The Big Bang, Black Holes and Gravitational Waves : Dr Ravi Sinha

The Relativity Story from Albert Einstein to Penrose and Hawking

The 8th lecture (in Hindi) in the Umang Library popular science series will happen this Sunday, November 8, at 5 PM IST. The series is aimed at creating awareness about science in the Hindi belt of India. This coming lecture will be on how the cosmos has been turned from being a subject of genesis myths into a playground of hard science in the course of the last one hundred years.

Abstract:

The Big Bang, Black Holes and Gravitational Waves

The Relativity Story from Albert Einstein to Penrose and Hawking

  • Ravi Sinha

 This year’s Nobel Prize in Physics was awarded to Roger Penrose for his 1965 proof that Black Holes are inevitable consequences of Einstein’s General Theory of Relativity. He shared the prize with two other physicists who discovered the super-massive Black Hole at the centre of our own galaxy. In 2017 the Physics Nobel had been awarded to three physicists, including Kip Thorne, who had successfully led the efforts to discover the gravity waves predicted by Einstein’s theory. Exactly a century after their prediction, Gravitational Waves were detected for the first time on September 14, 2015 when they arrived on earth 1.3 billion years after their creation in the merger of two black holes far away.

Indirect evidence for gravitational waves had been seen in the 1974 discovery of the Hulse-Taylor pulsar named after the two physicists who won the 1993 Physics Nobel for their discovery. The study of evolution of massive stars and Black Holes had been pioneered by Subramanian Chandrasekhar who had discovered the Chandrasekhar Limit. He won the Nobel Prize in 1983, a full 50 years after his stunning prediction about the upper limit of the mass of white dwarf stars. He had done his initial calculations as a 19 year old student in 1930 while on a ship from India to England.

During 1965-70, the legendary physicist, Stephen Hawking, extended the Penrose theorem to prove that the Big Bang origin of the expanding universe is another inevitable consequence of the General Theory of Relativity. A telltale signature of the Big Bang had been discovered in 1965 when two physicists in Princeton, Penzias and Wilson, had accidently discovered the Cosmic Microwave Background Radiation, winning the 1978 Physics Nobel for their discovery.

It is a curious fact of history that Einstein was sceptical of these spectacular predictions of   his own theory. When, in 1916, Karl Schwarzschild found the first exact solution of Einstein’s equations that include Black Hole solutions, Einstein considered them as mere mathematics not realizable in Nature. When his equations predicted an expanding universe that eventually led to the concept of the Big Bang, he tempered with the equations to artificially produce a static universe. He predicted gravitational waves just a year after completion of the General Theory, but also predicted that they would never be detected. Dirac once said that the Dirac Equation was far smarter than Dirac. This aphorism applies even more forcefully to Albert Einstein.

In this lecture we will tell the story that started with Einstein and led to Penrose, Hawking and many others. It started when little was known about the Universe beyond our own galaxy. It has now arrived where the entire cosmos containing no less than a hundred billion galaxies has become a playground for our equations and our machines.

बिग बैंग, ब्लैक होल्स, और गुरुत्व-तरंगें

रिलेटिविटी की कहानी – आइन्स्टाइन से पेनरोज़ और हॉकिंग तक

  • रवि सिन्हा 

इस साल का भौतिकी का नोबेल पुरस्कार रॉजर पेनरोज़ को यह साबित करने के लिए दिया गया कि ब्लैक होल्स आइन्स्टाइन की जनरल थियरी ऑफ़ रिलेटिविटी के अनिवार्य परिणाम हैं. यह काम उन्होंने सन 1965 में किया था. पेनरोज़ के साथ दो और भौतिक शास्त्री भी इस साल के नोबेल विजेता हैं जिन्होंने हमारी अपनी आकाशगंगा के केंद्र में एक अत्यन्त विशाल ब्लैक होल ढूंढ निकाला था. तीन साल पहले सन 2017 का फ़िज़िक्स नोबेल किप थॉर्न समेत तीन भौतिकशास्त्रियों को गुरुत्व तरंगों की खोज के लिए मिला था. जनरल थियरी ऑफ़ रिलेटिविटी के प्रतिपादित होने के ठीक एक शताब्दी बाद 14 सितम्बर 2015 को पृथ्वी पर वो गुरुत्व तरंगें पहुँची थीं जिनका जन्म ब्रह्माण्ड के दूसरे छोर पर अब से 1.3 अरब वर्ष पहले दो विशाल ब्लैक होल्स के एक दूसरे  के द्वारा निगल लिए जाने के क्षण में हुआ था.

