ક્વાન્ટમ વર્લ્ડ

 

----------ક્વાન્ટમ વર્લ્ડ(ભાગ-3)----------

 

માની લો તમે ફિલ્મ જોવા મિત્ર સાથે ટોકીઝમાં ગયાં. તમારો મિત્ર વોશરૂમમાં ગયો, વીસ મિનિટ થઇ ગઇ છતાં તે બહાર નથી આવ્યો. તમે મૂંઝવણમાં છો. અડધો કલાક અને ત્યારબાદ પોણો કલાક થઇ ગયો છતાં તે બહાર નથી આવ્યો. તમારા મનમાં શંકા-કુશંકાઓ થવા માંડે છે કે શું થયું હશે? એક કલાક બાદ પણ મિત્ર બહાર નથી આવતો. હવે તમારી ધીરજ ખૂટે છે અને તમે વોશરૂમનો દરવાજો તોડીને અંદર પ્રવેશો છો. ત્યાં સામે તમારા મિત્રનું મૃત શરીર પડ્યું હોય છે. હવે સમગ્ર ઘટનાને રિવાઇન્ડ કરો....શું વીસ મિનિટ પહેલાં તમારો મિત્ર વોશરૂમમાં જીવિત હતો કે મૃત? તમે નહીં જણાવી શકો કેમકે તમે એને નીહાળ્યો જ ન હતો, તમે તો વોશરૂમની બહાર હતાં. મતલબ વીસ મિનિટ પહેલાં તમારો મિત્ર બની શકે જીવિત પણ હોય અથવા મૃત પણ. અર્થાત તે સમયે તે જીવિત પણ હતો અને મૃત પણ પરંતુ જેવો તમે દરવાજો ખોલ્યો(એટલેકે અવલોકન કર્યું) ત્યારેજ તમને વાસ્તવિકતાની ખબર પડી. બસ આજ છે..ક્વાન્ટમ મિકેનિક્સ.

-

હવે દ્રષ્ટિગોચર કરીએ quantum entanglement ઉપર કે તેઓ કેવા હોય છે અને કઇરીતે બને છે? અહીં એક ઉદાહરણ લઇએ....માની લો આપણી પાસે એક ફોટોન છે(કે જે ઉર્જા યુક્ત હોય છે). હવે મુજબ આપણે આ ઉર્જાને mass માં બદલી શકીએ છીએ. તેથી આપણે એક ફોટોનમાંથી બીજા અલગ પાર્ટિકલ્સ(કણ) બનાવી શકીએ છીએ પરંતુ આપણાં બ્રહ્માંડમાં કેટલાક એવા નિયમો છે જે નક્કી કરે છે કે આ પાર્ટિકલ્સ કેવા હશે? જેમકે આપણે જાણીએ છીએ કે ફોટોનનો કોઇ electrical charge(વીજભાર) નથી હોતો, અર્થાત તેનો ચાર્જ ઝીરો હોય છે. એટલામાટે તેનાથી બનનારા સઘળા પાર્ટિકલ્સના electrical charge નો સરવાળો હંમેશા ઝીરો જ હોવો જોઇએ.

-

ઉદાહરણ તરીકે...એક ફોટોનમાંથી જો એક ઇલેક્ટ્રોન બને છે, તો સાથેસાથે એક પોઝિટ્રોન પણ બનશે. કેમ? કેમકે ઇલેક્ટ્રોનનો ચાર્જ નેગેટિવ હોય છે જેને cancel out કરવા માટે ઇલેક્ટ્રોનનું એક પોઝિટિવ રૂપ બનવું પણ જરૂરી છે કે જેને આપણે પોઝિટ્રોનના નામે જાણીએ છીએ(જુઓ નીચેની ઇમેજ). આની સાથે એક અન્ય ગુણધર્મ પણ હોય છે જેને આપણે conservation of spin થી ઓળખીએ છીએ. ફોટોન પાસે કોઇ સ્પિન નથી હોતું પરંતુ ઇલેક્ટ્રોન અને પોઝિટ્રોન પાસે હોય છે. આ સ્પિન યા તો અપ હોય શકે છે(એટલેકે પોઝિટિવ હોય શકે છે)યા ડાઉન(એટલેકે નેગેટિવ) હોય શકે છે. મતલબ આ બંન્નેના સ્પિનનો સરવાળો કરો તો પરિણામ ઝીરો મળશે કેમકે આ બંન્ને ફોટોનમાંથી બન્યા છે કે જેનું કોઇ સ્પિન નથી હોતું. પરંતુ!! આપણે જણાવી નથી શકતા કે આ બંન્નેમાંથી કોનું સ્પિન અપ હશે અને કોનું ડાઉન?

