ക്വാണ്ടം മെക്കാനിക്സ് - ലളിതമായി മനസിലാക്കൽ .

ക്വാണ്ടം മെക്കാനിക്സ്! 

സങ്കീർണ്ണമെന്ന് തോന്നുന്ന ഒരു കൗതുകകരമായ വിഷയമാണിത്, പക്ഷേ  അത് ലളിതമായി വിശദീകരിക്കാൻ ശ്രമിക്കും.

 എന്താണ് ക്വാണ്ടം മെക്കാനിക്സ്?

 ആറ്റങ്ങൾ,  ആറ്റങ്ങൾ നിർമ്മിക്കുന്ന കണങ്ങൾ  (ഇലക്ട്രോണുകൾ പോലെ), കൂടാതെ ബഹിരാകാശം  പോലുള്ള  വലിയ-ചെറിയ കാര്യങ്ങളുടെ സ്വഭാവം പഠിക്കുന്ന ഭൗതികശാസ്ത്രത്തിൻ്റെ ഒരു ശാഖയാണ് ക്വാണ്ടം മെക്കാനിക്സ്.  

ഈ ചെറിയ സ്കെയിലുകളിൽ, ക്ലാസിക്കൽ ഫിസിക്സിൻ്റെ നമ്മൾ പഠിച്ചിട്ടുള്ള  സാധാരണ നിയമങ്ങൾ ബാധകമല്ല, കൂടാതെ വിചിത്രമായ, ക്രമരഹിതമായി തോന്നുന്ന കാര്യങ്ങൾ സംഭവിക്കാൻ തുടങ്ങുന്നു. അതായത്  ഒരു വസ്തു ഒരു സമയത്ത് ഒരിടത്ത് മാത്രം കാണപ്പെടുന്നു എന്നാണല്ലോ  നമ്മൾ പഠിച്ചിട്ടുള്ളതും അറിഞ്ഞിട്ടുള്ളതും . എന്നാൽ  ഒരു വസ്തുവിനെ ഒരേ സമയം പലയിടങ്ങളിൽ കാണാൻ കഴിയുന്നത്  ഈ പഠനത്തിലെ പ്രത്യേകതയാണ് . "കുമ്പിടി" പോലെത്തന്നെ.

പ്രധാന തത്വങ്ങൾ:

 1. തരംഗ-കണിക ദ്വൈതത:   

     (Wave-Particle Duality)

                                                                            
 ഇലക്ട്രോണുകൾ പോലെയുള്ള ചെറിയ കണങ്ങൾക്ക് തരംഗങ്ങളെയും കണികകളെയും പോലെ ഒരേ സമയം  പ്രവർത്തിക്കാൻ കഴിയും.  ഇത് മനസിലാക്കാൻ പ്രയാസമാണ്, എന്നാൽ സമുദ്രത്തിലെ തിരമാല പോലെ പ്രവർത്തിക്കാൻ കഴിയുന്ന ഒരു പന്ത് സങ്കൽപ്പിക്കുക!  ഇലക്ട്രോണിന്  സ്വന്തം ഇഷ്ടം പോലെ രൂപമാറ്റവും  സഞ്ചാരത്തിൻ്റെ  രീതിയും തീരുമാനിക്കാനുള്ള കഴിവ് ഉണ്ടെന്നു അർത്ഥം. പുരാണങ്ങളിലൊക്കെ  ഇഷ്ടം പോലെ രൂപം മാറാനും സഞ്ചരിക്കാനും  കഴിയുന്ന കഥാപാത്രങ്ങൾ ഉണ്ടല്ലോ. അതുപോലെ ഇലക്ട്രോൺ ഒരേ സമയം  തിരമാല പോലെയും  കണികകൾ പോലെയും സഞ്ചരിക്കാനും  രൂപം പ്രാപിക്കാനും കഴിയും.

 2. അനിശ്ചിതത്വ തത്വം: (Uncertainty Principle)
"ഒരു നിശ്ചയമില്ല  ഒന്നിനും"  എന്ന് പറഞ്ഞതുപോലെയാണ്  ഇതും.  ഒരു കണത്തിൻ്റെ സ്ഥാനവും വേഗതയും പോലെയുള്ള ചില ഗുണങ്ങൾ ഒരേ സമയം നിങ്ങൾക്ക് അറിയാൻ കഴിയില്ല.  ഒരെണ്ണം എത്ര കൃത്യമായി അളക്കുന്നുവോ അത്രയും കൃത്യമായി മറ്റൊന്നിനെ അറിയാൻ കഴിയും. 

