Quantum Measurement Without Collapse or Many Worlds: The Branched Hilbert Subspace Interpretation

महान क्वांटम रहस्य: वास्तविकता क्यों अचानक बदल जाती है?

कल्पना कीजिए कि आप एक जादू का शो देख रहे हैं। जादूगर हवा में एक सिक्के को घुमाता है। जब वह घूम रहा होता है, तो वह एक धुंधला सा रूप है—एक ही समय में 'हेड्स' और 'टेल्स' का एक आदर्श मिश्रण। क्वांटम दुनिया इसी तरह काम करती है: इलेक्ट्रॉन जैसे सूक्ष्म कण "सुपरपोजिशन" (superposition) में रह सकते हैं, यानी वे एक ही समय में कई स्थानों या अवस्थाओं में हो सकते हैं। लेकिन जैसे ही जादूगर सिक्के को पकड़ता है, वह तुरंत या तो 'हेड्स' या 'टेल्स' में बदल जाता है। क्वांटम भौतिकी की दुनिया में, इस अचानक बदलाव को "मेजरमेंट" (measurement) कहा जाता है, और इसने लगभग एक सदी से वैज्ञानिकों को उलझन में डाल रखा है।

बड़ा सवाल यह है: उस बदलाव के दौरान वास्तव में क्या होता है? क्या ब्रह्मांड जादुई रूप से सिक्के को चुनने के लिए मजबूर करता है (जिसे "कोलैप्स" या पतन का सिद्धांत कहा जाता है)? या क्या ब्रह्मांड दो हिस्सों में बंट जाता है, जिससे एक वास्तविकता बनती है जहाँ वह 'हेड्स' है और दूसरी जहाँ वह 'टेल्स' है (जिसे "मेनी वर्ल्ड्स" या अनेक संसारों का सिद्धांत कहा जाता है)? यह केवल एक दार्शनिक खेल नहीं है; यह वास्तविकता के मौलिक नियमों को समझने के बारे में है। यदि हम यह नहीं समझा सकते कि धुंधली क्वांटम दुनिया उस ठोस दुनिया में कैसे बदलती है जिसे हम देखते हैं, तो हम पूरी तरह से नहीं समझ सकते कि हमारा ब्रह्मांड कैसे काम करता है।

कहानी में एक नया मोड़: द ब्रन्च्ड हिल्बर्ट सबस्पेस इंटरप्रिटेशन (BHSI)

यहाँ एक नया विचार आता है जिसे ब्रन्च्ड हिल्बर्ट सबस्पेस इंटरप्रिटेशन (BHSI) कहा जाता है, जिसे ज़िंग एम. वांग द्वारा प्रस्तावित किया गया है। क्वांटम दुनिया को एक विशाल, बहु-लेन हाईवे के रूप में सोचें। पुराने सिद्धांत कहते हैं कि जब आप किसी कार को मापते हैं, तो या तो कार अचानक एक लेन में टेलीपोर्ट हो जाती है (कोलैप्स), या पूरा हाईवे अनंत समानांतर हाईवे में विभाजित हो जाता है, जिनमें से प्रत्येक में कार और ड्राइवर की एक अलग प्रति होती है (मेनी वर्ल्ड्स)।

वांग एक अलग, अधिक "लोकल" (स्थानीय) कहानी का सुझाव देते हैं। कल्पना कीजिए कि हाईवे पूरे ब्रह्मांड को विभाजित नहीं करता है। इसके बजाय, माप केवल उस लोकल लेन को विभाजित करता है जिसमें कार वर्तमान में चल रही है। कार गायब नहीं होती, और न ही ब्रह्मांड गुना हो जाता है। इसके बजाय, एक एकल लेन कई स्वतंत्र, अदृश्य "सब-लेन्स" (उप-लेनों) में विभाजित हो जाती है जहाँ कार मौजूद है। कार की अवस्था (हेड्स या टेल्स) इनमें से एक सब-लेन में लॉक हो जाती है, और ड्राइवर (पर्यवेक्षक) परिणाम देखने के लिए उसी विशिष्ट सब-लेन में कदम रखता है।

यहाँ इस नए सिद्धांत का जादू है: अन्य सब-लेन गायब नहीं होते हैं। वे अपने आप में आगे बढ़ते रहते हैं, लेकिन वे "डिकोहेरेंट" (decoherent) होते हैं—जिसका अर्थ है कि वे ड्राइवर की लेन से इतने अलग और अलग-थलग हैं कि वे एक-दूसरे से बात नहीं कर सकते। यह बगल में स्थित समानांतर रेल पटरियों के एक सेट की तरह है। आप एक पटरी पर हैं, और आप ट्रेन को आगे बढ़ते हुए देखते हैं। अन्य पटरियों पर भी अपनी ट्रेनें बिल्कुल तालमेल में चलती हैं, लेकिन आप उन्हें देख या उनके साथ संवाद नहीं कर सकते। महत्वपूर्ण बात यह है कि "मेनी वर्ल्ड्स" सिद्धांत के विपरीत, ये पटरियाँ पूरे नए ब्रह्मांडों का प्रतिनिधित्व नहीं करतीं जिनमें आपके अनंत संस्करण हों; वे आपकी एक ही दुनिया के भीतर केवल स्थानीय शाखाएँ हैं।

