കാരണവും കാര്യവും തലതിരിഞ്ഞാൽ? ക്വാണ്ടം ലോകത്തെ പുതിയ കണ്ടെത്തൽ

ഇന്നലെ നടന്ന ഒരു സംഭവം ഇന്നത്തെ നിങ്ങളുടെ തീരുമാനങ്ങളെ സ്വാധീനിക്കുന്നു. ഇത് തികച്ചും സാധാരണമായ കാര്യമാണ്. എന്നാൽ നാളെ നടക്കാൻ പോകുന്ന ഒരു കാര്യം ഇന്നലത്തെ സംഭവത്തെ മാറ്റിയെഴുതുമെന്ന് പറഞ്ഞാലോ? കേൾക്കുമ്പോൾ അവിശ്വസനീയമെന്ന് തോന്നാം. നമ്മുടെ സാമാന്യയുക്തിക്ക് നിരക്കാത്ത ഇത്തരം ആശയങ്ങളാണ് ക്വാണ്ടം ഭൗതികത്തിന്റെ (Quantum Mechanics) ലോകത്തെ സജീവ ചർച്ചാവിഷയമാക്കുന്നത്. കാര്യകാരണ ബന്ധങ്ങൾ പോലും തലകീഴായി മറിയുന്ന ഒരു ലോകം. അവിടെ, ‘A’ എന്ന സംഭവം ‘B’ എന്ന സംഭവത്തിന് കാരണമായോ, അതോ ‘B’ ആണോ ‘A’ ക്ക് കാരണമായോ എന്ന് തീർത്തുപറയാൻ കഴിയാത്ത അവസ്ഥയെക്കുറിച്ചാണ് പുതിയ പഠനങ്ങൾ സൂചന നൽകുന്നത്.

വിയന്ന സർവകലാശാലയിലെ ഒരു സംഘം ഗവേഷകർ നടത്തിയ പുതിയ പരീക്ഷണം ഈ ആശയക്കുഴപ്പത്തിന് കൂടുതൽ ബലം നൽകുന്നു. രണ്ട് സംഭവങ്ങളുടെ ക്രമം പോലും ഒരു നിശ്ചിത യാഥാർത്ഥ്യമല്ല, മറിച്ച് ഒരു സാധ്യത മാത്രമായിരിക്കാം എന്നാണ് ഇവർ വാദിക്കുന്നത്. ശാസ്ത്രലോകം ഇതിനെ അനിശ്ചിത കാരണ ക്രമം (Indefinite Causal Order) എന്നാണ് വിളിക്കുന്നത്. ഈ ആശയം പുതിയതല്ലെങ്കിലും, ഇതൊരു യഥാർത്ഥ പ്രതിഭാസമാണെന്ന് ശക്തമായി തെളിയിക്കുന്ന ഒരു പരീക്ഷണത്തിന് ലോകം സാക്ഷിയാകുന്നത് ഇപ്പോഴാണ്.

എന്താണ് ഈ കാരണങ്ങളിലെ ആശയക്കുഴപ്പം?

നമ്മുടെ ലോകം പ്രവർത്തിക്കുന്നത് കാര്യകാരണ ബന്ധങ്ങളുടെ (Causality) അടിസ്ഥാനത്തിലാണ്. ഒരു ഗ്ലാസ് താഴെ വീണാൽ അത് പൊട്ടും. വീഴ്ചയാണ് കാരണം, പൊട്ടുന്നത് അതിന്റെ ഫലം. ഇവിടെ സംഭവങ്ങളുടെ ക്രമം വ്യക്തമാണ്. ഗ്ലാസ് പൊട്ടിയതിന് ശേഷം താഴെ വീഴുകയില്ലല്ലോ. എന്നാൽ ക്വാണ്ടം ലോകത്തേക്ക് കടക്കുമ്പോൾ ഈ നിയമങ്ങൾ അത്ര കർശനമല്ലാതാകുന്നു.

