ಬೆಳಕು ಸರಳವಾಗಿ ವರ್ತಿಸುವುದಿಲ್ಲ—ಅದು ಕೆಲವೊಮ್ಮೆ ಅಲೆಯಂತೆ ಹರಡುತ್ತದೆ, ಮತ್ತೊಮ್ಮೆ ಕಣದಂತೆ ಅಪ್ಪಳಿಸುತ್ತದೆ. ಪ್ರಯೋಗಾಲಯಗಳಲ್ಲಿ ನಡೆದ ಪರೀಕ್ಷೆಗಳು ಒಂದು ವಿಚಿತ್ರ ಸಂಗತಿಯನ್ನು ತೋರಿಸಿವೆ: ವಿಜ್ಞಾನಿಗಳು ಅದನ್ನು ಹೇಗೆ ಅಳೆಯುತ್ತಾರೆ ಎಂಬುದರ ಮೇಲೆ ಅದರ ವರ್ತನೆ ಬದಲಾಗುವಂತೆ ಕಾಣುತ್ತದೆ.
ಒಂದು ಶತಮಾನಕ್ಕಿಂತ ಹೆಚ್ಚು ಕಾಲದಿಂದ ಭೌತಶಾಸ್ತ್ರಜ್ಞರನ್ನು ಕಾಡುತ್ತಿರುವ ಪ್ರಶ್ನೆ ಇದೇ: ಬೆಳಕು ಅಲೆನಾ, ಅಥವಾ ಕಣನಾ? ಇದರ ಉತ್ತರ ಸರಳವೂ ಅಲ್ಲ, ಸಹಜವೂ ಅಲ್ಲ. ಈ ವಿಚಿತ್ರತೆ Wave–particle duality ಎಂಬ ತತ್ವದ ಕೇಂದ್ರದಲ್ಲಿದೆ—ಇದು ಆಧುನಿಕ ಭೌತವಿಜ್ಞಾನದ ಪ್ರಮುಖ ಆಲೋಚನೆಗಳಲ್ಲಿ ಒಂದಾಗಿದೆ. ಇದು ಕೇವಲ ಭೌತಶಾಸ್ತ್ರದ ಪ್ರಶ್ನೆಯಲ್ಲ; ಪ್ರಕೃತಿಯನ್ನು ನಾವು ಹೇಗೆ ಅರ್ಥಮಾಡಿಕೊಳ್ಳುತ್ತೇವೆ ಎಂಬುದನ್ನೇ ಮರುಪರಿಶೀಲಿಸಲು ಪ್ರೇರೇಪಿಸುವ ವಿಚಾರವಾಗಿದೆ.
ಈ ತತ್ವದ ಮೂಲವನ್ನು 20ನೇ ಶತಮಾನದ ಆರಂಭದ ಮಹತ್ವದ ಆವಿಷ್ಕಾರಗಳಲ್ಲಿ ಕಾಣಬಹುದು. 1900ರಲ್ಲಿ Max Planck ಶಕ್ತಿ ನಿರಂತರವಾಗಿ ಹರಿಯುವುದಿಲ್ಲ, ಅದು ಸಣ್ಣ ಘಟಕಗಳಾಗಿ—ಕ್ವಾಂಟಾಗಳಾಗಿ—ಹೊರಬರುತ್ತದೆ ಎಂದು ಸೂಚಿಸಿದರು. 1905ರಲ್ಲಿ Albert Einstein ಬೆಳಕು ಕಣಗಳಂತೆ ವರ್ತಿಸಬಹುದು ಎಂದು ತೋರಿಸಿ ಫೋಟೋಎಲೆಕ್ಟ್ರಿಕ್ ಪರಿಣಾಮವನ್ನು ವಿವರಿಸಿದರು. 1924ರಲ್ಲಿ Louis de Broglie “ಕಣಗಳಿಗೂ ಅಲೆಗಳ ಗುಣವಿದೆ” ಎಂದು ಪ್ರಸ್ತಾಪಿಸಿದರು. ಬಳಿಕ 1926ರಲ್ಲಿ Erwin Schrödinger ಅವರ ಸಮೀಕರಣಗಳು ಈ ಆಲೋಚನೆಯನ್ನು ಗಣಿತದ ರೂಪದಲ್ಲಿ ಕಟ್ಟಿಕೊಟ್ಟವು. ಇದರಿಂದ ಕ್ವಾಂಟಮ್ ಭೌತವಿಜ್ಞಾನ ಎಂಬ ಹೊಸ ವಿಜ್ಞಾನ ಕ್ಷೇತ್ರ ರೂಪುಗೊಂಡಿತು.
