क्वांटम भौतिकी प्रयोग में ‘नकारात्मक समय’ का प्रमाण मिला

विजय गर्ग 

भौतिकविदों ने दिखाया है कि फोटॉन किसी सामग्री में प्रवेश करने से पहले उससे बाहर निकल सकते हैं, जिससे नकारात्मक समय के अवलोकन संबंधी साक्ष्य का पता चलता है नीली गति पृष्ठभूमि के साथ समय सार घड़ी चेहरा। क्वांटम क्षेत्र में समय नकारात्मक मान ले सकता है।  क्वांटम भौतिकी क्वांटम भौतिक विज्ञानी अजीब, प्रतीत होने वाली निरर्थक घटनाओं से परिचित हैं: परमाणु और अणु कभी-कभी कणों के रूप में कार्य करते हैं, कभी-कभी तरंगों के रूप में; कणों को “दूरी पर डरावनी क्रिया” द्वारा, यहां तक ​​कि लंबी दूरी पर भी, एक दूसरे से जोड़ा जा सकता है; और क्वांटम वस्तुएं अपने गुणों से खुद को अलग कर सकती हैं जैसे ऐलिस एडवेंचर्स इन वंडरलैंड की चेशायर कैट खुद को अपनी मुस्कराहट से अलग करती है। अब टोरंटो विश्वविद्यालय के डेनिएला अंगुलो के नेतृत्व में शोधकर्ताओं ने एक और अजीब क्वांटम परिणाम का खुलासा किया है: फोटॉन, प्रकाश के तरंग-कण, ठंडे परमाणुओं के बादल के माध्यम से घूमने में नकारात्मक समय बिता सकते हैं। दूसरे शब्दों में, फोटॉन किसी सामग्री में प्रवेश करने से पहले उससे बाहर निकलते दिख सकते हैं। “इसमें सकारात्मक समय लगा, लेकिन हमारा प्रयोग यह देखता है कि फोटॉन परमाणुओं को उत्तेजित अवस्था में *नकारात्मक* समय बिताने के लिए मजबूर कर सकते हैं!” नए अध्ययन के बारे में एक्स (पूर्व में ट्विटर) पर एक पोस्ट में टोरंटो विश्वविद्यालय के भौतिक विज्ञानी एफ़्रैम स्टीनबर्ग ने लिखा, जिसे 5 सितंबर को प्रीप्रिंट सर्वर arXiv.org पर अपलोड किया गया था और अभी तक सहकर्मी-समीक्षा नहीं की गई है। इस काम का विचार 2017 में सामने आया। उस समय, स्टाइनबर्ग और एक प्रयोगशाला सहयोगी, तत्कालीन डॉक्टरेट छात्र जोशिया सिंक्लेयर, प्रकाश और पदार्थ की बातचीत में रुचि रखते थे, विशेष रूप से परमाणु उत्तेजना नामक एक घटना: जब फोटॉन एक माध्यम से गुजरते हैं और मिलते हैं अवशोषित, उस माध्यम में परमाणुओं के चारों ओर घूमने वाले इलेक्ट्रॉन उच्च ऊर्जा स्तर पर पहुंच जाते हैं।