വർഷങ്ങൾക്ക് മുൻപ് നടന്ന ഒരു പരീക്ഷണം ഓർക്കുക. പരസ്പരം ബന്ധിപ്പിച്ച (entangled) രണ്ട് പ്രകാശകണികകളെ (photons) എടുക്കുന്നു. അതിൽ ഒന്നിനെ ഒരു പ്രത്യേക ഉപകരണത്തിലൂടെ കടത്തിവിടുന്നു. ഈ ഉപകരണം വഴി അതിന് ഒരു തരംഗമായോ (wave) അല്ലെങ്കിൽ കണികയായോ (particle) സഞ്ചരിക്കാം. ആദ്യത്തെ ഫോട്ടോൺ ഈ ഉപകരണം കടന്നുപോയ ശേഷം, രണ്ടാമത്തെ ഫോട്ടോണിനെ ശാസ്ത്രജ്ഞർ അളക്കുന്നു. ഈ അളവ്, ആദ്യത്തെ ഫോട്ടോൺ എങ്ങനെ സഞ്ചരിക്കണം എന്ന് തീരുമാനിക്കാൻ ശേഷിയുള്ളതാണ്. അത്ഭുതമെന്നു പറയട്ടെ, പരീക്ഷണം കഴിഞ്ഞുനോക്കുമ്പോൾ, രണ്ടാമത്തെ ഫോട്ടോണിനെ അളന്നത് എപ്രകാരമാണോ, അതുപോലെയാണ് ആദ്യത്തെ ഫോട്ടോൺ തുടക്കം മുതലേ സഞ്ചരിച്ചത് എന്ന് വ്യക്തമാകും!

ഇതുകാണുമ്പോൾ തോന്നും, പിന്നീട് നടന്ന ഒരു അളവെടുപ്പ് ഭൂതകാലത്തെ സ്വാധീനിച്ചുവെന്ന്. കാര്യങ്ങൾ കൈവിട്ട പോലെ! ഇവിടെയാണ് **അനിശ്ചിത കാരണ ക്രമം** എന്ന ആശയം പ്രസക്തമാകുന്നത്. ഒരു സംഭവം മറ്റൊന്നിന് മുൻപാണോ പിൻപാണോ നടന്നതെന്ന് ഉറപ്പില്ലാത്ത ഒരു അവസ്ഥ. രണ്ട് സാധ്യതകളും ഒരേ സമയം നിലനിൽക്കുന്ന ഒരു സൂപ്പർപൊസിഷൻ (superposition) അവസ്ഥ.

പരീക്ഷണശാലയിലെ സമയരേഖകൾ

ഈ ആശയം പരീക്ഷിക്കുന്നതിനായി ശാസ്ത്രജ്ഞർ വിവിധ തന്ത്രങ്ങൾ മെനഞ്ഞിട്ടുണ്ട്. ഒരു ക്വാണ്ടം കണികയെ രണ്ട് വ്യത്യസ്ത പാതകളിലൂടെ ഒരേ സമയം സഞ്ചരിപ്പിക്കുക എന്നതാണ് അതിലൊന്ന്.

• പാത 1: കണിക ആദ്യം ‘A’ എന്ന പ്രവർത്തനത്തിന് വിധേയമാകുന്നു, തുടർന്ന് ‘B’ എന്ന പ്രവർത്തനത്തിനും.
• പാത 2: കണിക ആദ്യം ‘B’ എന്ന പ്രവർത്തനത്തിന് വിധേയമാകുന്നു, തുടർന്ന് ‘A’ എന്ന പ്രവർത്തനത്തിനും.

ക്വാണ്ടം സൂപ്പർപൊസിഷൻ എന്ന തത്വം ഉപയോഗിച്ച്, കണികയെ ഈ രണ്ടു പാതകളിലൂടെയും ഒരേ സമയം കടത്തിവിടാൻ സാധിക്കും. അതായത്, ഒരു നിമിഷത്തിൽ ആ കണിക ‘A കഴിഞ്ഞ് B’ എന്ന ക്രമവും ‘B കഴിഞ്ഞ് A’ എന്ന ക്രമവും അനുഭവിച്ചിട്ടുണ്ടാകും. മുൻപ് നടന്ന പരീക്ഷണങ്ങൾ ഇങ്ങനെയൊരു അവസ്ഥ സാധ്യമാണെന്ന് തെളിയിച്ചിരുന്നു. പക്ഷെ അതിനൊരു പരിമിതിയുണ്ടായിരുന്നു. ആ പ്രത്യേക പരീക്ഷണത്തിൽ മാത്രം സംഭവിക്കുന്ന ഒരു പ്രതിഭാസമാണോ ഇത്, അതോ ക്വാണ്ടം ലോകത്തിന്റെ ഒരു അടിസ്ഥാന സ്വഭാവമാണോ എന്ന് ഉറപ്പിച്ചു പറയാൻ കഴിഞ്ഞിരുന്നില്ല.

