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क्वांटम फ़िज़िक्स पर ग़लत साबित हुई नोबेल पुरस्कार समिति

लंबे समय से फ़िज़िक्स नोबेल का इंतज़ार कर रहे क्लॉज़र, एस्पेक्ट और ज़ीलिंगर पर दिया गया आधिकारिक बयान फ़िज़िक्स में आगे के शोध पर उनके काम के महत्व को ग़लत तरीक़े से पेश करता है।
Nobel Prize
फ़ोटो साभार: Twitter/@NobelPrize

इस वर्ष भौतिकी का नोबेल पुरस्कार जॉन क्लॉज़र, एलेन एस्पेक्ट और एंटोन ज़िलिंगर को "उलझे हुए फोटॉनों के साथ प्रयोग करने, बेल असमानताओं के उल्लंघन को स्थापित करने  और क्वांटम सूचना विज्ञान में किए गए अनुसंधान" के लिए दिया गया है। उनके प्रयोगों ने क्वांटम यांत्रिकी की नींव का पता लगाया, जो मानवता के लिए ज्ञात परमाणुओं और प्राथमिक कणों का सबसे सटीक सिद्धांत है। उनके द्वारा आज़माई गई प्रायोगिक तकनीकों ने और अधिक प्रयोगों करने और नई तकनीकों के विकास का रास्ता खोला है। उनकी उपलब्धियों की  मान्यता लंबे समय से अपेक्षित थी। पुरस्कार पर दिया गया आधिकारिक बयान, और इसके आस-पास का प्रचार हालांकि भौतिकी में आगे के शोध पर उनके काम के महत्व को गलत तरीके से पेश करता है। आधिकारिक बयान तथाकथित छिपे हुए चर सिद्धांतों के बारे में गलत दावा करता है। पुरस्कार के बारे में समाचार रिपोर्ट ने अल्बर्ट आइंस्टीन और जॉन बेल जैसे भौतिकविदों ने क्वांटम यांत्रिकी की प्रमुख कोपेनहेगन व्याख्या के बारे में उठाए गए सवालों के महत्व को गलत तरीके से प्रस्तुत किया है।

क्वांटम यांत्रिकी के बारी में जानी-अनजानी बातें 

क्वांटम यांत्रिकी की कुछ विशेषताएं हैं जो इसे भौतिकी के अन्य सिद्धांतों से स्पष्ट रूप से अलग करती हैं। सबसे पहले, इसकी औपचारिकता अधिक अमूर्त है। भौतिक विज्ञान के अन्य सिद्धांत वास्तविक गणितीय कामों के संदर्भ में सीधे प्रासंगिक भौतिक मात्राओं का प्रतिनिधित्व करते हैं। इन मात्राओं के मूल्यों और उनके बीच संबंधों को औपचारिकता से सीधे पढ़ा जा सकता है। क्वांटम यांत्रिकी में ऐसा नहीं है। क्वांटम तरंग फ़ंक्शन, जो क्वांटम सिस्टम की स्थिति से मेल खाता है, गणितीय रूप से एक जटिल मात्रा है, और इसकी केवल एक अप्रत्यक्ष भौतिक व्याख्या है।

जैसा कि डेविड बोहम ने दिखाया है कि, क्वांटम औपचारिकता में संभाव्यता आधारित व्याख्या में तरंग फ़ंक्शन का जटिल चरित्र का होना जरूरी है। सिद्धांत और भौतिक वास्तविकता के गणितीय औपचारिकता के बीच की खाई को कोपेनहेगन व्याख्या द्वारा भर दिया गया है,  जिसे नील्स बोह्र, वर्नर हाइजेनबर्ग, मैक्स बोर्न, पॉल डिराक, आदि द्वारा विस्तृत रूप दिया है, जिन्हें क्वांटम यांत्रिकी के संस्थापक पिता के रूप में ताज पहनाया जा सकता है। संस्थापक पिताओं के दूसरे समूह, विशेष रूप से, आइंस्टीन, डेब्रोगली, प्लैंक और कुछ हद तक श्रोडिंगर ने कोपेनहेगन व्याख्या पर गंभीर संदेह जताया था।

