ஒரு லட்சம் பேர் பங்கேற்ற அறிவியல் பரிசோதனை!
---------------------------------------------------------------------------------------------
பி இளங்கோ சுப்பிரமணியன்
---------------------------------------------------------------------------------------
ஆய்வுக் கூடங்களில் நடைபெறும் அறிவியல்
பரிசோதனைகளில் மாணவர்களும் ஆசிரியர்களும்
மட்டுமே ஈடுபடுவார்கள். இதற்கு மாறாக, பொது
மக்களும் பங்கேற்ற, அதுவும் ஒரு லட்சம் பேர் பங்கேற்ற
ஒரு அறிவியல் பரிசோதனை 2016ல் நடந்தது.
அறிவியல் வரலாற்றில் முன்னுதாரணம் இல்லாத
இந்நிகழ்வு குவான்டம் இயற்பியல் சார்ந்த
பங்கேற்புப் பரிசோதனை (participatory experiment) ஆகும்.
2016 நவம்பர் 30ல் நடைபெற்ற இந்த இயற்பியல்
பரிசோதனை மாபெரும் பெல் பரிசோதனை
(Big Bell test experiment) எனப்படுகிறது. இதன் முடிவுகள்
உலகின் தலைசிறந்த அறிவியல் ஏடான
நேச்சர் (Nature) இதழில் வெளியிடப்பட்டன. இதில்
பங்கேற்ற லட்சக் கணக்கான பொதுமக்கள்
ஒரு காணொளி விளையாட்டு (on line video game) மூலம்
பரிசோதனையில் பங்கேற்றனர். ஜான் ஸ்டூவர்ட் பெல்
(John Stewart Bell 1928-1990) என்னும் அயர்லாந்து
இயற்பியல் அறிஞரின் பெயரால் அமைந்த
பரிசோதனை இது.
பார்சிலோனாவில் உள்ள ICFO (The Institute of Photonic Sciences)
என்ற அறிவியல் அமைப்பு இப்பரிசோதனையை
ஒருங்கிணைத்து நடத்தியது பிரிஸ்பேன், ஷாங்காய்,
வியன்னா, ரோம் உள்ளிட்ட உலகின் பன்னிரண்டு
நகரங்களில் உள்ள ஆய்வகங்கள் இப்பரிசோதனையில்
பங்கேற்றன. இதில் பங்கேற்கும் பொதுமக்கள்
0,1 எனப்படும் பைனரி இலக்கங்களை (bits) தாங்கள்
விரும்பும் வரிசையில் (sequence) அனுப்ப வேண்டும்.
இவ்வாறு 9 கோடி இலக்கங்களை (bits) அனுப்பினர்
பங்கேற்ற பொதுமக்கள்.
இப்பரிசோதனையில் கொடுக்கப்படும் இடுகைகள்
(inputs) முற்றிலும் தற்போக்காக (purely random) அமைய
வேண்டும் என்பதற்காகவே பொதுமக்கள்
பங்கேற்க வைக்கப் பட்டனர். பொதுமக்களுக்குப்
பதில் விஞ்ஞானிகளே இத்தகைய இடுகைகளைக்
கணினி மூலம் கொடுத்தால் அதில் தற்போக்கிற்கு
(randomness) இடமில்லாமல் போய், முன்தீர்மானத்திற்கு
(pre determinism) இடம் ஏற்பட்டு விடும். இது பெல்
பரிசோதனையை செல்லாதது (invalid) ஆக்கி விடும்.
கடந்த காலத்திலும் பெல் பரிசோதனைகள்
நடைபெற்றன. அவற்றில், பரிசோதனையைச்
செய்யும் இயற்பியலாளர்கள் தேவையான
இடுகைகளை தாங்களே உள்ளீடு செய்தனர்.
இவ்வாறு இடுகைகளைப் பொறுத்தமட்டில் ஒரு
தேர்ந்தெடுப்பு சுதந்திரம் (freedom of choice) பரிசோதனை செய்பவர்களுக்கு இருந்தது. இது பரிசோதனை
முடிவுகளின்மீது அதிருப்தியைத் தோற்றுவித்தது.
இதைத் தவிர்க்கவே இம்முறை பொதுமக்களின்
பங்கேற்பு கோரப்பட்டது. இதன் மூலம் முன்னரே
கணிக்க முடியாத இடுகைகள் (unpredictable data inputs)
கிடைத்தன.
குவான்டம் இயற்பியல் முழுமையற்றதா?
---------------------------------------------------------------------------
1930ஆம் ஆண்டு முதலே இயற்பியல் அறிஞர்களிடம்
குவான்டம் இயற்பியலின் சரித்தன்மை குறித்து
முடிவற்ற விவாதம் நடந்து கொண்டே இருந்தது.
குவான்டம் இயற்பியலுக்கு ஆதரவாக நியல்ஸ்
போர் (Niels Bohr 1885-1962), எதிராக ஐன்ஸ்டின் என்று
இரு அணிகளாக மொத்த இயற்பியல் உலகமுமே
பிரிந்து கிடந்தது.
