Experiments on polarizers, a new step towards a possible interpretation of quantum mechanics
यह शोध पत्र मापन-प्रेरित वस्तु संशोधन (measurement-induced object modification) के संबंध में एक दूसरा अनुमान प्रस्तुत करके संख्यात्मक ईपीआर (EPR) प्रयोगों के एक पूर्व-प्रस्तावित स्थानीय यथार्थवादी मॉडल (local realist model) का विस्तार करता है, जिससे तीन-ध्रुवीकरण (three-polarizer) प्रयोगों के लिए क्वांटम मैकेनिक्स के परिणामों को सफलतापूर्वक पुनरुत्पादित किया गया है, जबकि तरंग विशेषताओं को शामिल करने के लिए और अधिक विकास की आवश्यकता को स्वीकार किया गया है।
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सूक्ष्म जगत की विचित्र दुनिया में, भौतिकी इस तरह से व्यवहार करती है जो अक्सर सामान्य समझ को चुनौती देती हुई प्रतीत होती है। लगभग एक सदी से, वैज्ञानिक क्वांटम मैकेनिक्स नामक एक सिद्धांत से जूझ रहे हैं, जो यह बताता है कि प्रकाश और इलेक्ट्रॉन जैसे कण कैसे परस्पर क्रिया करते हैं। यह सिद्धांत प्रयोगों में क्या होता है, इसकी भविष्यवाणी करने में अविश्वसनीय रूप से सफल है, फिर भी यह सुझाव देता है कि अवलोकन किए जाने तक वास्तविकता स्वयं धुंधली होती है। इस क्षेत्र के सबसे प्रसिद्ध रहस्यों में से एक उलझे हुए (entangled) कणों से संबंधित है, जहाँ दो वस्तुएं विशाल दूरियों पर भी एक-दूसरे को तुरंत प्रभावित करती प्रतीत होती हैं, एक ऐसी घटना जो इस नियम को तोड़ती हुई दिखती है कि कोई भी चीज़ प्रकाश से तेज़ नहीं चल सकती। एक अन्य पहेली यह है कि किसी कण का मापन उसे बदलता हुआ प्रतीत होता है, जैसे कि देखने की क्रिया ब्रह्मांड को एक चुनाव करने के लिए मजबूर कर रही हो। दशकों से, कई भौतिक विज्ञानी इन विचित्रताओं के लिए एक सरल, अधिक तार्किक स्पष्टीकरण की तलाश में रहे हैं, जो हमारी रोजमर्रा की समझ के अनुरूप हो कि वस्तुएं कैसे अस्तित्व में रहती हैं और चलती हैं, बिना वास्तविकता और स्थानीयता (locality) के बुनियादी नियमों को छोड़े।
स्विस फेडरल इंस्टीट्यूट ऑफ टेक्नोलॉजी लॉज़ेन के एक शोधकर्ता ने प्रकाश के बारे में सोचने के एक नए तरीके का उपयोग करके इन समस्याओं पर एक ताज़ा दृष्टिकोण अपनाया है। एक फोटॉन (प्रकाश के कण) को मानचित्र पर एक बिंदु की तरह एक एकल, अनंत सूक्ष्म बिंदु मानने के बजाय, शोधकर्ता ने इसकी कल्पना एक वृत्त के छोटे, विस्तृत हिस्से के रूप में की, जैसे कि पाई का एक टुकड़ा। दृष्टिकोण के इस सरल बदलाव ने पोलराइज़र (ध्रुवीकरण करने वाले यंत्रों) से गुजरने वाले प्रकाश का एक कंप्यूटर सिमुलेशन करने की अनुमति दी, जो केवल विशिष्ट दिशा में कंपन करने वाली प्रकाश तरंगों को ही गुजरने देते हैं। वास्तविक दुनिया में, यदि आप दो पोलराइज़र लेते हैं और उन्हें एक-दूसरे के लंबवत (right angles) सेट करते हैं, तो कोई प्रकाश पार नहीं होता। लेकिन यदि आप उनके बीच एक अलग कोण पर तीसरा पोलराइज़र खिसकाते हैं, तो अचानक कुछ प्रकाश दिखाई देने लगता है। यह विरोधाभासी परिणाम क्वांटम मैकेनिक्स का एक क्लासिक परीक्षण है। शोधकर्ता ने एक ऐसा मॉडल बनाया जहाँ प्रकाश के कण ये छोटे क्षेत्र (sectors) हैं और जहाँ फिल्टर उन्हें इस आधार पर छाँटते हैं कि वे क्षेत्र के किस हिस्से में आते हैं।
