க்வாண்டம் இயற்பியலின் பரிணாமம்-2: ஸ்க்ராட்டிஞ்சரின் பூனையும், பெரிலியம் ஐயனியும்

அரவிந்தன் நீலகண்டன்

பகடையாடும் சடையோனெங்கே

என்றே தேடித் திரிவான் சிறுவன்

அவன் கையில் இருக்குது

இருப்பில்லா பூனை.

‘க்வாண்டம் இயற்பியலினால் அதிர்ச்சி அடையாதவர்கள் அதனை சரியானபடி அறிந்து கொள்ளவில்லை. ‘ என்றார் நெய்ல்ஸ் போர். நாம் வாழும் உலகின் தன்மைக்கு அயலானதோர் நுண்பிரபஞ்சமாக க்வாண்டம் இயற்பியலின் உலகு விளங்குகிறது. அதன் இயல்பிலேயே காரண காரிய தொடர் சங்கிலி தாறுமாறான வலைப்பின்னலாக விளங்கிகிறது. அறிதல் அல்லது அளவிடுதலே இருப்பினை உருவாக்குகிறது என கோப்பன்ஹேகன் பள்ளியின் க்வாண்டம் இயற்பியலினை விளக்க முற்படுகிறது. எனில் அளவிடல் அல்லது அறிதல் என்பது எழுவது எவ்வாறு ? க்வாண்டம் நிலையிலிருந்து நாம் அறியும் நிலைக்கு பருப்பொருட்களை ‘உருமாற்றும் ‘ அளவிடுதல் என்பது என்ன ?

உதாரணமாக ஒரு ஒளி-மின்செல் (photo-electric cell) ஒளித்துகளான ஃபோட்டானை அளவிடுகிறது எனலாமா ? நெய்ல்ஸ் போர் அளவிடுதல் என்பதனை பின்வருமாறு வரையறுத்தார், ‘எந்த செயல்பாட்டினால் க்வாண்டம் நிலையிலிருந்து காரணகாரிய நிலைக்கு ஒரு பருப்பொருட்துகள் வருகிறதோ அந்த செயல்பாட்டினை அளவிடுதல் எனலாம். ‘ ..வளைய வரையறைகளை (circular definitions)வெறுக்கும் அறிவியல் புலங்களிலேயே கடும் அறிவியல் தன்மை கொண்ட இயற்பியலிலிருந்துதான் இந்த வளைய வரையறை! க்வாண்டம் இயற்பியலை அப்படியே தூக்கி அதன் மீது கல்லை கட்டி ஆழ்கடலில் வீச முடியுமெனில் அந்நாள் இயற்பியலாளர்களுக்கு அது மிகுந்த ஆனந்தத்தை அளித்திருக்கும் என்பதில் சிறிதும் ஐயமில்லை. ஏனெனில் எவ்வளவுதான் ஆய்வு விளைவுகளை சரியாக விளக்கும் அறிவியல் சித்தாந்தமும் இந்த அளவுக்கு நம் காரணகாரிய அறிவினை எள்ளி நகையாடுவதை யாரால் பொறுத்துக்கொள்ள முடியும் ? எந்த அளவுக்கு ?

க்வாண்டம் இயற்பியல் தன்மைகளை நாமறியும் உலகுடன் இணைக்கையில் பல அபத்த முரண்கள் ஏற்படுவதை காணலாம். அவற்றுள் பிரசிக்தி பெற்ற ஒன்று ஸ்க்ராட்டிஞ்சரின் பூனை. க்வாண்டம் இயற்பியல் செயல்படும் உலகம், நம் அறிதல் சார்ந்த உலகுடன் உராயும் போது ஏற்படும் அபத்த முரண்களை சுட்டிக்காட்ட எர்வின் ஸ்க்ராட்டிஞ்சர் உருவாக்கிய கற்பனை பரிசோதனைதான் ஸ்க்ராட்டிஞ்சரின் பூனை என அழைக்கப்படுகிறது. 1935 இல் ஸ்க்ராட்டிஞ்சர் ‘Naturewissenschaften ‘ எனும் பிரசிக்தி பெற்ற இயற்பியல் ஆய்வு பத்திரிகையில் வெளியிட்டார். ‘க்வாண்டம் இயற்பியல் ஏன் ஒரு முழுமையடையாத பார்வை முறை என்பதனை விளக்கும் சிறந்த கற்பனை பரிசோதனை ‘ என ஆல்பர்ட் ஐன்ஸ்டைன் இதனை பாராட்டினார். இப்பரிசோதனை பின்வருமாறு:

