હોકિંગ રેડિયેશન: સ્ટીફન હોકિંગને સાચા સાબિત કરે છે

બ્લેક હોલ'ની થીયરીને પુરાવાઓ મળતાં જાય છે

ફરીવાર આલ્બર્ટ આઈનસ્ટાઇન, સ્ટીફન હોકીંગ અને કાર્લ શ્વાર્ઝચાઈલ્ડને યાદ કરી લેવાનો સમય પાકી ગયો છે. ત્રણેય વૈજ્ઞાાનિકોનાં સંશોધનોને બ્રહ્માંડની રહસ્યમય રચના, જેને એસ્ટ્રોફીજીસ્ટ બ્લેક હોલ તરીકે ઓળખે છે. તેની સાથે સાંકળી શકાય તેમ છે. ફરીવાર બ્લેક હોલ વિજ્ઞાાન જગતમાં ચર્ચાનો વિષય બની રહ્યો છે. તાજેતરમાં ઈઝરાયેલી વૈજ્ઞાાનિકોએ 'બ્લેક હોલ' જેવી પરિસ્થિતિનું નિર્માણ કર્યું હતું.

આ પ્રયોગનું ગહન સંશોધન અને ચિંતન કર્યા બાદ, વૈજ્ઞાાનિકો એ તારણ ઉપર આવ્યા છે કે સ્ટીફન હોકીંગે બ્લેક હોલની સપાટી પરથી રેડિયેશન બહાર ફેંકાવાની જે કલ્પના કરી હતી એ, ''હોકીંગ'' રેડિયેશન ૧૦૦ ટકા સાચી થિયરી-પરીકલ્પના છે. જેને વૈજ્ઞાાનિકો એ પ્રયોગશાળામાં ચકાસી જોઈ છે. ટુંકમાં કહેવું હોય તો, વૈજ્ઞાાનિકોએ સ્ટીફન હોકીંગ, કાર્લ શ્વાર્ઝચાઈલ્ડ અને આલ્બર્ટ આઈનસ્ટાઈનની થિયરી ૧૦૦ ટકા માર્કસ આપીને પાસ કરી દીધી છે. બ્લેક હોલ માટે પ્રત્યક્ષ પુરાવા મેળવવા મુશ્કેલ હોય છે ત્યારે આ પ્રાયોગીક પુરાવા મહત્વનાં સાબીત થશે.

બ્લેક હોલ: મૃત્યુ પછીની દુનિયા

બ્લેક હોલ એ સ્પેસમાં આવેલું એવું બિંદુ છે જ્યાં પદાર્થ મેટરનું પ્રમાણ એટલું ઘટ્ટ એટલે કે ''ડેન્સ'' હોય છે કે ત્યાં ખૂબ જ શક્તિશાળી ગુરૂત્વાકર્ષણ પેદા થાય છે. એક ચોક્કસ સીમારેખાની અંદર પ્રવેશો એટલે પ્રકાશ પણ આ પાવરફુલ ગુરૂત્વાકર્ષણની પકડમાંથી છટકીને ભાગી શકતો નથી. કેન્દ્રમાં જ સમાઈ જાય છે. આવી બ્રહ્માંડની રહસ્યમય રચનાને બ્લેક હોલ એટલે કે ''શ્યામ વિવર'' કહે છે.

બ્રહ્માંડમાં ચાર પ્રકારનાં બ્લેક હોલ્સનું સર્જન થયેલ જોવા મળે છે. ''સ્ટીલર એટલે કે તારાંકીય'', આંતરમધ્યહાન (ઈન્ટરમિડીએટ), ખૂબ જ ધારદાર સુપર મેસીવ અને છેલ્લે મીનીએચર - સુક્ષ્મ કદનાં બ્લેક હોલ્સ બ્રહ્માંડમાં વ્યસ્ત છે. બ્લેક હોલ્સનું સર્જન તારાંનું મૃત્યુ થાય છે એ ઘટનાથી શરૂ થાય છે. સામાન્ય તારાંની મૃત્યુની ક્ષણો નજીક આવે છે ત્યારે તે, ફુલવા માંડે છે. તેનું દળ/પદાર્થ ગુમાવે છે. અને ધીમે ધીમે ઠરવા માંડે છે. ત્યાર બાદ જે તારો બચે છે તેને વ્હાઈટ ડવાર્ફ કહે છે. બધાં જ તારાંઓનું મૃત્યુ આ રીતે થતું નથી.

