किताब “अवास्तविक वास्तविकता। क्वांटम लूप की यात्रा »

हाय, हब्रोज़ितेली! समय और स्थान क्या है? बात कहाँ से आती है? वास्तविकता क्या है?
“विज्ञान का मुख्य विरोधाभास यह है कि, प्रकृति के ठोस और विश्वसनीय ज्ञान का खुलासा करते हुए, यह एक ही समय में वास्तविकता के बारे में अपने बनाए विचारों को तेजी से बदल रहा है। कार्लो रोवेल्ली की पुस्तक में यह विरोधाभास सबसे अच्छी तरह से परिलक्षित होता है, जो आधुनिक मौलिक भौतिकी की सबसे तीव्र समस्या के लिए समर्पित है - गुरुत्वाकर्षण के क्वांटम सिद्धांत की खोज। इस नाम का उल्लेख "द बिग बैंग थ्योरी" श्रृंखला में कई लोगों द्वारा सुना गया था, लेकिन यह पता लगाने के लिए लगभग कहीं नहीं था कि लूप गुरुत्वाकर्षण का अर्थ क्या है। इस बीच, यह सिद्धांत मूलभूत भौतिकी में सबसे महत्वपूर्ण खिलाड़ियों में से एक है, ”अलेक्जेंडर सर्गेयेव, ओपन लेबोरेटरी प्रोजेक्ट के सह-संस्थापक, असाइनमेंट के लेखक और ज़ावलब ने कहा।

अंश। समय वह नहीं है जिसके बारे में हम सोचते हैं

यह तथ्य कि समय की प्रकृति आम तौर पर स्वीकृत धारणाओं से अलग है, जो हम सभी के पास है, यह एक सदी पहले की तुलना में अधिक स्पष्ट हो गया। सापेक्षता के विशेष और सामान्य सिद्धांतों ने इसे स्पष्ट किया। आज, हमारी रोजमर्रा की धारणाओं की अपर्याप्तता को आसानी से प्रयोगशाला में प्रदर्शित किया जा सकता है।

उदाहरण के लिए, अध्याय 3 में वर्णित सापेक्षता के सामान्य सिद्धांत के पहले परिणाम पर विचार करें। दो घंटे लें, सुनिश्चित करें कि वे ठीक उसी समय दिखाते हैं, उनमें से कुछ को फर्श पर, और दूसरों को मेज पर रखें। हम आधे घंटे इंतजार करेंगे और उन्हें फिर से उनके बगल में रख देंगे। क्या वे अब भी वही समय दिखाएंगे?

जैसा कि अध्याय 3 में कहा गया है, उत्तर नहीं होगा। साधारण घड़ियों या मोबाइल फोन में निर्मित होने वाले इस तथ्य को सत्यापित करने के लिए आवश्यक सटीकता नहीं है। हालांकि, दुनिया भर की भौतिक प्रयोगशालाओं में ऐसी घड़ियाँ हैं जिनमें सटीकता है जो विसंगति को प्रदर्शित कर सकती है: मंजिल पर छोड़ी गई घड़ी ऊपर की समान घड़ी की तुलना में धीमी होती है।

क्यों? क्योंकि समय दुनिया में हर जगह समान रूप से नहीं बहता है। कुछ स्थानों पर, इसका प्रवाह तेज है, दूसरों में - धीमा। पृथ्वी के करीब, जहां गुरुत्वाकर्षण [गुरुत्वाकर्षण क्षमता - एड ।] अधिक मजबूत है, समय धीमा है। अध्याय 3 से जुड़वा बच्चों को याद करें, जिनकी उम्र इस तथ्य के परिणामस्वरूप भिन्न होने लगी थी कि एक समुद्र के किनारे और दूसरा पहाड़ों में रहता है? यह प्रभाव नगण्य है - एक पर्वतारोही की तुलना में तटीय निवासी द्वारा जीवन भर प्राप्त किया गया समय लाभ एक दूसरे का एक अंश है, लेकिन इतनी कम राशि इस तथ्य को नहीं बदलती है कि यह वास्तविक अंतर है। समय उस तरह का व्यवहार नहीं करता जिस तरह हम कल्पना करने के लिए करते हैं।

