વર્ષ 2025નો ફિઝિક્સનો નોબેલ પુરસ્કાર જોન ક્લાર્ક, મિશેલ ડેવોરેટ અને જોન માર્ટિનિસને મળ્યો છે. આ ત્રણેય સાયન્ટિસ્ટ માઈક્રોસ્કોપિક ક્વોન્ટમ ટનલિંગ પર કામ કરી રહ્યા છે.
તેને કારણે પાછલા કેટલાક સમયથી ક્વોન્ટમ ફિઝિક્સની ચર્ચા ચારેકોર થાય છે, પરંતુ આખરે આ ક્વોન્ટમ ફિઝિક્સ છે શું? તે ક્લાસિકલ (સામાન્ય) ફિઝિક્સથી કઈ રીતે અલગ છે? તે સવાલ દરેકના મનમાં થાય તે સ્વાભાવિક છે.
જાણીએ ક્વોન્ટમ ફિઝિક્સ વિશે
ક્વોન્ટમ ફિઝિક્સને ભવિષ્ય માટે ખૂબ જ મહત્ત્વપૂર્ણ માનવામાં આવી રહ્યું છે. ક્વોન્ટમ ફિઝિક્સ અથવા ક્વોન્ટમ યાંત્રિકી વિજ્ઞાનની એવી શાખા છે, જે પ્રકૃતિના સૌથી નાના કણો એવા ઇલેક્ટ્રોન, પ્રોટોન, ફોટોન અને પરમાણુઓના વ્યવહારને સમજાવે છે. જ્યારે આપણે `માઈક્રોસ્કોપિક ક્વોન્ટમ ફિઝિક્સ' વિશે વાત કરીએ ત્યારે આપણો ઈશારો એવા ક્વોન્ટમ પ્રભાવો તરફ હોય છે, જે દૈનિક જીવનના ક્લાસિકલ ફિઝિક્સના નિયમોથી અલગ સૂક્ષ્મ સ્તરે પ્રગટ થાય છે.
તમને થશે ક્લાસિકલ ફિઝિક્સ એટલે શું? જવાબ છે જેના વિશે આપણને ખ્યાલ છે તે જેમ કે, ન્યૂટનના નિયમ, જે મોટાપાયે કામ કરે છે - એક બોલનું પડવું કે કાર ગતિમાં હોવી વગેરે, પરંતુ જ્યારે આપણે પરમાણુ અથવા તેના નાના કણો સુધી પહોંચીએ તો દુનિયા થોડી અજીબોગરીબ બની જાય છે. આ સૂક્ષ્મ જગતમાં કણ લહેરોની જેમ વ્યવહાર કરે છે. તેને `વેવ-પાર્ટિકલ ડ્યૂલિટી' કહે છે. પ્રકાશ ક્યારેક કણ (ફોટોન) લાગે છે તો ક્યારેક લહેર જેવો. ક્વોન્ટમ ફિઝિક્સના મૂળ સિદ્ધાંતોમાં અનિશ્ચિતતાનો સિદ્ધાંત (હાઈજેનબર્ગ) મુખ્ય છે, જે કહે છે કે કોઈ કણની સ્થિતિ અને ગતિને એકસાથે પૂર્ણ ચોકસાઈથી માપી શકતાની નથી. એક કણ એકસાથે ઘણી અવસ્થાઓમાં રહી શકે છે એટલે કે તે અસંભવને સંભવ કરનાર ફિઝિક્સ પણ છે. ક્વોન્ટમ ફિઝિક્સ શું છે?
ક્વોન્ટમ ફિઝિક્સ પદાર્થ અને ઊર્જાના સૌથી સૂક્ષ્મ મૂળભૂત સ્તરનો અભ્યાસ છે, જે એ સમજાવવાનો પ્રયત્ન કરે છે કે આપણા બ્રહ્માંડના નાનામાં નાના કણ જેમ કે, ઇલેક્ટ્રોન, ફોટોન વગેરે કેવી રીતે વ્યવહાર કરે છે અને કયા નિયમોનું પાલન કરે છે. આમાં પદાર્થના સ્પ્લીટ વ્યવહાર તથા અનિશ્ચિતતાના સિદ્ધાંત જેવા અજીબ સિદ્ધાંતનો સમાવેશ થાય છે.
ક્લાસિકલ ફિઝિક્સ અને ક્વોન્ટમ ફિઝિક્સ વચ્ચેનો તફાવત
ક્લાસિકલ ફિઝિક્સ આપણા રોજિંદા જીવનની મોટાભાગની ઘટનાઓ અને વસ્તુઓની ગતિ, બળ, તાપ વગેરેનો અભ્યાસ કરે છે. જેમ કે, બસનું ચાલવું, દડાનું ઊછળવું વગેરે.