જે તારાંઓ આપણા સુર્ય કરતાં કદમાં ૧૦ કે ૨૦ ગણાં વધારે કદાવર હોય છે. તેઓ મૃત્યુ પામીને સુપર ડેન્સ ન્યુટ્રોન સ્ટારમાં ફેરવાઈ જાય છે તેને બીજી ભાષામાં સ્ટીલર માસ બ્લેક હોલ્સ કહે છે. મૃત્યુની ફાયનલ ક્ષણોમાં વિશાળકાય તારાં, ખૂબ જ કદાવર વિસ્ફોટ પામે છે. આવા વિસ્ફોટને 'સુપરનોવા' વિસ્ફોટ કહે છે. વિસ્ફોટના કારણે તારાંનો ઘણો બધો પદાર્થ તારાંની આસપાસનાં અંતરીક્ષમાં ફેંકાઈને ફેલાઈ જાય છે. પરંતુ તારાંનાં કેન્દ્રનો મુખ્ય ભાગ જેને ''કોર'' અથવા સરળ ભાષામાં 'ઠળીયો' કહીએ તે અકબંધ બની જાય છે.

જ્યારે તારાં મૃત્યુ પામ્યા નથી હોતા ત્યારે તેમાં ચાલતી ''ન્યુક્લીઅર ફ્યુઝન'' પ્રક્રિયાનાં કારણે કેન્દ્રથી સપાટી તરફ થતું દબાણ અને સપાટીથી કેન્દ્ર તરફ લાગતું ગુરૂત્વાકર્ષણ બળ બંને બળોનું સંતુલન જળવાઈ રહે છે. સુપરનોવા વિસ્ફોટ બાદ કેન્દ્રથી સપાટી તરફ ધક્કો મારતું બળ હોતું નથી. આ કારણે ગ્રેવીટી એટલે કે ગુરૂત્વાકર્ષણ બળનો પ્રભાવ વધી જાય છે અને તારાનો કેન્દ્રનો મધ્ય ભાગ વધારે ઘટ્ટ બનતો જાય છે. અને માની લો કે છેવટે તારાંનો 'ઠળીયો' સંકોચાઈને એક બિંદુમાં સમાઈ જવાની કોશીશ કરે ત્યારે વાસ્તવિક બ્લેક હોલનું સર્જન થાય છે. આ 'બીંદુવત' પોઈન્ટ સીગ્યાલુરીટી તરીકે ઓળખાય છે.

જાપાની વૈજ્ઞાાનિકે શોધ કરી કે...

બ્રહ્માંડમાં અતિશય પાવરફુલ ગુરૂત્વાકર્ષણ બળ ધરાવતાં કરોડો બ્લેક હોલ્સ આવેલાં છે. આપણી દુધગંગા એટલે કે મંદાકીનીમાં પણ કેન્દ્રમાં સુપર મેસીવ બ્લેક હોલ્સ છે જે આપણા સુર્ય કરતાં ૪૦ લાખ ગણો વધારે દળ/પદાર્થ ધરાવે છે. સુક્ષ્મ કદનાં બ્લેક હોલ્સની કલ્પના એક સૈદ્ધાન્તિક શક્યતા ગણાય છે. આજથી ૧૩.૭૦ અબજ વર્ષ પહેલાં બિંગ બેંગ સમયે મીનીએચર/લઘુ કદનો બ્લેક હોલ્સનું સર્જન થયું હશે અને સમય જતાં તે વિસર્જન પામ્યા હશે.

આમ બ્રહ્માંડમાં હાલ મીનીએચર બ્લેક હોલ્સ શોધવા મુશ્કેલ છે. હવે વૈજ્ઞાાનિકો એક નવીન પ્રકારનાં બ્લેક હોલ્સની સૈદ્ધાંન્તિક સર્જનની વાત પણ કરે છે. આ બ્લેક હોલ્સ, ઈન્ટરમીડીએટ માસ બ્લેક હોલ્સ ગણાય છે. જે સુપર મેસીવ બ્લેક હોલ્સ અને મીનીએચર બ્લેક હોલ્સનાં કદનાં પ્રમાણમાં એવરેજ કદ, 'ઈન્ટરમીડીએટ' હવામાન ધરાવતાં હોવાનું વૈજ્ઞાાનિકો માને છે. આવા બ્લેક હોલ્સ મળ્યા નથી એટલે માત્ર વાદ-વિવાદ પૂરતું તેનું અસ્તિત્વ બચેલું છે.

આગળ જણાવ્યા પ્રમાણે બ્લેક હોલ્સ કોઈપણ પ્રકારનો 'પ્રકાસ' પેદા કરતાં નથી. ઉલટાનું તેની પાસે પ્રકાસ પહોંચે તો, તે પણ 'બ્લેક હોલ'માં સમાઈ જાય છે. એટલે પ્રકાશીય ઉપકરણ જેવાં કે 'ટેલીસ્કોપ' વડે 'બ્લેક હોલ્સ' જોઈ શકાતા નથી. માત્ર તેનાં વિશાળ ગુરૂત્વાકર્ષણની અસરનાં કારણે 'મેસીવ' બ્લેક હોલનું અસ્તિત્વ જાણી શકાય છે.

