क्वांटम अल्टरनेटिव का संक्षिप्त इतिहास

"कोपेनहेगन" क्वांटम यांत्रिकी का कहना है कि वास्तविकता तब तक मौजूद नहीं है जब तक इसे मापा नहीं जाता है, इसलिए कई इस व्याख्या के लिए विकल्प तलाशते रहते हैं

1915 में, अल्बर्ट आइंस्टीन ने अपने दोस्तों की मदद से गुरुत्वाकर्षण के सिद्धांत को विकसित किया, जिसने सब कुछ बदल दिया जिसे हम भौतिक वास्तविकता की बहुत नींव मानते थे। यह विचार कि हम जिस स्थान पर रहते हैं, वह यूक्लिडियन ज्यामिति द्वारा पूरी तरह से वर्णित नहीं किया जा सकता है; इतना तो है कि दार्शनिक इमैनुएल कांट ने कई मायनों में एक कट्टरपंथी विचारक, ने कहा कि भौतिकी का कोई भी सिद्धांत इसके साथ सामना नहीं कर सकता है।

भौतिक विज्ञानी वर्नर हाइजेनबर्ग ने बाद में कांत की गलती का अर्थ बताया । महान दार्शनिक ने पोस्ट किया कि यूक्लिड की प्राचीन ज्यामिति के बारे में हमारी सहज समझ का मतलब है कि यह भौतिक वास्तविकता का एक आवश्यक आधार था। वास्तव में, यह गलत निकला, जो कांट की संपूर्ण दार्शनिक प्रणाली पर सवाल उठा रहा था।

अंतरिक्ष और समय के बारे में पिछले विचारों के साथ एक कट्टरपंथी विराम के बावजूद, आइंस्टीन के सिद्धांत जल्द ही " भौतिक विज्ञान " के भाग के रूप में न्यूटन के विचारों के साथ जुड़ गए। मानवता को ऐसा करने के लिए मजबूर किया गया क्योंकि वैज्ञानिक विचारों की क्रांति इतनी गहरी हो गई कि इसने विज्ञान के इतिहास में एक उज्ज्वल निशान बनाया: क्वांटम भौतिकी के सिद्धांत का विकास।

सापेक्षता के सामान्य सिद्धांत से गहरी वैज्ञानिक क्रांति को क्या कहा जा सकता है? एक विवर्तनिक बदलाव को इस विचार से अधिक शक्तिशाली बनाया जा सकता है कि अंतरिक्ष और समय स्वयं पदार्थ द्वारा वक्र होते हैं?

इसे समझने के लिए, हमें पहले समझने की कोशिश करनी चाहिए: इस तरह के क्वांटम यांत्रिकी में निहित विचित्रता है। जैसे ही हम क्वांटम दुनिया में असहज महसूस करना शुरू करते हैं, हम यह समझना शुरू कर देंगे कि मंच पर केएम की उपस्थिति के बाद, भौतिकविदों ने इसके लिए विकल्प बनाने की कोशिश की - विकल्प जो प्रयोगों के साथ एक ही शानदार पत्राचार को फिर से बनाते हैं, जबकि एक ही समय में शास्त्रीय कोर के एक हिस्से को संरक्षित करना जो हमारे गहरे से सुसंगत है। प्रकृति को कैसे व्यवहार करना चाहिए , इसकी सहज समझ।

आप सभी जानते हैं कि गलत है

वास्तविकता की प्रकृति के बारे में हमारी गहरी सहज समझ बचपन से शुरू होकर हमारे आस-पास की दुनिया के साथ अवलोकन और बातचीत से पैदा होती है। इससे पहले कि हम इसे व्यक्त कर सकें, हम कारण-प्रभाव वाले रिश्तों को समझने लगते हैं। किसी भी घटना के घटित होने का कारण एक अन्य घटना होती है। दुनिया अंदाज है।

बाद में हम और अधिक परिष्कृत हो जाते हैं। हम स्वीकार करते हैं कि कारणों के बारे में हमारी समझ सीमित है और हम उनके परिणामों की अनिश्चितता से अवगत हैं। शायद हम भी संभाव्यता सिद्धांत और आँकड़ों का अध्ययन करते हैं और सीखते हैं कि गणितीय रूप में अपने ज्ञान की सीमाओं को कैसे व्यक्त किया जाए। लेकिन हम मानते हैं कि ये केवल हमारी सीमाएं हैं और पर्दे के पीछे प्रकृति के लिए अदृश्य होने के कारण कारण और प्रभाव के सटीक नियमों का उपयोग करना जारी है। जब हम एक सिक्का फेंकते हैं, तो यह केवल सिक्के की गति और हवा के बारे में जानकारी की कमी है जो हमें कहता है कि एक ईगल गिरने की संभावना एक सेकंड है। हम मानते हैं कि यदि हम सभी विवरणों को जानते हैं और गणना करने के लिए हमारे पास एक कंप्यूटर पर्याप्त है, तो हमें संभावनाओं पर भरोसा नहीं करना होगा।

हालाँकि, चीजों का ऐसा "यथार्थवादी" दृश्य फोटोन और अन्य उप-परमाणु कणों पर प्रयोगों में प्राप्त कठिन डेटा से नहीं बच सकता (और जीवित नहीं रहा)। यह भौतिक विज्ञानी नहीं थे, जिन्होंने अपनी जिद्दी अड़चन के कारण, एक ऐसा सिद्धांत बनाने का निर्णय लिया, जो वास्तविकता के बारे में हमारी सबसे अनमोल सहज भावनाओं का विरोध करता है: वास्तव में, इन प्रयोगात्मक परिणामों ने किसी भी शास्त्रीय व्याख्याओं के अनुरूप होने से इनकार कर दिया। क्वांटम औपचारिकता का आविष्कार निराशा का एक कार्य था - केवल एक ही काम किया। यदि हम क्वांटम सिद्धांत द्वारा अनुमत प्रश्नों को पूछने के लिए खुद को सीमित करते हैं, तो हमें सही उत्तरों के साथ पुरस्कृत किया जाएगा। लेकिन अगर हम यह स्पष्ट करने की कोशिश में लगे रहते हैं कि सिद्धांत हमें क्या बताता है, शास्त्रीय दुनिया की अवधारणाओं का उपयोग करके, तो हम भ्रमित होंगे।

