The World of Quantum Physics

એવું કહેવાય છે કે વર્તમાનમાં કરેલ કાર્ય જ આપણાં ભવિષ્યનું નિર્માણ કરે છે. મતલબ કે આપણું ભવિષ્ય કેવું હશે તે એ વાત ઉપર નિર્ભર કરે છે કે આજે આપ શું કરી રહ્યા છો? પરંતુ કોઇ એવું કહે કે ભવિષ્યમાં કરેલ કાર્ય પણ ભૂતકાળની ઘટનાને અસર કરે છે તો?(wow!!! is it possible?) જી, બિલકુલ સાચું સાંભળ્યું આપે. ભવિષ્ય કે વર્તમાનના કાર્ય ભૂતકાળને પણ બદલી શકે છે. આપણને ખબર નથી કે આપણી દુનિયામાં આવું થાય છે કે નહીં(કારણકે હજી આપણે ભૂતકાળમાં સમયયાત્રા કરવા માટે સક્ષમ નથી). પરંતુ ક્વાન્ટમ લેવલ પર તો આવું ચોક્કસપણે શક્ય છે. જે એક પ્રયોગ દ્વારા સિદ્ધ પણ થયેલું છે. એ પ્રયોગનું નામ છે.....Delayed Choice Quantum Eraser. જે Double Slit Experiment નું વિસ્તરીકરણ છે.

-
તો સૌપ્રથમ આપણે Double Slit Experiment ને સમજી લઇએ....શું આપ એકજ સમયે બે દરવાજામાંથી પસાર થઇ શકો છો? ભલે આપ ન થઇ શકતા હો પરંતુ પરમાણું કે તેનાથી નાના કણ થઇ શકે છે અને થાય પણ છે. ક્વાન્ટમ ભૌતિકીના ઘણાં રહસ્યો પૈકીનું આ એક અદભૂત રહસ્ય છે. વૈજ્ઞાનિકોએ ઇલેક્ટ્રોન્સને જ્યારે બે ફાંટવાળી એક શીટમાંથી પસાર કર્યા તો તેમણે પાછળની દિવાલ ઉપર બે ની જગ્યાએ ઘણીબધી ફાંટની ઇમેજ ઉભી કરી(જુઓ ઇમેજ). આને interference pattern કહે છે. આવું થવું ન જોઇએ કેમકે અગર ઇલેક્ટ્રોન એક કણ(particle) છે તો તેણે બે ફાંટની ઇમેજ જ ઉભી કરવી જોઇએ(જુઓ ઇમેજ). પરંતુ અહીં તો ઘણી ફાંટની ઇમેજ ઉભી થઇ. આવો ગુણધર્મ ફક્ત એક તરંગ(wave) જ બતાવી શકે કણ નહીં(જુઓ ઇમેજ). જ્યારે આપણે તો ઇલેક્ટ્રોન્સને પસાર કર્યા હતાં કે જે પાર્ટિકલ નેચરના હોય છે. આનો મતલબ સાફ થાય કે ઇલેક્ટ્રોન એક તરંગ છે કણ નહીં. ગૂંચવાડો અહીં અટકતો નથી પણ હવે શરૂ થાય છે.
-
વૈજ્ઞાનિકોને લાગ્યું કે બની શકે કે ઇલેકટ્રોન્સ આપસ માંજ ટકરાતા હો અને interference જેવી પેટર્ન બનાવતા હો. માટે તેમણે એક એવી ગનનો ઉપયોગ કર્યો જે એકવખતમાં ફક્ત એકજ ઇલેકટ્રોનને ફાયર કરે. છતાં પરિણામ સરખુ જ મળ્યું. હેરાન થયેલા વૈજ્ઞાનિકોએ નક્કી કર્યુ કે ઇલેકટ્રોન કઇ ફાંટમાંથી પ્રવેશે છે એનું નિરિક્ષણ કરીએ. માટે તેમણે એક measuring device ફાંટની આગળ મુકી દીધું. જે ઇલેકટ્રોનની હર નાનામાં નાની ગતિવિધિ ઉપર નજર રાખી શકે. પરંતુ આ વખતે કંઇક એવું થયું કે જેણે ભૌતિકશાસ્ત્રીઓની ઉંઘ હરામ કરી નાંખી.
-
દરઅસલ આ વખતે ઇલેકટ્રોને પોતાનો કણવાળો ગુણ દર્શાવી પાછળની દિવાલ ઉપર ફક્ત બે જ લાઇન બનાવી. ઘણીરીતે observation ને પારખવામાં આવ્યું પરંતુ હંમેશા નિષ્કર્ષ એવો જ નીકળ્યો કે જ્યારે ઇલેકટ્રોન્સને observe ન કરવામાં આવે ત્યારે તે તરંગની જેમ આચરણ કરી વધુ લાઇન બનાવે છે. પરંતુ જ્યારે તેની મુવમેન્ટ ઉપર નજર રાખવાની કોશિશ કરીએ ત્યારે તે કણની જેમ આચરણ કરી ફક્ત બે જ લાઇન બનાવે છે. એવું પ્રતિત થાય માનો તે ઇલેકટ્રોન્સને ખબર પડી જાય છે કે તેઓને કોઇ જોઇ રહ્યું છે. જેથી તે પોતાનો વ્યવહાર બદલી નાંખે છે. આવું કેમ બને છે એ હજીસુધી વણઉકેલ્યુ રહસ્ય જ છે.
-

