குவாண்டம் இயக்கவியலை விளக்குவதன் நோக்கம் என்ன?

இந்த வலைப்பதிவில், குவாண்டம் இயக்கவியலின் பின்னணி, கோபன்ஹேகன் விளக்கம் மற்றும் பல-உலகங்கள் விளக்கத்தின் முக்கிய அம்சங்கள், இந்த இரண்டு விளக்கங்களும் 'கவனிப்பை' எவ்வாறு பார்க்கின்றன என்பனவற்றை ஆராய்ந்து, பின்னர் குவாண்டம் இயக்கவியலின் நோக்கம் குறித்து சிந்திப்போம்.

இயற்பியலின் வரலாற்றில் நெடுங்காலத்திற்கு முன்பு, மாக்ஸ் பிளாங்க் தனது கருப்பொருள் கதிர்வீச்சு சோதனைகளின் அடிப்படையில் ஒரு ஆய்வுக் கட்டுரையையும் சோதனை முடிவுகளையும் வெளியிட்டார். அதில், "அனைத்து ஆற்றலும் தனித்தனி மதிப்புகளைக் கொண்ட மிகச் சிறிய பொட்டலங்களால் ஆனது" என்று குறிப்பிட்டார். இது, பருவுலகில் உள்ள அனைத்து நிகழ்வுகளையும் நியூட்டனின் இயக்கவியல் மூலம் விளக்க முடியும் என்று நம்பியிருந்த அக்கால இயற்பியலாளர்களிடையே நிலவிய கருத்தின் அடித்தளங்களை உலுக்கியது. இந்தத் தருணத்திலிருந்து, அளவீட்டுக் கருவிகள் முன்னேறியதாலும், இயற்பியலாளர்கள் நுண்ணுலகை உற்று நோக்கும் திறனைப் பெற்றதாலும், அவர்கள் நியூட்டனின் இயக்கவியலின் வரம்புகளை வெளிப்படுத்தும் பல்வேறு சோதனை முடிவுகளை வெளியிட்டனர். தற்போதுள்ள கோட்பாடுகளால் விளக்க முடியாத இந்த முடிவுகள், விரைவில் ஒரு புதிய இயக்கவியல் கட்டமைப்பின் தேவையை உணர வழிவகுத்தன—இவ்வாறு, "குவாண்டம் இயக்கவியல்" பிறந்தது. ஐன்ஸ்டீனின் ஒளிமின் விளைவுக்கான விளக்கம் மற்றும் போரின் ஹைட்ரஜன் அணு நிறமாலை மாதிரி போன்ற, தற்போதுள்ள இயற்பியலால் தீர்க்க முடியாத இயற்கை நிகழ்வுகளுக்கு வெற்றிகரமாக பதில்களை வழங்குவதன் மூலம் குவாண்டம் இயக்கவியல் விரைவில் தனது நிலையை உறுதிப்படுத்தியது. மேலும், எண்ணற்ற இயற்பியலாளர்களின் முயற்சிகள் மற்றும் பால் டிராக், பாஸ்குவல் ஜோர்டான் ஆகியோரால் முன்மொழியப்பட்ட உருமாற்றக் கோட்பாடு போன்ற முன்னேற்றங்களின் மூலம், இது ஒரு தனித்துவமான ஆய்வுத் துறையாக நிலைபெற்றது.