हमें समय के बारे में नहीं सोचना चाहिए जैसे कि कहीं न कहीं महान ब्रह्मांडीय घड़ियां हैं जो ब्रह्मांड के जीवन को मापती हैं। 100 से अधिक वर्षों के लिए, हम जानते हैं कि समय को एक स्थानीय घटना के रूप में सोचा जाना चाहिए: ब्रह्मांड में प्रत्येक वस्तु का अपना समय होता है, जिसकी गति स्थानीय गुरुत्वाकर्षण क्षेत्र द्वारा निर्धारित की जाती है।

लेकिन स्थानीय समय का यह विचार तब काम करना बंद कर देता है जब हम गुरुत्वाकर्षण क्षेत्र की मात्रा प्रकृति को ध्यान में रखते हैं। प्लैंक पैमाने पर क्वांटम घटनाओं को अब समय बीतने का आदेश नहीं दिया गया है। समय, एक अर्थ में, अस्तित्व में है।

उन शब्दों का क्या अर्थ है जो समय का अस्तित्व नहीं है?

सबसे पहले, मौलिक समीकरणों में एक अस्थायी चर की अनुपस्थिति का मतलब यह नहीं है कि सब कुछ गतिहीन हो जाता है और कोई भी परिवर्तन होने से बच जाता है। इसके विपरीत, इसका मतलब है कि परिवर्तन सर्वव्यापी है। यह सिर्फ प्रारंभिक प्रक्रिया है जिसे क्षणों के सामान्य अनुक्रम के साथ आदेशित नहीं किया जा सकता है। एक बहुत छोटे पैमाने पर, अंतरिक्ष के क्वांटा के अनुरूप, प्रकृति का नृत्य पूरे ऑर्केस्ट्रा के लिए एक कंडक्टर छड़ी द्वारा निर्धारित ताल का पालन नहीं करता है: प्रत्येक प्रक्रिया अपने स्वयं के ताल का पालन करते हुए, अपने पड़ोसियों से स्वतंत्र रूप से नृत्य करती है। समय का गुजरना दुनिया की एक आंतरिक संपत्ति है, यह दुनिया द्वारा क्वांटम घटनाओं के बीच के संबंधों से ही पैदा होता है, जो कि दुनिया हैं और जो स्वयं अपना समय उत्पन्न करते हैं।

वास्तव में, समय की गैर-मौजूदगी का मतलब विशेष रूप से जटिल कुछ भी नहीं है। आइए इसे समझने की कोशिश करते हैं।

मोमबत्तियों के साथ पल्स और झूमर

समय शास्त्रीय भौतिकी के अधिकांश समीकरणों में शामिल है। यह एक वैरिएबल है जिसे अक्षर t द्वारा दर्शाया गया है । समीकरण हमें बताते हैं कि समय के साथ चीजें कैसे बदलती हैं । यदि हम जानते हैं कि अतीत में क्या हुआ था, तो वे हमें भविष्य की भविष्यवाणी करने की अनुमति देते हैं। अधिक सटीक रूप से, हम कुछ मात्राओं को मापते हैं, उदाहरण के लिए, वस्तु A की स्थिति, पेंडुलम के विचलन का कोण B , वस्तु का तापमान C और भौतिक समीकरण कहते हैं कि ये मात्राएँ समय में कैसे बदल जाएंगी। वे ए (टी) , बी (टी) , सी (टी) , आदि के कार्यों की भविष्यवाणी करते हैं, जो समय के साथ इन मात्राओं में परिवर्तन का वर्णन करते हैं।

गैलीलियो यह समझने के लिए पहले थे कि पृथ्वी पर वस्तुओं की गति को समीकरणों द्वारा समय ए (टी) , बी (टी) , सी (टी) के रूप में वर्णित किया जा सकता है, और स्पष्ट रूप में इन समीकरणों के लिए सूत्र लिखने वाले पहले। उदाहरण के लिए, गैलीलियो द्वारा पाया गया स्थलीय भौतिकी का पहला नियम, एक वस्तु के गिरने का वर्णन करता है, दूसरे शब्दों में, यह दर्शाता है कि समय टी के पारित होने के साथ इसकी ऊंचाई एक्स कैसे बदलती है। - एड ।]

