What is Physics For? Why Classical Physics is not the Limit of Quantum Mechanics

एक सदी से अधिक समय से, विज्ञान के इतिहास में सबसे सफल सिद्धांत क्वांटम मैकेनिक्स रहा है। यह उन नियमों का समूह है जो ब्रह्मांड की सबसे छोटी चीजों के व्यवहार को नियंत्रित करता है, परमाणुओं से लेकर उनके द्वारा उत्सर्जित प्रकाश तक। यह प्रयोगात्मक परिणामों की इतनी सटीकता के साथ भविष्यवाणी करता है कि इसे अक्सर अब तक का सबसे सटीक सिद्धांत कहा जाता है। फिर भी, इस सफलता के बावजूद, वैज्ञानिक अभी भी इस बात पर सहमत नहीं हो पा रहे हैं कि यह सिद्धांत वास्तव में क्या अर्थ रखता है। गणित पूरी तरह से काम करता है, लेकिन यह वास्तविकता के बारे में जो कहानी बताता है, वह तीव्र बहस का विषय बनी हुई है। इस भ्रम के केंद्र में एक सरल प्रश्न है: बहुत छोटी और अजीब, धुंधली दुनिया हमारे आसपास की ठोस, अनुमानित दुनिया से कैसे जुड़ती है? लंबे समय से मानक उत्तर यह रहा है कि हमारी रोजमर्रा की दुनिया केवल क्वांटम दुनिया का एक विशेष मामला है, एक ऐसा संस्करण जो तब दिखाई देता है जब चीजें पर्याप्त बड़ी हो जाती हैं। यह विचार सुझाव देता है कि शास्त्रीय भौतिकी (क्लासिकल फिजिक्स), जो रोजमर्रा की वस्तुओं का विज्ञान है, क्वांटम मैकेनिक्स का ही एक सीमा रूप (लिमिट) है, ठीक वैसे ही जैसे एक सपाट मानचित्र, घुमावदार ग्लोब का एक सरल संस्करण होता है।

एक नया शोध पत्र इस आरामदायक धारणा को चुनौती देता है। भौतिकविदों और दार्शनिकों की एक टीम का तर्क है कि क्वांटम मैकेनिक्स में हमारे सामने आने वाली गहरी पहेलियाँ इस सिद्धांत द्वारा निर्मित नहीं की गई थीं। इसके बजाय, वे सुझाव देते हैं कि ये पहेलियाँ शास्त्रीय भौतिकी के भीतर ही छिपी हुई थीं। लेखक प्रस्ताव करते हैं कि क्वांटम मैकेनिक्स को समझने में कठिनाई इसलिए नहीं है क्योंकि यह पुरानी दुनिया के नियमों को तोड़ता है, बल्कि इसलिए है क्योंकि यह हमें उन धारणाओं का सामना करने के लिए मजबूर करता है जो हमने पुरानी दुनिया के बारे में बिना जाने ही बना ली थीं। उनका तर्क है कि एक पूरी तरह से अलग, वस्तुनिष्ठ वास्तविकता (ऑब्जेक्टिव रियलिटी) का विचार, जो किसी के देखने के बिना स्वतंत्र रूप से अस्तित्व में रहती है, एक दार्शनिक विकल्प है, न कि कोई वैज्ञानिक तथ्य। भौतिकी के इतिहास और मापन की प्रकृति का परीक्षण करके, शोधकर्ता दिखाते हैं कि प्रेक्षक (ऑब्जर्वर) और प्रेक्षित (ऑब्जर्व्ड) के बीच का विभाजन हमेशा एक अंध बिंदु (ब्लाइंड स्पॉट) था, और क्वांटम मैकेनिक्स ने बस उस अंध बिंदु को अनदेखा करना असंभव बना दिया।

यह शोध पत्र इस बात पर गौर करता है कि वैज्ञानिक आमतौर पर विभिन्न सिद्धांतों के बीच के संबंध के बारे में कैसे सोचते हैं। भौतिकी के कई क्षेत्रों में, एक नया और अधिक जटिल सिद्धांत पुराने सिद्धांत को एक विशेष मामले के रूप में अपने भीतर समाहित करता है। उदाहरण के लिए, सापेक्षता का सिद्धांत (थ्योरी ऑफ रिलेटिविटी), जो बहुत तेज गति से संबंधित है, धीमी गति के लिए पुराने गति के नियमों को शामिल करता है। यह स्वाभाविक रूप से मानना उचित है कि क्वांटम मैकेनिक्स के साथ भी ऐसा ही है: कि ठोस वस्तुओं की शास्त्रीय दुनिया वही है जो तब होती है जब क्वांटम प्रभाव इतने छोटे हो जाते हैं कि उन्हें नोटिस न किया जा सके। लेखक स्वीकार करते हैं कि यह दृष्टिकोण कई व्यावहारिक स्थितियों में उपयोगी है। हालांकि, वे बताते हैं कि अन्य उदाहरणों के विपरीत, क्वांटम मैकेनिक्स को शास्त्रीय भौतिकी में बदलने का कोई एक, सार्वभौमिक तरीका नहीं है। इससे भी महत्वपूर्ण बात यह है कि उनका तर्क है कि समस्या केवल गणितीय नहीं है; यह इस बारे में है कि हम यह व्याख्या कैसे करते हैं कि वे सिद्धांत हमें वास्तविकता के बारे में क्या बता रहे हैं।

