New class of quantum transitions exhibiting large-scale intercorrelations: Color of the sky
यह शोध पत्र बड़े पैमाने के अंतर्संबंधों वाले क्वांटम संक्रमणों के एक नए वर्ग का प्रस्ताव करता है जो, रेले प्रकीर्णन प्रायिकताओं में एक नवीन योगदान के माध्यम से, आकाश के विसरण और लेजर विसंगतियों के संबंध में लंबे समय से चले आ रहे रहस्यों को सुलझाता है और पृथ्वी के एल्बेडो को उपग्रह अवलोकनों के साथ संरेखित करता है।
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मुख्य विचार: एक नए प्रकार का क्वांटम "इको" (गूँज)
कल्पना कीजिए कि आप यह समझने की कोशिश कर रहे हैं कि आसमान नीला क्यों है। 100 से अधिक वर्षों से, वैज्ञानिक इसे समझाने के लिए एक मानक नियम (जिसे रेले स्कैटरिंग कहा जाता है) का उपयोग करते आए हैं। इस मानक नियम को एक एकल धूल के कण से टकराती हुई टॉर्च की बीम की तरह समझें। प्रकाश उससे टकराकर वापस आता है, और इसकी चमक पूरी तरह से इस बात पर निर्भर करती है कि आपके सामने कितने धूल के कण मौजूद हैं। यदि हवा पतली हो जाती है (कम धूल के कण), तो प्रकाश धुंधला हो जाना चाहिए।
हालाँकि, इस शोध पत्र के लेखक, केंज़ो इशिकावा और मासाकी ताकेडा का तर्क है कि इस "टॉर्च" मॉडल में पहेली का एक बड़ा हिस्सा गायब है। वे प्रस्ताव देते हैं कि सूर्य से आने वाला प्रकाश एक तीखी, केंद्रित बीम की तरह व्यवहार नहीं करता है। इसके बजाय, उनका कहना है कि यह कोहरे के एक विशाल, धुंधले बादल की तरह व्यवहार करता है जो सैकड़ों किलोमीटर तक फैला हुआ है।
जब प्रकाश का यह विशाल "कोहरा" वायुमंडल में एक अणु (molecule) से टकराता है, तो यह केवल स्थानीय स्तर पर नहीं टकराता। क्योंकि प्रकाश की तरंग इतनी विशाल और "धुंधली" है, यह प्रकाश और अणु के बीच एक लंबी दूरी का संबंध (या इंटरकोरिलेशन) बनाती है जो एक विशाल दूरी तक फैला होता है। लेखक इसे क्वांटम ट्रांजिशन का एक "द्वितीय वर्ग" (second class) कहते हैं।
प्रकाश व्यवहार के दो प्रकार
यह शोध पत्र प्रकाश के प्रकीर्णन (scattering) को दो श्रेणियों में विभाजित करता है:
- "स्थानीय" प्रकार (प्रथम वर्ग): यह प्रकाश को समझने का पुराना, मानक तरीका है। यह एक बिलियर्ड बॉल के दूसरी बॉल से टकराने जैसा है। परिणाम केवल उस बिंदु पर निर्भर करता है जहाँ प्रभाव पड़ा है। यह प्रकाश की छोटी, संकीर्ण बीमों (जैसे लैब में लेजर) के लिए चीजों को अच्छी तरह समझाता है।
- "वैश्विक" प्रकार (द्वितीय वर्ग): यह नई खोज है। यह एक शांत झील में एक विशाल पत्थर फेंकने जैसा है। लहरें केवल वहीं नहीं रहतीं जहाँ पत्थर गिरा है; वे फैलती हैं और दूर के पानी से जुड़ जाती हैं। लेखकों का दावा है कि सूर्य का प्रकाश इतना "सुसंगत" (coherent) और विशाल है कि वह इस विशाल लहर की तरह कार्य करता है। यह एक "द्वितीय वर्ग" का प्रभाव पैदा करता है जिसे मानक भौतिकी अनदेखा कर देती है।
नीले आसमान के रहस्य को सुलझाना
लेखक इस नए "वैश्विक" दृष्टिकोण का उपयोग दो विशिष्ट पहेलियों को सुलझाने के लिए करते हैं:
1. ऊँचाई पर आसमान अभी भी नीला क्यों रहता है?
