کوانٹم فزکس کیا ہے؟

کوانٹم فزکس کیا ہے؟ عام الفاظ میں، یہ فزکس ہے جو بتاتی ہے کہ مادہ بنانے والے ذرات کی نوعیت اور وہ قوتیں جن کے ساتھ وہ تعامل کرتے ہیں، کیسے کام کرتی ہیں۔

‘کوانٹم فزکس ذرات کو ایک ہی وقت میں دو حالتوں میں رہنے کی اجازت دیتی ہے’

کوانٹم فزکس اس بات کی نشاندہی کرتی ہے کہ ایٹم کیسے کام کرتے ہیں، اور اسی طرح کیمسٹری اور حیاتیات کیوں کام کرتے ہیں۔ کسی نہ کسی سطح پر، ہم سب کوانٹم دھن پر ناچ رہے ہیں۔ اگر آپ یہ بتانا چاہتے ہیں کہ الیکٹران کس طرح کمپیوٹر چپ کے ذریعے حرکت کرتے ہیں، کس طرح روشنی کے فوٹون شمسی پینل میں برقی رو میں تبدیل ہوتے ہیں ، یا یہاں تک کہ سورج کیسے جلتا رہتا ہے، آپ کو کوانٹم فزکس سمجھنے کی ضرورت ہوگی۔ .

کوانٹم میکینکس ہے، بنیادی ریاضیاتی فریم ورک جو اس سب کو زیر کرتا ہے، جسے پہلی بار 1920 کی دہائی میں نیلس بوہر، ورنر ہائزنبرگ، ایرون شروڈنگر اور دیگر نے تیار کیا تھا۔ یہ سادہ چیزوں کی خصوصیت بیان کرتا ہے جیسے کہ وقت کے ساتھ کسی ایک ذرہ یا چند ذرات کے گروپ کی پوزیشن یا رفتار کیسے بدلتی ہے۔

لیکن یہ سمجھنے کے لیے کہ چیزیں حقیقی دنیا میں کیسے کام کرتی ہیں، کوانٹم میکانکس کو طبیعیات کے دیگر عناصر کے ساتھ جوڑنا ضروری ہے – بنیادی طور پر، البرٹ آئن اسٹائن کا خصوصی نظریہ اضافیت، جو یہ بتاتا ہے کہ جب چیزیں بہت تیزی سے حرکت کرتی ہیں تو کیا ہوتا ہے – اسے تخلیق کرنے کے لیے جسے کوانٹم فیلڈ تھیوری کہا جاتا ہے۔ .

تین مختلف کوانٹم فیلڈ تھیوریز ان چار بنیادی قوتوں میں سے تین سے نمٹتے ہیں جن کے ذریعے مادّہ تعامل کرتا ہے: برقی مقناطیسیت، جو یہ بتاتی ہے کہ ایٹم کیسے ایک ساتھ رہتے ہیں۔ مضبوط ایٹمی قوت، جو ایٹم کے قلب میں نیوکلئس کے استحکام کی وضاحت کرتی ہے۔ اور کمزور جوہری قوت، جو بتاتی ہے کہ کیوں کچھ ایٹم تابکار کشی سے گزرتے ہیں۔

پچھلی پانچ دہائیوں یا اس سے زیادہ عرصے کے دوران ان تینوں نظریات کو ایک اتحاد میں اکٹھا کیا گیا ہے جسے پارٹیکل فزکس کا ‘معیاری ماڈل’ کہا جاتا ہے۔ یہ مادے کے بنیادی کام کی سب سے درست جانچ کی گئی تصویر ہے جو اب تک تیار کی گئی ہے۔ یہ2012 میں ہگز بوسن کی دریافت کے ساتھ سامنے آئی، وہ ذرہ جو دوسرے تمام بنیادی ذرات کو ان کا ماس دیتا ہے، جس کے وجود کی پیشین گوئی کوانٹم فیلڈ تھیوری کی بنیاد پر 1964 تک کی گئی تھی۔

روایتی کوانٹم فیلڈ تھیوریز اعلی توانائی والے پارٹیکل سمیشرز جیسے سرن(سی ای آر این) کے لارج ہاڈرن کالیڈر پر تجربات کے نتائج کو بیان کرنے میں اچھی طرح سے کام کرتی ہیں، جہاں ہیگس کو دریافت کیا گیا تھا، جو اس کے چھوٹے پیمانے پر مادے کی تحقیقات کرتے ہیں۔ لیکن اگر آپ یہ سمجھنا چاہتے ہیں کہ بہت سے کم باطنی حالات میں چیزیں کیسے کام کرتی ہیں – الیکٹران کسی ٹھوس مواد کے ذریعے کیسے حرکت کرتے ہیں یا نہیں حرکت کرتے ہیں اور اس طرح کسی مواد کو دھات، ایک انسولیٹر یا سیمی کنڈکٹر بنا دیتے ہیں، مثال کے طور پر – چیزیں اور بھی پیچیدہ ہوجاتی ہیں۔