शास्त्रीय भौतिकी में, दुनिया को वैसा ही कल्पना करना हमेशा आसान रहा है जैसा वह है। हम मानते हैं कि एक पत्थर का एक विशिष्ट स्थान और गति होती है, चाहे हम उसे देख रहे हों या नहीं। हम मानते हैं कि प्रेक्षक, प्रेक्षित वस्तु से अलग है, जैसे कि कोई व्यक्ति चलती हुई कार को देख रहा हो। शोध पत्र का तर्क है कि यह अलगाव एक भ्रम है। लेखक इस विचार को 18वीं शताब्दी के दार्शनिक इमैनुएल कांट तक ले जाते हैं, जिन्होंने बताया था कि हम दुनिया को कभी भी उसके वास्तविक स्वरूप में नहीं जान सकते, जो हमारे मन से स्वतंत्र हो। हम दुनिया को केवल वैसा ही जानते हैं जैसा वह हमारी इंद्रियों और हमारी जांच के तरीकों के माध्यम से हमें दिखाई देती है। शास्त्रीय भौतिकी में, इस दार्शनिक समस्या को काफी हद तक नजरअंदाज किया गया क्योंकि उस समय की तकनीक ने वैज्ञानिकों को यह मानने की अनुमति दी कि उनके मापन उन वस्तुओं को परेशान नहीं करते जिनका वे अध्ययन कर रहे थे। वे ऐसे कार्य कर सकते थे जैसे कि वे दुनिया को एक "कहीं से भी नहीं के दृष्टिकोण" (व्यू फ्रॉम नोव्हेयर) से देख रहे हों, एक पूर्ण, वस्तुनिष्ठ परिप्रेक्ष्य जो विशेष रूप से किसी का नहीं था।

क्वांटम मैकेनिक्स ने इस भ्रम को चकनाचूर कर दिया। क्वांटम दुनिया में, किसी चीज़ को मापने की क्रिया उसे बदल देती है। आप किसी कण की स्थिति को बदले बिना उसकी गति को नहीं माप सकते, और आप किसी प्रणाली का अवलोकन किए बिना उसके साथ अंतःक्रिया (इंटरेक्शन) नहीं कर सकते। शोध पत्र इस बात पर प्रकाश डालता है कि यह कोई तकनीकी खामी या हमारे उपकरणों की सीमा नहीं है; यह प्रकृति की एक मौलिक विशेषता है। शोधकर्ताओं का तर्क है कि इसका मतलब यह नहीं है कि क्वांटम दुनिया जादुई है या शास्त्रीय भौतिकी गलत है। इसके बजाय, इसका मतलब यह है कि पूर्णतः अलग अस्तित्व रखने वाली वास्तविकता का शास्त्रीय विचार कभी उतना ठोस नहीं था जितना कि हम सोचते थे। वस्तुनिष्ठता का "अंध बिंदु" हमेशा वहीं था; हमने बस उसे तब तक नहीं देखा जब तक कि क्वांटम दुनिया ने हमें उसे देखने के लिए मजबूर नहीं किया।

लेखक इस दृष्टिकोण का समर्थन करने के लिए दो मुख्य विचारों की खोज करते हैं। पहला, विषय (प्रेक्षक) और वस्तु (प्रेक्षित वस्तु) के बीच का विभाजन। शास्त्रीय भौतिकी में, हम मानते हैं कि किसी वस्तु के अपने गुण होते हैं, भले ही हम उसे माप रहे हों या नहीं। क्वांटम भौतिकी में, किसी प्रणाली के गुण अक्सर मापन किए जाने तक एक निश्चित अवस्था में मौजूद नहीं होते हैं। शोध पत्र का सुझाव है कि यह कोई नई खोज नहीं है, बल्कि एक पुराने सत्य का स्पष्टीकरण है। यहाँ तक कि शास्त्रीय भौतिकी में भी, जिन गुणों को हम मापते हैं, वे वस्तु और प्रेक्षक के बीच की अंतःक्रिया का परिणाम होते हैं। हम बस पहले सोचते थे कि हम प्रेक्षक के योगदान को घटा सकते हैं और "शुद्ध" वस्तु प्राप्त कर सकते हैं। क्वांटम मैकेनिक्स हमें दिखाता है कि हम ऐसा नहीं कर सकते। प्रेक्षक प्रणाली का हिस्सा है, और जिस वास्तविकता का हम वर्णन करते हैं, वह अंतःक्रिया द्वारा सह-निर्मित (को-क्रिएटेड) होती है।