இருப்பினும், இது குவாண்டம் இயக்கவியலின் உள்ளடக்கத்தை விவரிக்கப் பயன்படுத்தப்படும் கருவியான கணித "வடிவத்தின்" நிறைவை மட்டுமே குறித்தது; பௌதிக விளக்கத்தின் கண்ணோட்டத்தில் அது நிறுவப்பட்டது என்று இது உணர்த்தவில்லை. பல பத்தாண்டுகளுக்குப் பிறகும் கூட, குவாண்டம் இயக்கவியல் நிகழ்வுகளின் "விளக்கம்" குறித்து முக்கிய இயற்பியலாளர்களிடையே கருத்து வேறுபாடுகள் தொடர்கின்றன. பெரும்பாலும் பிரதான விளக்கம் என்று குறிப்பிடப்படும் "கோபன்ஹேகன் விளக்கம்" முதல், அதன் வரம்புகளுக்குப் பதிலளிக்கும் விதமாக உருவான "பல-உலகங்கள் விளக்கம்" மற்றும் பல்வேறு பிற விளக்கங்கள் வரை, எந்தவொரு தனி விளக்கமும் முழுமையாக விளக்க முடியாத இடைவெளிகளை நிவர்த்தி செய்வதன் மூலம் இந்த வெவ்வேறு அணுகுமுறைகள் ஒன்றுக்கொன்று தொடர்ந்து துணைபுரிகின்றன. கடந்த காலத்தில் ஆஸ்திரியாவில் நடைபெற்ற ஒரு குவாண்டம் இயக்கவியல் மாநாட்டில், 33 உலகப் புகழ்பெற்ற இயற்பியலாளர்களிடம் அவர்கள் எந்த விளக்கத்தை ஆதரிக்கிறார்கள் என்று ஒரு கருத்துக் கணிப்பு நடத்தப்பட்டது; கோபன்ஹேகன் விளக்கம் 42%, தகவல்-கோட்பாட்டு விளக்கம் 24%, மற்றும் பல-உலகங்கள் விளக்கம் 18% வாக்குகளைப் பெற்றன. இந்தக் கருத்துக் கணிப்பில் எந்தவொரு தனி விளக்கமும் 50%-ஐத் தாண்டாததால், ஒவ்வொரு விளக்கத்திற்கும் அதன் சொந்த வரம்புகள் உள்ளன என்பது தெளிவாகிறது. இக்கட்டுரையில், இத்துறையின் கணிசமான பகுதியை உள்ளடக்கி, 'கவனித்தல்' எனும் செயல் குறித்து முரண்பட்ட கருத்துக்களைக் கொண்டுள்ள 'கோபன்ஹேகன் விளக்கம்' மற்றும் 'பல்-உலகங்கள் விளக்கம்' ஆகியவற்றைச் சுருக்கமாக அறிமுகப்படுத்தி, அவற்றின் வரம்புகளைப் பற்றி விவாதிப்பேன். 'தகவல்-கோட்பாட்டு விளக்கம்' இந்த விவாதத்திலிருந்து விலக்கப்பட்டுள்ளது, ஏனெனில் அது குவாண்டம் இயக்கவியலை மற்ற இரண்டிலிருந்தும் சற்றே மாறுபட்ட ஒரு கண்ணோட்டத்தில் பார்க்கிறது.
போர் மற்றும் ஹைசன்பெர்க் ஆகியோரால் முன்மொழியப்பட்ட கோபன்ஹேகன் விளக்கத்தின் அடிப்படைக் கட்டமைப்பு பின்வருமாறு: “கவனிப்பாளர் அளவிடும் கருவிகளைப் பயன்படுத்தாத வரை, ஒரு அணுவிற்குள் இருக்கும் எலக்ட்ரான் காரண காரிய விதிகளின்படி நகர்கிறது. இருப்பினும், வெளி-நேரத்தில் ஒரு நிலையான நிலை மற்றும் நேரத்தில் எலக்ட்ரானை விவரிக்க முயற்சிக்கும்போது, ​​தனித்த இடைவினைகள் குறுக்கிட்டு, அது காரண காரியத்திலிருந்து விலகக் காரணமாகின்றன, மேலும் கவனிப்பாளர் குவாண்டம் நிகழ்தகவுகளைச் சார்ந்திருப்பதைத் தவிர வேறு வழியில்லை.” நியூட்டனின் இயக்கவியல், பரு உலகில் கவனிக்கப்படும் துகள்கள் நகரும்போது நிலை மற்றும் உந்தத்திற்கான