Wigner's Friend Paradox Revisited

ब्रह्मांड की कल्पना एक परम, अदृश्य मंच के रूप में करें जहाँ कण अपनी भूमिकाएँ निभाते हैं। क्वांटम मैकेनिक्स की दुनिया में, इस मंच के नियम प्रसिद्ध रूप से अजीब हैं। एक बेसबॉल के विपरीत, जो या तो लेफ्ट फील्ड में होता है या राइट फील्ड में, एक क्वांटम कण "सुपरपोजिशन" (superposition) में हो सकता है, जो एक ही समय में दोनों फील्डों में होने जैसा है जब तक कि कोई उसे देखता नहीं है। इस "देखने" की प्रक्रिया को मापन (measurement) कहा जाता है, और खेल के मानक नियमों में, देखने की क्रिया कण को एक स्थान चुनने के लिए मजबूर करती है, जिसे अक्सर "वेव फंक्शन कोलैप्स" (wave function collapse) कहा जाता है। लेकिन यहाँ पेचीदा बात यह है: क्या होगा यदि देखने वाला व्यक्ति एक बंद कमरे के अंदर है, और कोई दूसरा व्यक्ति बाहर से देख रहा है? क्या कण तब एक स्थान चुनता है जब व्यक्ति अंदर देखता है, या केवल तब जब व्यक्ति बाहर से देखता है? यह पहेली, जिसे "विग्नर का मित्र" (Wigner's Friend) कहा जाता है, दशकों से भौतिकविदों के लिए एक सिरदर्द रही है क्योंकि यह सुझाव देती है कि दो लोग एक ही वास्तविकता को देख सकते हैं और दो पूरी तरह से अलग, विरोधाभासी सत्य देख सकते हैं। यदि विज्ञान को एक एकल, साझा वास्तविकता का वर्णन करना चाहिए, तो यह एक बड़ी समस्या है।

पीटर रीचर्ट और मार्कस एंज़ का एक नया शोध पत्र इस उलझन को सुलझाने का एक तरीका सुझाता है। वे मानक नियमों का एक संशोधित संस्करण प्रस्तावित करते हैं जो ब्रह्मांड को सभी के लिए एक एकल, वस्तुनिष्ठ मंच बनाए रखता है, जबकि यह स्वीकार करता है कि हम क्या जानते हैं वह व्यक्ति दर व्यक्ति भिन्न हो सकता है। ब्रह्मांड को यह सोचने के बजाय कि वह देखने वाले के आधार पर अपना मन बदल लेता है, वे सुझाव देते हैं कि ब्रह्मांड एक निर्णय लेता है जैसे ही कोई मापन होता है, भले ही वहाँ कोई मानव मौजूद न हो। जब कोई व्यक्ति अंदर देखता है, तो ब्रह्मांड एक निश्चित अवस्था में आ जाता है, भले ही कोई और अभी तक देख न रहा हो। वे वेव फंक्शन के कोलैप्स को केवल हमारे ज्ञान के अपडेट के बजाय एक वास्तविक घटना के रूप में मानकर, इन विरोधाभासों को रोकने का सुझाव देते हैं। वे दिखाते हैं कि यदि आप इन संशोधित नियमों का पालन करते हैं, तो गणित बिना किसी विरोधाभास के काम करता है, और वे यहाँ तक भविष्यवाणी करते हैं कि कुछ परिणामों की संभावना अन्य सिद्धांतों की तुलना में थोड़ी अलग होगी, जो यह परीक्षण करने का एक तरीका प्रदान करता है कि कौन सही है।

मित्र और दर्शक की कहानी

यह समझने के लिए कि रीचर्ट और एंज़ क्या कर रहे हैं, आइए "क्वांटम लुका-छिपी" का खेल खेलें।

इसके क्लासिक संस्करण में, कल्पना करें कि एक मित्र (मान लीजिए कि वह F है) एक ध्वनिप्रूफ, अलग प्रयोगशाला के भीतर बंद है। अंदर, उसके पास एक घूमता हुआ सिक्का है जो एक ही समय में 'हेड्स' (Heads) और 'टेल्स' (Tails) दोनों होने की जादुई अवस्था में है। वह सिक्के को उछालती है और परिणाम देखती है। उसके मन में, सिक्का निश्चित रूप से हेड्स (या टेल्स) पर आ गया है। वह सत्य जानती है।

