इस ब्लॉग पोस्ट में, हम तरंग पतन का क्या अर्थ है, इसकी जांच करेंगे, क्वांटम यांत्रिकी की विभिन्न व्याख्याओं में से कोपेनहेगन व्याख्या और बहु-विश्व व्याख्या पर ध्यान केंद्रित करेंगे, और प्रत्येक व्याख्या की विशेषताओं और सीमाओं पर विचार करेंगे।
19वीं शताब्दी के उत्तरार्ध से लेकर 20वीं शताब्दी के प्रारंभ तक, ऐसी घटनाएँ सामने आने लगीं जिन्हें केवल शास्त्रीय भौतिकी द्वारा ही समझाया नहीं जा सकता था। मैक्सवेल और आइंस्टीन ने यह खोजा कि प्रकाश में तरंग और कण दोनों के गुण होते हैं। मैक्स बोर्न ने भविष्यवाणी की थी कि कणों में भी तरंग जैसे गुण होते हैं। ऐसा कहा जाता है कि डेविसन-जर्मर डबल-स्लिट प्रयोग ने प्रयोगात्मक रूप से यह प्रदर्शित किया कि इलेक्ट्रॉन तरंग-समान व्यवहार प्रदर्शित करते हैं। डबल-स्लिट प्रयोग पर करीब से नज़र डालने पर निम्नलिखित बातें सामने आती हैं: इलेक्ट्रॉनों का उत्सर्जन करने वाला एक उपकरण, दो स्लिट वाली एक प्लेट और एक स्क्रीन को क्रम में व्यवस्थित किया जाता है। इलेक्ट्रॉन स्रोत से उत्सर्जित इलेक्ट्रॉन दो स्लिट से गुजरते हुए स्क्रीन तक पहुंचते हैं; जब इलेक्ट्रॉनों के स्क्रीन पर पहुंचने का अवलोकन किया जाता है, तो एक व्यतिकरण पैटर्न दिखाई देता है। जब केवल एक ही स्लिट होती है तो ऐसा पैटर्न दिखाई नहीं देता है। इसलिए, इलेक्ट्रॉन की स्थिति को एक ऐसी तरंग के रूप में समझाया जाना चाहिए जो एक ही समय में दोनों स्लिट्स से गुजरती है। इन घटनाओं की व्याख्या करने के लिए क्वांटम यांत्रिकी का उदय हुआ। क्वांटम यांत्रिकी में, संभाव्यता तरंगों को प्रकृति के मूलभूत निर्माण खंडों के रूप में वर्णित किया जाता है। पदार्थ की अवस्था का वर्णन करने के लिए संभाव्यता तरंगों का उपयोग किया जाता है। पदार्थ की अवस्था में स्थिति और घूर्णन जैसे गुण शामिल होते हैं। एक प्रायिकता तरंग यह दर्शाती है कि कोई मान किसी एक बिंदु पर स्थिर नहीं होता, बल्कि प्रत्येक बिंदु पर उसके घटित होने की प्रायिकता भिन्न-भिन्न होती है। क्वांटम यांत्रिकी की स्थापना 20वीं शताब्दी के आरंभ में हुई थी, और उस अवधि और उसके बाद के कई प्रायोगिक परिणाम इस सिद्धांत की वैधता का समर्थन करते हैं। इस सिद्धांत के मूल में श्रोडिंगर का तरंग समीकरण निहित है। क्वांटम यांत्रिकी के मूलभूत समीकरण के रूप में, श्रोडिंगर का तरंग समीकरण यह वर्णन करता है कि समय के साथ संभाव्यता तरंग कैसे बदलती है। हालांकि, यह अभी भी स्पष्ट नहीं है कि इस तरह की संभाव्यता तरंगें रोजमर्रा की जिंदगी से ठीक-ठीक कैसे संबंधित हैं। रोजमर्रा की जिंदगी में, हम जो परिणाम देखते हैं वे कई अवस्थाएँ नहीं बल्कि एक ही निश्चित अवस्था होती हैं—इसे कैसे समझाया जा सकता है? संभाव्यता तरंग क्या है, और क्या इसे समझने का कोई तरीका है? इन सवालों के समाधान के लिए, क्वांटम यांत्रिकी की विभिन्न व्याख्याएं सामने आई हैं। क्वांटम भौतिकी