குறிப்பிட்ட, நன்கு வரையறுக்கப்பட்ட மதிப்புகளைக் கொண்டுள்ளன என்று கூறுகிறது. இதன் பொருள், கவனிப்பாளர்கள்—அதாவது, மனிதர்கள்—இருக்கும் பரு உலகில், நிலை மற்றும் உந்தம் ஆகியவை நிலையானவை. இருப்பினும், நுண் உலகில், இயக்கத்தில் உள்ள ஒரு எலக்ட்ரான், இந்த இயற்பியல் அளவுகளை ஒரு ஒற்றை மதிப்பாகத் திட்டவட்டமாகத் தீர்மானிக்க முடியாத ஒரு நிலையில் உள்ளது. மாறாக, பல்வேறு வேறுபட்ட நிலைகள் ஒரே நேரத்தில் இணைந்து இருக்கின்றன. எடுத்துக்காட்டாக, ஒரு எலக்ட்ரான் இருக்கக்கூடிய மூன்று சாத்தியமான நிலைகள்—1, 2, மற்றும் 3—இருந்தால், அது கவனிக்கப்படுவதற்கு முன்பு அந்த எலக்ட்ரான் ஒரே நேரத்தில் அந்த மூன்று நிலைகளிலும் இருக்கும். கணிதரீதியாக, இதை 1, 2, மற்றும் 3-க்குரிய அலைச் சார்புகளின் கூட்டுத்தொகையாக வெளிப்படுத்தலாம். பருநிலை உலகில் உள்ள ஒரு பார்வையாளர் எலக்ட்ரானைக் கவனிக்கும்போது, ​​அந்த நிலையுடன் தொடர்புடைய நிகழ்தகவால் தீர்மானிக்கப்படும் பல சாத்தியமான நிலைகளில், எலக்ட்ரான் ஒரே ஒரு நிலைக்குச் சுருக்கப்படுகிறது. வேறுவிதமாகக் கூறினால், "கவனித்தல்" என்ற செயல் எலக்ட்ரானின் நிலையை மாற்றுகிறது. உதாரணமாக, எலக்ட்ரான் நிலை 1-இல் இருப்பதாகத் தீர்மானிக்கப்படும் கணத்தில், அது ஒரே நேரத்தில் நிலை 2 மற்றும் 3-இல் இருப்பதற்கான சாத்தியம் மறைந்துவிடுகிறது. இதைத்தான் கோபன்ஹேகன் விளக்கம் "அலைச் சார்பின் சரிவு" என்று குறிப்பிடுகிறது. இதன் விளைவாக, கோபன்ஹேகன் விளக்கத்தில் "கவனித்தல்" என்ற செயல் பெரும் முக்கியத்துவத்தைப் பெறுகிறது.
ஐன்ஸ்டீன் போன்ற புகழ்பெற்ற இயற்பியலாளர்கள், பல்வேறு சிந்தனைச் சோதனைகளைச் சான்றாகக் காட்டி, கோபன்ஹேகன் விளக்கத்தை மறுத்தனர். இவற்றுள், மிகவும் அறியப்பட்டது “ஷ்ரோடிங்கரின் பூனை” ஆகும். மூடப்பட்ட ஒரு பெட்டிக்குள் ஒரு பூனையும், ஒரு துகளின் குவாண்டம்-இயந்திரவியல் ரீதியாக நிர்ணயிக்கப்பட்ட நிலையைப் பொறுத்து விஷத்தை வெளியிடக்கூடிய ஒரு கருவியும் உள்ளன. ஒரு குறிப்பிட்ட நேரத்திற்குப் பிறகு — அதுவே ஒரு நிலை — பெட்டிக்குள் இருக்கும் பூனை உயிருடன் இருக்கிறதா அல்லது இறந்துவிட்டதா என்பது, மூடி திறக்கப்பட்டு பூனை கவனிக்கப்படும் கணத்தில் மட்டுமே தீர்மானிக்கப்படுகிறது. நுண்ணுலகில் பெரும் முக்கியத்துவம் வாய்ந்த “கவனித்தல்” என்ற செயலை, பேரண்டத்திற்குப் பயன்படுத்துவது விசித்திரமான முடிவுகளுக்கு வழிவகுக்கிறது என்பதை இந்தச் சிந்தனைச் சோதனை விளக்குகிறது; இதன் விளைவாக, குவாண்டம் இயக்கவியலில் கவனித்தலின் அர்த்தம் குறித்த ஆழ்ந்த சிந்தனையை இது தூண்டியுள்ளது. இங்கிருந்துதான் “பல்-உலகங்கள் விளக்கம்” தொடங்குகிறது.
