Spurious quantum correlations

बीसवीं सदी के मध्य में, भौतिकविदों ने खोजा कि कण इस तरह से एक-दूसरे से जुड़ सकते हैं जो हमारे रोजमर्रा के कारण और प्रभाव की समझ को चुनौती देता है। जब ऐसे दो कण एक साथ बनाए जाते हैं और फिर विशाल दूरियों तक अलग कर दिए जाते हैं, तो एक का मापन दूसरे की स्थिति को तुरंत प्रभावित करता हुआ प्रतीत होता है, चाहे वे कितनी भी दूर क्यों न हों। यह घटना, जिसे एंटैंगमेंट (entanglement) कहा जाता है, ऐसे सांख्यिकीय पैटर्न उत्पन्न करती है जिन्हें किसी भी ऐसे सिद्धांत द्वारा समझाया नहीं जा सकता जहाँ वस्तुओं के गुण मापन से पहले निश्चित होते हैं और जहाँ प्रभाव प्रकाश की गति से तेज़ नहीं चलते। दशकों तक, इस "दूरी पर डरावनी कार्रवाई" (spooky action at a distance) को क्वांटम दुनिया के निर्णायक हस्ताक्षर के रूप में देखा गया, जो बहुत छोटी चीजों के अजीब नियमों और हमारे दैनिक जीवन के अनुमानित नियमों के बीच एक स्पष्ट सीमा को अलग करती है। इसे परखने का मानक तरीका मापन के समय और स्थान को देखना था ताकि यह सुनिश्चित किया जा सके कि उनके बीच कोई संकेत यात्रा न कर सके, एक ऐसा सेटअप जिसने कणों द्वारा ले जाए गए छिपे हुए निर्देशों वाले किसी भी शास्त्रीय स्पष्टीकरण को खारिज कर दिया।

हालाँकि, एक नया अध्ययन बताता है कि कहानी उतनी सरल नहीं है जितनी पहले समझी गई थी। शोधकर्ताओं ने, कारण और प्रभाव के गणित के साथ काम करते हुए, पाया कि कुछ पैटर्न जो एक घटनाओं के विन्यास में निर्विवाद रूप से क्वांटम दिखते हैं, उन्हें वास्तव में साधारण शास्त्रीय भौतिकी द्वारा समझाया जा सकता है यदि घटनाओं के विन्यास को अलग तरह से देखा जाए। वे इन्हें "स्पूरियस" (spurious - आभासी) क्वांटम सहसंबंध कहते हैं। यह खोज यह नहीं कहती कि क्वांटम यांत्रिकी गलत है या एंटैंगमेंट एक भ्रम है। इसके बजाय, यह प्रकट करती है कि "क्वांटम" का लेबल काफी हद तक वास्तविकता के अनुमानित ढांचे पर निर्भर करता है। यदि हम कारणों और प्रभावों के एक विशिष्ट लेआउट को मानते हैं, तो डेटा जादुई और गैर-शास्त्रीय दिखता है। लेकिन यदि हम एक थोड़ा अलग लेआउट मानते हैं—एक ऐसा जो प्रकाश की गति की सीमा और समय के प्रवाह का सम्मान करता है—तो वही डेटा बिना किसी रहस्यमय सूक्ष्म-समायोजन (fine-tuning) के सरल, शास्त्रीय तंत्रों द्वारा उत्पन्न किया जा सकता है। इसका अर्थ यह है कि एक पैटर्न जो क्वांटम जैसा दिखता है, उसे देखना हमेशा यह सिद्ध करने के लिए पर्याप्त नहीं है कि ब्रह्मांड क्वांटम व्यवहार कर रहा है; हमें यह भी सुनिश्चित करना होगा कि कारण और प्रभाव का अंतर्निहित मानचित्र सही है।

इसे समझने के लिए, कल्पना करें कि आप यह पता लगाने की कोशिश कर रहे हैं कि लाइट क्यों जली। आप देख सकते हैं कि एक स्विच दबाया गया और लाइट जल गई, जिससे आप यह निष्कर्ष निकालते हैं कि स्विच ने लाइट को चालू किया। लेकिन यदि आप नहीं जानते थे कि किसी और ने गुप्त रूप से लाइट को एक टाइमर से जोड़ दिया था, तो आप कारण के बारे में गलत निष्कर्ष निकाल सकते हैं। भौतिकी में, वैज्ञानिक "कॉज़ल स्ट्रक्चर" (causal structure) नामक एक उपकरण का उपयोग करते हैं, जो मूल रूप से एक मानचित्र है जो दिखाता है कि कौन सी घटनाएं दूसरों को प्रभावित कर सकती हैं। इस मानचित्र में देखे गए घटनाक्रम शामिल हैं, जैसे मापन के परिणाम, और छिपे हुए चर (hidden variables), जो परिणामों को प्रभावित करने वाले अनदेखे कारक हो सकते हैं। शोधकर्ताओं ने एक सरल प्रश्न पूछा: यदि हम मापों के बीच अजीब सहसंबंध देखते हैं, तो क्या यह संभव है कि ये सहसंबंध वास्तव में शास्त्रीय हैं, लेकिन हमने गलत मानचित्र बनाया है?

