निर्वात उतना खाली नहीं होता जितना यह शब्द सुझाता है। ब्रह्मांड विज्ञान में, निर्वात ऐसी अवस्था को दर्शाता है जिसमें कोई फ़ील्ड अपनी ऊर्जा के न्यूनतम पर स्थित होता है — यह पूरी तरह ऊर्जा से रहित क्षेत्र नहीं, बल्कि एक घाटी की तलहटी है जहाँ फ़ील्ड विश्राम कर सकता है। एक नया अध्ययन तर्क देता है कि ऐसे फ़ील्ड के आसपास का वातावरण लॉकडाउन की तरह काम कर सकता है, जो उसे कभी किसी गहरी, कम-ऊर्जा वाली अवस्था में भागने से रोकता है।
जर्नल ऑफ़ कॉस्मोलॉजी एंड एस्ट्रोपार्टिकल फ़िज़िक्स में प्रकाशित यह कार्य रॉबसन क्रिस्टी, जैवू जू, ग्रेग कापलानेक, विन्सेंट वेनिन और डेविड वैंड्स का है। एक सरलीकृत ब्रह्मांडीय मॉडल का उपयोग करते हुए, टीम ने एक भ्रामक रूप से बुनियादी प्रश्न का उत्तर देने का लक्ष्य रखा: फैलते ब्रह्मांड में, यह क्या तय करता है कि कोई क्वांटम फ़ील्ड अंततः किस निर्वात में पहुँचता है?
उनका उत्तर डिकोहेरेंस पर टिका है — वह प्रक्रिया जिसके द्वारा कोई क्वांटम तंत्र अपने आसपास के संपर्क से अपने नाज़ुक फ़ेज़ संबंध खो देता है। किसी निचली ऊर्जा अवस्था की ओर रास्ता साफ़ करने के बजाय, डिकोहेरेंस उस रास्ते को बंद कर सकता है, जिससे फ़ील्ड प्रभावी रूप से उसी निर्वात में बंद हो जाता है जिस पर वह पहले से विराजमान है।
ब्रह्मांड विज्ञानी वास्तव में निर्वात से क्या मतलब रखते हैं
पोर्ट्समाउथ विश्वविद्यालय के इंस्टीट्यूट ऑफ़ कॉस्मोलॉजी एंड ग्रैविटेशन के प्रोफ़ेसर डेविड वैंड्स इस शब्द के रोज़मर्रा के अर्थ को दूर करने में सावधानी बरतते हैं। वे समझाते हैं कि ब्रह्मांडीय निर्वात ऊर्जा से पूरी तरह रहित क्षेत्र नहीं है। यह ऐसी अवस्था है जिसमें कोई फ़ील्ड अपनी ऊर्जा के न्यूनतम पर विश्राम करता है।
यह अंतर महत्वपूर्ण है क्योंकि ऊर्जा परिदृश्यों में एक से अधिक न्यूनतम हो सकते हैं। सच्चा निर्वात सबसे निचले संभव न्यूनतम को दर्शाता है — उपलब्ध सबसे गहरी घाटी। लेकिन इसके साथ-साथ उथले गड्ढे भी मौजूद हो सकते हैं, जिन्हें झूठा निर्वात कहा जाता है।
विभिन्न गहराइयों में कटी घाटियों के परिदृश्य की कल्पना करें। उथली घाटी में बैठी कोई चीज़ अनिश्चित काल तक वहीं फँसी रह सकती है, भले ही नक्शे पर कहीं और कोई निचला बिंदु मौजूद हो। ऐसा नहीं है कि गहरी घाटी सैद्धांतिक रूप से अगम्य है; बात यह है कि वर्तमान घाटी से बाहर निकलने का रास्ता स्वतंत्र रूप से उपलब्ध नहीं है।
फ़ील्ड्स, कण और नीचे की मशीनरी