അതായത്  ഇപ്പോൾ ഇവിടെ കണ്ട ഇലക്ട്രോണിനെ  അപ്പോൾത്തന്നെ മറ്റൊരു സ്ഥലത്തും കാണാൻ കഴിയും.അതിൻ്റെ  വേഗതയൊന്നും  നമ്മൾക്ക് കണക്കുകൂട്ടാനും കഴിയില്ല. ഇലക്ട്രോൺ കണങ്ങളിൽ  ഏതെങ്കിലും  ഒരെണ്ണത്തിനെ കൃത്യമായി  അളക്കാനും മനസിലാക്കാനും കഴിഞ്ഞാൽ അടുത്ത കണത്തെ മനസിലാക്കാൻ കഴിഞ്ഞേക്കും.

 3. സൂപ്പർപൊസിഷൻ: (Superposition)

ഒരേ സമയം ഘടികാരദിശയിലും എതിർ ഘടികാരദിശയിലും കറങ്ങുന്നതുപോലെ, ഒരേസമയം ഒന്നിലധികം അവസ്ഥകളിൽ ചെറിയ കണങ്ങൾ നിലനിൽക്കും!  നിങ്ങൾക്ക് ഒരേ സമയം തെക്കോട്ടും വടക്കോട്ടും സഞ്ചരിക്കാൻ കഴിയുമോ....?  അല്ലെങ്കിൽ ക്ലോക്കിലെ ഒരു സൂചിക്ക്  ഇടത്തേക്കും വലത്തേക്കും കറങ്ങാൻ കഴിയുമോ...? എന്നാൽ   പ്രപഞ്ചത്തിലെ ഈ സൂക്ഷ്മ കണങ്ങൾക്ക്  ഇതെല്ലാം ഒരുമിച്ച് സാധ്യമാണ്.

 4. Entanglement: അഥവാ കെട്ടുപിണയൽ .

രണ്ട് കണങ്ങൾ പ്രതിപ്രവർത്തിക്കുമ്പോൾ, അവ "കുഴഞ്ഞുകിടക്കുന്നു", അതായത് അവയുടെ ഗുണവിശേഷതകൾ പരസ്പരം ബന്ധപ്പെട്ടിരിക്കുന്നു, അവ വലിയ ദൂരത്തിൽ വേർപെടുത്തിയാലും അതിന്  മാറ്റം ഉണ്ടാകില്ല.

ഒരു പരീക്ഷണത്തിൽ  ഇരട്ട കണങ്ങളെ വേർപെടുത്തി   900 മൈൽ അകലെ നിർത്തി ഒന്നിനെ മാത്രം ചൂടാക്കി. അത്ഭുതമെന്ന് പറയട്ടെ  അത്രയും അകലെയുള്ള രണ്ടാമത്തെ കണവും ചൂട് പിടിച്ചു.

 5. ക്വണ്ടൈസേഷൻ:

       (Quantization)

ഊർജ്ജം തുടർച്ചയായി ഉണ്ടാകുന്നതിനുപകരം വ്യതിരിക്തമായ പാക്കറ്റുകളിൽ (ക്വാണ്ട) വരുന്നു.  അതുകൊണ്ടാണ് പ്രകാശത്തിൻ്റെ സ്പെക്ട്രത്തിൽ നമുക്ക് വ്യത്യസ്തമായ വരകൾ കാണുന്നത്.
ആകാശത്തു നിന്നും സൂര്യപ്രകാശം  പതിക്കുമ്പോൾ കിരണങ്ങൾ തോന്നുന്നത് അതുകൊണ്ടാണ്. ചെറിയ ചെറിയ പാക്കുകളിൽ ആണ് നമ്മൾ കാണുന്ന ഈ പ്രകാശം ഉണ്ടാകുന്നതും സഞ്ചരിക്കുന്നതും എന്ന് കാണുന്നത് രസകരമല്ലേ..?