-

હવે ક્વાન્ટમ થીઅરીના superposition state ની નજરેથી જોઇએ તો જ્યાંસુધી આપણે તેમનું અવલોકન નથી કરતા ત્યાંસુધી તેઓ એકજ સમયે અપ સ્ટેટમાં પણ હોય છે અને ડાઉન સ્ટેટમાં પણ. જો entanglement અવસ્થાની વાત કરીએ તો તે એક એવી અવસ્થા હોય છે જેમાં બે પાર્ટિકલ્સ કંઇક એવીરીતે જોડાઇ જાય છે કે તેઓ બંન્ને કેવળ સંયુક્ત અવસ્થા(combine state) માંજ અસ્તિત્વ ધરાવે છે. સરળ ભાષામાં કહીએ તો જોડીયા ભાઇ/બહેનો જેવા હોય છે(ઉદાહરણ યોગ્ય તો નથી છતાં સરળતા ખાતર). મતલબ અગર આપણને ઇલેક્ટ્રોનનો સ્પિન અપ મળે છે તો ચોક્કસપણે પોઝિટ્રોનનો સ્પિન ડાઉન જ મળશે અને vice versa. ટૂંકમાં આમાંથી કોઇ એકનો સ્પિન સ્ટેટ જાણ્યા વિના આપણે અન્યના સ્પિન સ્ટેટ વિષે કંઇજ નથી કહી શકતાં. અર્થાત entanglement માં પાર્ટિકલોને સંયુક્ત અવસ્થા દ્વારા જ વર્ણિત કરી શકાય છે.

-

હવે આવીએ EPR પેરાડોક્સ ઉપર..જેના અનુસાર અગર આપણી પાસે બે entanglement particles હોય અને તે બંન્નેમાંથી કોઇક એક પાર્ટિકલની અવસ્થા વિષે માહિતી મળી જાય, તો તે જ ક્ષણે આપણે ગેરંટી સાથે કહી શકીએ છીએ કે અન્ય જોડીદાર પાર્ટિકલની અવસ્થા શું હશે? ભલે તે બંન્ને પાર્ટિકલની વચ્ચે ગમે તેટલું અંતર કેમ ન હોય? ઉદાહરણ તરીકે જો અવલોકન કર્યા બાદ, પ્રથમ પાર્ટિકલનો સ્પિન આપણને અપ મળે, તો આપણે બિલકુલ તેજ ક્ષણે કહી શકીએ છીએ કે અન્ય પાર્ટિકલનો સ્પિન ડાઉન જ હશે(કે જેના સમીકરણો પણ મૌજૂદ છે, જુઓ નીચેની ઇમેજ-1&2). કહેવાનો મતલબ જો બંન્ને entanglement ના પાર્ટિકલમાંથી એક ને બ્રહ્માંડના એક છેડા ઉપર રાખીએ અને બીજાને અન્ય છેડા ઉપર(આ થોડી અતિશયોક્તિપૂર્ણ વાત છે છતાં..), તો પણ પહેલાં પાર્ટિકલના અવલોકન કરાયેલા સ્પિન સ્ટેટના આધારે બીજા પાર્ટિકલનો સ્પિન સ્ટેટ બદલાઇ જશે અને તે પણ તેજ ક્ષણે(instantaneous). માનો બંન્ને કણો એકબીજાને પોતાની અવસ્થાની જાણકારી આપી રહ્યાં હોય. અર્થાત બંન્ને વચ્ચે માહિતીનું આદાનપ્રદાન પ્રકાશવેગ કરતા અનેકગણી ઝડપે થયું. આવું કઇરીતે શક્ય છે? કેમકે આ તો સીધેસીધું આઇનસ્ટાઇનની special theory of relativity થીઅરીને ખોટી સાબિત કરે છે.

-

એટલામાટે આઇનસ્ટાઇને આને એક વિરોધાભાસ(paradox) માન્યો હતો. આઇનસ્ટાઇન એ બાબતે તો સમંત હતાં કે બે કણ ભલે ગમે તેટલા અંતરે મૌજૂદ હો, જો આપણે તેઓમાંથી એકનો સ્પિન સ્ટેટ જાણતાં હોઇએ તો તેજ ક્ષણે અન્યનો સ્પિન સ્ટેટ જણાવી શકીએ છીએ. પરંતુ!! તેઓ એ માનવા તૈયાર નહોતા કે બંન્ને કણો વચ્ચે માહિતીની આપ-લે પ્રકાશવેગ કરતા પણ અનેકગણી ઝડપે થઇ શકે છે. હાં, હજીસુધી વૈજ્ઞાનિકો માટે આ એક કોયડો જ છે કે આવું કેમ થાય છે? બની શકે entanglement ના પાર્ટિકલ higher dimension નો ઉપયોગ કરતા હો(કે જેને આપણે હજીસુધી જાણી નથી શક્યાં)! માટે ખુલાસાવાર વિગત ન મળે ત્યાસુધી આઇનસ્ટાઇનની થીઅરી તેમની જગ્યાએ અડિખમ ઉભી છે.

 

(ક્રમશ:)