क्वांटम यांत्रिकी की अन्य विशिष्ट विशेषता में अवलोकन और मापने की केंद्रीय भूमिका निभाता है। भौतिकी के गैर-क्वांटम सिद्धांत माप की यथार्थवादी समझ के साथ काम करते हैं। ये ऊर्जा, कोणीय संवेग, स्थिति या संवेग जैसी भौतिक प्रणालियों के गुण होते हैं, भले ही कोई माप किया गया हो या नहीं। माप प्रक्रिया इन पूर्व-मौजूदा मूल्यों को खोजती है। मापन के इस यथार्थवादी समझ का एक परिणाम यह है कि माप प्रक्रियाओं और प्रयोगात्मक टिप्पणियों को सैद्धांतिक समझ का अभिन्न अंग नहीं माना जाता है।

प्रायोगिक प्रेक्षणों और मापन का क्वांटम भौतिकी में बहुत अलग स्थान है। एक भौतिक प्रणाली की क्वांटम अवस्थाएँ होती हैं जिनके लिए किसी विशेषता का कोई विशेष मूल्य नहीं होता है। कहा जाता है कि स्थिति में संभाव्यता वितरण होता है जो सभी संभावित अनुमत मूल्यों से मेल खाता है। उदाहरण के लिए, एक इलेक्ट्रॉन के स्पिन के केवल दो मान हो सकते हैं, या तो ऊपर या नीचे। फिर भी, एक इलेक्ट्रॉन इन दोनों मूल्यों से निर्मित अवस्था में मौजूद हो सकता है। जब एक माप किया जाता है, तो केवल उसका एक ही मान निकलता है। चूंकि माप से पहले, इलेक्ट्रॉन स्पिन का यह मान नहीं था, यह ऐसा है जैसे माप प्रक्रिया इस मान को 'सह-निर्मित' करती है। सह-निर्माण की यह प्रक्रिया स्वाभाविक रूप से अनिर्धारित और यादृच्छिक है। एक ही माप उपकरण, एक ही स्थिति पर कार्य करते हुए, अनुमत मानों में से बेतरतीब ढंग से भिन्न मान देता है।

अलग-अलग दिशाओं में यात्रा करने वाले उलझे हुए फोटॉनों का एक दृश्य। छवि सौजन्य physics.aps.org

हालाँकि, यदि पहले माप के तुरंत बाद दूसरा माप लिया जाता है, तो परिणाम हमेशा पहले माप में पाया जाने वाला मान होता है। इसलिए, माप प्रक्रिया प्रणाली की स्थिति पर कार्य करती है और इसे बदलती है। यह शिथिल रूप से कहा जाता है कि मापन प्रक्रिया तरंग फलन को 'संक्षिप्त' कर देती है, विशेषता के सभी संभावित मूल्यों के संभाव्यता वितरण के अनुरूप स्थिति से, वह एक विशेष मूल्य के अनुरूप हो जाती है। माप में इसके पतन से पहले, श्रोडिंगर समीकरण के अनुसार तरंग फ़ंक्शन निश्चित रूप से विकसित होता है। पतन इस सुचारू विकास को बाधित करता है, और सिस्टम को एक यादृच्छिक प्रक्रिया में डाल देता है। हाइजेनबर्ग के अनिश्चितता संबंध, जो इस बात पर कम सीमा लगाते हैं कि मात्राओं के कुछ युग्मों को एक साथ कैसे मापा जा सकता है, इस यादृच्छिकता का परिणाम हैं।

