kvantum physics - 4 books and stories free download online pdf in Gujarati

ક્વોન્ટમ ફિઝીક્સ (ભાગ-૪)

શું છે આ Quantum Physics? (ભાગ-૪)

ઇ.સ.૧૯૨૭માં વર્નર હાઇઝનબર્ગે અનિશ્ચિતતાનો સિધ્ધાંત આપ્યો ત્યારે ભૌતિકવિજ્ઞાનનું જગત સૂક્ષ્મ કણોના અવલોકન અને તેના માપનને લગતી અનેક મૂંઝવણોમાંથી પસાર થઇ રહ્યું હતું. ક્વોન્ટમ ભૌતિકવિજ્ઞાનના ભીષ્મ પિતામહોમાંના એક એવાં ભેજાબાજ જર્મન વૈજ્ઞાનિક વર્નર હાઇઝનબર્ગનો મૂળ સિધ્ધાંત એક લીટીમાં આ મુજબ છે. કોઇપણ કણના વેગમાન અને સ્થાન એકસાથે માપી શકાય નહી. અહીં પ્રાયોગિક મર્યાદાઓની વાત નથી. થિયરીમાં પણ એ માપી શકાય નહી. કહો કે કુદરતમાં વેગમાન અને સ્થાનને એકસાથે માપવુંએ નામની કોઇ વસ્તુ અસ્તિત્વજ ધરાવતી નથી. આપણે જોઇ ગયાં કે, વેગમાન એ વેગ અને દળનો ગુણાકાર છે એટલે એમ પણ કહી શકાય કે કોઇપણ કણના સ્થાન અને વેગ એ બંનેને એકસાથે માપવા પ્રકૃતિમાં અશક્ય છે.

હાઇઝનબર્ગના અનિશ્ચિતતાના સિધ્ધાંતને આપણા દૈનિક જીવનના સામાન્ય અનુભવોથી સમજવો અને સમજાવવો અશક્ય છે. એમ સમજો કે મોટી વસ્તુઓ જેવી કે કાર, બાઇક, પર્વતો, તમે, હું, આ પૃથ્વી વગેરે તમામના સ્થાન અને વેગ લગભગ ચોકસાઇથી માપી શકાય છે કારણ કે મોટું દળ ધરાવતી વસ્તુઓના કિસ્સામાં અનિશ્ચિતતા અત્યંત નાની હોય છે. એટલી નાની કે તેને અવલોકી શકાતી નથી. એટલેજ આપણી રોજબરોજની જીંદગી આસાન છે. પરંતુ સૂક્ષ્મ સ્તરે, પરમાણ્વીક કણોની દુનિયામાં ક્વોન્ટમ ફિઝીક્સના નિયમો અત્યંત પાવરફુલ છે. ત્યાંની દુનિયા આપણી દુનિયાથી સાવ અલગ છે. આવાંજ એક સૂક્ષ્મ કણ ફોટોન અને હાઇડ્રોજનના પરમાણુ વડે નીચેના ઉદાહરણથી આ વાત સમજીએ.

