विश्वाची जाणीव (भाग २)... विनीत वर्तक ©

 विश्वाची जाणीव (भाग २)... विनीत वर्तक ©   

मागच्या भागात आपण बघितलं की कश्या पद्धतीने क्वांटम मेकॅनिक्सच्या दुनियेत गोष्टी अनिश्चित असतात. मग तुमच्या मनात प्रश्न येईल की जर एखाद्या गोष्टीच आकलन हे जो व्यक्ती बघतो किंवा ऑबझर्व्ह करत असेल त्याच्या दृष्टिकोनातून होत असेल किंवा तो बघेल तेव्हाच ती गोष्ट स्वरूप प्रकट करत असेल तर मग आपल्या आजूबाजूला आहे ते सगळं खोटं आहे का? हे विश्व आपण जे अनुभवतो आहोत ते खोटं आहे का? पृथ्वी, सूर्य, चंद्र, तारे आणि संपूर्ण अथांग विश्व खोटं आहे का? हाच प्रश्न अल्बर्ट आईनस्टाईन ला पडला. अल्बर्ट आईनस्टाईन जिकडे क्लासिकल फिजिक्स मधे नवीन शोध लावत होते तिकडे दुसऱ्या बाजूला निल्स भोर क्वांटम मेकॅनिक्स चे नियम मांडत होते. आईनस्टाईन आणि भोर यांच्यात शाब्दिक चकमकी सुरु झाल्या. आईनस्टाईन ने सांगितलं की मी चंद्राकडे बघीतलं नाही तर चंद्र गायब होईल का? तर याच उत्तर क्लासिकल फिजिक्स मधे होतं की नाही. चंद्र तिकडेच असेल. पण क्वांटम मेकॅनिक्स चे नियम सांगत होते की कदाचित तो तिकडे नसेल. 

क्लासिकल फिजिक्स जिकडे निश्चितता असते तिकडे संशोधन करणाऱ्या आईनस्टाईन ला क्वांटम मेकॅनिक्स चे अचंबित करणारे नियम पचवणं कठीण जात होतं. त्याच्या मते विश्व हे निश्चित रूपात अस्तित्वात आहे. त्याचे काही नियम आहेत. विश्वात गोंधळात टाकणाऱ्या अनेक गोष्टी असल्या तरी त्या निसर्गाच्या नियमात बंदिस्त आहेत. फरक इतकाच आहे की तुम्ही ते नियम समजून घेतले पाहिजेत. आईनस्टाईन ने एक अतिशय प्रसिद्ध वाक्य विश्वाच्या निश्चितते बद्दल म्हंटलेलं होतं, 

 "God does not play dice with the universe."

देव विश्वात फासे टाकत नाही. फासे टाकल्यावर नक्की काय संख्या येईल हे आपण सांगू शकत नाही कारण त्यात अनिश्चितता आहे. पण आपण त्याबद्दल प्रोबॅबिलिटी गणितातून मांडू शकतो. समजा १०० वेळा फासे टाकले तर जास्तीत जास्त वेळा कोणती संख्या येऊ शकेल. हेच क्वांटम मेकॅनिक्स चे नियम सांगत होते. पण आईनस्टाईन ला हे मान्य करता येत नव्हतं. त्याच्या मते देव, निसर्ग, प्रकृती फासे नाही टाकत जे आहे ते शाश्वत आहे. तत्कालीन वैज्ञानिकात यावरुन चर्चा जुंपली होती. एका बाजूला आईनस्टाईन सारखा तगडा आणि विश्वप्रसिद्ध शास्त्रज्ञ तर दुसऱ्या बाजूला क्वांटम मेकॅनिक्स च्या नियमांच समर्थन करणारे भोर सारखे वैज्ञानिक. आईनस्टाईन ने ठरवलं आता आर या पार ची लढाई करायची. त्यासाठी आईनस्टाईन ने क्वांटम मेकॅनिक्स च्या मुळावर घाव घालायचं निश्चित केलं. हे मूळ होतं क्वांटम मेकॅनिक्स मधला एक नियम ज्याला Quantum Entanglement असं म्हणतात. 

