क्वांटम यांत्रिकी की व्याख्या करने का उद्देश्य क्या है?

इस ब्लॉग पोस्ट में, हम क्वांटम यांत्रिकी की पृष्ठभूमि, कोपेनहेगन व्याख्या और बहु-विश्व व्याख्या के मुख्य बिंदुओं की जांच करेंगे, और यह देखेंगे कि ये दोनों व्याख्याएं "अवलोकन" को कैसे देखती हैं, और फिर क्वांटम यांत्रिकी के उद्देश्य पर विचार करेंगे।

भौतिकी के इतिहास में बहुत पहले, मैक्स प्लैंक ने अपने ब्लैकबॉडी विकिरण प्रयोगों पर आधारित एक शोध पत्र और प्रायोगिक परिणाम प्रकाशित किए, जिसमें उन्होंने कहा कि "सभी ऊर्जा बहुत छोटे पैकेटों से बनी होती है जिनके मान अलग-अलग होते हैं।" इससे उस समय के भौतिकविदों के बीच प्रचलित धारणा की नींव हिल गई, जो मानते थे कि स्थूल जगत की सभी घटनाओं को न्यूटन के यांत्रिकी द्वारा समझाया जा सकता है। इस बिंदु से आगे, जैसे-जैसे मापन उपकरण उन्नत होते गए और भौतिकविदों को सूक्ष्म जगत में झाँकने की क्षमता प्राप्त हुई, उन्होंने विभिन्न प्रायोगिक परिणाम प्रकाशित किए जिनसे न्यूटन के यांत्रिकी की सीमाएँ उजागर हुईं। ये परिणाम, जिन्हें मौजूदा सिद्धांतों द्वारा समझाया नहीं जा सका, जल्द ही यांत्रिकी के एक नए ढाँचे की आवश्यकता को जन्म दिया - और इस प्रकार, "क्वांटम यांत्रिकी" का जन्म हुआ। क्वांटम यांत्रिकी ने मौजूदा भौतिकी द्वारा हल न की जा सकने वाली प्राकृतिक घटनाओं के उत्तर सफलतापूर्वक प्रदान करके अपनी स्थिति मजबूत कर ली, जैसे कि आइंस्टीन द्वारा प्रकाश विद्युत प्रभाव की व्याख्या और बोहर का हाइड्रोजन परमाणु स्पेक्ट्रम का मॉडल। इसके अलावा, अनगिनत भौतिकविदों के प्रयासों और पॉल डिराक और पास्कुअल जॉर्डन द्वारा प्रस्तावित रूपांतरण सिद्धांत जैसे विकासों के माध्यम से, इसने खुद को अध्ययन के एक विशिष्ट क्षेत्र के रूप में स्थापित किया।
हालांकि, यह केवल क्वांटम यांत्रिकी की विषयवस्तु का वर्णन करने के लिए प्रयुक्त गणितीय "रूप" की पूर्णता को दर्शाता था, और इसका यह अर्थ नहीं था कि भौतिक व्याख्या के दृष्टिकोण से यह स्थापित हो चुका है। दशकों बाद भी, क्वांटम यांत्रिक घटनाओं की "व्याख्या" को लेकर प्रमुख भौतिकविदों के बीच मतभेद जारी हैं। "कोपेनहेगन व्याख्या" - जिसे अक्सर मुख्यधारा की व्याख्या कहा जाता है - से लेकर "बहु-विश्व व्याख्या" तक, जो पूर्व की सीमाओं के जवाब में उभरी, और विभिन्न अन्य व्याख्याओं तक, ये विभिन्न दृष्टिकोण एक-दूसरे के पूरक बने हुए हैं, क्योंकि ये उन कमियों को दूर करते हैं जिन्हें कोई एक व्याख्या पूरी तरह से स्पष्ट नहीं कर सकती। अतीत में ऑस्ट्रिया में आयोजित एक क्वांटम यांत्रिकी सम्मेलन में, 33 विश्व-प्रसिद्ध भौतिकविदों के बीच एक सर्वेक्षण किया गया था जिसमें उनसे पूछा गया था कि वे किस व्याख्या का समर्थन करते हैं; कोपेनहेगन व्याख्या को 42%, सूचना-सैद्धांतिक व्याख्या को 24%, और बहु-विश्व व्याख्या को 18% समर्थन प्राप्त हुआ। यह देखते हुए कि इस सर्वेक्षण में किसी भी व्याख्या को 50% से अधिक समर्थन नहीं मिला, यह स्पष्ट प्रतीत होता है कि प्रत्येक व्याख्या की अपनी सीमाएँ हैं। इस लेख में, मैं संक्षेप में "कोपेनहेगन व्याख्या" और "बहु-विश्व व्याख्या" का परिचय दूंगा—जो इस क्षेत्र के एक महत्वपूर्ण हिस्से को कवर करती हैं और "अवलोकन" की क्रिया पर विपरीत विचार रखती हैं—और उनकी सीमाओं पर चर्चा करूंगा। "सूचना-सैद्धांतिक व्याख्या" को इस चर्चा से बाहर रखा गया है क्योंकि यह क्वांटम यांत्रिकी को अन्य दो व्याख्याओं से कुछ भिन्न दृष्टिकोण से देखती है।