इस कानून की खोज और सत्यापन के लिए गैलीलियो को दो प्रकार के मापों की आवश्यकता थी। उन्होंने विषय की ऊंचाई x और समय टी को मापा। इसलिए, उसे समय मापने के लिए एक उपकरण की आवश्यकता थी - एक घड़ी।

गैलीलियो के समय में कोई सटीक घड़ी नहीं थी। गैलीलियो ने अपनी युवावस्था में, सटीक क्रोनोमीटर बनाने का एक तरीका खोजा। उन्होंने पाया कि पेंडुलम कंपन हमेशा एक ही अवधि (आयाम की परवाह किए बिना) होता है। इसलिए, आप केवल पेंडुलम के स्विंग को गिनकर समय को माप सकते हैं। यह विचार इतना स्पष्ट लगता है, लेकिन केवल गैलीलियो ने इस पर ध्यान आकर्षित किया, इससे पहले कि यह किसी के पास नहीं था। विज्ञान में अक्सर ऐसा होता है।

लेकिन वास्तव में, सब कुछ इतना सरल नहीं है।

किंवदंती के अनुसार, इस विचार ने गैलीलियो को राजसी पीसा कैथेड्रल में प्रकाशित किया, जहां उन्होंने मोमबत्तियों के साथ एक विशाल झूमर के धीमे झूलों को देखा। (किंवदंती सच नहीं है, क्योंकि गैलीलियो की मृत्यु के कई वर्षों के बाद झूमर पहली बार वहां पहुंचा था, लेकिन कहानी अभी भी अच्छी है। और यह संभव है कि उन दिनों कैथेड्रल में कुछ और लटका दिया गया हो।) वैज्ञानिक ने धार्मिक सेवा के दौरान इन उतार-चढ़ावों का अवलोकन किया। वह स्पष्ट रूप से अवशोषित नहीं था, और झूमर के प्रत्येक स्विंग की अवधि को मापा, अपने स्वयं के नाड़ी के स्ट्रोक की गिनती की। बढ़ती उत्तेजना के साथ, उन्होंने पाया कि प्रत्येक झूले के लिए स्ट्रोक की संख्या समान है - जब झूमर धीमा हो गया और एक बेहूदा आयाम के साथ बह गया तो यह नहीं बदला। सभी कंपन की अवधि समान थी।

यह कहानी अद्भुत लगती है, लेकिन अगर आप इसके बारे में सोचते हैं, तो यह घबराहट का कारण बनती है, और यह चिंता हमें समय की समस्या के बहुत सार तक ले जाती है। गैलीलियो को कैसे पता चला कि उसकी अपनी नाड़ी की धड़कन समय के बराबर अंतराल में होती है [विशेषकर जब उसे चिंता होने लगी हो ... - एड ।]।

गैलीलियो के तुरंत बाद, डॉक्टरों ने एक घड़ी का उपयोग करके अपने रोगियों की नाड़ी को मापना शुरू किया, जो अंततः, एक पेंडुलम से ज्यादा कुछ नहीं था। यह पता चला है कि हमने पेंडुलम को नियमित रूप से स्विंग करने के लिए नाड़ी का उपयोग किया था, और फिर हमने पेंडुलम की मदद से नाड़ी की स्थिरता की जांच की। क्या आपको नहीं लगता कि यहाँ किसी प्रकार का दुष्चक्र है? इसका क्या मतलब होगा?

वास्तव में, हम कभी भी खुद से समय नहीं मापते हैं, हम हमेशा भौतिक मात्राओं ए , बी , सी ... (कंपन, नाड़ी और कई अन्य चीजों) को मापते हैं और एक मात्रा की दूसरे के साथ तुलना करते हैं, अर्थात, हम दूसरे शब्दों में ए (बी) को मापते हैं। ) , बी (सी) , सी (ए) , आदि हम गणना कर सकते हैं कि प्रत्येक दोलन में नाड़ी की कितनी धड़कनें हैं, स्टॉपवॉच के प्रत्येक टिक पर कितने दोलन होते हैं, टॉवर घड़ी की धड़कनों के बीच स्टॉपवॉच के कितने टिक होते हैं ...