ಈ ಅಲೆ–ಕಣ ದ್ವಂದ್ವವನ್ನು ಸರಳವಾಗಿ ಅರ್ಥಮಾಡಿಕೊಳ್ಳಲು ಒಂದು ಸಂಗೀತದ ಸ್ವರವನ್ನು ಕಲ್ಪಿಸಬಹುದು. ಅದು ಒಂದು ಮೂಲದಿಂದ ಬರುತ್ತಿರುವಂತೆ ಅನುಭವವಾಗುತ್ತದೆ—ಕಣದಂತೆ. ಆದರೆ ಅದೇ ಸ್ವರ ಸುತ್ತಲೂ ಹರಡುತ್ತದೆ—ಅಲೆಯಂತೆ. ಸ್ವರ ಬದಲಾಗುವುದಿಲ್ಲ; ನಾವು ಅದನ್ನು ಹೇಗೆ ಗ್ರಹಿಸುತ್ತೇವೋ ಅದರ ಸ್ವಭಾವ ಮಾತ್ರ ಬದಲಾಗುತ್ತದೆ. ಇದೇ ರೀತಿ ಫೋಟಾನ್ ಅಥವಾ ಎಲೆಕ್ಟ್ರಾನ್ ಕೂಡ ಪರಿಸ್ಥಿತಿ ಮತ್ತು ಅಳತೆಯ ವಿಧಾನಕ್ಕೆ ಅನುಗುಣವಾಗಿ ತನ್ನ ಗುಣವನ್ನು ತೋರಿಸುತ್ತದೆ.
ಈ ದ್ವಂದ್ವ ಸ್ವಭಾವವೇ ಕ್ವಾಂಟಮ್ ಭೌತವಿಜ್ಞಾನದ ಕೇಂದ್ರವಾಗಿದೆ. ಡಬಲ್-ಸ್ಲಿಟ್ ಪ್ರಯೋಗವು ತೋರಿಸಿದಂತೆ, ಒಂದು ಕ್ವಾಂಟಮ್ ವ್ಯವಸ್ಥೆಯ ವರ್ತನೆ ಅದನ್ನು ಹೇಗೆ ಅಳೆಯಲಾಗುತ್ತದೆ ಎಂಬುದರಿಂದ ಬದಲಾಗಬಹುದು. ಅಂದರೆ ಒಂದೇ ವ್ಯವಸ್ಥೆ ವಿಭಿನ್ನ ಸಂದರ್ಭಗಳಲ್ಲಿ ವಿಭಿನ್ನ ಗುಣಗಳನ್ನು ತೋರಿಸಬಹುದು.
20ನೇ ಶತಮಾನದ ಮಧ್ಯಭಾಗದಲ್ಲಿ ಅಭಿವೃದ್ಧಿಯಾದ Quantum Field Theory (QFT) ಈ ಚಿತ್ರಣಕ್ಕೆ ಇನ್ನಷ್ಟು ಆಳವನ್ನು ಸೇರಿಸಿತು. ಈ ದೃಷ್ಟಿಯಲ್ಲಿ ಕಣಗಳನ್ನು ಸ್ವತಂತ್ರ ಗಟ್ಟಿಯಾದ ವಸ್ತುಗಳಂತೆ ನೋಡುವುದಿಲ್ಲ; ಅವುಗಳನ್ನು ಮೂಲಭೂತ ಕ್ವಾಂಟಮ್ ಕ್ಷೇತ್ರಗಳಲ್ಲಿನ ಉದ್ರೇಕಗಳು (excitations) ಎಂದು ಪರಿಗಣಿಸಲಾಗುತ್ತದೆ. ಉದಾಹರಣೆಗೆ ಫೋಟಾನ್ ವಿದ್ಯುತ್ಕಾಂತ ಕ್ಷೇತ್ರದ ಒಂದು ಉದ್ರೇಕ.
ಈ ದೃಷ್ಟಿಕೋಣದಲ್ಲಿ ಅಲೆ ಮತ್ತು ಕಣದ ನಡುವಿನ ಗಡಿ ಇನ್ನಷ್ಟು ಸೂಕ್ಷ್ಮವಾಗುತ್ತದೆ—ಅವು ಒಂದೇ ಕ್ವಾಂಟಮ್ ವಾಸ್ತವಿಕತೆಯ ಎರಡು ವಿಭಿನ್ನ ಅಭಿವ್ಯಕ್ತಿಗಳಂತೆ ಕಾಣಿಸುತ್ತವೆ.