- पुरानी समस्या: यदि आप 10 किमी की ऊँचाई पर एक जेट विमान में उड़ते हैं, तो ज़मीन की तुलना में हवा बहुत पतली होती है। पुराने "बिलियर्ड बॉल" नियम के अनुसार, प्रकाश को बिखेरने के लिए अणुओं की संख्या बहुत कम होनी चाहिए, इसलिए आसमान बहुत गहरा या काला दिखना चाहिए। लेकिन वास्तव में, ऊपर भी आसमान उतना ही चमकीला नीला दिखता है जितना कि ज़मीन पर।
- नया स्पष्टीकरण: क्योंकि सूर्य का प्रकाश एक विशाल "कोहरा" (एक बड़ा वेव पैकेट) है, उसे अणुओं के विरल होने से फर्क नहीं पड़ता। "वैश्विक" संबंध प्रकाश को प्रभावी ढंग से बिखेरने की अनुमति देता, भले ही अणु एक-दूसरे से दूर हों। लेखक गणना करते हैं कि यह नया प्रभाव आसमान को इतना चमकीला बनाता है जैसा कि हम हवाई जहाजों से देखते हैं।
2. पृथ्वी का "दर्पण" (अल्बेडो)
- समस्या: वैज्ञानिक मापते हैं कि पृथ्वी कितनी धूप वापस अंतरिक्ष में परावर्तित करती है (अल्बेडो)। पुराने कैलकुलेशन पूरी तरह से मेल नहीं खाते थे जो उपग्रह देखते हैं।
- नया स्पष्टीकरण: जब लेखकों ने अपने गणित में इस नए "वैश्विक" प्रकीर्णन प्रभाव को जोड़ा, तो गणना की गई परावर्तन दर बढ़कर उपग्रह के डेटा से पूरी तरह मेल खा गई। उनका दावा है कि यह साबित करता है कि उनका नया फॉर्मूला सही है।
लेजर प्रयोग: एक छोटी लहर बनाम एक सुनामी
यह साबित करने के लिए कि यह केवल आसमान के बारे में नहीं है, लेखक लेजर और नैनोकणों के साथ लैब प्रयोगों को देखते हैं।
- लैब में: लेजर बीम आमतौर पर बहुत संकीर्ण और केंद्रित (एक तीखी सुई की तरह) होती है। यहाँ "वैश्विक" प्रभाव बहुत छोटा, लगभग अदृश्य होता है। प्रकाश ज्यादातर पुराने "बिलियर्ड बॉल" मॉडल की तरह व्यवहार करता है।
- भविदन: लेखकों का कहना है कि यदि आप बिखरे हुए लेजर प्रकाश के ऊर्जा स्पेक्ट्रम को बहुत करीब से देखें, तो आपको अतिरिक्त ऊर्जा की एक छोटी, विस्तृत "पूंछ" (tail) दिखाई देगी जिसे पुरानी थ्योरी नहीं समझा सकती। यह "पूंछ" नए "वैश्विक" प्रभाव का हस्ताक्षर है। उनका दावा है कि हाल के प्रयोगों में इसे देखा गया है।
मुख्य निष्कर्ष
यह शोध पत्र तर्क देता है कि लंबे समय से भौतिक विज्ञानी प्रकाश के साथ ऐसे व्यवहार कर रहे हैं जैसे कि यह छोटी, स्वतंत्र गोलियों का एक संग्रह हो। यह नई थ्योरी बताती है कि सूर्य के प्रकाश के लिए, प्रकाश वास्तव में एक विशाल, परस्पर जुड़ा हुआ तरंग (wave) है।
- उपमा: एक स्टेडियम में लोगों की भीड़ (अणु) की कल्पना करें।
- पुरानी थ्योरी: यदि कोई चिल्लाता है (प्रकाश), तो केवल वही लोग सुन पाते हैं जो चिल्लाने के ठीक बगल में हैं। यदि भीड़ विरल है, तो आवाज़ दब जाती है।
- नई थ्योरी: चिल्लाना वास्तव में ध्वनि की एक विशाल, लुढ़कती हुई लहर है जो पूरे स्टेडियम को भर देती है। भले ही भीड़ विरल हो, लहर सभी को जोड़ देती है, और ध्वनि हर जगह स्पष्ट रूप से सुनाई देती है।
लेखक निष्कर्ष निकालते हैं कि यह "द्वितीय वर्ग" का क्वांटम ट्रांजिशन वह लापता कुंजी है जो यह समझने के लिए आवश्यक है कि आसमान नीला क्यों है, पृथ्वी कितनी रोशनी परावर्तित करती है, और क्यों कुछ लेजर प्रयोग अजीब ऊर्जा पैटर्न दिखाते हैं। उनका दावा है कि उनका नया गणित पुराने भौतिकी के छेदों को ठीक करता है।
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