૧૩ માર્ચનાં રોજ જાપાની ખગોળશાસ્ત્રીઓએ નવો રેકોર્ડ સ્થાપ્યો હતો. હવાઈ ટાપુ પર રહેલાં સુનારૂ ટેલીસ્કોપની મદદથી બ્રહ્માંડ સર્જનની શરૂઆતની અવસ્થામાં પેદા થયેલા ૮૩ જેટલાં પાવરફુલ ''સુપર મેસીવ બ્લેક હોલ્સ'' શોધી કાઢ્યા હતાં. ૧૩.૦૫ પ્રકાસ વર્ષ દુર આવેલાં બ્રહ્માંડમાં ખાસ પ્રકારનાં ''કવેસાર''ની તસ્વીરો જાપાની વૈજ્ઞાાનિકોએ મેળવી હતી. આ તસ્વીરોનાં ડેગનું પૃથ્થકરણ કરીને જાપાની વૈજ્ઞાાનિકોએ ૮૩ જેટલાં સુપરમેસીવ બ્લેક હોલ્સ હોવાનાં પુરાવા આપ્યા હતા.

હૉકીંગ રેડિયેશન: પ્રાયોગિક પરીક્ષામાં પાસ

જ્યારે બ્લેક હોલ્સ તેની આસપાસનો પદાર્થ ગળી જઈને પાવરફુલ બનતો જાય છે તેમ તેમ તેનું ગુરૂત્વાકર્ષણ બળ અને ચુંબકીય બળ પણ વધતું જાય છે. જેનાં કારણે બ્લેક હોલમાં ખેંચાઈ આવતા વાયુ અને તારાંકીય ભુક્કો 'સ્ટાર ડસ્ટ' ખુબ જ ગરમ થાય છે.

જેનાં કારણે રેડિયેશન પેદા થાય છે. રેડિયેશન ધરાવતો આવો વિસ્તાર 'બ્લેક હોલ'ની ગોળ ફરતે ઘુમરી ખાતો રહે છે. જેને એસેલરેશન વિસ્ક કહે છે. બ્લેક હોલ્સ બધુ જ દ્રવ્ય હજમ કરી જાય છે એવું પણ નથી. બ્લેક હોલ્સની અંદર આવતી 'સ્ટાર ડસ્ટ' રેડિયેશન દ્વારા બ્લેક હોલની બહાર પણ ફેંકાતી રહે છે.

આમ બ્લેક હોલ્સ અને બ્રહ્માંડના અંતરીક્ષમાં એક સીમા રેખા ઘેરાઈ જાય છે. જે સીમા રેખાની બહાર ગુરૂત્વાકર્ષણ બ્રહ્માંડના અન્ય વિસ્તાર માફક સામાન્ય વર્તાય છે. તે સીમા રેખાને વૈજ્ઞાાનિકો બ્લેક હોલની 'ઈવેન્ટ હોરાઈઝન' કહે છે. ઈવેન્ટ હોરાઈઝનની અંદરના ભાગમાં બ્લેક હોલનું ગુરૂત્વાકર્ષણ કેન્દ્ર તરફ જતાં વધુને વધુ શક્તિશાળી બનતું જાય છે.

ખુબ જ પ્રસિધ્ધી પામેલ વૈજ્ઞાાનિક સ્ટીફન હોકીંગે આઈનસ્ટાઈનની થિયરી અને ક્વૉન્ટમ થિયરીનો સમન્વય કરીને એક થિયેરીટીકલ સંભાવના બતાવી હતી. જે પ્રમાણે ઈવેન્ટ હોરાઈઝન પાસે બ્લેક હોલ રેડીયેશન પેદા કરે છે. જેને બ્લેક બોડી રેડિયેશન તરીકે ઓળખવામાં આવે છે. ૧૯૭૯માં આ પ્રકારનાં રેડિયેશનની થિયરી સ્ટીફન હોકિંગે રજુ કરી હતી. જેને વૈજ્ઞાાનિકો હવે 'હોકીંગ રેડિયેશન' તરીકે ઓળખાવે છે.

સ્ટીફન હોકિંગના સંશોધન પત્ર મુજબ ઈવેન્ટ હોરાઈઝન પર જે રેડિયેશન પેદા થાય છે તે બ્લેક હોલ્સની બહાર ફેંકાતું જાય છે. જેના કારણે બ્લેક હોલ્સનું દ્રવ્ય અને ઉર્જામાં સતત ઘટાડો થતો જાય છે. આમ હોકીંગ રેડિયેશનને વૈજ્ઞાાનિકો બ્લેક હોલ 'ઈવેપોરેશન' પણ કહે છે. એટલે કે બ્લેક હોલનું 'બાષ્પીભવન' ઈવેન્ટ હોરાઈઝન ઉપર થતું રહે છે. તાજેતરમાં વૈજ્ઞાાનિકોએ સ્ટીફન હોકીંગે આપેલી સૈધ્ધાંતિક વાત 'હોકીંગ રેડિયેશન' ૧૦૦% સાચી થિયરી છે. તેવા પુરાવા પ્રયોગો દરમ્યાન મેળવ્યાં છે.