ಹಳೆಯ ಮಾದರಿಗಳು “ಒಂದು ಗುಣ ಹೆಚ್ಚಾದರೆ ಮತ್ತೊಂದು ಕಡಿಮೆಯಾಗುತ್ತದೆ” ಎಂದು ಸರಳವಾಗಿ ಹೇಳುತ್ತಿದ್ದರೂ, ನೈಜ ಕ್ವಾಂಟಮ್ ವರ್ತನೆ ಅದಕ್ಕಿಂತ ಹೆಚ್ಚು ಸಂಕೀರ್ಣವಾಗಿದೆ.
2023ರಲ್ಲಿ Xiaofeng Qian ಅವರ ನೇತೃತ್ವದಲ್ಲಿ Physical Review Research ನಲ್ಲಿ ಪ್ರಕಟವಾದ ಅಧ್ಯಯನವು ಈ ಚರ್ಚೆಗೆ ಹೊಸ ಆಯಾಮವನ್ನು ಸೇರಿಸಿತು—ಅದನ್ನು coherence ಅಥವಾ “ಸಮ್ಮಿಲನ” ಎಂದು ಕರೆಯುತ್ತಾರೆ. ಇದು ಒಂದು ವ್ಯವಸ್ಥೆಯೊಳಗಿನ ಅಲೆಗಳ ಸಮನ್ವಯದ ಮಟ್ಟವನ್ನು ಸೂಚಿಸುತ್ತದೆ.
ಇದನ್ನು ಸರಳವಾಗಿ ಅರ್ಥಮಾಡಿಕೊಳ್ಳಲು ನೀರಿನ ಮೇಲ್ಮೈಯನ್ನು ಕಲ್ಪಿಸಬಹುದು. ಅಲೆಗಳು ಸಮನ್ವಯವಾಗಿ ಹರಿದರೆ ಸ್ಪಷ್ಟ ಮಾದರಿ ಕಾಣುತ್ತದೆ. ಆದರೆ ಅಲೆಗಳು ಅಸಮತೋಲನವಾಗಿದ್ದರೆ ಮಾದರಿ ಗೊಂದಲವಾಗುತ್ತದೆ. ಇದೇ coherence ನ ಅರ್ಥ.
ಅಂದರೆ ಅಲೆಗಳ ಸ್ವಭಾವ ಸಂಪೂರ್ಣವಾಗಿ ಕಾಣಿಸದಿದ್ದರೂ ಅದು ವ್ಯವಸ್ಥೆಯ ಒಳಗೆ ಸಾಧ್ಯತೆಯಾಗಿ ಇರುತ್ತದೆ.
ಈ ಸಮ್ಮಿಲನವನ್ನು ಅಲೆ-ಸ್ವಭಾವ ಮತ್ತು ಕಣ-ಸ್ವಭಾವದೊಂದಿಗೆ ಸೇರಿಸಿದಾಗ ಅವುಗಳ ನಡುವಿನ ಸಂಬಂಧ ಹೆಚ್ಚು ಸ್ಪಷ್ಟವಾಗುತ್ತದೆ. ವಿಜ್ಞಾನಿಗಳು ಇದನ್ನು “ದ್ವಂದ್ವ ಅಂಡಾಕೃತಿ ಮಾದರಿ” ಮೂಲಕ ವಿವರಿಸುತ್ತಾರೆ. coherence ಹೆಚ್ಚು ಇದ್ದರೆ ಅದು ವೃತ್ತದಂತೆ ಕಾಣುತ್ತದೆ; ಕಡಿಮೆಯಾದರೆ ಅದು ಚಪ್ಪಟೆಯಾಗುತ್ತದೆ. ಇದು ವ್ಯವಸ್ಥೆಯ ಒಳಗಿನ ಸಮತೋಲನವನ್ನು ಸೂಚಿಸುತ್ತದೆ.
ಈ ಆಲೋಚನೆ ಕೇವಲ ಸಿದ್ಧಾಂತದಲ್ಲೇ ಉಳಿಯುವುದಿಲ್ಲ. ಇದು ತಂತ್ರಜ್ಞಾನಕ್ಕೂ ದಾರಿ ಮಾಡಿಕೊಡುತ್ತಿದೆ. Quantum imaging ನಲ್ಲಿ ಒಂದು ವಸ್ತುವನ್ನು ನೇರವಾಗಿ ನೋಡುವ ಅಗತ್ಯವಿಲ್ಲದೇ ಅದರ ಚಿತ್ರಣ ಪಡೆಯಬಹುದು. ಒಂದು ಫೋಟಾನ್ನ ಮಾಹಿತಿಯನ್ನು ಮತ್ತೊಂದು ಸಂಬಂಧಿತ ಫೋಟಾನ್ ಮೂಲಕ ಬಳಸಬಹುದು.
