एक खगोलभौतिकविद कृष्ण विवरों के अनुकरण में Codex की मदद कैसे लेते हैं

कृष्ण विवर के आसपास गुरुत्वाकर्षण इतना प्रबल होता है कि पर्याप्त करीब पहुँचने पर कोई भी चीज़, यहाँ तक कि प्रकाश भी, उससे बचकर नहीं निकल सकती. ची-क्वान चान जैसे खगोलभौतिकविद कंप्यूटर अनुकरण और प्रेक्षणों की मदद से कृष्ण विवरों का अध्ययन करते हैं. लेकिन मौजूदा कलनविधियों और गणना क्षमता की सीमाओं के कारण ये अनुकरण वास्तविकता को पूरी तरह नहीं दर्शा पाते.

एरिज़ोना विश्वविद्यालय और स्टीवर्ड वेधशाला के शोधकर्ता चान, Codex की मदद से इस समस्या का हल खोज रहे हैं.

उनका कहना है कि आइंस्टीन के सामान्य सापेक्षता सिद्धांत को परखने के लिए कृष्ण विवर सबसे उपयुक्त जगहों में से हैं. फिलहाल यह सिद्धांत गुरुत्वाकर्षण की हमारी सबसे अच्छी व्याख्या है: गुरुत्वाकर्षण वस्तुओं को एक-दूसरे की ओर खींचने वाला बल नहीं, बल्कि द्रव्यमान और ऊर्जा के कारण दिक्-काल के ताने-बाने में आने वाला वक्रण है.

चान अंतरराष्ट्रीय इवेंट होराइज़न टेलिस्कोप (ईएचटी) सहयोग का हिस्सा हैं, जिसने 2019 में कृष्ण विवर की पहली तस्वीर प्रकाशित की थी. यह दल अब किसी अतिविशाल कृष्ण विवर का पहला वीडियो बनाने के लिए प्रेक्षण जुटा रहा है. इसके लिए वह M87 आकाशगंगा के केंद्र में स्थित कृष्ण विवर पर ध्यान केंद्रित कर रहा है. 

लेकिन प्रेक्षणों से वैज्ञानिक समझ विकसित करने के लिए भारी मात्रा में आँकड़ों का प्रसंस्करण, बड़े पैमाने पर कंप्यूटिंग कार्यप्रवाह और ऐसे अनुकरण चाहिए जो ब्रह्मांड की कुछ सबसे चरम भौतिक परिस्थितियों के मॉडल बना सकें.

चूँकि प्रकाश कृष्ण विवर से बाहर नहीं निकल सकता, इसलिए वैज्ञानिक उसके चारों ओर के उस क्षेत्र का अध्ययन करते हैं जिसे घटना क्षितिज कहते हैं. यह वह सीमा है जिसे पार करने के बाद पदार्थ बाहर नहीं निकल सकता. चान ने कहा, “इस सतह को पार करने के बाद वापसी संभव नहीं है.” इस सीमा के ठीक बाहर घूमता पदार्थ प्रकाश उत्सर्जित करता है, जिसे खगोलभौतिकविद देख और माप सकते हैं, और जिसका अनुकरण कर सकते हैं. 

ईएचटी की ओर से 2019 में जारी तस्वीर में घटना क्षितिज के पास चमकते प्लाज़्मा के बीच कृष्ण विवर की छाया दिखाई दी थी. चान ने वे अनुकरण और कंप्यूटिंग उपकरण विकसित करने में मदद की थी, जिनसे दल ने प्रेक्षणों की व्याख्या की. तब से, स्थिर तस्वीरों से वीडियो की ओर बढ़ते हुए, चान और उनके सहयोगी अपने उपकरणों और प्रेक्षण क्षमताओं को लगातार बेहतर बना रहे हैं.

सर्पिल गति की पेचीदा समस्या का समाधान

चान और उनके दल की सबसे बड़ी बाधाओं में से एक है कृष्ण विवरों के आसपास के प्लाज़्मा का मॉडल बनाना. प्लाज़्मा अत्यधिक गर्म पदार्थ है, जो विद्युत आवेश वाले इलेक्ट्रॉनों और आयनों से बना होता है.

कई अनुकरणों में वैज्ञानिक प्लाज़्मा को तरल मानकर गणना सरल कर लेते हैं और जाने-पहचाने समीकरणों से कृष्ण विवर के चारों ओर उसकी गति का मॉडल बनाते हैं. यह तरीका अधिक घनत्व वाले प्लाज़्मा में काफ़ी हद तक कारगर होता है, जहाँ इलेक्ट्रॉन और आयन लगातार एक-दूसरे से टकराते रहते हैं. 