जब ये उत्तेजित इलेक्ट्रॉन अपनी मूल स्थिति में पहुँच जाते हैं, तो वे उस अवशोषित ऊर्जा को उत्सर्जित फोटॉन के रूप में छोड़ देते हैं, जिससे माध्यम के माध्यम से प्रकाश के देखे गए पारगमन समय में देरी होती है। सिनक्लेयर की टीम उस समय विलंब को मापना चाहती थी (जिसे कभी-कभी तकनीकी रूप से “समूह विलंब” कहा जाता है) और यह जानना चाहता था कि क्या यह उस फोटॉन के भाग्य पर निर्भर करता है: क्या यह परमाणु बादल के अंदर बिखरा हुआ और अवशोषित था, या यह बिना किसी बातचीत के प्रसारित हुआ था ? सिनक्लेयर कहते हैं, “उस समय, हम निश्चित नहीं थे कि उत्तर क्या है, और हमें लगा कि किसी चीज़ के बारे में इतना बुनियादी प्रश्न का उत्तर देना आसान होना चाहिए।” “लेकिन जितने अधिक लोगों से हमने बात की, उतना ही अधिक हमें एहसास हुआ कि हालांकि हर किसी के पास अपना अंतर्ज्ञान या अनुमान था, लेकिन सही उत्तर क्या होगा, इस पर कोई विशेषज्ञ सहमति नहीं थी।” क्योंकि इन देरी की प्रकृति इतनी अजीब और प्रतिकूल हो सकती है, कुछ शोधकर्ताओं ने प्रकाश से जुड़ी किसी भी भौतिक संपत्ति का वर्णन करने के लिए इस घटना को प्रभावी रूप से अर्थहीन करार दिया था। तीन साल की योजना के बाद, उनकी टीम ने प्रयोगशाला में इस प्रश्न का परीक्षण करने के लिए एक उपकरण विकसित किया। उनके प्रयोगों में अल्ट्राकोल्ड रूबिडियम परमाणुओं के एक बादल के माध्यम से फोटॉन की शूटिंग और परमाणु उत्तेजना की परिणामी डिग्री को मापना शामिल था। प्रयोग से दो आश्चर्य सामने आए: कभी-कभी फोटॉन बिना किसी क्षति के गुजर जाते थे, फिर भी रूबिडियम परमाणु उत्तेजित हो जाते थे – और तब तक जब तक कि उन्होंने उन फोटॉनों को अवशोषित कर लिया हो। अजीब बात है, जब फोटॉन को अवशोषित किया जाता था, तो वे लगभग तुरंत ही उत्सर्जित होते प्रतीत होते थे, रुबिडियम परमाणुओं के अपनी जमीनी स्थिति में लौटने से काफी पहले – जैसे कि फोटॉन, औसतन, परमाणुओं को तेजी से छोड़ रहे थेअपेक्षित। इसके बाद टीम ने स्पष्टीकरण तैयार करने के लिए ऑस्ट्रेलिया में ग्रिफ़िथ विश्वविद्यालय के सैद्धांतिक और क्वांटम भौतिक विज्ञानी हॉवर्ड वाइसमैन के साथ सहयोग किया। उभरे हुए सैद्धांतिक ढांचे से पता चला कि परमाणु उत्तेजना के रूप में इन संचरित फोटॉनों द्वारा बिताया गया समय प्रकाश द्वारा प्राप्त अपेक्षित समूह विलंब के साथ पूरी तरह से मेल खाता है – यहां तक ​​​​कि उन मामलों के लिए भी जहां ऐसा लगता था कि परमाणु उत्तेजना कम होने से पहले फोटॉनों को फिर से उत्सर्जित किया गया था। निरर्थक खोज को समझने के लिए, आप फोटॉन को फजी क्वांटम ऑब्जेक्ट के रूप में सोच सकते हैं, जिसमें परमाणु उत्तेजना के माध्यम से किसी भी फोटॉन का अवशोषण और पुनः उत्सर्जन एक निश्चित निश्चित समय पर होने की गारंटी नहीं है; बल्कि, यह लौकिक मूल्यों की एक घिसी-पिटी, संभाव्य सीमा में घटित होता है।

जैसा कि टीम के प्रयोगों से पता चला है, ये मान ऐसे उदाहरणों को शामिल कर सकते हैं जब किसी व्यक्तिगत फोटॉन का पारगमन समय तात्कालिक होता है – या, विचित्र रूप से, जब यह परमाणु उत्तेजना समाप्त होने से पहले समाप्त होता है, जो एक नकारात्मक मूल्य देता है। “मैं आपसे वादा कर सकता हूं कि हम इस भविष्यवाणी से पूरी तरह से आश्चर्यचकित थे,” सिंक्लेयर कहते हैं, समूह में देरी और प्रेषित फोटॉन द्वारा परमाणु उत्तेजना के रूप में बिताए गए समय के बीच मिलान का जिक्र करते हुए। “और जैसे ही हमें विश्वास हो गया कि हमने कोई गलती नहीं की है, स्टाइनबर्ग और टीम के बाकी सदस्य – मैं इस बिंदु तक [मैसाचुसेट्स इंस्टीट्यूट ऑफ टेक्नोलॉजी] में पोस्टडॉक करने के लिए आगे बढ़ चुका था – एक अनुसरण करने की योजना बनाना शुरू कर दिया नकारात्मक निवास समय की इस पागल भविष्यवाणी का परीक्षण करने के लिए -up प्रयोग करें और देखें कि क्या सिद्धांत कायम रहेगा।

वह अनुवर्ती प्रयोग, जो एंगुलो के नेतृत्व में था, जिसे स्टाइनबर्ग ने एक्स पर प्रचारित किया था, एक फोटॉन को प्रसारित करने के दो तरीकों पर विचार करके समझा जा सकता है। एक में, फोटॉन विभिन्न प्रकार के ब्लाइंडर्स पहनता है और परमाणु को पूरी तरह से नजरअंदाज कर देता है, यहां तक ​​कि बिना सिर हिलाए भी निकल जाता है। दूसरे में, यह परमाणु के साथ संपर्क करता है, उसे पुनः उत्सर्जित होने से पहले उच्च ऊर्जा स्तर तक बढ़ाता है। “जब आप एक संचरित फोटॉन देखते हैं, तो आप नहीं जान सकते कि इनमें से कौन सा घटित हुआ,” स्टाइनबर्ग कहते हैं, क्योंकि फोटॉन क्वांटम क्षेत्र में क्वांटम कण हैं, दो परिणाम सुपरपोजिशन में हो सकते हैं – दोनों चीजें एक ही समय में हो सकती हैं . “मापने वाला उपकरण शून्य को मापने और कुछ छोटे सकारात्मक मान को मापने की सुपरपोजिशन में समाप्त होता है।