एक भौतिकी छात्र के रूप में, मैंने अपने आस-पास की दुनिया की अदृश्य विचित्रता पर एक संक्षिप्त नज़र डालने के लिए मुझे जो कुछ दिया, उसका एक प्रशिक्षण प्रदर्शन देखा। आप घर पर इस प्रयोग को सिर्फ एक टॉर्च या लेजर पॉइंटर के साथ-साथ तीन ध्रुवीकरण फिल्टर (आप ध्रुवीकरण के साथ टूटे हुए धूप के चश्मे से भी उपयोग कर सकते हैं) को दोहरा सकते हैं। एक पंक्ति में दो फिल्टर रखें, जिससे उनके बीच एक अंतर हो। इस जोड़ी के माध्यम से प्रकाश पास करें और एक फिल्टर को चालू करें जब तक कि प्रकाश गुजरना बंद न कर दे; उनका ध्रुवीकरण कुल्हाड़ी लंबवत हो गया। अब पहले दो के बीच तीसरा फ़िल्टर डालें। आप देखेंगे कि प्रकाश इस संरचना से गुजरना शुरू करता है: किसी तरह, एक अतिरिक्त फिल्टर जोड़ने से प्रकाश को गुजरने की अनुमति मिलती है।

यह प्रदर्शन क्वांटम यांत्रिकी पर पाठ्यक्रम के परिचयात्मक भाग का हिस्सा था। कई हफ्तों के लिए हम क्वांटम सिद्धांत की औपचारिकता में डूबे हुए थे, जिससे यह प्रतीत होता है कि विरोधाभासी व्यवहार एक तुच्छ परिणाम के रूप में उत्पन्न होता है।

ऐसे लोग हैं जो दावा करते हैं कि कोई विरोधाभास नहीं है और इस तरह के व्यवहार को शास्त्रीय दृष्टिकोण के साथ समझाया जा सकता है। और एक मायने में, वे बिल्कुल सही हैं। लेकिन डेस्कटॉप प्रदर्शन के परिणाम, पहले से ही शास्त्रीय भौतिकी से परिचित आश्चर्यजनक छात्र, स्पष्ट रूप से क्वांटम औपचारिकता से उत्पन्न होते हैं। और इसका मतलब कुछ है।


इलेक्ट्रॉनों के साथ दो-अंतर प्रयोग ।

पिछली शताब्दी के पहले दशकों के वैज्ञानिकों को बहुत अधिक आश्चर्यजनक और अकथनीय प्रयोगात्मक परिणामों का सामना करना पड़ा था। अक्सर दो स्लॉट के साथ उपरोक्त प्रयोग का उल्लेख करें। इलेक्ट्रॉनों या फोटॉनों के साथ इस प्रयोग को करने पर, हमें एक ही परिणाम मिलता है: एक हस्तक्षेप चित्र, जैसे कि दो हस्तक्षेप करने वाली तरंगें दो स्लिट्स से उत्पन्न हुईं। इससे पता चलता है कि प्रकाश एक तरंग है और यहां तक ​​कि द्रव्यमान वाले कण, जैसे इलेक्ट्रॉन, तरंगों जैसी परिस्थितियों में व्यवहार करते हैं।

लेकिन प्रयोग को दो जिज्ञासु तरीकों से बदला जा सकता है। सबसे पहले, यदि आप कणों (फोटॉनों, इलेक्ट्रॉनों, या यहां तक ​​कि पूरे अणुओं) के उत्सर्जन की आवृत्ति को धीमा कर देते हैं, ताकि एक बार में केवल एक कण स्लिट्स से गुजरता है, तो परिणाम नहीं बदलेगा। इसका मतलब यह होना चाहिए कि कण किसी तरह दो में विभाजित है, दोनों स्लिट्स से गुजरता है और खुद के साथ बातचीत करता है! दूसरे, यदि आप सेटअप में कोई परिवर्तन करते हैं ताकि यह ठीक हो जाए कि कण किस अंतराल से गुजरता है, तो हस्तक्षेप पैटर्न गायब हो जाता है और इसे उस पैटर्न से बदल दिया जाता है जो यह उम्मीद करेगा कि यदि कण तरंग गुणों के बिना सामान्य कण थे: बस दो सममित वितरण, प्रत्येक स्लॉट के सापेक्ष केंद्रित है।

एक सिद्धांत खोजना मुश्किल था जो परिणामों की व्याख्या करेगा और सभी को सूट करेगा। ऐसा लगता था कि फोटॉनों या इलेक्ट्रॉनों ने कभी तरंगों की तरह व्यवहार करने का फैसला किया, और कभी-कभी कणों की तरह, जो इस बात पर निर्भर करता है कि प्रयोगकर्ता क्या देखना चाहता था।

फिर सब कुछ अजनबी भी हो गया। प्रौद्योगिकियां इस हद तक विकसित हो गई हैं कि हम यह चुन सकते हैं कि कण को ​​अपनी यात्रा शुरू करने के बाद किस प्रकार का माप करना है। ऐसे "विलंबित विकल्प" प्रयोगों के परिणाम समान रहे। यदि हम यह देखने के लिए देखें कि कण ने किस दिशा को चुना है, तो हस्तक्षेप नष्ट हो जाता है। यदि हम दूर हो जाते हैं, तो बोलने के लिए, तो परिचित हस्तक्षेप पैटर्न वापस आ जाता है। फिर भी, कण को ​​"निर्णय" करना था कि क्या दरार के माध्यम से गुजरने से पहले और प्रयोग के अंतिम कॉन्फ़िगरेशन को बनाने से पहले एक कण की तरह या लहर की तरह व्यवहार करना है या नहीं।