ബെല്ലിന്റെ അസമത്വങ്ങൾ: സംശയങ്ങൾക്കുള്ള മറുപടി

ഈയൊരു സംശയം ദൂരീകരിക്കാനാണ് വിയന്നയിലെ ഗവേഷകസംഘം പുതിയൊരു മാർഗ്ഗം കണ്ടെത്തിയത്. ക്വാണ്ടം ഭൗതികത്തിലെ മറ്റൊരു അടിസ്ഥാന ആശയമായ ‘ബെല്ലിന്റെ അസമത്വങ്ങൾ’ (Bell’s Inequalities) അവർ തങ്ങളുടെ പരീക്ഷണത്തിന് അടിസ്ഥാനമാക്കി.

എന്താണ് ബെല്ലിന്റെ അസമത്വങ്ങൾ? ലളിതമായി പറഞ്ഞാൽ, ക്വാണ്ടം ലോകത്തെ വിചിത്രമായ പെരുമാറ്റങ്ങൾ യഥാർത്ഥത്തിൽ അങ്ങനെതന്നെയാണോ, അതോ നമുക്കറിയാത്ത എന്തെങ്കിലും ‘ഗൂഢമായ നിയമങ്ങൾ’ (hidden variables) ഇതിന് പിന്നിലുണ്ടോ എന്ന് പരിശോധിക്കാനുള്ള ഒരു ഗണിതശാസ്ത്രപരമായ മാർഗ്ഗമാണിത്. ഒരു പരീക്ഷണത്തിലെ ഫലങ്ങൾ തമ്മിലുള്ള പരസ്പരബന്ധത്തിന് ബെൽ ഒരു പരിധി നിശ്ചയിച്ചു. പരീക്ഷണഫലങ്ങൾ ഈ പരിധി ലംഘിക്കുകയാണെങ്കിൽ, അതിനർത്ഥം നമുക്കറിയാത്ത ഗൂഢമായ നിയമങ്ങളല്ല, മറിച്ച് ക്വാണ്ടം ലോകത്തിന്റെ വിചിത്രമായ സ്വഭാവം തന്നെയാണ് ഇതിന് കാരണം എന്നാണ്. ഈ രംഗത്തെ പഠനങ്ങളാണ് പല ഭൗതികശാസ്ത്രജ്ഞർക്കും നൊബേൽ സമ്മാനം വരെ നേടിക്കൊടുത്തത്.

ഇതേ ആശയം കടമെടുത്തുകൊണ്ട്, വിയന്നയിലെ സംഘം ‘കാര്യകാരണ ബന്ധങ്ങൾക്കുള്ള ഒരു ബെൽ പരീക്ഷണം’ രൂപകൽപ്പന ചെയ്തു. അവരുടെ ലക്ഷ്യം ഒന്നായിരുന്നു: **അനിശ്ചിത കാരണ ക്രമം** എന്നത് ഏതെങ്കിലും ഒരു പരീക്ഷണത്തിന്റെ മാത്രം പ്രത്യേകതയല്ല, മറിച്ച് പ്രപഞ്ചത്തിന്റെ ഒരു അടിസ്ഥാന സ്വഭാവം തന്നെയാണെന്ന് തെളിയിക്കുക.