सम्मेलन में आयोजित एक पूर्व सर्वेक्षण में, प्रतिभागियों से प्रत्येक व्याख्या के संबंध में उनकी प्राथमिकताओं के बारे में पूछा गया था। कोपेनहेगन व्याख्या के लिए वरीयता 42%, क्वांटम-सूचनात्मक परिप्रेक्ष्य के लिए 24% और बहु-विश्व व्याख्या के लिए 18% रही। सर्वेक्षण में देखा गया है कि कोपेनहेगन व्याख्या भौतिकी समुदाय के भीतर मुख्यधारा की व्याख्या है। कोपेनहेगन व्याख्या वह व्याख्या है जिसे क्वांटम यांत्रिकी के शुरुआती दिनों में बोहर के नेतृत्व में विद्वानों द्वारा विकसित किया गया था। ब्रायन ग्रीन ने कोपेनहेगन व्याख्या के मूल सिद्धांत को इस प्रकार प्रस्तुत किया: "जब भी हम किसी संभाव्यता तरंग का प्रत्यक्ष अवलोकन करने का प्रयास करते हैं, तो अवलोकन की क्रिया ही उसे बाधित कर देती है।" कोपेनहेगन व्याख्या बताती है कि अवलोकन के क्षण में, संभाव्यता तरंग उस अवस्था में नहीं रह सकती और एक बिंदु में विलीन हो जाती है। यह बताया गया है कि एक बिंदु में इस समामेलन का परिणाम वह वास्तविकता है जिससे हम परिचित हैं। इस प्रक्रिया को तरंग पतन कहा जाता है। क्वांटम सूचना परिप्रेक्ष्य यह बताता है कि ब्रह्मांड स्वयं क्वांटम सूचना से बना है, जो ब्रह्मांड का मूल सार है। यह सिद्धांत कहता है कि हर चीज इस क्वांटम सूचना से जुड़ी क्वांटम गणनाओं का परिणाम है। इस दृष्टिकोण से, संपूर्ण ब्रह्मांड को कभी-कभी क्वांटम गणना करने वाली मशीन के रूप में देखा जाता है। सेठ लॉयड ने एक ऐसी पुस्तक लिखी है जो इस दृष्टिकोण के पक्ष में ठोस तर्क प्रस्तुत करती है। उस पुस्तक में उन्होंने सूचना की भूमिका और यह वास्तविक भौतिक नियमों से कैसे संबंधित है, इसकी व्याख्या की। उदाहरण के लिए, उन्होंने बताया कि क्वांटम कंप्यूटेशन किस प्रकार अज्ञात जानकारी को फैलाने की प्रवृत्ति रखता है और एंट्रोपी से संबंधित भौतिक नियमों पर विस्तार से चर्चा की। बहु-विश्व व्याख्या का प्रस्ताव ह्यूग एवरेट ने दिया था। यह व्याख्या तरंग फलन के पतन को स्वीकार नहीं करती है, जो कोपेनहेगन व्याख्या का आधारशिला है। इसके बजाय, यह मानता है कि ब्रह्मांड कई दुनियाओं में विभाजित हो जाता है, और सभी संभावनाएं साकार हो जाती हैं। इस प्रकार, यह स्पष्ट करता है कि प्रत्येक दुनिया में, एक प्रेक्षक उस वास्तविकता को देखता है जिससे हम परिचित हैं। मुझे तरंग फलन के पतन की अवधारणा—जिसे कोपेनहेगन व्याख्या का मूल माना जा सकता है—अविश्वसनीय लगती है। जैसा कि ब्रायन ग्रीन ने बताया, "अवलोकन" क्या होता है, इसे परिभाषित करने वाली सीमा स्पष्ट नहीं है। इसका स्पष्टीकरण कुछ इस प्रकार है: जब सूक्ष्म वस्तुएं एक-दूसरे के साथ परस्पर क्रिया करती हैं तो तरंग फलन का पतन नहीं होता है, लेकिन जब कोई प्रेक्षक माप करता है तो ऐसा होता है; हालांकि, इस स्पष्टीकरण को स्वीकार करना कठिन है।