ஒரு பூனை எஃகு பெட்டி ஒன்றில் வைக்கப்படுகிறது. அப்பெட்டிக்குள் ஒரு கொடிய நஞ்சு, கதிரியக்க பொருள் – வெகு சிறிய அளவில், உள்ளது. கூடவே ஒரு அளவிடும் கருவி (கெய்ஜர் கவுண்டர்). கதிரியக்க விளைவால் ஒரு அணுத்துகள் அல்லது ஃபோட்டான் கெய்ஜர் கவுண்டரில் பதிகையில் அது ஒரு சுத்தியலை விடுவிக்கிறது. சுத்தியல் நஞ்சு உள்ள குப்பியை உடைக்க பூனை சாகிறது. அல்லது கதிரியக்க சிதைவு (radioactive decay) ஏற்படாமல் இருந்தால், கெய்ஜர் கவுண்டரில் எவ்வித பதிவும் ஏற்படாது; நஞ்சுள்ள குப்பி உடையாது; பூனை சாகாது. நிகழ்தகவு (probability) 50-50. இதில் கெய்ஜர் கவுண்டர் பதிவு என்பது க்வாண்டம் அளவிடுதல் என்றில்லாமல் நாம் எஃகுபெட்டியை திறப்பதுவே க்வாண்டம் அளவிடுதலாக அமைகிறது என கொள்வோம். அப்படியானால் கெய்ஜர் கவுண்டரில் பதிவு ஏற்பட்ட பின் நாம் எஃகு பெட்டியை திறப்பதற்கு முன் பூனை எவ்வித நிலையில் இருந்தது ? இறப்பும் இருப்பும் கலந்ததோர் நிலை, 50-50 நிகழ்தகவில் ? ஏனெனில் க்வாண்டம் நிகழ்வுகள் தாங்கள் அளவிடப்படுதலுக்கு அல்லது அறியப்படுதலுக்கு முன் இவ்வித இருப்பற்ற நிகழ்தகவு நிலைகளில் உள்ளன. பின்னர் அறிதலே அவற்றை நாம் அறியும் நிலைத்தன்மைக்கு கொண்டுவருகின்றன. ஆக எஃகு பெட்டிக்குள் பூனையின் நிலை ஐம்பது வருடமாக பலவித விவாதங்களுக்கும் ஊகங்களுக்கும் வழி வகுத்தது. அறிவியல் புனைவுகள் எழுதுவோருக்கு இது ஒரு வற்றாத ஊற்று.

ஜான் கிரிப்பின் தன் புகழ்பெற்ற பிரபல அறிவியல் நூலான ‘In search of Schrodinger ‘s Cat ‘ இல் இத்தகைய அறிவியல் புனைவுகளை பட்டியலிடுகிறார். அறிவியல் புனைவாளரான ராபர்ட் ஆண்டன் வில்ஸனின் ‘ஸ்க்ராட்டிஞ்சர் பூனை முப்பெரும் கதைகள் ‘ (1982) முக்கியமானவை. ப்ரிட்ஜாப் கேப்ரா, மைக்கேல் தால்பேட், காரி ஸுகாவ் போன்றவர்கள் இப்பூனை முரணின் தத்துவ தாக்கத்தை பொது பிரக்ஞையில் பிரபலப்படுத்தியவர்கள். கேப்ராவின் பங்கு இதில் அதீதத்துவமும், நெகிழ்வுத்தன்மையும் அற்றது. பல கேலிச்சித்திரங்களும் ஸ்க்ராட்டிஞ்சர் பூனைமுரணின் அடிப்படையில் வரையப்பட்டுள்ளன.

க்வாண்டம் முரணிலிருந்து நாம் அறியும் காரண-காரிய உலகு எவ்விதம் உருவாகிறது ? ஒரு க்வாண்டம் நிலை நிகழ்வு அதனைச்சுற்றி இருக்கும் காரண-காரிய இயக்கம் கொண்ட உலகுடன் தொடர்பு கொள்கையில் ஒன்றுக்கும் மேற்பட்ட நிகழ்வுகளின் நிகழ்தகவு நிலையிலிருந்து, இது-அல்லது-அது என்னும் ஒரு குறிப்பிட்ட நிகழ்வாக மாற்றமடைகிறது. இம்மாற்றம் கோர்வையறுதல் (decoherence) என குறிப்பிடப்படுகிறது. இக்கோர்வையறுதல் எத்தனை வேகமாக நடைபெறுகிறது ? கோர்வையறுதலின் வேகம் நம் பரிசோதனை அமைப்பின் அளவிற்கு நேர்தகவில் அமையும். அதாவது ஸ்க்ராட்டிஞ்சரின் பூனையை பொறுத்தவரை – அல்லது நமது அன்றாட உலகின் காலகதியில் – உடனடியாக.

