நூறாண்டு அதிசயம் - குவாண்டம் இயற்பியல்

‘பூனை கண்ணை மூடிக்கொண்டால் உலகம் இருட்டாகி விடுமா?’ என்று காலங்காலமாக, கிண்டலாகக் கேட்கப்பட்ட கேள்வியை, ‘ஆமாம், இருட்டாகித்தான் போகும்’ என்று குவாண்டம் இயற்பியல் கூறியபோது, அவ்வளவு பேரும் வாயடைத்துத்தான் போனார்கள். வாயடைத்தவர்கள், சாதாரண மனிதர்களாக இருந்தால் பரவாயில்லை.

பூமியில் இருந்து வானம்வரை நிகழ்ந்த அனைத்து இயங்குதல்களையும் கணக்கிட்ட இயற்பியலாளர்கள் அவர்கள். ‘நான் நிலவைப் பார்க்காதபோது, வானத்தில் நிலவு இல்லையா என்ன?’ என்று குவாண்டம் இயற்பியலை ஐன்ஸ்டைன் கிண்டலடித்த நகைச்சுவையில் சற்றே தயக்கமும் கலந்திருந்தது. அதற்குக் காரணம், அதுவரை இவர்கள் நிறுவியிருந்த இயற்பியலை உருமாற்றிய ‘புது இயற்பியல்’ அது.

1900களின் தொடக்கங்களில் மரபு இயற்பியலை வகுத்தவர்களால், “நான் சொல்வதை கேள்!” என்று அணுவின் நுண்ணுலகை அடக்கி வைக்க முடியவில்லை. அணுவின் உள்ளே இருந்த உலகம், விநோத நிகழ்வுகளால் ஆளப்பட்டது. அவற்றுக்கென்று தனி விதிகள் தேவைப்பட்டன. அதன் அடிப்படையில் நூறாண்டுகளுக்கு முன்பு, ஹெய்சன்பெர்க், ஷ்ரோடிங்கர், மாக்ஸ் போன் ஆகியோர் உருவாக்கியதுதான் குவாண்டம் இயற்பியல். அன்றைக்கு, யார் சொல் பேச்சும் கேளாமல் தனக்கென்று தனிவிதிகளை வகுத்துக்கொண்ட குவாண்டம் இயற்பியல்தான், இன்றைய நவீன உலகின் உயிர்நாடி.

உலகை இயக்கும் குவாண்டம்: இன்றைக்கு நம்முடைய மூன்றாவது கையாகிவிட்ட கைப்பேசிகள், நம் அலுவல்களை எளிதாக்கும் கணினிகள் ஆகியவை குவாண்டம் விதிகளின் அடிப்படையிலானவை. அவற்றில் பயன்படுத்தப்படும் குறைகடத்திகள் (Semiconductors), ஷ்ரோடிங்கர் சமன்பாடுகளின் அடிப்படையில் செயல்படுபவை. நவீன மருத்துவ உலகில் ‘நோய் கண்டறிதல் என்பது மிக முக்கியமானது.

நம் உடலின் மிக மென்மையான தசைப்பகுதிகள், தசைநார்கள், மூளை, தண்டுவடம் ஆகியவற்றைத் துல்லியமாகப் படம்பிடித்து ஆரோக்கியமற்ற திசுக்களை வேறுபடுத்திக் காண்பிக்கும், காந்த அதிர்வு உருவரைவு மேவுதல் (MRI Scan), குவாண்டம் விதிகளை அடிப்படையாகக் கொண்டது. சுழல் அளவீடு (Spin Quantization), காந்த அதிர்வின் (Magnetic Resonance) அடிப்படையில் இது செயல்படுகிறது.

உலகைச் சுற்றிவரும் GPS செயற்கைக்கோள்களின் துல்லியம், ஆற்றல் அளவீடுகளின் (Energy Quantisation) அடிப்படையில் செயல்படும் அணுக்கடிகாரங்களால் மட்டுமே சாத்தியம். ஆற்றல் அளவீடுகளின் நிலை களுக்கு (Quantized energy states) இடையில் சீராக அதிரும் சீசியம் அணுக்கள், ஒரு விநாடியில் நூறுகோடியில் ஒரு பங்கு சறுக்கினாலும், நாம் அடையவேண்டிய தூரம் பெரிய அளவில் வேறுபட்டுக் காண்பிக்கப்படும். இப்படியாக நம் கைப்பேசியின் புவி நகர்வு, மிகத்துல்லியமாக இருப்பதற்கு குவாண்டம் விதிகளுக்குத்தான் நன்றி சொல்ல வேண்டும்.

