शास्त्रीय आणि क्वांटम वर्णनांमध्ये नवा पूल
एक शतकाहून अधिक काळ शास्त्रीय भौतिकशास्त्र आणि क्वांटम मेकॅनिक्स यांना मूलतः वेगळ्या स्पष्टीकरणात्मक चौकटी म्हणून शिकवले गेले आहे. चेंडू, ग्रह आणि यंत्रे यांच्या दैनंदिन जगासाठी शास्त्रीय भौतिकशास्त्र उत्तम काम करते. अणू आणि उप-अणू कणांच्या पातळीवर, जिथे वर्तन संभाव्यतावादी, अंतर्ज्ञानाला न जुमानणारे, आणि अनेकदा सामान्य भौतिक उपमांपासून दूर जाते, तिथे क्वांटम मेकॅनिक्स कार्य करते.
MIT संशोधक आता म्हणतात की त्यांनी या दोन क्षेत्रांमध्ये अधिक मजबूत गणिती पूल बांधला आहे. Proceedings of the Royal Society A Mathematical Physical and Engineering Science मध्ये प्रकाशित एका पेपरमध्ये, टीमने नोंदवले आहे की काही क्वांटम वर्तनांचा हिशोब शास्त्रीय भौतिकशास्त्रावर आधारित एक formulation वापरून करता येतो, विशेषतः “least action” या संकल्पनेवर.
मूळ मजकुरानुसार, त्यांची पद्धत double-slit experiment आणि quantum tunneling यांसारख्या अनेक पाठ्यपुस्तकी क्वांटम परिस्थितींमध्ये Schrödinger equation देतो तेच उपाय पुन्हा निर्माण करते. ही उदाहरणे साधी नाहीत. क्वांटम मेकॅनिक्स अंतर्ज्ञानाला इतकी परकी का वाटते, याच्या केंद्रस्थानी ती आहेत.
या संदर्भात “least action” म्हणजे काय
least action हे तत्त्व भौतिकशास्त्रातील जुने आणि शक्तिशाली विचारसरणी आहे. व्यापक अर्थाने, ते सांगते की physical systems action नावाच्या परिमाणाचे अनुकूलन करणारे मार्ग अनुसरतात. शास्त्रीय यांत्रिकीमध्ये, या तत्त्वाचा उपयोग गती नियंत्रित करणारी समीकरणे導 काढण्यासाठी करता येतो. हे भौतिकशास्त्रातील मोहक, एकत्रित करणाऱ्या साधनांपैकी एक आहे, जे गतिशीलतेला केवळ बल-संतुलनाच्या साध्या चित्राशी नव्हे तर भिन्नतावादी नियमाशीही जोडते.
MIT गटाचा दावा असा नाही की क्वांटम मेकॅनिक्स चुकीचे आहे. संशोधकांनी स्रोत मजकुरात ती व्याख्या स्पष्टपणे नाकारली आहे. त्याऐवजी, ते म्हणतात की त्यांनी शास्त्रीय formulation वापरून क्वांटम वर्तन मोजण्याचा दुसरा मार्ग शोधला आहे, आणि त्यांनी अभ्यासलेल्या प्रकरणांमध्ये तोच उत्तर मिळते.
हा फरक महत्त्वाचा आहे. नवीन संगणकीय किंवा गणिती वर्णन म्हणजे मानक सिद्धांत बदलला, असे नाही. क्वांटम मेकॅनिक्स अजूनही मान्य चौकट आहे. MIT जे सुचवत आहे ते म्हणजे दैनंदिन आणि क्वांटम वर्णनांमधील अंतर गणिती दृष्टीने अनेकांना वाटते त्यापेक्षा कमी असू शकते.
हा निष्कर्ष का रंजक आहे
या formulation ने कथितरीत्या पकडलेले वर्तन किती विस्तृत आहे, यात मुख्य रस आहे. double-slit experiment हे क्वांटम विचित्रतेचे एक निर्णायक उदाहरण राहिले आहे, कारण कण तरंगासारखा interference दर्शवतात. quantum tunneling देखील तितकेच अंतर्ज्ञानाला विरोध करणारे आहे, कारण ते कणांना अशा अडथळ्यांच्या पलीकडे दिसू देतो, जे साध्या शास्त्रीय वाचनानुसार त्यांनी पार करू नयेत.
जर least-action आधारित शास्त्रीय चौकट अशा प्रकरणांसाठी तीच संख्यात्मक उत्तरे पुन्हा निर्माण करू शकली, तर क्वांटम सिद्धांत समजून घेण्यासाठी एक नवा संकल्पनात्मक मार्ग मिळतो. यामुळे विचित्रता नाहीशी होत नाही, पण ती कशी मोजली आणि समजली जाते, याची चौकट बदलू शकते.
मूळ मजकुरात अभ्यासाचे सहलेखक Winfried Lohmiller यांनी सांगितले की यापूर्वी फक्त एक नाजूक पूल होता जो तुलनेने मोठ्या क्वांटम कणांसाठी काम करत असे, तर नवी चौकट क्वांटम मेकॅनिक्स, शास्त्रीय मेकॅनिक्स, आणि सापेक्षता यांना सर्व पातळ्यांवर वर्णन करण्याचा एक समान मार्ग निर्माण करते. हे महत्त्वाकांक्षी विधान आहे, आणि या कामाच्या व्यापक उद्देशाकडे निर्देश करते: फक्त एक अरुंद युक्ती नाही, तर अधिक एकत्रित गणिती भाषा.