क्वांटम यांत्रिकी की एक और अनूठी विशेषता उलझी हुई स्थिति है जो दो या दो से अधिक परस्पर क्रिया करने वाले कणों से उत्पन्न होती है, और जिसमें दो कणों की विशेषताएँ सहसंबद्ध होती हैं और उन्हें एक दूसरे से अलग नहीं किया जा सकता है। क्लॉज़र और एस्पेक्ट के प्रयोगों में दो फोटॉन (प्रकाश के कण) की उलझी हुई अवस्था का इस्तेमाल किया गया है जो कुछ प्रकार के उत्तेजित परमाणुओं से दो विपरीत दिशाओं में एक साथ उत्सर्जित होते हैं। एक बार स्थापित हो जाने के बाद, उनका उलझा हुआ चरित्र तब भी बना रहता है, जब दो यात्रा करने वाले कण बहुत दूर होते हैं।

उलझे हुई स्थिति पूरे और उसके हिस्सों की हमारी सामान्य समझ को चुनौती देते हैं। एक सिलेंडर में बंद गैस पर विचार करें। गैसों के गतिज सिद्धांत के अनुसार, गैस के अणु आपस में टकराव की परस्पर क्रिया करते हैं। इस प्रक्रिया में, गैस के कुछ आकस्मिक गुण, जैसे इसका दबाव और तापमान उत्पन्न होते हैं, जो इसके घटकों के बजाय पूरी गैस के गुण होते हैं। गैस के अणु फिर भी अपनी ऊर्जा और संवेग जैसी अपनी व्यक्तिगत विशेषताओं को बनाए रखते हैं। जब गैस के एक भाग में विक्षोभ उत्पन्न होता है, तो यह गैस के प्रत्येक बिंदु पर स्थानीय रूप से लागू भौतिकी के सुप्रसिद्ध नियमों के अनुसार गैस के माध्यम से यात्रा करता है। सापेक्षता के सिद्धांत के अनुसार ऐसी कोई भी गड़बड़ी निर्वात में प्रकाश की गति से तेज गति से यात्रा नहीं कर सकती है। ये दोनों गुण, घटकों के व्यक्तिगत गुणों का प्रतिधारण, और किसी भी भौतिक प्रक्रिया के स्थानीय चरित्र को पूरे के माध्यम से, एक उलझी हुई अवस्था में अनुपस्थित रहते हैं।

क्लॉज़र और एस्पेक्ट के प्रयोगों ने स्पष्ट रूप से स्थापित किया है कि जब एक उलझी हुई अवस्था के दो अलग-अलग कणों में से किसी एक पर माप किया जाता है, तो उलझी हुई अवस्था का तरंग कार्य एक साथ पूरी तरह से ढह जाता है, अर्थात यह एक गैर-स्थानीय प्रक्रिया है। 

यह स्पष्ट है कि वास्तविकता की क्वांटम तस्वीर में अंतराल और बेमेल हैं। सबसे पहले श्रोडिंगर समीकरण के अनुसार तरंग फलन का नियतात्मक विकास है, और इसका अचानक 'पतन' होता है, जो माप के दौरान यादृच्छिक परिणामों की ओर ले जाता है। दूसरा तरंग फलन का गैर-स्थानीय गुण है जो विशेष आपेक्षिकता के लिए आवश्यक स्थानीयता का खंडन करता है। तीसरा, जिसकी चर्चा यहां नहीं की गई है, क्वांटम यांत्रिकी द्वारा सही ढंग से वर्णित सूक्ष्म प्रणालियों के बीच अंतर की सटीक समझ की कमी है, और बड़े मैक्रोस्कोपिक सिस्टम जो क्वांटम भौतिकी द्वारा वर्णित किए जाने पर श्रोडिंगर की बिल्ली जैसी बेतुकी बातें पैदा करते हैं, जिसे मृत होने के लिए मजबूर किया जाता है। साथ ही जीवित होने पर, जब कोई इसे देख नहीं रहा है।

