From Quantum Cryptography to Intuitionism and beyond: relativity, many-worlds and non-locality

विज्ञान लंबे समय से वास्तविकता की प्रकृति के साथ संघर्ष करता रहा है, विशेष रूप से ब्रह्मांड के सबसे छोटे कणों के अजीब व्यवहार के साथ। दशकों से, भौतिक विज्ञानी इस बात पर बहस कर रहे हैं कि क्या दुनिया मौलिक रूप से निर्धारित है, जैसे कि एक घड़ी जैसी मशीन जहाँ हर भविष्य की घटना अतीत द्वारा तय की जाती है, या क्या यह वास्तव में खुली है, जिसमें समय के आगे बढ़ने के साथ नई संभावनाएँ उभरती हैं। यह प्रश्न हमारे समय, स्थान और सूचना को समझने के तरीके के मूल ढांचे को छूता है। यदि भविष्य पहले से ही लिखा जा चुका है, तो ब्रह्मांड एक स्थिर ब्लॉक है जहाँ कभी कुछ भी नया नहीं होता। यदि, हालांकि, भविष्य अलिखित है, तो ब्रह्मांड एक ऐसी जगह है जहाँ हर क्षण वास्तव में नई चीजें बनाई जाती हैं। यह अंतर केवल दार्शनिक नहीं है; यह भौतिकी के नियमों की व्याख्या करने के तरीके को बदल देता है, विशेष रूप से उन कणों के बीच अजीब सहसंबंधों (correlations) के मामले में जो विशाल दूरियों तक एक-दूसरे को तुरंत प्रभावित करते हुए प्रतीत होते हैं।

भौतिक विज्ञानी निकोलस गिसीन अपने सहयोगी और मित्र जिल्स ब्रासार्ड के सत्तरवें जन्मदिन के लिए लिखे गए एक शोध पत्र में, इन गहरे प्रश्नों की खोज करने के लिए सूचना के निर्माण के बारे में सोचने का एक नया तरीका प्रस्तावित करते हैं। गिसीन सुझाव देते हैं कि प्रकृति में नई सूचना उत्पन्न करने की एक सीमा हो सकती है। उनका तर्क है कि जबकि ब्रह्मांड नए तथ्य बना सकता है, वह इसे अनंत गति से नहीं कर सकता। यह विचार, जिसे वे 'इंट्यूशनिज्म' (intuitionism) नामक एक गणितीय दृष्टिकोण के साथ विकसित करते हैं, एक नया दृष्टिकोण प्रदान करता है कि क्यों दुनिया अनंत संभावनाओं का एक अराजक ढेर नहीं बनती और कैसे क्वांटम यांत्रिकी के अजीब नियम आइंस्टीन के सापेक्षता के सिद्धांत के साथ फिट बैठ सकते हैं।

यह पत्र इस मानक दृष्टिकोण को चुनौती देकर शुरू होता है कि दुनिया का वर्णन करने के लिए उपयोग किए जाने वाले नंबर पूर्ण और निश्चित हैं। पारंपरिक गणित में, कमरे के तापमान जैसे किसी नंबर को हर क्षण एक सटीक मान (value) रखने वाला माना जाता है, भले ही हमें वह ज्ञात न हो। गिसीन, उस गणित की एक शाखा का सहारा लेते हुए जहाँ नंबर समय के साथ बनते हैं, सुझाव देते हैं कि कई भौतिक मात्राओं के लिए, सटीक मान तब तक मौजूद नहीं होता जब तक कि समय बीत न जाए और मान निर्धारित न हो जाए। इस दृष्टिकोण में, भविष्य कोई छिपा हुआ स्क्रिप्ट नहीं है जिसे पढ़ने का इंतजार किया जा रहा है; यह वास्तव में खुला है। उदाहरण के लिए, दस साल बाद का तापमान अभी मौजूद नहीं है। यह केवल हमारे लिए अज्ञात नहीं है; यह सत्तात्मक रूप से अनिश्चित (ontologically indeterminate) है, जिसका अर्थ है कि प्रकृति ने अभी तक निर्णय नहीं लिया है कि वह क्या होगा। जैसे-जैसे समय बहता है, सूचना के नए बिट्स बनते हैं, और ब्रह्मांड ऐसे चुनाव करता है जो पूर्व निर्धारित नहीं थे।

