کوانٹم میکنیکس کا تعارف ۔۔۔۔نعمان رؤف ہاشمی

کوانٹم کو سمجھنے کیلئے اُسی کی بنیاد سے واقفیت ضروری ہے ویسے تو کوانٹم میکنیکس کاسیکل فزکس اتنی مختلف ہے کہ ہماری روزمرہ کی زندگی سے اُس کی مثالیں دینا نا ممکن ہے اس لئے اسے سمجھنا بھی مشکل ہے اس متعلق پروفیسر رچرڈ فائمن نے کیا خوب کہا ہے” جو کہتا ہے میں کوانٹم میکنیکس کو سمجھ گیا ہوں دراصل اُس نے کوانٹم میکنیکس کو سمجھا ہی نہیں ”
1924 میں میکس بورن نے کوانٹم میکنیکس کا نام استعمال کیا اس سے پہلے کوانٹم میکنیکس کو لے کر اٹھارویں صدی میں ہی کام کی شروعات ہوچُکی تھی مائیکل فیراڈے کی Cathode Ray کی ڈسکوری ، بلیک باڈی ریڈی ایشنز ، 1887 میں Heinrich hertz کی فوٹو الیکٹرک ایفیکٹ کی ڈسکوری، اور1900 میں میکس پلانک کا کوانٹم کا نظریہ پیش کرنا کوانٹم کا شروعاتی دور تھا۔

کوانٹم کو لے کر نیل بوہر اور آلبرٹ آئسٹائن میں بھی کافی اختلاف رہا ہے نیل بوہر کوانٹم میکنیکس کی بنیاد پر چیزوں کہ مشاہدہ کرنے سے ہی وجود حاصل کرنے کہ نظریہ قائل تھے یعنی کہ جب کوئی چیز ہمارے مشاہدے میں نہیں ہے تو وہ ایک ویو کی طرح ہے اور وہ ایک لمحے میں اپنے ویو فنکشن کے  کسی بھی حصے میں موجود ہوسکتی ہے یعنی کہ تمام کائنات بے ترتیب(Random) ہے ہمارا مشاہدہ کرنا اسے ترتیب دے رہا ہے جبکہ آلبرٹ آئین سٹائن کے  مطابق چیزیں پہلے سے ہی اپنا ایک Specific وجود رکھتی چاہے ہم اُن کا مشاہدہ کریں یا نہ کریں وہ ویسی ہی رہتی ہیں۔

آئین سٹائن نے 1962 میں میکس بورن کو لکھے گئے ایک خط میں Quantum Mechanics کے  متعلق لکھا۔۔۔
“Quantum theory yields much, but it hardly brings us close to the Old One’s secrets. I, in any case, am convinced He does not play dice with the universe.”مگر ان دونوں میں نیل بوہر کوانٹم میکنیکس کو لے کر ٹھیک ثابت ہوئے اور کیونکہ کوانٹم انتہائی چھوٹا پیمانہ ہے اُس پیمانے پر کائنات کا رویہ کلاسیکل فزکس سے بہت مختلف ہوجاتا ہے کوانٹم کی بنیاد ریاضی ہے اور ایسا بھی نہیں ہے کہ کوانٹم میکنیکس کی یہ غیر یقینی ، بے ترتیبی ،عجیب و غریب رویے نے  اسے ایک معمہ بنا دیتا ہے، کوانٹم ایک مسلمہ حقیقت ہے اور کوانٹم میکنیکس کی مدد سے کی جانے والی Prediction ہر دور میں صیح ثابت ہوتی رہی صرف سو سال کے  عرصے میں ہم کوانٹم کو جتنا بھی جان پائے ہیں اُس کے  استعمال سے ہماری بہت سی ضروریات زندگی کو مزید بہتر کرنے میں مدد ملی ہے جس میں ایک اہم ترین پرزہ Transistors ہے جو آج کے  دور میں استعمال ہونے والی ہر الیکٹرونکس اپلائینس اور ڈیوائس میں موجود ہے یہاں تک کہ ہماری آنکھیں بھی کوانٹم میکنیکس کا استعمال کرتی ہیں LED, Laser بھی کوانٹم میکنیکس کی مدد سے ہی ممکن ہو پائی ہیں۔

یہ تو تھا کوانٹم میکنیکس کا ہلکا پھلکا سا تعارف اب کوانٹم کو سمجھنے کیلئے( اوہ سوری سمجھنا تو واقعی مشکل ہے اسلئے سمجھنے بجائے جاننے کا) کچھ بیسک چیزوں کے  بارے میں جاننا ضروری ہے جن کی مدد سے ہم کوانٹم میکنیکس کو بہتر طریقے سے جان سکتے ہیں۔