ಇದು Quantum entanglement ಎಂಬ ವಿಚಿತ್ರ ಘಟನೆಯ ಮೇಲೆ ಆಧಾರಿತವಾಗಿದೆ—ಎರಡು ಕಣಗಳು ದೂರದಲ್ಲಿದ್ದರೂ ಪರಸ್ಪರ ಸಂಬಂಧ ಹೊಂದಿರುತ್ತವೆ. ಪರಿಸರದ ಪರಿಣಾಮಗಳಿಂದ coherence ಕಡಿಮೆಯಾದರೂ, ಕೆಲವು ಮುಖ್ಯ ಮಾಹಿತಿಗಳು ಇನ್ನೂ ಉಳಿಯುತ್ತವೆ.
ಇದರ ಮೂಲಕ ಭವಿಷ್ಯದ quantum communication, imaging ಮತ್ತು sensing ತಂತ್ರಜ್ಞಾನಗಳು ಹೆಚ್ಚು ಸ್ಥಿರ ಪರಿಸ್ಥಿತಿಗಳಿಲ್ಲದಿದ್ದರೂ ಕಾರ್ಯನಿರ್ವಹಿಸುವ ಸಾಧ್ಯತೆ ಮೂಡುತ್ತದೆ.
ಹೀಗೆ ಹಿಂದೆ ಕೇವಲ ತತ್ತ್ವದ ಚರ್ಚೆಯಾಗಿದ್ದ ಅಲೆ–ಕಣ ದ್ವಂದ್ವ ಈಗ ನೈಜ ತಂತ್ರಜ್ಞಾನ ಅಭಿವೃದ್ಧಿಗೆ ಸಾಧನವಾಗಿದೆ. coherence ಅನ್ನು ಅಳೆಯುವುದು ಮತ್ತು ನಿಯಂತ್ರಿಸುವುದು ಹೊಸ ತಂತ್ರಜ್ಞಾನಗಳ ಬಾಗಿಲು ತೆರೆಯುತ್ತಿದೆ.
ಆದರೆ ಮೂಲ ಪ್ರಶ್ನೆ ಇನ್ನೂ ಸಂಪೂರ್ಣವಾಗಿ ಪರಿಹಾರವಾಗಿಲ್ಲ. ಈ ಅಧ್ಯಯನವು ಅಂತಿಮ ಉತ್ತರ ನೀಡುವುದಿಲ್ಲ; ಬದಲಾಗಿ ಕ್ವಾಂಟಮ್ ವಾಸ್ತವಿಕತೆಯನ್ನು ಅರ್ಥಮಾಡಿಕೊಳ್ಳುವ ಹೊಸ ವಿಧಾನವನ್ನು ಸೂಚಿಸುತ್ತದೆ.
ಕೊನೆಮಾತು: ಕ್ವಾಂಟಮ್ ಭೌತವಿಜ್ಞಾನ ನಮಗೆ ಒಂದು ಮಹತ್ವದ ಪಾಠವನ್ನು ನೀಡುತ್ತದೆ: ಪ್ರಕೃತಿ ಯಾವಾಗಲೂ ನಮ್ಮ ದೈನಂದಿನ ಅನುಭವಗಳ ನಿಯಮಗಳನ್ನು ಅನುಸರಿಸುವುದಿಲ್ಲ. ಕೆಲವೊಮ್ಮೆ ನಾವು ಕೇಳುವ ಪ್ರಶ್ನೆಗಳೇ ನಾವು ಪಡೆಯುವ ಉತ್ತರಗಳ ರೂಪವನ್ನು ನಿರ್ಧರಿಸುತ್ತವೆ.
ಆದರೆ ಇನ್ನೂ ಆಳವಾದ ಸತ್ಯವೆಂದರೆ—ಪ್ರಕೃತಿಯ ಉತ್ತರಗಳು ಯಾವಾಗಲೂ ನಮ್ಮ ಪ್ರಶ್ನೆಗಳನ್ನು ಮೀರಿ ಒಂದು ಹೆಜ್ಜೆ ಮುಂದೆ ಇರುತ್ತವೆ.
ಪ್ರೊ. ಸತೀಶ್. ಎಲ್.ಎ
ಭೌತಶಾಸ್ತ್ರ ಪ್ರಾಧ್ಯಾಪಕರು
lasgayit@gmail.com
Advertisement