टीम ने कारण और प्रभाव के उन विशिष्ट मानचित्रों पर ध्यान केंद्रित किया जो गैर-शास्त्रीय परिणाम उत्पन्न करने के लिए जाने जाते थे। उन्होंने पूछा कि क्या उन्हीं परिणामों को एक अलग मानचित्र पर पुनरुत्पादित किया जा सकता है जो शास्त्रीय स्पष्टीकरणों की अनुमति देता है। कई मामलों में, उत्तर 'हाँ' था। उन्होंने पाया कि चरों के कुछ व्यवस्थाओं के लिए, प्रत्येक संभावित क्वांटम सहसंबंध को पूरी तरह से एक शास्त्रीय प्रणाली द्वारा दोहराया जा सकता है, बशर्ते कि उस प्रणाली को एक अलग कॉज़ल स्ट्रक्चर में रखा गया हो। महत्वपूर्ण रूप से, इस शास्त्रीय नकल के लिए किसी "फाइन-ट्यूनिंग" (सूक्ष्म-समायोजन) की आवश्यकता नहीं थी। फाइन-ट्यूनिंग एक ऐसी अवधारणा है जहाँ एक प्रणाली को इतनी सटीक, साजिशपूर्ण व्यवस्थाओं के साथ सेट किया जाता है कि वह सहसंबंध के वास्तविक कारण को छिपा देती है। उदाहरण के लिए, यदि कोई कारण मौजूद है लेकिन कोई सहसंबंध नहीं देखा जाता है, तो वह फाइन-ट्यूनिंग है। शोधकर्ताओं ने दिखाया कि उनके वैकल्पिक शास्त्रीय स्पष्टीकरण स्वाभाविक और सुदृढ़ थे, जिनमें किसी नाजुक संतुलन की आवश्यकता नहीं थी। इसके अलावा, इन वैकल्पिक मानचित्रों ने सापेक्षता के नियमों का उल्लंघन नहीं किया; उन्हें प्रकाश से तेज़ यात्रा करने या समय में पीछे जाने की आवश्यकता नहीं थी। उन्होंने केवल कारणों और प्रभावों के परस्पर क्रिया करने के क्रम को पुनर्व्यवस्थित किया।

अध्ययन ने ऐसे कई विशिष्ट परिदृश्य पहचाने जहाँ यह "स्पूरियस" व्यवहार होता है। एक प्राथमिक उदाहरण में, शोधकर्ताओं ने कई चरों वाले एक सेटअप को देखा जहाँ क्वांटम यांत्रिकी ऐसे सहसंबंधों की भविष्यवाणी करती है जो शास्त्रीय रूप से असंभव होने चाहिए। उन्होंने प्रदर्शित किया कि यदि आप कॉज़ल कनेक्शन को थोड़ा बदलते हैं—विशेष रूप से यह अनुमति देकर कि छिपे हुए चरों का एक अलग सेट अलग क्रम में परिणामों को प्रभावित करे—तो आप केवल शास्त्रीय संभाव्यता का उपयोग करके बिल्कुल समान सांख्यिकीय पैटर्न उत्पन्न कर सकते हैं। इसका अर्थ यह है कि यदि कोई पर्यवेक्षक केवल अंतिम संख्याएँ देखता है और मूल मानचित्र को मानता है, तो वह निष्कर्ष निकालेगा कि वह क्वांटम जादू देख रहा है। लेकिन यदि वह नए मानचित्र को मानता है, तो वह एक पूरी तरह से साधारण शास्त्रीय प्रक्रिया देखेगा। शोधकर्ताओं ने सिद्ध किया कि इन विशिष्ट संरचनाओं के लिए, डेटा से अकेले क्वांटम प्रकृति का अनुमान नहीं लगाया जा सकता है; पर्यवेक्षक के पास कॉज़ल लेआउट के संबंध में पहेली का एक हिस्सा गायब है।

