ஐன்ஸ்டைனை வென்றதற்காக நோபல் பெறுபவர்கள்

கடவுள் இந்தப் பிரபஞ்சத்தை வைத்துத் தாயம் விளையாடவில்லை. குவாண்டம் இயற்பியலின் அசாதாரணமான, விநோதமான, இன்னும் சொல்லப்போனால் ‘கிறுக்குத்தன’மான கோட்பாடுகளை, ஏற்க முடியாமல் ஐன்ஸ்டைன் சொன்ன வாசகம் இது. 

ஆலென் ஆஸ்பெ (Alain Aspect), ஜான் க்ளாவ்ஸர் (John Clauser), ஆன்டான் ஜெய்லிங்கர் (Anton Zeilinger) ஆகிய மூன்று இயற்பியலர்களுக்கும் தற்போது நோபல் பரிசு அறிவிக்கப்பட்டிருப்பதைப் பார்க்க ஐன்ஸ்டைன் உயிரோடு இருந்திருந்தால் தனது கூற்றை இப்படி மாற்றிக்கொண்டிருப்பார்: “ஆம், கடவுள் இந்தப் பிரபஞ்சத்தை வைத்துக் கன்னாபின்னாவென்று தாயம் விளையாடிக்கொண்டிருக்கிறார்தான்.”

கடந்த 120 ஆண்டு கால அறிவியலைப் பற்றிப் பேசினால் ஐன்ஸ்டைனை விட்டு விட்டுப் பேச முடியாது அல்லவா. அதேபோல் இந்த நோபல் பரிசுக்கும் ஐன்ஸ்டைனுக்கும் நெருங்கிய தொடர்பு இருக்கிறது. ஏனெனில், குவாண்டம் கோட்பாட்டுக்கு எதிராக ஐன்ஸ்டைன் முன்வைத்த கருத்துகளை மறுத்து, குவாண்டம் கோட்பாடே சரியானது என்று நிரூபித்ததற்காக இந்த மூவருக்கும் விருது வழங்கப்பட்டிருக்கிறது. இந்தப் பரிசு எதற்காக அறிவிக்கப்பட்டிருக்கிறது என்பதைப் புரிந்துகொள்வதற்கு குவாண்டம் கோட்பாட்டின் சில அடிப்படைகளைத் தெரிந்துகொள்வது அவசியம். ஆகவே, ஒரு சிறு அறிமுகம்.

குவாண்டம் கோட்பாட்டின் தொடக்கம்…

ஐன்ஸ்டைனின் சார்பியல் கோட்பாடுகள் பிரபஞ்சம், விண்மீன்கள், கருந்துளை என்று பேருலகு குறித்துப் பேசுபவை. குவாண்டம் கோட்பாடு என்பது அணுவின் உள் உலகு குறித்தும் அடிப்படை விசைகள் குறித்தும் பேசுவது. குவாண்டம் கோட்பாட்டின் தந்தையர்களாகக் கருதப்படுபவர்கள் மாக்ஸ் பிளாங்க் (Max Planck, 1858-1947), நீல்ஸ் போர் (Niels Bohr, (1885-1962)), ஐன்ஸ்டைன் ஆகிய மூவரும். (பாருங்கள், ஐன்ஸ்டைன் தான் பெற்ற பிள்ளைக்கு எதிராகவே பின்னாளில் போர்க்கொடி தூக்கியிருக்கிறார்!). 

