ಅಯಾನುಗಳ ಸೆರೆಯಲ್ಲಿ ಕ್ವಾಂಟಮ್ ವಾಸ್ತವ!

(ಕನ್ನಡ ನಿಯತಕಾಲಿಕೆ 'ವಿಜಯವಾಣಿ'ಯಲ್ಲಿ ೨೮ ಅಕ್ಟೋಬರ್, ಭಾನುವಾರದ 'ವಿಜಯ ವಿಹಾರ' ಪುರವಣಿಯಲ್ಲಿ ಪ್ರಕಟವಾದ ಲೇಖನ)

೨೦೧೨ರ ಭೌತಶಾಸ್ತ್ರದ ನೊಬೆಲ್ ಸೆರ್ಜ್ ಹಾರೋಚೆ ಮತ್ತು ಡೇವಿಡ್ ವೈನ್ ಲ್ಯಾಂಡ್ ಅವರಿಗೆ ನೀಡುತ್ತಿದ್ದಂತೆಯೇ ಕ್ವಾಂಟಮ್ ಭೌತಶಾಸ್ತ್ರ ಮತ್ತೆ ಸುದ್ದಿಯಾಗಿದೆ. ಕ್ವಾಂಟಮ್ ಭೌತಶಾಸ್ತ್ರಕ್ಕೆ ಸರಿ ಸುಮಾರು ನೂರು ವರ್ಷಗಳಾಗುತ್ತಿರುವಾಗ ಕ್ವಾಂಟಮ್ ತತ್ವದಂತೆಯೇ ವರ್ತಿಸುವ ಕ್ವಾಂಟಮ್ ಗಣಕಯಂತ್ರಗಳನ್ನು ನಿರ್ಮಿಸಬಹುದೆಂಬ ವಿಚಾರಕ್ಕೆ ಮನ್ನಣೆ ಸಿಗುತ್ತಿದೆ. ಸುತ್ತಲಿನ ಜಗತ್ತಿನಲ್ಲಿ ನಾವು ನಿತ್ಯ ನ್ಯೂಟನ್ನಿಗೆ ವಿಧೇಯವಾಗಿರುವ ಭೌತಶಾಸ್ತ್ರವನ್ನು ನೋಡುತ್ತೇವೆ. ಬೆಳಕಿನ ವೇಗಕ್ಕಿಂತ ಅತಿ ಕಡಿಮೆಯ ವೇಗದಲ್ಲಿ ಚಲಿಸುತ್ತಿರುವ ವಸ್ತುಗಳನ್ನು, ಪರಮಾಣುಗಳಿಗಿಂತ ಬಹು ದೊಡ್ಡ ಗಾತ್ರದ ವಸ್ತುಗಳನ್ನು ನೋಡುವ ನಮಗೆಲ್ಲರಿಗೂ ನ್ಯೂಟನ್ನಿನ ಭೌತಶಾಸ್ತ್ರದ ತಿಳಿವಿರದಿದ್ದರೂ, ಅದರ ವಿಚಾರಗಳನ್ನು ಗ್ರಹಿಸುವದು ಕಷ್ಟವಲ್ಲ.ಆದರೆ ಕ್ವಾಂಟಮ್ ವಿಜ್ಞಾನದಲ್ಲಿ ಕಣವೊಂದು ಏಕ ಕಾಲದಲ್ಲಿ ಎರಡು ಸ್ಥಳಗಳಲ್ಲರಬಹುದು, ಇಲ್ಲಿರುವ ಒಂದು ಕಣ ಇನ್ನೆಲ್ಲೋ ಇರುವ ಒಂದು ಕಣದ ಸ್ಥಿತಿಯೊಂದಿಗೆ ಸಿಕ್ಕಿನಲ್ಲಿರಬಹುದು(ಎಂಟಾಗಲ್ಮೆಂಟ್) ಎಂದು ನಾವು ಆಗಾಗ ಕೇಳುತ್ತಿರುತ್ತೇವೆ. ಇವುಗಳ ಅರ್ಥವೇನು ಎಂದು ಬೆರಗಾಗುತ್ತಿರುತ್ತೇವೆ. ಹೆಚ್ಚು ಹೆಚ್ಚು ಗಣಿತದಲ್ಲಿ ವ್ಯಕ್ತಗೊಳ್ಳುವ ಭೌತಶಾಸ್ತ್ರವನ್ನು ಕನ್ನಡದಲ್ಲೋ, ಇಂಗ್ಲಿಷಿನಲ್ಲೋ ವ್ಯಕ್ತಪಡಿಸಲು ಹೋದಾಗ ಈ ರೀತಿ ಗೊಂದಲಗಳಾಗುವುದುಂಟು.