यह मान लेना स्वाभाविक है कि भौतिकी के नियम पूरे ब्रह्मांड में सार्वभौमिक रूप से और समान रूप से लागू होते हैं। चूंकि प्रेक्षक भी ब्रह्मांड का एक हिस्सा है, इसलिए मेरा मानना है कि क्वांटम यांत्रिकी के नियम अवलोकन सहित सभी क्रियाओं पर समान रूप से लागू होते हैं, यह स्वाभाविक है। हालांकि, कोपेनहेगन की व्याख्या यह बताती है कि तरंग का पतन प्रेक्षक द्वारा अवलोकन की क्रिया के परिणामस्वरूप होता है। गणितीय दृष्टि से, तरंग का पतन भी सामान्य क्वांटम यांत्रिक संक्रियाओं से भिन्न एक संक्रिया है। हालांकि मैं यहां उस प्रक्रिया को विस्तार से नहीं समझा सकता जिसके द्वारा एक प्रायिकता तरंग फ़ंक्शन बदलता है, इसे एक ऐसी संक्रिया के रूप में वर्णित किया जा सकता है जिसमें कुछ विशेष गुणों वाले प्रतिवर्ती मैट्रिक्स द्वारा गुणन शामिल होता है। "प्रतिवर्ती" का अर्थ है कि परिणाम और उस स्थिति के बीच एक-से-एक पत्राचार होता है जिसके कारण वह परिणाम उत्पन्न हुआ। हालांकि, जब तरंग फलन का पतन होता है, तो यह पत्राचार टूट जाता है। यह प्रणाली एक ही अवस्था में स्थिर हो जाती है, जिससे मूल अवस्था को बहाल करना असंभव हो जाता है। जिन मामलों में अवलोकन की प्रकृति महत्वपूर्ण होती है—जैसे कि कोपेनहेगन व्याख्या में—वहां कभी-कभी हाइजेनबर्ग कट की अवधारणा को पेश किया जाता है। यह अवधारणा बताती है कि क्वांटम यांत्रिकी के नियम एक निश्चित सीमा तक लागू होते हैं, और उस सीमा के पार, तरंग फ़ंक्शन ध्वस्त हो जाता है। हालांकि, यह सीमा स्पष्ट रूप से परिभाषित नहीं है। इसे इलेक्ट्रॉन या प्रोटॉन जैसी वस्तुओं के स्तर पर निर्धारित किया जा सकता है, या इसे मनुष्यों जैसी स्थूल वस्तुओं के स्तर पर भी निर्धारित किया जा सकता है। यह असंतोषजनक है क्योंकि इसमें यह स्पष्ट रूप से नहीं बताया गया है कि यह सीमा ठीक कहाँ खींची जानी चाहिए। इस स्थिति को स्पष्ट रूप से दर्शाने वाला एक प्रसिद्ध उदाहरण श्रोडिंगर की बिल्ली का विचार प्रयोग है। इस विचार प्रयोग में, परमाणु से भी छोटा एक कण और एक बिल्ली दिखाई देते हैं। यह छोटा कण एक निश्चित संभावना के साथ क्षय हो सकता है, एक ऐसी प्रक्रिया जिसे क्वांटम यांत्रिकी द्वारा समझाया जा सकता है। इसके बगल में एक पहचान उपकरण लगाया गया है। ऐसा कहा जाता है कि जैसे ही इस तरह के क्षय का पता चलता है, बिल्ली को मारने वाली एक प्रक्रिया सक्रिय हो जाती है। इससे यह सवाल उठता है कि उस समय बिल्ली जीवित है या मृत। कोपेनहेगन की व्याख्या के अनुसार, बिल्ली की स्थिति—चाहे वह जीवित हो या मृत—उस क्षण निर्धारित हो जाती है जब उसे देखा जाता है। यह व्याख्या इस आधार पर आधारित है कि स्थूल आकार की वस्तुएं भी तरंग पतन का अनुभव नहीं करती हैं। इससे यह पता चलता है कि बड़ी वस्तुओं को भी क्वांटम यांत्रिकी के ढांचे के भीतर ही माना जाना चाहिए। परिणामस्वरूप, ऐसे विचार प्रयोग भी मौजूद हैं जो इस स्थिति को और भी चरम सीमा तक ले जाते हैं। इस विचार प्रयोग में, हम यह मानते हैं कि