Naive Quantum Gravity

गुरुत्वाकर्षण और क्वांटम जगत आधुनिक भौतिकी के दो महान स्तंभ हैं, फिर भी वे एक ही भाषा बोलने से इनकार करते हैं। एक ओर सामान्य सापेक्षता (जनरल रिलेटिविटी) खड़ी है, जो आइंस्टीन का गुरुत्वाकर्षण का सिद्धांत है, जो अंतरिक्ष और समय को एक चिकने, निरंतर कपड़े के रूप में वर्णित करता है जो पदार्थ के चारों ओर मुड़ता और झुकता है। इस दृष्टिकोण में, ब्रह्मांड एक निश्चित मंच है जहाँ घटनाएँ पूर्ण निश्चितता के साथ घटित होती हैं। दूसरी ओर क्वांटम यांत्रिकी (क्वांटम मैकेनिक्स) है, जो परमाणुओं और कणों के लिए नियम पुस्तिका है, जो इस बात पर जोर देती है कि प्रकृति मौलिक रूप से संभाव्य (प्रोबेबिलिस्टिक) है। यहाँ, कणों की तब तक कोई निश्चित स्थिति या ऊर्जा नहीं होती जब तक कि उन्हें मापा न जाए; इसके बजाय, वे संभावनाओं के बादलों के रूप में अस्तित्व में होते हैं। दशकों से, भौतिकविदों ने इन दोनों सिद्धांतों को एक साथ जोड़ने की कोशिश की है, आमतौर पर गुरुत्वाकर्षण को क्वांटम दुनिया की तरह—अस्थिर, अनिश्चित और बल के छोटे पैकेटों से बना हुआ बनाने की कोशिश करके। इस दृष्टिकोण ने गहरी गणितीय समस्याओं और प्रयोगात्मक प्रगति की कमी को जन्म दिया है।

सिडनी विश्वविद्यालय के सेंटर फॉर टाइम में कार्यरत रॉडेरिक सदरलैंड एक अलग मार्ग प्रस्तावित करते हैं। गुरुत्वाकर्षण को क्वांटम यांत्रिकी के अनुरूप अनिश्चित बनाने के बजाय, वे क्वांटम यांत्रिकी को गुरुत्वाकर्षण के अनुरूप निश्चित बनाने का सुझाव देते हैं। उनका शोध पत्र एक ऐसे मॉडल की रूपरेखा तैयार करता है जहाँ एक नया सूचना खंड जोड़कर क्वांटम दुनिया की यादृच्छिकता (रैंडमनेस) को हटा दिया जाता है: एक अंतिम सीमा स्थिति (फाइनल बाउंड्री कंडीशन)। मानक भौतिकी में, हम भविष्य की भविष्यवाणी करने के लिए केवल अतीत को देखते हैं, प्रारंभिक स्थितियों का उपयोग करते हुए कि एक कण कहाँ से शुरू हुआ था। सदरलैंड का मॉडल भविष्य से एक स्थिति जोड़ता है, जो अनिवार्य रूप से यह कहता है कि एक माप का परिणाम पहले से ही तय है और वह समय में पीछे की ओर यात्रा करते हुए कण के व्यवहार को प्रभावित करता है। अतीत और भविष्य को जोड़कर, यह मॉडल ऊर्जा और संवेग का एक निश्चित, गैर-सांख्यिकीय विवरण बनाता है जो आइंस्टीन के गुरुत्वाकर्षण के चिकने समीकरणों में पूरी तरह फिट बैठता है।

इस विचार का मूल भाग इस बात के विशिष्ट संघर्ष को संबोधित करता है कि हम वर्तमान में इन दोनों सिद्धांतों को कैसे मिलाते हैं। दोनों को मिलाने के मानक प्रयास में, भौतिकविद आइंस्टीन के समीकरणों में पदार्थ को एक क्वांटम कण की औसत ऊर्जा से बदल देते हैं। यह एक विसंगति पैदा करता है: समीकरण का बायां हिस्सा अंतरिक्ष के एक चिकने, वास्तविक वक्र को वर्णित करता है, जबकि दायां हिस्सा एक धुंधले, सांख्यिकीय औसत को वर्णित करता है जो माप किए जाने पर तुरंत बदल जाता है। यह अचानक परिवर्तन, जिसे वेवफंक्शन कोलैप्स (तरंग फलन का पतन) कहा जाता है, हर जगह एक साथ होता है, जो सापेक्षता के उन नियमों को तोड़ देता है जो कहते हैं कि कुछ भी प्रकाश की गति से तेज नहीं चल सकता। सदरलैंड तर्क देते हैं कि यह विसंगति समाप्त हो जाती है यदि हम क्वांटम कण को संभावनाओं के बादल के रूप में मानने के बजाय उसे हर क्षण एक निश्चित मान रखने वाला मानते हैं।

इसे प्राप्त करने के लिए, मॉडल एक "अंतिम वेवफंक्शन" पेश करता है जो भविष्य के माप की घटना से वर्तमान क्षण तक समय में पीछे की ओर यात्रा करता है। जब इस भविष्य की अवस्था को अतीत से आगे की ओर यात्रा करने वाले सामान्य "प्रारंभिक वेवफंक्शन" के साथ जोड़ा जाता है, तो वे किसी भी दिए गए बिंदु पर कण की ऊर्जा और संवेग का एक विशिष्ट, वास्तविक मान बनाते हैं। यह मान संभावनाओं का औसत नहीं है; यह वास्तविक, छिपा हुआ मान है जो अस्तित्व में है क्योंकि भविष्य का परिणाम पहले से ज्ञात है। सदरलैंड का सुझाव है कि प्रयोगों में दिखने वाली यादृच्छिकता इस भविष्य की स्थिति के बारे में हमारी अज्ञानता का परिणाम है। एक बार भविष्य निर्दिष्ट हो जाने पर, संभावनाएँ गायब हो जाती हैं, जिससे पदार्थ द्वारा स्थान को मोड़ने का एक स्पष्ट, निरंतर चित्र प्राप्त होता है।