ನೀವು ಒಂದು ನಾಣ್ಯವನ್ನು ಟಾಸ್ ಹಾಕಿ ಅದನ್ನು ನಿಮ್ಮ ಕೈಯಲ್ಲಿ ಮುಚ್ಚಿಟ್ಟುಕೊಳ್ಳಿ. ನೀವು ಅದನ್ನು ಮುಚ್ಚಿಟ್ಟುಕೊಂಡಷ್ಟು ಹೊತ್ತೂ ನನಗೆ ಅದು ಯಾವ ಮುಖವಾಗಿ ಬಿದ್ದಿದೆ ಎಂಬುದು ಗೊತ್ತಿರುವುದಿಲ್ಲ. ಆದರೆ  ನ್ಯೂಟನ್ನನ  ಪ್ರಕಾರ “ಆ ನಾಣ್ಯದ ಸ್ಥಿತಿ ಹೆಡ್ ಅಥವಾ ಟೇಲ್ ಆಗಿ ನಿರ್ಧರಿಸಲ್ಪಟ್ಟಿದ್ದು ಆ ನಾಣ್ಯದ ಸ್ಥಿತಿ ನನಗೆ ತಿಳಿದಿಲ್ಲ ಅಷ್ಟೇ”. ನಮ್ಮ ಯೋಚನೆಗಳೂ ಕೂಡಾ ಹೀಗೆಯೇ ಸಾಗುತ್ತವೆ. ಅಲ್ಲವೇ? ಚಂದ್ರನನ್ನು ನಾವು ಇವತ್ತು ನೋಡಿರದಿದ್ದರೂ ಚಂದಿರ ಆಕಾಶದಲ್ಲೆಲ್ಲೋ ಇರುತ್ತಾನೆ. ನೋಡಿದಾಗ ನಮಗದರ ಅರಿವಾಗುತ್ತದೆ ಅಷ್ಟೇ.'ವಾಸ್ತವ' ಅನ್ನುವುದೇನೋ ಇರುತ್ತದೆ. ನಾವು ನೋಡಿದಾಗ ನಮಗದರ ಅರಿವಾಗುತ್ತದೆ ಅಷ್ಟೇ.

ಆದರೆ ಅದೊಂದು ಕ್ವಾಂಟಮ್ ನಾಣ್ಯವಾಗಿದ್ದರೆ “ಆ ನಾಣ್ಯದ ಸ್ಥಿತಿ ಹೆಡ್ ಮತ್ತು ಟೇಲ್ ಎರಡರ ಸಮ್ಮಿಳಿತವಾಗಿದ್ದು, ನೀವು ನಿಮ್ಮ ಕೈ ಬಿಡಿಸಿ ತೋರಿಸುವ ತನಕ ಅದು ಹೆಡ್ ಆಗಿತ್ತೋ ಅಥವಾ ಟೇಲ್ ಆಗಿತ್ತೋ ಎಂದು ಹೇಳಬರುವುದಿಲ್ಲ”. ಅಂದರೆ ಇಲ್ಲಿ ಯಾವುದೇ ಭೌತಿಕ ಗುಣವನ್ನಾಗಲಿ ಮಾಪನ ಮಾಡಿದಾಗ ಮಾತ್ರ ಅದಕ್ಕೊಂದು ನಿರ್ದಿಷ್ಟ ಮೌಲ್ಯವಿರುತ್ತದೆ. ಈ ನಾಣ್ಯ ಧರಿಸಬಹುದಾದ ಗುಣಗಳು ಹೆಡ್ ಅಥವಾ ಟೇಲ್. ಇದಕ್ಕೆ ನೀವು ಮಾಪನ ಮಾಡುವ ತನಕ ಹೆಡ್ ಅಥವಾ ಟೇಲ್ ಎನ್ನುವ ಗುಣ ಇರುವುದಿಲ್ಲ. ಯೋಚಿಸಿದರೆ ಆಶ್ಚರ್ಯವೆನಿಸುವ ಈ ಮಾಪನ ತತ್ವವನ್ನು ನೋಡಿ ಐನ್ ಸ್ಟೈನ್ ನೀಲ್ಸ್ ಬೋರ್ ಗೆ "ನಾನೀಗ ಚಂದ್ರನತ್ತ ತಿರುಗಿ ನೋಡದಿದ್ದರೂ ಚಂದ್ರ ಆಕಾಶದಲ್ಲಿದ್ದಾನೆಯೇ?" ಎಂದು ಪ್ರಶ್ನಿಸಿದ್ದರು.