માની લો કે એક રૂમમાં હાઇડ્રોજનના ઘણાબધા પરમાણુઓ વિખેરાયેલા પડ્યાં છે. માનો કે એ રૂમમાં (હાઇડ્રોજન રૂપી) નાની લખોટીઓ વિખેરાયેલી પડી છે. રૂમમાં અંધકાર છે, સાવ અંધકાર. પ્રકાશનું ક્યાંય નામોનિશાન નથી. રૂમમાં કોઇક જગ્યાએ તમે બેઠા છો અને તમારા હાથમાં એક ફોટોન ગન છે, જેમાંથી તમે ફોટોનનો મારો કરી શકો છો. તમારી પાસે એક ડીટેક્ટર છે, જે ફોટોનના જવાનો અને પાછા આવવાનો સમય માપી શકે છે. હવે જો તમને તમારા અને હાઇડ્રોજનનાં કોઇ એક પરમાણું વચ્ચેનું અંતર માપવાનું કહેવામાં આવે તો તમારી પાસે એક જ રસ્તો છે. હાઇડ્રોજનના પરમાણૂઓ (પ્રમાણમાં થોડી મોટી લખોટીઓ) પર પ્રકાશના કણ એવાં ફોટોન (નાની લખોટીઓ) નો મારો કરવાનો રસ્તો. ફોટોન ગનમાંથી નીકળેલો ફોટોન હાઇડ્રોજનના પરમાણુને અથડાશે અને અથડાઇને પાછો બાઉન્સ બેક થશે. આ દરમિયાન લાગતો કુલ સમય ડીટેક્ટર માપી લેશે, એ સમયને પ્રકાશના વેગ વડે ગુણી દો એટલે તમારા અને પેલા હાઇડ્રોજનના પરમાણુ વચ્ચેનું એક્ઝેટ અંતર મળી જશે. પ્રકાશનો વેગ અચળ છે અને એનું મૂલ્ય પણ જગજાહેર (૧ સેકન્ડમાં ૩,૦૦,૦૦૦ કિલોમીટર) છે એટલે આ પ્રક્રિયામાં ખાસ તકલીફ નહી પડે. તમને હાઇડ્રોજનના પરમાણુના સ્થાનનું મૂલ્ય મળી જશે. પરંતુ પ્રશ્ન હવે આવશે. ફોટોન (નાની લખોટીઓ) હાઇડ્રોજનના પરમાણુ (મોટી લખોટી) ને અથડાઇને બાઉન્સ બેક તો થઇ ગયો પણ અથડામણના કારણે જે બળ લાગ્યું (ભૌતિકવિજ્ઞાનની ભાષામાં તેને આઘાતકહે છે) તે બળના કારણે હાઇડ્રોજનનો પરમાણુ (મોટી લખોટી) ચલિત થઇ ગયો, પોતાના સ્થાનેથી ખસી ગયો. એનું સ્થાન બદલાઇ ગયું. પરંતુ બાઉન્સ બેક થઇ આપણા સુધી પહોંચેલો ફોટોન તો અથડામણ વખતે હાઇડ્રોજનના પરમાણૂનું જે જૂનું સ્થાન હતું એનીજ માહિતી લઇને પાછો આવ્યો છે એટલે એ માહિતી ખોટી સાબિત થશે કારણ કે પરમાણુનું મૂળ સ્થાન તો હવે બદલાઇ ગયું છે. આમ, આપણે અવલોકન નહી કરીએ ત્યાં સુધી કણ પોતાની મૂળ અવસ્થા જાળવી રાખેશે. પરંતુ કોઇપણ રીતે, જેવું આપણે તેનું અવલોકન કરીશું કે તરતજ (આપણા અવલોકન કરવાના કારણે) એની અવસ્થા બદલાઇ જશે.

હાઇડ્રોજનના પરમાણુ તો સરખામણીની દ્રષ્ટીએ હજી મોટા કણ છે. ઇલેક્ટ્રોન જેવાં પરમાણ્વિક કણ લઇએ તો આ વાત હજી વધુ સ્પષ્ટ બને છે. ઇલેક્ટ્રોનના વેગને સચોટતાથી માપવાનો આપણો પ્રયત્ન તેના સ્થાનને ડિસ્ટર્બ કરી દે છે. જેથી વેગ અને સ્થાનને એકસાથે માપવાની કોઇ સંભાવના રહેતી નથી. આ વાતને અવલોકન કરનાર સાધનોની ખામી કે મર્યાદા સાથે કોઇ લેવાદેવા નથી. એને ટેકનોલોજી કે અવલોકનની ટેકનીક સાથે પણ લેવાદેવા નથી. અવલોકન કરનાર વ્યક્તિ ગમે તે હોય પરિણામ આજ રહેશે. કારણ કે આ ઘટના કણ અને તરંગના પ્રકૃતિ સાથેના જોડાણથી ઉદભવતી અસર છે. ભારેખમ શબ્દોમાં કહીએ તો કણ અને તરંગના પ્રકૃતિ (space-time fabric) સાથેના આંતર-જોડાણથી ઉદભવતી આ એક સૂક્ષ્મ પરમાણ્વિક બહુ આયામી (microscopic multidimensional) અસર છે.