यह दृष्टिकोण इस समस्या को भी हल करता है कि माप कैसे होता है। मानक क्वांटम यांत्रिकी में, एक माप एक अचानक, विच्छिन्न उछाल (डिस्कंटीन्यूअस जंप) का कारण बनता है जहाँ एक कण अचानक एक स्थान पर दिखाई देता है और अन्य सभी स्थानों से गायब हो जाता है। सदरलैंड के मॉडल में, ऐसा कोई अचानक उछाल नहीं है। प्रारंभिक वेवफंक्शन समय में आगे बढ़ते हुए एक पंखे की तरह फैलता है, जबकि अंतिम वेवफंक्शन समय में पीछे की ओर फैलता है। एक माप वहां होता है जहाँ ये दोनों तरंगें आपस में मिलती हैं। चूंकि अंतिम वेवफंक्शन केवल प्रारंभिक वेवफंक्शन की उस विशिष्ट शाखा के साथ ओवरलैप करता है जो वास्तविक परिणाम के अनुरूप होती है, अन्य शाखाएं प्रणाली के ऊर्जा और संवेग में योगदान देना बंद कर देती हैं। वे जादुई रूप से तुरंत गायब नहीं होती हैं; वे बस अप्रासंगिक हो जाती हैं क्योंकि वे अब भविष्य की वास्तविकता के साथ ओवरलैप नहीं करती हैं। यह माप प्रक्रिया को एक हिंसक पतन के बजाय एक चिकने, निरंतर विकास के रूप में देखने की अनुमति देता है।

यह मॉडल जटिल स्थितियों को संभालता है, जैसे कि जब कई कण एक साथ जुड़े होते हैं जिसे मानक भौतिकी "एंटैंगलमेंट" (उलझाव) कहती है, जिसमें प्रत्येक कण के ऊर्जा योगदान की गणना व्यक्तिगत रूप से की जाती है और उन्हें जोड़ दिया जाता है। यह सुनिश्चित करता है कि कुल ऊर्जा और संवेग अंतरिक्ष और समय के चार आयामों के भीतर परिभाषित रहे, जिससे उन अमूर्त, उच्च-आयामी स्थानों की आवश्यकता नहीं होती जो अक्सर अन्य सिद्धांतों को जटिल बना देते हैं। परिणाम स्वरूप समीकरणों का एक सेट मिलता है जो यह वर्णन करता है कि पदार्थ कैसे स्थान को मोड़ता है और स्थान कैसे पदार्थ का मार्गदर्शन करता है, और यह सब बिना उस सांख्यिकीय शोर के जो आमतौर पर क्वांटम गुरुत्वाकर्षण को प्रभावित करता है।

शायद इस कार्य का सबसे महत्वपूर्ण निहितार्थ यह है कि यह सुझाव देता है कि गुरुत्वाकर्षण को 'क्वांटाइज' करने की आवश्यकता नहीं है। अधिकांश सिद्धांतों में, वैज्ञानिक मानते हैं कि गुरुत्वाकर्षण को फोटॉन की तरह छोटे कणों (ग्रैविटॉन) से बनाया जाना चाहिए। सदरलैंड का मॉडल दिखाता है कि गुरुत्वाकर्षण एक चिकना, शास्त्रीय बल बना रह सकता है जबकि वह क्वांटम पदार्थ के साथ परस्पर क्रिया करता है, बशर्ते कि क्वांटम पदार्थ को प्रारंभिक और अंतिम दोनों स्थितियों के साथ वर्णित किया जाए। इसका अर्थ है कि इस सिद्धांत को ग्रैविटॉन के अस्तित्व की आवश्यकता नहीं है, जो एक ऐसा अनुमान है जिसे भविष्य के प्रयोगों द्वारा परखा और संभावित रूप से गलत सिद्ध किया जा सकता है।

यह शोध पत्र यह दावा नहीं करता है कि इसने ब्रह्मांड के रहस्य को सुलझा लिया है या यह सिद्ध कर दिया है कि यही एकमात्र मार्ग है। यह स्वीकार करता है कि वर्तमान में क्वांटम गुरुत्वाकर्षण के विकास को निर्देशित करने के लिए बहुत कम प्रयोगात्मक डेटा उपलब्ध है, जो कम मुख्यधारा के विचारों की खोज को उचित ठहराता है। लेखक इसे एक व्यवहार्य, सरल विकल्प के रूप में प्रस्तुत करते हैं जो क्षेत्र में वर्तमान में हावी अधिक जटिल और कठिन दृष्टिकोणों से भिन्न है। क्वांटम विवरण से संभाव्य तत्व को हटाकर, यह मॉडल क्वांटम गुरुत्वाकर्षण का एक सुसंगत सिद्धांत बनाने का एक तरीका प्रदान करता है जिसमें सामान्य गणितीय सिरदर्द नहीं हैं, जो यह सुझाव देता है कि अत्यंत विशाल और अत्यंत सूक्ष्म के नियमों को एकीकृत करने की कुंजी अतीत के साथ-साथ भविष्य को देखने में भी निहित हो सकती है।