குவாண்டம் டார்வினிசம் (Quantum Darwinism) – பகுதி 1


இயற்கை விதிகளைக் கொண்டு இயற்பியலை

1. செவ்வியல் இயற்பியல் (Classical Physics)

2. குவைய இயற்பியல் (Quantum Physics)

என்று இரண்டாகப் பிரிக்கலாம். செவ்வியல் கோட்பாடுகள் எளிமையானவை (மேலோட்டமாக). நாம் தினசரி கண்கூடாகக் காணும் நிகழ்வுகளை விளக்கப் போதுமானவை. எடுத்துக்காட்டாக, நியூட்டன் தலையில் விழுந்ததாகச் சொல்லப்படும் ஆப்பிள், புவியின் ஈர்ப்பு விசையால்தான் விழுந்தது என்று நாம் அறிவோம். தோனியும் கிறிஸ் கெய்லும் என்னதான் முக்கி முக்கி அடித்தாலும் மேலே சென்ற பந்து திரும்ப வருவதற்குக் காரணமும் இந்த ஈர்ப்பு விசைதான். பந்து அடிக்கப்பட்ட விசை (Force), அதன் திசைவேகம் (Velocity), இவற்றால் அந்தப் பந்து பெற்ற உந்தம் (momentum), பேட்ஸ்மேனின் நிலையிலிருந்து பந்து பயணிக்கும் கோணம், உயரம், இவற்றை எல்லாம் வைத்து ஒருசில எளிய சமன்பாடுகளைப் பயன்படுத்தி அந்தப் பந்தின் பாதையை ஆராய்ந்து ஒரு பயணக் கட்டுரையே எழுதிவிடலாம். இதேபோல், வானவில்லின் நிறங்களும் அவற்றின் அலைநீலத்துக்கு ஏற்றபடி ஊதா முதல் சிவப்பு வரை VIBGYOR என்கிற வரிசையில் தொடர்ச்சியாகக் காட்சியளிக்கின்றன. இவை அனைத்திலும் ஒருவித ‘தொடர்ச்சி’ இருப்பதை நாம் கவனிக்கலாம்.

இப்போது குவாண்டம் இயற்பியலுக்கு வருவோம். இதில் எல்லா நிகழ்வுகளும் ஒரு நிலையிலிருந்து இன்னொரு நிலைக்கு மாறிடும் சின்னச் சின்ன ‘தாவல்’களாக இருக்கின்றன. இவற்றைக் குவாண்டம் தாவல்கள் (quantum leaps) என்கிறார்கள். நிலை 1, நிலை 2, நிலை 3…. இப்படித்தான் இந்தத் தாவல்கள் இருக்கின்றன. நிலை 1.3, நிலை 2.1 என்பன போன்ற நிலைகள் இதில் இல்லை. எடுத்துக்காட்டாக, ஒரு அணுவில் இருக்கும் எலெக்ட்ரான்கள் ஒரு ஆற்றல் மட்டத்தில் (energy level) இருந்து மற்றொரு ஆற்றல் மட்டத்திற்குத் தாவிச் செல்லுவதால் உமிழப்படும் ஒளியை ஒரு நிறமாலைமானியைக் (spectrometer) கொண்டு பார்த்தோமேயானால், அந்தந்த ஆற்றல் மட்டத்துக்கு ஏற்ப பல்வேறு நிறங்களினால் ஆன பட்டைகள் தோன்றும். இந்த ஒளிப்பட்டைகளுக்கு இடையே வெறும் இருண்ட பகுதிகளே இருக்கும். இது ஏனெனில், இந்த எலெக்ட்ரான்கள் குவைய இயற்பியல் விதிகளுக்கு உட்பட்டு ஒரு நிலையிலிருந்து இன்னொரு நிலைக்குத் தாவுகின்றன. இந்தத் தாவலில் ‘இடைப்பட்ட நிலை’ என்று ஒன்று கிடையாது. இதுதான் குவைய உலக நீதி!

சுருக்கமாகச் சொன்னால், செவ்வியல் இயற்பியல் ஒரு சாய்தளம். குவைய இயற்பியல் ஒரு படிக்கட்டு. சாய்தளத்தில் நம் வசதிக்கேற்ப நடந்தோ, சறுக்கியோ, உருண்டோ, தாவியோ போகலாம். படிக்கட்டில் அவரவர் தாவும் திறனுக்கேற்ப அடிக்கு ஒரு படியோ இரண்டு படிகளோ என்கிற ரீதியில் நம் பயணம் ‘படி’ என்கிற குவாண்டம் அளவுகோளுக்குக் கட்டுப்பட்டு நிகழ்கிறது.

