இடையில் கொஞ்ச காலம் இந்த தொடரை தொடராமல் விட்டுவிட்டேன். பழைய உத்வேகத்தில், கொஞ்சம் செய்யறிவின் துணை கொண்டு திருத்தங்களை மேற்கொண்டு, இதோ உங்களுக்காக மீண்டும் எளிய தமிழில் குவாண்டம் கணினிகள்.
குவாண்டம் இயற்பியல் என்றாலே நம் நினைவுக்கு வருவது ‘சூப்பர் பொசிஷன்’ (Superposition) எனப்படும் மேற்பொருந்துதல் நிலைதான். ஒ ஒரு துகள் ஒரே நேரத்தில் இரண்டு இடங்களில் இருப்பது அல்லது இரண்டு வெவ்வேறு பண்புகளைக் கொண்டிருப்பது என்பது கேட்பதற்கே ஏதோ பைத்தியக்காரன் சொல்லும் விஷயம் போல தோன்றலாம். அது எப்படிடா ஒரே நேரத்துல ஒரே பொருள் ரெண்டு விதமா இருக்க முடியும்? அடுப்பில் பாத்திரத்தை வைத்து இட்லி தட்டில் இட்லியை ஊத்துறோம், ஒண்ணுல இட்லி மாவ இருக்கணும் இல்ல வெந்து இருக்கணும். ஒரே நேரத்துல மாவாகவும், வெந்த இட்லியாகவும் இருக்க முடியுமா?? இருக்க முடியும் என்கிறது குவாண்டம் விதிகள். இந்த விசித்திரம் தான் குவாண்டம் சூப்பர் பொசிஷன்.
குவாண்டம் கணிமை (Quantum Computing) இந்த விதியைத் தான் தனது அஸ்திவாரமாகக் கொண்டுள்ளது. ஆனால், இந்த விஷயம் லாஜிக்கலாக அறிவியலின் அடிப்படை விதிகளுடன் எப்படி முரண்படுகிறது என்பதைப் பற்றி விரிவாகப் பார்ப்போம்.
நிலைகளின் குழப்பம் (State of Uncertainty)
குவாண்டம் விதியின்படி, ஒரு எலக்ட்ரானை நீங்கள் அளவிடாத வரை அது ‘அப் ஸ்பின்’ (Up spin) மற்றும் ‘டவுன் ஸ்பின்’ (Down spin) ஆகிய இரண்டு நிலைகளிலும் என சொல்லப்படுகிறது. முதலில் புரிவதற்காக சொல்லுகிறேன், நீங்கள் பார்க்கும் ஒவ்வொரு அணுவிலும் எலக்ட்ரான்கள் இருக்கின்றன (ஹைட்ரஜன் அணுவை தவிர), இந்த எலக்ட்ரான்கள் இரண்டு விதமான சுழற்சிகளை வெளிப்படுத்துகிறது. மேல்நோக்கிய சுழற்சி மற்றும் கீழ்நோக்கிய சுழற்சி. இதைத்தான் முதலில் அப் ஸ்பின் , டவுன் ஸ்பின் என சொன்னேன். கிரிக்கெட்டில் அணில் கும்பலே போடும் ஸ்பின் பால்களை விடவும் இதை புரிந்து கொள்வது எளிமைதான். சரி!! இந்த விதிக்கும் குவாண்டம் விதிக்கும் என்னதான் ஏழரைப் பிரச்சினை இருக்கிறது?
பருப்பொருள் (Matter) என்பது ஒரு குறிப்பிட்ட இடத்தில், ஒரு குறிப்பிட்ட நிலையில் இருக்க வேண்டும் என்பதுதான் அடிப்படை இயற்பியல் (Classical Physics). ஆனால், குவாண்டம் மெக்கானிக்ஸ் ஒரு துகளை “அலைச்சார்பு” (Wavefunction) என்ற கணித சமன்பாடாகவே பார்க்கிறது. நிஜ உலகில் ஒரு பொருள் ஒரே நேரத்தில் இரண்டு நிலைகளில் இருப்பது சாத்தியமே இல்லை. இது துகளின் உண்மையான குணம் என்பதை விட, அந்தத் துகளைப் பற்றிய முழுமையான தகவல் நம்மிடம் இல்லை என்பதையே காட்டுகிறது.
