कृष्णविवर शोधः पेनरोजसह तिघांना नोबेल

आकाशगंगेचे गूढ उकलण्याच्या प्रवासातील अत्यंत महत्त्वाचे पाऊल समजला जाणारा कृष्णविवरांबाबतचा शोध लावण्यात दिलेल्या योगदानाबद्दल रॉजर पेनरोज, रेनहार्ड गेंझेल आणि अँड्रिया घेझ या शास्त्रज्ञांना २०२० सालात भौतिकशास्त्रातील नोबेल पारितोषिक जाहीर झाले आहे.

मंगळवारी रॉयल स्वीडिश अकॅडमी ऑफ सायन्सेसने या शास्त्रज्ञांची पारितोषिकासाठी निवड केली आहे. कृष्णविवरांचा शोध लावण्याच्या कामातील योगदान बघता रॉजर पेनरोज यांना पारितोषिकाची अर्धी रक्कम दिली जाणार आहे, तर उर्वरित अर्धी रक्कम गेंझेल व घेझ या दोन शास्त्रज्ञांना विभागून दिली जाणार आहे.

कृष्णविवरे व आकाशगंगेचे गूढ

कृष्णविवरे हा ब्रह्मांडामधील सर्वांत अनन्य घटक समजला जातो. सापेक्षतावादाच्या सामान्य सिद्धांतातूनच पुढे कृष्णविवरे तयार होतात, हे रॉजर पेनरोज यांनी सिद्ध केले. तर आकाशगंगेच्या केंद्रस्थानी असलेला एक अदृश्य व अत्यंत अवजड घटक ताऱ्यांच्या कक्षा निश्चित करतो हा शोध रेनहार्ड गेंझेल आणि अँड्रिया घेझ यांनी लावला. या अनन्य घटकाचे एक विशालकाय कृष्णविवर एवढेच स्पष्टीकरण आजपर्यंत मिळालेले आहे.

सापेक्षतावाद सिद्धांताचा विस्तार

अल्बर्ट आइनस्टाइन यांच्या सापेक्षतावाद सिद्धांताची कृष्णविवरे ही थेट परिणती आहे. हे रॉजर पेनरोज यांनी १९६५ सालीच अत्यंत कल्पक गणिती पद्धती वापरून सिद्ध केले. अर्थात सापेक्षतावादाचे जनक समजल्या जाणाऱ्या आइनस्टाइन यांनी कधीच कृष्णविवरांच्या अस्तित्वावर विश्वास ठेवला नव्हता. मात्र, आइनस्टाइन यांच्या मृत्यूनंतर १० वर्षांनी, जानेवारी १९६५ मध्ये, पेनरोज यांनी कृष्णविवरांचे अस्तित्व सिद्ध केले. आकाशगंगेत कृष्णविवरे तयार होऊ शकतात हे सांगून त्यांनी या कृष्णविवरांचे तपशीलवार वर्णनही केले. कृष्णविवरे हे आकाशगंगेतील महाकाय राक्षस असून, त्यांच्या कक्षेत येणारे सर्व काही ते गिळंकृत करतात. प्रकाशही त्यांच्या कक्षेतून निसटून जाऊ शकत नाही, हे पेनरोज यांनी दाखवून दिले. कृष्णविवरांच्या उदरात निसर्गाचे सर्व नियम गैरलागू ठरतात, हेही त्यांनी मांडले. याबद्दल पेनरोज यांनी लिहिलेला लेख आजही सापेक्षतावादाच्या सिद्धांतातील आइनस्टाइन यांच्या कार्यानंतरचे सर्वांत महत्त्वाचे योगदान समजला जातो.

गुरुत्वाकर्षणाची पकड

सापेक्षतावादाच्या सामान्य सिद्धांताची कृष्णविवरे ही कदाचित सर्वांत वैचित्र्यपूर्ण परिणती असावी. स्थळ व काळाच्या तोपर्यंतच्या सर्व संकल्पना मोडीत काढणारा सापेक्षतावादाचा सिद्धांत अल्बर्ट आइनस्टाइन यांनी नोव्हेंबर १९१५ मध्ये मांडला. या सिद्धांताने गुरुत्वाकर्षण समजून घेण्यासाठी पूर्णपणे नवीन पाया दिला. तेव्हापासून विश्वाच्या प्रत्येक अभ्यासाला सापेक्षतावादाच्या सिद्धांताने आधार दिला आहे. अगदी सध्याच्या जीपीएससह प्रत्येक नेव्हिगेशन साधनामध्ये हा सिद्धांत वापरला जातो.

