अध्ययन से पता चलता है कि नकारात्मक द्रव्यमान बायनेरिज़ अभूतपूर्व गुरुत्वाकर्षण विकिरण उत्पन्न करते हैं
शोधकर्ताओं ने पहचाना कि नकारात्मक द्रव्यमान वाली वस्तुओं से बनी बाइनरी प्रणालियाँ ब्रह्मांड में अभूतपूर्व विशेषताओं के साथ गुरुत्वाकर्षण विकिरण संकेत उत्पन्न करेंगी। अनुसंधान संस्थानों के बीच साझेदारी में विकसित नए अध्ययन का प्रस्ताव है कि गुरुत्वाकर्षण तरंग वेधशालाएं इन स्रोतों का पता लगा सकती हैं और प्रकृति में नकारात्मक द्रव्यमान के अस्तित्व के लिए सख्त सीमाएं स्थापित कर सकती हैं।
अल्बर्ट आइंस्टीन द्वारा प्रतिपादित सामान्य सापेक्षता का सिद्धांत गणितीय रूप से नकारात्मक द्रव्यमान वाली वस्तुओं के अस्तित्व की अनुमति देता है। इस सैद्धांतिक संभावना के बावजूद, बुनियादी सवाल खुला रहता है: क्या वास्तविकता में ऐसे जनसमूह का निर्माण किया जा सकता है? नया प्रकाशित कार्य गुरुत्वाकर्षण विकिरण के विशिष्ट पैटर्न का पता लगाकर इस प्रश्न का उत्तर देने के लिए एक अवलोकन रणनीति प्रदान करता है।
तीन सामूहिक श्रेणियां वस्तुओं के व्यवहार को परिभाषित करती हैं
भौतिकी द्रव्यमान को तीन अलग-अलग श्रेणियों में वर्गीकृत करती है जो यह निर्धारित करती है कि वस्तुएं गुरुत्वाकर्षण बलों और क्षेत्रों के साथ कैसे संपर्क करती हैं। जब कोई बल उस पर कार्य करता है तो जड़त्व द्रव्यमान किसी वस्तु के त्वरण के प्रतिरोध को दर्शाता है। सक्रिय गुरुत्वाकर्षण द्रव्यमान किसी वस्तु की गुरुत्वाकर्षण क्षेत्र उत्पन्न करने की क्षमता का वर्णन करता है जो उसके आसपास के अन्य पिंडों को प्रभावित करता है। निष्क्रिय गुरुत्वाकर्षण द्रव्यमान, बदले में, यह निर्धारित करता है कि कोई वस्तु अंतरिक्ष में अन्य वस्तुओं द्वारा बनाए गए गुरुत्वाकर्षण क्षेत्र पर कैसे प्रतिक्रिया करती है।
रैखिक गति के संरक्षण के नियम के अनुसार सक्रिय और निष्क्रिय गुरुत्वाकर्षण द्रव्यमान समान होना चाहिए। यदि वे भिन्न होते, तो गुरुत्वाकर्षण संपर्क के दौरान एक वस्तु द्वारा प्राप्त गति की भरपाई किसी अन्य वस्तु द्वारा खोई गई गति से नहीं की जाती, जो भौतिकी के नियमों में समरूपता के मौलिक सिद्धांत का उल्लंघन है। यह प्रतिबंध सीधे स्थानिक अनुवाद संबंधी अपरिवर्तन से उत्पन्न होता है, यानी, यह संपत्ति कि जब कोई सिस्टम अंतरिक्ष में स्थिति बदलता है तो भौतिक कानून अपरिवर्तित रहते हैं।
समतुल्यता का सिद्धांत गुरुत्वाकर्षण और जड़त्वीय घटनाओं को जोड़ता है
समतुल्यता का सिद्धांत सामान्य सापेक्षता के आइंस्टीनियन सिद्धांत की नींव का गठन करता है। यह मानता है कि किसी वस्तु का जड़त्वीय द्रव्यमान उसके निष्क्रिय गुरुत्वाकर्षण द्रव्यमान के बराबर होता है। यह प्रस्ताव गैलीलियो गैलीली के काम से लेकर समकालीन अध्ययनों तक, सदियों की प्रयोगात्मक टिप्पणियों पर आधारित है, जो दर्शाता है कि विभिन्न द्रव्यमान वाली वस्तुएं गुरुत्वाकर्षण के प्रभाव में समान रूप से तेजी लाती हैं, भले ही उनकी संरचना या द्रव्यमान का परिमाण कुछ भी हो।
