८ च्या पुढे २९ शून्या देऊन जेवढा आकडा तयार होतो तेवढं किलोग्रॅम! या वस्तुमानाला ‘चंद्रशेखर लिमिट’ असे म्हणतात. वस्तुमानाच्या ह्या मर्यादेला भारतीय-अमेरिकन खगोलशास्त्रज्ञ सुब्रह्मण्यम् चन्द्रशेखर यांनी शोधल्यामुळे त्यांचे नाव देण्यात आले. 

 

बरं ह्या कृष्णविवरात असतं तरी काय? साध्या शब्दात उत्तर द्यायचं झालं तर त्यात प्रचंड गुरुत्वाकर्षण असतं. हे गुरुत्वाकर्षण त्याच्या टप्प्यातल्या कणांना सहज ओढून घेते. हे ओढून घ्यायचं कार्य समजून घेण्यासाठी स्पेस-टाइम सारख्या क्लिष्ट विषयात जावं लागतं. कृष्णविवरांचे आणखी एक वैशिष्ट्य सांगायचे तर त्याचा रस्ता म्हणजे भुकेल्या सिंहाची गुहा अर्थात फक्त वन वे एंट्री! एकदा आत गेला की बाहेर यायचा रस्ता बंद. अगदी त्याच्या विळख्यातुन प्रकाशकण देखील सुटत नाहीत मग त्याला दुर्बिणीतून पाहणं किंवा त्याचा खरा (छानसा) फोटो टिपणं कसं शक्य होईल? त्याचं अस्तित्व शोधण्यासाठी एकतर गणित मांडावं लागेल नाहीतर त्याच्या आजूबाजूच्या वस्तूंच्या हालचालीवरुण त्याचा अंदाज घ्यावा लागेल. हेच केलंय यावर्षीच्या नोबेल विजेत्यांनी!

ऑक्सफोर्ड युनिव्हर्सिटीचे प्राध्यापक सर रॉजर यांनी अचूक गणिताच्या पद्धतीने कृष्णविवर हे अल्बर्ट आइनस्टाइन यांच्या व्यापक सापेक्षतेच्या सिद्धांताचा थेट परिणाम असल्याचे दाखवून दिले. आईन्स्टाईन स्वतः कृष्णविवर अस्तित्त्वात असल्याचे मानत नव्हते. आइंस्टीनच्या मृत्यूच्या दहा वर्षानंतर जानेवारी १९६५ मध्ये सर रॉजरने खरोखरच ब्लॅक होल तयार होऊ शकतात असे सिद्ध केले आणि त्यांचे तपशीलवार वर्णन केले आहे. त्यांचे आधारभूत लेख आइन्स्टाईन पासूनच्या सापेक्षतेच्या सामान्य सिद्धांतात सर्वात महत्त्वाचे योगदान मानले जाते.


इन्फ्रारेड तरंगलांबींवर आकाशगंगेच्या मध्याची कल्पना करून, गेझ आणि त्यांच्या सहकाऱ्यांनी उपयुक्त प्रकाश रोखणाऱ्या वायू व धुलीकण यांचा अडथळा दूर करून आकाशगंगाच्या मध्यभागाची (कृष्ण विवर - एसजीआर ए*) प्रतिमा मिळवण्यात यश मिळवले होते. दहा मीटर छिद्राच्या डब्ल्यूएम केक दुर्बिणीच्या सहाय्याने या अवकाशीय रेझोल्यूशनवरील फारच महत्वपूर्ण प्रतिमा त्यांनी घेतल्या होत्या. यामुळे कृष्ण विवराच्या सभोवतील तार्‍यांच्या कक्षा अभ्यासणे शक्य झाले आहे.