ઈઝરાયેલી વૈજ્ઞાાનિકોનું તારણ

તાજેતરમાં 'નેચર' મેેેગેઝીનમાં એક સંશોધન લેખ છપાયો છે. જે સ્ટીફન હોકીંગના 'હોકીંગ રેડિયેશન'નાં સંદર્ભમાં છે. સ્ટીફન હોકિંગે એક હાઈપોથિસીસ આપેલી જે મુજબ ઈવેન્ટ હોરાઇઝન પાસે બ્લેક હોલ્સ, ખાસ પ્રકારનું રેડિયેશન મુક્ત કરે છે. બ્લેક હોલની સપાટી પર ક્વૉન્ટમ ફીજીક્સ અને ગ્રેવીટીનાં વિવિધ પરિબળોની અસર નીચે આ રેડિયેશન પેદા થાય છે.

બ્રહ્માંડમાં બ્લેક હોલ્સનાં અસ્તિત્વનાં પુરાવા મેળવવામાં અતિશય મુશ્કેલ પડે છે ત્યારે 'હોકીંગ રેડિયેશન'નાં પુરાવા ક્યાંથી મેળવવા. સ્ટીફન હોકીંગે 'ઓન પેપર' ગણતરી કરીને 'હોકીંગ રેડિયેશન'ની થિયરી આપી હતી. હવે ઈઝરાયેલનાં ટેકનીઓન-ઈઝરાયેલ ઈન્સ્ટીટયુટ ઓફ ટેકનોલોજીનાં વૈજ્ઞાાનિકોએ સ્ટીફન હોકીંગની થિયરીનાં પુરાવા બ્રહ્માંડમાંથી શોધવાનાં બદલે, પ્રયોગશાળામાં પ્રયોગો કરીને 'હોકીંગ રેડિયેશન' થિયરીને સાચા સાબીત કરવાના પ્રમાણ આપ્યા છે.

વૈજ્ઞાાનિકોએ આઠ હજાર જેટલાં રૂબીડીયમનાં પરમાણુઓને યંત્રમાં ગોઠવીને તેના ઉપર લેસર બીમનો મારો કર્યો હતો. જેના કારણે પદાર્થની એક વિશિષ્ટ અવસ્થા પેદા કરવામાં આવી હતી. આ અવસ્થા 'બોસ-આઈનસ્ટાઈન કન્ડેનસેટ' કહે છે. આ અવસ્થા 'અલ્ટ્રા કોલ્ડ' છે જ્યાં ક્વૉન્ટમ ફીજીકલ અવસ્થા આસાનીથી જોઈ શકાય છે. ટુંકમાં વૈજ્ઞાાનિકોએ આઠ હજાર રૂબીડીયમ પરમાણુવાળો 'મીનીએચર બ્લેક હોલ્સ' બનાવ્યો હતો. બીજા લેસર બીમ વડે કન્ડેનસેટની 'પોટેન્શીયલ એનર્જી'માં વધારો કરવામાં આવ્યો હતો. જે બ્લેક હોલ્સની બહારના વિસ્તાર જેમ વર્તતો હતો. એક વિસ્તારમાં અવાજનાં તરંગો રૂબીડીયમનાં પરમાણુંના સ્પીડ ફ્લો કરતાં વધારે ઝડપી હતાં. જ્યારે બીજા ક્ષેત્રમાં રૂબીડીયમનાં પરમાણુ ફ્લોની ઝડપ કરતાં અવાજનાં તરંગો ઓછી ઝડપનાં જોવા મળ્યા.

બ્રહ્માંડમાં પ્રકાસ પણ પ્રયોગશાળામાં વાપરેલાં અવાજનાં મોજા માફક પોતાની વર્તણુક બતાવે છે. પ્રયોગશાળાના અવાજના તરંગો, બ્લેક હોલનાં આંશિક અને બાહ્ય ભાગ જેવી અવસ્થાનો પુરાવો આપતા હતાં. જે દર્શાવતા હતાં કે સ્ટીફન હોકીંગે આપેલી 'હોકીંગ રેડિયેશન'ની થિયરી ૧૦૦% સાચી છે. ઈઝરાયેલી વૈજ્ઞાાનિકોનો આ બીજો પ્રયોગ છે. ૨૦૧૬માં પણ આ કેન્દ્રનાં વૈજ્ઞાાનિકોએ આવો જ પ્રયોગ કર્યો હતો.