सिमुलेशन ने खुलासा किया कि यह मॉडल, जो इस विचार पर आधारित है कि प्रकाश कणों का एक छोटा लेकिन निश्चित आकार होता है, क्वांटम मैकेनिक्स द्वारा दिए गए सटीक परिणामों को भी दोहरा सकता है। जब शोधकर्ता ने एक, दो या तीन पोलराइज़र से गुजरने वाले प्रकाश के लिए गणना की, तो उभरने वाला प्रकाश का पैटर्न मानक सिद्धांत से पूरी तरह मेल खा गया। महत्वपूर्ण रूप से, इस मॉडल ने यह सब भौतिकी के नियमों को तोड़े बिना हासिल किया। इसके लिए न तो अंतरिक्ष में तुरंत संचार करने वाले कणों की आवश्यकता थी, और न ही इसने यह सुझाव दिया कि वास्तविकता केवल तभी बनती है जब हम देखते हैं। इसके बजाय, इसने दिखाया कि अजीब परिणाम इस बात से आते हैं कि मापने वाला उपकरण कण के विस्तृत आकार के साथ कैसे परस्पर क्रिया करता है। जब एक कण एक फिल्टर से टकराता है, यदि वह पूरी तरह से एक "पार होने वाले" क्षेत्र के भीतर फिट बैठता है, तो वह गुजर जाता है। यदि वह एक पार होने वाले क्षेत्र और एक अवरुद्ध (blocking) क्षेत्र के बीच की रेखा पर आता है, तो वह अवशोषित हो जाता है और गायब हो जाता है। यह अवशोषण उपकरण की गलती या दोष नहीं है; यह इस मॉडल में प्रक्रिया का एक आवश्यक हिस्सा है।
यह अध्ययन आगे यह भी दिखाता है कि इस मॉडल में मापन की क्रिया वास्तव में कण को बदल देती है, भले ही मापन का अंतिम परिणाम वही रहे। जैसे ही एक कण फिल्टर से गुजरता है, वह थोड़ा सा धकेला या घुमाया जाता है, जिससे वह अनुमत क्षेत्र के भीतर एक नई स्थिति में स्थिर हो जाता है। यह क्वांटम विचार की नकल करता है कि मापन उस वस्तु को बदल देता है जिसे मापा जा रहा है। शोधकर्ता ने पाया कि इन कणों के स्थिर होने के तरीके का वर्णन करने के लिए एक विशिष्ट गणितीय वक्र (curve) का उपयोग करके, सिमुलेशन वास्तविक दुनिया के प्रयोगों में देखे गए प्रायिकता (probabilities) से पूरी तरह मेल खा सकता है। यह सुझाव देता है कि क्वांटम मैकेनिक्स की "विचित्रता" ब्रह्मांड की एक मौलिक रहस्य नहीं हो सकती, बल्कि यह हमारे मापने वाले उपकरणों और उन कणों के बीच के संबंध का परिणाम है जिन्हें हम मापते हैं। मॉडल यह संकेत देता है कि क्वांटम मैकेनिक्स अनिवार्य रूप से इस बात का सिद्धांत है कि हम क्या माप सकते हैं, न कि इस बात का पूर्ण विवरण कि सब कुछ क्या मौजूद है। यह इतना अच्छा काम करता है क्योंकि यह उन कणों को अनदेखा कर देता है जो अवशोषित हो जाते हैं, और केवल उन्हीं पर ध्यान केंद्रित करता है जो डिटेक्टर तक पहुँचते हैं।
यह दृष्टिकोण इस लंबे समय से चली आ रही धारणा को चुनौती देता है कि गणित को सही बनाने के लिए कणों को शून्य-आकार के बिंदुओं के रूप में माना जाना चाहिए। शोधकर्ता का तर्क है कि यदि कण वास्तव में सूक्ष्म, विस्तृत वस्तुएं हैं, तो क्वांटम स्पष्टीकरणों में आमतौर पर होने वाले स्थानीय वास्तविकता (local reality) के उल्लंघन समाप्त हो जाते हैं। मॉडल सुझाव देता है कि कणों की ऐसी अवस्थाएँ हैं जिन्हें मापा नहीं जा सकता क्योंकि वे श्रेणियों के बीच के "नो-मैन्स लैंड" (no-man's-land) में गिर जाते हैं, और क्योंकि उन्हें मापा नहीं जा सकता, इसलिए वे अंतिम सांख्यिकी में दिखाई नहीं देते हैं। यह समझाता है कि यह सिद्धांत इतना अच्छा क्यों काम करता है बिना समानांतर दुनियाओं या तात्कालिक संचार का सहारा लिए। शोधकर्ता सावधानी से नोट करते हैं कि यह एक सिमुलेशन और डेटा को देखने का एक नया प्रस्ताव है, न कि यह कि प्रकृति वास्तव में इसी तरह काम करती है इसका अंतिम प्रमाण। हालाँकि, परिणाम सुदृढ़ हैं और भौतिकी के ज्ञात नियमों के अनुरूप हैं। यह कार्य एक ऐसे भविष्य के द्वार खोलता है जहाँ प्रकाश के तरंग-रूप और कण-रूप व्यवहारों को इन विस्तृत वस्तुओं की ज्यामिति के माध्यम से समझा जा सकता है, जो संभावित रूप से विचित्र क्वांटम दुनिया और उस ठोस, अनुमानित वास्तविकता के बीच के अंतर को पाट सकता है जिसे हम प्रतिदिन अनुभव करते हैं।
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