மின்காந்த சக்தி என்பது சிறு குவாண்டாக்களாக (பொட்டலங்களாக) வெளிப்படுகிறது என்று மாக்ஸ் பிளாங்க் 1900இல் அறிவித்தார். இதுதான் குவாண்டம் இயற்பியலின் தொடக்கப்புள்ளி. இதற்காக 1918இல் அவருக்கு நோபல் பரிசு கிடைத்தது. ஒளி என்பது சக்திப் பொட்டலங்களாக வெளிப்படுகிறது என்று 1905இல் தனது அறிவியல் கட்டுரையில் ஐன்ஸ்டைன் எழுதினார். இது குவாண்டம் இயற்பியலின் அடுத்த கட்டம். பிறகு, நீல்ஸ் போர் தன்னுடைய மாணவர்கள், சக அறிவியலர்களை இணைத்துக்கொண்டு குவாண்டம் இயற்பியலுக்கு மட்டுமல்ல அறிவியலுக்கும் நம் சிந்தனைக்குமே புதிய வரையறை எழுதப்படுவதற்கு வித்திட்டார்.

குவாண்டம் கோட்பாடு என்ன சொல்கிறது?

நோபல் பரிசு பெற்ற இயற்பியலர் ரிச்சர்ட் ஃபெய்ன்மேன் குவாண்டம் இயற்பியலைப் பற்றி இப்படிக் கூறினார்: “குவாண்டம் இயற்பியலை யாருமே புரிந்துகொள்ளவில்லை என்று நான் உறுதியாகச் சொல்வேன்.” அந்த அளவுக்கு குவாண்டம் கோட்பாடு விளக்குவதற்கு மிகவும் கடினமானது என்றாலும் சில அடிப்படைகளை நாம் இங்கு பார்க்கலாம்.

1. பொருள் என்பது அடிப்படையில் அலை-துகள் என்ற இரட்டைத்தன்மை (wave-particle duality) கொண்டது. அதாவது ஒரு பொருள் ஒரே நேரத்தில் அலையாகவும் பொருளாகவும் இருக்கிறது. அலை என்றால் நாம் வழக்கமாகக் கற்பனை செய்துகொள்வதுபோல் மேலும் கீழும் இறங்கும் கடல் அலை போன்றது அல்ல. இது சாத்தியங்களின் அலை, சாத்தியங்களின் தொகுப்பு.
2. இந்தப் பிரபஞ்சத்தில், அணுவின் உள்ளிருந்து ஒட்டுமொத்தப் பிரபஞ்சம் வரை, எதற்கும் திட்டவட்டமான அர்த்தமோ வரையறையோ கிடையாது. ஒன்றைப் பார்க்கும்போதோ கேட்கும்போதோ வேறு புலன்களால் உணரும்போதோ சோதனையில் அளவிடும்போதோதான் அதற்கான வரையறை ஏற்படுகிறது. அதுவரை அது சாத்தியங்களின் தொகுப்பாகத்தான் இருக்கிறது. எடுத்துக்காட்டாக, தேன்மொழி என்ற பெண் ஃபீனிக்ஸ் மாலுக்கு உங்களை வரச் சொல்லிவிட்டு அதன் பிறகு தனது செல்பேசியைத் தொலைத்துவிடுகிறார். அந்தப் பெண்ணை ஃபீனிக்ஸ் மாலில் தேடுகிறீர்கள். நீங்கள் அந்தப் பெண்ணைக் கண்டுபிடிக்கும் வரை அவர் அந்த மாலின் எல்லாக் கடைகளிலும் எல்லாத் தளங்களிலும் இருப்பதற்கான சாத்தியம் இருக்கிறது. ஃபீனிக்ஸ் மாலில் இல்லாததற்கான சாத்தியமும் இருக்கிறது. இந்த அத்தனை சாத்தியங்களையும் ஒரு தாளில் பட்டியலிட்டுக்கொள்ளுங்கள். நூறு சாத்தியங்கள் என்று வைத்துக்கொள்வோம். இறுதியில் தேன்மொழியை இரண்டாவது தளத்தில் உள்ள ஒரு புத்தகக் கடையில் கண்டுபிடிக்கிறீர்கள். இப்போது தேன்மொழிக்கு உங்கள் அளவில் ஒரு திட்டவட்ட வரையறை கிடைத்துவிடுகிறது. மற்ற 99 சாத்தியங்களையும் அடித்துவிடுகிறீர்கள் (குவாண்டம் மொழியில் சொன்னால், தேன்மொழியின் அலைச் செயல்பாட்டை நீங்கள் குலைத்துவிடுகிறீர்கள்).  இப்படித்தான் எல்லாவற்றுக்கும். உங்கள் அவதானிப்பு ஒரு பொருளுக்கு வரையறையைக் கொடுக்கிறது. உங்கள் அவதானிப்பு நீங்கள் அவதானிக்கும் பொருளில் மாற்றம் ஏற்படுத்துவிடுகிறது. ஏன் என்றால் அவதானிக்கும் ஒன்று, உங்களையும் அவதானிக்கிறது. 
3. குவாண்டம் பிணைப்புக்கு வருவோம். (இது தொடர்பாகத்தான் தற்போது நோபல் விருது வழங்கப்பட்டிருக்கிறது). ஒன்றுக்கொன்று தொடர்புடைய அல்லது தொடர்புகொள்ள நேரிடும் எலெக்ட்ரான்கள், ஃபோட்டான்கள் போன்றவை குவாண்டம் பிணைப்புக்கு உள்ளாகின்றன. இதனால் இரண்டும் ஒன்றுக்கொன்று பிணைக்கப்பட்ட நிலையில், ஒன்றையொன்று தாக்கம் செலுத்தக்கூடிய நிலையில் இருக்கின்றன. குவாண்டம் பிணைப்பில் உள்ள இரண்டு பொருட்களை எவ்வளவு தூரத்தில் பிரித்துவைத்தாலும் அவை தொடர்பில் இருக்கும். குவாண்டம் பிணைப்பிலுள்ள எலெக்ட்ரான்களுள் ஒன்றை இடையூறு செய்தால் தூரத்தில் உள்ள அதன் இன்னொரு இணைக்கும் இடையூறு ஏற்படும். ஒளிவேகத்தைவிட அவற்றுக்கு இடையிலான தகவல் பரிமாற்றம் இருக்கும்.