1) Standard model of elementary particles

2) Quantum field theory

سٹینڈرڈ ماڈل آف ایلمینٹری پارٹیکلز ۔

ایک زمانہ تھا جب یہ مانا جاتا تھا کہ مادہ کی اکائی ایٹمز ہیں ہر ایلمینٹ کا اپنا اپنا ایٹم ہے پھر ہم نے جانا کہ ہر ایٹم مزید چھوٹے ذارت سے ملکر بنا ہے جو کہ الیکٹران پروٹان اور نیوٹران ہیں اس کہ بعد کوانٹم تھیوری آئی تو مزید نئے پارٹیکلز دریافت ہوئے تو ان کو ان کی خصوصیات جیسے کہ سپن، چارج، ماس، لائف کی بناء پر علیحدہ علیحدہ کیٹگریز میں بانٹنا پڑا ! ہم نے ایک ماڈل بنایا جس میں ہم نے ان سبھی پارٹیکلز کا ان کی پراپرٹیز  کی بناء پر علیحدہ کیا.. تاکہ ہم سمجھ سکیں کہ مادہ اور تمام طرح کی فورسز کس طرح کام کرتی ہیں۔
اس ماڈل کو سینڈرڈ ماڈل آف پارٹیکل فزکس کا نام دیا گیا جس طرح کیمسٹری میں پیراڈک ٹیبل کو اہمیت حاصل ہے اسی طرح کوانٹم میکنیکس اس ٹیبل کی اہمیت بھی اُتنی ہی ہے اس میں مادہ کو بننے والے تمام پارٹیکلز کی اپنی اپنی خصوصیات کی بنیاد پر علیحدہ علیحدہ تقسیم کیا گیا ہے۔ جو کچھ اس کائنات میں مادہ یا فورس کی صودت میں موجود ہے اُس سب کو دو طرح کے  پارٹیکلز میں تقسیم کیا گیا ہے۔
1) Fermions
2)Bosonsاس کائنات میں جو مادہ موجود ہے وہ fermions پر مشتمیل ہے جبکہ اس کائنات میں موجود چاروں فنڈمینٹل فورسز bosons کی وجہ سے کام کرتے ہیں۔
fermions کی فیملی میں دو طرح کی پارٹیکل ہوتے ہیں۔
1) Quarks
2)Leptons
کوارکس چھ طرح کے  ہوتے ہیں

1)Up Quarks 2)Down Quarks
3)Charm Quarks 4) strange Quarks
5)top Quarks 6)Bottom Quarks
کوارکس سٹیبل نہیں ہوتے اس لئے یہ آپس میں ری ایکٹ کر کے  دوسرے پارٹیکلز بناتے ہیں جنہیں Hadrons کہ نام سے جانا جاتا ہے اس کو مزید دو حصوں میں تقسیم کیا گیا ہے۔
1) Baryons
2)Mesons
Baryons تین کوارکس سے بنتے ہیں جیسے پروٹان دو Up Quarks اور ایک down quark پر مشتمیل ہوتا ہے اور اسی طرح نیوٹران دو downاور ایک Up Quark کی مدد سے بنتا ہے۔
Meson کوارکس اور اینٹی کوارکس کے  ملنے سے بننے والے پارٹیکلز ہیں یہ سٹیبل نہیں ہوتے یہ سکینڈ سے بھی کم وقت میں ڈیکے ہوجاتے ہیں۔ اگر یہ چارجڈ ہوں تو الیکٹران اور نیوٹرانینو میں ڈیکے ہوتے ہیں اگر یہ چارجڈ نہ ہوں تو فوٹانز میں ڈیکے ہوتے ہیں۔
ایلیمنٹری پارٹیکل Leptons کہلاتے ہیں ان کا ہاف سپین ہوتا ہے یہ سٹرنگ فورسز کے  ساتھ انٹریکٹ نہیں کرتے انہیں مزید چارجڈ اور نیوٹرل Leptons میں تقسیم کیا جاتا ہے.۔
1) Electron
2) muon
3) Tau
4) electron Neutrino
5)muon Neutrino
6)tau neutrino
کائنات میں موجود چاروں فورسز Boson کی مدد سے کام کرتی ہیں۔ Bosons چارطرح کے  ہوتے ہیں

1) Photon (Electromagnetic Force)
2) W/Z boson ( Weak Nuclear Force)
3)Gluons (Strong Nuclear Force)
4)Graviton (Gravitational Force)

کوانٹم فیلیڈ تھیوری!