உதாரணமாக, ஒரு நாணயத்தைச் சுண்டும்போது அது காற்றில் இருக்கும்வரை ‘தலை’ மற்றும் ‘பூ’ ஆகிய இரண்டு நிலைகளிலும் இருப்பதாக குவாண்டம் கணிதம் சொல்கிறது. ஆனால் தர்க்கரீதியாகப் பார்த்தால், நாணயம் ஏதோ ஒரு பக்கத்தில்தான் இருக்கிறது, நாம் அதைப் பார்க்காததால் இரண்டு நிலைகளிலும் இருப்பதாகக் கற்பனை செய்கிறோம். இது “அறியாமை” (Ignorance) தானே தவிர “யதார்த்தம்” (Reality) அல்ல என்பது பல அறிஞர்களின் வாதம். இதே விஷயத்தை தான், ஹைசன்பர்க்கின் விதி என முந்தைய கட்டுரையில் பார்த்தோம்.
ச்ரோடிங்கரின் பூனை
குவாண்டம் மேற்பொருந்துதல் விதியைத் தர்க்க ரீதியாகத் தகர்க்க எர்வின் ச்ரோடிங்கர் (Erwin Schrödinger) ஒரு புகழ்பெற்ற கற்பனைப் பரிசோதனையை முன்வைத்தார். ஒரு மூடிய பெட்டிக்குள் ஒரு பூனை இருக்கிறது. அதனுடன் ஒரு கதிரியக்கத் துகளும், விஷவாயு அடங்கிய ஒரு குடுவையும் இணைக்கப்பட்டுள்ளன. அந்தத் துகள் சிதைந்தால் விஷவாயு வெளியாகி பூனை இறந்துவிடும். ஆனால் பெட்டியை திறக்காத வரை பெட்டிக்குள் என்ன நடக்கிறது என்று உங்களால் பார்க்கவே முடியாது.
குவாண்டம் விதியை இந்த விசித்திர பரிசோதனையுடன் பொருத்திப் பார்த்தால் , பெட்டியைத் திறந்து பார்க்காத வரை அந்தத் துகள் சிதைந்தும் சிதையாமலும் இருக்கும்; அதனால் அந்தப் பூனை ‘ஒரே நேரத்தில்’ செத்தும் பிழைத்தும் இருக்க வேண்டும். அதாவது, வடிவேல் காமெடிகள் வருவது போல வரும் ஆனா வராது என்பது போல தான் சுரோடிங்கர்(Schrodinger) சொன்ன விளக்கமும் அமைந்தது.
இந்த விதியானது அடிப்படையான நம் கண்ணால் பார்க்கக்கூடிய பெரிய அளவிலான பொருட்களுக்கு எடுபடாது என சுரோடிங்கர் சொன்னார். நெல்லிக்காய்க்கு பொருந்தும் விதி மாங்காய்க்கு பொருந்தவில்லை என்றால் அது எப்படி நியாயமாகும்? . இன்று வரை இயற்பியல் உலகத்தில் பொதுவாக விளக்கக் கூடிய விதி சரியாக வடிவமைக்கப்படவில்லை என்பதுதான் அடிப்படை உண்மை.