एक मित्र ने श्रोडिंगर की बिल्ली का विचार प्रयोग किया और बिल्ली की स्थिति का अवलोकन किया। ऐसे मामले में, यह इस बात का कोई निश्चित स्पष्टीकरण नहीं देता कि तरंग फलन को किस सीमा पर ध्वस्त माना जाना चाहिए। इस सीमा के संबंध में, कुछ लोग प्रेक्षक के ज्ञान की सीमा को महत्वपूर्ण मानते हैं, और कहा जाता है कि यह संभावना से संबंधित है। फिर भी, कोपेनहेगन व्याख्या का लाभ यह है कि यह प्रेक्षक द्वारा देखे गए परिणामों को आसानी से और स्पष्ट रूप से समझा सकती है। दरअसल, यह विभिन्न प्रयोगों के परिणामों की बहुत अच्छी तरह से व्याख्या करता है। प्रयोगात्मक परिणामों का अवलोकन करते समय या स्थूल वस्तुओं के साथ अंतःक्रिया करते समय तरंग पतन को लागू करना पर्याप्त है। यह एक सुविधाजनक व्याख्या है जिसके लिए अवलोकन उपकरण की क्वांटम स्थिति पर विचार करने की आवश्यकता नहीं होती है। तरंगों के पतन के सहज रूप से स्वीकार करने में कठिन परिणाम के बावजूद, इसकी बड़ी सफलता का एक कारण संभवतः प्रयोगात्मक परिणामों को अच्छी तरह से समझाने की इसकी क्षमता है। तरंगों का पतन एक अस्वाभाविक व्याख्या है, इसीलिए मेरा मानना है कि कोपेनहेगन व्याख्या के लिए बहु-विश्व व्याख्या एक व्यवहार्य विकल्प हो सकती है। बहु-विश्व व्याख्या तरंग पतन को स्वीकार नहीं करती है। ऐसा कहा जाता है कि यह व्याख्या केवल श्रोडिंगर के तरंग समीकरण पर ध्यान केंद्रित करके प्राप्त की गई है। चूंकि यह अवलोकन की क्रिया को किसी विशेष नियम के अधीन नहीं मानता है, इसलिए यह प्रक्रिया को तरंग समीकरण के दृष्टिकोण से तरंग अवस्था में परिवर्तन के रूप में ही व्याख्यायित करता है। दूसरे शब्दों में, यह समझा जाता है कि जब कोई अवलोकन किया जाता है, तो तरंग ध्वस्त नहीं होती; बल्कि, प्रेक्षक और वस्तु क्वांटम-यांत्रिक रूप से उलझी हुई अवस्था में प्रवेश करते हैं। इस उलझी हुई अवस्था को समझने के लिए, आइए कई-विश्व व्याख्या के परिप्रेक्ष्य से एक उदाहरण की जांच करें, जो तरंग पतन को स्वीकार नहीं करता है। एक इलेक्ट्रॉन का स्पिन या तो ऊपर (↑) या नीचे (↓) हो सकता है। अवलोकन उपकरण एक ऐसा यंत्र है जो इलेक्ट्रॉन के घूर्णन को मापता है। मान लीजिए कि अवलोकन उपकरण की स्थिति प्रदर्शन विंडो में तीन संभावित अवस्थाएँ हैं: ऊपर (⟰), नीचे (⟱), और खाली ()। आइए माप लेने से पहले की स्थिति पर एक नजर डालते हैं। इलेक्ट्रॉन के स्पिन और अवलोकन उपकरण की स्थिति प्रदर्शन विंडो को परस्पर स्वतंत्र संभाव्यता तरंगों के रूप में वर्णित किया जा सकता है। इलेक्ट्रॉन न तो ऊपर (↑) और न ही नीचे (↓) की दिशा में स्थिर होता है, बल्कि इसे एक संभाव्यता तरंग द्वारा दर्शाया जाता है। प्रयोग के लिए मापन उपकरण को खाली अवस्था () पर सेट किया गया होगा, और इस स्थिति का प्रतिनिधित्व करने वाला एक संभाव्यता तरंग फ़ंक्शन होगा। आइए माप लेने के बाद की स्थिति पर एक नजर डालते हैं। इस बिंदु पर, इसे अब स्वतंत्र संभाव्यता तरंग फलनों के रूप में वर्णित नहीं किया जा सकता है। इसके बजाय, समग्र स्थिति को एक एकल संभाव्यता तरंग फ़ंक्शन द्वारा वर्णित किया जाता है जिसमें इलेक्ट्रॉन और मापन उपकरण दोनों शामिल होते हैं।
