Copenhagen Interpretation

 

 

જુઓ મુખ્ય ઇમેજ....આ ઇમેજ દુનિયાના ઇતિહાસની સૌથી લોકપ્રિય સાયન્ટિફિક મીટિંગ solvay conference(1927) ની છે. આ ઇમેજમાં મૌજૂદ 29 ભૌતિકવિજ્ઞાનીઓ માંથી 17 ને નોબલ પ્રાઇઝ મળી ચૂક્યું છે. ઇમેજમાં આપણને આપણાં ઘણા મનપસંદ વૈજ્ઞાનિકો નજરે ચઢશે. પરંતુ!! આ મીટિંગમાં એક ઘટના એવી ઘટી હતી જેના કારણે આજે પણ આ કોન્ફરન્સને યાદ કરવામાં આવે છે. એ ઘટના હતી...ક્વોન્ટમ મિકેનિક્સ ઉપર આઇનસ્ટાઇન અને નીલ્સ બોહર વચ્ચે થયેલ એક ખુબ લાંબી ચર્ચા.

-

દરઅસલ તે સમયે ઘણાં ભૌતિકશાસ્ત્રીઓ એ બાબતે પરેશાન હતાં કે આખરે ક્વોન્ટમ પાર્ટિકલ્સની પ્રકૃતિ શું હોય છે? અર્થાત તેઓ વેવ હોય છે કે પાર્ટિકલ? આ બાબત ઉપર પ્રકાશ પાડવા આ મીટિંગનું આયોજન કરાયુ હતું. જેમાં સઘળા વૈજ્ઞાનિકોએ પોતપોતાના અલગ-અલગ વિચારો રજૂ કર્યા પરંતુ તે મીટિંગમાં સૌથી મોટો પ્રહાર નીલ્સ બોહરે કર્યો. જેમાં તેમણે ક્વોન્ટમ મિકેનિક્સ વિષે કેટલીક એવી બાબતો જણાવી જેને બાદમાં Copenhagen Interpretation ના નામે ઓળખવામાં આવી. આ Interpretation માં કેટલાક એવા સિદ્ધાંતો છે જેને નીલ્સ બોહર, હાઇઝેનબર્ગ, શ્રોડીંગર, મેક્સ બોર્ન જેવા ઘણાં વૈજ્ઞાનિકોએ institute of theoretical physics(university of copenhagen) માં સાથે મળીને બનાવ્યા હતાં. શા માટે? ક્વોન્ટમ મિકેનિક્સ ઉપર ઉઠતા સવાલોના જવાબો શોધવા માટે.

-

આ ચર્ચામાં બોહરે અમુક એવી વાતો કહી જે કેટલાક વૈજ્ઞાનિકોની દ્રષ્ટિએ બિલકુલ ખોટી હતી જેમકે...ઇલેક્ટ્રોન જેવા કણો, કણની જેમ અસ્તિત્વ જ નથી ધરાવતા જ્યાં સુધી કોઇ તેમનું નિરીક્ષણ નહીં કરે. અર્થાત આવા કણોનું નિરીક્ષણ ન કરાય ત્યાંસુધી તેઓ વેવ(તરંગ) નો ગુણ દર્શાવે છે પરંતુ જેવું તેમનું નિરીક્ષણ કરાય ત્યારે તેઓ કણનો ગુણ દર્શાવે છે. આ તો એવી જ વાત થઇ માનો રૂમમાં એક ખુરશી પડી છે. જ્યાં સુધી તેને કોઇ જોતું ન હોય ત્યાંસુધી બની શકે તે ખુરશી ત્યાં હાજર ન હોય પરંતુ જેવું તેને કોઇ જોય છે તે જ ક્ષણે તે પોતાની જેમ હતી તેવી સ્થિતિમાં ત્યાં હાજર થઇ જાય છે. એટલા માટે આઇનસ્ટાઇન, બોહરની વાત ઉપર વિશ્વાસ નહોતા કરતા. તેમનું માનવું હતું ઇલેક્ટ્રોન છે તો છે ભલે તેને કોઇ જોવે કે ન જોવે. આ રીતે આઇનસ્ટાઇને બોહરની વાતો ઉપર ઘણાં વાંધા ઉઠાવ્યા અને ચર્ચા લંબાતી રહી. હવે એક thought experiment ઉપર નજર કરીએ જેમાં આઇનસ્ટાઇન, બોહર અને અનિશ્ચિતતાના સિદ્ધાંત(uncertainty principle) ને ખોટા ઠેરવવાની કોશિશ કરી રહ્યાં હતાં.

