वैज्ञानिक वास्तविकता के एकल विवरण की तलाश में हैं। लेकिन आधुनिक भौतिकी हमें कई तरीकों से इसका वर्णन करने की अनुमति देती है, जिनमें से कई एक-दूसरे के समतुल्य हैं, और गणितीय संभावनाओं के व्यापक परिदृश्य से जुड़े हुए हैं
मान लीजिए कि हमने एलिस और बॉब को खाना बनाने के लिए कहा। ऐलिस को चीनी खाना पसंद है, बॉब को इतालवी खाना पसंद है। उनमें से प्रत्येक ने अपना पसंदीदा नुस्खा चुना, सही उत्पादों में विशेषज्ञता वाले एक स्थानीय स्टोर पर खरीदा, और निर्देशों का सावधानीपूर्वक पालन किया। लेकिन जब उन्हें अपने व्यंजन ओवन से बाहर मिले, तो उन्हें बहुत आश्चर्य हुआ। यह पता चला कि दोनों व्यंजन समान हैं। एक कल्पना कर सकता है कि ऐलिस और बॉब क्या अस्तित्व संबंधी सवाल पूछेंगे। एक ही डिश को विभिन्न सामग्रियों से कैसे बनाया जा सकता है? चीनी या इतालवी व्यंजन पकाने का क्या मतलब है? क्या खाना पकाने के उनके दृष्टिकोण में कोई घातक दोष है?
यह क्वांटम भौतिकी के विशेषज्ञों द्वारा अनुभव किया जाने वाला वास्तव में इस तरह की घबराहट है। उन्होंने एक ही भौतिक प्रणाली के दो पूरी तरह से अलग-अलग विवरणों के कई उदाहरण पाए। केवल भौतिकी के मामले में, सामग्री मांस और सॉस नहीं है, लेकिन कण और ताकत; व्यंजनों गणितीय सूत्र हैं जो इंटरैक्शन को एन्कोड करते हैं; और खाना पकाने एक मात्राकरण प्रक्रिया है जो समीकरणों को भौतिक घटनाओं की संभावनाओं में बदल देती है। और, ऐलिस और बॉब की तरह, भौतिकविद हैरान हैं कि विभिन्न व्यंजनों का एक ही परिणाम कैसे हुआ।
क्या प्रकृति अपने मौलिक कानूनों को चुन सकती है? जैसा कि आप जानते हैं, अल्बर्ट आइंस्टीन का मानना था कि बुनियादी सिद्धांतों पर आधारित ब्रह्मांड के एक सुसंगत, कार्यशील संस्करण के निर्माण का एक अनूठा तरीका है। आइंस्टीन के दृष्टिकोण से, यदि हम भौतिकी के सार में काफी गहराई तक जाते हैं, तो एक ही तरीका होगा जिसमें सभी घटक - पदार्थ, विकिरण, बल, स्थान, समय - एक दूसरे से जुड़े होंगे, ताकि वास्तविकता काम करे, इसी तरह एक यांत्रिक घड़ी के गियर, स्प्रिंग्स, डायल और पुली की तरह, वे विशिष्ट रूप से गठबंधन करते हैं और समय की गिनती करते हैं।
कण भौतिकी के लिए वर्तमान
मानक मॉडल वास्तव में, कुछ अवयवों के साथ सावधानीपूर्वक सिलवाया गया तंत्र है। और, फिर भी, शेष अद्वितीय के बजाय, ब्रह्मांड संभव दुनिया की अनंत संख्या में से एक है। हमें इस बात का बिलकुल भी अंदाजा नहीं है कि इस तरह के कणों और ताकतों के कारण प्रकृति की संरचना कैसे ठीक हो जाती है। छह क्वार्क
फ्लेवर ,
तीन न्यूट्रिनो जेनरेशन और एक
हिग्स कण क्यों हैं? इसके अलावा, मानक मॉडल प्रकृति के 19 स्थिरांक को सूचीबद्ध करता है - एक इलेक्ट्रॉन के द्रव्यमान और आवेश जैसे मान - जिन्हें प्रयोगात्मक रूप से मापने की आवश्यकता है। इन "
