भौतिक विज्ञानी किप थॉर्न ने गुरुत्वाकर्षण तरंगों पर चर्चा की, 'इंटरस्टेलर' के पीछे का विज्ञान

इंटरस्टेलर के सेट पर जेसिका चैस्टेन के साथ काम कर रहे सैद्धांतिक खगोल भौतिक विज्ञानी किप थॉर्न(क्रेडिट: किप थॉर्न वायर्ड पत्रिका के माध्यम से)

एक सदी के लिए जब से अल्बर्ट आइंस्टीन ने पहली बार सापेक्षता के अपने अभूतपूर्व सामान्य सिद्धांत को प्रकाशित किया, दुनिया के शीर्ष दिमागों ने यह पता लगाने की कोशिश की कि क्या उनके सिद्धांत से उपजी भविष्यवाणियां सच हैं। इन दिमागों में से एक, किप थॉर्न ने अपना करियर आइंस्टीन के इस दावे की जांच में बिताया है कि गुरुत्वाकर्षण तरंगें मौजूद हैं और उन्हें इस विषय पर दुनिया का अग्रणी विशेषज्ञ माना जाता है। थॉर्न अब आधुनिक मानव इतिहास में सबसे चौंकाने वाली वैज्ञानिक सफलताओं में से एक के शिखर पर है: इन तरंगों का पता लगाना .

कैलिफोर्निया इंस्टीट्यूट ऑफ टेक्नोलॉजी में सैद्धांतिक भौतिकी के प्रोफेसर के रूप में, थॉर्न ने गुरुत्वाकर्षण सिद्धांत पर कई किताबें और पत्र प्रकाशित किए। 1984 में, थोर्न ने LIGO (लेजर इंटरफेरोमीटर ग्रेविटेशनल वेव ऑब्जर्वेटरी) प्रोजेक्ट की सह-स्थापना की, जो अंतरिक्ष-समय के ताने-बाने में छोटी-छोटी विकृतियों को मापने के लिए लेज़रों का उपयोग करता है-विकृतियाँ जो गुरुत्वाकर्षण तरंगों के कारण हो सकती हैं।

1994 में, उन्होंने पुरस्कार विजेता लिखा ब्लैक होल्स और टाइम वार्प्स: आइंस्टीन की अपमानजनक विरासत, एक किताब जो मुख्यधारा के दर्शकों को उनके अध्ययन के जटिल क्षेत्र से जोड़ती है। एक दशक बाद, थॉर्न वैज्ञानिक सलाहकार बन गए तारे के बीच का और फिल्म के भव्य दृश्यों को सटीक रूप से प्रदान करने के लिए आवश्यक गणित प्रदान किया। उन्होंने यह भी प्रकाशित किया इंटरस्टेलर का विज्ञान क्रिस्टोफर नोलन के एक फॉरवर्ड के साथ।

14 सितंबर, 2015 को, लिविंगस्टन, लुइसियाना और हनफोर्ड, वाशिंगटन में जुड़वां एलआईजीओ डिटेक्टर साइटों पर काम करने वाले वैज्ञानिकों को गोपनीयता की शपथ दिलाई गई थी, क्योंकि प्रारंभिक डेटा ने एक हिंसक ब्रह्मांडीय घटना का पता लगाने का संकेत दिया था जो बहुत समय पहले हुई थी। डेटा की जांच और पुन: जांच के महीनों के बाद, और समाचार जनता के लिए लीक होने के साथ, कैलटेक और एमआईटी संचालित एलआईजीओ प्रयोगशालाओं के शोधकर्ताओं ने गुरुत्वाकर्षण तरंगों की असाधारण पहचान की घोषणा की। ब्रह्मांड के लिए एक नई खिड़की के रूप में, लहरों ने लगभग 1.3 अरब साल पहले दो ब्लैक होल के विलय का खुलासा किया है।

ऑब्जर्वर किप थॉर्न के साथ उनके सामने बैठ गया वीएफएक्स मास्टर पॉल फ्रैंकलिन और ऑस्कर विजेता संगीतकार हैंस जिमर के साथ मल्टीमीडिया सहयोग ब्रह्मांड का विकृत पक्ष , आइंस्टीन, गुरुत्वाकर्षण तरंगों और उनके कार्यों पर चर्चा करने के लिए तारे के बीच का .