Quantum Entanglement म्हणजे नक्की काय हे समजून घेण्यासाठी आपण आपल्या मागच्या भागात सांगितलेल्या चकतीच्या उदाहरणाकडे जाऊ. मागच्या भागातील एका बाजूला काळी बाजू आणि दुसऱ्या बाजूला पांढरी बाजू असणारी चकती समजा दुसऱ्या तश्याच चकती सोबत गुंतली गेली. ( Entanglement) झाली. तर क्वांटम मेकॅनिक्स असं सांगते की या दोन्ही चकत्या एकमेकांशी काळापलीकडे जोडल्या जातात. आता हे समजून घेण्यासाठी आपण चंद्रावर जाऊ. असं समजा की अशी गुंतलेली एक चकती आपण चंद्रावर पाठवली आणि दुसरी पृथ्वीवर ठेवली. आता मी जेव्हा पृथ्वीवर असलेली चकती बघेन तेव्हा ती जर काळी बाजू दाखवत असेल तर चंद्रावर असलेली चकती पांढरीच बाजू दाखवणार. 

आता हे वाचून थोडं गोंधळायला होत असेल तर आपण अजून सोप्पा विचार करू. समजा तुमच्याकडे चपलांची जोडी आहे. याचा अर्थ त्या दोन्ही पायाच्या चप्पल एकमेकात गुंतलेल्या ( Entanglement) आहेत. आता त्यातली एक चप्पल एका बॉक्स मधे तुम्हाला न दाखवता चंद्रावर पाठवली. दुसरी चप्पल एका बॉक्स मधे पृथ्वीवर ठेवली. जेव्हा तुम्ही पृथ्वीवरील बॉक्स उघडाल त्याच क्षणी तुम्हाला चंद्रावर कोणत्या पायाची चप्पल आहे हे ठामपणे सांगता येईल. पृथ्वीवर त्या बॉक्स मधे उजव्या पायाची चप्पल आहे तर आपण सांगू शकतो की चंद्रावर बॉक्स मधे असलेली चप्पल ही डाव्या पायाचीच असणार. आता थोडं लक्षात आलं असेल की गुंतणं ( Entanglement) काय असते. आता विचार करा की ही चप्पल १० बिलियन प्रकाशवर्ष लांब असलेल्या एखाद्या दीर्घिकेवर पाठवली. तरी त्याने तुमच्या आकलनात काही फरक पडेल का? पृथ्वीवर जर उजव्या पायाची चप्पल आहे तर विश्वाच्या अनंत पोकळीत कुठेही दुसरी चप्पल असेल तरी तीच स्वरूप तुम्ही पृथ्वीवर बसून ओळखू शकता. आता इकडे खरी मज्जा सुरु होते. 

क्वांटम मेकॅनिक्स मधे आपण बघितलं की चकती (उदाहरणासाठी) ही स्थिर नसते. ती सुपर पोझिशन स्टेट मधे असते. जर आपण गुंतलेल्या (Entanglement)  असलेल्या चकती मधील एक चकती जर चंद्रावर नेली आणि एक पृथ्वीवर ठेवली असं मानू. आता पृथ्वीवर जी चकती आहे ती सतत फिरते आहे. जोवर मी तिला बघत नाही (ऑबझर्व्ह करत नाही) तोवर मला माहित नाही तीच स्वरूप काय असणार आहे. ज्या क्षणी मी तिला बघतो आणि समजा ती काळ्या स्वरूपात समोर येते त्या क्षणी चंद्रावर असलेली चकती आपलं पांढर स्वरूप प्रकट करते. कारण या दोन्ही चकत्या एकमेकांशी गुंतलेल्या (Entanglement) आहेत. गणिताच्या भाषेत सांगायचं झालं तर एक चकती १ असेल तर दुसरी -१ असेल. त्यामुळेच त्या दोन्ही ० म्हणजे इक्विलिब्रियम स्टेट मधे राहू शकतात. 