मुक्त मापदंडों " के अर्थों का गहरा अर्थ नहीं है। एक ओर, कण भौतिकी लालित्य का एक चमत्कार है; दूसरी तरफ, कहानी यह है कि यह सब है क्योंकि यह है।
यदि हमारी दुनिया कई में से एक है, तो विकल्पों के साथ क्या करना है? वर्तमान दृष्टिकोण को आइंस्टीन के एक अद्वितीय ब्रह्मांड के सपने के विपरीत देखा जा सकता है। आधुनिक भौतिक विज्ञानी संभावनाओं का एक विशाल स्थान लेते हैं और इसके सामान्य तर्क और अंतर्संबंध को समझने की कोशिश करते हैं। सोने के खतरे से, वे भूगोलविदों और भूवैज्ञानिकों में बदल गए, परिदृश्य के विवरणों को चिह्नित किया और इसे बनाने वाली ताकतों का अध्ययन किया।
स्ट्रिंग सिद्धांत ने स्थिति को बदलने और परिप्रेक्ष्य को बदलने में मदद की। इस समय, यह प्रकृति के सिद्धांत के लिए एकमात्र व्यवहार्य उम्मीदवार है, जो क्वांटम यांत्रिकी के सख्त तार्किक नियमों और सापेक्षता के सिद्धांत का पालन करते हुए, गुरुत्वाकर्षण सहित सभी कणों और इंटरैक्शन का वर्णन करने में सक्षम है। अच्छी खबर यह है कि स्ट्रिंग सिद्धांत में कोई मुफ्त पैरामीटर नहीं हैं। उसके पास खेलने के लिए कोई ट्यूनिंग घुंडी नहीं है। यह पूछने का कोई मतलब नहीं है कि कौन सा स्ट्रिंग सिद्धांत हमारे ब्रह्मांड का वर्णन करता है, क्योंकि यह केवल एक है। अतिरिक्त सुविधाओं की कमी से कट्टरपंथी परिणाम होते हैं। प्रकृति के सभी नंबरों को भौतिकी द्वारा ही निर्धारित किया जाना चाहिए। कोई "प्राकृतिक स्थिरांक" नहीं हैं, केवल समीकरणों द्वारा निर्धारित चर (संभवतः अत्यंत जटिल) हैं।
और यही हमें बुरी खबरों की ओर ले जाता है। स्ट्रिंग सिद्धांत समाधानों का स्थान विशाल और जटिल है। भौतिकी में, ऐसा होता है। हम पारंपरिक रूप से गणितीय समीकरणों और उनके समाधानों द्वारा दिए गए मौलिक कानूनों के बीच अंतर करते हैं। आमतौर पर कुछ ही कानून होते हैं और अनंत संख्या में समाधान होते हैं। न्यूटन के नियमों को लें। वे सख्त और सुरुचिपूर्ण हैं, लेकिन गिरने वाले सेब से चंद्रमा की कक्षा तक बड़ी संख्या में घटना का वर्णन करते हैं। यदि आप किसी विशेष प्रणाली की प्रारंभिक स्थितियों को जानते हैं, तो इन कानूनों की संभावनाएं आपको समीकरणों को हल करने और भविष्यवाणी करने की अनुमति देती हैं कि आगे क्या होगा। हम उम्मीद नहीं करते हैं और अद्वितीय समाधान की आवश्यकता नहीं है जो सब कुछ का वर्णन करता है।