இடஞ்சார்ந்த உண்மை (Local Realism)
ஒவ்வொரு பொருளுக்கும் ஒரு குறிப்பிட்ட இடம் உண்டு, அந்த இடத்தில்தான் அதன் பண்புகள் இருக்க வேண்டும் என்பது ‘லோக்கல் ரியலிசம்’. கன்னியாகுமரியில் திருவள்ளுவர் சிலைக்கு அருகே நின்று டீ குடித்துக் கொண்டிருப்பவருக்கும், அமெரிக்காவில் சுதந்திர தேவி சிலைக்கு கீழே நின்று ஸ்டார்பக்ஸ் காபி குடித்துக் கொண்டிருப்பவருக்கும் இடையே நேரடி தொடர்பு இருக்கிறது என்று சொன்னால் எப்படி இருக்கும்? இதுதான் குவாண்டம் ஒத்திசைவு ( Entanglement). இந்த பிரபஞ்சத்தில், உங்கள் கையில் இருக்கும் அணுடன் தொடர்பு கொள்ளக்கூடிய மற்றொரு அணு எங்கோ மறைந்திருக்கிறது!!. இந்த இரண்டு அணுக்களும் சேர்ந்து தான் ஒன்றின் பண்பை மற்றொன்று தீர்மானிக்கின்றன. உதாரணமாக, நீங்கள் உங்கள் கையில் வைத்திருக்கும் தேநீரை உறிஞ்சி குடிக்கும் போது, பிரபஞ்சத்தின் ஏதோ ஒரு மூலையில் இருக்கும் துகள்களும் தேநீரில் இருக்கும் துகள்களில் ஏற்படும் மாற்றத்தால் பாதிப்பை சந்திக்கின்றன. இங்கே துகள்கள் எனக் குறிப்பிடுவது அடிப்படைத் துகள்கள் (Fundamental Particles).
ஒரு துகள் இங்கே இருக்கும்போதே அதன் பண்பு பிரபஞ்சத்தின் மற்றொரு கோடியில் இருக்கும் துகளுடன் பிணைக்கப்பட்டிருப்பது (Entanglement), இடஞ்சார்ந்த இயற்பியல் விதிகளுக்கு முரணானது. ஒளியின் வேகத்தை விடத் தகவல் வேகமாகப் பயணிக்க முடியாது எனும் ஐன்ஸ்டீனின் விதியோடு இது நேருக்கு நேர் சண்டை போட்டு பார்க்கிறது.
நிகழ்தகவு Vs உறுதித்தன்மை (Probability vs Determinism)
நியூட்டனின் விதிகள் ஒரு பந்தை எறிந்தால் அது எங்கே விழும் என்பதைத் துல்லியமாகச் சொல்லும். ஆனால் குவாண்டம் மெக்கானிக்ஸ் “இங்கே விழ 50% வாய்ப்பு உள்ளது” என்றுதான் சொல்லும். நீங்கள் ஒரு கடைக்கு போய் உளுந்த வடை வாங்குகிறீர்கள், உளுந்த வடைக்கு உள்ளே இருக்கும் மாவு வெந்திருக்குமா? என கடைக்காரரை பார்த்து கேட்கும் போது, ஒன்னு ரெண்டு வடையில வந்திருக்கும் ஒன்னு ரெண்டு வடையில வேகாம இருக்கும் அப்படின்னு உங்கள பாத்து சொன்னா எப்படி இருக்கும்? குவாண்டம் விதி இதைத்தான் செய்கிறது.
ஒரு கோட்பாடு ‘வாய்ப்புகளை’ (Probabilities) மட்டுமே பேசுகிறது என்றால், அது அந்த அமைப்பைப் பற்றிய 100% உண்மைகளை இன்னும் கண்டறியவில்லை என்று பொருள். உங்களால் 100% உறுதியாக குவாண்டம் விதியை பயன்படுத்தி தகவல்களை வழங்க முடியாது
இதனால் குவாண்டம் மெக்கானிக்ஸ் என்பது முழுமையான வரைபடமாக இல்லாமல், உங்களை குழிக்குள் தள்ளும் google மேப்பாக இருக்கும் என ஆல்பர்ட் ஐன்ஸ்டீன் கருதுகிறார்.