जब शोधकर्ता नकारात्मक द्रव्यमान वाली काल्पनिक वस्तुओं पर चर्चा करते हैं, तो वे अक्सर मानते हैं कि रैखिक गति का संरक्षण और समतुल्यता का सिद्धांत दोनों वैध रहते हैं। इस धारणा का तात्पर्य यह है कि द्रव्यमान के तीन रूप ऋणात्मक द्रव्यमान के लिए भी समान होंगे। हालाँकि, समतुल्यता सिद्धांत को केवल सकारात्मक द्रव्यमान के लिए प्रयोगात्मक रूप से मान्य किया गया है। नकारात्मक द्रव्यमान के लिए, यह समरूपता बनाए नहीं रखी जा सकती है, जिससे नए भौतिक परिदृश्य खुलेंगे।
द्विध्रुवीय विकिरण असमान गुरुत्वाकर्षण द्रव्यमान वाले सिस्टम से निकलता है
प्रमुख शोधकर्ताओं के सहयोग से विकसित हाल ही में प्रकाशित लेख दर्शाता है कि एक द्विध्रुवीय प्रणाली जिसमें दो वस्तुएं होती हैं जिनके गुरुत्वाकर्षण और जड़त्वीय द्रव्यमान के बीच अलग-अलग अनुपात होते हैं, द्विध्रुवीय गुरुत्वाकर्षण विकिरण उत्सर्जित करेंगे। यह पैटर्न मूल रूप से चतुष्कोणीय गुरुत्वाकर्षण विकिरण से भिन्न है, जैसा कि LIGO, कन्या और KAGRA गुरुत्वाकर्षण तरंग डिटेक्टरों द्वारा अब तक पुष्टि की गई सभी जांचों में देखा गया है।
भौतिक स्थिति सकारात्मक जड़त्व द्रव्यमान के साथ विपरीत संकेतों के विद्युत आवेशों की एक प्रणाली से मिलती जुलती है। आज तक, वेधशालाओं द्वारा द्विध्रुवीय गुरुत्वाकर्षण विकिरण का कोई सबूत दर्ज नहीं किया गया है। संभावित द्विध्रुवीय विकिरण उत्सर्जन पर इन उपकरणों द्वारा लगाई गई अवलोकन सीमाएं बेहद कठोर हैं, जो ऐसी प्रणालियों द्वारा प्रदर्शित किए जा सकने वाले गुणों को गंभीर रूप से प्रतिबंधित करती हैं।
यहां तक कि ऐसे परिदृश्य में जहां ब्रह्मांड में केवल नकारात्मक द्रव्यमान होते हैं जो समतुल्यता सिद्धांत का सख्ती से पालन करते हैं, इन द्रव्यमानों से जुड़े बाइनरी सिस्टम वर्तमान में ज्ञात लोगों से मौलिक रूप से भिन्न गुरुत्वाकर्षण तरंग हस्ताक्षर उत्पन्न करेंगे:
- नकारात्मक कुल द्रव्यमान वाले सिस्टम घटकों के बीच प्रतिकारक बल उत्पन्न करते हैं, जिससे स्थिर और लंबे समय तक चलने वाली बाइनरी कक्षाओं का निर्माण असंभव हो जाता है।
- कुल सकारात्मक द्रव्यमान वाले सिस्टम, जहां नकारात्मक द्रव्यमान सकारात्मक द्रव्यमान की तुलना में परिमाण में कम होता है, गोलाकार कक्षाओं की अनुमति देता है, लेकिन संकुचन के बजाय विस्तार के माध्यम से विकसित होता है, जिससे घटती आवृत्ति के एंटी-चिरप सिग्नल उत्पन्न होते हैं।