आइंस्टीन का सामान्य सापेक्षता का सिद्धांत क्या है?

यह क्वांटम कानूनों को छोड़कर भौतिकी के सभी नियमों के लिए एक रूपरेखा है। लोग आमतौर पर अच्छा कहते हैं, यह उनका गुरुत्वाकर्षण का सिद्धांत है लेकिन यह उससे कहीं आगे है। उन्होंने इस सिद्धांत का निर्माण गुरुत्वाकर्षण को समझाने के लिए किया था लेकिन वास्तव में यह सिद्धांत इससे कहीं अधिक करता है। यह आपको बताता है कि प्रकृति के अन्य सभी नियम अंतरिक्ष और समय में कैसे फिट होते हैं।

यह सबसे सटीक तरीका है जिसे हम प्रकृति का वर्णन करने के लिए जानते हैं, जिसे हम शास्त्रीय डोमेन कहते हैं, जो कि सब कुछ है, सिवाय इसके कि जब आप बहुत छोटे-छोटे चीजों जैसे परमाणुओं और अणुओं तक पहुंच जाते हैं।

आइंस्टाइन का सिद्धांत से कैसे जुड़ता है गुरुत्वाकर्षण लहरों ?

आइंस्टीन ने सापेक्षता के अपने सामान्य सिद्धांत को एक बहुत ही गहन प्रयास में तैयार किया जो 1905 से 1915 तक चला और उन्होंने नवंबर 1915 में सिद्धांत को पूरा किया - सौ साल से थोड़ा अधिक पहले। फिर उन्होंने उस सिद्धांत या इन कानूनों का उपयोग करना शुरू कर दिया जो उन्होंने विकसित किए - भविष्यवाणियां करने के लिए। सबसे महत्वपूर्ण भविष्यवाणियों में से एक और उनके द्वारा की गई अंतिम प्रमुख भविष्यवाणी यह ​​थी कि गुरुत्वाकर्षण तरंगें मौजूद होनी चाहिए। उन्होंने भविष्यवाणी की कि १९१६ के जून में तो अब हम गुरुत्वाकर्षण तरंग भविष्यवाणी के शताब्दी वर्ष से सिर्फ दो महीने बाद बात कर रहे हैं।

उन्होंने भविष्यवाणियों को देखा, दिन की तकनीक को देखा, और उन चीजों को देखा जो ब्रह्मांड में गुरुत्वाकर्षण तरंगें उत्पन्न कर सकती हैं और निष्कर्ष निकाला कि यह निराशाजनक था कि हम उन्हें कभी भी देखेंगे। हमारे पास कभी भी सटीक पर्याप्त तकनीक नहीं होगी।

वह गलत था। हमने उन्हें पिछले सितंबर में पहली बार देखा था।

आइंस्टीन की भविष्यवाणियों से लेकर गुरुत्वाकर्षण तरंगों की हाल की खोज तक की समयरेखा में, वह कौन सा मोड़ था जिसके कारण सफलता मिली?

खैर, कुछ मोड़ आए। दो सबसे महत्वपूर्ण मोड़ दो विशेष लोगों से आए। 1960 के आसपास जोसेफ वेबर ने एक ऐसा दृष्टिकोण तैयार किया जो ऐसा लग रहा था कि यह गुरुत्वाकर्षण तरंगों को देखने में सक्षम हो सकता है और उन्होंने उन्हें खोजने का प्रयास शुरू किया। वह पहले व्यक्ति थे जिन्होंने आइंस्टीन के इस कथन पर सवाल उठाया था कि हमारे पास ऐसा करने की तकनीक नहीं होगी। वेबर ने गुरुत्वाकर्षण तरंगें नहीं देखीं। उसने सोचा कि उसने कुछ समय के लिए किया लेकिन वास्तव में उन्हें नहीं देखा। लहरें उसकी अपेक्षा से कमजोर हैं, लेकिन उसने लोगों के गतिरोध को यह सोचकर तोड़ दिया कि आप ऐसा नहीं कर सकते और उसने दूसरों को प्रेरित किया। मुझे शामिल करते हुए।