ಇದನ್ನು ವಿವರಿಸಲು ವಿಜ್ಞಾನಿ ಷ್ರೋಡಿಂಜರ್ ಒಂದು ಬಾಕ್ಸಿನಲ್ಲಿರುವ ಬೆಕ್ಕಿನ ಉದಾಹರಣೆಯನ್ನು ನೀಡುತ್ತಾನೆ. ಒಂದು ವಿಕಿರಣಕಾರಿ ಪದಾರ್ಥದ ಜೊತೆ ಒಂದು ಬೆಕ್ಕನ್ನು ಒಂದು ಬಾಕ್ಸಿನಲ್ಲಿ ಇಡಲಾಗಿದೆ. ವಿಕಿರಣ ತಾಗಿದಾಕ್ಷಣ ಬೆಕ್ಕು ಸಾಯುತ್ತದೆ. ಈ ವಿಕಿರಣಕಾರಿ ಅಣುವು ಯಾವುದೋ ಒಂದು ಗಳಿಗೆಯಲ್ಲಿ ವಿಕಿರಣ ಸೂಸುತ್ತದೆ. ಇದೊಂದು ಕ್ವಾಂಟಮ್ ಪ್ರಕ್ರಿಯೆಯಾದ್ದರಿಂದ ಪ್ರತಿ ಗಳಿಗೆಯಲ್ಲೂ ಅದು ವಿಕಿರಣ ಸೂಸುವ ನಿರ್ದಿಷ್ಟ ಸಾಧ್ಯತೆಯಷ್ಟೇ(ಸಂಭವನೀಯ ಕ್ರಿಯೆ) ಇದೆ. ಆದ್ದರಿಂದ ನಮಗೆ ಬಾಕ್ಸ್ ತೆಗೆಯುವ ತನಕ ಅದು ವಿಕಿರಣ್ ಸೂಸಿದೆಯೋ ಇಲ್ಲವೋ ಹೇಳ ಬರುವುದಿಲ್ಲ. ಹಾಗಾಗಿ ಬಾಕ್ಸ್ ತೆಗೆಯುವ ತನಕ ಬೆಕ್ಕಿನ ‘ಭೌತಿಕ ಸ್ಥಿತಿ’ ಸಾವು ಹಾಗೂ ಬದುಕಿನ ಸಮ್ಮಿತಿಯಾಗಿರುತ್ತದೆ, ನಮ್ಮ ಕ್ವಾಂಟಮ್ ನಾಣ್ಯದಂತೆ. ಬೆಕ್ಕು ಸತ್ತಿಲ್ಲ. ಬದುಕಿಲ್ಲ. ಬಾಕ್ಸ್ ತೆಗೆಯುವ ತನಕ ಅದು ಸತ್ತಿದೆಯೋ ಬದುಕಿದೆಯೋ ಹೇಳಬರುವುದಿಲ್ಲ!