बोहर और हाइजेनबर्ग द्वारा प्रस्तावित कोपेनहेगन व्याख्या का मूल ढांचा इस प्रकार है: “जब तक प्रेक्षक किसी मापक उपकरण का प्रयोग नहीं करता, परमाणु के भीतर इलेक्ट्रॉन कार्य-कारण के नियमों के अनुसार गति करता है। हालांकि, जब अंतरिक्ष-समय में एक निश्चित स्थिति और समय पर इलेक्ट्रॉन का वर्णन करने का प्रयास किया जाता है, तो असतत अंतःक्रियाएं हस्तक्षेप करती हैं, जिससे यह कार्य-कारण से विचलित हो जाता है, और प्रेक्षक के पास क्वांटम संभावनाओं पर निर्भर रहने के अलावा कोई विकल्प नहीं बचता।” न्यूटन के यांत्रिकी के अनुसार, स्थूल जगत में प्रेक्षित कणों की गति के दौरान स्थिति और संवेग के विशिष्ट, सुस्पष्ट मान होते हैं। इसका अर्थ है कि स्थूल जगत में, जहां प्रेक्षक—अर्थात मनुष्य—मौजूद हैं, स्थिति और संवेग स्थिर होते हैं। हालांकि, सूक्ष्म जगत में, गतिमान इलेक्ट्रॉन ऐसी अवस्था में होता है जहां इन भौतिक राशियों को एक मान के रूप में निश्चित रूप से निर्धारित नहीं किया जा सकता है। बल्कि, विभिन्न अवस्थाएं एक साथ मौजूद होती हैं। उदाहरण के लिए, यदि इलेक्ट्रॉन की तीन संभावित अवस्थाएं—1, 2 और 3—हो सकती हैं, तो प्रेक्षित होने से पहले इलेक्ट्रॉन तीनों अवस्थाओं में एक साथ मौजूद होता है। गणितीय रूप से, इसे 1, 2 और 3 से संबंधित तरंग फलनों के योग के रूप में व्यक्त किया जा सकता है। जब स्थूल जगत में कोई प्रेक्षक इलेक्ट्रॉन का अवलोकन करता है, तो इलेक्ट्रॉन कई संभावित अवस्थाओं में से एक अवस्था में सिमट जाता है, जो उस अवस्था से जुड़ी प्रायिकता द्वारा निर्धारित होती है। दूसरे शब्दों में, "अवलोकन" की क्रिया इलेक्ट्रॉन की अवस्था को बदल देती है। उदाहरण के लिए, जिस क्षण इलेक्ट्रॉन को अवस्था 1 में निर्धारित किया जाता है, उसी क्षण अवस्था 2 और 3 में उसके एक साथ मौजूद होने की संभावना समाप्त हो जाती है। कोपेनहेगन व्याख्या इसे "तरंग फलन का पतन" कहती है। इसलिए, कोपेनहेगन व्याख्या में "अवलोकन" की क्रिया का अत्यधिक महत्व है।
आइंस्टीन जैसे प्रसिद्ध भौतिकविदों ने कोपेनहेगन व्याख्या का खंडन किया और इसके प्रमाण के रूप में कई विचार प्रयोगों का हवाला दिया। इनमें सबसे प्रसिद्ध है "श्क्रोडिंगर की बिल्ली"। एक बंद डिब्बे में एक बिल्ली और एक ऐसा उपकरण रखा है जो क्वांटम यांत्रिकी द्वारा निर्धारित कण की अवस्था के आधार पर विष छोड़ सकता है। डिब्बे के अंदर बिल्ली एक निश्चित समय के बाद जीवित है या मृत, यह तभी निर्धारित होता है जब ढक्कन खोला जाता है और बिल्ली को देखा जाता है। यह विचार प्रयोग दर्शाता है कि सूक्ष्म जगत में अत्यधिक महत्व रखने वाली "अवलोकन" क्रिया को स्थूल जगत पर लागू करने से विचित्र निष्कर्ष निकलते हैं; परिणामस्वरूप, इसने क्वांटम यांत्रिकी में अवलोकन के अर्थ पर गहन चिंतन को प्रेरित किया है। यहीं से "बहु-जगत व्याख्या" की शुरुआत होती है।
प्रिंसटन विश्वविद्यालय के पूर्व विद्वान एवरेट तृतीय ने कोपेनहेगन व्याख्या के दावों का खंडन करते हुए तर्क दिया कि किसी कण का प्रायिकता वितरण अवलोकन के कारण लुप्त नहीं होता, बल्कि प्रारंभ से ही अनेक संभावित जगत विद्यमान होते हैं। दूसरे शब्दों में, किसी कण की स्थिति अवलोकन द्वारा किसी एक मान पर निर्धारित नहीं होती; बल्कि अनेक समानांतर जगत पहले से ही विद्यमान होते हैं, और हम उनमें से केवल एक का अवलोकन करते हैं। जिन अवस्थाओं का हम प्रत्यक्ष अवलोकन नहीं कर पाते, वे अन्य संभावित जगतों में घटित हो रही होती हैं। उदाहरण के लिए, यदि हमारे अवलोकन से अवस्था 2 प्राप्त होती है, तो अन्य अवस्थाएँ उस क्षण लुप्त नहीं हो जातीं—वे अन्य जगतों में घटित हो रही होती हैं, और हम उन्हें देख नहीं पाते।
