५ कोटी प्रकाशवर्ष दूर असूनही ‘ब्लॅक होल’ शास्त्रज्ञांना दिसलं कसं? जाणून घ्या..
आमचे सर्व लेख मिळवण्यासाठी फॉलो करा : फेसबुक | ट्विटर | इंस्टाग्राम
===
लेखक : केदार मराठे
===
अगदी अलीकडे “ऐतिहासिक” वगैरे म्हणावी अशी एक घटना घडली. पृथ्वीवरच्या ८ रेडिओ दुर्बीणी आपल्यापासून जवळजवळ ५० मिलियन (५ कोटी) प्रकाशवर्षं लांब असणाऱ्या एका कृष्णविवरावर रोखल्या गेल्या आणि या कृष्णविवराचा ‘फोटो’ त्यांनी पृथ्वीवासीयांसमोर सादर केला.
या सगळ्या मोहिमेत या ८ दुर्बिणींचं काम महत्वाचं आहेच, पण त्याहूनही जास्त महत्वाचं काम हे एका भयंकर हुशार अशा एका कम्युटर अल्गोरिदमचं आहे. या एकंदरीत सगळ्याच प्रकरणाचा हा सोप्या भाषेतला आढावा!
मुळात रेडिओ दुर्बीण हा काय प्रकार आहे?
अवकाशातल्या अनेक गोष्टी या सतत काही ना काही रेडिएशन बाहेर टाकत असतात. हे रेडिएशन दर वेळेस आपल्याला दिसेल अश्या वेव्हलेन्थचं असेलच असं नाही.
कधी ते एक्स-रेजच्या स्वरूपात असतं तर कधी रेडिओ वेव्ह्जच्या स्वरूपात. (पृथ्वीवर आपण मोबाईल-फोनच्या कम्युनिकेशनसाठी या अशाच रेडिओ वेव्ह्ज वापरतो. अशा म्हणजे अवकाशातून आलेल्या नव्हे; तर या वेव्ह्ज आपण खास इलेक्ट्रॉनिकली तयार केलेल्या असतात) या अवकाशातल्या रेडिओ वेव्ह्ज कॅप्चर करण्याचं काम या रेडिओ दुर्बीणी करतात.
वर सांगितलं तसं या रेडिओ वेव्ह्ज आपल्या डोळ्यांना दिसत नाहीत; त्यामुळे अवकाशातल्या एखाद्या गोष्टीची रेडिओ दुर्बीणीनी घेतलेली इमेज, ही त्याच गोष्टीच्या आपल्याला डोळ्याला दिसणाऱ्या इमेजपेक्षा बरीच वेगळी असू शकते.
या इमेजेस जनरली ब्लॅक अँड व्हाईटच असतात; मात्र त्यातल्या शेड्स जास्त उठून दिसाव्यात म्हणून त्या नंतर वेगवेगळ्या रंगात रंगवल्या जातात.
नेटवर जनरल ‘रेडिओ टेलिस्कोप इमेजेस’ असं सर्च केलं की ज्या रंगीबेरंगी इमेजेस येतात, त्या अशाच नंतर ग्रे-शेड्स मधला फरक कळावा म्हणून ब्राईटली कृत्रिम रंगात रंगवलेल्या असतात.
सध्या बातम्यांमध्ये फिरणारी कृष्णविवराची इमेज, हीदेखील रेडिओ इमेजच असून, ती अशीच कृत्रिम रंगात रंगवलेली आहे. ही इमेज घेण्यासाठी ८ दुर्बीणी का लागल्या?
हे समजून घ्यायचं तर मुळात रिझोल्युशन म्हणजे काय हे आपल्याला समजून घ्यावं लागेल.
कल्पना करा की तुम्ही उगाचच, विनाकारण, जनरल घरात बसून तुमच्याच घराच्या भिंतीकडे पाहत आहात. त्या भिंतीवर एक बारीकशी मुंगी आहे. तर आता तुम्ही बसला आहात त्या ठिकाणाहून तुम्हाला ती मुंगी दिसेल का नाही, हे कशावरून ठरेल?
दोन गोष्टींवरून. एक म्हणजे त्या मुंगीचा आकार, आणि दुसरं म्हणजे तुमचं भिंतीपासूनचं अंतर.
वरवर पाहिलं तर यात समजायला काहीच अवघड नाही. म्हणजे मुंगीचा आकार जितका लहान तितकी ती दिसणं अवघड, आणि तसंच, तुम्ही स्वतः जितके लांब, तितकीही ती दिसणं अवघडंच. पण आता हे सगळं गणितात कसं मोजायचं?