आस्थगित चयन के साथ प्रयोगों के परिणामों ने एक भौतिक विज्ञानी के नेतृत्व में एक धारणा बनाई कि किसी कण या तरंग के व्यवहार की पसंद के बारे में जानकारी समय से पहले ही प्रेषित की जाती है, पसंद के समय से कुछ समय पहले कण कण से गुजरता है। तथ्य यह है कि इस धारणा पर पूरी गंभीरता के साथ चर्चा की गई थी, आपको दुनिया के हमारे यथार्थवादी विचारों से ली गई अवधारणाओं (जैसे कार्य-कारण ) के एक सेट का उपयोग करके माइक्रोवर्ल्ड में प्रयोगों के परिणामों की व्याख्या करना कितना मुश्किल था, आपको कुछ विचार देना चाहिए। समय में वापस जाने की व्याख्या हाल के एक क्षण तक चली जब हमने एक समान योजना में धीमी और ठंडी हीलियम परमाणुओं के साथ एक प्रयोग किया। परमाणुओं को केवल गुरुत्वाकर्षण के प्रभाव में तंत्र के माध्यम से पारित किया गया, इसलिए, पारित होने के क्षण और अवलोकन की विधि की पसंद के बीच काफी समय बीत गया। यद्यपि भौतिक विज्ञानी कभी-कभी कुछ बहुत ही तीव्र उप-परमाणु प्रक्रियाओं का वर्णन करते हैं, जो समय में यात्रा के सीमित रूप का उपयोग करते हैं, हीलियम के साथ प्रयोगों में लंबी अवधि ने इस तरह की व्याख्या को असंभव बना दिया।

हमारे लिए क्या बचा है? इन और कई अन्य प्रयोगों के परिणाम वास्तविकता पर आधारित पारंपरिक अवधारणाओं का उपयोग करने के लिए वर्णन करना असंभव है: कि वस्तुओं का एक निश्चित सेट के साथ अस्तित्व है; अगर हम व्यक्तिगत संपत्ति को मापने का फैसला नहीं करते हैं, तो भी इसका कुछ अर्थ है। भौतिकविदों को क्वांटम क्रांति से बहुत पहले अनिश्चितता के साथ काम करने का अनुभव था, लेकिन यह अनिश्चितता पूरी तरह से अलग प्रकार की थी। यह ज्ञान की अनिश्चितता थी, एक अज्ञात, लेकिन मौजूदा, जो हम प्रत्यक्ष रूप से अनुभव करते हैं, उसके तहत वास्तविकता को निर्धारित करने का स्तर।

अगर हम इन सभी अवधारणाओं को त्याग देते हैं जो दुनिया के बारे में हमारी समझ के लिए इतनी बुनियादी हैं, तो हमें उन्हें क्यों बदलना चाहिए? आखिरकार, वे न केवल हमारे रोजमर्रा के अनुभव का एक सहज हिस्सा बन गए, बल्कि विज्ञान के अन्य क्षेत्रों की नींव के रूप में भी काम करते हैं।

जो हम नहीं देखते

उन्नीसवीं शताब्दी में, सूक्ष्म स्तर पर नियतावाद ने भौतिकी में संभाव्य तर्क की पहली बड़ी सफलता का नेतृत्व किया: गैसों का गतिज सिद्धांत । यह पुराने विचार पर आधारित था कि पदार्थ में बड़ी संख्या में सरल परमाणु होते हैं जो एक दूसरे को उप-सूक्ष्मदर्शी पिंग-पोंग गेंदों की तरह दोहराते हैं। कुछ सरल मान्यताओं के साथ-साथ गणित का एक अच्छा हिस्सा जिसने गतिज सिद्धांत बनाया, वैज्ञानिकों को आदर्श परमाणुओं के व्यवहार के औसत मूल्यों के रूप में ज्ञात थर्मोडायनामिक्स के नियमों को प्राप्त करने में सक्षम थे। काइनेटिक सिद्धांत ने दिखाया है कि हम जिस घटना का निरीक्षण करते हैं वह कई प्रक्रियाओं के औसत व्यवहार से उत्पन्न हो सकती है जिसे हम सीधे निरीक्षण करने में असमर्थ हैं। फिर भी, इन औसतन व्यवहारों ने शास्त्रीय यांत्रिकी के प्रसिद्ध निर्धारक कानूनों के अनुसार कार्य किया - संपूर्ण सिद्धांत उन पर आधारित था।


ब्राउनियन गति दिखाते कण।

यहां तक ​​कि बीसवीं शताब्दी में, कई वैज्ञानिक परमाणुओं की वास्तविकता में विश्वास नहीं करते थे। 1905 में प्रकाशित ब्राउनियन मोशन पर आइंस्टीन का लेख टर्निंग प्वाइंट था। इसमें सांख्यिकीय तर्क का इस्तेमाल किया गया, जिससे पता चला कि पानी में निलंबित पराग कणों की यादृच्छिक गति को कणों के एक अदृश्य सेट की बमबारी द्वारा समझाया जा सकता है।

आइंस्टीन ने इस काम के लिए नोबेल पुरस्कार प्राप्त किया, न कि 1905 में एक अन्य लेख के लिए, जिसमें उन्होंने सापेक्षता E = mc ² की अवधारणा पेश की। उसी वर्ष प्रकाशित एक अन्य कार्य के लिए उन्हें पुरस्कार प्रदान किया गया और फोटोइलेक्ट्रिक प्रभाव के लिए समर्पित किया गया। इस प्रकाशन ने अनायास ही एक प्रक्रिया शुरू कर दी जिसके कारण हमारी क्लासिक वास्तविकता का पतन हुआ।

आइंस्टीन के पुरस्कार विजेता लेख ने प्रकाश और पदार्थ की बातचीत पर प्रयोगों के कई रहस्यमय परिणामों को समझाया। यह पोस्ट किया गया है कि प्रकाश को क्वांटा नामक ऊर्जा की असतत मात्रा द्वारा पदार्थ से अवशोषित और उत्सर्जित किया जाता है। इस कार्य ने क्वांटम भौतिकी के जन्म को चिह्नित किया - और आइंस्टीन का यह बच्चा एक दिशा में विकसित होना शुरू हुआ जिसने अपने ही पिता को भी परेशान कर दिया।

