मृत तारे विकिरण नहीं करते
(johncarlosbaez.wordpress.com)- नया दावा कि ब्लैक होल न होने वाली भारी वस्तुएँ भी Hawking radiation उत्सर्जित करती हैं, इस निष्कर्ष तक जाता है कि स्थिर मृत तारे द्रव्यमान खोकर गायब हो जाते हैं, जो curved spacetime quantum field theory के मौजूदा सिद्धांतों से टकराता है
- इस तर्क की संरचना यह है कि gravitational field particle-antiparticle pairs बनाता है और radiation ऊर्जा ले जाता है, लेकिन तारे को बनाने वाले protons और neutrons किस प्रक्रिया से गायब होते हैं, यह खाली छोड़ा गया है
- खंडन-पत्रों ने माना कि गणना कच्चे approximation पर निर्भर करती है और उससे अधिक सरल समस्याओं में भी गलत परिणाम निकलते हैं; 1975 में Ashtekar और Magnon का परिणाम static spacetime में vacuum stability दिखाता है
- यदि हर जगह time-like Killing field हो, तो time translation symmetry लागू होती है, और इस स्थिति में ऐसी quantum field theory construction संभव है जो particles और antiparticles में अंतर करती है, इसलिए spontaneous particle creation नहीं होता
- Schwarzschild black hole में event horizon पर Killing field time-like नहीं रह जाता, इसलिए वही तर्क लागू नहीं किया जा सकता; मृत तारों के radiation का दावा दशकों पहले सुलझाए गए मुद्दे को अधिक कमजोर approximation से पलटने की कोशिश के करीब है
बहस की शुरुआत: black hole के अलावा वस्तुओं का Hawking radiation
- Michael F. Wondrak, Walter D. van Suijlekom, Heino Falcke ने Gravitational pair production and black hole evaporation में माना कि black hole न होने वाले भारी matter के ढेर भी Hawking radiation उत्सर्जित करते हैं
- इसके बाद नए paper में दावा किया गया कि ठंडे, मृत तारे भी Hawking radiation उत्सर्जित करते हैं, धीरे-धीरे द्रव्यमान खोते हैं और अंततः गायब हो सकते हैं
- इस निष्कर्ष के सही होने के लिए यह समझाना होगा कि तारे के भीतर के protons और neutrons कैसे गायब होते हैं, इसलिए यह baryon number conservation से टकराता है
- संबंधित authors baryon conservation violation की संभावना स्वीकार करते हैं, लेकिन यह किस प्रक्रिया से होता है, यह नहीं बताते
- बची हुई संरचना यह है कि तारे का gravitational field particle-antiparticle pairs बनाता है, वे pairs radiation के रूप में बाहर निकलते हैं, और energy conservation के कारण तारे को द्रव्यमान खोना पड़ता है
मौजूदा physics से टकराने वाली जगह
- यदि यह दावा सही हो, तो curved spacetime की quantum field theory में static matter के ढेर Hawking radiation नहीं उत्सर्जित करते—इस मौजूदा calculation को उलट देगा
- साथ ही यह निष्कर्ष निकलेगा कि curved spacetime की quantum field theory को consistent रहने के लिए baryon number conservation का असफल होना जरूरी है
- लेकिन इन papers का physics समुदाय पर लगभग कोई असर नहीं पड़ा, और छोटे rebuttal papers भी आए
- Antonio Ferreiro, José Navarro-Salas, Silvia Pla के Comment on “Gravitational pair production and black hole evaporation” ने इंगित किया कि संबंधित approximation अधिक सरल समस्या में भी गलत परिणाम देता है
- E. T. Akhmedov, D. V. Diakonov, C. Schubert का Complex effective actions and gravitational pair creation भी मिलती-जुलती समस्या पर चर्चा करता है
static spacetime में vacuum stability