विशेष रूप से, इसे एक एकल संभाव्यता तरंग फ़ंक्शन द्वारा दर्शाया जाता है जो केवल दो संभावित स्थितियों का वर्णन करता है: एक जहां इलेक्ट्रॉन का स्पिन ऊपर है और अवलोकन उपकरण की स्थिति विंडो "ऊपर" (↑⟰) इंगित करती है, और दूसरी जहां इलेक्ट्रॉन का स्पिन नीचे है और अवलोकन उपकरण की स्थिति विंडो "नीचे" (↓⟱) इंगित करती है। इस घटना को, जिसमें कई अवस्थाएँ अब स्वतंत्र नहीं रह जातीं, "उलझाव" के रूप में वर्णित किया जाता है। बहु-विश्व व्याख्या इसे एक कदम और आगे ले जाती है। ऊपर दिए गए उदाहरण को देखते हुए, दो संभावित स्थितियाँ हैं (↑⟰, ↓⟱)। बहु-जगत व्याख्या विश्व को इन दो अवस्थाओं में विभाजित मानती है। यानी, एक दुनिया में ↑⟰ स्थिति उत्पन्न होती है, और दूसरी दुनिया में ↓⟱ स्थिति उत्पन्न होती है। ऐसा कहा जाता है कि श्रोडिंगर के समीकरण की जांच करने पर, इसे इस तरह से देखने में कोई बड़ी गणितीय समस्या नहीं है। यदि हम प्रेक्षणों के परिणामों के आधार पर संभावित अवस्थाओं को अलग करते हैं और प्रत्येक परिणाम को एक अलग दुनिया के रूप में व्याख्यायित करते हैं, तो यही ठीक वही बहु-जगत व्याख्या है। इस प्रकार, प्रत्येक घटना जिसे अवलोकन माना जा सकता है, उसे एक ऐसी घटना के रूप में देखा जाता है जिसमें दुनिया विभाजित हो जाती है। परिणामस्वरूप, क्वांटम यांत्रिकी के अनुसार संभव हर संभावना प्रत्येक दुनिया में साकार होती है। मुझे बहु-विश्व व्याख्या का जो पहलू सबसे अधिक आकर्षक लगता है, वह यह है कि यह अवलोकन की क्रिया को कुछ विशेष नहीं मानती है। चूंकि प्रेक्षक को भी क्वांटम यांत्रिकी के समान नियमों के अधीन एक दुनिया के हिस्से के रूप में देखा जाता है, इसलिए मैं इस व्याख्या को अधिक सार्वभौमिक रूप से लागू होने योग्य मानता हूं। हालांकि, कई-जगत की व्याख्या को कई आलोचनाओं का सामना करना पड़ता है। दुनिया के कई हिस्सों में बंट जाने का क्या मतलब है, इसकी कोई ठोस व्याख्या नहीं है। इसके अलावा, एकाधिक दुनियाओं के अस्तित्व का दावा अपने आप में ही विचित्र है। यदि संसार अनंत काल तक निरंतर निर्मित होते रहते हैं, तो यह समझाना असंभव है कि हम उनमें से इतनी सारी दुनियाओं का हिसाब कैसे रख सकते हैं। इसके अलावा, यदि विभिन्न दुनियाएँ पूरी तरह से अलग हैं और एक दूसरे को प्रभावित नहीं कर सकती हैं, तो कोई यह तर्क दे सकता है कि प्रेक्षक के दृष्टिकोण से, अन्य दुनियाओं का अस्तित्व पूरी तरह से अर्थहीन है। उस दृष्टिकोण से देखा जाए तो व्याख्या स्वयं ही अर्थहीन हो जाती है। इसके अतिरिक्त, कई-विश्व व्याख्या में अभी भी कई चुनौतियां हैं जिनका समाधान किया जाना बाकी है। सबसे पहले, यह स्पष्ट