பார்ப்பவரின் விளைவு (The Observer Effect)
குவாண்டம் உலகில், ஒரு துகள் அலையாக இருப்பதா அல்லது துகளாக இருப்பதா என்பதை ஒரு ‘அளவீடு’ (Measurement) தீர்மானிக்கிறது. நீங்கள் அந்தத் துகளைக் கவனிக்கும் நொடியில் அதன் ‘அலைச்சார்பு சரிவு’ (Wavefunction collapse) ஏற்படுகிறது என குவாண்டம் விதி குறிப்பிடுகிறது. இதன்படி ஒரு துகள் அலைபண்பையும் கொண்டு இருக்கலாம் துகள் பண்பையும் கொண்டிருக்கலாம். இந்த உலகம் முழுவதும் இருப்பது வெறும் அதிர்வுகளின் வடிவம் தான் எனும் இயற்பியலின் கருதுகோலும் இருக்கிறது. ஆனால் நாம் ஏற்கனவே பார்த்து படித்த அறிவியலோடு இது எந்த விதத்தில் முரண்படுகிறது?
அறிவியல் என்பது ஒரு நபர் பார்த்தாலும் பார்க்காவிட்டாலும் மாறாத உண்மையாக இருக்க வேண்டும். ஆனால் குவாண்டம் மெக்கானிக்ஸில் ‘கவனிப்பாளர்’ (Observer) யார் என்பதைப் பொறுத்து முடிவு மாறுகிறது. ஒரு கேமரா பார்த்தால் ஒரு முடிவு, ஒரு மனிதன் பார்த்தால் ஒரு முடிவு என்பது அறிவியலின் ‘புறவயத்தன்மை’ (Objectivity) எனும் தூணையே அசைக்கிறது. பிரபஞ்சம் மனிதனின் கவனிப்பிற்காகக் காத்திருக்கிறதா என்ன? நாம் நிலாவைப் பார்க்காத போது நிலா அங்கே இல்லையா என்ற ஐன்ஸ்டீனின் கேள்வி இன்றும் பதிலற்று நிற்கிறது. நீங்கள் தாஜ்மஹாலை கண்களால் பார்க்கவில்லை என்பதற்காக ஷாஜஹான் அதை கட்டவில்லை என்று பொருளாகி விடுமா என கேட்கத்தான் செய்கிறார்கள்!!
குவாண்டம் தர்க்க பிழைகள் (Quantum Logic Errors)
வளமையான தர்க்கத்தில் (Classical Logic), ஒரு பொருள் ‘A’ ஆக இருக்கலாம் அல்லது ‘A அல்லாததாக’ இருக்கலாம். ஆனால் குவாண்டம் தர்க்கம் ‘இரண்டுமாகவும் இருக்கலாம்’ என்கிறது. இது கணினித் துறையில் 0 மற்றும் 1 ஆகிய இரண்டையும் ஒரே நேரத்தில் கையாளும் ‘கியூபிட்’ (Qubit) உருவாக்க உதவுகிறது. எப்படி எலக்ட்ரான் அலையாகவும் துகளாகவும் இருக்க முடியுமோ! அதேபோல தான்.
இருப்பினும், இந்தத் தர்க்கம் கணித ரீதியாகச் சரியாக இருந்தாலும், பௌதிக ரீதியாக (Physically) பெரும் குழப்பத்தை ஏற்படுத்துகிறது. ஒரு கணினிச் சிப்பிற்குள் (Chip) இந்த நிலையை அடைவதற்கு நாம் வெப்பநிலையைத் கெல்வின் பூஜ்ஜியத்திற்கு (Absolute Zero) அருகில் கொண்டு செல்ல வேண்டியிருக்கிறது. அதாவது, இயற்கையான சூழலில் குவாண்டம் விதிகள் நிலைப்பதில்லை. இதுவே அந்த விதியின் பலவீனத்தைக் காட்டுகிறது. நீங்கள் நினைப்பது போல தற்போது இருக்கும் சூழலில் ஒரு குவாண்டம் கணினியை, சுட்டெரிக்கும் சென்னை வெயிலில் மெரினா பீச்சில் ஹாயாக உட்கார்ந்தபடி பயன்படுத்த முடியாது.