क्वांटम फ़ील्ड्स यहाँ शामिल मूलभूत वस्तुएँ हैं, और वे ब्रह्मांड में व्याप्त हैं। उनके व्यवहार की तुलना अक्सर परिचित शास्त्रीय फ़ील्ड्स से की जाती है, जैसे चुंबकीय क्षेत्र, जो अंतरिक्ष के हर बिंदु पर एक मान रखता है और जिसकी तीव्रता स्थान-स्थान पर बदलती है। क्वांटम फ़ील्ड्स भी समान तर्क का पालन करते हैं, पर एक निर्णायक अंतर के साथ: उनके उत्तेजन कणों के रूप में प्रकट होते हैं।
इसी कारण, फ़ील्ड कहाँ टिकता है यह प्रश्न कोई अमूर्त लेखा-जोखा नहीं है। यह सीधे तौर पर इस बात को प्रभावित करता है कि किस प्रकार के कण मौजूद हैं और वे कैसे व्यवहार करते हैं।
- सच्चा निर्वात किसी फ़ील्ड के लिए उपलब्ध सबसे कम-ऊर्जा वाला न्यूनतम है।
- झूठे निर्वात स्थानीय न्यूनतम हैं — फ़ील्ड को जगह पर बनाए रखने के लिए पर्याप्त स्थिर, पर सबसे गहरा विकल्प नहीं।
- जिस वातावरण के साथ फ़ील्ड अंतःक्रिया करता है, वह यह आकार दे सकता है कि वह उन न्यूनतमों के बीच चलता है या नहीं।
हिग्स फ़ील्ड इस प्रश्न को ठोस बनाता है
लेखक निर्वात चयन की परवाह करने के सबसे परिचित कारण के रूप में हिग्स फ़ील्ड की ओर इशारा करते हैं। हिग्स फ़ील्ड जो मान अपनी निर्वात अवस्था में लेता है, वह स्टैंडर्ड मॉडल में कणों को द्रव्यमान देने में मदद करता है, जो ज्ञात प्राथमिक कणों और चार में से तीन मूलभूत बलों का वर्णन करने वाला ढाँचा है। यह कम ऊर्जाओं पर भौतिकी की संरचना तय करने में भी मदद करता है।
स्टैंडर्ड मॉडल पर आधारित कुछ गणनाएँ यह संभावना जताती हैं कि हिग्स फ़ील्ड उसके लिए उपलब्ध सबसे कम ऊर्जा अवस्था में नहीं है। इसके बजाय, यह किसी झूठे निर्वात में बैठा हो सकता है। बहुत बड़े फ़ील्ड मानों पर, वही गणनाएँ सुझाती हैं, एक दूसरा और गहरा न्यूनतम मौजूद हो सकता है।
यह नया अध्ययन सीधे तौर पर हिग्स फ़ील्ड के भाग्य के बारे में कथन नहीं है। यह उस सामान्य मशीनरी की व्यापक जाँच है जो तय करती है कि कोई फ़ील्ड कहाँ पहुँचता है — प्रासंगिक भौतिकी को अलग करने के लिए एक सरलीकृत मॉडल का उपयोग करते हुए।
लॉकडाउन तंत्र के रूप में डिकोहेरेंस
केंद्रीय परिणाम क्वांटम टनलिंग से संबंधित है, वह प्रक्रिया जिसके द्वारा कोई फ़ील्ड एक न्यूनतम से दूसरे में जा सकता है, भले ही उनके बीच की बाधा को फाँदने के लिए पर्याप्त ऊर्जा न हो। टनलिंग ही सामान्यतः झूठे निर्वात में फँसे फ़ील्ड को गहरी अवस्था की ओर बढ़ने देती है।
अध्ययन जो सुझाता है वह यह है कि डिकोहेरेंस उस टनलिंग को दबा सकता है। जैसे-जैसे कोई फ़ील्ड अपने वातावरण के साथ उलझ जाता है और क्वांटम सुसंगति खो देता है, वे संक्रमण जो उसे बाधा के पार ले जाते, कम संभावित हो जाते हैं। प्रभाव में, फ़ील्ड उसी निर्वात से बँध जाता है जहाँ वह पहुँचा है।