स्ट्रिंग सिद्धांत में, भौतिकी की कुछ विशेषताएं जिन्हें हम सामान्य रूप से प्रकृति के नियम मानते हैं - उदाहरण के लिए, कुछ कण या इंटरैक्शन - वास्तव में समाधान हैं। वे छिपे हुए अतिरिक्त आयामों के आकार और आकार से निर्धारित होते हैं। सभी निर्णयों के स्थान को अक्सर "लैंडस्केप" कहा जाता है, लेकिन यह एक राक्षसी समझ है। यहां तक कि सबसे शानदार पहाड़ी इलाका इस जगह की विशालता की तुलना में बकवास लगेगा। और यद्यपि हम इसके भूगोल को बहुत खराब तरीके से समझते हैं, हम जानते हैं कि इस पर विशाल आयामों के महाद्वीप मौजूद हैं। उनकी सबसे मोहक विशेषताओं में से एक यह है कि शायद सब कुछ सब कुछ के साथ जुड़ा हुआ है - अर्थात, कोई भी दो मॉडल एक निरंतर तरीके से जुड़े हुए हैं। यदि हम ब्रह्मांड को दृढ़ता से हिलाते हैं, तो हमें एक संभव दुनिया से दूसरी दुनिया में जाने में सक्षम होना चाहिए, जिसे हम प्रकृति के अपरिवर्तनीय नियम और प्राथमिक कणों का एक विशेष संयोजन मानते हैं जो हमारी वास्तविकता बनाते हैं।
लेकिन हम ब्रह्मांड के भौतिक मॉडल के विशाल परिदृश्य का अध्ययन कैसे कर सकते हैं, जिसमें सैकड़ों आयाम दिखाई दे सकते हैं? अविकसित वन्यजीव के रूप में परिदृश्य की कल्पना करना उपयोगी है, जिनमें से अधिकांश अगम्य जटिलता की मोटी परतों के नीचे छिपा हुआ है। और केवल इसके किनारों पर ही हमें रहने योग्य स्थान मिल सकते हैं। इन चौकी पर, जीवन सरल और सुखद है। यहां हम उन बुनियादी मॉडलों को पाते हैं जो हमारे लिए पूरी तरह से समझने योग्य हैं। वे वास्तविक दुनिया का वर्णन करने में मदद करने के लिए बहुत कम करते हैं, लेकिन परिवेश की खोज के लिए सुविधाजनक शुरुआती बिंदुओं के रूप में काम करते हैं।
एक अच्छा उदाहरण QED होगा,
क्वांटम इलेक्ट्रोडायनामिक्स , जो पदार्थ और प्रकाश के बीच की बातचीत का वर्णन करता है। इस मॉडल में, एक पैरामीटर है,
ठीक संरचना स्थिर α, जो दो इलेक्ट्रॉनों की बातचीत की ताकत को मापता है। पूर्ण शब्दों में, यह 1/137 के करीब है। QED में, सभी प्रक्रियाओं को प्रारंभिक इंटरैक्शन के परिणामस्वरूप माना जा सकता है। QED हमें उन सभी संभावित तरीकों पर विचार करने के लिए आमंत्रित करता है जिसमें दो इलेक्ट्रॉनों एक फोटॉन का आदान-प्रदान कर सकते हैं, जिसके अभ्यास में भौतिकविदों को एक अत्यंत जटिल और अनंत राशि खोजने की आवश्यकता होगी। लेकिन सिद्धांत हमें एक वर्कअराउंड देता है: प्रत्येक बाद के फोटॉन एक्सचेंज में एक शब्द जोड़ा जाता है जिसमें α उठाया जाता है, एक अतिरिक्त डिग्री तक उठाया जाता है। चूंकि यह संख्या कम है, इसलिए बड़ी संख्या में एक्सचेंजों के सदस्य एक छोटा योगदान देते हैं। वे उपेक्षित हो सकते हैं, मोटे तौर पर "वास्तविक" मूल्य का अनुमान लगा सकते हैं।
हम इन शिथिल युग्मित सिद्धांतों को परिदृश्य की चौकी मानते हैं। यहां इंटरैक्शन की ताकत छोटी है, और यह प्राथमिक कणों से मिलकर खरीदारी की सूची, और इन इंटरैक्शन की गणना के लिए एक नुस्खा के बारे में बात करने के लिए समझ में आता है। लेकिन अगर हम अपने आंतरिक घेरे को छोड़कर जंगल में चले जाते हैं, तो कनेक्शन बड़े हो जाएंगे, और प्रत्येक अतिरिक्त सदस्य अधिक महत्वपूर्ण होने लगेगा। और अब हम अलग-अलग कणों के बीच अंतर नहीं कर सकते हैं। वे एक गर्म ओवन में केक सामग्री की तरह ऊर्जा के एक भ्रमित नेटवर्क में बदल जाते हैं।