குவாண்டம் கோட்பாட்டிலும் குவாண்டம் பிணைப்பிலும் ஐன்ஸ்டைனுக்கு என்ன பிரச்சினை?

ஐன்ஸ்டைன் தனது சிறப்புச் சார்பியல், பொதுச் சார்பியல் கோட்பாடுகளால் அறிவியல் உலகில் பெரும் புரட்சி செய்து சூப்பர் ஸ்டாராக வலம்வந்தாலும் குவாண்டம் இயற்பியலின் விநோதத் தன்மையை ஏற்றுக்கொள்ள முடியாத மரபியராகவே இருந்தார். இந்தப் பிரபஞ்சமும் அதில் உள்ள ஒவ்வொரு அணுவும் திட்டவட்டமான வரையறைகளைக் கொண்டிருக்கின்றன என்றும் அறிவியலைக் கொண்டு அனைத்தையும் விளக்கிவிட முடியும் (அதற்கான காலம் வராவிடினும் எதிர்காலத்திலாவது) என்றும் அவர் நம்பினார். 

இதற்கு மாறாக, திட்டவட்டமாகவோ முழுமையாகவோ இந்தப் பிரபஞ்சத்தில் உள்ள எதையும் அறிந்துகொள்ள முடியாது என்று குவாண்டம் இயற்பியல் கூறுகிறது. மேலும், ஐன்ஸ்டைனின் சிறப்புச் சார்பியல் விதியின்படி இந்தப் பிரபஞ்சத்தில் உச்சபட்ச வேகத்தைக் கொண்டிருப்பது ஒளிதான்; அதன் வேகத்தை எதனாலும் யாராலும் மிஞ்ச முடியாது. 