முன்னர் பிரின்ஸ்டன் பல்கலைக்கழகத்தில் பணியாற்றிய எவரெட் III, கோபன்ஹேகன் விளக்கத்தின் கூற்றுகளை மறுத்தார். ஒரு துகளின் நிகழ்தகவுப் பரவலானது உற்றுநோக்குதல் செயலால் மறைந்துவிடுவதில்லை என்றும், மாறாக, தொடக்கத்திலிருந்தே பல சாத்தியமான உலகங்கள் இருந்தன என்றும் அவர் வாதிட்டார். வேறுவிதமாகக் கூறினால், ஒரு துகளின் நிலை உற்றுநோக்குதலின் மூலம் ஒரே மதிப்பிற்குத் தீர்மானிக்கப்படுவதில்லை; மாறாக, பல இணையான உலகங்கள் ஏற்கனவே உள்ளன, மேலும் நாம் அவற்றில் ஒன்றை வெறுமனே உற்றுநோக்குகிறோம். நாம் நேரடியாக உற்றுநோக்காத நிலைகள் மற்ற சாத்தியமான உலகங்களில் வெளிப்பட்டுக் கொண்டிருக்கின்றன. உதாரணமாக, நமது உற்றுநோக்குதல் நிலை 2-ஐ அளித்தால், மற்ற நிலைகள் அந்தத் தருணத்தில் மறைந்துவிடுவதில்லை—அவை மற்ற உலகங்களில் வெளிப்பட்டுக் கொண்டிருக்கின்றன, மேலும் நம்மால் அவற்றை வெறுமனே உற்றுநோக்க முடியாது.
இருப்பினும், பல-உலகங்கள் விளக்கத்தில் தெளிவான சிக்கல்கள் உள்ளன. நிகழக்கூடிய ஒரு நிகழ்வு, சாத்தியமான எல்லா உலகங்களிலும் நடந்தால், ஒவ்வொரு நிலையுடனும் தொடர்புடைய நிகழ்தகவுக்கு என்ன அர்த்தம் இருக்கிறது? எவரெட் ஒவ்வொரு நிலையையும் ஒரு எடையால் பெருக்குவதன் மூலம் இதைத் தீர்க்க முயன்றார். இருப்பினும், ஒரு உலகம் மற்றொன்றை விட முக்கியமானது என்பதன் அர்த்தம் என்ன என்பது இன்னும் விவாதத்திற்குரிய ஒரு பொருளாகவே உள்ளது.
இந்த இரண்டு விளக்கங்களையும் கருத்தில் கொள்ளும்போது—ஒவ்வொன்றும் அதன் சொந்த முக்கியத்துவத்தையும் வரம்புகளையும் கொண்டுள்ளது—நான் கோபன்ஹேகன் விளக்கத்தையே ஆதரிக்கிறேன். குவாண்டம் இயக்கவியலின் தோற்றத்திற்கு நாம் திரும்பிச் சென்றால், அது இறுதியில் நுண்ணுலகில் உள்ள நிகழ்வுகளை விளக்குவதற்காகவே பிறந்தது என்பதை நாம் காண்கிறோம். வேறுவிதமாகக் கூறினால், உற்றுநோக்கல் மற்றும் அதன் விளைவாகக் கிடைக்கும் உண்மைகள் மூலம் நிகழ்வுகளைப் புரிந்துகொள்வதற்காக அது உருவாக்கப்பட்டதால், உற்றுநோக்குபவரின் உற்றுநோக்கும் செயல் அத்தகைய குறிப்பிடத்தக்க முக்கியத்துவத்தைக் கொண்டுள்ளது. துகள்களின் உண்மையான உற்றுநோக்கலில், ஒரு தனித் துகளின் நிலையைக் கவனிக்க, நாம் அதன் மீது ஒரு குறிப்பிட்ட அளவு செல்வாக்கைச் செலுத்த வேண்டும். இயற்பியலில், இது "குழப்பம்" (perturbation) என்று அழைக்கப்படுகிறது. வேறுவிதமாகக் கூறினால், ஒரு துகளின் நிலையைக் கவனிப்பது என்பது, அத்துகளில் ஒரு சிறிய மாற்றத்தைத் தூண்டி, பின்னர் அதன் பிரதிபலிப்பைக் கவனிப்பதை உள்ளடக்கியது. கணிதரீதியாக, துகளில் ஒரு மாற்றத்தைத் தூண்டுவதற்கும் அலைச் சார்பின் சரிவுக்கும் இடையிலான தொடர்பு ஓரளவு தெளிவற்றதாக இருந்தாலும், இரண்டுமே அசல் நிலையை மாற்றுகின்றன என்பதில் அவை ஒத்துப்போகின்றன. இதன் பொருள், உற்றுநோக்கும் செயலே இயற்பியல் ரீதியாக முக்கியத்துவம் வாய்ந்தது என்பதாகும்.