હવે વૈજ્ઞાનિકોને એક ટેકનીક સુઝી. તેમણે observer ને ફાંટની આગળ ન રાખીને પાછળની દિવાલ પાસે રાખ્યું અને કોશિશ એવી કરાઇ કે ઇલેકટ્રોન્સને એ સમયે observe કરવામાં આવે જ્યારે તે પાછળની દિવાલ ઉપર અથડાવાના હોય. જેથી તેઓ પોતાનો વ્યવહાર બદલી ન શકે. કારણકે ઇલેકટ્રોન્સ ઓલરેડી ફાંટમાંથી પસાર થઇ ચૂક્યા હોય છે. પરંતુ અહીં પણ સરખું જ રીઝલ્ટ મળ્યું કે.....જ્યારે તેઓને જોવામાં આવે ત્યારે કણ અને ન જોવામાં આવે ત્યારે તરંગનો ગુણ દર્શાવે છે. આવું કઇરીતે શક્ય બને? આવું ત્યારેજ સંભવે કે જ્યારે ઇલેકટ્રોન્સ ભૂતકાળમાં ફરી જઇને observer દ્વારા observe કરવા અને ન કરવા અનુસાર પોતાને બદલી નાંખે.
-
વૈજ્ઞાનિકોએ પ્રયોગને વધુ વિસ્તાર્યો. જેને Delayed Choice Quantum Eraser નામ એનાયત કરવામાં આવ્યું. જેમાં તેમણે બન્ને ફાંટની પાછળ એક non linear optical crystal મુકી દીધો. જેનું કાર્ય ફાંટમાંથી પસાર થતાં ઇલેકટ્રોનની entangled pair બનાવી એકને દિવાલ Do તરફ જવા દે, જ્યારે બીજાને detector D3 અને D4 તરફ જવા દે. જેથી એ ખબર પડે કે ઇલેકટ્રોન કઇ ફાંટમાંથી પસાર થયો છે(જુઓ ઇમેજ). અગર આપ entangled pair વિષે નથી જાણતાં તો ટૂંકમાં સરળ રીતે સમજી લ્યો કે તેઓ જોડીયા ભાઇ જેવા હોય છે. મતલબ જે એકની સાથે થશે તેજ બીજા સાથે પણ થશે. ઇલેકટ્રોનનો entangled પાર્ટનર અગર detector D4 પાસે જાય છે તો આપણને ખબર પડી જશે કે ઇલેકટ્રોન ફાંટ B માંથી પસાર થયો છે. તેવીજ રીતે અગર પાર્ટનર D3 પાસે જાય છે તો આપણને ખબર પડી જશે કે ઇલેકટ્રોન ફાંટ A માંથી પસાર થયો છે. આ detectors ને એવી રીતે ગોઠવવામાં આવ્યા છે કે તેમની પાસે બીજો પાર્ટનર ત્યારે પહોંચે જ્યારે પહેલો પાર્ટનર પાછળની દિવાલ Do ઉપર અથડાય ચૂક્યો હોય. પરંતુ આ કેસમા પણ ઇલેકટ્રોન કણની જેમ વ્યવહાર કરી બેજ લાઇન બનાવે છે. એવું પ્રતિત થાય માનો બીજો પાર્ટનર પહેલાંને સંદેશો આપી દે છે કે observer ને ખબર પડી ચૂકી છે કે આપણે કંઇ ફાંટમાંથી પસાર થયા છીએ. માટે કણનો ગુણ પ્રદર્શિત કરવો.
-
આ પ્રયોગમાં થોડા વધુ સુધારા કરવામાં આવ્યા. detectors ના માર્ગમાં બે half silvered mirrors મુકવામાં આવ્યાં. જે ઇલેકટ્રોનના 50% ભાગને પસાર થવા દે અને 50% ભાગને પરાવર્તિત કરી નાંખે. તેની આગળ એક Quantum Eraser નો ઉપયોગ કરવામાં આવ્યો. એટલેકે હવે ઇલેકટ્રોન detector D3 અને D4 સિવાય D1 અને D2 સુધી પણ જઇ શકતા હતાં(જુઓ ઇમેજ). હવે જ્યારે ઇલેકટ્રોન D1 અને D2 પાસે જાય છે ત્યારે તેની ગોઠવણ અનુસાર આપણને બિલકુલ પણ ખબર નથી પડતી કે તે કઇ ફાંટમાંથી પસાર થયો છે(જુઓ ઇમેજ

માં લાલ અને લીલા રંગે દર્શાવેલ પાથ). આ કેસમાં ઇલેકટ્રોન તરંગનો ગુણ દર્શાવી બેથી વધુ લાઇનો બનાવે છે. એવું પ્રતિત થાય છે કે માનો બીજો પાર્ટનર પહેલાંને કહી રહ્યો હોય કે observer ને નથી ખબર કે આપણે કઇ ફાંટમાંથી આવ્યા છીએ. માટે આપણે તરંગનો ગુણ દર્શાવી શકીએ છીએ.
-
આ પ્રયોગની નોંધવા લાયક બાબત એ છે કે જ્યારે બીજો પાર્ટનર પહેલાં પાર્ટનરને મેસેજ આપે છે ત્યારસુધીમાં પહેલો પાર્ટનર દિવાલ Do સાથે અથડાય ચૂક્યો હોય છે. છતાં પણ લાઇનની પેટર્નમાં બદલાવ એ દર્શાવે છે કે ઇલેકટ્રોન સમયમાં પાછળ જઇને પેટર્નને બદલી નાંખે છે.
-
આ રહસ્ય હજુસુધી અકબંધ છે. જે દર્શાવે છે કે ક્વાન્ટમ ફીઝીક્સ બેહદ રહસ્યમય તેમજ રોમાંચક છે.