एकाच संदर्भ चौकटीतून (Frame of Reference) पाहिल्यास, आपल्याला समजणारा स्थूल स्तरावरचा काळ, सलग आहे. म्हणजेच कोणत्याही एका संदर्भ चौकटीतील, दोन घटनांमधल्या कालावधीला, काळाच्या अक्षावर पाहिल्यास, तर्कदृष्ट्या आपण प्रत्येक कालबिंदूचा मागोवा घेऊ शकतो. पण हा कालबिंदू किती सूक्ष्मस्तरावर असू शकेल ? दशमान पद्धतीचा वापर करून, गणिती मार्गाने, संख्यारेषेवर आपण कितीही छोट्या आकड्यापर्यंत जाऊ शकतो. पण काळाच्या बाबतीत (किंवा काळाच्या अक्षावर असेही म्हणता येईल) प्रत्यक्षात असे शक्य नाही, अशी आजची धारणा आहे. मापनयोग्य सूक्ष्मतम लांबीचे मान आहे, प्लॅंकची लांबी (Planc Length) अर्थात १.६१६२२९ X दहाचा उणे पस्तीसावा घात मीटर. लांबीचे हे सूक्ष्मतम मान पार करण्यासाठी, प्रकाशाला लागणारा वेळ म्हणजे प्लॅंकचा काळ (Plank Time). ह्याचे सध्याचे मूल्य आहे, साधारण ५.३९११६ X दहाचा उणे चव्वेचाळीसावा घात सेकंद. आपले कोणतेही उपकरण ह्या स्तरावर मापन करण्यासाठी सध्यातरी सक्षम नाही. एका प्रयोगानुसार, साधारण दोन वर्षांपूर्वी वैज्ञानिकांनी झेप्टोसेकंद (zeptosecond) (दहाचा उणे एकविसावा घात) ह्या स्तरापर्यंत मापन करण्याची क्षमता प्राप्त केली आहे.
https://www.sciencealert.com/scientists-measure-the-smallest-fragment-of-time-ever-witness-an-electron-escaping-an-atom
ह्या स्तरावर मापन केल्यावर, निरीक्षणे नोंदविता आल्यावर, एका अर्थाने स्थूल स्तरावरचा काळ आणि सूक्ष्म स्तरावरचा काळ ह्यात फारसा भेद नसावा, असे सिद्ध होण्याच्या दिशेने पहिले पाऊल पडले आहे असे वाटते. मानवी उपकरणांच्या, यंत्रांच्या मापनक्षमता तितक्या सूक्ष्मस्तरावर जाऊ शकल्या, तर कदाचित एक-दोन शतकात ही गोष्ट सिद्ध देखील होईल. पण आजतरी ह्या संदर्भातील बहुतांश बाबी, विविध गृहीतकांच्या पायावर उभ्या असलेल्या, गुंतागुंतीच्या गणिती संरचनेत बद्ध आहेत आणि स्थूल जगाशी संपर्क साधण्यासाठी, अनेक तर्कवितर्कांच्या खिडक्यातून डोकावण्यापलीकडे फारसे काही करणे शक्य नाही.
आजचे विज्ञान सूक्ष्मस्तरावरचा काळास, अर्थात मूलकणस्तरावरच्या काळास, पुंजभौतिकीच्या रूढ आणि चर्चित संकल्पनांच्या चष्म्यातून बघते. त्यामुळे पुंजभौतिकीतील काही ठळक संकल्पनांबद्दल थोडेसे लिहीत आहे. मला जसे उमगले तसे लिहीत आहे. मतभेद असल्यास अवश्य मांडावेत, जेणेकरून त्यावर चर्चा होऊ शकेल.
====
नील्स बोर ह्या वैज्ञानिकाने प्रामुख्याने पुंजभौतिकी शाखेचा पाया रचला असे मानले जाते. पण त्याआधीच साधारण दहा वर्षांपूर्वीच, ह्या शाखेचे भूमीपूजन, आईनस्टाईनच्याच एका शोधाने अप्रत्यक्षपणे केले होते. 'प्रकाश हा कधीकधी कणाप्रमाणे (Light Quantum -- सध्याचा फोटॉन) वागतो', असा सिद्धांत मांडताना, पुंजभौतिकीच्या भविष्यातील पायाभरणीसाठी, मूलकणांच्या द्वैत रूपाच्या संशोधनाद्वारे अत्यंत उपयुक्त वाट दाखविणार्या आईनस्टाईनचा, पुंजभौतिकीला सरसकट विरोध नक्कीच नव्हता. पण तरीही पुंजभौतिकीतली अनेक गृहीतके आणि त्यासंदर्भातील उपसिद्धांत मात्र त्याच्या पचनी पडले नव्हते. त्यातूनच नील्स बोरशी निर्माण झालेल्या आणि टिकून राहिलेल्या मतभिन्नतेने, पुढील तीन दशके बर्याच वादळी चर्चा घडविल्या. पुंजभौतिकी स्तरावर, विविध गृहीतके, सिद्धांत मांडले जात होते आणि त्यांची एकंदर मांडणीच आईनस्टाईनला खटकत असावी असे म्हणायला जागा आहे. ह्याची सुरुवात बहुदा कोपनहेगन इंटरप्रिटेशन (Copenhagen interpretation) ने झाली असावी आणि नंतर मांडल्या गेलेल्या अनेक उपसिद्धांतातून ती मतभिन्नता वाढत गेली.