लब्बोलुआब यह है कि हमारे लिए यह कल्पना करना सुविधाजनक है कि एक मात्रा t है - "सही समय" - जो सभी आंदोलन को रेखांकित करता है, भले ही इसे सीधे मापा नहीं जा सकता हो। हम इस अप्रमाणित मात्रा t के समीकरणों के साथ भौतिक चर के समीकरणों को लिखते हैं - जो हमें बताते हैं कि कैसे चीजें टी के साथ बदलती हैं: उदाहरण के लिए, प्रत्येक दोलन में कितना समय लगता है और दिल की धड़कन कितनी देर तक रहती है। यहाँ से हम यह अनुमान लगा सकते हैं कि एक दूसरे के संबंध में मात्राएँ कैसे बदलती हैं - एक दोलन के दौरान नाड़ी की कितनी धड़कन होती है - और इन पूर्वानुमानों की तुलना हम दुनिया में जो कुछ भी करते हैं उससे करते हैं। यदि ये भविष्यवाणियां सही साबित होती हैं, तो हम मानते हैं कि हमारी जटिल योजना सही है, और विशेष रूप से समय चर टी की उपयोगिता, भले ही इसे सीधे मापा नहीं जा सकता है।

दूसरे शब्दों में, एक समय चर का अस्तित्व एक सुविधाजनक धारणा है, न कि टिप्पणियों का परिणाम।

यह सब समझने वाला पहला व्यक्ति न्यूटन था: उसने अनुमान लगाया कि यह एक प्रभावी दृष्टिकोण था, इस योजना को स्पष्ट और विकसित किया। न्यूटन अपनी पुस्तक में खुले तौर पर लिखते हैं कि सही समय टी को मापना असंभव है, लेकिन यह मानते हुए कि यह मौजूद है, प्रकृति का वर्णन करने के लिए एक प्रभावी निर्माण प्राप्त होता है।

इस बिंदु को स्पष्ट करने के बाद, हम क्वांटम गुरुत्वाकर्षण पर लौट सकते हैं और इस कथन के अर्थ में कि "समय मौजूद नहीं है।" इसका सीधा सा मतलब है कि न्यूटनियन स्कीम काम करना बंद कर देती है जब हम बहुत छोटी चीजों के साथ काम कर रहे होते हैं। वह अच्छी थी, लेकिन केवल बड़ी चीजों के लिए।

अगर हम दुनिया की गहरी समझ हासिल करना चाहते हैं, अगर हम यह समझना चाहते हैं कि यह हमारे लिए कम परिचित परिस्थितियों में कैसे काम करता है, जिसमें क्वांटम गुरुत्व महत्वपूर्ण हो जाता है, तो हमें इस योजना को छोड़ना होगा। समय टी का विचार, जो अपने आप से बहता है और जिसके संबंध में चीजें विकसित होती हैं, उपयोगी साबित होती हैं। समय टी में विकास के समीकरणों द्वारा दुनिया का वर्णन नहीं किया गया है। हमें बस A , B , C , चर को सूचीबद्ध करने की आवश्यकता है ... जो हम वास्तव में निरीक्षण करते हैं, और इन चर के बीच संबंधों को व्यक्त करने वाले समीकरणों को लिखते हैं और कुछ नहीं: अर्थात्, संबंधों A (B) , B (C) , C के लिए समीकरण ए) , ... कि हम निरीक्षण करते हैं, और कार्यों के लिए नहीं ए (टी) , बी (टी) , सी (टी) , ... कि हम निरीक्षण नहीं करते हैं।

उदाहरण के लिए, एक नाड़ी और झूमर के साथ, समय के साथ होने वाली झूमर की नब्ज और झूलों के बजाय, हमारे पास केवल समीकरण होंगे जो यह वर्णन करते हैं कि दो समान मात्राएं एक दूसरे के सापेक्ष कैसे बदलती हैं, अर्थात्, एक समीकरण हमें सीधे बताता है कि प्रति नाड़ी कितने दिल की धड़कन है। एक झूमर के झूले बिना उल्लेख टी ।