हालांकि, बहु-विश्व व्याख्या में स्पष्ट रूप से कुछ समस्याएं हैं। यदि कोई घटना जो घटित हो सकती है, सभी संभावित लोकों में घटित होती है, तो प्रत्येक स्थिति से जुड़ी संभावना का क्या अर्थ रह जाता है? एवरेट ने प्रत्येक स्थिति को एक भार से गुणा करके इस समस्या को हल करने का प्रयास किया। हालांकि, एक लोक का दूसरे से अधिक महत्वपूर्ण होने का अर्थ आज भी बहस का विषय बना हुआ है।
इन दो व्याख्याओं पर विचार करते हुए—जिनमें से प्रत्येक का अपना महत्व और सीमाएँ हैं—मैं कोपेनहेगन व्याख्या का पक्षधर हूँ। यदि हम क्वांटम यांत्रिकी की उत्पत्ति पर गौर करें, तो हम पाते हैं कि इसका मूल उद्देश्य सूक्ष्म जगत की घटनाओं की व्याख्या करना था। दूसरे शब्दों में, क्योंकि इसका निर्माण अवलोकन और उससे प्राप्त तथ्यों के माध्यम से घटनाओं को समझने के लिए किया गया था, इसलिए प्रेक्षक द्वारा अवलोकन की क्रिया का इतना महत्व है। कणों के वास्तविक अवलोकन में, किसी एक कण की अवस्था का अवलोकन करने के लिए, हमें उस पर एक निश्चित मात्रा में प्रभाव डालना पड़ता है। भौतिकी में, इसे "विक्षोभ" कहा जाता है। दूसरे शब्दों में, किसी कण की अवस्था का अवलोकन करने में कण में थोड़ा सा परिवर्तन लाना और फिर उसकी प्रतिक्रिया का अवलोकन करना शामिल है। यद्यपि गणितीय दृष्टि से कण में परिवर्तन लाने और तरंग फलन के पतन के बीच संबंध कुछ अस्पष्ट है, फिर भी दोनों इस बात पर सहमत हैं कि दोनों मूल अवस्था को परिवर्तित करते हैं। इसका अर्थ है कि अवलोकन की क्रिया स्वयं भौतिक रूप से महत्वपूर्ण है।
क्वांटम यांत्रिकी ने शास्त्रीय न्यूटनियन यांत्रिकी की नियतिवादी सोच से हटकर संभाव्यतावादी दृष्टिकोण अपनाया है। कितने लोग इस बात को आसानी से स्वीकार कर सकते हैं कि उनके सामने रखे सेब की स्थिति हर बार देखने पर अलग-अलग संभावनाओं के साथ बदलती रहती है? यह सच है कि कोपेनहेगन व्याख्या और बहु-विश्व व्याख्या, दोनों का अपना महत्व और सीमाएं हैं, खासकर उन लोगों को सूक्ष्म जगत में होने वाली घटनाओं को समझने में मदद करने के मामले में जो वस्तुओं की निश्चित अवस्थाओं के आदी हैं। मैं इंजीनियरिंग का छात्र हूं और वैज्ञानिक घटनाओं और उनके अवलोकन से प्राप्त परिणामों का उपयोग करके नई प्रौद्योगिकियां विकसित करने का अध्ययन कर रहा हूं। क्वांटम यांत्रिकी के विकास ने हमें सूक्ष्म जगत की घटनाओं की व्याख्या करने के उपकरण प्रदान किए हैं, और इससे सीधे तौर पर ऐसी प्रौद्योगिकियां विकसित हुई हैं जो लोगों के लिए उपयोगी हैं। एमआरआई (मैग्नेटिक रेजोनेंस इमेजिंग) उपकरण, जिसने आधुनिक चिकित्सा में महत्वपूर्ण योगदान दिया है, क्वांटम यांत्रिकी से एनएमआर (न्यूक्लियर मैग्नेटिक रेजोनेंस) घटना को लागू करके विकसित किया गया था; इस तकनीक का उपयोग न केवल स्पेक्ट्रोस्कोपी (आणविक संरचनाओं का निर्धारण) में किया जाता है, बल्कि तेल अन्वेषण में भी किया जाता है। इसके आधार पर, मेरा मानना ​​है कि घटनाओं की व्याख्या करने के लिए बेहतर उपयुक्त व्याख्या—जिसे मैं विज्ञान का उद्देश्य मानता हूं—अधिक महत्व रखेगी।