--
कोपनहेगन इंटरप्रिटेशन (Copenhagen interpretation) असे मानते की मूलकणस्तरावर असलेल्या व्यवस्थेचे (कणप्रणालीचे) गुणधर्म, मापन करण्यापूर्वी स्पष्ट नसतात. वस्तुत: तो त्या गुणधर्मांच्या सर्व संभाव्य मूल्यांचा एक समुच्चय असतो आणि मापनाची क्रियाच ह्या गुणधर्मांना एक ठराविक स्थिती किंवा मूल्य प्राप्त करून देते. ह्या कारणामुळे, मूलकण स्तरावराची काही मापने, संभाव्यतेच्या (Probability) स्वरूपात व्यक्त केली जातात. ही संभाव्यता व्यक्त करण्यासाठी जे फलसूत्र (Function) वापरले जाते त्याला Wave Function (तरंगसूत्र) अशी संज्ञा आहे. हे सूत्र जो गुणधर्म व्यक्त करत असेल, त्याचे मापन एकमेव नसून, ती अनेक मापनांची एकत्रित संभाव्यता (Probability) असते. उदा. अमुक क्षणी इलेक्ट्रॉनची त्याच्या कक्षेमधील जागा वर्तविणारे तरंगसूत्र, त्याची कक्षेत तो विविध ठिकाणी असण्याची केवळ संभाव्यता व्यक्त करते. त्यामुळेच ह्या सूत्राद्वारे व्यक्त होणारे उत्तर, एकमेव नसून, तो अनेक उत्तरांचा समुच्चय असतो. त्यामुळेच आपल्या मापन स्तराच्या, क्षमतांच्या दृष्टीने विचार केल्यास, असे म्हटले जाते की इलेक्ट्रॉन एकाच वेळी अनेक ठिकाणी असतो.
इलेक्ट्रॉन एकाच वेळी अनेक ठिकाणी असतो हे मान्य करणे म्हणजे, अनेक घटना एकाच संदर्भचौकटीत एकाच वेळी घडतात हे मान्य करणे. आईनस्टाईनच्या विशेष सापेक्षता सिद्धांतानुसार (Special Theory of Relativity) दोन वेगवेगळ्या स्थानांवरील घटना एकाच वेळी घडणे ही अत्यंत सापेक्ष गोष्ट आहे. एका संदर्भचौकटीत त्या घटना एकाच वेळी घडत असतील, तर दुसर्या संदर्भचौकटीत त्यांच्या काळात अतिसूक्ष्म का होईना फरक असलाच पाहिजे. आणि ह्याचे प्रमुख कारण, निरीक्षकाचे स्थान आणि निरीक्षकाचा (सापेक्ष) वेग हे आहे.
--
सोबतच्या आकृती क्रमांक ६ मध्ये, ही कालसापेक्षता दाखविली आहे. एका फलाटापासून थोड्या दूर असलेल्या रूळांवरून, एक ट्रेन वेगाने जात आहे. 'श' ही व्यक्ती ट्रेनच्या शेवटच्या डब्यात, 'प' ही व्यक्ती ट्रेनच्या पहिल्या डब्यात असून, त्यांच्यापासून समान अंतरावर मधल्या डब्यात 'म' ही व्यक्ती आहे. 'श' आणि 'प' ह्यां दोघांनीही अगदी एकाच वेळेला विजेरी (Torch) सुरू केल्यास, तिच्यापासून निघणारा प्रकाश, समान अंतरामुळे 'म' पर्यंत एकाच कालावधीत (t1) पोहोचेल, त्यामुळे 'म' च्या दृष्टिकोनातून विजेरी सुरू करण्याच्या दोन्ही घटना एकाचवेळी घडल्या आहेत.