ಡೇವಿಡ್ ವೈನ್ಲ್ ಲ್ಯಾಂಡ್ ಇಂತಹ ಕ್ಯಾಟ್ ಸ್ಥಿತಿಗಳನ್ನು ತಮ್ಮ ಪ್ರಯೋಗಾಲಾಯದಲ್ಲಿ ಅಯಾನುಗಳು ಹಾಗೂ ವಿದ್ಯುತ್ಕಾಂತೀಯ ಕ್ಷೇತ್ರಗಳ ಮೂಲಕ ಸಾಧಿಸಿದ್ದಾರೆ. ಒಂದು ಅಯಾನನ್ನು(ಅಯಾನು ಎಂದರೆ ಎಂದು ಎಲೆಕ್ಟ್ರಾನ್ ಕಳೆದುಕೊಂಡಿರುವ ಇಲ್ಲವೇ ಒಂದು ಇಲೆಕ್ಟ್ರಾನ್ ಹೆಚ್ಚಾಗಿ ಪಡೆದುಕೊಂಡಿರುವ ಅಣು) ಲೇಸರ್ ಬೆಳಕಿನ ಕಣಗಳಿಂದ(ಫೋಟಾನ್) ಢಿಕ್ಕಿ ಹೊಡೆಸಲಾಗುತ್ತದೆ. ಈ ಫೋಟಾನುಗಳ ಆವೇಗದಿಂದ ಅಯಾನುಗಳ ಚಲನಶಕ್ತಿ ಕಡಿಮೆಯಾಗುತ್ತದೆ. ಅಯಾನುಗಳ ಚಲನ ಶಕ್ತಿ ಕಡಿಮೆಯಾದಂತೆ ಅವುಗಳು ತಣ್ಣಗಾಗುತ್ತವೆ. ಹೀಗೆ ತಣ್ಣಗಾದ ಅಯಾನುಗಳನ್ನು ವಿದ್ಯುತ್ಕಾಂತೀಯ ಕ್ಷೇತ್ರಗಳ ಮೂಲಕ ಸೆರೆ ಹಿಡಿಯಲಾಗುತ್ತದೆ. ಹೀಗೆ ಸೆರೆಹಿಡಿಯಲ್ಪಟ್ಟ ಅಯಾನುಗಳನ್ನು ನಿರ್ದಿಷ್ಟ ತರಂಗಾಂತರದ ಲೇಸರ್ ಕಿರಣಗಳಿಂದ ಬೇರೆ ಬೇರೆ ಶಕ್ತಿ ವಲಯಗಳ ನಡುವೆ ನಿಯಂತ್ರಿಸಬಹುದಾಗಿದೆ.

ಒಂದು ಶತಮಾನದ ಕ್ವಾಂಟಮ್ ಸಿದ್ಧಾಂತದ ಮೂಲಭೂತ ತತ್ವಗಳನ್ನು ಯೋಚನಾ ಪ್ರಯೋಗಗಳಿಂದ ರಚಿಸಲಾಗಿತ್ತು. ನಂತರ ಹಲವಾರು ಕಣಗಳ ಸ್ಥಿತಿಗಳ ಮೇಲಾದ ಪ್ರಯೋಗಗಳನ್ನಷ್ಟೇ ನಡೆಸಲಾಗಿತ್ತು.  ಆದರೆ ಮೇಲೆ ಹೇಳಿರುವ ಡೇವಿಡ್ ವೈನ್ ಲ್ಯಾಂಡ್ ಅವರ ಪ್ರಯೋಗದಿಂದಾಗಿ ಈ ಮೂಲಭೂತ ಪ್ರಕ್ರಿಯೆಗಳನ್ನು ಮೊದಲ ಬಾರಿಗೆ ಪ್ರಾಯೋಗಿಕವಾಗಿ ಗಮನಿಸಲು ಸಾಧ್ಯವಾಯಿತು. ಓಂದು ಅಯಾನನ್ನು ಹೀಗೆ ಸೆರೆ ಹಿಡಿಯುವುದು ಸುಲಭದ ಮಾತಲ್ಲ. ಆ ಅಯಾನು ಯಾವುದೇ ಹೊರಗಿನ ಸ್ಥಿತಿಗಳೊಡನೆ ವರ್ತಿಸಿದರೆ ಅದರ ಕ್ವಾಂಟಮ್ ತನ ಕಳೆದು ಹೋಗಿ ಅದಕ್ಕೊಂದು ನಿರ್ದಿಷ್ಟ ಶಕ್ತಿವಲಯದ ಸ್ಥಿತಿ ಬಂದು ಬಿಡಬಹುದು. ಅಂದರೆ ಕ್ವಾಂಟಮ್ ನಾಣ್ಯವನ್ನು ಕೈಯ ಹೊರಗಿನ ಯಾವುದೇ ಅಣುಗಳು ಕದ್ದು ನೋಡಿಬಿಟ್ಟರೆ ಆ ನಾಣ್ಯಕ್ಕೆ ನಿರ್ದಿಷ್ಟ ಗುಣ ಬಂದುಬಿಡುತ್ತದೆ. ಹಾಗಾಗಿ ಹೊರಗಿನ ಯಾವುದೇ ಅಣುಗಳೋಡನೆ ಬಹುಕಾಲ ವರ್ತಿಸದಂತೆ ಅಯಾನನ್ನು ಬೇರ್ಪಡಿಸಬೇಕು.ಇದು ಸಾಧ್ಯವಾಗಿರುವುದು ಒಂದು ಅಭೂತಪೂರ್ವ ಸಾಧನೆಯೇ ಸರಿ.