” लेकिन इसके अनुरूप, स्टाइनबर्ग कहते हैं, इसका मतलब यह भी है कि कभी-कभी “मापने वाला उपकरण ऐसी स्थिति में समाप्त होता है जो ‘शून्य’ प्लस ‘कुछ सकारात्मक’ जैसा नहीं दिखता है, बल्कि ‘शून्य’ शून्य ‘कुछ सकारात्मक’ जैसा दिखता है, जिसके परिणामस्वरूप जो दिखता है वह गलत होता है इस उत्तेजना समय के लिए संकेत, एक नकारात्मक मान।” एंगुलो और उनके सहयोगियों के प्रयोग में माप के परिणाम बताते हैं कि जब परमाणु अपनी जमीनी अवस्था में रहते थे, तब की तुलना में जब फोटॉन परमाणुओं को उत्तेजित करते थे, तो वे माध्यम से तेजी से आगे बढ़ते थे। (फोटॉन किसी भी जानकारी का संचार नहीं कर रहे हैं, इसलिए परिणाम आइंस्टीन के सापेक्षता के विशेष सिद्धांत द्वारा निर्धारित “कोई भी चीज़ प्रकाश से तेज़ यात्रा नहीं कर सकती” गति सीमा का खंडन नहीं करती है।) “एक नकारात्मक समय विलंब विरोधाभासी प्रतीत हो सकता है, लेकिन इसका मतलब यह है कि यदि आपने यह मापने के लिए एक ‘क्वांटम’ घड़ी बनाई है कि परमाणु उत्तेजित अवस्था में कितना समय व्यतीत कर रहे हैं, तो घड़ी की सुई, कुछ परिस्थितियों में, आगे की बजाय पीछे की ओर बढ़ेगी , सिंक्लेयर कहते हैं। दूसरे शब्दों में, वह समय जिसमें फोटॉन परमाणुओं द्वारा अवशोषित किए गए थे, नकारात्मक है। भले ही यह घटना आश्चर्यजनक है, इसका समय की हमारी समझ पर कोई प्रभाव नहीं पड़ता है – लेकिन यह एक बार फिर स्पष्ट करता है कि क्वांटम दुनिया अभी भीमेरे पास भंडार में आश्चर्य है।

“[अंगुलो] और बाकी टीम ने वास्तव में कुछ प्रभावशाली हासिल किया है और माप का एक सुंदर सेट तैयार किया है। उनके नतीजे अवशोषण मीडिया के माध्यम से यात्रा करने वाले फोटॉन के इतिहास के बारे में दिलचस्प सवाल उठाते हैं और प्रकाशिकी में समूह देरी के भौतिक अर्थ की पुनर्व्याख्या की आवश्यकता होती है, “सिनक्लेयर कहते हैं। इस लेख का एक संस्करण मूल रूप से स्पेक्ट्रम डेर विसेनशाफ्ट में प्रकाशित हुआ था और अनुमति के साथ पुन: प्रस्तुत किया गया था। अधिकार एवं अनुमतियाँ मैनन बिशोफ़ एक सैद्धांतिक भौतिक विज्ञानी और साइंटिफिक अमेरिकन के भागीदार प्रकाशन स्पेक्ट्रम के संपादक हैं। मैनन बिस्चॉफ़ द्वारा और अधिक जेना ब्रायनर साइंटिफिक अमेरिकन की प्रबंध संपादक हैं। पहले वह लाइव साइंस की प्रधान संपादक थीं और उससे पहले, स्कोलास्टिक्स साइंस वर्ल्ड पत्रिका की संपादक थीं। ब्रायनर के पास सैलिसबरी विश्वविद्यालय से अंग्रेजी की डिग्री, मैरीलैंड विश्वविद्यालय से जैव-भू-रसायन और पर्यावरण विज्ञान में मास्टर डिग्री और न्यूयॉर्क विश्वविद्यालय से स्नातक विज्ञान पत्रकारिता की डिग्री है। उन्होंने फ्लोरिडा में एक जीवविज्ञानी के रूप में काम किया है, जहां उन्होंने आर्द्रभूमि की निगरानी की और भव्य फ्लोरिडा स्क्रब जे सहित लुप्तप्राय प्रजातियों के लिए क्षेत्रीय सर्वेक्षण किया।

उन्हें वुड्स होल ओशनोग्राफ़िक इंस्टीट्यूशन से समुद्री विज्ञान पत्रकारिता फ़ेलोशिप भी प्राप्त हुई। उनका दृढ़ विश्वास है कि विज्ञान सभी के लिए है और लगभग हर चीज़ को विज्ञान के चश्मे से देखा जा सकता है।