हालाँकि, यह शोध एक स्पष्ट रेखा खींचता है। सभी क्वांटम सहसंबंध स्पूरियस नहीं हैं। शोधकर्ताओं ने दिखाया कि अन्य कॉज़ल स्ट्रक्चर भी हैं जहाँ क्वांटम सहसंबंध वास्तविक हैं और उन्हें शास्त्रीय रूप से समझाया नहीं जा सकता, चाहे आप मानचित्र को कैसे भी पुनर्व्यवस्थित करें। इन मामलों में, सहसंबंध इतने मजबूत हैं कि वे बिना किसी फाइन-ट्यूनिंग या सापेक्षता के नियमों का उल्लंघन किए, शास्त्रीय भौतिकी द्वारा समझाने के किसी भी प्रयास का विरोध करते हैं। यह अंतर महत्वपूर्ण है। यह बताता है कि जबकि कुछ "क्वांटम" संकेत केवल भटकाव हो सकते हैं जो कॉज़ल स्ट्रक्चर की गलत समझ के कारण होते हैं, अन्य वास्तव में असली हैं। गैर-स्पूरियस सहसंबंध ही वे हैं जो वास्तव में सिस्टम की क्वांटम प्रकृति को प्रमाणित करते हैं, जिससे वे सुरक्षित संचार और वास्तविक यादृच्छिकता (randomness) उत्पन्न करने जैसे कार्यों के लिए मूल्यवान बन जाते हैं, जहाँ हमें पूरी तरह से आश्वस्त होना चाहिए कि कोई शास्त्रीय चालाकी काम नहीं कर रही है।

इस कार्य के निहितार्थ केवल एक गलतफहमी को सुधारने से कहीं अधिक हैं। यह सुझाव देता है कि ब्रह्मांड की क्वांटम प्रकृति को सिद्ध करने का मार्ग केवल अजीब सांख्यिकी देखने से कहीं अधिक जटिल है। वैज्ञानिकों को अपने प्रयोगों के कॉज़ल स्ट्रक्चर को भी कठोरता से सत्यापित करना चाहिए। यदि कॉज़ल मैप गलत है, तो यह निष्कर्ष कि दुनिया क्वांटम है, उस त्रुटि का एक परिणाम हो सकता है। शोधकर्ताओं ने पाया कि कुछ संरचनाओं के लिए, डेटा को समझाने का एकमात्र तरीका यह स्वीकार करना है कि ब्रह्मांड मौलिक रूप रूप से क्वांटम है। अन्य संरचनाओं के लिए, डेटा को शास्त्रीय रूप से समझाया जा सकता है, लेकिन केवल तभी जब हम कारण और प्रभाव के एक अलग व्यवस्था को स्वीकार करने के लिए तैयार हों। यह क्वांटम भौतिकी में प्रयोगात्मक डेटा की व्याख्या करने के तरीके के पुनर्मूल्यांकन के लिए मजबूर करता है। हम अब यह मानकर नहीं चल सकते कि शास्त्रीय सीमाओं का उल्लंघन स्वतः ही क्वांटम व्यवहार को सिद्ध करता है; हमें पहले यह सुनिश्चित करना होगा कि परीक्षण किया जा रहा कॉज़ल स्ट्रक्चर ही स्पेक्टाइम वास्तविकता का एकमात्र फिट होने वाला ढांचा है।

अंततः, यह अध्ययन वास्तव में क्वांटम और केवल भ्रमित करने वाली चीजों के बीच अंतर करने का एक स्पष्ट और अधिक सटीक तरीका प्रदान करता है। यह दिखाता है कि शास्त्रीय और क्वांटम दुनिया के बीच की सीमा केवल देखे गए नंबरों का मामला नहीं है, बल्कि उस कहानी का मामला है जो हम उन नंबरों के आने के बारे में बताते हैं। कुछ कहानियाँ जो क्वांटम जादू जैसी लगती हैं, वास्तव में गलत दृष्टिकोण से सुनाई गई शास्त्रीय कहानियाँ हैं। लेकिन ऐसी अन्य कहानियाँ भी हैं जो क्वांटम बनी रहती हैं चाहे आप उन्हें कितनी भी बार फिर से सुनाने की कोशिश करें। यह पहचानकर कि कौन सा क्या है, शोधकर्ताओं ने हमें क्वांटम दुनिया के विचित्र परिदृश्य में नेविगेट करने के लिए एक बेहतर टूलकिट दिया है, जिससे यह सुनिश्चित होता है कि जब हम कुछ नया और अजीब खोजने का दावा करते हैं, तो हम केवल दर्पण में अपनी ही परछाई नहीं देख रहे होते हैं।