 പ്രത്യാഘാതങ്ങൾ:

 1. ക്രമരാഹിത്യം : (Randomness)
ക്വാണ്ടം മെക്കാനിക്സ്  കണങ്ങളുടെ സ്വഭാവത്തിൽ ഒരു അന്തർലീനമായ ഒരു ക്രമവും ഇല്ലാത്ത ഈ അവസ്ഥ നമുക്ക് മുന്നിൽ വ്യക്തമാക്കി തരികയാണ് ചെയ്യുന്നത്.  ഇത് ഡിറ്റർമിനിസം - അഥവാ  എല്ലാത്തിനും നിശ്ചിതമായ നിയമങ്ങൾ ഉണ്ട്  എന്ന നമ്മുടെ ക്ലാസിക്കൽ സങ്കൽപ്പത്തെ വെല്ലുവിളിക്കുന്നു.

 2. അളവിൻ്റെ പരിധികൾ: (Limits of Measurement)
അനിശ്ചിതത്വ തത്വം കണങ്ങളുടെ ചില ഗുണങ്ങൾ അളക്കാനുള്ള നമ്മുടെ കഴിവിന് അടിസ്ഥാന പരിധി നിശ്ചയിക്കുന്നു. നമ്മൾ ഒരിക്കൽ അളക്കാൻ ഉപയോഗിക്കുന്ന രീതി തന്നെ പാഴാകുന്നു.  നമ്മൾ  മീറ്ററിൽ അളന്ന  വസ്തുവിനെ തൊട്ടടുത്ത നിമിഷം  ലിറ്ററിൽ അളക്കേണ്ടി വന്നാൽ  കിളി പോകില്ലേ....?  തൊട്ടടുത്ത നിമിഷം  അതിനെ  കിലോഗ്രാം ആയും,  പിന്നെ വ്യാപ്തമായും, ഫാരൻഹീറ്റായും  അളക്കേണ്ടി വന്നാൽ  സമ്പൂർണമായും നമുക്ക് ഭ്രാന്ത് വരില്ലേ...?  ഈ സത്യമായ അവസ്ഥയെ ആണ്  ക്വാണ്ടം മെക്കാനിക്സ്  നമ്മുടെ മുന്നിലെ  തുറന്നു കാണിക്കുന്നത്.

3. ക്വാണ്ടം ടണലിംഗ്: (Quantum Tunneling)
പ്രകാശ കണികകൾക്ക് ഖര തടസ്സങ്ങളിലൂടെ കടന്നുപോകാനോ പ്രകാശത്തേക്കാൾ വേഗത്തിൽ സഞ്ചരിക്കാനോ കഴിയും.    പ്രകാശ കണികകൾക്ക്  സ്വയം എന്തിലൂടെയും തുരങ്കങ്ങൾ സുഷ്ടിച്ച്  കടന്നു പോകാൻ കഴിയും എന്ന് തെളിയിക്കുന്നു. ഇത് സാധാരണ ക്ലാസിക്കൽ ഫിസിക്‌സിനെ ധിക്കരിക്കുന്നതായി തോന്നുന്നു.

നമ്മുടെ ലോകത്തിൽ ഇവയുടെ പ്രയോഗങ്ങൾ :

 1. ട്രാൻസിസ്റ്ററുകൾ: 
വൈദ്യുത പ്രവാഹത്തിൻ്റെ ഒഴുക്ക് നിയന്ത്രിക്കാൻ ആധുനിക ഇലക്ട്രോണിക്സിൻ്റെ നിർമ്മാണ ബ്ലോക്കുകൾ ക്വാണ്ടം മെക്കാനിക്സിനെ ആശ്രയിക്കുന്നു.

 2. ലേസറുകൾ: 
ഫോട്ടോണുകൾ അഥവാ പ്രകാശ കണങ്ങൾ      വികസിപ്പിച്ച് (Amplify )  യോജിച്ച പ്രകാശം ഉൽപ്പാദിപ്പിച്ച് ലേസർ എങ്ങനെ പ്രവർത്തിക്കുന്നുവെന്ന് ക്വാണ്ടം മെക്കാനിക്‌സ് വിശദീകരിക്കുന്നു.

 3. കമ്പ്യൂട്ടർ ചിപ്പുകൾ: 
വേഗമേറിയതും കാര്യക്ഷമവുമായ കമ്പ്യൂട്ടർ ചിപ്പുകളുടെ വികസനത്തിന് ക്വാണ്ടം മെക്കാനിക്‌സ് നിർണായകമാണ്.