हालांकि, सब कुछ खो नहीं जाता है। कभी-कभी गहरे गाढ़े रंग के माध्यम से रास्ता दूसरे चौकी पर समाप्त होता है। यह एक और अच्छी तरह से नियंत्रित मॉडल में, कणों और इंटरैक्शन के पूरी तरह से अलग सेट से इकट्ठा किया गया है। इस मामले में, वे एक ही अंतर्निहित भौतिकी के लिए दो वैकल्पिक व्यंजनों बन जाते हैं, जैसे कि ऐलिस और बॉब के व्यंजन। इन पूरक विवरणों को दोहरे मॉडल कहा जाता है, और उनके संबंध को द्वैतवाद कहा जाता है। हेइज़ेनबर्ग द्वारा खोजे गए प्रसिद्ध
तरंग-कण द्वंद्व के एक सामान्यीकरण के रूप में हम इन द्वैतवाद पर विचार कर सकते हैं। ऐलिस और बॉब के मामले में, यह चीनी और इतालवी व्यंजनों के बीच एक संक्रमण का रूप लेता है।
भौतिकी के लिए यह इतना दिलचस्प क्यों है? सबसे पहले, यह निष्कर्ष कि कई, यदि सभी मॉडल एक विशाल परस्पर स्थान का हिस्सा नहीं हैं, तो आधुनिक क्वांटम भौतिकी के सबसे आश्चर्यजनक परिणामों में से एक है। यह "
प्रतिमान पारी " शब्द के परिप्रेक्ष्य में
परिवर्तन है । वह कहती हैं कि हमने अलग-अलग द्वीपों के द्वीपसमूह की खोज करने के बजाय एक बड़े महाद्वीप की खोज की। एक अर्थ में, एक मॉडल का गहराई से अध्ययन करके, हम उन सभी का अध्ययन कर सकते हैं। हम यह अध्ययन कर सकते हैं कि ये मॉडल कैसे संबंधित हैं, जो हमें उनकी संरचनाओं में आम को प्रकट करेगा। यह जोर देना महत्वपूर्ण है कि यह घटना इस सवाल से काफी हद तक स्वतंत्र है कि क्या स्ट्रिंग सिद्धांत वास्तविक दुनिया का वर्णन करता है या नहीं। यह क्वांटम भौतिकी की एक आंतरिक संपत्ति है, जो कहीं भी नहीं जाएगी, भले ही "सब कुछ के सिद्धांत" का भविष्य कैसा हो।
एक अधिक कट्टरपंथी निष्कर्ष यह है कि हमें मौलिक भौतिकी के सभी पारंपरिक विवरणों से छुटकारा पाना होगा। कण, क्षेत्र, बातचीत, समरूपता - ये सभी अभेद्य जटिलता के इस विशाल परिदृश्य की चौकी पर सरल अस्तित्व की कलाकृतियां हैं। जाहिर है, प्राथमिक भवन ब्लॉकों के संदर्भ में भौतिकी के लिए दृष्टिकोण गलत है, या कम से कम बहुत सीमित है। शायद एक मौलिक नया मंच है जो सभी परिचित अवधारणाओं को अनदेखा करते हुए, प्रकृति के मौलिक नियमों को जोड़ता है। गणितीय सिद्धांत और स्ट्रिंग सिद्धांत के सुसंगतता इस दृष्टिकोण को दृढ़ता से प्रेरित करते हैं। लेकिन मुझे ईमानदारी से कहना चाहिए।
नील्स बोह्र को उद्धृत करने के लिए कणों और खेतों को बदलने के बारे में आज के विचारों में से कुछ "बहुत सच होने के लिए पागल हैं"। ऐलिस और बॉब की तरह, भौतिकी पुराने व्यंजनों को फेंकने और आधुनिक
संलयन व्यंजनों को अपनाने के लिए तैयार
है ।