यह रोमांचक क्यों है?
पेपर सुझाव देता है कि ये "सब-लेन्स" केवल गणितीय चालें नहीं हैं। क्योंकि ये स्थानीय हैं और पूरे ब्रह्मांड नहीं हैं, इसलिए इन्हें उत्क्रमणीय (reversible) बनाया जा सकता है। यदि आप पर्यावरण (वह "शोर" जो आमतौर पर पटरियों को अलग करता है) को पूरी तरह से नियंत्रित कर सकें, तो आप सैद्धांतिक रूप से पटरियों को वापस एक साथ जोड़ सकते हैं। लेखक इसे कंट्रोल्ड डिकोहेरेंस-रिकोहेरेंस प्रोसेस (CDRP) कहते हैं।

इसे एक नदी के रूप में सोचें जो दो धाराओं में विभाजित हो रही है। आमतौर पर, एक बार जब पानी अलग-अलग रास्तों पर बह जाता है, तो वह वापस नहीं जा सकता। लेकिन इस सिद्धांत में, यदि आप एक आदर्श बांध और चैनल बनाते हैं, तो आप धाराओं को वापस एक नदी में मिलाने के लिए मजबूर कर सकते हैं, जिससे मूल प्रवाह बहाल हो जाता है। पेपर सुझाव देता है कि क्वांटम टेलीपोर्टेशन के प्रयोगों ने पहले से ही इस "जुड़ने" की प्रक्रिया के संकेत दिखाए हैं।

यह पेपर इसे सिद्ध करने के लिए क्या प्रस्तावित करता है?
लेखक इसे देखने के लिए स्टर्न-गेलच इंटरफेरोमीटर (SGI) जैसे उच्च-तकनीकी उपकरणों का उपयोग करने का सुझाव देते हैं। एक छोटे कण (जैसे नैनोडायमंड) की कल्पना करें जिसे दो पथों में विभाजित किया जाता है। पेपर सुझाव देता है कि जबकि कण इन अलग-अलग पथों पर होता है, वह स्वतंत्र रूप से विकसित होता है। यदि आप पास में एक छोटा विद्युत आवेश या एक सूक्ष्म द्रव्यमान रखते हैं, तो दोनों पथ थोड़े अलग बलों को महसूस करेंगे, जिससे एक सूक्ष्म "फेज़ शिफ्ट" (phase shift - यानी उनके समय या लय में बदलाव) पैदा होगा।

पेपर गणना करता है कि यदि आप इस प्रयोग को विशिष्ट संख्याओं के साथ चलाते हैं—जैसे कि पथों के बीच 100 μm की दूरी और 100 ms का समय—तो आप लगभग 0.2 रेडियंस का एक सूक्ष्म इलेक्ट्रोमैग्नेटिक फेज़ शिफ्ट पकड़ने में सक्षम होंगे। यह वह "स्मोकिंग गन" (पुख्ता सबूत) होगा जो यह साबित करेगा कि शाखाएँ वास्तविक, स्वतंत्र और अपने आप में विकसित हो रही हैं, जैसा कि सिद्धांत भविष्यवाणी करता है।

अन्य सिद्धांतों के लिए इसका क्या अर्थ है?
यह सिद्धांत दोनों लाभों को एक साथ पाने की कोशिश करता है। यह मेनी वर्ल्ड्स सिद्धांत के "नो मैजिक कोलैप्स" (कोई जादुई पतन नहीं) नियम को बनाए रखता है (सब कुछ अभी भी गणितीय रूप से सुचारू और निरंतर है) लेकिन अनंत ब्रह्मांड बनाने की भारी लागत से बचता है। यह पुराने कोपेनहेगन सिद्धांत के "एकल दुनिया" वाले अहसास को भी बनाए रखता है लेकिन उस अजीब "जादुई स्नैप" को हटा देता है जो भौतिकी के नियमों को तोड़ता है।

हालाँकि, यह याद रखना महत्वपूर्ण है कि यह अभी भी एक प्रस्ताव है। पेपर सुझाव देता है कि ये प्रयोग काम कर सकते हैं और इनका गणित सही दिखता है, लेकिन अभी तक यह सिद्ध नहीं हुआ है। यह क्वांटम क्षेत्र के लिए एक साहसी नया मानचित्र है, जो सुझाव देता है कि वास्तविकता की "शाखाएँ" स्थानीय, उत्क्रमणीय हैं और सही प्रकार के प्रयोग द्वारा देखे जाने की प्रतीक्षा कर रही हैं। यदि स्टर्न-गेलच परीक्षण अनुमान के अनुसार सफल होते हैं, तो यह हमारे वास्तविकता के ताने-बाने की समझ को बदल सकता है, यह दिखाते हुए कि ब्रह्मांड थोड़ा अधिक लचीला है और हमारी सोच से कम "मेनी-वर्ल्ड्स-हैवी" है।