இன்றைக்கு, அறுவைசிகிச்சையில் இருந்து ஒளியிழையில் (Optical Fibre) தகவல் பரிமாற்றம்வரை முக்கியப் பங்கு வகிக்கும் லேசர்கள், ஐன்ஸ்டைனின் தூண்டப்பட்ட வெளியேற்றம் (Stimulated Emission) என்கிற குவாண்டம் தத்துவத்தின் அடிப்படையில் செயல்படுகின்றன. சூப்பர் மார்கெட்டில் பயன்படுத்தப்படும் பார் குறியீடு மேவுதல், வீட்டுத் திரைப்படப் பொழுதுபோக்கு அமைப்புகள், நிகழ்பட விளையாட்டு முனையத்தில் (Gaming Console) பயன்படுத்தப்படும் நீலக்கதிர் வட்டு (Blu Ray disc), லேசர் அச்சு இயந்திரம், மூன்றாம் பரிமாண மேவிகள், தானியங்கி கார்கள், ஆளில்லா வான்கலங்கள் (Drones) என அனைத்து லேசர் தொழில்நுட்பங்களும் குவாண்டம் இயற்பியலின் உபயமே.

குவாண்டம் இயந்திரவியல்: கடந்த ஆண்டுகளில் குவாண்டம் இயற்பியல் என்பது நுண்ணுலகின் விதிகளை அறிந்துகொள்வதும், அதன் அடிப்படையிலேயே தொழில்நுட்பங்களை உருவாக்கிக்கொண்டதுமாகத்தான் இருந்தது. ஆனால், இந்த 21ஆம் நூற்றாண்டில் குவாண்டம் இயற்பியலைக் கட்டுப்படுத்தி, இன்னும் ஆற்றல்மிக்க உலகை உருவாக்குவதில் அறிவியலாளர்கள் வெற்றிகண்டுள்ளார்கள்.

குவாண்டம் நேரடுக்கு (Superposition), குவாண்டம் பின்னல் (Entanglement), குவாண்டம் ஊடுருவல் (Tunnelling), குவாண்டம் ஒத்திசைவு (Coherence) ஆகிய குவாண்டம் இயற்பியலின் நிகழ்வுகளைப் பயன்படுத்தி அடுத்த தலைமுறைக்கான இயந்திரங்களை வடிவமைப்பதில் வெற்றிகண்டுள்ளார்கள்.

குவாண்டம் கணினிகள்: பிட் (Bit) என்பது மரபுக் கணினியின் அடிப்படைத்தகவல் அலகு. அது ஒரே நேரத்தில் 0 அல்லது 1 ஆக மட்டுமே இருக்க முடியும். ஆனால், குவாண்டம் கணினியின் தகவல் அலகான கியூபிட், 0 மற்றும் 1 ஆகிய இரண்டு நிலைகளிலும் (Superposition) ஒரே நேரத்தில் இருக்கும். நிகழ்தகவு முறையில் எண்ணற்ற கணக்கீடுகளை ஒரே நேரத்தில் செய்வதால், மரபார்ந்த கணினிகள் நூறாண்டுகள் எடுத்துக்கொள்ளும் கணக்கீடுகளை, குவாண்டம் கணினிகள் சில விநாடிகளில் செய்துமுடிக்கும்.

மேலும், துல்லிய குவாண்டம் குறியாக்கவியல் (Cryptography), இடைநுழைய முடியாத தகவல் பரிமாற்றம், அதிதிறன் கொண்ட உணரிகள், முன்னேறிய நானோ தொழில்நுட்பம், குவாண்டம் டாட்ஸ் போன்ற குவாண்டம் பொருள்களின் உருவாக்கம், புவி நகர்வு கருவிகள், குவாண்டம் ஒத்திகையின் (Simulation) மூலம் மிகச்சிறிய அளவிலான நிகழ்வுகளை மாதிரிபடுத்துதல் என குவாண்டம் இயந்திரவியல் மாபெரும் தொழில்நுட்பப் பாய்ச்சலைக் கொடுத்துள்ளது.

இந்த ஆண்டு இயற்பியல் பிரிவுக்கான நோபல் பரிசு, நுண்ணிய உலகின் குவாண்டம் அதிசயங்களையும் பெருவுலகின் கணிப்பிட விதிகளையும் ஒரே கோட்பாட்டில் இணைத்த தற்காகக் கிடைத்திருக்கிறது. இது, குவாண்டம் தொழில் நுட்பத்தின் அடுத்த தலைமுறையை உருவாக்கும் வாய்ப்புகளைத் திறந்துள்ளது.

மாற்றி எழுதப்படும் உலகம்: ஒரு காலத்தில் கருதுகோள் என்று கிண்டலடிக்கப்பட்ட இந்த நுண்ணுலகம், இன்றைக்கு நம் நடைமுறை வாழ்க்கையில் மிகப்பெரும் அதிசயங்களை நிகழ்த்திவருகிறது. நூறாண்டுக்கு முன் உருவான இந்த அறிவியல் பிரிவு இன்றைக்கு நம் உடல்நலனைக் காக்கிறது, வேலைகளை எளிதாக்குகிறது, தகவல் பரிமாற்றத்தில் நம் மனங்களை இணைக்கிறது, நம் பயணங்களை வழிநடத்துகிறது. குவாண்டம் இயற்பியலின் நூற்றாண்டைக் கொண்டாடும் இந்த நேரத்தில், பரிணாமவளர்ச்சியின் அடுத்த கட்டத்தை நோக்கி அது நம்மை நகர்த்தியிருக்கிறது.

- கட்டுரையாளர், அறிவியல் எழுத்தாளர்; sujaaphoenix@gmail.com