- शून्य कुल द्रव्यमान वाले सिस्टम भौतिक रूप से अनियंत्रित समाधानों के अनुरूप होते हैं जिसमें जोड़ी प्रकाश की गति की ओर बढ़ती है, जिससे आवधिक कक्षीय गति समाप्त हो जाती है
एंटी-चिरप विलय के ज्ञात हस्ताक्षर को उलट देगा
पारंपरिक बाइनरी सिस्टम और नकारात्मक द्रव्यमान वाले सिस्टम के व्यवहार के बीच अंतर मूल रूप से कक्षा के ऊर्जावान विकास में निहित है। दो सकारात्मक द्रव्यमान वाले पारंपरिक बाइनरी सिस्टम में, कक्षीय ऊर्जा नकारात्मक से शुरू होती है और अलगाव कम होने पर उत्तरोत्तर अधिक नकारात्मक हो जाती है। जब सिस्टम गुरुत्वाकर्षण तरंगों के उत्सर्जन के माध्यम से ऊर्जा खो देता है, तो यह नुकसान सिस्टम को सर्पिलीकरण की ओर ले जाता है, जिससे आवृत्तियों में उत्तरोत्तर और लगातार वृद्धि होती है।
इसके विपरीत, सकारात्मक कुल द्रव्यमान वाली सकारात्मक-नकारात्मक प्रणाली में, कक्षीय ऊर्जा सकारात्मक मूल्यों पर शुरू होती है और अलगाव बढ़ने पर शून्य की ओर घटती जाती है। गुरुत्वाकर्षण तरंगों के उत्सर्जन के कारण वही ऊर्जा हानि प्रणाली को संकुचन के बजाय विस्तार की ओर ले जाती है। यह विशेषता एंटी-चिरप सिग्नल उत्पन्न करेगी, जिसमें आवृत्ति बढ़ने के बजाय उत्तरोत्तर कम हो जाती है, जो कि LIGO-Virgo-KAGRA कंसोर्टियम द्वारा आज तक पता लगाए गए सभी स्रोतों में देखे गए पैटर्न के बिल्कुल विपरीत है।
वर्तमान गुरुत्वाकर्षण तरंग कैटलॉग में एंटी-चिरप संकेतों की अनुपस्थिति, अवलोकन योग्य ब्रह्मांड में नकारात्मक द्रव्यमान को शामिल करने वाले बाइनरी सिस्टम की संभावित आबादी पर प्रत्यक्ष अवलोकन संबंधी बाधा प्रदान करती है, यदि वे मौजूद हैं, तो उनकी व्यापकता को बेहद निम्न स्तर तक सीमित कर देती है।
हाल की खोजों ने नकारात्मक जन बहुतायत के बारे में सवाल फिर से जगा दिए हैं
हाल के महीनों में, दो वैज्ञानिक प्रकाशनों ने ब्रह्मांड में नकारात्मक द्रव्यमान वाली वस्तुओं की प्रचुर आबादी के संभावित अस्तित्व का सुझाव दिया है। ये प्रस्ताव दशकों पहले शुरू हुई चर्चाओं को फिर से जीवंत करते हैं। 1957 में, भौतिक विज्ञानी हरमन बॉन्डी ने एक मौलिक रूप से महत्वपूर्ण कार्य प्रकाशित किया था जिसमें दर्शाया गया था कि सामान्य सापेक्षता गणितीय दृष्टिकोण से नकारात्मक द्रव्यमान के अस्तित्व को सख्ती से अनुमति देती है।
बाद में, 2015 में, रॉबर्ट फॉरवर्ड ने विस्तृत विश्लेषण प्रस्तुत किया जिसमें दिखाया गया कि सिद्धांत रूप में, रासायनिक या पारंपरिक ईंधन की आवश्यकता के बिना प्रणोदन प्रणालियों के लिए नकारात्मक द्रव्यमान का उपयोग कैसे किया जा सकता है। इन सैद्धांतिक अन्वेषणों के बावजूद, महत्वपूर्ण प्रश्न खुला रहता है: क्या नकारात्मक द्रव्यमान प्रयोगशाला में बनाया और बनाए रखा जा सकता है या ब्रह्मांड में स्वाभाविक रूप से मौजूद हो सकता है?