यह खुले भविष्य की अवधारणा प्रकृति की सीमाओं के बारे में एक विशिष्ट प्रस्ताव की ओर ले जाती है। गिसीन एक ऐसी स्थिति की कल्पना करते हैं जहाँ एक प्रणाली, जैसे कि अणुओं की गैस, ऐसी तरह से विकसित होती है जो अपनी शुरुआती स्थितियों के प्रति अत्यधिक संवेदनशील होती है। एक मानक नियतवादी (deterministic) दृष्टिकोण में, प्रणाली एक एकल, सटीक पथ का अनुसरण करती है। लेकिन यदि शुरुआती स्थितियाँ अनंत रूप से सटीक नहीं हैं—यदि उनमें केवल एक सीमित मात्रा में सूचना है—तो प्रणाली का पथ अंततः विभाजित हो जाएगा। विभिन्न संभावनाएँ फैल जाएंगी, और प्रकृति को अंततः यह चुनना होगा कि कौन सा पथ लेना है। गिसीन सुझाव देते हैं कि प्रकृति केवल एक सीमित दर पर नई सूचना बना सकती है। यदि कोई प्रणाली ऐसी अवस्था में विकसित होने की कोशिश करती है जिसके वर्णन के लिए एक साथ बहुत बड़ी मात्रा में नई सूचना की आवश्यकता होती है, तो शायद प्रकृति उसका साथ नहीं दे पाएगी।

इसे समझाने के लिए, गिसीन बीस छोटे चुंबकीय कणों, जिन्हें 'स्पिन्स' (spins) कहा जाता है, की एक प्रणाली को देखते हैं। यदि इन कणों को इस तरह व्यवस्थित किया जाता है कि वे शास्त्रीय रूप से अराजक (classically chaotic) हों, तो उनका क्वांटम संस्करण बहुत जल्दी अत्यधिक उलझा हुआ (entangled) हो जाता है। एंटैंगलमेंट एक ऐसी स्थिति है जहाँ कण इतने गहराई से जुड़े होते हैं कि उन्हें व्यक्तियों के बजाय एक एकल समूह के रूप में वर्णित किया जाना चाहिए। इस समूह का वर्णन करने के लिए, प्रकृति को एक सेकंड के बहुत छोटे हिस्से में भारी मात्रा में नई सूचना उत्पन्न करने की आवश्यकता होगी। गिसीन प्रस्तावित करते हैं कि यदि प्रकृति इस सूचना को उत्पन्न करने में सीमित है, तो उसे सिस्टम को छोटे, प्रबंधनीय भागों में विभाजित करने के लिए मजबूर होना पड़ सकता है। बीस कणों के लिए एक एकल, विशाल उलझे हुए (entangled) राज्य को बनाने के बजाय, प्रकृति दस-दस के दो छोटे समूह बना सकती है। यह सीमा ब्रह्मांड को उलझे हुए पदार्थ के एक एकल, अनंत रूप से जटिल ब्लॉक के रूप में विकसित होने से रोक सकती है। यदि यह विचार सही साबित होता है, तो इसका अर्थ होगा कि क्वांटम यांत्रिकी की "अनेक विश्व" (many-worlds) व्याख्या गलत है, जो यह सुझाव देती है कि हर संभावना एक अलग वास्तविकता की शाखा में घटित होती है, क्योंकि प्रकृति उन सभी शाखाओं को एक साथ बनाए रखने के लिए आवश्यक सूचना उत्पन्न नहीं कर सकती।

पत्र फिर इस खुले भविष्य और सापेक्षता के सिद्धांत के बीच संबंध की ओर मुड़ता है। भौतिकी में एक प्रमुख पहेली यह रही है कि यादृच्छिक (random), अप्रत्याशित घटनाओं के विचार को आइंस्टीन के इस नियम के साथ कैसे सुसंगत बनाया जाए कि कुछ भी प्रकाश की गति से तेज यात्रा नहीं कर सकता। कुछ भौतिकविदों ने तर्क दिया है कि यदि भविष्य वास्तव में यादृच्छिक है, तो यह सापेक्षता का उल्लंघन करेगा। गिसीन असहमत हैं। वह प्रस्ताव देते हैं कि तथ्य पूर्ण नहीं हैं; वे अंतरिक्ष और समय में उनके स्थान के सापेक्ष हैं। जब कोई यादृच्छिक घटना होती है, जैसे कि किसी कण का मापन, तो परिणाम केवल अंतरिक्ष-समय के एक विशिष्ट क्षेत्र में एक तथ्य बन जाता है जिसे 'फ्यूचर लाइट कोन' (future light cone) कहा जाता है। इस क्षेत्र के बाहर, वह घटना अभी तक हुई नहीं है, और परिणाम अस्तित्व में नहीं है।