निरीक्षक क्रमांक १ कडे, परमसूक्ष्म कालावधी जाणण्याची क्षमता आहे असे मानल्यास, दोन्ही घटनांच्या वेळेमध्ये अगदी नगण्य का होईना, पण अंतर असेल. त्या घटना एकाच वेळी घडल्या असूनही, अंतरामुळे पडणारा t2 आणि t6 मधील फरक हा नगण्य असूनही, निरीक्षक क्रमांक १ ला 'प' ने विजेरी सुरू केल्याची घटना आधी दिसेल आणि परमसूक्ष्म कालावधीनंतर नंतर 'श' ने विजेरी सुरू केली असे दिसेल.
फलाटावरील निरीक्षक क्रमांक ३ च्या दृष्टिकोनातूनही, ह्या दोन्ही घटना एकाच वेळी घडलेल्या नसतील. भिन्न अंतरामुळे, परमसूक्ष्म कालावधीच्या फरकाने, t3 < t5 असल्यामुळे निरीक्षक क्रमांक ३ साठी, 'श' ने विजेरी आधी सुरू केली असेल आणि 'प' ने नंतर.
--
वरील तीन भिन्न दृष्टिकोन, तीन वेगवेगळ्या संदर्भचौकटीमुळे निर्माण झाले आहेत. ह्या तीनही निरीक्षकांना काळाचे अनुभव भिन्न पद्धतीने येत आहेत किंवा त्यांच्यातल्या प्रत्येकासाठी काळ वेगवेगळ्या पद्धतीने अनुभव देत आहेअसे म्हटले, तरी एका अर्थाने ते योग्यच ठरेल. आणि कदाचित ह्याच कारणामुळे, 'इलेक्ट्रॉन एकाच वेळी अनेक ठिकाणी असतो हे केवळ आपल्या संदर्भचौकटीचे निरीक्षण आहे, प्रत्यक्ष मूलकणस्तरावर जाऊन निरीक्षण करू शकल्यास वा अन्य काही लपलेली चलपदे (variables) शोधून काढल्यास, काही वेगळे समीकरण सिद्ध करता येईल' असा काहीसा आईनस्टाईनाचा दृष्टिकोन होता.
====
आईनस्टाईन आणि पुंजभौतिकीच्या रूढ होऊ पाहणार्या संकल्पनांमध्ये, मतभेदाची दुसरी मोठी ठिणगी पडली ती, नील्स बोरचा सहाय्यक म्हणून काम करणार्या, हायजेनबर्ग ( Heisenberg) नामक शिष्याने मांडलेल्या सिद्धांतामुळे. Heisenberg's Uncertainty Principle (हायजेनबर्गचा संदिग्धता सिद्धांत) ह्या नावाने, आज ओळखल्या जाणार्या ह्या सिद्धांताने, भविष्यात मूलकणस्तरावर अचूक मापन करण्याची क्षमता प्राप्त करण्याच्या इराद्यालाच, मूळापासून हलविले.
हा सिद्धांत असे सांगतो की पुंजभौतिकीमध्ये मूलकणाच्या गुणधर्माचे मापन करताना, काही गुणधर्मांच्या जोड्यांचे अचूक मापन एकाच वेळी करता येत नाही. उदाहरणार्थ, मूलकणाचे स्थान आणि मूलकणाची कोनीय गती, एकाच वेळी अचूकपणे मोजणे शक्य नाही. कोणत्याही कणप्रणालीचे (Quantum System), मापन करताना, जर मूलकणांचे स्थान अचूकपणे निश्चित केले, तर मूलकणांची कोनीय संवेग अचूकपणे मोजता येणार नाही आणि जर मूलकणांची कोनीय संवेग अचूकपणे मोजला, तर मूलकणांची स्थाननिश्चिती अचूक नसेल. ज्या क्षणाला मूलकणाचे स्थान अचूकपणे मोजण्यासाठी मापन केले जाईल, त्या क्षणी मापन करण्याची प्रक्रियाच, मूलकणस्तरावर बदल घडविण्यास कारणीभूत ठरेल, स्वाभाविकच त्या क्षणाचा मूलकणाचा कोनीय संवेग अचूकपणे मोजणे शक्य होणार नाही.
त्यामुळे मापन करण्यापूर्वी विवक्षित क्षणी, इलेक्ट्रॉनचे स्थान वा इलेक्ट्रॉनचा कोनीय संवेग, केवळ संभाव्यतेच्या स्वरूपातच व्यक्त केला जाऊ शकतो. ही संभाव्यता ज्या फलसूत्राने व्यक्त केली जाते, त्या फलसूत्राला Wave Funtion (तरंगसूत्र) असे संबोधले जाते. ज्या क्षणी मापनाची क्रिया सुरू होते त्याच क्षणी, संभाव्यता व्यक्त करणारे तरंगसूत्र, एका संभाव्य स्थितीला निश्चित करते आणि बाकी सर्व संभाव्यता लोप पावतात. अनेक संभाव्यतांच्या समुच्चयातून, एका संभाव्यतेला प्रत्यक्षात उतरविणार्या प्रक्रियेला, Wave Function Collapse (तरंगसूत्राचा संकोच) असे म्हटले जाते. ज्या क्षणी तरंगसूत्राचा संकोच होतो, त्याक्षणी अनेक कणावस्थांपैकी (Quantum State) पैकी एक कणावस्था प्रत्यक्षात येते. (थोडे अधिक स्पष्टीकरण हवे असल्यास , #समांतर_विश्वे - लेखांक २ ) .