यंदाच्या ह्या पुरस्काराचे तीन मानकरी जरी असले तरी डॉ. पेनरोज हे पुरस्काराचे मोठे वाटेकरी आहेत, त्यांना पुरस्काराचा अर्धा हिस्सा दिला गेलाय व उरलेल्या अर्ध्या हिश्यात इतर दोघे आहेत. डॉ. गेंझेल व डॉ. घेज मॅडमांनी प्रयोगांती कृष्णविवरांच्या अस्तित्वावर शिक्कामोर्तब केलं आहे. डॉ. पेनरोज यांनी तेच अस्तित्व आइनस्टाईनच्या सापेक्षतावादाच्या सिद्धांताचा आधार घेऊन सिद्ध केलं. अर्थात त्यांच्या आधी यावर कुणीच संशोधन केलं नव्हतं असं नाही. 

(Source: https://manyworldstheory.com/tag/black-holes/)

डॉ. सी. व्ही. विश्वेश्वरा व डॉ. ए. के. रायचौधरी यांचं संशोधन महत्त्वपूर्ण मानलं जातं. विशेष म्हणजे सुप्रसिद्ध खगोलशास्त्रज्ञ स्टीफन हॉकिंग व आताचे नोबेल विजेते रॉजर पेनरोझ यांच्या अगोदर आपल्या ह्या दोन भारतीय शास्त्रज्ञांनी कृष्णविवरांचं अस्तित्व सिद्ध करण्याचं शिवधनुष्य पेललं होतं. विश्वेश्वरा यांनी मेरीलँड विद्यापीठात संशोधन करीत असताना तीन रिसर्च पेपर प्रसिद्ध केले व त्यातून कृष्णविवरांसंबंधी अनेक गोष्टी जगासमोर आणल्या. काही वर्षांपासून आपण 'कृष्णविवरांपासून निघणाऱ्या गुरुत्व लहरी' व 'लिगो प्रकल्प' हे शब्द ऐकत आहोत, दोन कृष्णविवरांच्या एकत्र येण्यामुळे गुरुत्व लहरी बाहेर पडतात; त्या लहरी लिगोद्वारे मोजल्या जातात. लिगोने कागदावर असणारं गुरुत्व लहरींचं अस्तित्व २०१५ साली सप्रमाण सिद्ध करून दाखवलं. हे करत असताना विश्वेश्वरा यांनी मांडलेल्या गणितिय गणना वापरल्या होत्या. हे तर काहीच नाही, रायचौधरी यांनी मांडलेल्या "रायचौधरी समिकरणा"चा उपयोग "पेनरोझ-हॉकिंग एकलता प्रमेयां"मध्ये (पेनरोज-हॉकिंग सिंग्युलॅरिटी थेरम) केला गेला होता. सदरच्या समिकरणाचा शोध रायचौधरी यांनी १९५० साली लावला होता (आणि विशेष म्हणजे भारतात राहून!). त्यांचं संशोधन हे लगत असणाऱ्या वस्तूंच्या (अवकाशीय वस्तु) गतीसंदर्भात होतं, त्यातून त्यांनी गुरुत्वीय बल हे फक्त आकर्षित करणारं असतं हे सिद्ध केलं होतं.

 

दुर्दैवानं डॉ. सी. व्ही. विश्वेश्वरा व डॉ. ए. के. रायचौधरी हे दोघेही आज जीवंत नाहीत. जर का ते जीवंत असते तर कदाचित पुरस्कारासाठी त्यांच्याही नावाचा विचार झाला असता. पण असो, यावर्षी ज्यासाठी नोबेल पुरस्कार मिळाला ते संशोधन दोन भारतीय संशोधकांनी घातलेल्या भक्कम पायावर उभं आहे हेही आपल्यासाठी कमी नाही.