ಇವತ್ತಿನ ಕಂಪ್ಯೂಟರ್, ಸೂಪರ್ ಕಂಪ್ಯೂಟರ್ ಗಳೆಲ್ಲ ನ್ಯೂಟನ್, ಮ್ಯಾಕ್ಸ್ವೆಲ್ ಹೇಳಿದ ಬೌತಶಾಸ್ತ್ರವನ್ನಾಧರಿಸಿ ವರ್ತಿಸುತ್ತವೆ. ಒಂದು ಮತ್ತು ಸೊನ್ನೆ ಎಂಬ ಬೈನರಿ ಮಾದರಿಯಲ್ಲಿ ಗಣನೆ ನಡೆಯುತ್ತದೆ.ಅಂದರೆ ಸೊನ್ನೆ ವೋಲ್ಟನ್ನು ಸೊನ್ನೆ ಎಂದೂ ಐದು ವೋಲ್ಟನ್ನು ಒಂದು ಎಂದೂ ಕರೆದು ಟ್ರಾನ್ಸಿಸ್ಟರ್, ರೆಸಿಸ್ಟರುಗಳ ವಿದ್ಯುತ್ ಮಂಡಲಗಳ ಸಹಾಯದಿಂದ ಬೈನರಿಯಲ್ಲಿ ಗಣನೆ ನಡೆಯುತ್ತದೆ. ಈ ಬೈನರಿ ಗಣಕದ ಒಂದು ಅಂಶವನ್ನು 'ಬಿಟ್' ಎಂದು ಕರೆಯುತ್ತೇವೆ. ಈ ಬಿಟ್ ಗೆ ಸೊನ್ನೆ ಅಥವಾ ಒಂದು ಎಂಬ ನಿರ್ದಿಷ್ಟ ಸ್ಥಿತಿಗಳಿರುತ್ತವೆ. ಹಾಗಾಗಿ ಇವುಗಳಿಗೊಂದು 'ನಿರ್ದಿಷ್ಟ ಗುಣ'(ಒಂದು ಅಥವಾ ಸೊನ್ನೆ) ಇರುವುದರಿಂದ ಇವು ಕ್ವಾಂಟಮ್ ವಿಜ್ಞಾನದ ಮೇಲೆ ಅವಲಂಬಿಸಿಲ್ಲ.