ईपीआर विरोधाभास और इसके फल

क्वांटम भौतिकी की रूढ़िवादी व्याख्या इन ज्ञात अज्ञातों परिणामों को ठीक करती है, लेकिन अन्यथा उनके बारे में चुप है। यह इन घटनाओं के बारे में प्रासंगिक प्रश्न उठाने कोई भी  भाषा भी प्रदान नहीं करता है। इस चुप्पी को अनुसंधान की उस पंक्ति द्वारा खोला गया है जो 1935 में आइंस्टीन, पोडॉल्स्की और रोसेन (ईपीआर) द्वारा एक पेपर के साथ शुरू हुई थी। ईपीआर तर्क को 1964 में जॉन बेल द्वारा सैद्धांतिक और महत्वपूर्ण ढंग से रूपांतरित किया गया था, ताकि यह नींव क्वांटम यांत्रिकी पर एक प्रयोगसिद्ध जांच प्रदान करे।

1970 और 1980 के दशक में क्लॉज़र एंड एस्पेक्ट ने बेल द्वारा खोजे गए परिणाम का प्रायोगिक रूप से पता लगाया। चूंकि प्रयोगों ने क्वांटम यांत्रिकी की भविष्यवाणियों की पुष्टि की है, आम तौर पर यह दावा किया जाता है कि आइंस्टीन और बेल द्वारा उठाए गए संदेह और चिंताएं गलत थीं और उन्हें खत्म कर दिया गया है। हालाँकि, यह उनकी चिंताओं को गलत तरीके से प्रस्तुत करता है। उन्होंने विशिष्ट धारणाओं की वकालत की हो सकती है जो गलत निकली, लेकिन उनके प्रयासों ने स्पष्ट किया कि क्या दांव पर लगा है।

ईपीआर विपरीत दिशाओं में यात्रा करने वाले दो कणों की क्वांटम उलझी हुई अवस्था से शुरू होता है। इस अवस्था में दो कणों का संवेग सहसंबद्ध होता है। उदाहरण के लिए, यदि उनमें से एक का संवेग पी पाया जाता है, तो दूसरे का संवेग -पी होना तय है। इसका मतलब यह है कि पहले कण के संवेग का माप दूसरे कण को किसी भी तरह से विचलित किए बिना उसके संवेग का मान भी प्रदान करता है। इस तर्क से, ईपीआर इस दावे को झुठलाने की कोशिश करता है कि एक माप अनिवार्य रूप से सिस्टम को परेशान करता है। उनकी महत्वपूर्ण धारणा स्थानीयता है, जिससे कि पहले कण पर माप का दूसरे कण पर दूर का कोई प्रभाव नहीं पड़ सकता है। वे दूसरे कण पर अप्रत्यक्ष माप के परिणाम की यथार्थवादी तरीके से व्याख्या करते हैं, यह दावा करते हुए कि चूंकि यह किसी भी तरह से इसे परेशान किए बिना पाया जाता है, इसलिए इसे मापने से पहले मापा मूल्य होना चाहिए था। चूंकि क्वांटम औपचारिकता में उलझे हुई स्थिति का प्रतिनिधित्व इस मूल्य के बारे में कोई सुराग नहीं देता है, तो इसे अधूरा होना चाहिए।

श्रोडिंगर की बिल्ली का एक सुखद संस्करण। छवि सौजन्य thefinchandpea

यह ध्यान दिया जाना चाहिए कि ईपीआर क्वांटम यांत्रिकी से अलग कोई प्रयोगात्मक दावा नहीं करता है। इसलिए, ईपीआर को रद्द करने वाले किसी भी प्रयोग का कोई सवाल ही नहीं उठता है। उनका परिणाम एक व्याख्या के रूप में है, जो स्थानीयता के सिद्धांत के मान्य होने पर सही रहता है।