 4. മാഗ്നെറ്റിക് റെസൊണൻസ് ഇമേജിംഗ് (MRI ): 
എംആർഐ മെഷീനുകൾ എങ്ങനെ പ്രവർത്തിക്കുന്നുവെന്ന് മനസിലാക്കാൻ ക്വാണ്ടം മെക്കാനിക്സ് സഹായിക്കുന്നു, ഇത് നമ്മുടെ ശരീരത്തിൻ്റെ ആന്തരിക പ്രവർത്തനങ്ങളെ ദൃശ്യവൽക്കരിക്കാൻ അനുവദിക്കുന്നു.

മനസിനെ കുഴപ്പത്തിലാക്കുന്ന  പ്രയോഗങ്ങൾ :

 1. ഷ്രോഡിങ്ങറുടെ പൂച്ച :    (Schrödinger's Cat)

സൂപ്പർപോസിഷൻ്റെ അസംബന്ധമെന്നു തോന്നുന്ന അനന്തരഫലങ്ങൾ ചിത്രീകരിക്കുന്ന ഒരു ചിന്താ പരീക്ഷണം, അവിടെ ഒരു പൂച്ചയ്ക്ക് ഒരേ സമയം ജീവിച്ചിരിക്കാനും ചത്തിരിക്കാനും കഴിയും!
എത്ര വിചിത്രമാണത്.  നമുക്കും ഇത് സാധ്യമാണോ...?  ഒരു  ഭാവസമാധിപോലെ.

 2. ക്വാണ്ടം ഇറേസർ: (Quantum Eraser)
ഒരു അളവെടുപ്പിൻ്റെ ഫലത്തെ ഫലപ്രദമായി മാറ്റിക്കൊണ്ട്, ഭൂതകാലത്തെ "മായ്ക്കാൻ" എങ്ങനെ എൻടാൻഗിൽമെൻ്റ് ഉപയോഗിക്കാമെന്ന് കാണിക്കുന്ന ഒരു പരീക്ഷണം. വിശദമായി അറിയണമെങ്കിൽ  quantum eraser experiment  ഗൂഗിൾ ചെയ്തു നോക്കൂ.

നമ്മൾ കണ്ട ലോകമൊന്നുമല്ല നിലനിൽക്കുന്നതെന്ന്  സൂക്ഷ്‌മ ദർശിനികൾ നമുക്ക് കാണിച്ചു തന്നു.  നമ്മുടെ   തൊലിപ്പുറത്ത്  സഞ്ചരിക്കുന്ന കോടാനുകോടി  ഭീകര രൂപികളായ   സൂക്ഷ്മജീവികൾ കണ്ട് നമ്മൾ കിടിലം കൊണ്ടു. അതുപോലെ  പോലെ ക്വാണ്ടം മെക്കാനിക്സ്   നമ്മുടെ ചിന്തകളും അനുഭവങ്ങളും കീഴ്മേൽ മറിക്കുന്നു .

 ഭൗതിക ലോകത്തെക്കുറിച്ചുള്ള നമ്മുടെ ധാരണയിൽ വിപ്ലവം സൃഷ്ടിച്ച സങ്കീർണ്ണവും ആകർഷകവുമായ ഒരു മേഖലയാണ് ക്വാണ്ടം മെക്കാനിക്സ്.  നിങ്ങളുടെ തലയിൽ ചുറ്റിക്കറങ്ങുന്നത് വെല്ലുവിളിയാകുമെങ്കിലും, അടിസ്ഥാനകാര്യങ്ങൾ മനസ്സിലാക്കാനും നിങ്ങളുടെ ജിജ്ഞാസ ഉണർത്താനും ഈ വിശദീകരണം നിങ്ങളെ സഹായിച്ചിട്ടുണ്ടെന്ന് ഞാൻ പ്രതീക്ഷിക്കുന്നു !

ഈ ലോകം അനന്തം അജ്ഞാതം   അവർണനീയം ......., എന്നെങ്കിലും   സങ്കൽപ്പിക്കാനുള്ള  ശേഷി  നമുക്കുണ്ടാവാതെ എന്തെങ്കിലും മനസ്സിലാകുമോ...?