दूसरा टर्निंग पॉइंट किसके द्वारा एक आविष्कार था MIT . में रे वीस लेकिन उस विचार के बीज पहले मास्को, रूस में मिखाइल गर्टसेनशेटिन और व्लादिस्लाव पुस्टोवोइट से आए थे। रे वीस ने इस तकनीक का आविष्कार किया जिसका हम अब उपयोग करते हैं और यह वेबर की तकनीक से अलग थी। हम इसे इंटरफेरोमीटर ग्रेविटेशनल वेव डिटेक्शन कहते हैं और यह मिरर को आगे और पीछे धकेलने वाली गुरुत्वाकर्षण तरंगों पर आधारित है। आप अधिकांश दर्पणों को लेजर बीम से मापते हैं।

वीस ने इसका आविष्कार किया और फिर उन्होंने शोर के उन सभी प्रमुख स्रोतों का विश्लेषण किया जिनका आपको सामना करना पड़ेगा और वर्णन किया कि उनसे कैसे निपटें। 1972 में, उन्होंने इस तरह के डिजाइन के साथ आगे बढ़ने के लिए एक खाका प्रदान किया। यह एक ऐसा खाका था जिसे विभिन्न तरीकों से संशोधित किया गया था लेकिन बहुत ज्यादा नहीं। यह वास्तव में एक ऐसा डिज़ाइन था जो इसे करने के तरीके के लिए एक मार्गदर्शक के रूप में दशकों तक समय की कसौटी पर खरा उतरा। वह सबसे बड़ा टर्निंग पॉइंट था।

यह काफी दिलचस्प है क्योंकि रे एक विनम्र व्यक्ति हैं और उनका विचार था कि उन्हें इसे नियमित साहित्य में तब तक प्रकाशित नहीं करना चाहिए जब तक कि उन्हें गुरुत्वाकर्षण तरंगों की खोज नहीं हो जाती। इसलिए उन्होंने यह पेपर लिखा है कि मुझे लगता है कि यह अब तक का सबसे शक्तिशाली तकनीकी पेपर है। उन्होंने इसे लिखा और इसे एक आंतरिक एमआईटी रिपोर्ट श्रृंखला में प्रकाशित किया। यह मेरे जैसे लोगों के लिए आसानी से उपलब्ध था जो इस विषय में रुचि रखते थे। आपको इसकी तलाश में जाना पड़ा क्योंकि यह नियमित साहित्य में उपलब्ध नहीं था।

इस क्षेत्र के लिए अब आगे क्या है कि गुरुत्वाकर्षण तरंगों का पता चला है?

खैर ये तो बस शुरुआत है। जब गैलीलियो ने पहली बार आकाश पर अपने ऑप्टिक टेलीस्कोप को प्रशिक्षित किया और आधुनिक ऑप्टिकल खगोल विज्ञान खोला, तो वह ब्रह्मांड से बाहर विद्युत चुम्बकीय खिड़कियों में से पहला था: प्रकाश। हम 'विंडो' वाक्यांश का उपयोग कुछ ऐसी तकनीकों के लिए करते हैं जिनका उपयोग हम एक निश्चित तरंग दैर्ध्य क्षेत्र के साथ विकिरण देखने के लिए करते हैं। १९४० के दशक में, रेडियो खगोल विज्ञान का जन्म हुआ—प्रकाश के बजाय रेडियो तरंगों को देखना। 1960 के दशक में, एक्स-रे खगोल विज्ञान का जन्म हुआ। 1970 के दशक में, गामा-किरण खगोल विज्ञान का जन्म हुआ। इन्फ्रारेड खगोल विज्ञान भी 1960 के दशक में पैदा हुआ था।

जल्द ही हमारे पास ये सभी अलग-अलग खिड़कियां थीं जो सभी विद्युत चुम्बकीय तरंगों के साथ दिखती थीं लेकिन विभिन्न तरंग दैर्ध्य के साथ। ब्रह्मांड प्रकाश की तुलना में रेडियो टेलीस्कोप और एक्स-रे टेलीस्कोप के माध्यम से बहुत अलग दिखता है। गुरुत्वाकर्षण तरंग खगोल विज्ञान के साथ भी यही हो रहा है।

क्या ब्रह्मांड का पता लगाने के लिए गुरुत्वाकर्षण तरंगों का इस्तेमाल किया जाएगा?