படம் 1. செவ்வியல் vs. குவையவியல்

செவ்வியல் இயற்பியல் விளைவுகளைப் பெரும்பாலும் நாம் பேரியல் (macroscopic) நிகழ்வுகளாகப் பார்க்கிறோம். ஊஞ்சலாட்டம், ராக்கெட் ஏவுதல், மரத்தில் இருந்து கீழே விழும் பூக்கள், பழங்கள் மற்றும் இலைகள், நம்மை அறைபவரிடம் இன்னொரு கன்னத்தைக் காட்டுதல் அல்லது அவரது இரு கன்னங்களிலும் அறைதல், பும்ராவின் புயல்வேக யார்க்கர் – இவற்றையெல்லாம் செவ்வியல் விதிகளைக் கொண்டு விளக்கிவிடலாம்.

குவாண்டம் நாடகமோ விசித்திரமானது. நாம் வெறும் கண்களால் காணமுடியாத மிகச்சிறிய அணுக்களும் அவற்றின் உட்பொருள்களும் தான் அதன் முக்கியமான கதாபாத்திரங்கள். ஒரு அணுக்கருவைச் (nucleus) சுற்றிக் கொண்டிருக்கும் எலெக்ட்ரான் ஒரு குறிப்பிட்ட நேரத்தில் எங்கே இருக்கிறது என்பதையோ எவ்வளவு உந்தத்துடன் பயணிக்கிறது என்பதையோ துல்லியமாகச் சொல்ல முடியாது.

படம் 2-இல் ஒரு தனித்துகளின் அலைக்கோவையைக் (wave function) காண்கிறோம். இந்தத் துகளை நாம் ‘காணும்’ போது, துவக்கத்தில் ஒரு புள்ளியில் இருக்கும் அதன் நிலை காலம் செல்லச்செல்ல விரிந்து கொண்டே போகிறது.

Uncertainty_principle

படம் 2. ஒரு துகளின் அலைக்கோவை பரிணாம மாற்றம் அடைகிறது

இந்தத் துகளின் உந்தமும் குறிப்பிட்ட ஒரு மதிப்புடையதாக இல்லை. மாறாக, அந்த அலைக்கோவையின் ஒளிவட்டம் விரிந்துகொண்டே செல்வதால் படிப்படியாக மாறிக்கொண்டே இருக்கிறது. எனவே, நாம் எடுத்துக்கொண்ட இந்தத் துகளின் இருப்பிடத்தையும் (position) அதன் உந்தத்தையும் (momentum) ஒரே தருணத்தில் நம்மால் கணக்கிடவே முடியாது. வேண்டுமானால் ஒன்றை மட்டும் ஒரு நேரத்தில் கணக்கிடலாம். இருப்பிடத்தைச் சொல்லும் அதே கணத்தில் உந்தம் மாறியிருக்கும். இத்தகைய ஒரு மதிப்பீட்டு இயலாமையை ஹைசன்பெர்க் நிலையில்லாக் கோட்பாடு (Heisenberg’s Uncertainty Principle) என்கிறோம். கல்லூரி நாட்களில் இதனை வியந்து என் மதுரைக்கார நண்பனின் வழியில் சொல்ல வேண்டுமானால்,

“அஃகா, பாத்தாலே மாறிடும்ங்கறான்”.

அல்லது ‘கயிற்றரவு’ சிறுகதையில் புதுமைப்பித்தன் வியப்பதுபோல்,

ஒரு பொம்மலாட்டம்! பொம்மலாட்டம் என்று எப்படி நிச்சயமாகச் சொல்ல முடியும்? சூத்திரக் கயிறு இழுக்கிறதா அல்லது சூத்திரதாரன் உண்டா? நிச்சயமாக எப்படி இருக்கிறது அல்லது இல்லை என்று இரண்டில் ஒன்று சொல்லிவிட முடியும்?… வருகிற வாசல், போகிற திசை இரண்டுந்தான் தெரிகிறது…

என்று தத்துவார்த்தமாக இதனை ஆராயலாம். எப்படிப் பார்த்தாலும், குவைய உலகத்தில் ஒரே நேரத்தில் ஒன்றிற்கும் மேற்பட்ட குணாதிசயங்களை நம்மால் அளவிட முடியாது என்பதே உண்மை. இங்கே நாம் கணக்கிடும் எல்லாமே புள்ளியியல் அடிப்படையில் சராசரிகளே. அறுதியான ஒரு எண்ணைக் கொண்டு எதனையும் நாம் அளந்திட முடியாது. எடுத்துக்காட்டாக, ஒரு சிந்தனைச் சோதனை. பூனைகளை நேசிப்பவன் நான். இருப்பினும், இயற்பியலில் பிரபலமான சிந்தனைச் சோதனைகளில் Schrödinger’s cat என்கிற thought experiment தலையாய ஒன்று.