- Abhay Ashtekar और Anne Magnon के 1975 के paper Quantum fields in curved space-times ने दिखाया कि static spacetime में vacuum state को अच्छी तरह define किया जा सकता है, और वह vacuum stable होता है
- मुख्य वाक्य इस प्रकार है
- “यदि आधार spacetime हर जगह time-like Killing field की अनुमति देता है, तो vacuum state वास्तव में stable होता है और spontaneous particle creation जैसी घटनाएँ नहीं होतीं”
- हर जगह time-like Killing field होने का अर्थ है कि spacetime में time translation symmetry है
- Ashtekar और Magnon ने अतिरिक्त रूप से ये शर्तें रखीं
- spacetime globally hyperbolic हो
- द्रव्यमान वाले spin 0 particle की wave equation smooth initial data से smooth solution दे
- ऐसी स्थितियों में energy define की जा सकती है, और solutions को positive-frequency solutions और negative-frequency solutions में बाँटा जा सकता है
- positive-frequency solutions particles से मेल खाते हैं
- negative-frequency solutions antiparticles से मेल खाते हैं
- परिणामस्वरूप Minkowski spacetime की तरह collapse न होने वाले vacuum वाली quantum field theory construction संभव होती है
black holes पर वही परिणाम जस का तस लागू नहीं होता
- static black hole को वर्णित करने वाले Schwarzschild solution में भी Killing field होता है
- लेकिन यह Killing field event horizon पर अब time-like नहीं रहता, इसलिए Ashtekar और Magnon का परिणाम black holes पर लागू नहीं होता
- अधिक शैक्षिक व्याख्या Robert Wald की Quantum Field Theory in Curved Spacetime and Black Hole Thermodynamics में देखी जा सकती है
- खास तौर पर section 4.3 stationary spacetimes में quantum field theory पर है
- Valeria Michelle Carrión Álvarez की doctoral thesis Loop Quantization versus Fock Quantization of p-Form Electromagnetism on Static Spacetimes electromagnetism के मामले को संभालती है
- Ashtekar और Magnon, Wald ने सरलीकरण के लिए मुख्यतः massive scalar field पर ध्यान दिया
science reporting और peer review की सीमाएँ
- Wondrak, van Suijlekom, Falcke का paper एक प्रतिष्ठित physics journal में छपा, लेकिन यह संभावना उठाई गई कि उस क्षेत्र के विशेषज्ञ ने इसकी review नहीं की होगी
- किसी प्रतिष्ठित journal में छपे physics paper पर भी सीधे भरोसा करने के बजाय, विषय को सच में समझने वाले या भरोसेमंद experts से पुष्टि करनी चाहिए
- कुछ science reporting ने expert verification के बिना press release पर भरोसा किया और “ब्रह्मांड उम्मीद से बहुत पहले खत्म हो जाएगा” जैसे शीर्षक लगाए
- static वस्तुओं का gravitational field particle-antiparticle pairs नहीं बनाता—यह परिणाम कई दशक पहले कठोर रूप से स्थापित हो चुका था, और नई approximation calculation इस समस्या पर नई रोशनी डालने के बजाय मौजूदा परिणामों की तुलना में कहीं अधिक हाथ से गढ़े गए रूप के करीब है
1 टिप्पणियां
Hacker News की राय
बेशक, यह बात Gandalf ने कही थी। इसका खंडन करने से पहले, मैं यह बताना चाहूँगा कि Gandalf एक जादूगर है जिसे स्पेसटाइम continuum जैसी छोटी-मोटी चीज़ों की परवाह करने की ज़रूरत नहीं है
P.S.: https://quoteinvestigator.com/2014/07/13/truth/