संशोधक काय म्हणत आहेत आणि काय नाही
मूळ मजकुरानुसार, संशोधक तात्त्विक परिणाम अतिशयोक्तीने मांडण्याबाबत सावध आहेत. सहलेखक Jean-Jacques Slotine यावर भर देतात की ते क्वांटम मेकॅनिक्समध्ये काहीही चूक आहे असे म्हणत नाहीत. त्यामुळे हे काम मानक सिद्धांताच्या विरोधात न जाता, रचनात्मक भूमिकेत राहते.
ते जे म्हणत आहेत ते स्वतःमध्येच पुरेसे महत्त्वाचे आहे. ते सांगतात की शास्त्रीय तत्त्व वापरून क्वांटम गती मोजता येते आणि अनेक मानक उदाहरणांमध्ये Schrödinger equation शी अचूक जुळणारे परिणाम मिळतात. हा दावा व्यापक तपासणी आणि विस्तारात टिकला, तर तो अध्यापन, अर्थनिर्णय, आणि काही प्रकारच्या संगणनावर परिणाम करू शकतो.
तरीही, काही प्रश्न नैसर्गिकपणे उरतात. स्रोत मजकूर सांगत नाही की ही formulation अभ्यासलेल्या प्रकरणांपलीकडे किती व्यापक आहे. ही पद्धत अधिक जटिल many-body प्रणालींवर किती कार्यक्षमतेने लागू होते हेही तो स्पष्ट करत नाही. तसेच measurement, uncertainty, किंवा क्वांटम सिद्धांतातील इतर मूलभूत मुद्द्यांचे अर्थ लावणे ही चौकट बदलते का, हेही तो सांगत नाही. हे निष्कर्षावरील टीका नाही; गंभीर वाचक विचारेल असे हे स्वाभाविक पुढचे प्रश्न आहेत.
अशा कामाचे महत्त्व
भौतिकशास्त्र फक्त नवे कण किंवा नवी खगोलीय वस्तू शोधून पुढे जात नाही, तर विद्यमान सिद्धांतांमधील अधिक खोल संबंध शोधूनही पुढे जाते. विज्ञानातील काही सर्वात महत्त्वाच्या प्रगती अशा दाखवण्यातून आल्या आहेत की पूर्वी वेगळ्या मानल्या गेलेल्या घटना प्रत्यक्षात एका समान संरचनेने नियंत्रित होतात.
हा MIT निष्कर्ष त्या परंपरेत बसतो. तो शास्त्रीय मेकॅनिक्सने वर्णन केलेल्या दैनंदिन जग आणि क्वांटम मेकॅनिक्सने वर्णन केलेल्या सूक्ष्म जग या अनेकदा वेगळ्या मांडल्या जाणाऱ्या विश्वांमधील संकल्पनात्मक अंतर कमी करण्याचा प्रयत्न करतो. व्यावहारिक परिणाम प्रामुख्याने नवा गणनात्मक मार्ग असला तरी तोही महत्त्वाचा आहे. नवी formalisms समस्या सोपी करू शकतात, लपलेली सममिती उघड करू शकतात, आणि संशोधनाच्या नव्या दिशा उघडू शकतात.
अशा पूलाचा शैक्षणिक उपयोगही आहे. क्वांटम मेकॅनिक्स अनेकदा अंतर्ज्ञानाशी इतका तीव्र तुटलेपणा म्हणून मांडला जातो की शास्त्रीय कल्पना जवळजवळ अप्रासंगिक वाटतात. शास्त्रीय least-action तत्त्वांशी गणिती दृष्ट्या कठोर संबंध विद्यार्थ्यांना आणि संशोधकांना जिथे त्यांनी फक्त तुटलेपणा पाहिला, तिथे सातत्य दाखवू शकतो.
सावध पण लक्षवेधी घडामोड
क्वांटम मेकॅनिक्स कमी रहस्यमय केल्याचे दावे काळजीपूर्वक पाहिले पाहिजेत, आणि MIT चे काम मथळ्यांच्या संक्षेपांवर नाही तर प्रकाशित गणिती तपशीलांवर आधारित मूल्यमापन केले पाहिजे. पण दिलेल्या स्रोत मजकुरानुसार, हा अभ्यास एका स्पष्ट कारणामुळे लक्षवेधी आहे: तो दाखवतो की किमान काही, साधारणपणे पूर्णपणे क्वांटम मानल्या जाणाऱ्या घटना शास्त्रीय variational चौकटीद्वारे पुनरुत्पादित करता येतात.
यामुळे क्वांटम जग सामान्य ठरत नाही. पण शास्त्रीय आणि क्वांटम वर्णनांमधील सीमा अपेक्षेपेक्षा अधिक गणिती दृष्ट्या पारगम्य असू शकते, असे ते सूचित करते. भविष्यातील कामाने ही पद्धत अधिक प्रणालींमध्ये आणि अधिक गुंतागुंतीच्या वर्तनात विस्तारित केली, तर हा निष्कर्ष वेगवेगळ्या स्केलवरील भौतिकशास्त्रज्ञ वापरतात ती भाषा एकत्र आणण्याच्या मोठ्या प्रयत्नाचा भाग बनू शकतो.
हा लेख Phys.org च्या रिपोर्टिंगवर आधारित आहे. मूळ लेख वाचा.
Originally published on phys.org