பிரபஞ்சம் பற்றிய குவான்டம் இயற்பியலின்
பார்வை மரபார்ந்த இயற்பியலுக்கு முற்றிலும்
மாறாக உள்ளது. யதார்த்தம் (reality) என்பதும்
பிரபஞ்சமும் நிறைய உறுதியின்மைகளை
(uncertainties) கொண்டிருக்கின்றன என்கிறது குவான்டம்
இயற்பியல். ஐன்ஸ்டினின் கருத்து இதற்கு நேர்மாறாக
இருந்தது. திட்டவட்டமான இயற்பியல் விதிகளுக்கு
உட்பட்டே பிரபஞ்சம் இயங்குகிறது என்று
ஐன்ஸ்டின் திடமாக நம்பினார். எனவே குவான்டம்
இயற்பியல் முரண்பாடுகளைக் கொண்டது
(quantum mechanics is inconsistent) என்று நிரூபிக்க
விரும்பினார் ஐன்ஸ்டின்.
போரிஸ் பொடோல்ஸ்கி (Boris Podolsky 1896-1966),
நாதென் ரோசன் (Nathen Rosen 1909-1995)
ஆகிய இரு இயற்பியலாளர்களுடன் சேர்ந்து
1936ல் ஐன்ஸ்டின் ஓர் அறிக்கையை வெளியிட்டார்.
இயற்பியல் யதார்த்தம் பற்றிய குவாண்டம்
விசையியலின் வர்ணனை முழுமையானதா
(Can quantum mechanical description of Physical Reality be
considered complete?) என்பதே இந்த
அறிக்கையின் தலைப்பு. சுருக்கமாக இந்த அறிக்கை
ஐன்ஸ்டின்-பொடோல்ஸ்கி-ரோசன் அறிக்கை
(EPR paper) என்று அழைக்கப்பட்டது.
குவான்டம் விசையியல் முற்றிலும் தவறானது என்று
கூறாவிட்டாலும், அது முழுமையற்றது
என்று EPR அறிக்கை உறுதிபடக் கூறியது.
குவான்டம் விசையியல் கூறுவதற்கு மாறாக, திட்டவட்டமான இயற்பியல்
விதிகளால்தான் பிரபஞ்சம் இயங்குகிறது என்று
கருதிய ஐன்ஸ்டின், கடவுள் தாயம் விளையாடுவது
இல்லை (God does not play dice) என்று கூறியது இந்த
சந்தர்ப்பத்தில்தான்.
மறைந்திருக்கும் காரணிகள்!
------------------------------------------------------
EPR அறிக்கையானது EPR முரண்பாடு (EPR paradox)
என்றும் அழைக்கப் பட்டது. குவான்டம் விசையியல்
கோட்பாடுகள் ஒரு முரண்பாட்டைத்
தோற்றுவிக்கின்றன என்று EPR அறிக்கை கூறுகிறது.
எப்படி முரண்பாடு வருகிறது என்று பார்ப்போம்.
எந்த ஒரு நிகழ்வுக்கும் ஒரு ஸ்தலத் தன்மை
(local realism) அதாவது உள்ளூர்த் தன்மை உண்டு.
நெப்டியூன் கோளில் ஏற்படும் ஒரு அதிர்வானது
கோடிக்கணக்கான கிமீ தூரத்தில் உள்ள
நம் பூமியில் அதே நேரத்தில் ஒரு விளைவை
ஏற்படுத்தாது.
ஒரு ஆய்வகத்தில் இரண்டு எலக்ட்ரான்களை
வெவ்வேறு திசையில் அனுப்பினால், அவற்றின்
பயணம் ஸ்தலக் காரணிகளுக்கு உட்பட்டே
இருக்கும். இக்காரணிகள் என்னென்ன என்று
பரிசோதனையில் புலப்படாவிட்டாலும், அவை
உறுதியாக ஸ்தலக் காரணிகளே, இந்தக் காரணிகளை
"மறைந்திருக்கும் காரணிகள்" (hidden variables) என்று
அழைத்தார் ஐன்ஸ்டின். இவ்வாறு மறைந்திருக்கும்
ஸ்தலக் காரணிகளால் கட்டுப்படுத்தப்பட்டு இருப்பதே
யதார்த்தம் (realism) ஆகும் என்றார் ஐன்ஸ்டின்.
இதனால் ஐன்ஸ்டினின் கொள்கை
"மறைந்திருக்கும் காரணிகள் கொள்கை"
(hidden variables theory) எனப்படுகிறது.
இங்கு உள்ளூர்த்தன்மை (localism) என்பதை, அன்றாட
வாழ்க்கையில் நாம் பேசும் உள்ளூர் என்று
நினைக்கக் கூடாது. ஒளியின் வேகம் நொடிக்கு
மூன்று லட்சம் கி.மீ ஆகும். இந்த வேகத்துக்கு
உட்பட்டது அனைத்துமே ஐன்ஸ்டினின் கொள்கையில் உள்ளூர்தான்.
ஆனால் குவான்டம் விசையியல் உள்ளூர்த்
தன்மையை ஏற்றுக் கொள்வதில்லை. எந்த ஒரு
நிகழ்வையும் உள்ளூர்த் தன்மை அல்லாத
காரணிகளும் (non local variables) ஏற்படுத்தும்
என்கிறது குவான்டம் இயற்பியல். அது எப்படி
முடியும் என்று கேள்வி எழுப்பினார் ஐன்ஸ்டின்.
"மறைந்திருக்கும் காரணிகள்" என்ற ஐன்ஸ்டினின்
கொள்கையை குவான்டம் விசையியல் ஏற்பதில்லை.