यही हम अभी कर रहे हैं। हम इसे अभी LIGO में कर रहे हैं। हमने दो टकराने वाले ब्लैक होल की खोज की घोषणा की है। और भी बहुत कुछ होगा और हम कई अन्य प्रकार की घटनाएँ देखेंगे लेकिन हम उन्हें केवल गुरुत्वाकर्षण तरंगों के साथ देख रहे हैं जिनमें दोलन की एक निश्चित अवधि होती है। कुछ मिलीसेकंड की अवधि। हम, अगले 20 वर्षों के भीतर, गुरुत्वाकर्षण तरंगें देखेंगे जिनमें घंटों की अवधि होती है।

लिविंगस्टन, लुइसियाना (बाएं) में एलआईजीओ प्रयोगशाला का उपयोग दो ब्लैक होल (सचित्र दाएं) की टक्कर से निकलने वाली गुरुत्वाकर्षण तरंगों का पता लगाने के लिए किया गया था।क्रेडिट: LIGO

अंतरिक्ष में उड़ने वाले एलआईजीओ के समान डिटेक्टरों के साथ, हम शायद अगले 5 वर्षों में गुरुत्वाकर्षण तरंगों को देखेंगे जो रेडियो खगोल विज्ञान से एक तकनीक का उपयोग करते हुए वर्षों तक फैली हुई हैं, जिसमें हम पल्सर कहते हैं।

हम शायद अगले 5 वर्षों के भीतर देखेंगे - निश्चित रूप से अगले 10 वर्षों में, गुरुत्वाकर्षण तरंगें, जिनकी अवधि लगभग ब्रह्मांड की आयु जितनी लंबी होगी। पैटर्न के माध्यम से वे आकाश में बनाते हैं जिसे हम कॉस्मिक माइक्रोवेव बैकग्राउंड कहते हैं।

हम अगले 20 वर्षों के भीतर चार अलग-अलग गुरुत्वाकर्षण तरंग खिड़कियां खोलेंगे और उनमें से प्रत्येक को कुछ अलग दिखाई देगा। हम इसके साथ ब्रह्मांड के जन्म की जांच करेंगे। ब्रह्मांड का तथाकथित 'मुद्रास्फीति युग'। हम मौलिक शक्तियों के जन्म और वे कैसे अस्तित्व में आए, इसकी जांच करेंगे। हम उन्हें गुरुत्वाकर्षण तरंगों का उपयोग करके ब्रह्मांड के शुरुआती क्षणों में पैदा होते देखेंगे। हम ब्लैक होल को टकराते हुए देखेंगे जो हम अभी कर रहे हैं लेकिन विशाल ब्लैक होल टकराते हैं। हम तारों को ब्लैक होल से टूटते हुए देखेंगे।

हम उन चीजों की एक शानदार श्रृंखला देखेंगे जिन्हें हमने पहले कभी नहीं देखा है और यह सदियों तक चलेगा क्योंकि ऑप्टिकल खगोल विज्ञान सदियों से चला आ रहा है। यह तो एक शुरूआत है।

आपने क्रिस्टोफर नोलन के साथ काम किया और पॉल फ्रैंकलिन विज्ञान और दृश्यों का निर्माण करने के लिए पीछे - पीछे तारे के बीच का। फिल्म गर्गेंटुआ में ब्लैक होल कितना सटीक था?

यह सबसे सटीक प्रतिनिधित्व है जो एक हॉलीवुड फिल्म में दिखाई दिया है। ओलिवर जेम्स, जो मुख्य वैज्ञानिक हैं पॉल फ्रैंकलिन की कंपनी दोहरा नकारात्मक , मेरे कुछ आग्रह के साथ इमेजिंग करने का एक नया तरीका ईजाद किया। यह उन छवियों का निर्माण करता है जो उस अर्थ में अधिक चिकनी और अधिक सटीक होती हैं। आईमैक्स मूवी के लिए आपको यही चाहिए।