यह इस बात पर पुनर्विचार करता है कि हम निर्वात स्थिरता के बारे में कैसे सोच सकते हैं। अस्थिरता को अक्सर केवल ऊर्जा परिदृश्य का गुण माना जाता है — घाटियाँ कितनी गहरी हैं और उनके बीच की बाधाएँ कितनी ऊँची हैं। नया विश्लेषण सुझाता है कि उस लेखे-जोखे में वातावरण का स्थान होना चाहिए, क्योंकि यह तय कर सकता है कि फ़ील्ड परिदृश्य का पता लगा पाता है या नहीं।
विस्तार परिदृश्य बदल देता है
यह अध्ययन स्पष्ट रूप से ब्रह्मांडीय है, जिसका अर्थ है कि पृष्ठभूमि कोई स्थिर बक्सा नहीं बल्कि एक फैलता हुआ ब्रह्मांड है। लेखकों ने एक सरलीकृत मॉडल का उपयोग यह जाँचने के लिए किया कि उन परिस्थितियों में किसी फ़ील्ड के निर्वात गंतव्य को क्या नियंत्रित करता है, और सीमित शासनों में व्यवहार की जाँच की — जिसमें एक एडियाबैटिक सीमा भी शामिल है जिसमें प्रासंगिक गतिकी फ़ील्ड के अपने समय-मानों के सापेक्ष धीरे-धीरे बदलती है।
यह सरलीकरण जानबूझकर है। फैलते ब्रह्मांड में क्वांटम फ़ील्ड्स का पूर्ण उपचार अत्यंत जटिल है, और समस्या को सरल बनाकर शोधकर्ता यह अलग कर पाते हैं कि परिणाम को कौन-से घटक नियंत्रित करते हैं। इसका व्यय यह है कि परिणाम किसी विशिष्ट फ़ील्ड के लिए सटीक भविष्यवाणी के बजाय तंत्र के लिए एक मार्गदर्शक हैं।
यह परिणाम क्यों मायने रखता है
यदि डिकोहेरेंस वास्तव में टनलिंग को रोक सकता है, तो इसके निहितार्थ बाहर तक फैलते हैं। निर्वात चयन अब केवल इस बात से तय नहीं होगा कि कौन-सा न्यूनतम सबसे गहरा है। समान ऊर्जा परिदृश्य वाले ब्रह्मांड के दो क्षेत्र अलग-अलग निर्वातों में पहुँच सकते हैं, इस पर निर्भर करते हुए कि उनके फ़ील्ड्स अपने आसपास से कितनी दृढ़ता से डिकोहेर हो चुके थे।
यह ब्रह्मांड कैसे उस अवस्था में बसा जिसे हम देखते हैं, इसकी ब्रह्मांड विज्ञान की व्यापक कहानी के लिए मायने रख सकता है, और इसके लिए भी कि हमें उन परिदृश्यों को कितनी गंभीरता से लेना चाहिए जिनमें कोई फ़ील्ड तल पर विश्राम करने के बजाय झूठे निर्वात में टिका है। यह उस प्रश्न को भी तीक्ष्ण करता है जो क्वांटम सिद्धांत और ब्रह्मांड विज्ञान की सीमा पर बैठा है: कोई क्वांटम तंत्र कब संभावनाओं के सुपरपोज़िशन की तरह व्यवहार करना बंद कर देता है और एकल, स्थिर अवस्था की तरह व्यवहार करने लगता है?
यह अध्ययन उस प्रश्न को बंद नहीं करता। लेकिन यह एक ठोस तंत्र प्रस्तुत करता है — क्वांटम टनलिंग पर ब्रेक के रूप में कार्य करता पर्यावरणीय डिकोहेरेंस — और एक ढाँचा, जिसमें वातावरण कोई अनदेखा करने योग्य उपद्रव नहीं, बल्कि यह तय करने वाला कारक है कि कोई फ़ील्ड किस निर्वात को अपना घर कहता है।
यह लेख Phys.org की रिपोर्टिंग पर आधारित है। मूल लेख पढ़ें।
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