निष्कर्षतः, झूठ और सच के फैलने की गति की तुलना करने वाले अभिव्यक्तियों के समूह 300 साल से भी ज़्यादा समय से विकसित होते आए हैं, और Jonathan Swift ने 1710 में जो वाक्य लिखा था, उसे उचित रूप से उन्हीं के नाम किया जा सकता है। हालांकि उस वाक्य में अभी जूतों वाली उपमा नहीं आती
अगर ऐसा कोई gravitational well नहीं है जिसकी escape velocity प्रकाश की गति से ज़्यादा हो, तो समझ नहीं आता कि इस scenario में Hawking radiation कैसे होगा
virtual particle-antiparticle दोनों बच भी जाएँ, और उनमें से कोई event horizon पार भी नहीं करता, तो वे जल्द ही गायब हो जाएँगे
जहाँ तक मुझे पता है, इसे सटीक और साथ ही सहज, non-mathematical तरीके से समझाने का कोई तरीका नहीं है, इसलिए science communicators अक्सर ऐसी approximation देकर बताते हैं जो audience को गुमराह कर सकती है
खुद Hawking ने भी कहा था, “event horizon के ठीक बाहर negative energy वाले particle और positive energy वाले particle से बनी virtual pair की कल्पना की जा सकती है। thermal radiation और area घटने का कारण बनने वाले mechanism की यह तस्वीर सिर्फ़ heuristic है और इसे बहुत शाब्दिक रूप से नहीं लेना चाहिए”
“मुड़े हुए spacetime में quantum field theory तभी consistent हो सकती है जब baryon number conserved न हो” — क्या यह वाकई आज भी चौंकाने वाली बात है? मुझे लगा यह black hole की Hawking radiation से तार्किक रूप से निकला निष्कर्ष ही है
बहुत पहले ही इस पर झटका लग चुका था, और अब तो लगा था कि इसे स्वीकार कर लिया गया है। उस paper के authors की calculations गलत हो सकती हैं, लेकिन यह blog post जिस तरह ऐसे वाक्य को बिल्कुल स्वयंसिद्ध सच की तरह उछालती है, उसका अंदाज़ अच्छा नहीं लगता। “सहमत नहीं हो तो मूर्ख हो” जैसी भावनात्मक writing, उन लोगों को शोभा नहीं देती जिनका पेशा scientific persuasion है
Wikipedia[0] भी MIT के quantum gravity physicist Daniel Harlow को quote करते हुए लिखता है कि “baryon number conservation, Hawking radiation के जरिए black hole evaporation की physics के साथ consistent नहीं है”
[0] https://en.m.wikipedia.org/wiki/Baryon_number
ऊपर से यह John Baez हैं। वे अपने field को अच्छी तरह जानते हैं
असल मुद्दे की बात करें तो यहाँ चौंकाने वाली बात यह है कि दावा किया जा रहा है कि baryon number black holes के शामिल न होने पर भी conserved नहीं रहता
“Comment on ‘Gravitational Pair Production and Black Hole Evaporation’” में Antonio Ferreiro, José Navarro-Salas, Silvia Pla उस paper में इस्तेमाल equations पर बात करते हैं और उन equations को इस्तेमाल करने से बेहतर तरीका सुझाते हैं
वे समझाते हैं कि “जहाँ यह perturbative expansion के lowest order से प्राप्त किया गया था, वहीं weak field approximation का इस्तेमाल कर non-perturbative Schwinger effect निकालने का standard तरीका सभी terms को resummation करना है”
वे यह भी कहते हैं कि जिस paper की आलोचना हो रही है, उसकी method electromagnetic case में होने वाली स्थिति को भी ठीक से handle नहीं कर पाती, और gravity के मामले में तो यह और भी मुश्किल है। यह वही बात है जो Baez ने कही, लेकिन cited paper इसे कहीं अधिक professional tone और method से पेश करता है
https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.13...
अब तक किसी में decay नहीं मिला है, और निष्कर्ष यह है कि proton की half-life कम से कम 2.4E34 साल है। https://en.wikipedia.org/wiki/Proton_decay#Experimental_evid...