ક્વોન્ટમ ફિઝિક્સ અતિ-સૂક્ષ્મ સ્તરે ઘટનાઓને સમજાવે છે. તે કણોના વ્યવહારની `સંભાવના' પર અધારિત હોય છે અને નિશ્ચિતતા જેવી વસ્તુ ગાયબ થઈ જાય છે. આ એક રીતે ચમત્કાર જેવી બાબતને સાર્થક કરે છે.
ક્લાસિકલ ફિઝિક્સમાં ઊર્જા સતત બનતી રહે છે જ્યારે ક્વોન્ટમ ઊર્જા નાનાં-નાનાં પેકેટ્સમાં આવે છે.
હાઈઝનબર્ગના અનિશ્ચિતતાના સિદ્ધાંત અનુસાર તમે કોઈ કણની ગતિ અને સ્થિતિ એકસાથે સટીક રીતે જાણી શકતા નથી જ્યારે ક્લાસિક ફિઝિક્સમાં આવો કોઈ નિયમ નથી. આ મૂળભૂત તફાવતને કારણે ક્વોન્ટમ ફિઝિક્સે ખાસ કરીને ઇલેક્ટ્રોનિક્સ, કમ્પ્યૂટર અને નેનો-ટેક્નોલોજી જેવી આધુનિક ટેક્નોલોજીમાં ક્રાંતિ લાવી દીધી છે.
ક્વોન્ટમ ફિઝિક્સનું મહત્ત્વ કેમ વધી રહ્યું છે?
વર્ષ 2025ને આંતરરાષ્ટ્રીય લેવલે `ક્વોન્ટમ સાયન્સ એન્ડ ટેક્નોલોજી'નું વર્ષ જાહેર કરવામાં આવ્યું છે, જેથી તેનું મહત્ત્વ અને વ્યાવહારિક ભૂમિકા સામાન્ય લોકો સુધી પહોંચી શકે. ક્વોન્ટમ ફિઝિક્સ પર આધારિત ટેક્નોલોજી જેમ કે, ક્વોન્ટમ કમ્પ્યૂટિંગ, ક્વોન્ટમ ક્રિપ્ટોગ્રાફી (સુપર-સુરક્ષિત ડેટા ટ્રાન્સમિશન), ખૂબ જ સંવેદનશીલ સેન્સર, ચિકિત્સા, આર્ટિફિશિયલ ઇન્ટેલિજન્સ, એનર્જી અને કમ્યુનિકેશનનો ખૂબ જ ઝડપથી ફેલાવો થઈ રહ્યો છે. આ ટેક્નોલોજી પારંપરિક ટેક્નોલોજીથી ખૂબ જ શક્તિશાળી, સટીક અને સુરક્ષિત સાબિત થઈ રહી છે.
નવી શોધો જેમ કે, ક્વોન્ટમ કમ્પ્યૂટર જે પારંપરિક સુપર કમ્પ્યૂટરને પણ પાછળ છોડી શકે છે તે આ ક્ષેત્રને વધારે લોકપ્રિય બનાવી રહ્યું છે. વર્લ્ડ ઇકોનોમી, સાયબર સુરક્ષા, મેડિકલ રિસર્ચ અને આધુનિક ઇલેક્ટ્રોનિક ઉપકરણ ક્વોન્ટમ ફિઝિક્સ પર આધારિત થઈ રહ્યાં છે. ક્વોન્ટમ વિજ્ઞાન આવનારાં વર્ષોમાં રોજિંદા જીવન, ઇન્ડસ્ટ્રી, સ્વાસ્થ્ય, શિક્ષણ વગેરે ક્ષેત્રોમાં નવી શોધો અને રોજગારની તકો લાવશે.
ક્વોન્ટમ ફિઝિક્સની શરૂઆત
ક્વોન્ટમ ફિઝિક્સ વિશે વિચારવાની શરૂઆત 20મી સદીની શરૂઆતમાં થઈ. વર્ષ 1900માં મેક્સ પ્લેન્કે ઊર્જાના ક્વોન્ટમ(નાના-નાના પેકેટ)ની અવધારણા આપી. પછી બોરે પરમાણુ મોડલ (ઈ.સ. 1913) અને હાઈજેનબર્ગ-શ્રૌડિંગરે પોતાના નિયમો અને સમીકરણો આપ્યાં. માઈક્રોસ્કોપિક લેવલે આ નિયમ એટલા માટે મહત્ત્વપૂર્ણ છે, કેમ કે બધી જ આધુનિક ટેક્નિક જેમ કે, ટ્રાન્ઝિસ્ટર, લેસર, એમઆરઆઈ વગેરે આના પર જ આધારિત છે, પરંતુ લાંબા સમય સુધી વૈજ્ઞાનિકોનું સપનું રહ્યું છે કે ક્વોન્ટમ પ્રભાવ મોટાપાયે (મેક્રોસ્કોપિક) લેવલ પર દેખાઈ શકે છે કે નહીં? આ એ જ બાબત છે જેના પર તાજેતરમાં નોબેલ પુરસ્કાર આપવામાં આવ્યો.