ईपीआर पर बोह्र ने विपरीत तर्क दिया कि ईपीआर यह सोचने के मामले में गलत थे कि दूसरे कण का तरंग कार्य कुछ मायने में पहले कण पर माप से स्वतंत्र था क्योंकि दोनों एक दूसरे से बहुत दूर थे। दोनों कणों की उलझी हुई अवस्था का केवल एक तरंग कार्य मौजूद है। जब किसी एक कण पर माप किया जाता है तो तरंग क्रिया ढह जाती है और सहसंबद्ध लेकिन यादृच्छिक मूल्यों की ओर ले जाती है।

क्वांटम भौतिकी पर अपनी पाठ्यपुस्तक में डेविड बॉम ने ईपीआर तर्क को एक इलेक्ट्रॉन और एक पॉज़िट्रॉन को क्षय करने वाले मेसन से उत्सर्जित करने के लिए संशोधित किया। इस मामले में माप कण स्पिन पर किया जाता है, जिससे सिद्धांत रूप में संवेग या स्थिति की तुलना में पता लगाना आसान होता है। जॉन बेल ने दो कणों के घुमावों को मनमाने ढंग से अलग-अलग दिशाओं में मापने की अनुमति दी, और उनके नाम पर एक उल्लेखनीय परिणाम हासिल हुआ। यह पता चला है कि सभी संभावित सिद्धांत जो विशेष सापेक्षता की स्थानीय स्थिति को संतुष्ट करते हैं और अतिरिक्त 'छिपे हुए चर' हैं, एक बाधा को संतुष्ट करते हैं, जिसका क्वांटम यांत्रिक भविष्यवाणी द्वारा स्पष्ट रूप से उल्लंघन किया जाता है। चूंकि क्लॉज़र और एस्पेक्ट के प्रयोग इस भविष्यवाणी से सहमत हैं, ये किसी भी स्थानीय छिपे हुए चर सिद्धांत को खारिज करते हैं। उनके प्रयोगों से यह भी पता चलता है कि एक उलझी हुई अवस्था और उसका पतन वास्तव में एक गैर-स्थानीय घटना है।

यह ध्यान देने की जरूरत है कि सबसे अधिक जांचा गया और छिपा हुआ चर सिद्धांत, डीब्रोगली और बोहम का पायलट तरंग सिद्धांत स्पष्ट रूप से गैर-स्थानीय सिद्धांत है। प्रयोग इससे इंकार नहीं करते हैं। नोबल प्राइज़ प्रेस स्टेटमेंट यह दावा करने में गलत साबित हुई है कि 'क्वांटम यांत्रिकी को एक ऐसे सिद्धांत द्वारा प्रतिस्थापित नहीं किया जा सकता है जो छिपे हुए चर का इस्तेमाल करता है'। यह उल्लेखनीय है कि सीईआरएन जैसे भौतिक विज्ञान संस्थान द्वारा दिया गया बयान भी स्थानीय और गैर-स्थानीय सिद्धांतों के बीच अंतर करने में विफल रहता है और बेल के प्रमेय को सभी छिपे हुए चर सिद्धांतों के लिए गलत तरीके से प्रस्तुत करता है।

आइंस्टीन के स्ट्रॉ मैन के साथ बॉक्सिंग

चूंकि आइंस्टीन निस्संदेह बीसवीं शताब्दी के सबसे प्रसिद्ध भौतिक विज्ञानी हैं, इसलिए यह दावा करना अच्छा प्रचार लगता है कि वह गलत साबित हुए हैं। इस साल के भौतिकी के नोबेल पुरस्कार से भी इस तरह के दावे किए गए हैं। ईपीआर ने यह साबित करने की कोशिश की थी कि स्थानीयता की धारणा पर क्वांटम सिद्धांत अधूरा है। एस्पेक्ट और क्लॉज़र के प्रयोगों से पता चला है कि कोई भी स्थानीय सिद्धांत उलझी हुई अवस्थाओं का वर्णन नहीं कर सकता है। इसलिए, ईपीआर की धारणा है कि सूक्ष्म दुनिया का भौतिकी स्थानीय है गलत है। दूसरी ओर, जबकि क्वांटम औपचारिकता सूक्ष्म दुनिया के गैर-स्थानीय चरित्र को सही ढंग से प्राप्त करती है, यह हमें इसके भौतिकी के बारे में कुछ नहीं बताती है; यह किस प्रकार की भौतिक अवस्था है, यह किन भौतिक सिद्धांतों का पालन करता है, आदि। हम सभी जानते हैं कि कुछ वैकल्पिक सिद्धांत सही हो सकते हैं। तो, एक तरह से क्वांटम भौतिकी अधूरी रहती है, लेकिन वह ईपीआर द्वारा बताए गए कारणों की वजह से नहीं है।