"भौतिक विज्ञान बिना समय के" भौतिकी है जिसमें हम केवल नाड़ी और झूमर के बारे में बात करते हैं, समय का उल्लेख नहीं करते।

यह एक साधारण बदलाव है, लेकिन एक वैचारिक दृष्टिकोण से यह बहुत बड़ी छलांग है। हमें दुनिया के बारे में सोचना चाहिए क्योंकि समय के साथ कुछ नहीं बदल रहा है, बल्कि किसी और तरीके से। एक-दूसरे के संबंध में ही चीजें बदलती हैं। मौलिक स्तर पर, समय मौजूद नहीं है। समय बीतने की हमारी रोजमर्रा की भावना केवल एक अनुमान है जो हमारे स्थूल तराजू के लिए सच है। यह इस तथ्य के कारण उत्पन्न होता है कि हम दुनिया को बहुत मोटे, मोटे अनाज के रूप में देखते हैं।

इस प्रकार, इस सिद्धांत द्वारा वर्णित दुनिया उस चीज से बहुत दूर है जो हम आदी हैं। अब वह स्थान नहीं है जहां दुनिया सम्‍मिलित है , और ऐसा कोई समय नहीं है जिसके दौरान कार्यक्रम होते हैं। इसमें प्राथमिक प्रक्रियाएं होती हैं, जिसमें अंतरिक्ष का क्वांटा और पदार्थ एक दूसरे के साथ लगातार संपर्क करते हैं। दुनिया की इस तस्वीर की तुलना एक साफ और शांत अल्पाइन झील से की जा सकती है, जिसमें तेजी से नाचने वाले छोटे पानी के अणु होते हैं। जिस भ्रम को हम निरंतर स्थान और समय से घेरे रहते हैं, वह प्राथमिक प्रक्रियाओं के घने झुंड से देखने का परिणाम है।

लेखक से

मेरे पूरे वैज्ञानिक करियर के दौरान, दोस्तों और सिर्फ जिज्ञासु लोगों ने मुझे यह बताने के लिए कहा कि क्वांटम गुरुत्व अनुसंधान के क्षेत्र में क्या हो रहा है। आप अंतरिक्ष और समय को समझने के लिए नए तरीके खोजने का प्रबंधन कैसे करते हैं? मुझे बार-बार सुलभ रूप में इन अध्ययनों के बारे में बताने के लिए कहा गया। जबकि ब्रह्मांड विज्ञान और स्ट्रिंग सिद्धांत पर कई किताबें हैं, जो किताबें अंतरिक्ष और समय की मात्रा प्रकृति पर अध्ययन का वर्णन करती हैं, साथ ही साथ लूप क्वांटम गुरुत्वाकर्षण पर, लगभग असंभव हैं। मैं लंबे समय तक झिझकता रहा क्योंकि मैं अनुसंधान पर ध्यान केंद्रित करना चाहता था। कई साल पहले, इस विषय पर एक मोनोग्राफ पूरा करते हुए, मैंने महसूस किया कि कई वैज्ञानिकों के सामूहिक कार्य ने अनुसंधान के इस क्षेत्र को परिपक्वता के चरण में ला दिया जब एक लोकप्रिय विज्ञान पुस्तक लिखना संभव हो गया। हम जिस परिदृश्य की खोज कर रहे हैं वह अद्भुत है - क्या इसे अन्य लोगों से छिपाने के लिए इसके लायक है?