குவாண்டம் பிணைப்பிலுள்ள இரண்டு எலெக்ட்ரான்கள் வெகு தொலைவில் இருந்தாலும் ஒளியின் வேகத்தைவிட தங்களுக்கிடையில் தகவல் பரிமாற்றம் செய்துகொள்கின்றன. இது சிறப்புச் சார்பியலுக்கு முரணாக இருக்கிறது. ஆகவேதான், தன் வாழ்நாளின் பிற்பகுதி கால் நூற்றாண்டு காலம் குவாண்டம் இயற்பியலுக்கு எதிராகப் போர்க்கொடி தூக்கிவந்தார். குவாண்டம் இயற்பியலை மறுக்கக்கூடிய சில சிந்தனைப் பரிசோதனைகளை (Thought experiments - அதாவது ஒளியின் வேகத்தில் ஒருவர் பயணித்தால் என்ன ஆகும் என்று ஆய்வகத்தில் இல்லாமல் சிந்தனைக்குள் நடத்திப் பார்ப்பதைப் போன்ற சோதனைகள்) அவர் தொடர்ந்து முன்வைத்தார்; குவாண்டம் இயற்பியலர்கள் அவற்றைத் தொடர்ந்து மறுத்துக்கொண்டுவருகின்றனர். தங்கள் தரப்பைத் திட்டவட்டமாக நிரூபித்தும் வருகின்றனர். ஆனால், கடந்த நூறு ஆண்டுகளில் மிகவும் வெற்றிகரமாவும் துல்லியமாகவும் அதிக அளவிலும் பரிசோதிக்கப்பட்டு நிரூபிக்கப்பட்ட கோட்பாடாக குவாண்டம் கோட்பாடுதான் இருக்கிறது. 

ஒளியைவிட வேகமாகத் தகவல் எப்படிப் பயணிக்கும்?

பிணைக்கப்பட்ட நிலையில் உள்ள இரண்டு எலெக்ட்ரான்களை பிரபஞ்சத்தின் இரண்டு முனைகளுக்கு அனுப்புகிறோம் என்று வைத்துக்கொள்வோம். இரண்டு முனைகளுக்கும் இடையே உள்ள தூரம் கோடி கோடி கோடி கோடி... மைல்களுக்கும் மேலே இருக்கும். ஒரு முனையில் உள்ள எலெக்ட்ரானுக்கு இடையூறு விளைவித்தால் மறுமுனையில் உள்ள எலெக்ட்ரான் உடனே எதிர்வினையாற்றும். முதல் எலெக்ட்ரான் இடையூறுக்கு உள்ளாக்கப்பட்ட தகவல் இரண்டாவது எலெக்ட்ரானிடம் எப்படிப் போய்ச் சேர்ந்தது என்பதைவிட முக்கியமான கேள்வி இவ்வளவு வேகத்தில், அதாவது நேர இடைவெளி இன்றி, அந்தத் தகவல் எப்படிப் போய்ச்சேர்ந்தது என்பதுதான். 

குவாண்டம் இயற்பியலுக்கு எதிராக ஐன்ஸ்டைன் வைத்த முக்கியமான கேள்வி 'இந்த பிரபஞ்சத்தில் ஒளியின் வேகம்தான் உச்சபட்சம். அதை விஞ்சி எப்படி தகவல் பயணிக்கும்?'

ஐன்ஸ்டைன் உள்ளிட்டு நாம் அனைவரும் நினைப்பது என்னவென்றால் இரண்டு எலெக்ட்ரானும் தனித்தனி இடத்தில் தனித்தனிப் பொருளாக இருக்கின்றன என்பதே. உண்மை என்னவென்றால் பிணைக்கப்பட்ட பின் இரண்டும் எவ்வளவு தூரத்தில் இருந்தாலும் ஒரே பொருள்தான். அதாவது ஈரிடம் ஓருயிர். ஓருயிருக்கு தனக்கு நேரும் எதுவும் உடனே தெரியாதா என்ன?

நோபல் அறிவியலர்கள் இதில் எங்கே வருகிறார்கள்?