अगले दो दशकों में परमाणु भौतिकी और रसायन विज्ञान के एक नए क्षेत्र में प्रयोगात्मक अनुसंधान का एक विस्फोट देखा गया। इलेक्ट्रॉन को परमाणु के बंधनों से मुक्त किया गया और सीधे उसके साथ प्रयोग करना शुरू किया। प्रयोगों के परिणामों में और अधिक अजीब घटनाएं दिखाई देने लगीं, अधूरे सिद्धांतों और मॉडलों की संख्या, माइक्रोवर्ल्ड का वर्णन करने के लिए गणितीय व्याख्याएं दिखाई दीं। धीरे-धीरे सब कुछ एक साथ होने लगा और भौतिक विज्ञानी अंततः प्रयोगात्मक परिणामों की भविष्यवाणी करने में सक्षम थे। लेकिन इसके लिए एक असामान्य, अमूर्त गणितीय संरचना और प्रकृति के मापा पहलुओं के साथ इसे जोड़ने वाले नियमों का एक सेट आवश्यक था, अर्थात् क्वांटम यांत्रिकी। (यह कहानी डेविड लिंडले द्वारा लिखित एक बहुत अच्छी किताब में बताई गई है ।)

बीसवीं शताब्दी के तीसरे दशक तक, लगभग सभी वैज्ञानिकों ने परमाणुओं और यहां तक ​​कि छोटे कणों की वास्तविकता को स्वीकार किया। लेकिन उन्होंने उन्हें परिचित वस्तुओं के अदृश्य छोटे संस्करणों के रूप में प्रतिनिधित्व किया: तुलना के लिए ग्रहों, बिलियर्ड गेंदों और रेत के अनाज का उपयोग किया गया था। अधिकांश वैज्ञानिक जो नए सिद्धांत को बनाने या समझने वाले छोटे वृत्त से संबंधित नहीं थे, ने माना कि यह गैसों के गतिज सिद्धांत की तरह कुछ और था। और आज, ज्यादातर लोग शायद एक समान तरीके से सोचते हैं: परमाणु और माइक्रोवेव के अन्य घटकों में विदेशी गुण हो सकते हैं और अजीब गणितीय नियमों का पालन कर सकते हैं, लेकिन कम से कम वे उस वास्तविकता में भाग लेते हैं जिसे हम जानते हैं। हालांकि, क्वांटम यांत्रिकी विपरीत का दावा करता है।

इसके विकास के प्रमुख आंकड़ों में से एक है नील्स बोहर (मैक्स बोर्न और वर्नर हाइजेनबर्ग के महत्वपूर्ण प्रभाव के साथ), जो भौतिकी के इतिहास में सबसे अजीब आंकड़ों में से एक भी था। बोहर एक भौतिक विज्ञानी-दार्शनिक थे, अपने सहयोगियों को लंबे, विस्तृत, कभी-कभी समझ में नहीं आने वाले वाक्यों का उच्चारण करके ऊब जाते थे। यद्यपि वह निस्संदेह सिद्धांत को पूरी तरह से जानता था और परमाणु अनुसंधान के प्रारंभिक चरण में कई पहेलियों को हल करने के लिए जाना जाता था, वह अक्सर समीकरणों में हेरफेर करने के लिए निष्क्रिय, व्यर्थ वार्तालापों को प्राथमिकता देता था। उन्होंने हर चीज के अर्थ को समझने की आवश्यकता पर जोर दिया। (अर्थ के लिए उनकी खोज क्वांटम भौतिकी के कुछ अन्य अग्रदूतों द्वारा साझा नहीं की गई थी, क्योंकि उन्होंने पहले ही शट अप और गणना दृष्टिकोण के साथ शोध शुरू कर दिया था।)


नील्स बोह्र के हथियारों का पारिवारिक कोट।

आंशिक रूप से भौतिकी के सिद्धांत से प्रेरित, जिसे उन्होंने बनाने में मदद की, बोह्र ने धीरे-धीरे अपने रहस्यमय पक्ष को विकसित करना शुरू कर दिया, और यहां तक ​​कि प्रतीक "यिन-यांग" को अपने हथियारों के कोट में जोड़ा।

क्वांटम यांत्रिकी की यह पहली समझ या व्याख्या बाद में बोहर विश्वविद्यालय के सम्मान में "कोपेनहेगन व्याख्या" के रूप में जानी गई। यह अभी भी क्वांटम यांत्रिकी का मानक दृश्य है, भले ही कोई औपचारिक परिभाषा नहीं है। बल्कि, यह सिद्धांत के उन हिस्सों से संबंधित सार्वभौमिक रूप से व्यावहारिक नियमों का एक समूह है जो प्रयोगशाला में देखे जा सकते हैं। उन्हें विभिन्न तरीकों से तैयार किया जा सकता है; यहाँ एक संस्करण है जो मुख्य पहलुओं की आधुनिक समझ को दर्शाता है:

• प्रणाली की स्थिति (स्थिति, गति, आदि) पूरी तरह से इसके "तरंग फ़ंक्शन" द्वारा निर्धारित की जाती है - एक गणितीय वस्तु जो क्वांटम यांत्रिकी के समीकरणों के अनुसार नियत रूप से रूपांतरित होती है। लहर फ़ंक्शन को सीधे नहीं देखा जा सकता है; हालांकि, यह हमें इस बात की संभावना देता है कि माप के समय, हम एक विशिष्ट स्थिति में सिस्टम को खोज लेंगे। ऐसे "सिस्टम" प्राथमिक कण हो सकते हैं, उदाहरण के लिए, इलेक्ट्रॉनों और प्रोटॉन, परमाणु या बड़े अणु। माप की प्रक्रिया में, तरंग फ़ंक्शन और इसकी संभावनाएं मापा मूल्य के लिए "अनुबंध"।
• संभावनाओं की गणना के अलावा कोई "वास्तविकता" नहीं है। निर्धारकवाद की कोई अंतर्निहित परत नहीं है; कोई भी छिपा हुआ तंत्र नहीं है जो माप लेने से पहले रिकॉर्ड किया जाएगा। ये संभावनाएं हमारे ज्ञान की कमी को नहीं दर्शाती हैं, जैसा कि शास्त्रीय सांख्यिकीय भौतिकी में है, क्योंकि इसके बारे में कुछ भी पता नहीं है। केवल संभावना है।
• अनिश्चितता संबंधों द्वारा वर्णित की जाने वाली माप की मूलभूत सीमाएं हैं: कुछ निश्चित मात्राओं को एक साथ कुछ हद तक सटीकता (स्थिति-गति और समय-ऊर्जा उदाहरण के रूप में सेवा कर सकती है) के साथ मापा जा सकता है। इसका प्रौद्योगिकी या प्रयोगात्मक तरीकों से कोई लेना-देना नहीं है; ये सीमाएँ प्रकृति का हिस्सा हैं और इन्हें टाला नहीं जा सकता।

कोपेनहेगन व्याख्या आसपास के सभी जटिल घटनाओं जैसे कि ऊपर वर्णित स्थगित चयन के साथ प्रयोगों के साथ अच्छी तरह से मुकाबला करती है। वास्तविकता में हमारे विचारों को संरक्षित करने के लिए डिज़ाइन किए गए रहस्यमय संकेतों को समय पर वापस भेजने या जटिल सिद्धांतों को बनाने की आवश्यकता नहीं है। हमें केवल इन विचारों को त्यागने और इस तथ्य को स्वीकार करने की आवश्यकता है कि गुण उनके माप की परवाह किए बिना मौजूद नहीं हैं। मान केवल तभी वास्तविक हो जाते हैं जब उन्हें मापा जाता है, और क्वांटम यांत्रिकी हमें बताती है कि वे विभिन्न वास्तविकताओं की संभावनाएं हैं।

क्या कोई रास्ता नहीं है?

कोपेनहेगन व्याख्या के साथ-साथ क्वांटम यांत्रिकी के परिणाम एकतरफा, विचित्र और रूपक रूप से अस्वीकार्य हैं। यह संभावनाओं की प्रधानता थी और निर्धारित करणीयता का विनाश जिसने आइंस्टीन को वस्तु बना दिया कि भगवान "दुनिया के साथ पासा नहीं खेलते हैं।" तो भौतिक विज्ञानी इस सिद्धांत को स्वीकार करने में खुश क्यों हैं? हम यह क्यों नहीं कह सकते हैं कि नियतात्मक "छिपे हुए पैरामीटर" हो सकते हैं जो क्वांटम दुनिया की संभावनाओं का कारण बन गए हैं?

सबसे महत्वपूर्ण और तत्काल कारण बेल का प्रमेय है।जॉन स्टुअर्ट बेल द्वारा 1964 में सिद्ध किए गए इस प्रमेय से पता चलता है कि यदि छिपे हुए मापदंडों की एक परत है जिसे हम माप नहीं सकते हैं, तो कुछ प्रयोगों को कुछ निश्चित परिणाम देने चाहिए। आज तक, अत्यंत सटीक प्रयोगों का बहुत साक्ष्य है कि माप ऐसे परिणामों का उत्पादन नहीं करते हैं। तर्क को मान्यता की आवश्यकता है कि माइक्रोवर्ल्ड में कोई अज्ञात निर्धारक परत नहीं है।

बेल का प्रमेय हमारे प्रयोगात्मक परिणामों और नियतात्मक छिपे हुए मापदंडों को केवल एक ही स्थिति में सह-अस्तित्व में लाने की अनुमति दे सकता है: इन मापदंडों के प्रभाव को प्रकाश की गति से अधिक तेजी से प्रचारित करना होगा। हालांकि, इस तरह का प्रभाव जानकारी का सही, शास्त्रीय हस्तांतरण नहीं हो सकता है, क्योंकि इस की संभावना को सापेक्षता के विशेष सिद्धांत द्वारा बाहर रखा गया है। जैसा कि आइंस्टीन ने बताया है, प्रकाश की गति से अधिक तेज गति से सूचना आगे बढ़ने के कारण और प्रभावों के बारे में हमारे विचारों का उल्लंघन होगा: यह प्रभाव को पूर्ववर्ती कारणों, यहां तक ​​कि स्थूल स्तर पर भी अनुमति देगा।

एक और संभावना है कि छिपे हुए मापदंडों को क्वांटम यांत्रिकी के अल्पकालिक प्रभाव को प्रसारित करने की अनुमति दी जाए, जो तुरंत प्रचारित करता है, लेकिन शास्त्रीय अर्थ में जानकारी को स्थानांतरित नहीं करता है। आइंस्टीन ने इन रहस्यमय प्रभावों को "भयानक लंबी दूरी की कार्रवाई" कहा, लेकिन यह उनके साथ है कि हम उलझे हुए कणों के मापन के परिणामों की व्याख्या करते हैं। उनके लिए, एक कण की स्थिति को मापना हमें बता सकता है कि एक अनियंत्रित दूरी पर स्थित दूसरे कण को ​​मापने का परिणाम क्या होगा। बेल के प्रमेय के प्रभाव से बचने वाले सिद्धांत, छिपे हुए चर के अस्तित्व की अनुमति देते हैं, जो कुछ ही समय में कुछ तात्कालिक प्रभाव प्रसारित करते हैं, उन्हें "छिपे हुए मापदंडों के गैर-सिद्धांत सिद्धांत" कहा जाता है। लेकिन वे हमारे लिए क्वांटम यांत्रिकी को अधिक आरामदायक बनाने का एकमात्र तरीका हैं।


श्रोडिंगर पाइप के साथ कम प्रसिद्ध प्रयोग।

स्वतंत्रता एक मूल्य पर आती है

आपको आश्चर्य नहीं होना चाहिए कि भौतिक विज्ञानी क्वांटम यांत्रिकी के पहले दिनों से स्थिति से बाहर निकलने का रास्ता तलाश रहे हैं। लेकिन अगर बेल का प्रमेय हमें नहीं छोड़ता है तो कुछ और कैसे संभव हो सकता है?