हमने तकनीकों के एक नए सेट का उपयोग किया, लेकिन तकनीकों के एक पुराने सेट का उपयोग करते हुए, खगोल वैज्ञानिक 1980 में वापस जाने वाले गर्गेंटुआ की छवि जैसी छवियों का निर्माण कर रहे हैं। यह पहली बार फ्रांस में जीन-पियरे ल्यूमिनेट द्वारा किया गया था। गर्गण्टुआ से मिलते-जुलते ब्लैक होल की छवियां हैं लेकिन आपने उन्हें खगोल भौतिकी साहित्य में शायद ही कभी देखा हो। यह ऐसा कुछ नहीं है जिसे खगोलविद वास्तव में अपनी दूरबीनों से देखते हैं।

फिल्म इंटरस्टेलर में चित्रित काल्पनिक ब्लैक होल गर्गेंटुआ।(क्रेडिट: वार्नर ब्रदर्स)

यह उच्चतम रिज़ॉल्यूशन संस्करण, सबसे सम्मोहक संस्करण और सबसे मनोरम संस्करण है। लेकिन सटीक चित्रण पहले खगोल भौतिकीविदों द्वारा किया गया है।

फिल्म में, प्रोफेसर ब्रांड बताते हैं कि जब तक कूपर अपनी अंतरतारकीय यात्रा से वापस आता है, तब तक वह गुरुत्वाकर्षण की समस्या को हल कर चुका होता। वह समस्या क्या थी?

फिल्म में, पृथ्वी जैविक रूप से मर रही है और केवल कुछ मिलियन लोग बचे हैं। प्रोफेसर ब्रांड और उनके साथ काम करने वाले लोगों की खोज यह पता लगाना है कि क्या अंतरिक्ष कॉलोनियों में उन शेष लोगों को पृथ्वी से उठाना संभव है। उनके पास ऐसा करने की रॉकेट शक्ति नहीं थी। उनके पास पृथ्वी पर अंतरिक्ष कालोनियों का निर्माण करने की शक्ति थी, लेकिन उन्हें उठाने के लिए रॉकेट की शक्ति नहीं थी।

फिल्म में, गुरुत्वाकर्षण संबंधी विसंगतियाँ हैं जो काफी अचानक हुई हैं और गुरुत्वाकर्षण के बारे में यह अजीबता जो होने लगी है, ने प्रोफेसर ब्रांड को सुझाव दिया कि गुरुत्वाकर्षण को नियंत्रित करना या उसके व्यवहार को बदलना संभव हो सकता है।

वह जो करना चाहता था, वह पृथ्वी के गुरुत्वाकर्षण खिंचाव को काफी देर तक कम करना चाहता था ताकि हमें उठाने के लिए छोटी रॉकेट शक्ति का उपयोग किया जा सके। तब मुद्दा यह सीख रहा था कि इन विसंगतियों का दोहन कैसे किया जाए। आप मर्फ़ के बेडरूम में विसंगति का एक उदाहरण देखते हैं - धूल का गिरना पैटर्न। क्या आप इन विसंगतियों का दोहन कर सकते हैं और वास्तव में पृथ्वी के गुरुत्वाकर्षण को कम कर सकते हैं?

अंतरतारकीय यात्रा से मानवता कितनी दूर है?

मुझे लगता है कि हम ऐसा करेंगे, लेकिन लगभग तीन शताब्दियों से कम में नहीं। यह बहुत ही कठिन है।

आप इसे कैसे कर सकते हैं, इसके लिए विचार हैं, आम तौर पर लोगों को अंतरिक्ष कॉलोनियों में रखना शामिल है जो पीढ़ियों तक चलते हैं। ऐसे प्रणोदन विचार हैं जो लोगों के पास हैं जो मुझे लगता है कि यह मनुष्य द्वारा चार में से तीन शताब्दियों में प्राप्त किया जाएगा।

ऑस्कर विजेता दृश्य प्रभाव कलाकार के साथ हमारा साक्षात्कार पढ़ें तारे के बीच का , पॉल फ्रेंकलिन.

रॉबिन सीमांगल नासा और अंतरिक्ष अन्वेषण की वकालत पर केंद्रित है। उनका जन्म और पालन-पोषण ब्रुकलिन में हुआ था, जहाँ वे वर्तमान में रहते हैं। उसे ढूंढें instagram अधिक स्थान से संबंधित सामग्री के लिए: @not_gatsby।