टोरंटो विश्वविद्यालय के कनाडाई वैज्ञानिकों (एफ़्रैम स्टीनबर्ग के समूह) ने ग्रिफ़िथ विश्वविद्यालय (ऑस्ट्रेलिया) के सिद्धांतकार हॉवर्ड वाइजमैन के साथ मिलकर एक विरोधाभासी क्वांटम प्रभाव की प्रयोगात्मक रूप से पुष्टि की है। परमाणुओं के बादल से सफलतापूर्वक गुजरने वाले फोटॉन औसतन उन परमाणुओं में नकारात्मक उत्तेजना समय उत्पन्न करते हैं।
प्रयोग का सार क्या है
वैज्ञानिकों ने ठंडे रुबिडियम परमाणुओं के बादल के माध्यम से प्रतिध्वनि प्रकाश (वास्तव में फोटॉन) की बहुत कमजोर तरंगें भेजीं। प्रतिध्वनि आवृत्ति पर, परमाणुओं को फोटॉन को अवशोषित करना और पुनः उत्सर्जित करना चाहिए, यानी अस्थायी रूप से उत्तेजित अवस्था में जाना चाहिए।
इस प्रक्रिया में अधिकांश फोटॉन बिखर जाते हैं। लेकिन एक छोटा हिस्सा सीधे निकल जाता है। सवाल यह था कि ये गुजरने वाले फोटॉन उत्तेजना के रूप में परमाणुओं के भीतर कितना समय बिताते हैं।
सामान्य माप इस प्रभाव को नष्ट कर देता (क्वांटम ज़ेनो प्रभाव)। इसलिए उन्होंने कमजोर माप तकनीक का उपयोग किया: बादल के माध्यम से एक और बहुत ही कमजोर सहायक लेजर गुजारा गया और उसके चरण (फ़ेज़) में आने वाले सूक्ष्म बदलाव से यह निर्धारित किया गया कि परमाणु औसतन कितने उत्तेजित थे। इसमें प्रक्रिया में लगभग कोई हस्तक्षेप नहीं होता, लेकिन इसके लिए भारी मात्रा में डेटा की आवश्यकता होती है।
लगभग करोड़ों चक्रों (माप के दर्जनों घंटे) और पोस्ट-सेलेक्शन (केवल उन मामलों का चयन जब फोटॉन वास्तव में बादल से गुजरा और दर्ज किया गया) के बाद, वैज्ञानिकों को एक स्पष्ट परिणाम मिला।
'नकारात्मक समय' क्या है — सरल शब्दों में
यहाँ नकारात्मक समय का अर्थ वह औसत समय है जो परमाणुओं ने विशेष रूप से उन फोटॉन के साथ अंतःक्रिया के कारण उत्तेजित अवस्था में बिताया जो सफलतापूर्वक पार हो गए थे।
यह समय नकारात्मक निकला (उदाहरण के लिए, संकीर्ण-बैंड पल्स के लिए सामान्य सकारात्मक उत्तेजना समय का लगभग –0.8)।
इसका मतलब यह नहीं है कि:
- फोटॉन ने समय में पीछे की यात्रा की;
- कार्य-कारण का उल्लंघन हुआ है;
- परमाणु सामान्य अर्थ में फोटॉन के आने से पहले उत्तेजित हो गए थे।
इसका अर्थ यह है:
पहले, नकारात्मक समूह विलंब (जब प्रकाश की तरंग का शिखर माध्यम से उम्मीद से पहले बाहर निकलता है) को अक्सर केवल तरंग के आकार के पुनर्गठन के रूप में समझाया जाता था: माध्यम पिछले हिस्से को काट देता है, और केवल अगला हिस्सा गुजरता है। इसलिए ऐसा लगता था कि यह एक गणितीय भ्रम है, न कि वास्तविक भौतिक अंतःक्रिया समय।
नए प्रयोग में वैज्ञानिकों ने स्वयं परमाणुओं से पूछा: "आप गुजरने वाले फोटॉन के कारण कितने समय तक उत्तेजित रहे?"
परमाणुओं ने उत्तर दिया: नकारात्मक समय। और यह उत्तर फोटॉन के आगमन से मापे गए नकारात्मक समूह विलंब के साथ बिल्कुल मेल खाता था।
इस प्रकार, नकारात्मक समय तरंग के आकार का कोई भ्रम नहीं है। पदार्थ की भौतिक अवस्था में इसका प्रत्यक्ष प्रभाव दिखाई देता है। क्वांटम यांत्रिकी में (कमजोर माप के माध्यम से), सफलतापूर्वक गुजरने वाले फोटॉन के लिए औसत अंतःक्रिया समय वास्तव में संभावना के आयामों के हस्तक्षेप के कारण नकारात्मक हो सकता है। विषय का सरल स्पष्टीकरण: क्वांटम दुनिया में फोटॉन एक ठोस गेंद की तरह नहीं, बल्कि संभावना की एक लहर की तरह व्यवहार करता है। परमाणुओं के बादल से गुजरते समय, क्वांटम लहर उनके साथ अंतःक्रिया करती है, जिससे हस्तक्षेप (तरंगों का जुड़ना या घटना) का प्रभाव पैदा होता है। जब एक फोटॉन सफलतापूर्वक माध्यम से गुजरता है, तो उसके तरंग गुण इस तरह जुड़ते हैं कि परमाणु के उत्तेजित अवस्था में होने की संभावना गणितीय रूप से ऋणात्मक हो जाती है।
यहाँ नकारात्मक समय एक विशिष्ट क्वांटम राशि है, जो दर्शाती है कि लहरों का हस्तक्षेप सफलतापूर्वक गुजरने वाले कणों के लिए अंतःक्रिया समय को कैसे घटाता है।
यह क्यों महत्वपूर्ण है
यह पुष्टि करता है कि नकारात्मक समूह विलंब क्वांटम प्रकाश और पदार्थ का एक वास्तविक भौतिक गुण है, न कि केवल एक सुविधाजनक गणितीय युक्ति। इस प्रभाव की सैद्धांतिक भविष्यवाणी बहुत पहले की गई थी और 1993 में फोटॉन टनलिंग प्रयोग (जिसमें स्टीनबर्ग भी शामिल थे) में देखा गया था, लेकिन तब इसके भौतिक अर्थ पर संदेह किया गया था।
अब संदेह की गुंजाइश कम है: परमाणु इस नकारात्मक समय को महसूस करते हैं।
वैज्ञानिक जोर देते हैं: यहाँ कोई टाइम मशीन नहीं है। यह कमजोर माप और पोस्ट-सेलेक्शन के साथ काम करते समय मानक क्वांटम भौतिकी की एक विशेषता है। पूरी तस्वीर में (बिखर चुके फोटॉन सहित), कार्य-कारण और समय की कुल सकारात्मकता बनी रहती है।
टीम की योजना उन फोटॉनों का अधिक विस्तार से अध्ययन करने की है जो बिखर गए थे, ताकि यह समझा जा सके कि कुल सांख्यिकी में सकारात्मक और नकारात्मक समय एक-दूसरे की भरपाई कैसे करते हैं।