मैंने Quanta Magazine का एक पुराना article भी देखा था, जिसमें बहुत pure water के विशाल tank और बहुत सारे detectors इस्तेमाल करने वाले experiment का वर्णन था। black hole की जरूरत नहीं। https://www.quantamagazine.org/no-proton-decay-means-grand-u... (HN चर्चा https://news.ycombinator.com/item?id=13201065)
“इतना obvious है कि अगर सहमत नहीं हो तो मूर्ख हो” वाली बात के संदर्भ में, कुछ दावे इतने साफ तौर पर झूठे भी होते हैं कि उनसे सहमत होना मूर्खता बन जाता है। लोग Penrose की दी हुई बकवास को दोहराते रहते हैं, लेकिन उसके काम करने के लिए non-physical timelike infinity चाहिए
मौजूदा popular science, लगभग science fiction जैसी व्याख्या यह है कि आप black hole में गिर सकते हैं और event horizon पर “कुछ खास नहीं होता।” फिर लगभग अगले ही paragraph में कहा जाता है कि बाहरी observer कभी भी victim को गिरते हुए observe नहीं कर सकता
दो observers ऐसे मामले में अलग-अलग निष्कर्ष नहीं निकाल सकते। ऐसा कहने के लिए आपको या तो मानना होगा कि universe कभी split होकर दोनों observers को असहमत होने देता है, या फिर logic, consistency, observers और physicist के तौर पर जिन भी चीजों को आप महत्व देते हैं, सब छोड़नी होंगी
अगर बाहरी observer victim को गिरते हुए observe नहीं कर सकता, तो victim कभी गिरता ही नहीं। यही objective reality है। Penrose diagram कुछ और कहता है क्योंकि उसमें non-physical infinite time शामिल है
infinite time “reachable” हो भी तो वह mathematically sound नहीं है, physically भी समझ में नहीं आता, और वैसे भी Hawking radiation है, इसलिए यह मायने नहीं रखता। black hole की lifetime finite होती है
तार्किक रूप से consistent और physically sound interpretation केवल एक है। वास्तव में कुछ भी अंदर गिर नहीं सकता। अंदर आती object बाहरी frame में slow हो जाती है, और उस object के point of view से, जैसे-जैसे वह black hole के करीब जाती है, black hole का time flow तेज होता दिखता है। इसलिए Hawking evaporation भी तेज दिखता है। बाहरी observer के साथ consistency बनाए रखने के लिए यह evaporation इतनी तेज होनी चाहिए कि victim किसी surface तक पहुँच ही न सके। इसके बजाय black hole उनसे दूर हटता है और increasingly faster evaporate होता है
ऐसे models और उनसे मिलते-जुलते models में firewall नहीं होता, boundary नहीं होती, quantum field को “reset” करने वाली कोई चीज नहीं होती, इसलिए सभी quantum numbers conserve हो सकते हैं। सब कुछ continuous और consistent है, और quantum numbers भी conserve होते हैं। बाहरी observer ठीक वैसा ही black hole देखेगा जैसा अभी expect किया जाता है, और black hole उसी तरह behave करते हुए evaporate होगा
ब्रह्मांड में अभी भी कुछ ऐसा है जिसे हम miss कर रहे हैं, और लगता है आगे आने वाली एक अरब साल की grand unified theories भी उसे miss करती रहेंगी
उस समय की HN चर्चा:
Universe expected to decay in 10⁷⁸ years, much sooner than previously thought (phys.org) https://news.ycombinator.com/item?id=43961226 223 points, 5 days ago, 323 comments
कुछ दिन पहले मैंने यहाँ काफ़ी मिलता-जुलता comment लिखा था
https://news.ycombinator.com/item?id=43964524
हाँ, वह paper समझ में नहीं आता। ज़्यादा कहने को भी नहीं है। preprint server पर कभी-कभी ऐसी चीज़ें भी आ जाती हैं जो peer review पास नहीं कर पाएंगी। करीब 2 साल पहले Korea वाला “superconductor” याद है? Media को ऐसी चीज़ों पर लिखते समय सावधान रहना चाहिए
“अगर मैं ऐसे supposedly सनसनीखेज़ घटनाक्रम पर article लिखने वाला science journalist होता, तो कुछ experts को email करके जांचता कि यह सच है या नहीं”