ஐம்பது வருட இச்சர்ச்சை கற்பனை பரிசோதனையை குறித்த ஒன்று. இப்போது மற்றொரு அதிகப்படியாக இன்னும் ஒரு வாய் அவல். 1996 இல் அமெரிக்காவின் தேசிய தரநிர்ணயங்கள் மற்றும் தொழில்நுட்ப மையத்தைச் (National Institute of Standards and technology-NIST) சார்ந்த டேவிட் வைன்லாண்ட்டும் அவருடனான சக ஆய்வாளர்களும் மேற்கொண்ட சோதனை முக்கியமானது. அவர்கள் ஒரு பெரிலியம் அணுவினை (அணு எண் – 4 ) மிகக் குளிர்ந்த நிலைக்கு (ஏறத்தாழ பூரண சூனிய வெப்பநிலை : -459 டிகிரிகள்) இட்டுச்செல்கின்றனர். இந்த அணுவானது, கதிர்வீச்சு போன்ற அனைத்து புற தாக்கங்களிலிருந்தும் தனிமைப் படுத்தப்படுகிறது. பின் லேசர்களின் உதவியுடன் இவ்வணுவின் ஒரு எலக்ட்ரான் மட்டும் பிரிக்கப்படுகிறது. இவ்வாறு பிரிக்கப்படும் எலக்ட்ரான் ஏதாவது ஒரு குறிப்பிட்ட க்வாண்டம் தன்மைக்கான இருமை நிலையில் வைக்கப்படுகிறது. பரிசோதனையில் இரு ‘திசையிலான ‘ ‘சுழல்கள் ‘ (spin எனும் க்வாண்டம் குணநிலை). பின்னர் அந்த அணு கோர்வையறு நிலைக்கு கொண்டு செல்லப்படுகிறது. ஸ்க்ராட்டிஞ்சர் பூனையின் பங்கினை பெரிலியம் அயனி எடுத்துக்கொள்கிறது.

இந்நிலையில் ஒரு அணு , அதன் ஒரு எலக்ட்ரான் இரு க்வாண்டம் நிலைகளில் வைக்கப்பட்டிருப்பதால், இரு நிலைகளில் விளங்குகிறது. இவற்றை ஒன்றொக்கொன்று 80 நானோமீட்டர்கள் (10^-9) தூரத்தில் விலக்கி இருநிலைகளில் ஒரே அணுவினை ‘காண ‘ முடிந்தது. 80 நானோமீட்டர்கள் என்பது பெரிலியம் ஐயனியின் அளவினை காட்டிலும் 11 மடங்கு அதிகமானது. இவ்வாறு ஸ்க்ராட்டிஞ்சர் பூனை நிலையில் அணு 1/10^-8 நொடிகளுக்கு வைக்கப்பட்ட பின் அது கோர்வையறுதல் நிலைக்கு கொண்டுசெல்லப்பட்டு நாம் அறியும் ஒற்றை நிலையை அடைந்தது. ஒரே மனிதரை, ஒரே நேரத்தில் அவர் சாப்பிடும் அறையிலும், நூலகத்திலும் புகைப்படம் எடுப்பதை போன்றது இது. க்வாண்டம் இயற்பியலுக்கும் அன்றாட வாழ்வின் இயற்பியலுக்கும் இடையிலான ஒரு நுண்ணிய மென்கோட்டில் நடத்தப்படும் இப்பரிசோதனை, குறிப்பாக க்வாண்டம் கணினிகள் துறையில், முக்கியத்துவம் உடையது. மேலும் உருவாகிவரும் ‘க்வாண்டம் டெலிபோர்ட்டேஷன் ‘ எனும் புதிய மகத்தான தொழில்நுட்ப சாதனையிலும் இப்பரிசோதனை முக்கியத்துவம் உடையது.

நொடிகளும் கல்பங்களும் இடம் மாறும்

காலத்தின் அம்போ பாம்பாய் நெளியும்

ஊழியும் சிருஷ்டியும் தழுவிக் கொள்ளும்.

பூனையுடன் சிறுவன் தேடல் தொடரும்

…

சடையோன் ஆடும் பகடை வீழ்கையில்

மற்றொரு புள்ளியாய் தொடரும் தேடல்.

நன்றி:

பெரிலியம் ஐயனி மேகத்தூடே லேஸர் – புகைப்படம் எடுக்கப்பட்ட இணைய தளம் http://www.llnl.gov/str/Schneider.html.