इसका अर्थ यह है कि अलग-अलग स्थानों पर होने वाली दो घटनाएं आपस में सह-संबंधित हो सकती हैं बिना एक के दूसरे को तुरंत प्रभावित किए। कल्पना कीजिए कि दो अलग-अलग स्थानों पर रखे गए दो रैंडम नंबर जनरेटर हैं। यदि वे मिलान वाले नंबर उत्पन्न करते हैं, तो ऐसा इसलिए नहीं है क्योंकि एक ने दूसरे को संकेत भेजा है। इसके बजाय, सहसंबंध एक एकल, गैर-स्थानीय (non-local) घटना है जो दोनों स्थानों पर प्रकट होती है। उनका मेल होना केवल वहीं सत्य है जहाँ दो भविष्य के प्रकाश शंकु (future light cones) एक दूसरे को ओवरलैप करते हैं। ओवरलैप होने से पहले, परिणाम अनिश्चित होते हैं। यह दृष्टिकोण, जिसे गिसीन "अनिश्चितता की सापेक्षता" (relativity of indeterminacy) कहते हैं, बिना किसी "डरावनी क्रिया" (spooky action at a distance) की आवश्यकता के क्वांटम प्रयोगों में देखी जाने वाली अजीब कड़ियों की अनुमति देता है। यह सुझाव देता है कि ब्रह्मांड अलग-अलग वस्तुओं का संग्रह नहीं है जो एक-दूसरे को प्रभावित करती हैं, बल्कि एक एकल प्रक्रिया है जहाँ नई सूचना स्थानीय रूप से उत्पन्न होती है और प्रकाश की गति से फैलती है।

गिसीन स्वीकार करते हैं कि यह एक साहसी विचार है और उनके पास 'मेजरमेंट प्रॉब्लम' (measurement problem) का पूर्ण समाधान नहीं है, जो यह प्रश्न है कि ये अनिश्चित मात्राएं वास्तव में कब और कैसे निश्चित होती हैं। उनका सुझाव है कि प्रकृति के पास निर्णय लेने के लिए एक तंत्र हो सकता है, शायद तब जब किसी प्रणाली का वर्णन करने के लिए आवश्यक सूचना की मात्रा एक दिए गए समय में बनाई जा सकने वाली मात्रा से अधिक हो जाती है। यह एक सिद्ध तथ्य नहीं है, बल्कि एक परिकल्पना है जो नए अनुमानों और तकनीकों की ओर ले जा सकती है। यदि प्रकृति वास्तव में सूचना बनाने की अपनी क्षमता में सीमित है, तो इसके क्वांटम कंप्यूटरों के लिए गंभीर निहितार्थ हो सकते हैं, जो भारी मात्रा में एंटैंगलमेंट बनाने पर निर्भर करते हैं। यदि ब्रह्मांड उस एंटैंगलमेंट को पर्याप्त तेजी से उत्पन्न नहीं कर सकता है, तो क्वांटम कंप्यूटरों को वर्तमान सोच की तुलना में कहीं अधिक गंभीर मौलिक सीमाओं का सामना करना पड़ सकता है।

यह पत्र इस बात पर जोर देते हुए समाप्त होता है कि इस नए दृष्टिकोण के लिए ब्रह्मांड को वास्तविक बनाने के लिए पर्यवेक्षकों या सचेत एजेंटों की आवश्यकता नहीं है। सूचना का निर्माण एक भौतिक प्रक्रिया है जो इस बात की परवाह किए बिना होती है कि कोई देख रहा है या नहीं। गिसीन यह अपने मित्र जिल्स ब्रासर्ड के सम्मान में लिखते हैं, जो क्वांटम क्रिप्टोग्राफी के अग्रदूत हैं, ताकि सूचना और वास्तविकता की सीमाओं की खोज करने वाले उनके जीवनकाल का उत्सव मनाया जा सके। सूचना निर्माण की विचार प्रक्रिया को समय के साथ बनने वाले नंबरों के गणितीय विचार के साथ जोड़कर, गिसीन एक ऐसे ब्रह्मांड का दृष्टिकोण प्रस्तुत करते हैं जो गतिशील, खुला और मौलिक रूप से रचनात्मक है। यह एक ऐसी दुनिया है जहाँ भविष्य एक निश्चित मंजिल नहीं है, बल्कि एक परिदृश्य है जिसे एक बार में एक नया तथ्य बनाकर खींचा जा रहा है।