ऐसे रवैये से तो सब लोग मानने लगते कि पृथ्वी सपाट है या सूर्य पृथ्वी के चारों ओर घूमता है। क्योंकि उस समय के experts भी दोनों बातों को ग़लत तरह से मानते थे
यह समस्या यह नहीं दिखाती कि मूल authors मूर्ख थे, बल्कि यह दिखाती है कि ज्ञान बहुत ज़्यादा silos में बंद है
अगर लक्ष्य सबके ज्ञान को आगे बढ़ाना है, तो यह अच्छी बात नहीं है। Academia में चाहे जो हो रहा हो, काफ़ी नज़दीकी संबंधित क्षेत्रों के बीच भी यह fail हो रहा है, यह अच्छा नहीं है
मुझे नहीं लगता कि वे मूर्ख या दुर्भावनापूर्ण थे, लेकिन इतना अप्रत्याशित result push करते हुए सलाह न लेना कुछ हद तक लापरवाही हो सकती है
1: https://en.wikipedia.org/wiki/Quantum_field_theory_in_curved...
लेकिन दुनिया जटिल है और अपने core field के बाहर गलती करना आसान है। Scientific process का मकसद results को उन आँखों के सामने रखना है जो गलतियाँ पकड़ सकें। linked blog post इसका उदाहरण है। फिर सब लोग लड़ते हैं या मज़ाक उड़ाते हैं और दुनिया चलती रहती है। यह system काम कर गया
यह process जिस चीज़ में अच्छा नहीं है, वह है नए ideas को news headlines बनने से पहले filter करना। यह निश्चित रूप से अच्छा नहीं है, लेकिन यह academia की failure बिल्कुल नहीं है। आँखें ठीक से काम कर रही थीं
इसे ठीक किया जा सकता था। 2 साल बाद भी वे उसी नाली में चक्कर नहीं काट रहे होते, लेकिन अब भी काट रहे हैं। काफ़ी typical और काफ़ी boring
इससे कोई व्यक्ति महीनों, सालों तक अकेले किसी ऐसी चीज़ पर काम करता रहता है जिसके बारे में कोई पहले ही कह सकता था, “यहाँ problem है”
Science वाली analogy में, यह वैसा है जैसे pull request डालने से पहले branch को खूब polish किया, और फिर सुनने को मिला, “यहाँ एक बहुत बड़ा memory leak है, और वैसे जो तुम चाहते हो वह दूसरे API से पहले से ही हो जाता है”
मुझे ठीक से नहीं पता कि human scale का solution है या नहीं। Research landscape इतना बड़ा है कि सबको सबके साथ connect करना, जिसे मदद चाहिए उसे valuable input दिलाना, और जो मदद कर सकते हैं उन्हें आधे-पके कचरे में दफन होने से बचाना संभव नहीं है। यह मान लेने पर भी कि research motivations और incentives ऊपर-नीचे हर स्तर पर pure हैं। Pull request analogy में CVE spammers जैसे लोग भी होते हैं
कम-से-कम universities अगर यह रवैया छोड़ दें कि जो भी clickable लगे उसे due diligence के बिना press release बना दें, तो academia से बाहर public spectacle बनने वाली घटनाएँ कभी-कभी कम हो सकती हैं, लेकिन इससे मूल समस्या हल नहीं होगी
HN पर original article discussion[1] देखें, तो नीचे A_D_E_P_T का comment है जिसमें वह बताता है कि paper क्यों समझ में नहीं आता और इस लेख में बताए गए rebuttals में से एक की ओर इशारा करता है। उस comment को HN readers ने downvote किया था। कुछ दिन पहले जब मैंने upvote किया, तब वह पहले से grey दिख रहा था, इसलिए पता है
इसलिए यह knowledge silo नहीं है; हम जैसे ordinary लोग बस latest breakthrough पर बहुत गहराई में जाए बिना बात करना चाहते हैं। गहराई में जाने से मज़ा खराब हो जाता है
[1] https://news.ycombinator.com/item?id=43961226
क्या यह आसानी से समझने का कोई तरीका है कि mass वाली object gravitational radiation क्यों नहीं करती? Accelerated observer को Unruh effect नाम की चीज़ के तहत thermal radiation का समुद्र दिखता है, ऐसा कहा जाता है
अगर आप किसी planet पर खड़े हैं, तो आप gravity के तहत accelerate कर रहे हैं, तो क्या आपको Unruh radiation नहीं दिखनी चाहिए? क्या इसका Hawking radiation से कोई संबंध है?