-

માની લો તમે એક બોક્ષ લીધું જેમા ફોટોન ભર્યા છે. તે બોક્ષની બનાવટ એવી છે કે તેમાંથી એક સમયે ફક્ત એક જ ફોટોન બહાર આવી શકે(જુઓ નીચેની ઇમેજ-1). તો આઇનસ્ટાઇન અનુસાર જો તમને એ ખબર હોય કે તે બોક્ષ કેટલા સમય સુધી ખુલ્લું રહ્યું તો તે સમયની ગણના કરીને તમે એ પણ જાણી શકો કે કેટલા સમયમાં કેટલા ફોટોન તે બોક્ષની બહાર ગયા. બોક્ષમાં કેટલા ફોટોન હતા તેની પહેલેથી જ તમને જાણ હતી અર્થાત બોક્ષની અંદર કેટલી ઉર્જા છે તે તમે પહેલેથી જ જાણતા હતાં. હવે ફોટોનના બહાર જવાથી કેટલી ઉર્જા બચી છે તેની ગણતરી કરી તમે સમયની સાથેસાથે ઉર્જાની પણ ગણતરી કરી લીધી. મતલબ તમે સમય અને ઉર્જાની ગણતરી એકજ સમયે કરી અને આ વાત તો અનિશ્ચિતતાના સિદ્ધાંતની વિરૂધ્ધ છે. કેમકે સિદ્ધાંત કહે છે કે આપણે position અને momentum ની જેમ time અને energy ને પણ એકસાથે એકજ સમયે માપી નથી શકતાં(જુઓ નીચેની ઇમેજ-2). જો એકને માપવા જઇએ તો બીજામાં અનિશ્ચિતતા આવી જશે અને જો બીજાને માપવા જઇએ તો પહેલામાં અનિશ્ચિતતા આવી જશે. પરંતુ!! ઉપરોક્ત કેસમાં તો તમે બંન્નેને એકસાથે માપી લીધા. જેનો સીધો મતલબ એવો થાય કે અનિશ્ચિતતાનો સિદ્ધાંત ખોટો છે.

-

આઇનસ્ટાઇનની વાત સાંભળી સભામાં સન્નાટો છવાઇ ગયો. કોઇની પાસે આનો જવાબ ન હતો કેમકે ટેકનિકલી આઇનસ્ટાઇનની વાત સાચી હતી પરંતુ નીલ્સ બોહર પણ કંઇ કાચી માટીના નહોતા. થોડું વિચાર્યા બાદ એમણે જે જવાબ આપ્યો તેનાથી આઇનસ્ટાઇનના ખુદના સાપેક્ષતા સિદ્ધાંત ઉપર પ્રશ્નાર્થ ચિહ્ન ઉભું થઇ ગયું. તેમણે કહ્યું કે આ thought experiment માં જો આઇનસ્ટાઇનની થીઅરી ઓફ રિલેટિવિટીને સામેલ કરીએ તો પ્રયોગમાં અનિશ્ચિતતા આવી જશે અને સમસ્યાનો ઉકેલ પણ મળી જશે તેમજ ક્વોન્ટમ મિકેનિક્સ પણ સાચી સાબિત થશે. કઇરીતે જુઓ....

-

તેમણે કહ્યું જે પ્રયોગ આઇનસ્ટાઇન જણાવી રહ્યાં છે તે કોઇ ગુરુત્વાકર્ષણ ક્ષેત્ર(gravitational field)માં થયો હશે. મતલબ સ્પેસમાં ક્યાંક ને ક્યાંક તો થયો જ હશે અને આઇનસ્ટાઇનની જનરલ થીઅરી ઓફ રિલેટિવિટી કહે છે કે ગુરુત્વાકર્ષણ ક્ષેત્ર સમયના માપનને અસર કરે છે. જ્યાં ગુરુત્વાકર્ષણ વધુ હશે ત્યાં સમય ધીમો વહેશે અને જ્યાં ગુરુત્વાકર્ષણ ઓછું હશે ત્યાં સમય ઝડપી વહેશે. હવે જ્યાં આ પ્રયોગ થયો હશે ત્યાંનું ગુરુત્વાકર્ષણ ક્ષેત્ર આપણા દ્વારા મપાતા ફોટોનના સમયને સીધી અસર કરશે. જો બોક્ષ અધિક ગુરુત્વાકર્ષણ ક્ષેત્રમાં હશે તો સમયની વેલ્યૂ કંઇક ઓર હશે અને જો ઓછા ગુરુત્વાકર્ષણ ક્ષેત્રમાં હશે તો સમયની વેલ્યૂ કંઇક ઓર હશે. ટૂંકમાં સમયની વેલ્યૂ તે બોક્ષની position ઉપર આધારિત હશે. જો position બદલાશે તો સમય અને ઉર્જાની વેલ્યૂ પણ બદલાશે. મતલબ અહીં પણ અનિશ્ચિતતા છે જ. તો જો આઇનસ્ટાઇન એમ કહેતા હોય કે અનિશ્ચિતતાનો સિદ્ધાંત ખોટો છે તો પછી બોહર અનુસાર તેમનો સાપેક્ષતાનો સિદ્ધાંત પણ સ્વયં ખોટો સાબિત થાય છે.

-

આ પ્રમાણે આઇનસ્ટાઇન, નીલ્સ બોહરના જવાબ સામે લાચાર થઇ ગયા અને પોતાના જ thought experiment થી હારી ગયા. ખેર, આ ઘટના બાદ પણ આઇનસ્ટાઇન પોતાની એ વાત ઉપર અડગ રહ્યાં કે ક્વોન્ટમ મિકેનિક્સમાં કેટલાક hidden variables છુપાયેલા છે. એમની આ માન્યતા પણ ફિલહાલના નોબલ પ્રાઇઝ વિજેતાઓએ પ્રાયોગિક ધોરણે ખોટી પાડી.