आता अजून गोंधळ वाढत जातो. जेव्हा तुम्ही या चकत्या १० बिलियन प्रकाशवर्ष (उदाहरणासाठी) लांब नेता तेव्हा ही तुम्ही पृथ्वीवर असलेल्या चकतीच स्वरूप जर काळ आलं तर त्या विश्वाच्या अनंत पोकळीत असलेली चकती आपलं पांढर स्वरूप प्रकट करते. इकडेच आईनस्टाईन ला आक्षेप होता. त्याच्या मते हे शक्यच नाही.कारण क्लासिकल फिजिक्स हे सांगते की प्रकाशाच्या वेगापेक्षा जगात कोणतीही माहिती प्रवास करू शकत नाही. मग असं असताना त्या १० बिलियन  प्रकाशवर्ष लांब असलेल्या चकतीला ही माहिती कशी मिळाली की पृथ्वीवर तीच काळं स्वरूप बघितलं गेलं. कारण प्रकाशाच्या वेगाने तर ही माहिती पोचायला १० बिलियन वर्षाचा कालावधी लागेल.  

हे सगळे नियम वाचून आईनस्टाईन गोंधळून गेला. इकडे मी चकती बद्दल लिहिलं आहे पण जेव्हा गोष्ट पार्टीकल बद्दलची असेल तेव्हा हा गोंधळ किती टोकाचा आणि अविश्वसनीय होऊ शकतो याचा आपण अंदाज बांधू शकतो. क्वांटम मेकॅनिक्स असं सांगत होतं की (Entanglement) गुंतलेले फोटॉन, इलेक्ट्रॉन सारखे सूक्ष्म पार्टीकल हा नियम पाळतात. दोन गुंतलेले फोटॉन आणि इलेक्ट्रॉन एकमेकांच्या विरुद्ध दिशेने आपलं स्वरूप प्रकट करतात. त्यासाठी त्यांच्या मधलं अंतर काही महत्व ठेवतं नाही. त्या दोघांमध्ये असे ऋणानुबंध असतात की एकानं आपलं स्वरूप प्रकट केलं की दुसरा त्याच्या विरुद्ध त्याच क्षणी आपलं स्वरूप प्रकट करतो. याला अंतराची मर्यादा नाही. आईनस्टाईन हे समजून घेण्याच्या मनस्थिती मधे नव्हताच. त्याने हे सगळं अशक्य आहे किंवा काहीतरी आपल्याला अनाकलनीय आहे यासाठी एक नवीन थेअरी समोर मांडली. 

The Einstein–Podolsky–Rosen (EPR) paradox असं या थेअरी ला नाव देण्यात आलं. ( ज्या तीन शास्त्रज्ञांनी ही थेअरी मांडली त्यांच्या आडनावाच्या अद्याक्षरावरून हे नाव आहे.)  यात यांनी सोप्या भाषेत असं सांगितलं की पार्टीकल च स्वरूप हे ते गुंतताना ठरलेलं असते. त्यामुळे तुम्ही कधीही बघितलं तरी ते एकच येते. (पृथ्वीवरील चकती कधीही ऑबझर्व्ह केली तर ती काळीच दिसणार) त्यामुळे दुसरा पार्टीकल आधीच ठरलेलं विरुद्ध स्वरूप प्रकट करतो. पण यात संदेशवहन कसं होते हे आपल्याला अजून ज्ञात नाही. यात काही Hidden variables (लपलेल्या गोष्टी) आहेत. ज्यामुळे एकूणच क्वांटम मेकॅनिक्स आणि त्याचे नियम हे सगळं चुकीचं आहे. क्वांटम मेकॅनिक्स एक अर्धवट थेअरी आहे. आईनस्टाईन च फेमस वाक्य होतं, 

Albert Einstein colorfully dismissed quantum entanglement—the ability of separated objects to share a condition or state—as 

“spooky action at a distance".

पण काळाचा महिमा बघा काळाने जगातील सगळ्यात हुशार आणि प्रतिभावान माणसाला निसर्गाने चुकीचं ठरवलं. आईनस्टाईन चुकीचा होता आणि क्वांटम मेकॅनिक्स चे नियम बरोबर होते. 

ते कसं सिद्ध केलं, त्यासाठी काय प्रयोग झाले आणि आईनस्टाईन किती चुकला तसेच हे सगळं सिद्ध झाल्याने नवीन संशोधनाची कोणती कवाड उघडत आहेत याबद्दल पुढच्या भागात. 

क्रमशः  

फोटो शोध सौजन्य :- गुगल