दूसरा विचार इस बारे में है कि हम दुनिया का प्रतिनिधित्व कैसे करते हैं। हम अक्सर वैज्ञानिक मॉडलों को वास्तविकता के दर्पण या मानचित्र के रूप में देखते हैं। हम कल्पना करते हैं कि एक सिद्धांत दुनिया की एक वफादार प्रति है, जैसे कि एक तस्वीर। शोध पत्र का तर्क है कि यह एक गलतफहमी है। वैज्ञानिक मॉडल दर्पण नहीं हैं; वे उपकरण हैं। उन्हें भविष्यवाणियां करने और दुनिया में नेविगेट करने में मदद करने के लिए डिज़ाइन किया गया है, न कि वास्तविकता के एक पूर्ण स्नैपशॉट प्रदान करने के लिए जो अलगाव में मौजूद है। लेखक बताते हैं कि शास्त्रीय भौतिकी में भी, हमारे गणितीय उपकरण अमूर्त हैं और उन चीजों की तरह नहीं दिखते जिनका वे वर्णन करते हैं। उदाहरण के लिए, जटिल गणितीय स्थानों का उपयोग करके एक ग्रह की गति का वर्णन करने का तरीका यह नहीं है कि ग्रह वास्तव में उन अदृश्य स्थानों से होकर गुजर रहा है। मॉडल हमारे अनुभव को व्यवस्थित करने का एक तरीका है, न कि किसी छिपी हुई वास्तविकता की सीधी खिड़की।

इस तरह की सोच कैसे काम करती है, इसे समझाने के लिए, शोध पत्र क्वांटम मैकेनिक्स की दो विशिष्ट व्याख्याओं को देखता है जो इन विचारों को अपनाती हैं। एक 1939 का फ्रिट्ज लंदन और एडमंड बाउर का कार्य है, जिन्होंने 'फेनोमेनोलॉजी' (प्रपंचशास्त्र) नामक दर्शन का उपयोग यह तर्क देने के लिए किया कि प्रेक्षक और प्रेक्षित अविभाज्य हैं। उन्होंने सुझाव दिया कि क्वांटम फॉर्मलिज्म में पहले से ही इस बात का सिद्धांत शामिल है कि हम दुनिया के साथ कैसे संबंधित हैं, जो एक अलग, वस्तुनिष्ठ वास्तविकता के विचार को खारिज करता है। दूसरा उदाहरण QBism नामक एक आधुनिक व्याख्या है। यह दृष्टिकोण क्वांटम मैकेनिक्स को बाहरी दुनिया के विवरण के रूप में नहीं, बल्कि एक एजेंट के लिए अपनी अपेक्षाओं को प्रबंधित करने के उपकरण के रूप में देखता है। इस दृष्टिकोण में, क्वांटम अवस्था की "वास्तविकता" वह नहीं है जो बाहर खोजे जाने की प्रतीक्षा कर रही है; यह कार्रवाई के लिए एक मार्गदर्शिका है, जो उस व्यक्ति के लिए विशिष्ट है जो इसका उपयोग कर रहा है। ये दोनों दृष्टिकोण इस विचार को खारिज करते हैं कि शास्त्रीय भौतिकी पारंपरिक अर्थों में क्वांटम मैकेनिक्स की एक सीमा है। इसके बजाय, वे सुझाव देते हैं कि क्वांटम मैकेनिक्स हमें यह समझने के लिए आमंत्रित करता है कि शास्त्रीय भौतिकी वास्तव में क्या कहने की कोशिश कर रही थी।