400 கோடி கி.மீ.க்கும் மேற்பட்ட தொலைவில்
இருக்கும் நெப்டியூனில் ஒரு அதிர்வு ஏற்பட்டால்,
அந்த அதிர்வு அதே நேரத்தில் பூமியில் ஒரு பாதிப்பை
ஏற்படுத்தலாம் என்று சொன்னால் நம்மால் அதை
ஏற்க முடியுமா? நமது பகுத்தறிவுடன் இது
கடுமையாக முரண்படுகிறது அல்லவா? ஆனால்
குவான்டம் விசையியலின் கொள்கைகள் பலவும்
நமது பகுத்தறிவுடன் முரண்படுபவைதான்.
"மறைந்திருக்கும் காரணிகள்" என்ற கோட்பாட்டை
ஏற்காதபோது, பிரபஞ்சத்தில் செய்தி செல்லும்
அதிகபட்ச வேகம் ஒளியின் வேகமே என்ற
சார்பியல் கோட்பாட்டை குவான்டம் விசையியலின்
கொள்கைகள் மீறுகின்றன.இங்கு முரண்பாடு
ஏற்படுகிறது. இந்த முரண்பாட்டைக்
கூறுவதாலேயே ஐன்ஸ்டினின் அறிக்கை
EPR paradox என்று அழைக்கப் படுகிறது..
ஒரு தெளிவான ஆனால் நுட்பமான உதாரணத்தைப்
பார்ப்போம். தகவல் ஒளிபரப்புக்காக செயற்கைக்
கோள்கள் (Geostationary statelites) பூமியைச் சுற்றி வருகின்றன.
இவை பூமியின் மேற்பரப்புக்கு மேல் 36,000 கிமீ
உயரத்தில் இருந்து பூமியைச் சுற்றி வருகின்றன.
சென்னை சேப்பாக்கம் மைதானத்தில் நடைபெறும்
ஒரு கிரிக்கெட் பந்தயத்தை செயற்கைக் கோள்களின்
உதவியுடன் தொலைக்காட்சிகள் ஒளிபரப்புகின்றன.
உங்கள் தொலைக்காட்சிப் பெட்டிக்கு வரும்
சிக்னலானது 36,000 கி.மீ உயரத்தில் உள்ள
செயற்கைக்கோளுக்குச் சென்று, பின் அங்கிருந்து
திரும்பி உங்கள் தொலைக்காட்சிப் பெட்டிக்கு
வருகிறது. போக வர மொத்தம் 72,000 கிமீ ஆகிறது.
ஒளியின் வேகத்தில் (நொடிக்கு 300,000 கிமீ)
சிக்னல் போய் வருகிறது. இந்த வேகத்தில்
போனாலும், 72,000 கிமீ தொலைவைக் கடக்க
கால் வினாடி (0.24 second) ஆகிவிடும். ஒளிபரப்பில்
ஏற்படும் இந்த நுண்ணிய கால் வினாடி தாமதத்தை
நம்மால் உணர முடியும். இதுதான் ஐன்ஸ்டின் கூறிய
உள்ளூ ர்த் தன்மை கொண்ட யதார்த்தம் (local realism).
இங்கு ஒளியின் வேகமே மறைந்திருக்கும்
காரணி என்று புரிந்து கொள்ளலாம்.
பெல் தேற்றம்!
----------------------------
EPR அறிக்கையைத் தொடர்ந்து குவான்டம்
விசையியலின் சரித்தன்மை பற்றி விவாதங்கள்
தொடர்ந்தன. 1964ல் ஜான் ஸ்டூவர்ட் பெல் என்னும்
இயற்பியலாளர் EPR அறிக்கையின் சரித்தன்மையைப்
பரிசோதிக்க வல்ல ஒரு தேற்றத்தை முன்மொழிந்தார்.
இது பெல் தேற்றம் (Bell's theorem of inequality)
எனப்படுகிறது. ஒரு பரிசோதனையைச் செய்து
EPR முரண்பாட்டைச் சரிபார்க்க பெல் தேற்றம்
வாய்ப்பளிக்கிறது. பெல் தேற்றத்தைக் கணித
வடிவில் கூறும்போது ஒரு அசமத்துவம் (inequality)
கிடைக்கிறது. எனவே இது பெல் அசமத்துவம்
(Bell's inequality) என்றும் அழைக்கப் படுகிறது.
பெல் தேற்றம் இதுதான்!
"மறைந்திருக்கும் காரணிகளைக் கொண்டுள்ள
எந்த ஒரு கோட்பாடும் குவான்டம் விசையியலின்
எல்லா முன்கணிப்புகளையும் ஒருபோதும்
வெளிப்படுத்தாது".
(No physical theory of local hidden variables can ever reproduce
all of the predictions of quantum mechanics).
பெல் தேற்றம் குவான்டம் விசையியலுக்கு
ஆதரவானதுதான். பெல் தேற்றம் வெளியானது
முதல் இன்று வரை கணக்கற்ற பரிசோதனைகள்
இத்தேற்றம் வழங்கிய கோட்பாட்டு அடிப்படையில்
(conceptual foundation) நடைபெற்றுள்ளன. என்றாலும்
இவற்றைக் காண ஐன்ஸ்டின் உயிருடன் இல்லை.