Schrodingers_cat.svg

படம் 3. ஒரு அறைக்குள் ஒரு குடுவையில் விசம் இருக்கிறது. ஒரு கதிரியக்கப் பொருளும் இருக்கிறது. அங்கே எப்படியோ ஒரு பூனையும் நுழைந்து விட்டது (இது பூனைகளை வெறுக்கும் யாரோ ஒரு இயற்பியலாளரின் வேலையாகத்தான் இருக்க வேண்டும்). இந்த அபாயமான அறையில் பொருத்தப்பட்டிருக்கும் கெய்கர் கதிர்வீச்சு அளவுமானியில் ஏதேனும் ஒரு அணுச்சிதறல் பதிவானால்கூட விசம் இருக்கும் குடுவை உடைந்துவிடும். பூனை பூவுலக வாழ்வை இழந்துவிடும்.

மேலோட்டமாகப் பார்த்தால் சிறுபிள்ளைத்தனமாக இருக்கும் இந்த ஆராய்ச்சி (நல்ல வேளை, இது சிந்தனை ஆராய்ச்சிதான். இல்லையெனில் எத்தனை பூனைகள் இறந்திருக்கும்!) இயற்பியலில் ஒரு மிக முக்கியமான கேள்வியை வைக்கிறது. சிறிது நேரம் கழித்து நாம் உள்ளே பார்த்தால் இரண்டில் ஒன்று நிகழ்ந்திருக்கும்.
1. பூனை இறந்திருக்கும்.
2. பூனை பிழைத்திருக்கும்.

அறிவியலில் ஒரே ஒருமுறை ஒரு ஆய்வைச் செய்துவிட்டு முடிவைச் சொல்லிவிட முடியாது. திரும்பத் திரும்பச் செய்துபார்த்து, சந்தேகமில்லாமல் நிரூபிக்க வேண்டும். இப்படி மீண்டும் மீண்டும் ஒரே சோதனையைச் செய்யும்போது சராசரியாக நூற்றுக்கு 50 தடவை பூனை உயிருடன் இருந்திருக்கும். 50 துரதிருஷ்டசாலி பூனைகள் இறந்துபோயிருக்கும். அப்படியானால் இந்த ஆய்வின் முடிவை நாம் எப்படி எடுத்துக்கொள்வது? ஒட்டுமொத்தமாகப் பார்த்தால், பூனை உயிர்வாழ்ந்து இருப்பது எவ்வளவு சாத்தியமோ, அதே அளவுக்கு அந்தப் பூனை இறந்து கிடப்பதும் சாத்தியமே. இப்படி இந்த இரண்டு நிலைகளுமே சரிசமமாக சாத்தியப்பட்டு ஒன்றின் மேல் மற்றொன்று ‘ஓவர்லேப்’ ஆகியிருப்பதால், இதனை ‘மேற்பொருந்தல்’ (superposition of states) என்கிறோம். இவ்வாறு, நாம் பார்க்கும் தருணத்தையும் புள்ளியியல் நிகழ்தகவையும் பொறுத்தே இரண்டு நிகழ்வுகளில் ஒன்றை நாம் பார்க்கிறோம். அதற்காக, மற்றொரு நிலை இல்லவே இல்லை என்று நம்மால் உறுதியாக நிரூபிக்க முடியாது. இது இயற்பியலின் இன்றியமையாத முரண்பாடு (paradox).

சரி! இந்த குவாண்டம் நிலை எப்போது, எப்படி செவ்வியல் பண்பை எட்டுகிறது? இந்த இரு உலகங்களுக்கும் இடையில் ஒரு மெல்லிய கோடு இருக்க வேண்டுமல்லவா? அதை எப்படி நாம் தெரிந்து கொள்வது?

இதற்கான விடைகளில் ஒன்றுதான் குவைய டார்வினிசம் (Quantum Darwinism) என்ற கருத்தியல்.

அதைப்பற்றி அடுத்த பகுதியில் காண்போம். அதுவரை பூனைகளை நேசிப்போம்.