ક્વોન્ટમ ફિઝીક્સ અનુસાર તરંગ પ્રકૃતિ એ દરેક કણ સાથે સંકળાયેલો ગુણધર્મ છે. કહો કે દરેક કણ સાથે એક તરંગ સંકળાયેલો હોય છે. શરૂઆતમાં માત્ર ફોટોન જ કણ પ્રકૃતિ અને તરંત પ્રકૃતિ ધરાવે છે તેમ માનવામાં આવતું પરંતુ લુઇસ વિક્ટર ડીબ્રોગ્લી નામના ઓસ્ટ્રીયન ભૌતિકવિજ્ઞાનીની થિયરી આવ્યાં પછી ઇલેક્ટ્રોન સહિત તમામ કણો તરંગ પ્રકૃતિ ધરાવે છે તેમ સાબિત થયું અને તેને પ્રાયોગિક અનુમોદન પણ આસાનીથી મળી ગયું. આમ, દરેક કણ તરંગ પ્રકૃતિ ધરાવે છે. તરંગ હંમેશા શૃંગ અને ગર્ત સ્વરૂપે આગળ વધે છે. જ્યાં તરંગના શૃંગ વધુ ઘટ્ટ અને તીવ્ર હોય ત્યાં કણના હોવાની સંભાવના વધી જાય છે. હવે, ક્વોન્ટમ ફિઝીક્સમાં (અવલોકનની ગેરહાજરીમાં) કણ મૂળભૂત રીતે છે જ નહી (કણ બનવાની મત્ર સંભાવના છે), અને તેથી કણ હોવાની મહત્તમ સંભાવના કયા ક્ષેત્રમાં છે તે જ જાણવું પડે છે, તેજ જાણી શકાય છે. ક્વોન્ટમ ફિઝીક્સ અનુસાર આ સૃષ્ટીમાં તમામ વસ્તુઓ, ત્યાં સુધી, માત્ર તરંગ સ્વરૂપે જ અસ્તિત્વ ધરાવે છે, જ્યાં સુધી તેનું અવલોકન કરવામાં આવતું નથી. અવલોકન કરતાંજ એ તરંગ વાસ્તવીક કણમાં પરિવર્તિત થઇ જાય છે અને આજ છે બ્રહ્માંડની પરમ વાસ્તવિકતા.

કોઇક જગ્યાએ તરંગ તીવ્ર અને ઘટ્ટ બનતું જાય તો ત્યાં કણના હોવાની (કશુંક નક્કરના સર્જનની) સંભાવના વધી જાય છે અને એટલેજ, હવે, તરંગલંબાઇ સચોટ રીતે માપી શકાતી નથી. તરંગલંબાઇ માપવાની સંભાવના હવે ઘટી જાય છે. તરંગલંબાઇના અભાવે તેનું વેગમાન માપી શકાતું નથી. આમ, જો તરંગનું સ્થાન મજબુત થાય (એટલે કે કણ અસ્તિત્વમાં આવવાનું શરૂ કરે) તો તેનું વેગમાન નબળું પડી જાય છે. બીજી તરફ કોઇ તરંગ, તરંગ સ્વરૂપમાંજ આગળ વધતું હોય તો તેની તરંગલંબાઇ માપી શકાય છે અને તેથી તેનું વેગમાન પણ માપી શકાય છે. પરંતુ આવું તરંગ ફેલાયેલું હોય છે અને ખાસ્સી મોટી જગ્યામાં સતત ફેલાતું જાય છે, એવામાં એનું નિશ્ચિત સ્થાન માપી શકાતું નથી.

આ ભારેખમ ચર્ચા પછી માથુ પાકી ગયું હોય તો થોડી હળવી વાત સાથે ટોપીકનો અંત લાવીએ. હાઇઝનબર્ગનો સિધ્ધાંત આવ્યો એ વખતે જર્મનીમાં હિટલરનો ઉદય થયો હતો. એણે સત્તાના સુત્રો પોતાના હાથમાં લઇ લીધા હતાં. જ્યારે એને હાઇઝનબર્ગના સિધ્ધાંત અને કણ-તરંગ દ્વૈત વાદ વિશે ખબર પડી ત્યારે દસેક મિનિટ તો એણે જર્મન વૈજ્ઞાનિકો અને નાઝી સેનાનો ઉધડો લઇ નાંખ્યો. હિટલર ગુસ્સાથી રાતો-પીળો થઇ ગયો અને બધાને વ્યવસ્થિત ધમકાવી નાંખ્યા. ધમકાવવાની હદ આવી ગઇ ત્યારે એ શાંત પડ્યો. પાંચ મિનિટ એમજ શાંતિથી બેઠો અને પછી રીતસર રડમસ થઇ ગયો. ઢીલા અવાજે એણે પુછી નાંખ્યુ, “શું ખરેખર દરેક પદાર્થ કણ અને તરંગ એમ બેવડી પ્રકૃતિ ધરાવે છે? શું ખરેખર બધું તરંગ છે અને હું જોઉ છું ત્યારેજ બધું અસ્તિત્વમાં આવે છે, અને જ્યારે હું નથી જોતો ત્યારે કશું અસ્તિત્વમાં જ નથી હોતું? શું ખરેખર કણ એક જ સમયે બે જગ્યાએ અસ્તિત્વ ધરાવી શકે છે? શું ખરેખર ક્વોન્ટમ ફિઝીક્સ અને બ્રહ્માંડ આટલું વિચિત્ર છે? અને હું જેની પાછળ ભાગી રહ્યો છું એ બધું ભ્રમ છે?”

Share

NEW REALESED