अब, कल्पना करें कि विग्नर (मान लीजिए कि वह W है) लैब के बाहर खड़ा है। उसने दरवाजा नहीं खोला है और न ही अंदर देखा है। कुछ पुराने-स्कूल के क्वांटम नियमों के अनुसार, क्योंकि विग्नर ने नहीं देखा है, इसलिए पूरी लैब—उसकी मित्र और सिक्के सहित—अभी भी "मित्र हेड्स देखता है" और "मित्र टेल्स देखता है" की एक जादुई सुपरपोजिशन में है। विग्नर के लिए, मित्र अनिर्णय की स्थिति में है। मित्र के लिए, मित्र निर्णय ले चुका है। यह विरोधाभास है: एक ही स्थिति को देख रहे दो लोग दो अलग-अलग वास्तविकताएं देखते हैं।

रीचर्ट और एंज़ कहते हैं, "रुकिए। आइए नियमों को थोड़ा सा बदल दें।"

वे इस खेल को ठीक करने के लिए तीन मुख्य विचार प्रस्तावित करते हैं:

1. ब्रह्मांड एक बड़ी फिल्म है: ब्रह्मांड की केवल एक वास्तविक अवस्था होती है, और यह देखने वाले के आधार पर नहीं बदलती है। यह स्क्रीन पर चल रही एक फिल्म की तरह है; फिल्म केवल इसलिए नहीं बदलती क्योंकि आपने 3D चश्मा पहना है या आप पिछली पंक्ति में बैठे हैं।
2. "स्नैप" (Snap) हर जगह होता है: जब कोई मापन होता है (जैसे मित्र द्वारा सिक्के को देखना), तो ब्रह्मांड तुरंत एक निश्चित अवस्था में "स्नैप" हो जाता है। यह तब भी होता है जब मित्र एक सीलबंद कमरे में हो और किसी और को अभी तक इसके बारे में पता न हो। मित्र का अवलोकन वेव फंक्शन को कोलैप्स करता है, ठीक एक वास्तविक घटना की तरह।
3. ज्ञान वास्तविकता से भिन्न है: यह सबसे महत्वपूर्ण हिस्सा है। लेखक इस बात के बीच एक स्पष्ट अंतर करते हैं कि वास्तव में क्या हो रहा है (वस्तुनिष्ठ अवस्था) और हम इसके बारे में क्या जानते हैं (हमारा ज्ञान)। अंदर मौजूद मित्र जानता है कि सिक्का 'हेड्स' है। बाहर खड़ा विग्नर अभी यह नहीं जानता। लेकिन विग्नर का ज्ञान का अभाव यह नहीं दर्शाता कि सिक्का अभी भी हवा में घूम रहा है। इसका मतलब केवल यह है कि विग्नर अनुमान लगा रहा है। उसके पास सही अनुमान लगाने की 50/50 संभावना है, लेकिन सिक्का पहले से ही मेज पर रखा है।

विस्तारित खेल: दो मित्र, दो दर्शक

शोध पत्र और भी दिलचस्प हो जाता है जब वे अन्य वैज्ञानिकों (फ्रौचिगर और रेनर) द्वारा प्रस्तावित एक अधिक जटिल संस्करण को देखते हैं। इस संस्करण में, दो लैब, दो मित्र (F और F') और दो दर्शक (W और W') हैं। यह लुका-छिपी के दोहरे खेल जैसा है जहाँ मित्र एक-दूसरे को गुप्त नोट भेजते हैं।

पुराने, विरोधाभासी संस्करण में, गणित ने सुझाव दिया था कि यदि सभी क्वांटम मैकेनिक्स के नियमों का पालन करते हैं, तो वे अंततः एक ऐसे बिंदु पर पहुँचेंगे जहाँ वे सेटअप पर तो सहमत होंगे लेकिन परिणाम पर इस तरह असहमत होंगे जो तर्क को तोड़ देता है। यह एक पहेली की तरह था जहाँ सभी के लिए टुकड़े पूरी तरह से फिट बैठते थे, सिवाय इसके कि वे जो चित्र देखते हैं वह असंभव था।

रीचर्ट और एंज़ इस जटिल परिदृश्य को अपने नए नियमों के माध्यम से चलाते हैं। वे लैब की "वास्तविक अवस्था" और पर्यवेक्षकों के "ज्ञान" को चरण-दर-चरण ट्रैक करते हैं।