आइंस्टीन और बेल जैसे वैज्ञानिकों द्वारा निरंतर जांच के बाद ही क्वांटम भौतिकी का गैर-स्थानीय चरित्र सामने आया है। मुद्दा शायद यह नहीं है कि वैज्ञानिकों का कौन सा समूह सही है और कौन सा गलत है। ऐसे दावे जो वैज्ञानिकों के बीच बहस की कल्पना करते हैं, विजेता के रूप में सभी युगल अपने महत्व को याद करते हैं।

विज्ञान का इतिहास बताता है कि समय के साथ भौतिक वास्तविकता के बारे में हमारी समझ बदली है। नियतात्मक कानूनों के अनुसार एक-दूसरे के साथ बातचीत करने वाले अर्ध-कठोर निकायों की न्यूटोनियन यंत्रवत तस्वीर, उन्नीसवीं-बीसवीं शताब्दी के अंत में फ़ील्ड्स और बिंदु कणों की मैक्सवेल-आइंस्टीनियन तस्वीर द्वारा प्रतिस्थापित की गई थी। क्वांटम भौतिकी सूक्ष्म दुनिया की एक और बहुत अलग तस्वीर प्रदान करती है। ये परिवर्तन क्रांतिकारी रहे हैं, लेकिन यादृच्छिक या मनमाने नहींरहे थे। बल्कि, वे मानव ज्ञान के गहरे और व्यापक क्षेत्रों की अभिव्यक्ति हैं, क्योंकि यह पहले के अज्ञात डोमेन से आगे बढ़ गए हैं। 

क्लॉज़र, एस्पेक्ट और ज़िलिंगर की प्रायोगिक तकनीकों ने उलझी हुई अवस्थाओं पर आधारित क्वांटम तकनीकों की एक नई दुनिया खोल दी है। यह अपने आप में उनके काम का एक महत्वपूर्ण परिणाम है, और नोबेल पुरस्कार समिति द्वारा इसके बारे मीन ठीक ही नोट किया गया है। हालाँकि, उनके काम का एक और परिणाम है। उलझी हुई अवस्थाओं के साथ प्रयोग भी हमें यह समझने में मदद कर सकते हैं कि वास्तव में ये अवस्थाएँ क्या हैं। और इस ज्ञान  के अपने निहितार्थों में उतना ही क्रांतिकारी होने की संभावना है जितना कि न्यूटोनियन से मैक्सवेल-आइंस्टीनियन की वास्तविकता में बदलाव था। सूक्ष्म जगत के रहस्यों से पर्दा उठाने का रोमांच अभी भी जारी है। क्वांटम यांत्रिकी केवल एक जरूरी और उपयोगी स्टेशन साबित हो सकती है।

लेखक सेंट स्टीफंस कॉलेज, दिल्ली विश्वविद्यालय में फ़िज़िक्स पढ़ाते हैं। विचार व्यक्तिगत हैं।

मूल रूप से अंग्रेज़ी में प्रकाशित साक्षात्कार को पढ़ने के लिए नीचे दिए गए लिंक पर क्लिक करेंः

Known Unknowns of Quantum Physics the Nobel Prize Committee Gets Wrong

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