चैतन्याविषयी पेनरोझची धारणा:

स्थूलाकडून सूक्ष्माकडे जाण्याची मानवी प्रवृत्ती सृष्टीची मुलतत्वे शोधण्यासाठी उपयुक्त ठरली आहे. विश्व हे चैतन्याचा चमत्कार मानले जाते. चैतन्य म्हणजे देहभान म्हणजेच आत्मा. त्याचे स्वरूप आणि अस्तित्वाचे कारण काय आहे ? या प्रश्नांची उत्तरे बरेचजण शोधत आहेत. प्रत्येकाची याबाबत वेगवेगळी धारणा आहे. विश्वनिर्मितीच कोड सोडवू पाहणाऱ्या पेनरोझ यांच्या अभ्यासाची व्याप्ती मानवी विश्वातील देहभानाचे गूढ सोडवण्यात देखील आहे. चैतन्य आणि मेंदूचा जवळचा संबंध असावा आणि मेंदूचं कार्य इतर भौतिकीय क्रियांप्रमाणे गणिती भाषेत मांडता येत नाही अस ते मानत. 


पेनरोसच्या चैतन्यच्या कल्पनांचा तसा धर्माशी काही संबंध नाही. मेंदू म्हणजे गणित करणारे यंत्र नव्हे असे त्याचे मत. मेंदूचे अनुकरण करू शकेल असे कोणतेही अल्गोरिदम (टप्पेवजा पद्दत) अस्तित्वात नाही. त्यामुळे मेंदूची समज, ज्याचे मूळ क्वांटम आहे, गणिताच्या औपचारिक प्रणालीत सिद्ध केली जाऊ शकत नाही. 

अतिसुक्ष्म पदार्थाच्या हालचालीमध्ये वेव्ह फंक्शनची उत्क्रांती कशी होते हे क्वांटम मेकॅनिक्स मधील स्क्रोडिंगर समीकरण सांगते. जोपर्यंत वेव्ह फंक्शन अस्तित्वात आहे तोपर्यंत क्वांटम मेकॅनिक्स भविष्यवाणी करू शकते (संभाव्यता) त्याच्यापुढे नाही. पेनरोझ च्या मते गणितबद्ध नसलेले वेव्ह फंक्शन मानवी चेतनेस जबाबदार असावे. आपला मेंदू मोठा असतो आणि त्यातील मायक्रोट्यूब्युलस मुळे क्वांटम सुसंगतता टिकवून राहते आणि पर्यायाने मेंदूची क्वांटम उत्पत्ती. त्यामुळे याबाबतीत तरी क्वांटम मेकॅनिक्स अपूर्ण आहे.

आपल्या मेंदूला कळणाऱ्या विधानांचे गणित किंवा क्वांटम मेकॅनिक्सला विश्लेषण करता येत नसेल तर आपली चेतना विज्ञानाला आजच्या ज्ञानावर तरी सिद्ध करता येत नाही हे स्पष्ट होते. चेतना समजावून घ्यायची असेल तर आपणास मग आध्यात्मकतेकडे वळावे लागते. शास्त्रज्ञ एडिसनच्या मते यामागे कोणतीतरी अज्ञात अव्यक्त शक्ती कारणरूपाने कार्य करत आहे. आपण याबाबत आतातरी अनभिज्ञ आहोत. ही शक्ती अमर्याद अनंत असल्यामुळे सृष्टीचा पूर्ण पसारा उभारूनही शेष म्हणजे शिल्लक राहते. आपल्या शास्त्रीय उपकरणांच्या असमर्थतेमुळे तसेच निरीक्षणांचे सुयोग्य विश्लेषण करता येत नसल्यामुळे, भौतिक जगाच्या पलीकडे काही अज्ञात अव्यक्त तत्वाशी सामना करावा लागतो हेही सत्य शास्त्रज्ञांनी आता कबुल केलं आहे. प्रत्येक क्षणाला ज्याच अस्तित्व आपण मान्य करतो ते मन आजतरी विज्ञानाला दाखवता येत नाही त्यामुळे मनाला चेतना देणारी शक्तीसुद्धा विज्ञानाच्या मर्यादित उपकरणांनी या परिस्थितीत दाखवता येणार नाही. 


शब्दांकन:- श्री सुरज मडके, प्रा डॉ केशव राजपुरे