कृष्णविवरांच्या शोधाचा प्रवास

विश्वातील प्रत्येक घटक गुरुत्वाकर्षणाच्या कक्षेत कसा येतो याचे वर्णन आइनस्टाइनचा सिद्धांत करतो. गुरुत्वाकर्षणच आपल्याला पृथ्वीवर धरून ठेवते, सूर्याभोवती भ्रमण करणाऱ्या ग्रहांच्या कक्षा निश्चित ठेवते. गुरुत्वाकर्षणामुळे अवकाशाला आकार येतो आणि काळावरही त्याचा प्रभाव पडतो. अत्यंत जड वस्तुमानाचा घटक अवकाशाचा आकार बदलू शकतो आणि त्याहूनही जड वस्तुमानाचा घटक अवकाशाचा तुकडा पाडू शकतो. त्यातूनच कृष्णविवर तयार होते, असे वर्णन सापेक्षतावादाचा सिद्धांत मांडला गेल्यानंतर काही आठवड्यांतच प्रसिद्ध करण्यात आले होते. या सिद्धांतातील गणिती समीकरणे अत्यंत जटील असूनही जर्मन अस्ट्रोफिजिसिस्ट कार्ल श्वार्झशिल्ड यांनी, जड वस्तुमान अवकाश व काळात कसे बदल घडवून आणू शकते, हे स्पष्ट करणारे सोल्युशन आइनस्टाइन यांना दिले होते. नंतरच्या अभ्यासात असे आढळून आले की, कृष्णविवर तयार झाले की, त्याभोवती एक कक्षा तयार होते आणि या वस्तुमानाभोवती त्याचा पडदा निर्माण होतो. कृष्णविवर कायम त्यातच लपून राहते. वस्तुमान जेवढे अधिक तेवढे कृष्णविवर व त्याची कक्षा मोठी.

कृष्णविवर या संकल्पनेला सांस्कृतिक अभिव्यक्तीमध्ये अनेक नवे अर्थ प्राप्त झाले पण भौतिक शास्त्रज्ञांसाठी कृष्णविवर हा विशाल ताऱ्यांच्या उत्क्रांतीचा अंत्यबिंदू असतो. एका विशाल ताऱ्याच्या नाट्यमय कोसळण्याचे पहिले गणन १९३०च्या दशकाच्या अखेरीस फिजिसिस्ट रॉबर्ट ऑपेनहायमर यांनी केले होते. त्यांनीच नंतर पहिला अणुबॉम्ब तयार करणाऱ्या मॅनहटन प्रकल्पाचे नेतृत्व केले. अनेकदा सूर्याहूनही वजनदार अशा विशाल ताऱ्यांची ऊर्जा संपुष्टात येते तेव्हा ते कोसळतात आणि त्यांचे अत्यंत भरीव अवशेष राहतात. ‘कृष्ण तारे’ अर्थात डार्क स्टार्स या संकल्पनेचा विचार १८व्या शतकाच्या अखेरीस ब्रिटिश तत्त्वज्ञ व गणिती जॉन मिशेल व प्रसिद्ध फ्रेंच शास्त्रज्ञ पीएर सिमॉ द लाप्ले यांनी केला होता. स्वर्गीय घटक एवढे भरीव असतात की ते अदृश्य होतात, प्रकाशाचे किरणही त्यांच्या गुरुत्वाकर्षणातून निसटू शकत नाही, असा तर्क या दोघांनीही लावला होता. त्यानंतर शंभर वर्षांहून थोड्या अधिक काळाने आइनस्टाइन यांनी सापेक्षतावादाचा सिद्धांत प्रसिद्ध केला. या सिद्धांतातील अत्यंत कठीण समीकरणांचे वर्णन डार्क स्टार्ससारखेच होते. १९६०च्या दशकापर्यंत ही सोल्युशन्स पूर्णपणे सैद्धांतिक शंका समजली जात होती. मात्र, १९६५ मध्ये रॉजर पेनरोज यांनी सर्व कोसळणाऱ्या घटकांचे स्पष्टीकरण यशस्वीरित्या दिले व कृष्णविवरांचा शोध लागला.