ಆದರೆ ಕ್ವಾಂಟಮ್ ಸಿದ್ಧಾಂತವನ್ನುಪಯೋಗಿಸಿ ಗಣನೆ ಮಾಡಬಹುದೇ? ಅದರಿಂದ ಈ ಗಣಕಯಂತ್ರಗಳಿಂದಾ
-ಗದ್ದನ್ನೇನಾದರೂ ಸಾಧಿಸಬಹುದೇ ಎಂಬ ಪ್ರಶೆಗಳು ಕಳೆದ ಎರಡು ದಶಕಗಳಲ್ಲಿ ಭೌತಶಾಸ್ತ್ರ ಮತ್ತು ಗಣಕ ವಿಜ್ಞಾನ ನಡುವಿನ ಅಂತರವನ್ನು ಗೌಣವನ್ನಾಗಿಸಿದವು. ಕ್ವಾಂಟಮ್ ಗಣಕವಿಜ್ಞಾನವೆಂಬ ಶಾಖೆಯನ್ನು ಹುಟ್ಟುಹಾಕಿದವು. ಈ ಕ್ವಾಂಟಮ್ ಗಣಕಯಂತ್ರವನ್ನು ಸಾಧ್ಯವಾಗಿಸಲು ಕ್ವಾಂಟಮ್ ಕಣಗಳನ್ನು ಪ್ರತ್ಯೇಕವಾಗಿ ಗಮನಿಸುವುದು ಹಾಗೂ ನಿಯಂತ್ರಿಸುವುದು ಬಹು ಮುಖ್ಯ(ನಮ್ಮ ಕಂಪ್ಯೂಟರ್ರಿಗೆ ಬಿಟ್ಟುಗಳನ್ನು ಸರ್ಕ್ಯೂಟುಗಳ ಮೂಲಕ ನಿಯಂತ್ರಿಸುವುದು ಮುಖ್ಯವಾದಂತೆ). ಈ ನಿಟ್ಟಿನಲ್ಲಿ ವೈನ್ ಲ್ಯಾಂಡ್ ರವರ ೧೯೯೫ರ ಪ್ರಯೋಗದ ನಂತರ ಬಹಳಷ್ಟು ಬೆಳವಣಿಗೆಯಾಗಿದೆ.

“ನಮ್ಮೆಲ್ಲ ಮೂಲಭೂತ ಸಿದ್ಧಾಂತಗಳೂ ಯೋಚನಾ ಪ್ರಯೋಗಗಳ ಮೇಲಷ್ಟೇ ಅವಲಂಬಿಸಿವೆ” ಎಂದು ಕ್ವಾಂಟಮ್ ವಿಜ್ಞಾನದ ಹರಿಕಾರರಲ್ಲೊಬ್ಬನಾದ ಷ್ರೋಡಿಂಜೆರ್ ಸಮಾಧಾನಪಟ್ಟುಕೊಂಡಿದ್ದ. ಅಷ್ಟರ ಮಟ್ಟಿಗೆ ಕ್ವಾಂಟಮ್ ಸಿದ್ಧಾಂತದ ವಿಚಿತ್ರತೆಗಳಿಗೆ ಸಮರ್ಥನೆ ನೀಡಲೆತ್ನಿಸಿದ್ದ. ಆದರೆ ಇಂದು ಷ್ರೋಡಿಂಜೆರ್ ತನ್ನ ಗೋರಿಯಲ್ಲಿ ಸರಿದಾಡಿರಬಹುದು.

-ಸುಬ್ರಹ್ಮಣ್ಯ ಹೆಗಡೆ.

ಅಸ್ತಿತ್ವ ೧.

ಕನ್ನಡಿಯ ಎದುರು ನಿಂತವನೇ
ಗಾಬರಿಯಲ್ಲಿ ಮುದುಡಿಹೋದೆ!
ಕನ್ನಡಿಯ ಒಳಗೆ ಸಾವಿರ ಮುಖಗಳು

ಆ ಗೋಳಾಡುವ, ಸಿಡುಕುವ,
"ಛೀ! ಥೂ!" ಎನ್ನುವ
ಆಪ್ತ ಮುಖಗಳೆಲ್ಲ
ಮುಚ್ಚಿಹೋದ ಭೂತಕಾಲದ
ಹೊಗೆಯ ಸಾಕ್ಷಿಗಳೊಡನೆ
ನೀಚನನ್ನಾಗಿಸಿ, ಖಾಲಿ ಕೋರ್ಟಿನ
ಕಟೆಕಟೆಗೆ ತಳ್ಳಿ...

ಕಟೆಕಟೆಯ ಕಂಬಗಳಿಗೆ
ರೆಂಬೆ ಬಂದು, ಸೆಟೆಸಿ
ಬೆನ್ನು ಲಟ ಲಟ ಮುರಿದು
ಸತ್ತು ಹೋಗಿದ್ದೇನೆ!
ಕನ್ನಡಿಯಲ್ಲಿ ಕಾಣುತ್ತಿರುವ
ಶವ ಕೊಳೆಯುತ್ತಿದೆ,
ದಯವಿಟ್ಟು ಸುಟ್ಟು ಹಾಕಿ.