ஐன்ஸ்டைனும் அவரது சகாக்களும் முன்வைத்த சிந்தனைப் பரிசோதனை ஒன்றை (EPR Paradox) மறுதலிக்க வடக்கு அயர்லாந்தைச் சேர்ந்த இயற்பியலர் ஜான் பெல்லும் (1928-1990) ஒரு சிந்தனைப் பரிசோதனையை முன்வைத்தார். ஜான் பெல் முன்வைத்த சிந்தனைப் பரிசோதனையை அமெரிக்க இயற்பியலர்கள் ஜான் க்ளாவ்ஸரும் ஸ்டூவர்ட் ஃப்ரீட்மனும் (1944-2012) ஆய்வகத்தில் ஆய்வு செய்துபார்க்கிறார்கள். திசைப்படுத்தப்பட்ட ஒளித் துகள்களை (polarized photons) ஒரு லென்ஸின் வழியாகச் செலுத்தி அவற்றின் திசையை அளவிட்டார்கள். ஆம், குவாண்டம் பிணைப்பிலுள்ள இரண்டு ஃபோட்டான்களும் உடனுக்குடன் தகவல்களைப் பரிமாறிக்கொள்கின்றன. ஒன்றை அளப்பதன் மூலம் இன்னொன்று பற்றிய தகவல்களை அதனை அளக்காமலேயே தெரிந்துகொள்ள முடிந்தது. ஐன்ஸ்டைனுக்குத் திட்டவட்டமான மறுப்பு!

அப்படி நினைத்துவிட வேண்டாம். அந்தப் பரிசோதனையின்போது ஐன்ஸ்டைன் உயிரோடு இருந்திருந்தால் அவர் இப்படிக் கேட்டிருப்பார்: “ஒளித் துகள்கள் புறப்படும்போது லென்ஸ் எந்த நிலையில் அமைக்கப்பட்டிருக்கும் என்பது குறித்த அறிவோடு அவை புறப்பட்டிருந்தால்…?” 

விடலாமா? அடுத்ததாக, காட்சியில் பிரெஞ்சு அறிவியலர் ஆலென் ஆஸ்பெ (பிறப்பு: 1947) வருகிறார். பிழைகள் ஏதும் நேர்ந்துவிடாத வகையில் துல்லியமானதோர் ஆய்வை மேற்கொள்கிறார். ஒளித் துகள்கள் அவற்றை உமிழும் கருவியிலிருந்து வெளிப்பட்ட பின் ஒரு நொடியின் நூறு கோடியில் ஒரு பங்கு கால அளவுக்குள் லென்ஸின் திசை எந்தத் திட்டமுமில்லாமல் தானாகவே மாறிக்கொள்ளும்படி செய்தார். இதை ஒளித் துகள் முன்கூட்டியே அறிந்திருக்காது அல்லவா? இந்த முறையும் ஐன்ஸ்டைன் (அவர் உயிரோடு இல்லாவிட்டாலும்) நினைத்தற்கு மாறாகவே நடந்தது. ஆம், குவாண்டம் பிணைப்பிலுள்ள அந்த ஒளித் துகள்களில் ஒன்றை அளவிட்டால் இன்னொன்று பற்றித் தெரியவந்தது. அவற்றுக்கு இடையிலான தகவல் பரிமாற்றம் ஒளி வேகத்தைவிட அதிக வேகத்தில் நிகழ்ந்தது.  