कोई भी प्रमेय हमेशा मान्यताओं, स्पष्ट और निहित पर आधारित होता है। बेल का प्रमाण काफी सरल गणित का उपयोग करता है, और ऐसा लगता है कि कोई भी धारणा लागू नहीं होती है कि हम पहले से ही सच नहीं मानेंगे। लेकिन सख्त जटिल समस्याएं लोगों को हताश करने वाले उपायों के लिए प्रेरित करती हैं। क्वांटम सिद्धांतकार कुछ तांत्रिक धारणाओं की जांच करके कोपेनहेगन व्याख्या के विकल्पों की तलाश में रहे हैं - जो कि शायद ही कभी पूछताछ की जाती हैं क्योंकि कोई भी कल्पना नहीं कर सकता है कि वे सच नहीं हैं।

क्वांटम तर्क

इन अस्पष्टीकृत धारणाओं में से एक तर्क के नियमों को प्रभावित करता है जिस पर किसी भी प्रकार का तर्क आधारित होता है, जिसमें गणित भी शामिल है। क्वांटम यांत्रिकी की व्याख्याएं जो तर्क को बदल देती हैं, कुछ को बदलने की कोशिश कर रही हैं, उन्हें क्वांटम तर्क कहा जाता है । ज्ञान के इस क्षेत्र में एक सम्मानजनक वंशावली है और जॉन वॉन न्यूमैन से उत्पन्न होता है, एक भयानक विद्वान जिसने क्वांटम सिद्धांत के प्रारंभिक गणितीय सूत्रीकरण को लिखा था। 1930 के दशक में वापस, उन्होंने दिखाया कि सिद्धांत की गणितीय संरचना तर्क से बंधी है जो कि अरस्तू के तर्कशास्त्र की अंतर्निहित भौतिकी से अलग है। इस क्षेत्र में अनुसंधान अध्ययन के लिए एक विदेशी (और रमणीय) क्षेत्र बना हुआ है; अब तक किसी ने कोपेनहेगन व्याख्या के लिए पूरी तरह कार्यात्मक, संतोषजनक विकल्प नहीं बनाया है।

यद्यपि यह क्षेत्र बहुत गहरा और बल्कि रहस्यमय है, लेकिन सरल उदाहरण हैं कि कैसे परिचित तर्क क्वांटम दुनिया में अच्छी तरह से फिट नहीं होते हैं और इसका विकल्प कैसे बनाते हैं। साहित्य में सबसे पहले राज्यों के सुपरपोजिशन का एक अनूठा क्वांटम विचार है। क्वांटम दुनिया में, वास्तविकता की हमारी सामान्य धारणा को एक लहर फ़ंक्शन द्वारा बदल दिया जाता है, जो हमें विभिन्न राज्यों में एक प्रणाली का पता लगाने की संभावनाएं देता है। यदि प्रणाली केवल दो राज्यों में से एक में हो सकती है, तो माप से पहले खुद को निष्पादित किया जाता है, यह एक ऐसी स्थिति में है जो न तो उनमें से है, या दोनों, सुपरपोजिशन में नहीं है। इसका एक लोकप्रिय उदाहरण श्रोडिंगर बिल्ली के साथ एक सोचा प्रयोग है, जिसे उस बॉक्स के जीवित और मृत दोनों माना जाता है जिसमें वह बैठता है। एक प्रयोग शास्त्रीय यांत्रिकी और वास्तविकता के बारे में हमारे रोजमर्रा के विचारों के साथ एक नाटकीय संघर्ष है: एक "बिल्ली" के लिए आवश्यक है कि प्रणाली वास्तव में दो संभावित राज्यों में से एक हो, और केवल माप के कार्य से हमें पता चलता है कि इस समय राज्य क्या है।


इरविन श्रोडिंगर सुपरपोज़िशन

देने के संभावित तरीकों में से एक तर्क के अन्य नियमों को लागू करना है। हमारे सामान्य तर्क में, यदि कथन p (उदाहरण के लिए, "इलेक्ट्रॉन स्पिन में ऊपर की ओर उन्मुख अवस्था में है") गलत है, और कथन q ("स्पिन के साथ इलेक्ट्रॉन राज्य में है") गलत है, तो p ∨ q (जहां ∨ का अर्थ है) या ") भी गलत होना चाहिए। शास्त्रीय माप से ऐसा ही होता है। क्वांटम यांत्रिकी में, पी को तब तक सच नहीं किया जा सकता जब तक कि मापा न जाए। क्या इसे शास्त्रीय अर्थों में "झूठा" माना जाना चाहिए, या कुछ और एक और सवाल है। इसी तरह, q सच भी नहीं हो सकता है। हालाँकि, संयोजन p must q सही होना चाहिए, क्योंकि यह सुपरपोज़िशन की परिभाषा है जिसमें इलेक्ट्रॉन माप से पहले स्थित है। इसलिए, हमारे क्वांटम तर्क को p our q को सही होने देना चाहिए, जब न तो p न q सही हो, जैसा कि अरस्तू तर्क के विपरीत है।

तर्क के नियमों में बदलाव पर भरोसा करना अजीब लग सकता है। लेकिन इस तरह हम भौतिकी के स्तर से लेकर नियमों के स्तर तक, क्वांटम यांत्रिकी की विचित्रता को एक या दो स्तरों तक कम कर सकते हैं, जिसका उपयोग हम तर्क के लिए कर सकते हैं।

स्टोचस्टिक मैकेनिक

यह व्याख्या, या क्वांटम यांत्रिकी की व्याख्या, तर्क को बरकरार रखती है, लेकिन एक नई शारीरिक प्रक्रिया को जोड़ती है। स्टोकेस्टिक यांत्रिकी की आधुनिक और आशाजनक शाखा एडवर्ड नेल्सन द्वारा 1966 के एक लेख के साथ शुरू हुई , जिसने साहसपूर्वक घोषणा की:

"इस लेख में हमें दिखाना चाहिए कि चालीस साल पहले क्वांटम यांत्रिकी के उद्भव के कारण शास्त्रीय भौतिकी से एक कट्टरपंथी विचलन आवश्यक नहीं था।"

लेख का मुख्य परिणाम प्रभावशाली है: लेखक ने श्रोडिंगर समीकरण - क्वांटम यांत्रिकी के केंद्रीय समीकरण को व्युत्पन्न किया है - यह मानते हुए कि कण तेजी से यादृच्छिक बलों को दोलन करते हैं। नतीजतन, सूक्ष्म कण, जैसे इलेक्ट्रॉन, ब्राउनियन गति के समान कुछ प्रदर्शित करते हैं। समीकरण को व्युत्पन्न करते हुए, नेल्सन सक्रिय रूप से सांख्यिकीय भौतिकी से गणित का उपयोग करता है।

नेल्सन के लेख के बाद से, इस क्षेत्र ने लगातार विकास किया है और शोधकर्ताओं के एक बड़े समुदाय को आकर्षित किया है। उसकी कुछ पेचीदा सफलताओं में मात्रात्मक कोणीय गति ("बैक"), क्वांटम सांख्यिकी और प्रसिद्ध टू-पीस प्रयोग की व्याख्या करना शामिल है । हालांकि, स्टोकेस्टिक यांत्रिकी अभी भी कोपेनहेगन व्याख्या या पारंपरिक क्वांटम यांत्रिकी की जगह से दूर है। यह एक दूरी पर एक गैर-भौतिक तात्कालिक कार्रवाई की तरह दिखता है का उपयोग करता है और यह कुछ प्रकार के मापों में गलत पूर्वानुमान देता है। हालांकि, उसके माफी देने वालों ने हार नहीं मानी। जैसा कि नेल्सन ने पार्सिंग में कहा है इस विषय पर, "कोई सिद्धांत इतना सही और एक ही समय में इतना गलत कैसे हो सकता है?"

पायलट वेव थ्योरी

क्वांटम यांत्रिकी का यह संस्करण क्षेत्र की बहुत शुरुआत में लौटता है। यदि क्वांटम पहेली का पहला टुकड़ा 1905 में आइंस्टीन द्वारा रखा गया था, जब उन्होंने बताया कि कैसे असतत मात्रा द्वारा प्रकाश को अवशोषित किया जाता है और पदार्थ से उत्सर्जित किया जाता है, तो दूसरा टुकड़ा 1924 में लुई डी ब्रोगली द्वारा डाला गया था। डी ब्रोगली ने कहा कि जबकि प्रकाश तरंगें कणों की तरह व्यवहार कर सकती हैं, इलेक्ट्रॉन जैसे कण तरंगों की तरह व्यवहार कर सकते हैं।

अगले वर्ष, डी ब्रोगली ने पायलट तरंग के अपने सिद्धांत को रेखांकित किया , जिसमें वास्तविक भौतिक वस्तुओं में देखी गई पदार्थ की तरंगें कणों की गति से उत्पन्न होती हैं। एक तरह से, यह क्वांटम यांत्रिकी की प्रारंभिक व्याख्या थी, लेकिन इसे जल्द ही कोपेनहेगन व्याख्या ने हरा दिया। डी ब्रोगली के विचारों को डेविड बोहम द्वारा 1950 के दशक में फिर से खोजा गया, जिन्होंने उन्हें दियाआगे विकास । इस सूत्रीकरण में, तरंग फ़ंक्शन को श्रोडिंगर समीकरण द्वारा भी नियंत्रित किया जाता है, लेकिन तरंग-पायलट सिद्धांत इसमें से एक समीकरण जोड़ता है जो सीधे कणों की गति को प्रभावित करता है। कणों को वास्तविक प्रक्षेपवक्र माना जाता है जो माप के स्वतंत्र रूप से मौजूद होते हैं; विशेषता क्वांटम प्रभाव, जैसे कि दो स्लिट्स के साथ एक प्रयोग में हस्तक्षेप, जटिल प्रक्षेपवक्र से उत्पन्न होते हैं, जिसके साथ इलेक्ट्रॉनों या फोटॉन का प्रयोग के दौरान पालन होता है। यह व्याख्या यथार्थवाद को बनाए रखते हुए, क्वांटम दुनिया के व्यवहार का एक बड़ा हिस्सा बनाती है। यह प्रायिकता को हमारे सामान्य स्थान पर लौटाता है, अर्थात, संभावना फिर से हमारे अधूरे ज्ञान का सूचक बन जाती है, न कि प्रकृति का अभिन्न अंग।


लुई डी ब्रोगली

वेव-पायलट सिद्धांत के लिए एक गंभीर बाधा यह है कि इसे बनाने वाले कण प्रक्षेपवक्र जटिल और अक्सर विचित्र होते हैं; एक और बाधा यह है कि इसके लिए अत्यधिक गैर-शुद्धता की आवश्यकता होती है, जो सिद्धांत रूप में ब्रह्मांड में अन्य सभी कणों की स्थिति के आधार पर एक कण की गति का वर्णन करता है। हालांकि, इस सिद्धांत को कई भौतिकविदों ने कोपेनहेगन व्याख्या का सबसे आशाजनक विकल्प माना है और इसका सक्रिय रूप से अध्ययन किया जा रहा है ।

पायलट वेव थ्योरी की एक पेचीदा विशेषता यह है कि मैक्रोस्कोपिक पैमाने पर माइक्रोलेवल के कुछ पूर्वानुमानित व्यवहारों के कुछ एनालॉग्स का अवलोकन किया जाए। प्रयोग वीडियो तेल की repelling बूंदें अद्भुत व्यवहार का प्रदर्शन करती हैं जिसमें बूंदें उपपरमाण्विक कणों की भूमिका निभाती हैं, और तेल स्नान जिस पर उन्हें निलंबित कर दिया जाता है वह पायलट तरंग के कुछ कार्य करता है।