പുതിയ വഴിത്തിരിവ്

പുതിയ പരീക്ഷണത്തിൽ, പരസ്പരം ബന്ധിപ്പിച്ച ഫോട്ടോണുകളെ ഉപയോഗിച്ചു. ഒരു ഫോട്ടോണിനെ രണ്ട് പ്രവർത്തനങ്ങളിലൂടെ (A, B) കടത്തിവിട്ടു. ഫോട്ടോണിന്റെ പോളറൈസേഷൻ (polarization) അനുസരിച്ചായിരിക്കും അത് ഏത് ക്രമത്തിൽ ഈ പ്രവർത്തനങ്ങൾക്ക് വിധേയമാകുന്നത് എന്ന് തീരുമാനിക്കുക. എന്നാൽ ക്വാണ്ടം തത്വമനുസരിച്ച് ഫോട്ടോണിനെ ഒരേസമയം ഒന്നിലധികം പോളറൈസേഷൻ അവസ്ഥകളിൽ നിലനിർത്താൻ സാധിക്കും. ഇതിന്റെ ഫലമായി, ഫോട്ടോൺ ഏത് ക്രമത്തിലാണ് (A-B യോ, B-A യോ) പ്രവർത്തനങ്ങൾക്ക് വിധേയമായത് എന്ന് ഉറപ്പില്ലാത്ത ഒരു സൂപ്പർപൊസിഷൻ അവസ്ഥ സംജാതമായി.

പരീക്ഷണത്തിന്റെ ഫലങ്ങൾ അമ്പരപ്പിക്കുന്നതായിരുന്നു. അവർ രൂപകൽപ്പന ചെയ്ത ‘കാര്യകാരണ ബന്ധത്തിന്റെ ബെൽ അസമത്വം’ പ്രവചിച്ച പരിധിയും കടന്ന് പരീക്ഷണഫലങ്ങൾ മുന്നോട്ട് പോയി. ഇതിൽ നിന്ന് ഒരുകാര്യം വ്യക്തമായി: സംഭവങ്ങളുടെ ക്രമം അനിശ്ചിതമായിരിക്കുന്ന അവസ്ഥ ക്വാണ്ടം ലോകത്ത് യഥാർത്ഥത്തിൽ നിലനിൽക്കുന്നുണ്ട്.

ഇനി എന്ത്? ഇതിന്റെ പ്രസക്തിയെന്ത്?

ഈ കണ്ടെത്തൽ നമ്മുടെ സമയത്തെയും യാഥാർത്ഥ്യത്തെയും കുറിച്ചുള്ള കാഴ്ചപ്പാടുകളെ തന്നെ മാറ്റിമറിക്കാൻ ശേഷിയുള്ളതാണ്. നിലവിലെ പരീക്ഷണത്തിൽ ചില പഴുതുകൾ ഇനിയും അടയ്ക്കാനുണ്ടെന്ന് ഗവേഷകർ തന്നെ സമ്മതിക്കുന്നുണ്ട്. എന്നാൽ ഈ ദിശയിലുള്ള ആദ്യത്തെ വലിയ ചുവടുവെപ്പായി ഇതിനെ കണക്കാക്കാം.

ഇത്തരം ഗവേഷണങ്ങളുടെ പ്രായോഗിക ഫലങ്ങൾ എന്തെല്ലാമായിരിക്കും? ഒരുപക്ഷേ, ഭാവിയിലെ ക്വാണ്ടം കമ്പ്യൂട്ടറുകളുടെ പ്രവർത്തനക്ഷമത വർദ്ധിപ്പിക്കാൻ ഇത് സഹായിച്ചേക്കാം. വിവരങ്ങൾ കൈമാറ്റം ചെയ്യുന്ന രീതികളിൽ പുതിയ വിപ്ലവങ്ങൾ സൃഷ്ടിക്കാനും ഈ അറിവ് ഉപകാരപ്പെട്ടേക്കാം. എങ്കിലും, അതിനേക്കാളുപരി പ്രപഞ്ചത്തിന്റെ അടിസ്ഥാന നിയമങ്ങളെക്കുറിച്ചുള്ള നമ്മുടെ ധാരണയെയാണ് ഇത് കൂടുതൽ ആഴത്തിലാക്കുന്നത്.

നമ്മുടെ സാധാരണ യുക്തിക്ക് പിടികൊടുക്കാത്ത ഒരു ലോകമാണ് ക്വാണ്ടം കണികകളുടേത്. അവിടെ, ഇന്നലെയും ഇന്നും നാളെയും തമ്മിലുള്ള അതിർവരമ്പുകൾ നേർത്തതാകുന്നു. കാരണവും കാര്യവും ഏതെന്ന് തിരിച്ചറിയാനാകാതെ വരുന്നു. ശാസ്ത്രം ആ മായാലോകത്തിന്റെ വാതിലുകൾ ഇനിയും തുറന്നുകൊണ്ടേയിരിക്കും.