ஈர்ப்பு விசையுடனான தீராத பகை (The Gravity Conflict)
இயற்பியலில் இரண்டு பெரிய தூண்கள் உள்ளன. ஒன்று அணுக்களை விளக்கும் குவாண்டம் மெக்கானிக்ஸ், இன்னொன்று ஈர்ப்பு விசையை விளக்கும் பொதுச் சார்பியல் (General Relativity).
கருந்துளைகளின் (Black holes) மையத்தில் இந்த இரண்டு விதிகளையும் இணைக்க முயன்றால், கணித முடிவுகள் ‘முடிவிலி’ (Infinity) என்று வந்து பிழையாகிப் போகின்றன. அணு அளவில் ஈர்ப்பு விசைக்கு இடமில்லை; விண்வெளி அளவில் குவாண்டம் விதிகளுக்கு இடமில்லை. பிரபஞ்சத்தின் ஒரு பகுதியில் சரியாக இருக்கும் விதி, மற்றொரு பகுதியில் ஏன் தோல்வியடைகிறது? இது குவாண்டம் கோட்பாடு இன்னும் முழுமையடையவில்லை என்பதையே காட்டுவதாக சொல்கிறார்கள்.
குவாண்டம் டிகோஹரன்ஸ் (Decoherence)
ஏன் நம்மால் குவாண்டம் நிலைகளை நீண்ட நேரம் தக்கவைக்க முடிவதில்லை? சுற்றுப்புறத்தில் இருக்கும் ஒரு சிறிய அணு மோதினால் கூட குவாண்டம் நிலை சிதைந்துவிடுகிறது. இதையே ‘டிகோஹரன்ஸ்’ என்கிறோம். இது காட்டுவது என்னவென்றால், குவாண்டம் உலகம் என்பது ஒரு தனிமைப்படுத்தப்பட்ட ‘கண்ணாடி அறை’ போன்றது. அந்த அறையைத் தாண்டி வெளியே வரும்போது அந்த விதிகள் செல்லுபடியாகாது. ஒரு உலகளாவிய விதி (Universal Law) என்பது அனைத்து இடங்களிலும் சமமாகச் செயல்பட வேண்டும். அந்த வகையில் குவாண்டம் மெக்கானிக்ஸில் பெரும் குழப்பங்கள் உள்ளன.
என்னடா இது, இவ்வளவு நேரம் ஒரு விதியை இந்த அளவுக்கு குறை சொல்ல வேண்டிய தேவை என்ன என உங்களுக்குள் கேள்விகள் ஏற்படலாம். அடிப்படையில், இந்தக் கேள்விகளால் குவாண்டம் விதி தன்னுடைய வலிமையை இழக்கப்போவதில்லை. மாறாக தன்னை இன்னும் மெருகேற்றிக் கொண்டு முழுமையான ஒரு விதியாக விரைவில் மாறும். நியூட்டன் ஏன் என்று கேட்ட கேள்வியாக தான் இயற்பியல் புத்தகங்களுக்கான தேவை ஏற்பட்டது. அந்த நியூட்டனையே எதிர்த்து கேட்டதால் தான் குவாண்டம் விதிகள் உருவாகின.
விதிகள் பிழை என்று பொருள் அல்ல. விதிகளில் மாற்றம் ஏற்படும். மதியுடன் செயல்பட்டால் சில நேரங்களில் இயற்பியல் விதிகள் கூட மாற்றமடையலாம்..
கட்டுரையாளர்:
ஸ்ரீ காளீஸ்வரர் செ,
இளம் அறிவியல் எழுத்தாளர்,
முதுகலை இயற்பியல் மாணவர்,
ஸ்காட் கிருத்தவக் கல்லூரி
நாகர்கோவில் – 03