कल्पना करा की तुम्ही सुरुवातीला भिंतीच्या अगदी जवळ उभे आहात आणि त्यामुळे अर्थातच तुम्हाला मुंगी अगदी स्पष्ट दिसतीये. आता तुम्ही हळूहळू मागे मागे सरकू लागलात तर काय होईल? मुंगी हळूहळू अंधुक होत जाईल आणि शेवटी एक वेळ अशी येईल, की तुम्हाला ती मुंगी दिसायचं बंद होईल.
समजा हे अंतर, जिथे आल्यावर तुम्हाला मुंगी दिसायचं बंद झालं, ते भिंतीपासून १० फूट आहे; आणि मुंगीचा आकार हा १ सेंटीमीटर आहे, तर तुमच्या डोळ्याचं रिझोल्युशन हे १० फुटांवरून, १ सेंटीमीटर इतकं झालं.
हे थोडं आणखी रिगरस करायचं तर असं म्हणता येईल की तुमच्यापासून १० फूट लांब एखादी वस्तू असेल, आणि तिच्यावरचे कुठलेही २ बिंदू तुम्ही विचारात घेतलेत, तर त्या २ बिंदूंमधलं अंतर हे १ सेंटीमीटरहून जास्त असेल, तरच हे २ बिंदू तुम्हाला वेगवेगळे, स्वतंत्र दिसतील.
आकाशाकडे रोखलेल्या रेडिओ दुर्बिणींचही असंच असतं. या दुर्बिणी म्हणजे एक प्रकारचा डोळाच; त्यामुळे त्यांनाही हे लिमिट आहेच.
या दुर्बिणींच्या बाबतीत, त्यांचा आकार, किंवा व्यास जितका मोठा, तितकं त्यांचं रिझोल्युशन जास्त, असा फंडा असतो. आपल्या उदाहरणात पाहायचं तर भिंतीपासून दहा फुटांवर उभं असताना तुमचा डोळा अचानक दुप्पट मोठा झाला, तर त्याचं रिझोल्युशनही साधारण दुपटीने वाढेल.
म्हणजे नक्की काय होईल? तर आता या ठिकाणाहून, तुमचा डोळा अर्ध्या सेंटीमीटर आकाराची मुंगीही पाहू शकेल!
हे सगळं झालं रिझोल्युशनच्या बाबतीत. वर सांगितलं तसं आपल्याला जे ब्लॅक होल पाहायचं होतं ते आपल्यापासून ५० मिलियन प्रकाशवर्ष लांब आहे.
त्याच्याइतक्या आकाराचं काहीतरी इतक्या लांबून पाहणं, हे इथे बसून चंद्रावर ठेवलेलं एखादं संत्र पाहण्यासारखं आहे! (नेटवरच्या जवळजवळ प्रत्येक आर्टिकलमध्ये हे असं लिहिलेलं तुम्हाला सापडेल) आता हे असलं काहीतरी करायचं म्हणजे त्याला लागणाऱ्या रेडिओ दुर्बीणीचं रिझोल्युशन हे प्रचंडच असायला हवं.
दुर्बीणीचा आकार जितका मोठा, तितकं तिचं रिझोल्युशन जास्त, हे आपण वर पाहिलंच. या केसमध्ये मात्र जवळजवळ पृथ्वीच्याच आकाराची दुर्बीण घेतल्याशिवाय हे ब्लॅक होल दिसणं शक्य नव्हतं; आणि इतकी मोठी दुर्बीण अर्थातच आपल्याकडे नाही.
मग यावर उपाय काय? अशा वेळेस शास्त्रज्ञ इंटरफेरोमीट्री नावाचं एक टेक्निक वापरतात.
ही इंटरफेरोमीट्री सगळी इथे समजावून सांगणं शक्य नसलं, तरी खूप थोडक्यात सांगायचं झालं, तर असं की समजा तुम्ही पृथ्वीवरच्या २ रेडिओ दुर्बीणी अवकाशातल्या एकाच गोष्टीकडे रोखल्या; आणि त्या दोन्ही दुर्बिणींनी पकडलेले सिग्नल्स एकत्र प्रोसेस केले तर इफेक्टीव्हली तयार होणारी इमेज ही त्या दोन्ही दुर्बिणींच्या रेझोल्यूशनपेक्षा जास्त रेझोल्यूशनची असते.