गुरुत्व तरंगों के अप्रत्यक्ष प्रमाण सन 1974 में मिले थे जब हल्स और टेलर नाम के दो खगोलशास्त्रियों ने उस पल्सार की खोज की थी जिसे अब हल्स-टेलर पल्सार कहा जाता है. इस खोज के लिए उन दोनों को 1993 का फ़िज़िक्स नोबेल दिया गया था. विशाल तारों के विकास-क्रम और ब्लैक होल्स के खगोलीय उद्भव का अध्ययन सुब्रमण्यन चन्द्रशेखर ने सन 1930 में शुरू किया था जब मात्र 19 वर्ष की उम्र में भारत से इंग्लैण्ड जाते हुए समुद्री जहाज पर उन्होंने भारी तारों लिये “चन्द्रशेखर लिमिट” की गणना की थी. पूरी आधी सदी के बाद सन 1983 का फ़िज़िक्स नोबेल उन्हें इसी काम के लिए दिया गया था.

दूसरी तरफ़ प्रख्यात भौतिकशास्त्री स्टीफेन हॉकिंग ने 1965-70 के दौरान पेनरोज़ के थियरम का विस्तार करते हुए यह प्रमाणित किया कि बिग बैंग के साथ ब्रह्माण्ड की शुरुआत आइन्स्टाइन की जनरल रिलेटिविटी का ही एक अनिवार्य परिणाम है. बिग बैंग के साफ़ सबूत तब मिले थे जब प्रिन्सटन के दो भौतिकशास्त्रियों ने 1965 में अकस्मात यह खोज लिया कि पूरा ब्रह्माण्ड एक माइक्रोवेव रेडिएशन में नहाया हुआ है. इस खोज के लिये उन्हें सन 1978 का फ़िज़िक्स नोबेल प्राप्त हुआ था.

इतिहास की यह एक विडम्बना ही कही जायेगी कि अपनी ही थियरी की इन हैरतअंगेज़ भविष्यवाणियों पर आइन्स्टाइन को अक्सर संदेह रहा. जब 1916 में कार्ल श्वार्ज़शाइल्ड ने जनरल थियरी के समीकरणों का गणितीय समाधान पहली बार प्रस्तुत किया जिसमें ब्लैक होल्स की धारणा निहित थी तो आइन्स्टाइन ने इसे अच्छा गणित तो माना लेकिन इसके भौतिक महत्व से इन्कार किया. जब जनरल थियरी के समीकरणों ने फैलते ब्रह्माण्ड की भविष्यवाणी की जिसमें बिग बैंग की अवधारणा निहित थी तो उन्होंने अपने ही समीकरणों से छेड़छाड़ की और ज़बरदस्ती उनसे स्थिर और स्थायी ब्रह्माण्ड निगमित करने के प्रयास किये. उन्होंने 1916 में ही गुरुत्व तरंगों की भविष्यवाणी की लेकिन साथ में यह भी जोड़ दिया कि उन्हें कभी भी देखा नहीं जा सकेगा. डिराक ने एक बार कहा था कि डिराक-इक्वेशन डिराक से अधिक बुद्धिमान है. आइन्स्टाइन पर यह बात और भी ज़ोर से लागू होती है.

इस व्याख्यान में आइन्स्टाइन से पेनरोज़ और हॉकिंग तक की वह कहानी कही जायेगी जिसमें अन्य महारथियों का वर्णन भी होगा. जब यह कथा शुरू हुई थी तो वह बीसवीं सदी की शुरुआत थी. तब हमें अपनी आकाशगंगा से आगे कुछ भी पता नहीं था. सौ सालों के अन्दर ही विज्ञान अब वहाँ पहुँच गया है जहाँ बिग बैंग और ब्लैक होल्स कल्पना मात्र नहीं रह गये और समूचा ब्रह्माण्ड ही हमारे समीकरणों और हमारी मशीनों की गिरफ़्त में आ गया है. उनके खेल का मैदान बन गया

2 thoughts on “The Big Bang, Black Holes and Gravitational Waves : Dr Ravi Sinha”

  1. I k.l dua.e,mail add. duakrishanlal@gmail.com. has propounded the theory of Aether,once abondond by Einstein..The theory as well as the anticipted practical aspects ,not onlyexpose the loopholes of our physics and other spaculative concepts of our scientific understanding but substantiate a new concept of Atomic structure itself,thati is supported by the constituents of aether labled as E- kanie (exsistent kanie). This Aethereal science not only gratify the profundities of Aethereal sciences but rectify various absurdities prevailing in various concepts of physics. Apart from this Aethereal science provides us a complete theory with viable evidences regarding The Atman,soul,Ruh or of the socalled consciousness of the entire Livestock.It is a deep rooted science,viable to be established.If given a chance to expose it.Thanks

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