लेकिन मैंने परियोजना को स्थगित करना जारी रखा, क्योंकि मैं अपने सिर में पुस्तक को "देख" नहीं सकता था। अंतरिक्ष और समय के बिना दुनिया का वर्णन कैसे करें? 2012 में, इटली से फ्रांस के लिए एक रात की सड़क पर पहिया पर अकेले बैठे, मुझे अचानक एहसास हुआ कि अंतरिक्ष और समय की अवधारणाओं के निरंतर संशोधन को समझदारी से समझाने का एकमात्र तरीका शुरुआत से पूरी कहानी को बताना है: डेमोक्रिटस के विचारों से लेकर प्रस्तुति तक। अंतरिक्ष के क्वांटा के बारे में। अंत में, यह कि मैं खुद इस कहानी को कैसे समझता हूं। मैंने मानसिक रूप से पहिया के पीछे पुस्तक की संरचना को स्केच करना शुरू कर दिया, अधिक से अधिक उत्साहित हो रहा था, जब तक कि मैंने पुलिस मोहिनी और बंद करने की मांग को नहीं सुना - मैं अब तक अनुमत गति से अधिक हो गया। इतालवी पुलिसकर्मी ने विनम्रता से मुझसे पूछा कि क्या मैंने इतनी गति से गाड़ी चलाने का मन बना लिया है। मैंने उत्तर दिया कि मुझे केवल वह विचार मिला था जिसकी मुझे बहुत दिनों से तलाश थी; उन्होंने मुझे ठीक नहीं लिखा और नई पुस्तक के साथ मुझे शुभकामनाएं दीं। यह पुस्तक आपके सामने है।

पुस्तक मूल रूप से इतालवी में लिखी गई थी और पहली बार 2014 में प्रकाशित हुई थी। इसके तुरंत बाद, मैंने एक इतालवी अखबार के लिए मौलिक भौतिकी पर कई लेख तैयार किए। प्रसिद्ध इतालवी प्रकाशक एडेल्फी ने मुझे इन लेखों का एक विस्तारित संस्करण देने का आदेश दिया, जो एक विवरणिका के रूप में सामने आया। तो एक छोटी सी पुस्तक "फिजिक्स पर सात लघु व्याख्यान" दिखाई दी, जो मेरे महान आश्चर्य के लिए, एक अंतरराष्ट्रीय बेस्टसेलर बन गई और दुनिया भर के कई अद्भुत पाठकों के साथ संचार के लिए एक अवसर बन गई। इस प्रकार, "सात व्याख्यान" इस पुस्तक के बाद लिखे गए थे और कुछ हद तक, कुछ मुद्दों का एक संश्लेषण बन गया जो यहां संबोधित किए गए हैं। यदि आप पहले से ही "भौतिक विज्ञान पर सात लघु व्याख्यान" पढ़ चुके हैं और उस पुस्तक में वर्णित अजीब दुनिया में और भी अधिक गहराई तक पहुंचने के लिए और अधिक सीखना चाहते हैं, तो यहां आपको आवश्यक विवरण मिलेगा।

इस तथ्य के बावजूद कि पारंपरिक भौतिकी को इस पुस्तक में एक असामान्य दृष्टिकोण से प्रस्तुत किया गया है, सामान्य तौर पर यह विवाद का कारण नहीं बनता है। हालांकि, पुस्तक का वह हिस्सा, जो क्वांटम गुरुत्वाकर्षण पर आधुनिक शोध से संबंधित है, इस विषय के ज्ञान की स्थिति के बारे में मेरी व्यक्तिगत समझ को दर्शाता है। ज्ञान का यह क्षेत्र उस सीमा पर है जो हम समझते हैं और जिसे हम अभी भी समझते नहीं हैं, इसलिए हम अभी भी इससे संबंधित मुख्य मुद्दों पर आम सहमति तक पहुंचने से बहुत दूर हैं। मेरे कुछ साथी भौतिक विज्ञानी इस पुस्तक में मैंने जो लिखा है, उससे सहमत होंगे, जबकि अन्य नहीं करेंगे। यह हमारे ज्ञान की सीमाओं पर किए गए वर्तमान शोध के लिए एक सामान्य स्थिति है, लेकिन मैं इसके बारे में स्पष्ट और खुले तौर पर बात करना पसंद करता हूं। यह पुस्तक उस बारे में नहीं है जिसके बारे में हम निश्चित हैं; यह पुस्तक अज्ञात के मार्ग पर रोमांच के बारे में है।

सामान्य तौर पर, यह सबसे प्रभावशाली कारनामों में से एक के लिए समर्पित यात्रा है जो मानवता को प्रभावित करती है: चीजों की संरचना के बारे में कभी गहरी समझ के लिए वास्तविकता के पारलौकिक विचारों की सीमा से परे की यात्रा। और दुनिया की साधारण तस्वीर से परे यह अविश्वसनीय यात्रा खत्म हो गई है।

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