म्हणजे समजा ह्या दोन दुर्बीणी एकमेकांपासून १ किलोमीटर लांब असतील, आणि आपण या दोघींचे सिग्नल्स एकत्र केले तर आपल्याला जवळजवळ १ किलोमीटर व्यासाच्या भल्यामोठ्या दुर्बीणीइतकं रेझोल्यूशन मिळेल!
पण हे इतकं सोपं नसतं. कल्पना करा की तुम्ही एक लांबवरचा डोंगर एका दुर्बीणीने पाहत आहात. तुमची सध्याची दुर्बीण लहान असल्याने तुम्हाला डोंगराचा ओव्हरऑल शेप दिसला, तरी त्यावरची झाडं, इत्यादी काहीच दिसत नाहीये.
आता समजा तुम्ही दुसरी आणखी एक दुर्बीण वापरणं चालू केलंत. आता, या दोन दुर्बीणी एकमेकांपासून जितक्या लांब असतील, तितकं तुम्हाला डोंगरावरची झाडं, झाडावरची पानं वगैरे दिसायला लागतील; आणि या दुर्बीणी जवळजवळ आणत गेलं तर पानं, झाडं वगैरे हळूहळू दिसेनाशी होऊन पुन्हा डोंगराचा ओव्हरऑल शेप दिसू लागेल.
मात्र यात गोची अशी, की मी दुर्बीणी खूप लांब ठेवल्या, तर मला बारीक बारीक गोष्टी, म्हणजे झाडं, पानं, इत्यादी दिसतील; पण मूळ डोंगराचा शेपच धड दिसणार नाही (हे म्हणजे कॅमेऱ्यावर खूप मोठी झूम लेन्स लावल्यासारखं झालं), आणि जवळ ठेवल्या तर उलटं.
हे असं होणंही चांगलं नाही. मग अशा वेळेस शास्त्रज्ञ दोनहून अधिक दुर्बीणी वापरतात.
असं केल्यामुळे नक्की होतं काय हे आपण हळूहळू समजावून घेऊ. समजा मी ३ दुर्बीणी वापरायचं ठरवलं. त्यांना आपण अ, ब, आणि क अशी नावं देऊ. या ३ दुर्बिणींमुळे आता आपल्याला ३ वेगळीवेगळी अंतरं मिळतील.
म्हणजे अ-ब, ब-क, आणि अ-क. आता यातलं जे अंतर सर्वात जास्त असेल, त्या अंतरावर या ३ दुर्बिणींच्या ओव्हरऑल इमेजचं रिझोल्युशन ठरेल. मग मी काय करीन? तर अ आणि ब या दुर्बिणी बर्यापैकी जवळ ठेवीन, आणि क दुर्बीण या दोघांपासून जरा लांब ठेवीन.
त्यामुळे होईल असं की अ – ब, ही सिस्टिम मला ब्रॉड, मोठ्या गोष्टी दाखवेल, आणि अ-क ही सिस्टिम मला बारीक बारीक, लहान गोष्टी दाखवेल. मग शेवटी मी या दोन्ही सिस्टिम्सच्या इमेजेस एकत्र करीन, आणि एकच समग्र इमेज बनवीन.
सो फार सो गुड. आता भयंकर लांबचं हे ब्लॅक होल पाहण्यासाठी आपण ८ दुर्बीणी का वापरल्या हे तुमच्या लक्षात येऊ लागलं असेल.
त्यातल्या दोन दुर्बिणी एकमेकांपासून इतक्या लांब आहेत, की या दोघांच्या सिस्टिमचं रेझोल्यूशन हे खरंच पृथ्वीच्या आकाराच्या दुर्बिणीच्या रेझोल्यूशनइतकं आहे!
पण अजूनही यात एक गोची आहे. या अशा एका मोठ्या दुर्बिणीऐवजी दोन लहान दुर्बीणी वापरणं हे खरं तर अप्रॉक्सिमेशनच आहे. म्हणजे अशा अर्थाने की ही सिस्टिम फक्त आपलं रिझोल्युशन वाढवते, स्कोप नाही!
म्हणजे जे काही दिसेल ते बारीक बारीक दिसेल, पण दुर्दैवाने सगळं दिसणार नाही! सगळं कधी दिसेल? जर खरंच पृथ्वीच्या आकाराची डिश आपण दुर्बीण म्हणून वापरली तर!