करना आवश्यक है कि एक वास्तविक पर्यवेक्षक किस दुनिया को देखेगा। रोजमर्रा की जिंदगी में हम जिन घटनाओं का अवलोकन करते हैं, उन्हें समझाने के लिए, घटनाओं का वर्णन समग्र दृष्टिकोण के बजाय प्रेक्षक के दृष्टिकोण से करने का भी एक तरीका होना चाहिए। ऐसा इसलिए है क्योंकि हम संभाव्यता तरंगों का प्रत्यक्ष अवलोकन नहीं करते, बल्कि केवल उनके परिणामों का अवलोकन करते हैं। कोपेनहेगन की व्याख्या इस पहलू को स्पष्ट रूप से समझाती है। कोपेनहेगन व्याख्या का मानना है कि हम जिस दुनिया का अवलोकन करते हैं वह तरंग फ़ंक्शन के पतन के माध्यम से साकार होती है, और यह ऐसे परिणाम देती है जो वास्तविकता के अनुरूप होते हैं। इसके अलावा, कई-विश्व व्याख्या कोपेनहेगन व्याख्या की व्याख्या करने में सक्षम होनी चाहिए। यदि बहु-विश्व व्याख्या सही है, तो उसे अपने दृष्टिकोण से यह समझाने में सक्षम होना चाहिए कि आज तक के सभी प्रायोगिक परिणाम कोपेनहेगन व्याख्या की भविष्यवाणियों से कैसे मेल खाते हैं। इसके अलावा, हमें यह भी निर्धारित करना होगा कि किन परिस्थितियों में दोनों व्याख्याओं के बीच मतभेद उत्पन्न हो सकते हैं। इसलिए, कोपेनहेगन व्याख्या के साथ संबंध स्थापित करना भी एक बड़ी चुनौती है। मैं कोपेनहेगन व्याख्या की तरंग पतन की अवधारणा का समर्थन नहीं करता क्योंकि यह स्पष्ट नहीं है कि इसे वास्तव में कब लागू किया जाना चाहिए, और मैं माप को एक अलग प्रक्रिया के रूप में अलग करने की प्रथा को सार्वभौमिकता के संदर्भ में समस्याग्रस्त मानता हूं। इसके बजाय, मेरा मानना है कि हमें इस दृष्टिकोण को बनाए रखना चाहिए कि संपूर्ण ब्रह्मांड को क्वांटम यांत्रिकी में एक संभाव्य तरंग के रूप में वर्णित किया जा सकता है, और प्रेक्षक भी इसका एक हिस्सा है। इसलिए, मुझे लगता है कि कई-दुनियाओं की व्याख्या और इसी तरह के सिद्धांत विकल्प के रूप में काम कर सकते हैं। हालांकि, जैसा कि पहले उल्लेख किया गया है, इन व्याख्याओं में भी कई समस्याएं बनी हुई हैं। भौतिकविदों से जुड़े सर्वेक्षण के परिणामों से यह स्पष्ट है कि क्वांटम यांत्रिकी की व्याख्या के संबंध में अभी तक कोई निश्चित निष्कर्ष नहीं निकाला जा सका है। कुछ मौजूदा व्याख्याओं को प्रयोगों द्वारा गलत साबित किए जाने का इतिहास रहा है। हालांकि, कोपेनहेगन व्याख्या या बहु-विश्व व्याख्या के लिए अभी तक ऐसे कोई प्रयोग नहीं किए गए हैं। यह संभव है कि भविष्य में ऐसे प्रायोगिक डिजाइन विकसित किए जा सकें जो वास्तव में इन व्याख्याओं के बीच के अंतर को प्रदर्शित करने में सक्षम हों। या फिर, हम अंततः इस निष्कर्ष पर पहुँच सकते हैं कि ये सभी व्याख्याएँ समान रूप से मान्य हैं। इसलिए, मेरा मानना है कि जैसे-जैसे भौतिकी के नियमों के बारे में हमारी समझ गहरी होती जाएगी, क्वांटम यांत्रिकी की व्याख्या करने के नए रास्ते खुलते जाएंगे। उस प्रक्रिया को होते हुए देखना बेहद दिलचस्प होगा।