कई दुनिया

क्वांटम यांत्रिकी की "कई-दुनिया" की व्याख्या ने लोकप्रिय प्रेस में बहुत शोर मचाया। इसलिए, कुछ भौतिकविदों सहित कई लोगों ने इस सिद्धांत पर गलत विचार प्राप्त किए हैं।

यह व्याख्या प्रत्येक आयाम के लिए एक नया ब्रह्मांड बनाने पर जोर नहीं देती है , जैसा कि आमतौर पर माना जाता है। वह हमारे ब्रह्मांड और उसमें सब कुछ के वर्णन के रूप में बस पारंपरिक रूप से पारंपरिक क्वांटम यांत्रिकी लेता है। क्वांटम यांत्रिकी एक कण का वर्णन करता है, उदाहरण के लिए, एक इलेक्ट्रॉन, सभी संभावित राज्यों के सुपरपोजिशन में विद्यमान; मापते समय, मापित राज्य द्वारा प्रतिस्थापित किया जाता है। मल्टीवर्ल्ड बिंदु माप और उसके ऑपरेटरों सहित सब कुछ को नियंत्रित करने के लिए सुपरपोज़िशन के विचार का विस्तार करता है। वह इस विचार का बचाव करती है कि, अखंडता सुनिश्चित करने के लिए, पूरी दुनिया को एक सुपरपोजिशन में मौजूद होना चाहिए।

"कई दुनियाओं" की अवधारणा पूरी दुनिया के लिए लागू राज्यों के एक सुपरपोजिशन को संदर्भित करती है; प्रत्येक संभावित स्थिति या ब्रह्मांड, पहले से ही क्वांटम-मैकेनिकल अर्थों में मौजूद है, जिसमें एक उप-परमाणु कण के प्रत्येक संभावित राज्य का एक संभावित अस्तित्व है। एक कण की स्थिति को मापना एक संभावित परिणाम का चयन करता है और इसे वास्तविक बनाता है। उसी समय, माप यूनिवर्स के लिए एक संभावित परिणाम चुनता है: एक जो कि इस विशेष माप के साथ प्राप्त किया गया है।

एकाधिक दुनिया को नियतात्मक माना जाता है और लहर फ़ंक्शन के संकुचन की आवश्यकता को समाप्त करता है। उसके आलोचकों का दावा है कि वह अभी भी संभाव्यता की केंद्रीय भूमिका से छुटकारा नहीं पा सकती है और इसमें गुरुत्वाकर्षण शामिल नहीं है।

कई अन्य वैकल्पिक दृष्टिकोण हैं जिनका वर्णन करने के लिए हमारे पास पर्याप्त स्थान नहीं है। अक्सर वे भौतिकी की तुलना में तत्वमीमांसा के अधिक निकट होते हैं। विज्ञान और दर्शन के बीच स्थित इन विचारों में से एक, सुपरडेटर्मिनिज़्म है । यद्यपि यह विचार अभी तक क्वांटम यांत्रिकी के परिणामों को फिर से बनाने में सक्षम नहीं हुआ है, इसने निरंतर ध्यान आकर्षित किया है, संभवत: इसके मुख्य अपोलॉजिस्ट की प्रतिष्ठा के कारण, भौतिकी में नोबेल पुरस्कार विजेता, जेरार्ड 'टी हूफ्ट। Superdeterminism को Bell की प्रमेय में एक खामियाजा माना जाता था और वास्तव में Bell द्वारा स्वयं को वर्णित किया जाता था। सिद्धांत ब्रह्मांड की हर चीज पर विचार करके बेल की प्रमेय की मूल धारणा से बचता है, जिसमें समय की शुरुआत से परिभाषित किए गए माप के प्रयोगकर्ता की पसंद भी शामिल है। स्वाभाविक रूप से, वह स्वतंत्र इच्छा की किसी भी संभावना से इनकार करता है। इस क्षेत्र में सिद्धांत का एक दिलचस्प विकास एक सेलुलर ऑटोमेटन में क्वांटम यांत्रिकी का एक मॉडल बनाकर अपने विचारों को लागू करने का प्रयास है ।

मेटाफिजिकल मेटाफिजिकल चिंता

आइंस्टीन के पास शब्द की अच्छी कमान थी और प्रकृति को गहराई से समझते थे। उन्होंने हमें दो रंगीन वाक्यांशों को छोड़ दिया जिन्हें हम क्वांटम यांत्रिकी के प्रासंगिक पहलुओं के साथ हमारे असंतोष को व्यक्त करने के लिए उद्धृत करना जारी रखते हैं: "भयानक लंबी दूरी की कार्रवाई" और "भगवान [...] दुनिया के साथ पासा नहीं खेलते हैं"।

हालाँकि कोपेनहेगन व्याख्या प्रमुख है, और शांति से इन दोनों वाक्यांशों को स्वीकार करता है, उनके द्वारा उत्पन्न कष्टदायी असंतोष भौतिकविदों की नई पीढ़ियों को विकल्प खोजने के लिए प्रेरित करना जारी रखेगा। यह विकल्प यहां वर्णित मॉडलों में से एक का और विकास हो सकता है, उन परियोजनाओं में से एक जिन्हें हम विचार नहीं कर सकते थे, या एक पूरी तरह से नया विचार। लेकिन कोई भी यह निश्चित रूप से नहीं कह सकता है कि उनमें से कोई भविष्य में सार्वभौमिक मान्यता प्राप्त करेगा या नहीं।

लेखक के बारे में: ली फिलिप्स एक भौतिक विज्ञानी और Ars Technica के नियमित योगदानकर्ता हैं। उन्होंने पूर्व में फोरट्रान प्रोग्रामिंग भाषा की विरासत और एमी नॉथर्ड की बदलती भौतिकी जैसे विषयों के बारे में लिखा था ।