• चरण 1: पहला मित्र एक क्वांटम सिक्का उछालता है। ब्रह्मांड एक परिणाम (हेड्स या टेल्स) पर स्नैप हो जाता है। मित्र परिणाम जानता है। अन्य पर्यवेक्षक नहीं जानते, इसलिए वे जो वे जानते हैं उसके आधार पर एक संभाव्यता वितरण (अनुमान) रखते हैं।
• चरण 2: सिक्के का परिणाम यह निर्धारित करता है कि दूसरा कण कैसे तैयार किया जाता है। दूसरा मित्र इस कण का मापन करता है। फिर से, ब्रह्मांड स्नैप होता है। दूसरा मित्र परिणाम जानता है। अन्य लोग अपने अनुमानों को अपडेट करते हैं।
• चरण 3: बाहरी दर्शक (W और W') पूरे लैब पर एक विशेष मापन करते हैं।

यहाँ जादू का कमाल है: क्योंकि लेखक यह मानते हैं कि वेव फंक्शन पहले ही कोलैप्स हो गया था (जब मित्रों ने अपने मापन किए थे), इसलिए गणित विरोधाभासी संस्करण की तुलना में अलग तरह से काम करता है। विरोधाभासी संस्करण में, बाहरी दर्शक यह मानते हैं कि लैब अभी भी एक धुंधली सुपरपोजिशन में है, जिससे एक विरोधाभास पैदा होता है। लेकिन इस नए संस्करण में, लैब पहले से ही एक निश्चित अवस्था में है (भले ही दर्शकों को वह पता न हो)।

जब वे गणना करते हैं, तो वे पाते हैं कि एक विशिष्ट "असंभव" संयोजन के परिणामों की संभावना 1/4 (या 25%) है। पुराने, विरोधाभासी विश्लेषण में, उस परिणाम की गणना 1/12 (लगभग 8.3%) के रूप में की गई थी।

यह क्यों मायने रखता है

लेखक यह दावा नहीं कर रहे हैं कि उन्होंने ब्रह्मांड के रहस्य को हमेशा के लिए हल कर दिया है। वे स्वीकार करते हैं कि हमें अभी भी यह नहीं पता कि वेव फंक्शन कैसे या क्यों कोलैप्स होता है। वे वर्तमान में "कोलैप्स" को एक नियम के रूप में उपयोग कर रहे हैं, एक प्लेसहोल्डर के रूप में जब तक कि हमें एक गहरी थ्योरी न मिल जाए। लेकिन इस नियम का उपयोग करके, वे दिखाते हैं कि विग्नर के मित्र के विरोधाभास से जुड़ी डरावनी विसंगतियां गायब हो जाती हैं।

उनका तर्क है कि ब्रह्मांड को यह तय करने के लिए कि क्या वास्तविक है, एक सचेत पर्यवेक्षक के "जागने" की आवश्यकता नहीं है। मापन होता है, अवस्था निश्चित हो जाती है, और बाहरी पर्यवेक्षक के लिए केवल वह चीज़ बदलती है जो उस अवस्था के बारे में उनका ज्ञान है।

सबसे अच्छी बात? यह केवल एक दार्शनिक बहस नहीं है। क्योंकि उनके नए नियम कुछ विशिष्ट परिणामों के लिए एक अलग संभाव्यता (1/12 के बजाय 1/4) की भविष्यवाणी करते हैं, यह विचार वास्तव में परीक्षण योग्य है। यदि भविष्य के प्रयोग इन विशिष्ट परिणामों को पर्याप्त सटीकता के साथ माप सकते हैं, तो हम यह सिद्ध कर पाएंगे कि ब्रह्मांड तब कोलैप्स होता है जब मित्र देखता है, या यह तब तक इंतजार करता है जब जब बाहर का दर्शक देखता है।

इसलिए, अगली बार जब आप आश्चर्य करें कि क्या एक पेड़ खाली जंगल में गिरने पर आवाज़ करता है, तो इस शोध पत्र को याद करें: पेड़ शायद आवाज़ करता है (ब्रह्मांड स्नैप होता है), लेकिन यदि आप वहां सुनने के लिए मौजूद नहीं हैं, तो आपको बस यह अनुमान लगाना होगा कि वह आवाज़ क्या थी। और रीचर्ट और एंज़ की मदद से, हम जल्द ही यह जांचने का एक तरीका पा सकते हैं कि क्या हमारा अनुमान सही था।