गेंझेल व घेझ यांचे योगदान

रेनहार्ड गेंझेल आणि अँड्रिया घेझ हे दोघेही, १९९०च्या दशकाच्या सुरुवातीपासून, आकाशगंगेच्या मध्यभागी असलेल्या सॅजिटेरियस ए नावाच्या क्षेत्राबाबत संशोधन करणाऱ्या खगोलशास्त्रज्ञांच्या गटांचे प्रमुख होते. आकाशगंगेच्या केंद्राच्या अगदी जवळ असलेल्या चमकदार ताऱ्यांच्या कक्षा या खगोलशास्त्रांच्या गटांनी अचूक टिपल्या आहेत. या दोन्ही गटांच्या मापनांमध्ये सहमती आहे. ताऱ्यांचे पुंजकेच्या पुंजके चक्रावून टाकणाऱ्या वेगाने ओढून घेणारा अत्यंत जड वजनाचा व अदृश्य घटक आकाशगंगेत आहे, असेही दोन्ही समूहांनी नमूद केले होते. गेंझेल आणि घेझ यांनी जगातील सर्वांत मोठे टेलिस्कोप्स वापरून दोन ताऱ्यांमधील वायू व आकाशगंगेच्या मध्यवर्ती भागातील धूलीकणांच्या भल्यामोठ्या ढगांच्या पार बघण्यासाठी पद्धती विकसित केल्या आहेत. तंत्रज्ञानाच्या मर्यादा रुंदावत त्यांनी पृथ्वीच्या वातावरणातील विपर्यासांवर मात करणारी नवीन सफाईदार तंत्रे या दोघांनी विकसित केली, अनन्यसाधारण उपकरणे तयार केली आणि दीर्घकालीन संशोधनाला वाहून घेतले. आकाशगंगेच्या केंद्रस्थानावरील विशालकाय कृष्णविवराचा पुरावा देण्यात गेंझेल आणि घेझ यांनी केलेले काम खूपच उपयुक्त ठरले.

“यंदाच्या नोबेल पारितोषिक विजेत्या शास्त्रज्ञांनी आटोपशीर तसेच विशालकाय घटकांच्या अभ्यासासाठी चाकोऱ्या मोडणारे शोध लावले आहेत. मात्र, या घटकांबाबत अनेक प्रश्न आजही अनुत्तरीत आहेत आणि भविष्यात यावर संशोधन होणे आवश्यक आहे. कृष्णविवरांच्या अंतर्गत रचनेबद्दल तर प्रश्न आहेतच, शिवाय कृष्णविवराच्या निकट टोकाच्या परिस्थितीत आपला गुरुत्वाकर्षणाचा सिद्धांत कसा तपासून बघायचा हाही प्रश्न आहे,” असे मत नोबेलच्या भौतिकशास्त्रविषयक समितीचे चेअर डेव्हिड हेविलाण्ड यांनी व्यक्त केले.

नोबेलविजेत्या शास्त्रज्ञांचा परिचय

यंदाच्या भौतिकशास्त्रातील नोबेल पारितोषिकाचा अर्धा भाग रॉजर प्राप्त करणारे ८९ वर्षीय पेनरोज यांनी १९५७ मध्ये कॅम्ब्रिज विद्यापीठातून पीएचडी संपादन केली. त्यांनी यूकेतील ऑक्सफर्ड विद्यापीठात अध्यापनाचे काम केले.

पारितोषिकाचा दुसरा भाग दोन शास्त्रज्ञांमध्ये विभागून देण्यात आला आहे. त्यापैकी ६८ वर्षीय रेनहार्ड गेंझेल यांनी जर्मनीतील बॉन विद्यापीठातून १९७८ मध्ये पीएचडी संपादन केली. जर्मनीतील एक्स्ट्राटेरेस्ट्रिअल फिजिक्समध्ये काम करणाऱ्या मॅक्स प्लांक इन्स्टिट्यूटचे ते संचालक होते. त्याचबरोबर अमेरिकेतील कॅलिफोर्निया विद्यापीठात अध्यापनाचे कामही त्यांनी केले.

गेंझेल यांच्यासोबत पारितोषिक विभागून मिळालेल्या अँड्रिया घेझ यांचा जन्म न्यू यॉर्कमध्ये १९६५ साली झाला. त्यांनी १९९२ मध्ये कॅलिफोर्निया इन्स्टिट्यूट ऑफ टेक्नोलॉजीमधून पीएचडी प्राप्त केली.

छायाचित्रात डावीकडून रॉजर पेनरोज, रेनहार्ड गेंझेल आणि अँड्रिया घेझ 

मूळ बातमी