குவாண்டம் இயக்கவியல், பாரம்பரிய நியூட்டனின் இயக்கவியலின் தீர்மானவாத மனப்பான்மையிலிருந்து விலகி, ஒரு நிகழ்தகவு அணுகுமுறையை ஏற்றுக்கொண்டுள்ளது. தங்களுக்கு முன்னால் இருக்கும் ஒரு ஆப்பிளின் நிலை, ஒவ்வொரு முறையும் அதைப் பார்க்கும்போது மாறுபட்ட நிகழ்தகவுகளுடன் மாறுகிறது என்ற கருத்தை எத்தனை பேரால் எளிதில் ஏற்றுக்கொள்ள முடியும்? பொருட்களின் திட்டவட்டமான நிலைகளுக்குப் பழக்கப்பட்ட மக்களுக்கு, நுண்ணுலகில் நிகழும் நிகழ்வுகளைப் புரிந்துகொள்ள உதவுவதில், கோபன்ஹேகன் விளக்கம் மற்றும் பல-உலகங்கள் விளக்கம் ஆகிய இரண்டுமே தமக்கே உரிய முக்கியத்துவத்தையும் வரம்புகளையும் கொண்டுள்ளன என்பது உண்மைதான். நான், அறிவியல் நிகழ்வுகளையும் அவற்றைக் கவனிப்பதன் மூலம் பெறப்படும் முடிவுகளையும் பயன்படுத்தி புதிய தொழில்நுட்பங்களை எவ்வாறு உருவாக்குவது என்பது குறித்துப் படித்துவரும் ஒரு பொறியியல் மாணவன். குவாண்டம் இயக்கவியலின் வளர்ச்சி, நுண்ணுலகில் உள்ள நிகழ்வுகளை விளக்குவதற்கான கருவிகளை நமக்கு வழங்கியுள்ளது, மேலும் இது மக்களுக்குப் பயனுள்ள தொழில்நுட்பங்களுக்கு நேரடியாக வழிவகுத்துள்ளது. நவீன மருத்துவத்திற்கு குறிப்பிடத்தக்க பங்களிப்பை வழங்கியுள்ள MRI (காந்த அதிர்வுப் படமாக்கல்) கருவியானது, குவாண்டம் இயக்கவியலில் இருந்து NMR (அணு காந்த அதிர்வு) நிகழ்வைப் பயன்படுத்தி உருவாக்கப்பட்டது; இந்தத் தொழில்நுட்பம் மூலக்கூறு அமைப்புகளைத் தீர்மானிக்கும் நிறமாலையியலில் மட்டுமல்லாமல், எண்ணெய் ஆய்விலும் கூடப் பயன்படுத்தப்படுகிறது. இதன் அடிப்படையில், நிகழ்வுகளை விளக்குவதற்கு மிகவும் பொருத்தமான விளக்கம்—அதையே நான் அறிவியலின் நோக்கமாகக் கருதுகிறேன்—அதிக முக்கியத்துவம் பெறும் என்று நான் நம்புகிறேன்.