शोध पत्र मेट्रोलॉजी (मापन विज्ञान) के क्षेत्र के साथ एक समानता भी दर्शाता है। लंबे समय तक, मेट्रोलॉजिस्टों का मानना ​​था कि प्रत्येक मापन एक एकल, छिपे हुए "सत्य मान" (ट्रू वैल्यू) को खोजने का प्रयास है जो मापन प्रक्रिया से स्वतंत्र रूप से अस्तित्व में है। उन्हें लगा कि यदि वे अपनी त्रुटियों को पर्याप्त रूप से कम कर सकें, तो वे इस पूर्ण मान को पा लेंगे। हालाँकि, हाल के दशकों में, यह दृष्टिकोण बदल गया है। आधुनिक मेट्रोलॉजी अब मापन परिणामों को संभाव्यता वितरण (प्रोबेबिलिटी डिस्ट्रीब्यूशन) के रूप में मानती है जो हमारे पास उपलब्ध जानकारी के आधार पर हमारे सर्वोत्तम ज्ञान को दर्शाते हैं। "सत्य मान" अब एक छिपे हुए खजाने के रूप में नहीं देखा जाता जिसे खोदकर निकाला जाना है, बल्कि एक ऐसी अवधारणा के रूप में देखा जाता है जो हमें अपने डेटा को व्यवस्थित करने में मदद करती है। लेखक तर्क देते हैं कि मेट्रोलॉजी में यह बदलाव क्वांटम मैकेनिक्स की मदद के बिना हुआ, जो यह सिद्ध करता है कि वस्तुनिष्ठता और प्रतिनिधित्व की दार्शनिक समस्याएं शास्त्रीय विज्ञान में पहले से ही मौजूद थीं। क्वांटम मैकेनिक्स ने बस इन मुद्दों को सतह पर ला दिया।

अंततः, शोध पत्र का निष्कर्ष है कि शास्त्रीय और क्वांटम भौतिकी के बीच का तनाव इस बात का संकेत नहीं है कि क्वांटम दुनिया दोषपूर्ण है या शास्त्रीय भौतिकी अप्रचलित हो गई है। यह इस बात का संकेत है कि विज्ञान कैसे काम करता है, इसके बारे में हमारी दार्शनिक धारणाओं को अपडेट करने की आवश्यकता है। लेखक तर्क देते हैं कि हमें क्वांटम मैकेनिक्स को एक अलग, वस्तुनिष्ठ वास्तविकता के पुराने ढांचे में फिट करने की कोशिश करना बंद कर देना चाहिए। इसके बजाय, हमें यह स्वीकार करना चाहिए कि दुनिया के बारे में हमारा ज्ञान हमेशा प्रेक्षक और प्रेक्षित के बीच एक साझेदारी होता है। इसका मतलब यह नहीं है कि विज्ञान व्यक्तिपरक है या वास्तविकता काल्पनिक है। इसका मतलब यह है कि जो वास्तविकता हम जान सकते हैं, वह वह है जो दुनिया के साथ हमारी अंतःक्रिया से उभरती है। "कहीं से भी नहीं के दृष्टिकोण" के विचार को त्यागकर, हम देख सकते हैं कि क्वांटम मैकेनिक्स शास्त्रीय भौतिकी के साथ टूटता नहीं है; यह शास्त्रीय दुनिया की उन छिपी हुई गहराइयों को प्रकट करता है जो हमेशा से वहां थीं, समझने की प्रतीक्षा कर रही थीं।

इस दृष्टिकोण के निहितार्थ प्रयोगशाला से परे भी विस्तृत हैं। शोध पत्र का सुझाव है कि एक अलग, वस्तुनिष्ठ वास्तविकता के विचार से चिपके रहने से वैज्ञानिक दुनिया और मानवीय अनुभव के बीच एक अलगाव पैदा हो सकता है। जब हम अपने वैज्ञानिक मॉडलों को एक ऐसी वास्तविकता के पूर्ण दर्पण के रूप में देखते हैं जो हमसे अलग अस्तित्व में है, तो हम यह भूलने का जोखिम उठाते हैं कि ये मॉडल मनुष्यों द्वारा मानवीय उद्देश्यों के लिए बनाए गए थे। हम समीकरणों की एक ऐसी दुनिया बनाने का जोखिम उठाते हैं जो वास्तविक जीवन के लिए अप्रासंगिक और पराई महसूस होती है। यह पहचानकर कि हमारा ज्ञान हमेशा स्थित (situated) होता है और प्रेक्षक भी कहानी का हिस्सा है, हम विज्ञान की दुनिया और मानवीय अनुभव की दुनिया के बीच के अंतर को पाट सकते हैं। शोध पत्र भौतिकी का कोई नया सिद्धांत या नए समीकरण पेश नहीं करता है। इसके बजाय, यह हमारे मौजूदा सिद्धांतों के बारे में सोचने का एक नया तरीका प्रदान करता है। यह सुझाव देता है कि क्वांटम मैकेनिक्स की रहस्यमयता किसी छिपे हुए तंत्र को खोजने वाली पहेली नहीं है, बल्कि यह वास्तविकता को समझने के हमारे आधारों की पुन: परीक्षा करने का एक आह्वान है।