लेकिन चान और उनके सहयोगी जिन अतिविशाल कृष्ण विवरों का अध्ययन कर रहे हैं, उनके पास कुछ क्षेत्रों में प्लाज़्मा इतना गर्म और विरल हो जाता है कि कण शायद ही कभी एक-दूसरे के करीब आते हैं. उन्होंने कहा, “वे एक-दूसरे से लगभग टकराते ही नहीं हैं.” इसके बजाय, कण ज़्यादातर चुंबकीय क्षेत्र रेखाओं के चारों ओर सर्पिल पथ पर घूमते हैं. 

इस व्यवहार का सही मॉडल बनाने के लिए शोधकर्ताओं को उन खरबों इलेक्ट्रॉनों और आयनों की गति का हिसाब रखना पड़ता है, जो कृष्ण विवर के चारों ओर तेज़ी से सर्पिल पथ पर घूमते हैं. मानक अनुकरणों में हर सूक्ष्म घुमाव की गणना करनी पड़ती है, जिसके लिए कंप्यूटरों को समय के बेहद छोटे अंतरालों पर गणना करनी होती है.

नतीजतन, दुनिया के सबसे तेज़ सुपरकंप्यूटर भी अपना अधिकांश समय कणों की इन सूक्ष्म गतियों की गणना में लगा सकते हैं, न कि उस व्यापक व्यवहार के अनुकरण में जिसका वैज्ञानिक वास्तव में अध्ययन करना चाहते हैं.

चान ने कहा, “दशकों से इसके कारण हम कृष्ण विवर के प्लाज़्मा का पूरी तरह यथार्थपरक अनुकरण नहीं कर पा रहे हैं.”

कृत्रिम बुद्धिमत्ता से बेहतर डिजिटल प्रतिरूप बनाना

चान को लगा कि नई गणितीय तकनीकें इनमें से कुछ सीमाओं को पार करने में मदद कर सकती हैं. मूल विचार यह था कि अनुकरण में कणों की गति का हिसाब रखने की गणितीय पद्धति बदल दी जाए, ताकि कंप्यूटर को हर सूक्ष्म सर्पिल गति का सीधे हिसाब न रखना पड़े.

चान ने कहा, “लेकिन सारी गणितीय संभावनाओं को हाथ से गणना करके परखने में बहुत ज़्यादा समय लग जाता.” इसलिए उन्होंने संभावित कलनविधियाँ निकालने और ज्ञात समाधानों से उनकी तुलना करके उन्हें परखने के लिए Codex की मदद ली.

Codex ने कई संभावित तरीके सुझाए, हालाँकि वे सभी सही नहीं थे. चान ने कहा, “लेकिन इसमें कोई परेशानी नहीं है.” “अधिकांश वैज्ञानिक विचार विफल हो जाते हैं. अहम बात यह है कि इन कलनविधियों को परखा जा सकता है. एक कारगर कलनविधि मिल जाए, तो उससे ऐसे अनुकरण संभव हो सकते हैं जो पहले असंभव थे.” 

कुछ कृत्रिम बुद्धिमत्ता प्रणालियाँ अपने निष्कर्षों तक पहुँचने के चरण दिखाए बिना नतीजे दे सकती हैं. लेकिन चान का समूह Codex से ऐसी संख्यात्मक पद्धतियाँ सुझाने और लागू करने का काम लेता है, जिन्हें वे जाँच सकें, परख सकें और भौतिकी के संदर्भ में समझ सकें.

बड़े भाषा मॉडल अब भी गलतियाँ करते हैं, और कई वैज्ञानिक शोध में कृत्रिम बुद्धिमत्ता के इस्तेमाल को लेकर सतर्क रहते हैं. लेकिन चान मानते हैं कि आज की कृत्रिम बुद्धिमत्ता प्रणालियों का सबसे अच्छा उपयोग विज्ञान में हो सकता है, ठीक इसलिए कि वैज्ञानिक विचारों को कठोर परीक्षणों से परखा जा सकता है.

उन्होंने कहा, “हम कोई विचार इसलिए स्वीकार नहीं करते कि वह आइंस्टीन का है, किसी प्रतिभाशाली छात्र का है या किसी कृत्रिम बुद्धिमत्ता मॉडल ने दिया है.” “हम उसे बार-बार परखने के बाद ही स्वीकार करते हैं.”

चान कृत्रिम बुद्धिमत्ता को ऐसा उपकरण मानते हैं जो शोधकर्ताओं को अधिक विचारों की पड़ताल करने, उन्हें तेज़ी से परखने और खोज की रफ़्तार बढ़ाने में मदद कर सकता है. साथ ही, सत्यापन और दोहराए जाने पर समान नतीजे मिलने की कसौटियाँ शोध का आधार बनी रह सकती हैं.

अगर चान जिन तरीकों को Codex के साथ परख रहे हैं वे सफल हुए, तो नई कलनविधियाँ अंततः वैज्ञानिकों को कृष्ण विवरों के चारों ओर खरबों कणों का अनुकरण करने में सक्षम बना सकती हैं. इससे शोधकर्ता भौतिकी के उन पहलुओं का अध्ययन कर सकेंगे जो दशकों से उनकी पहुँच से बाहर रहे हैं.