பெல் தேற்றம் வெளியாகும் முன்பே 1955ல்
ஐன்ஸ்டின் மறைந்து விட்டார்.
பெல் பரிசோதனைகளில் மிகவும் பிரபலமானது
ஆலன் ஆஸ்பெக்ட் (Alain Aspect) என்னும் பிரெஞ்சு
இயற்பியலாளர் மற்றும் சிலர் இணைத்து பாரிஸ்
நகரில் நடத்திய பரிசோதனை ஆகும்.
இதற்கு முன்னரும் இதன் பிறகும் நிறைய
பெல் பரிசோதனைகள் நடத்தப் பட்டன. அவற்றுள்
தற்போதைய பரிசோதனை பலரின் கூட்டு முயற்சியில்
மக்களின் பங்கேற்புடன் வெற்றிகரமாக நடந்துள்ளது.
பரிசோதனை நடைபெற்றது எப்படி?
--------------------------------------------------------------
இப்பரிசோதனையில் "சிக்குண்ட ஃபோட்டான்கள்"
(entangled photons) பயன்பட்டன. 780 நானோ மீட்டர் குழாய்
லேசரைக் கொண்டு ஒரு குறிப்பிட்ட வகைப்
படிகத்தின் (crystal) மீது குவித்து ஃபோட்டான்
இணைகள் (photon pairs) உண்டாக்கப் பட்டன. இவற்றில்
இருந்து சிக்குண்ட ஃபோட்டான்கள் (entangled photons)
உருவாக்கப் பட்டன.
இந்த இணைகளை அளவிடுவதற்காக, அவை
90 மீட்டர் (தோராயமாக) தொலைவில் உள்ள இரண்டு
அளவிடும் நிலையங்களுக்கு (measurement stations) அனுப்பப்
பட்டன. எவ்வாறு அளவிட வேண்டும் என்பதை முடிவு
செய்ய, பொதுமக்கள் வழங்கிய தற்போக்கான
இலக்கங்கள் அளவிடும் நிலையங்களுக்கு
அனுப்பப் பட்டன. அளவிட்டு முடிந்த பின்னர்
வெளியேறிய ஃபோட்டான்கள் கண்டறியப்
பட்டன. கணக்கீடுகளின் பின், பெல் அசமத்துவத்தின்
மதிப்பு 0.10 என்று பரிசோதனை முடிவு தெரிவித்தது.
இது கோட்பாட்டு மதிப்பின் வரம்புக்கு (theoretical limit)
உட்பட்டதே.
பரிசோதனையின் அதிர்ச்சிகரமான முடிவு!
-------------------------------------------------------------------------------
இந்தப் பரிசோதனைகள் அனைத்தும் குவான்டம்
விசையியலின் சரித்தன்மையை உறுதிப்
படுத்தி உலகை அதிர்ச்சியில் ஆழ்த்தின.
ஐன்ஸ்டின் கூறிய "உள்ளூர்த் தன்மை கொண்ட
மறைந்திருக்கும் காரணிகள்"
(Local hidden variables theory) என்ற கோட்பாடு தவறானது
என்று பரிசோதனை முடிவுகள் நிரூபித்துள்ளன.
குவாண்டம் விசையியல் சரியானது என்று
நிரூபிக்கப் படும் போதெல்லாம் நமது பகுத்தறிவு
அடி வாங்குகிறது. பகுத்தறிவு என்பது என்ன?
பதினெட்டு வயது வரை நமது மூளையில்
சேமிக்கப்பட்ட கருத்துக்கள் தர்க்கங்கள் வரலாறு
ஆகியவற்றின் தொகுப்புதானே! ஒரு தமிழனின்
பகுத்தறிவில் மகாத்மா காந்தி, திருவள்ளுவர்,
கண்ணகி எல்லோரும் இடம்பெற்று இருப்பார்கள்
அல்லவா? கூடவே தமிழனின் தர்க்கங்களும்!
குவான்டம் விசையியல் நமது பகுத்தறிவில்
பாரதூரமான மாற்றத்தைக் கோருகிறது.
நமது பகுத்தறிவின் அறிவியல் பகுதி
பத்தொன்பதாம் நூற்றாண்டுக்கு மேல்
வளரவில்லை. நியூட்டனின் இயற்பியலை
நமது பகுத்தறிவு இன்னும் கடக்கவில்லை.
அதைக் கடந்தால்தான் குவான்டம் இயற்பியலின்
மர்மங்களை நாம் அறிய முடியும். 21ஆம்
நூற்றாண்டின் மாபெரும் பெல் பரிசோதனையின்
முடிவை நம்மால் உணர முடியும்.
நாம் முன்தீர்மானித்து வைத்துள்ளபடி, இந்தப்
பிரபஞ்சம் இருக்க வேண்டும் என்று
எதிர்பார்ப்பதும் அப்படி இல்லை என்று தெரிய
வரும்போது அதிர்ச்சி அடைவதும் சரியல்ல.
பிரபஞ்சம் நாம் வகுத்த சட்டகத்துக்குள்
அடைபட வேண்டும் என்று எதிர்பார்ப்பதும்
நியாயமல்ல. பிரபஞ்சம் எப்படி இருக்கிறதோ
அதை அப்படியே ஏற்றுக் கொள்வதுதான்
சரியானது.