हा इश्यू सोडवण्यासाठी मी सगळ्यात पहिल्या परिच्छेदात नमूद केलेला एक हुशार कम्युटर अल्गोरिदम आपल्याला मदत करेल. हा अल्गोरिदम नक्की काय करतो? तर एखाद्या इमेजचे थोडेसे तुकडे त्याला इनपुट म्हणून दिले, तर तो संपूर्ण इमेज कशी दिसत असेल याचा गेस मारतो.
आपल्या केसमध्ये आपण ८ दुर्बिणी एका ब्लॅक-होल वर रोखलेल्या आहेत. आपल्या इंटरफेरोमीट्री टेक्निकमुळे आपलं त्याच्याकडे पाहण्याचं रिझोल्युशनही चांगलं आहे, मात्र प्रत्यक्षात प्रचंड मोठी डिश आपल्याकडे नसल्याने, प्रत्येक दुर्बिणीला त्या ब्लॅक-होलचा एकेक लहान तुकडाच सध्या दिसतोय.
म्हणूनच सध्या बातम्यांमध्ये फिरणारी इमेज ही प्रत्यक्ष दिसलेली इमेज नसून, याच अल्गोरिदमने गेस केलेली इमेज आहे.
मग त्या अल्गोरिदमचा हा गेस नक्की बरोबरच आहे कशावरून? याचं उत्तर वाटतं तितकं सोपं नाही.
हे समजून घेण्यासाठी आपण एक थॉट एक्स्पेरिमेंट करूयात. समजा आपण काही दुर्बिणी वापरून एका शर्टाकडे पाहतोय; आणि सध्या मी ज्याच्याकडे माझ्या दुर्बिणी रोखलेल्या आहेत, ती गोष्ट शर्ट आहे हे मला माहीत आहे. (हे वाक्य एकदा नीट वाचा).
अर्थातच, तो शर्ट लांब असल्याने मला तो सगळ्याचा सगळा दिसत नाहीये; तर फक्त त्याची बाही आणि गळा इतकंच दिसतंय. मग आता मी या तुकड्यांवरून पूर्ण शर्ट कसा दिसत असेल हे कसं ओळखू शकतो?
मी त्याची बाही नीट पाहीन. मला त्यावर निळ्या आणि लाल रंगाच्या स्ट्रिप्स दिसत आहेत. गळा टी-शेपचा आहे. यावरून मी अंदाज बांधू शकतो; की हा निळ्या आणि लाल रंगाच्या स्ट्रिप्स असणारा एक टी-शर्ट आहे. हा अंदाज मी कसा लावला? तर अर्थातच माझ्या अनुभवावरून.
माझा अनुभव मला काय सांगतो, तर बाहीवर जे डिझाईन आहे, तसंच डिझाईन शर्टाच्या मूळ बॉडीवर असण्याची शक्यता खूप जास्त आहे, आणि टी-शेपच्या गळ्यामुळे या शर्टाला गुंड्या असण्याची शक्यता खूप कमी आहे. पण हा शेवटी झाला गेसच!
समजा प्रत्यक्षातला तिथला शर्ट हा काहीतरी विचित्र, माझ्या रोजच्या पाहण्यातला नसेल, (म्हणजे समजा त्याला टी-शेपचा गळा, आणि गुंड्या असं दोन्ही असेल) तर माझा हा अंदाज साफ चुकेल.
हे असं का झालं? तर मी माझ्या अनुभवावर खूप जास्त विसंबून राहिलो म्हणून. या ब्लॅक-होल प्रकरणाचंही असंच आहे. मला मुळात हे ब्लॅक-होल कसं दिसतं हे माहीत नाही, पण ते कसं दिसायला पाहिजे हे मला आइनस्टाइनची सूत्र सांगतात.
मग मी तुकड्यांपासून पूर्ण इमेज गेस करताना हे ज्ञान गरजेहून जास्त प्रमाणात वापरलं, तर येणारं उत्तर हे वस्तुस्थितीपेक्षा माझं एक्स्पेक्टेशनच मला दाखवेल. असं होणं हे अजिबातच चांगलं नाही.
एक लक्षात घ्या की आइनस्टाइनची सूत्र ही बरोबर आहेत का याचीच टेस्ट घेण्यासाठी आपण ही इमेज बनवत आहोत. मग अशा वेळेस जर आपण पुन्हा ही सूत्र वापरूनच इमेज तयार केली, तर तो बावळट प्रकार होईल.