அந்தப் பரிசோதனை தொடங்கப்படும்போது அந்த ஒளித் துகள்களுக்கு ஏதாவது ரகசியத் தகவல் தெரிந்திருப்பதற்கான வாய்ப்பு சிறிய அளவில் இருந்திருந்தால்? சரி, இந்தச் சந்தேகத்தையும் விடுவானேன். இங்கேதான் ஆஸ்திரிய இயற்பியலர் ஆன்டான் ஜெய்லிங்கர் (1945) வருகிறார். நூற்றுக்கணக்கான ஆண்டுகளுக்கு முன்பு, அதாவது தற்போதைய மூன்று நோபல் விருதாளர்களும் ஐன்ஸ்டைனும் பிறப்பதற்கு முன்பு, வெகு தொலைவிலுள்ள விண்மீன்களிலிருந்து புறப்பட்ட ஒளியைக் கொண்டு ஆய்வு நடத்தினார்கள். ஐன்ஸ்டைனைப் பொய்யாக்க வேண்டும் என்று அவர் பிறப்பதற்கு முன்பே அந்த ஒளி திட்டம் தீட்டியிருக்க முடியாது அல்லவா! ஆனால், அது திட்டம் ஏதும் தீட்டாமலேயே ஐன்ஸ்டைனை இந்த ஆய்வில் பொய்ப்பித்தது.

கடந்த ஐம்பது ஆண்டுகளில் வெவ்வேறு கட்டங்களில் இந்தச் சோதனையைச் செய்து குவாண்டம் பிணைப்பை உறுதிசெய்த ஆலென் ஆஸ்பெ, ஜான் க்ளாவ்ஸர், ஆன்டான் ஜெய்லிங்கர் ஆகியோருக்குத்தான் தற்போது நோபல் பரிசு அறிவிக்கப்பட்டிருக்கிறது. ஜான் க்ளாவ்ஸருடன் இணைந்து ஆய்வு மேற்கொண்ட ஸ்டூவர்ட் ஃப்ரீட்மன் 2012-ல் மரணமடைந்ததால் அவருக்கு நோபல் கிடைக்கும் வாய்ப்பு இல்லாமல் போய்விட்டது.

குவாண்டம் பிணைப்பின் நடைமுறைப் பயன்கள் என்னென்ன?

குவாண்டம் பிணைப்பின் அடிப்படைத் தன்மைகளுள் ஒன்று வெகு தொலைவில் ஒளியின் வேகத்தை விஞ்சித் தகவல் அனுப்புவது என்பதால் தற்போதைய தகவல் தொழில்நுட்ப உலகில் அது மிகப் பெரிய புரட்சிகளை ஏற்படுத்தும். ஆக்ஸ்ஃபோர்டு பல்கலைக்கழகத்தைச் சேர்ந்த இயற்பியலர்கள் ஆறு அடி தொலைவில் உள்ள இரண்டு அணுக் கடிகாரங்களை குவாண்டம் பிணைப்புக்கு உட்படுத்திய செய்தி செப்டம்பர் மாதம் வெளியானது. (அநேகமாக, இது குறித்து நம் இதழ்கள் ஏதும் கண்டுகொள்ளவில்லை). 

இதன் மூலம் வெவ்வேறு இடங்களில் உள்ள கடிகாரங்களை நம்பவே முடியாத அளவுக்குத் துல்லியத்துடன் மாற்ற முடியும். இந்தக் கடிகாரங்களைக் கொண்டு கரும் பொருள் (dark matter), ஈர்ப்பு விசை போன்றவை குறித்து மேம்பட்ட ஆய்வுகளை மேற்கொள்ள முடியும் என்று நம்புகிறார்கள். அடுத்ததாக, குவாண்டம் கணினி. சூரக் கணினி (supercomputer) நூறு ஆண்டுகள் எடுத்துக்கொள்ளும் கணக்கை குவாண்டம் பிணைப்பைப் பயன்படுத்தி உருவாக்கப்படும் குவாண்டம் கணினி ஒரு சில நொடிகளில் செய்துமுடித்துவிடும் என்று நம்பப்படுகிறது. மேலும், தகவல்களை மிகுந்த பாதுகாப்புடனும் ரகசியத்துடனும் சேமித்துவைக்கவோ ஒரு இடத்திலிருந்து இன்னொரு இடத்துக்கு அனுப்பவோ முடியும்!