नकारात्मक द्रव्यमान का अस्तित्व मौलिक भौतिकी के लिए गहरे और परेशान करने वाले परिणाम उत्पन्न करेगा। ऐसी वस्तुएं कार्य-कारण के सिद्धांत का उल्लंघन करते हुए, इंजीनियरिंग टाइम मशीनों के लिए बिल्डिंग ब्लॉक्स के रूप में काम कर सकती हैं। अकेले इस निहितार्थ से पता चलता है कि, यदि नकारात्मक द्रव्यमान मौजूद है, तो इसे अभी तक अज्ञात तंत्रों द्वारा बाधित किया जाना चाहिए जो ब्रह्मांड की कारण संरचनाओं को संरक्षित करते हैं।
गुरुत्वाकर्षण तरंग खगोल भौतिकी ने कोई अप्रत्याशित स्रोत नहीं बताया
2015 में ऐतिहासिक खोज के साथ शुरू हुए गुरुत्वाकर्षण तरंग अवलोकन के हालिया दशक ने घटनाओं की एक मजबूत सूची तैयार की है। हालाँकि, सभी खोजे गए स्रोत अनुमानित श्रेणियों से संबंधित हैं: ब्लैक होल विलय और न्यूट्रॉन स्टार टकराव। इस नई अवलोकन सीमा से कोई भी पूरी तरह से अप्रत्याशित स्रोत सामने नहीं आया है।
यह परिणाम खगोल विज्ञान के संपूर्ण इतिहास से बिल्कुल भिन्न है। जब भी खगोलविदों ने विद्युत चुम्बकीय स्पेक्ट्रम के नए बैंड में वेधशालाएं विकसित की हैं, तो उन्होंने मौलिक रूप से अप्रत्याशित घटनाओं की खोज की है। रेडियो दूरबीनों ने ब्रह्मांडीय माइक्रोवेव पृष्ठभूमि विकिरण, जटिल अंतरतारकीय अणुओं और तेज़ रेडियो विस्फोटों का खुलासा किया है। एक्स-रे दूरबीनों ने बढ़ते ब्लैक होल, एक्स-रे पृष्ठभूमि विकिरण और उच्च-ऊर्जा आकाशगंगा समूहों का खुलासा किया है। गामा-किरण दूरबीनों ने गामा-किरण विस्फोट, गामा-किरण पल्सर और ब्रह्मांडीय गामा-किरण पृष्ठभूमि विकिरण की पहचान की है।
गुरुत्वाकर्षण तरंगों में पूरी तरह से नई खोजों की अनुपस्थिति नई अवलोकन क्षमताओं के माध्यम से अज्ञात घटनाओं को लगातार प्रकट करने की इस वैज्ञानिक परंपरा से एक उल्लेखनीय प्रस्थान का प्रतिनिधित्व करती है।
एक नए अवलोकन लक्ष्य के रूप में नकारात्मक द्रव्यमान प्रणाली
हाल ही में पूरा किया गया कार्य एक ठोस प्रस्ताव पेश करता है: नकारात्मक द्रव्यमान सदस्यों वाले बाइनरी सिस्टम गुरुत्वाकर्षण तरंग सिग्नल उत्पन्न करेंगे जिनके गुण देखे गए किसी भी चीज़ से मौलिक रूप से भिन्न होंगे। ये प्रणालियाँ परिचालन और भविष्य की गुरुत्वाकर्षण तरंग वेधशालाओं के लिए व्यवहार्य नए लक्ष्य बनाती हैं।
निहितार्थ दोहरे हैं. सबसे पहले, ऐसी वेधशालाएँ संभावित रूप से इन स्रोतों की खोज कर सकती हैं यदि नकारात्मक द्रव्यमान वास्तव में महत्वपूर्ण मात्रा में ब्रह्मांड में प्रचुर मात्रा में है। दूसरा, इन विशिष्ट हस्ताक्षरों का पता न लगाकर, डिटेक्टर संपूर्ण ब्रह्मांडीय संरचना में नकारात्मक द्रव्यमान की प्रचुरता पर अब तक प्राप्त सबसे कठोर अवलोकन सीमाएं स्थापित कर सकते हैं, जो ब्रह्मांड की मौलिक संरचना के बारे में हमारी समझ को काफी हद तक परिष्कृत करते हैं।
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