MITच्या काही संशोधकांनी अनेक तास खर्च करून असा एक जेनेरिक अल्गोरिदम बनवलेला आहे. पूर्ण खरं, आणि प्रामाणिकपणे सांगायचं झालं तर या अल्गोरिदमचं उत्तर आणि खरी इमेज हे खरंच एकसारखे आहेत का, हे आपल्याला कळणं शक्य नाही.
(भविष्यात कधी खरंच पृथ्वीच्या आकाराची दुर्बीण आपण बांधली, तरच हे व्हॅलिडेट करणं शक्य आहे) पण आपण काही टेस्ट्स वापरून आपला कॉन्फिडन्स मात्र नक्कीच बूस्ट करू शकतो.
म्हणजे समजा मी पाहतोय ती गोष्ट शर्ट आहे हे मला माहीत असलं तरी मी या अल्गोरिदमला मुद्दाम खोटं सांगीन की ही खुर्ची आहे. आता त्याला हे कसं सांगायचं? तर मी त्याला खुर्चीचे लाखो फोटोज दाखवीन आणि सांगीन की बघ बुआ, मला वाटतं की हे तुकडे अशा एकाद्या फोटोचे असू शकतात.
आता ही चुकीची हिंट देऊनही जर त्या अल्गोरिदमने फायनल इमेज ही शर्टासारखीच बनवली, तर त्या अल्गोरिदमबद्दलचा आपला कॉन्फिडन्स नक्कीच वाढेल.
असंच समजा मी त्याला झाडांचे फोटो दाखवले, आणि तरी त्याने पुन्हा शर्टासारखं दिसणारं आऊटपुट दिलं तर आपला कॉन्फिडन्स अजून थोडा वाढेल, अँड सो ऑन. आपल्याला सध्या दिसणारी ब्लॅक-होलची इमेज ही अशीच सगळ्या चुकीच्या हिंट्सना पुरून उरलेली इमेज आहे.
म्हणजे आपण त्या अल्गोरिदमला सांगितलं की ही पृथ्वीवरच्या रोजच्या जीवनातलीच एखादीच इमेज आहे, तरी ही अल्गोरिदम ही अशीच इमेज बनवतो, त्याला सांगितलं की ही अवकाशात दिसणारी एखादी गोष्ट आहे (पण ब्लॅक-होल नाही, दुसरं काहीतरी. तारा, धूमकेतू, आकाशगंगा, वगैरे), तरी तो अशीच इमेज बनवतो, आणि फायनली आपण त्याला आपलीच पूर्वीची ब्लॅक-होलची कम्युटराइज्ड इल्युस्ट्रेशन्स दाखवली, तरीही तो अशीच इमेज बनवतो.
हा अल्गोरिदम जर इतका स्टेबल असेल तर याची पाठ थोपटणं क्रमप्राप्तच आहे. तरी अजुनही बऱ्याच जणांना वाटेल की शेवटी ही खरी इमेज नाहीच, जे अतिशय योग्य आहे. ही खरंच खरी इमेज नाही! पण सध्या धिस इज द बेस्ट वी कॅन डू!
या अल्गोरिदमचं काम हे दुर्बिणींच्या कामाहूनही जास्त महत्वाचं आहे हे मी पहिल्याच पॅराग्राफमध्ये म्हणालो. या इतक्या विवेचनानंतर हे वाक्य बऱ्यापैकी क्लिअर झालं असेल अशी माझी अपेक्षा आहे.
आजकाल आर्टिफिशियल इंटेलिजन्स हा जनरल तोंडावर फेकण्याचा शब्द बनलेला आहे. पण हा अल्गोरिदम म्हणजे याचं वन ऑफ द बेस्ट आणि वन ऑफ द मोस्ट चॅलेंजिंग अप्लिकेशन म्हणता येईल.
लेखाच्या शेवटाकडल्या भागात, मानवजात व विज्ञान यावर काहीतरी तत्वचिंतन करण्याची फॅशन असते; पण जर तुही सुरुवातीपासून वाचत वाचत इथवर आला असाल, तर तुम्हाला अर्थातच या सगळ्याची जाणीव आहे; त्यामुळे पुन्हा तेच बोलून टाईमपास करत नाही. थांबतो!
===
आमचे इतर लेख वाचण्यासाठी क्लिक करा: InMarathi.com | आमचे सर्व लेख मिळवण्यासाठी फॉलो करा : फेसबुक | ट्विटर | इंस्टाग्राम Copyright © InMarathi.com | All rights reserved.