اربوں تعاملات کے لیے ‘مؤثر فیلڈ تھیوریز’ کی ترقی کی ضرورت ہوتی ہے جو کچھ دلکش تفصیلات پر روشنی ڈالتے ہیں۔ اس طرح کے نظریات کو بنانے میں دشواری یہ ہے کہ کیوں ٹھوس ریاست طبیعیات میں بہت سے اہم سوالات حل نہیں ہوتے ہیں – مثال کے طور پر کیوں کم درجہ حرارت پر کچھ مواد ایسے سپر کنڈکٹر ہوتے ہیں جو بجلی کی مزاحمت کے بغیر کرنٹ کو اجازت دیتے ہیں، اور ہم اس چال کو کمرے کے درجہ حرارت پر کیوں کام نہیں کر سکتے .

لیکن ان تمام عملی مسائل کے پیچھے ایک بہت بڑا کوانٹم اسرار پوشیدہ ہے۔ بنیادی سطح پر، کوانٹم فزکس بہت ہی عجیب و غریب چیزوں کی پیشین گوئی کرتی ہے کہ مادہ کیسے کام کرتا ہے جو کہ حقیقی دنیا میں چیزوں کے کام کرنے کے طریقے سے بالکل متصادم ہے۔ کوانٹم ذرات ایک جگہ پر موجود ذرات کی طرح برتاؤ کر سکتے ہیں۔ یا وہ لہروں کی طرح کام کر سکتے ہیں، پوری جگہ پر یا ایک ساتھ کئی جگہوں پر تقسیم ہو سکتے ہیں۔ ایسا لگتا ہے کہ وہ کس طرح ظاہر ہوتے ہیں اس کا انحصار اس بات پر ہے کہ ہم ان کی پیمائش کا انتخاب کیسے کرتے ہیں، اور اس سے پہلے کہ ہم پیمائش کریں ان میں کوئی خاص خاصیت نہیں ہے – جو ہمیں بنیادی حقیقت کی نوعیت کے بارے میں ایک بنیادی الجھن کی طرف لے جاتی ہے۔

ایسا لگتا ہے کہ کوانٹم ذرات ایک دوسرے سے بہت دور ہوتے ہوئے بھی ایک دوسرے کو فوری طور پر متاثر کرنے کے قابل ہوتے ہیں۔ آئن سٹائن (کوانٹم تھیوری کا ایک عظیم نقاد) کے وضع کردہ ایک فقرے میں، ‘ایک فاصلے پر ڈراونا عمل’۔ اس طرح کی کوانٹم طاقتیں ہمارے لیے مکمل طور پر غیر ملکی ہیں، پھر بھی یہ ابھرتی ہوئی ٹیکنالوجیز کی بنیاد ہیں جیسے کہ انتہائی محفوظ کوانٹم کرپٹوگرافی اور انتہائی طاقتور کوانٹم کمپیوٹنگ۔

لیکن اس سب کا کیا مطلب ہے، کوئی نہیں جانتا۔ کچھ لوگ سوچتے ہیں کہ ہمیں صرف اس بات کو قبول کرنا چاہیے کہ کوانٹم فزکس مادی دنیا کی وضاحت اس لحاظ سے کرتی ہے کہ ہمیں بڑی، ‘کلاسیکی’ دنیا میں اپنے تجربے کے ساتھ احاطہ کرنا ناممکن لگتا ہے۔ دوسروں کا خیال ہے کہ وہاں کچھ بہتر، زیادہ بدیہی نظریہ ہونا چاہیے جو ہمیں ابھی دریافت کرنا ہے۔

ایک آغاز کے لیے، فطرت کی ایک چوتھی بنیادی قوت ہے جس کی وضاحت کوانٹم تھیوری اب تک کرنے سے قاصر ہے۔ کشش ثقل آئن اسٹائن کے عمومی نظریہ اضافیت کا علاقہ ہے، ایک مضبوط غیر کوانٹم تھیوری جس میں ذرات بھی شامل نہیں ہیں۔ قوّت ثقل کو کوانٹم چھتری کے نیچے لانے اور اس طرح ایک ‘ہر چیز کے نظریہ’ کے اندر تمام بنیادی طبیعیات کی وضاحت کرنے کے لیے کئی دہائیوں سے کی جانے والی شدید کوششیں بے نتیجہ رہی ہیں۔

دریں اثناء کائناتی پیمائشیں بتاتی ہیں کہ کائنات کا 95 فیصد سے زیادہ تاریک مادّہ اور تاریک توانائی پر مشتمل ہے، ایسی چیزیں جن کی ہمارے پاس فی الحال معیاری ماڈل کے اندر کوئی وضاحت نہیں ہے، دنیا کسی نہ کسی سطح کوانٹم پر ہے – لیکن کیا کوانٹم فزکس دنیا کے بارے میں آخری اور حتمی رائے ہے یہ ایک سوال ہے۔