*********************************************************
---------------------------------------------------------------------------------------------
பி இளங்கோ சுப்பிரமணியன்
---------------------------------------------------------------------------------------
ஆய்வுக் கூடங்களில் நடைபெறும் அறிவியல்
பரிசோதனைகளில் மாணவர்களும் ஆசிரியர்களும்
மட்டுமே ஈடுபடுவார்கள். இதற்கு மாறாக, பொது
மக்களும் பங்கேற்ற, அதுவும் ஒரு லட்சம் பேர் பங்கேற்ற
ஒரு அறிவியல் பரிசோதனை 2016ல் நடந்தது.
அறிவியல் வரலாற்றில் முன்னுதாரணம் இல்லாத
இந்நிகழ்வு குவான்டம் இயற்பியல் சார்ந்த
பங்கேற்புப் பரிசோதனை (participatory experiment) ஆகும்.
2016 நவம்பர் 30ல் நடைபெற்ற இந்த இயற்பியல்
பரிசோதனை மாபெரும் பெல் பரிசோதனை
(Big Bell test experiment) எனப்படுகிறது. இதன் முடிவுகள்
உலகின் தலைசிறந்த அறிவியல் ஏடான
நேச்சர் (Nature) இதழில் வெளியிடப்பட்டன. இதில்
பங்கேற்ற லட்சக் கணக்கான பொதுமக்கள்
ஒரு காணொளி விளையாட்டு (on line video game) மூலம்
பரிசோதனையில் பங்கேற்றனர். ஜான் ஸ்டூவர்ட் பெல்
(John Stewart Bell 1928-1990) என்னும் அயர்லாந்து
இயற்பியல் அறிஞரின் பெயரால் அமைந்த
பரிசோதனை இது.
பார்சிலோனாவில் உள்ள ICFO (The Institute of Photonic Sciences)
என்ற அறிவியல் அமைப்பு இப்பரிசோதனையை
ஒருங்கிணைத்து நடத்தியது பிரிஸ்பேன், ஷாங்காய்,
வியன்னா, ரோம் உள்ளிட்ட உலகின் பன்னிரண்டு
நகரங்களில் உள்ள ஆய்வகங்கள் இப்பரிசோதனையில்
பங்கேற்றன. இதில் பங்கேற்கும் பொதுமக்கள்
0,1 எனப்படும் பைனரி இலக்கங்களை (bits) தாங்கள்
விரும்பும் வரிசையில் (sequence) அனுப்ப வேண்டும்.
இவ்வாறு 9 கோடி இலக்கங்களை (bits) அனுப்பினர்
பங்கேற்ற பொதுமக்கள்.
இப்பரிசோதனையில் கொடுக்கப்படும் இடுகைகள்
(inputs) முற்றிலும் தற்போக்காக (purely random) அமைய
வேண்டும் என்பதற்காகவே பொதுமக்கள்
பங்கேற்க வைக்கப் பட்டனர். பொதுமக்களுக்குப்
பதில் விஞ்ஞானிகளே இத்தகைய இடுகைகளைக்
கணினி மூலம் கொடுத்தால் அதில் தற்போக்கிற்கு
(randomness) இடமில்லாமல் போய், முன்தீர்மானத்திற்கு
(pre determinism) இடம் ஏற்பட்டு விடும். இது பெல்
பரிசோதனையை செல்லாதது (invalid) ஆக்கி விடும்.
கடந்த காலத்திலும் பெல் பரிசோதனைகள்
நடைபெற்றன. அவற்றில், பரிசோதனையைச்
செய்யும் இயற்பியலாளர்கள் தேவையான
இடுகைகளை தாங்களே உள்ளீடு செய்தனர்.
இவ்வாறு இடுகைகளைப் பொறுத்தமட்டில் ஒரு
தேர்ந்தெடுப்பு சுதந்திரம் (freedom of choice) பரிசோதனை செய்பவர்களுக்கு இருந்தது. இது பரிசோதனை
முடிவுகளின்மீது அதிருப்தியைத் தோற்றுவித்தது.
இதைத் தவிர்க்கவே இம்முறை பொதுமக்களின்
பங்கேற்பு கோரப்பட்டது. இதன் மூலம் முன்னரே
கணிக்க முடியாத இடுகைகள் (unpredictable data inputs)
கிடைத்தன.
குவான்டம் இயற்பியல் முழுமையற்றதா?
---------------------------------------------------------------------------
1930ஆம் ஆண்டு முதலே இயற்பியல் அறிஞர்களிடம்
குவான்டம் இயற்பியலின் சரித்தன்மை குறித்து
முடிவற்ற விவாதம் நடந்து கொண்டே இருந்தது.
குவான்டம் இயற்பியலுக்கு ஆதரவாக நியல்ஸ்
போர் (Niels Bohr 1885-1962), எதிராக ஐன்ஸ்டின் என்று
இரு அணிகளாக மொத்த இயற்பியல் உலகமுமே
பிரிந்து கிடந்தது.