कोणत्याही कणप्रणालीचे (Quantum System) मापन करण्यापूर्वी, एकमेव उत्तर न मिळता विविध संभाव्यतेसह अनेक उत्तरांचा (कणावस्थांचा) समुच्चय का मिळतो, हे ह्या सिद्धांतामुळे अधिक स्पष्ट होते. थोडक्यात, इलेक्ट्रॉन एकाच वेळी अनेक ठिकाणी असण्याचे, म्हणजेच एकाच वेळी अनेक कणावस्था अस्तित्वात असण्याचे, संभाव्य कारण काय असू शकते ह्याचाही उलगडा होतो. दुसर्या शब्दात सांगायचे, तर असे म्हणता येईल की, मूलकण 'एकाच वेळी' अनेक ठिकाणी असतात, कारण एकाच वेळी दोन (वा अधिक) कणावस्था एकमेकांत मिसळून जातात (Superposed असतात).
स्थूल विश्वातील अनेक गोष्टी नियमांच्या चौकटीत बसविणार्या आईनस्टाईनला, ही संदिग्धता मान्य होणे शक्यच नव्हते. ह्या संदिग्धतेमागे असलेले अज्ञात कारण शोधून काढणे वा ही संदिग्धता असल्याने पुंजभौतिकीचे सिद्धांत अपुरे आहेत असे सिद्ध करणे, ह्या दोन गोष्टींपैकी त्यांनी दुसरा पर्याय निवडला. इर्विन श्रोडिंगर (Erwin Schrödinger) ह्या वैज्ञानिकाने आईनस्टाईनला लिहीलेल्या एका पत्रात, एकमेकांच्या निकट संपर्कात येऊन, वेगळे होणार्या दोन मूलकणांमध्ये काही एक बंध निर्माण होऊन ते एक परस्परांप्रमाणे वागायला लागतात' अशा अर्थाचा उल्लेख केला होता आणि ह्या बंधाचा उल्लेख करताना केलेल्या भाषांतरात 'entanglement' (व्यतिषङ्ग ?) हा शब्द प्रथम वापरला होता. पुंजभौतिकीचे अपूर्णत्व सिद्ध करण्यासाठी आईनस्टाईनला ह्या पुंजभौतिकी व्यतिषङ्गाच्या (Qunatum Entanglement) ह्या वर्णनाने योग्य संधी मिळाली. आईनस्टाईन, बोरिस पोडोल्स्की (Boris Podolsky) आणि नेथन रोसेन (Nathan Rosen) ह्या त्रयीने पुंजभौतिकी व्यतिषङ्गाचाच आधार घेत EPR paradox (ईपीआर विरोधाभास) ह्या नावाचा एक प्रतिवाद मांडला.
पुंजभौतिकी व्यतिषङ्गामुळे (Quantum Entanglement) जर वेगळे झालेले मूलकण परस्परांसारखे वागत असतील, समान गुणधर्म धारण करत असतील तर एकाच वेळी, एका मूलकणाचे स्थान आणि व्यतिषङ्गात असलेल्या दुसर्या मूलकणाचा कोनीय संवेग मोजला, तर एकाच कणावस्थेची दोन अचूक मोजमापे मिळू शकतील, असे ह्या विरोधाभासाचा वापर करत त्यांनी दाखवून दिले. त्यामुळे जर दोन मूलकणांचे व्यतिषङ्गत्व स्वीकारले, तर हायजेनबर्गचा संदिग्धता सिद्धांत खोटा ठरतो आणि जर हायजेनबर्गचा संदिग्धता सिद्धांत योग्य असेल , तर पुंजभौतिकी व्यतिषङ्ग अस्तित्वात असू शकत नाही. ह्या विरोधाभासातून ह्यावरून पुंजभौतिकी सिद्धांतातील त्रुटी, अपूर्णता लक्षात येते असे त्यांनी ह्या विरोधाभासाच्या माध्यमातून मांडले.
========
क्रमश:
========
कोणत्याही टिप्पण्या नाहीत:
टिप्पणी पोस्ट करा