यह detail मेरी नज़र में आई
“Ashtekar और Magnon भी [1975 के paper में] मानते हैं कि spacetime globally hyperbolic है”
आधुनिक assumption यह नहीं है कि spacetime globally flat है?
Space का flat होना कोई assumption नहीं है। General relativity global spatial curvature specify नहीं करती, इसलिए globally negative curvature या positive curvature की संभावना भी हो सकती है। बस अब तक इसका कोई evidence नहीं मिला है
ब्लैक होल में मूल रूप से “एक dimension का खो जाना” होता है, ऐसा मेरा मानना है। इसका मतलब समझाने के लिए बहुत लंबी चर्चा चाहिए, इसलिए यहाँ कोशिश नहीं करूँगा
इसलिए तीन quark की वह arrangement जिसे ‘baryon’ कहा जाता है, शायद space dimensions की संख्या के हिसाब से बनती हो। अगर 3 dimensions == 3 quarks हैं, तो baryon केवल 3 dimensions में ही बनता है, और जब matter event horizon तक पहुँचता है, तो quarks फटकर फिर से rearrange हो सकते हैं और ऐसी चीज़ बन सकते हैं जिसमें baryon नाम की चीज़ बस मौजूद ही न हो। मसलन 2-dimensional space की तरह
मैं इस विचार की तरफ हूँ कि event horizon की ‘surface’ ही वह जगह है जहाँ laws preserve होते हैं, और singularity, या शायद ब्लैक होल का पूरा interior, शायद बिल्कुल मौजूद ही न हो
relativity में spacetime को “तोड़ने” वाली कई जगहें—यानी infinity और division by zero वाली समस्याएँ—अगर एक dimension गायब हो जाता है मानें, तो हल हो सकती हैं। उदाहरण के लिए, length contraction light speed पर एक dimension को compress करके मिटा देना है, और time dilation भी event horizon या light speed पर एक dimension का हटना है
अगर यह holographic principle जैसा लगा, तो सही है। मेरे नज़रिए में Lorentz equations खुद भी N-dimensional space को (N-1)-dimensional space में smoothly transform करने का तरीका व्यक्त करती हैं। यह ठीक उस बिंदु पर होता है जहाँ dimension “खो” जाता है, कुछ exponential curve जैसा जो asymptote तक पहुँचता है
“time” किसी भी dimensionality में हमेशा special dimension जैसा क्यों दिखता है, इसकी वजह मेरे हिसाब से यह है कि वह dimensional hierarchy में ‘ठीक ऊपर’ या ‘ठीक नीचे’ वाला dimension है। इसलिए Minkowski space के distance formula में ‘time’ को बाकी dimensions के opposite sign (+/-) के साथ होना चाहिए, और यह चाहे time के sign को positive मानें या negative—यानी metric signature convention जो भी हो—लागू रहता है
इसका मतलब, ज़ाहिर है, यह भी है कि हमारा पूरा 4-dimensional universe किसी बड़े space में embedded space है, और तकनीकी तौर पर higher-dimensional viewpoint से एक तरह का “event horizon” भी है