பிரபஞ்சம் பற்றிய குவான்டம் இயற்பியலின்
பார்வை மரபார்ந்த இயற்பியலுக்கு முற்றிலும்
மாறாக உள்ளது. யதார்த்தம் (reality) என்பதும்
பிரபஞ்சமும் நிறைய உறுதியின்மைகளை
(uncertainties) கொண்டிருக்கின்றன என்கிறது குவான்டம்
இயற்பியல். ஐன்ஸ்டினின் கருத்து இதற்கு நேர்மாறாக
இருந்தது. திட்டவட்டமான இயற்பியல் விதிகளுக்கு
உட்பட்டே பிரபஞ்சம் இயங்குகிறது என்று
ஐன்ஸ்டின் திடமாக நம்பினார். எனவே குவான்டம்
இயற்பியல் முரண்பாடுகளைக் கொண்டது
(quantum mechanics is inconsistent) என்று நிரூபிக்க
விரும்பினார் ஐன்ஸ்டின்.
போரிஸ் பொடோல்ஸ்கி (Boris Podolsky 1896-1966),
நாதென் ரோசன் (Nathen Rosen 1909-1995)
ஆகிய இரு இயற்பியலாளர்களுடன் சேர்ந்து
1936ல் ஐன்ஸ்டின் ஓர் அறிக்கையை வெளியிட்டார்.
இயற்பியல் யதார்த்தம் பற்றிய குவாண்டம்
விசையியலின் வர்ணனை முழுமையானதா
(Can quantum mechanical description of Physical Reality be
considered complete?) என்பதே இந்த
அறிக்கையின் தலைப்பு. சுருக்கமாக இந்த அறிக்கை
ஐன்ஸ்டின்-பொடோல்ஸ்கி-ரோசன் அறிக்கை
(EPR paper) என்று அழைக்கப்பட்டது.
குவான்டம் விசையியல் முற்றிலும் தவறானது என்று
கூறாவிட்டாலும், அது முழுமையற்றது
என்று EPR அறிக்கை உறுதிபடக் கூறியது.
குவான்டம் விசையியல் கூறுவதற்கு மாறாக, திட்டவட்டமான இயற்பியல்
விதிகளால்தான் பிரபஞ்சம் இயங்குகிறது என்று
கருதிய ஐன்ஸ்டின், கடவுள் தாயம் விளையாடுவது
இல்லை (God does not play dice) என்று கூறியது இந்த
சந்தர்ப்பத்தில்தான்.
மறைந்திருக்கும் காரணிகள்!
------------------------------------------------------
EPR அறிக்கையானது EPR முரண்பாடு (EPR paradox)
என்றும் அழைக்கப் பட்டது. குவான்டம் விசையியல்
கோட்பாடுகள் ஒரு முரண்பாட்டைத்
தோற்றுவிக்கின்றன என்று EPR அறிக்கை கூறுகிறது.
எப்படி முரண்பாடு வருகிறது என்று பார்ப்போம்.
எந்த ஒரு நிகழ்வுக்கும் ஒரு ஸ்தலத் தன்மை
(local realism) அதாவது உள்ளூர்த் தன்மை உண்டு.
நெப்டியூன் கோளில் ஏற்படும் ஒரு அதிர்வானது
கோடிக்கணக்கான கிமீ தூரத்தில் உள்ள
நம் பூமியில் அதே நேரத்தில் ஒரு விளைவை
ஏற்படுத்தாது.
ஒரு ஆய்வகத்தில் இரண்டு எலக்ட்ரான்களை
வெவ்வேறு திசையில் அனுப்பினால், அவற்றின்
பயணம் ஸ்தலக் காரணிகளுக்கு உட்பட்டே
இருக்கும். இக்காரணிகள் என்னென்ன என்று
பரிசோதனையில் புலப்படாவிட்டாலும், அவை
உறுதியாக ஸ்தலக் காரணிகளே, இந்தக் காரணிகளை
"மறைந்திருக்கும் காரணிகள்" (hidden variables) என்று
அழைத்தார் ஐன்ஸ்டின். இவ்வாறு மறைந்திருக்கும்
ஸ்தலக் காரணிகளால் கட்டுப்படுத்தப்பட்டு இருப்பதே
யதார்த்தம் (realism) ஆகும் என்றார் ஐன்ஸ்டின்.
இதனால் ஐன்ஸ்டினின் கொள்கை
"மறைந்திருக்கும் காரணிகள் கொள்கை"
(hidden variables theory) எனப்படுகிறது.
இங்கு உள்ளூர்த்தன்மை (localism) என்பதை, அன்றாட
வாழ்க்கையில் நாம் பேசும் உள்ளூர் என்று
நினைக்கக் கூடாது. ஒளியின் வேகம் நொடிக்கு
மூன்று லட்சம் கி.மீ ஆகும். இந்த வேகத்துக்கு
உட்பட்டது அனைத்துமே ஐன்ஸ்டினின் கொள்கையில் உள்ளூர்தான்.
ஆனால் குவான்டம் விசையியல் உள்ளூர்த்
தன்மையை ஏற்றுக் கொள்வதில்லை. எந்த ஒரு
நிகழ்வையும் உள்ளூர்த் தன்மை அல்லாத
காரணிகளும் (non local variables) ஏற்படுத்தும்
என்கிறது குவான்டம் இயற்பியல். அது எப்படி
முடியும் என்று கேள்வி எழுப்பினார் ஐன்ஸ்டின்.
"மறைந்திருக்கும் காரணிகள்" என்ற ஐன்ஸ்டினின்
கொள்கையை குவான்டம் விசையியல் ஏற்பதில்லை.
400 கோடி கி.மீ.க்கும் மேற்பட்ட தொலைவில்
இருக்கும் நெப்டியூனில் ஒரு அதிர்வு ஏற்பட்டால்,
அந்த அதிர்வு அதே நேரத்தில் பூமியில் ஒரு பாதிப்பை
ஏற்படுத்தலாம் என்று சொன்னால் நம்மால் அதை
ஏற்க முடியுமா? நமது பகுத்தறிவுடன் இது
கடுமையாக முரண்படுகிறது அல்லவா? ஆனால்
குவான்டம் விசையியலின் கொள்கைகள் பலவும்
நமது பகுத்தறிவுடன் முரண்படுபவைதான்.
"மறைந்திருக்கும் காரணிகள்" என்ற கோட்பாட்டை
ஏற்காதபோது, பிரபஞ்சத்தில் செய்தி செல்லும்
அதிகபட்ச வேகம் ஒளியின் வேகமே என்ற
சார்பியல் கோட்பாட்டை குவான்டம் விசையியலின்
கொள்கைகள் மீறுகின்றன.இங்கு முரண்பாடு
ஏற்படுகிறது. இந்த முரண்பாட்டைக்
கூறுவதாலேயே ஐன்ஸ்டினின் அறிக்கை
EPR paradox என்று அழைக்கப் படுகிறது..
ஒரு தெளிவான ஆனால் நுட்பமான உதாரணத்தைப்
பார்ப்போம். தகவல் ஒளிபரப்புக்காக செயற்கைக்
கோள்கள் (Geostationary statelites) பூமியைச் சுற்றி வருகின்றன.
இவை பூமியின் மேற்பரப்புக்கு மேல் 36,000 கிமீ
உயரத்தில் இருந்து பூமியைச் சுற்றி வருகின்றன.
சென்னை சேப்பாக்கம் மைதானத்தில் நடைபெறும்
ஒரு கிரிக்கெட் பந்தயத்தை செயற்கைக் கோள்களின்
உதவியுடன் தொலைக்காட்சிகள் ஒளிபரப்புகின்றன.
உங்கள் தொலைக்காட்சிப் பெட்டிக்கு வரும்
சிக்னலானது 36,000 கி.மீ உயரத்தில் உள்ள
செயற்கைக்கோளுக்குச் சென்று, பின் அங்கிருந்து
திரும்பி உங்கள் தொலைக்காட்சிப் பெட்டிக்கு
வருகிறது. போக வர மொத்தம் 72,000 கிமீ ஆகிறது.
ஒளியின் வேகத்தில் (நொடிக்கு 300,000 கிமீ)
சிக்னல் போய் வருகிறது. இந்த வேகத்தில்
போனாலும், 72,000 கிமீ தொலைவைக் கடக்க
கால் வினாடி (0.24 second) ஆகிவிடும். ஒளிபரப்பில்
ஏற்படும் இந்த நுண்ணிய கால் வினாடி தாமதத்தை
நம்மால் உணர முடியும். இதுதான் ஐன்ஸ்டின் கூறிய
உள்ளூ ர்த் தன்மை கொண்ட யதார்த்தம் (local realism).
இங்கு ஒளியின் வேகமே மறைந்திருக்கும்
காரணி என்று புரிந்து கொள்ளலாம்.
பெல் தேற்றம்!
----------------------------
EPR அறிக்கையைத் தொடர்ந்து குவான்டம்
விசையியலின் சரித்தன்மை பற்றி விவாதங்கள்
தொடர்ந்தன. 1964ல் ஜான் ஸ்டூவர்ட் பெல் என்னும்
இயற்பியலாளர் EPR அறிக்கையின் சரித்தன்மையைப்
பரிசோதிக்க வல்ல ஒரு தேற்றத்தை முன்மொழிந்தார்.
இது பெல் தேற்றம் (Bell's theorem of inequality)
எனப்படுகிறது. ஒரு பரிசோதனையைச் செய்து
EPR முரண்பாட்டைச் சரிபார்க்க பெல் தேற்றம்
வாய்ப்பளிக்கிறது. பெல் தேற்றத்தைக் கணித
வடிவில் கூறும்போது ஒரு அசமத்துவம் (inequality)
கிடைக்கிறது. எனவே இது பெல் அசமத்துவம்
(Bell's inequality) என்றும் அழைக்கப் படுகிறது.
பெல் தேற்றம் இதுதான்!
"மறைந்திருக்கும் காரணிகளைக் கொண்டுள்ள
எந்த ஒரு கோட்பாடும் குவான்டம் விசையியலின்
எல்லா முன்கணிப்புகளையும் ஒருபோதும்
வெளிப்படுத்தாது".
(No physical theory of local hidden variables can ever reproduce
all of the predictions of quantum mechanics).
பெல் தேற்றம் குவான்டம் விசையியலுக்கு
ஆதரவானதுதான். பெல் தேற்றம் வெளியானது
முதல் இன்று வரை கணக்கற்ற பரிசோதனைகள்
இத்தேற்றம் வழங்கிய கோட்பாட்டு அடிப்படையில்
(conceptual foundation) நடைபெற்றுள்ளன. என்றாலும்
இவற்றைக் காண ஐன்ஸ்டின் உயிருடன் இல்லை.
பெல் தேற்றம் வெளியாகும் முன்பே 1955ல்
ஐன்ஸ்டின் மறைந்து விட்டார்.
பெல் பரிசோதனைகளில் மிகவும் பிரபலமானது
ஆலன் ஆஸ்பெக்ட் (Alain Aspect) என்னும் பிரெஞ்சு
இயற்பியலாளர் மற்றும் சிலர் இணைத்து பாரிஸ்
நகரில் நடத்திய பரிசோதனை ஆகும்.
இதற்கு முன்னரும் இதன் பிறகும் நிறைய
பெல் பரிசோதனைகள் நடத்தப் பட்டன. அவற்றுள்
தற்போதைய பரிசோதனை பலரின் கூட்டு முயற்சியில்
மக்களின் பங்கேற்புடன் வெற்றிகரமாக நடந்துள்ளது.
பரிசோதனை நடைபெற்றது எப்படி?
--------------------------------------------------------------
இப்பரிசோதனையில் "சிக்குண்ட ஃபோட்டான்கள்"
(entangled photons) பயன்பட்டன. 780 நானோ மீட்டர் குழாய்
லேசரைக் கொண்டு ஒரு குறிப்பிட்ட வகைப்
படிகத்தின் (crystal) மீது குவித்து ஃபோட்டான்
இணைகள் (photon pairs) உண்டாக்கப் பட்டன. இவற்றில்
இருந்து சிக்குண்ட ஃபோட்டான்கள் (entangled photons)
உருவாக்கப் பட்டன.
இந்த இணைகளை அளவிடுவதற்காக, அவை
90 மீட்டர் (தோராயமாக) தொலைவில் உள்ள இரண்டு
அளவிடும் நிலையங்களுக்கு (measurement stations) அனுப்பப்
பட்டன. எவ்வாறு அளவிட வேண்டும் என்பதை முடிவு
செய்ய, பொதுமக்கள் வழங்கிய தற்போக்கான
இலக்கங்கள் அளவிடும் நிலையங்களுக்கு
அனுப்பப் பட்டன. அளவிட்டு முடிந்த பின்னர்
வெளியேறிய ஃபோட்டான்கள் கண்டறியப்
பட்டன. கணக்கீடுகளின் பின், பெல் அசமத்துவத்தின்
மதிப்பு 0.10 என்று பரிசோதனை முடிவு தெரிவித்தது.
இது கோட்பாட்டு மதிப்பின் வரம்புக்கு (theoretical limit)
உட்பட்டதே.
பரிசோதனையின் அதிர்ச்சிகரமான முடிவு!
-------------------------------------------------------------------------------
இந்தப் பரிசோதனைகள் அனைத்தும் குவான்டம்
விசையியலின் சரித்தன்மையை உறுதிப்
படுத்தி உலகை அதிர்ச்சியில் ஆழ்த்தின.
ஐன்ஸ்டின் கூறிய "உள்ளூர்த் தன்மை கொண்ட
மறைந்திருக்கும் காரணிகள்"
(Local hidden variables theory) என்ற கோட்பாடு தவறானது
என்று பரிசோதனை முடிவுகள் நிரூபித்துள்ளன.
குவாண்டம் விசையியல் சரியானது என்று
நிரூபிக்கப் படும் போதெல்லாம் நமது பகுத்தறிவு
அடி வாங்குகிறது. பகுத்தறிவு என்பது என்ன?
பதினெட்டு வயது வரை நமது மூளையில்
சேமிக்கப்பட்ட கருத்துக்கள் தர்க்கங்கள் வரலாறு
ஆகியவற்றின் தொகுப்புதானே! ஒரு தமிழனின்
பகுத்தறிவில் மகாத்மா காந்தி, திருவள்ளுவர்,
கண்ணகி எல்லோரும் இடம்பெற்று இருப்பார்கள்
அல்லவா? கூடவே தமிழனின் தர்க்கங்களும்!
குவான்டம் விசையியல் நமது பகுத்தறிவில்
பாரதூரமான மாற்றத்தைக் கோருகிறது.
நமது பகுத்தறிவின் அறிவியல் பகுதி
பத்தொன்பதாம் நூற்றாண்டுக்கு மேல்
வளரவில்லை. நியூட்டனின் இயற்பியலை
நமது பகுத்தறிவு இன்னும் கடக்கவில்லை.
அதைக் கடந்தால்தான் குவான்டம் இயற்பியலின்
மர்மங்களை நாம் அறிய முடியும். 21ஆம்
நூற்றாண்டின் மாபெரும் பெல் பரிசோதனையின்
முடிவை நம்மால் உணர முடியும்.
நாம் முன்தீர்மானித்து வைத்துள்ளபடி, இந்தப்
பிரபஞ்சம் இருக்க வேண்டும் என்று
எதிர்பார்ப்பதும் அப்படி இல்லை என்று தெரிய
வரும்போது அதிர்ச்சி அடைவதும் சரியல்ல.
பிரபஞ்சம் நாம் வகுத்த சட்டகத்துக்குள்
அடைபட வேண்டும் என்று எதிர்பார்ப்பதும்
நியாயமல்ல. பிரபஞ்சம் எப்படி இருக்கிறதோ
அதை அப்படியே ஏற்றுக் கொள்வதுதான்
சரியானது.
*********************************************************
கருத்துகள் இல்லை:
கருத்துரையிடுக