کلاسیکل فزکس میں آبجیکٹس پارٹیکل یا تو ویو ہوتے ہیں اس وجہ سے ہم کسی بھی آبجیکٹ کے  کام کرنے کے  پیٹرن کو  دیکھ کر اُس کے  ماضی اور حال کے  متعلق Predict کر سکتے ہیں جیسے کہ ایک سیارے کے  آربٹ اور ریولویشن پیرڈ کا پتہ ہوتو ہم یہ بتا سکتے ہیں کہ بیس سال پہلے یہ سیارہ کہاں تھا اور کچھ سالوں بعد یہ کہاں ہوگا جب کہ کوانٹم فزکس میں آبجیکٹس پارٹیکل اور ویو کا combinationہوتے ہیں جب تک ہم ان کا مشاہدہ نہیں کرتے تب تک ان کا رویہ الگ ہوتا ہے مگر مشاہدہ کرنے پر یہ ویو یا پارٹیکل کی صورت اختیار کر جاتے ہیں اسی وجہ کوانٹم کی مدد ہم آبجیکٹ کے  ماضی دیکھ کر اُس کے  مستقبل کے  بارے میں حتمی رائے قائم نہیں کرسکتے صرف Probabilities ہی کیلکولیٹ کر سکتے ہیں.کوانٹم فزکس میں سبھی Probabilities یا Outcome کو ویو فنکشن کہا جاتا ہے اس حوالے سے کوانٹم فزکس عجیب برتاؤ رکھتی ہے مگر فزیسسٹ کا یہ ماننا ہے کہ رئیلیٹی ہمیشہ ویو فنکشن میں ہی Exist کرتی ہے کوانٹم فزکس سے ہمیں یہ پتہ چلتا ہے کہ دُنیا جیسی ہمیں دکھائی دیتی ہے ویسی ہے نہیں..!

اب آتے ہیں فیلیڈ تھیوری کی طرف ہمارا یہ ماننا ہے کہ کائنات ساری مادہ کی بنی ہے جہاں مادہ نہیں ہے وہ جگہ خالی ہے مگر حقیقت میں کوئی جگہ بھی مکمل طور خالی نہیں ہوتی،جیسے دو میگنیٹ کے  ایک جیسے پولز کو ایک دوسرے کہ قریب لانے کی کوشیش کریں تو یہ ایک دوسرے کو Repel کرتے ہیں جب کہ ان درمیان    مکمل طور پر خالی جگہ ہوتی ہے مگر یہ فورس کام کیسے کرتی ہے کیونکہ کہ ہمیں جو خالی جگہ نظر آرہی ہے وہ خالی نہیں وہاں میگنیٹک فیلیڈ موجود ہوتی ہے اس سے ہمیں پتہ چلتا ہے کائنات میں کوئی بھی خالی نہیں ہے! جہاں کچھ بھی موجود نہ ہو وہاں فیلیڈز موجود ہوتی ہیں. جب ہم کوانٹم فزکس اور فیلیڈ تھیوری کو آپس میں ملاتے ہیں تو ہمیں ملتی ہے “کوانٹم فیلیڈ تھیوری “۔۔

کوانٹم فیلیڈ تھیوری کے  مطابق یہ پوری کائنات فیلیڈز پر مشتمل ہے ہرجگہ فیلیڈز کا جال بچھا ہوا ہے جنہیں ہم دیکھ نہیں سکتے جیسے میگنیٹک فیلیڈ، گریوٹیشنل فیلیڈ، الیکٹرک فیلیڈ، کوانٹم فیلیڈ تھیوری کہ مطابق ہر ایلیمنٹری پارٹیکل کی اپنی فیلیڈ موجود ہے جیسے الیکٹران فیلیڈ، ہگز فیلیڈ، کوارکس فیلیڈ، گولؤن فیلیڈ فزیسسٹ ان تمام فیلیڈ کو نمبرز سے Represent کرتے ہیں سپیس میں ہر پوائنٹ پر ایک یا ایک سے  زیادہ نمبرز ہوتے ہیں ایک فیلیڈ کو کتنے نمبرز کی ضرورت ہوتی ہے اس بناء پر انہیں  تقسیم کیا گیا ہے جیسے کہ ہگز فیلیڈ ایک سکیلر فیلیڈ ہے اس لئے اسے بیان کرنے کے لئے ایک نمبر کی ضرورت پڑتی ہے الیکٹرک اور میگنیٹک فیلیڈ کو ویکٹر فیلیڈ مانا جاتا ہے کیونکہ انہیں سپیس میں ہر پوائنٹ پر نمبر کے  ساتھ سمت کی بھی ضرورت ہوتی ہے نیوٹن کے  مطابق گریوٹیشنل فیلیڈ بھی ویکٹر فیلیڈ ہوتا یے جبکہ آئن سٹائن کے  مطابق وہ ایک Denser فیلیڈ ہے

جب کسی فیلیڈ کو انرجی ملتی ہے تو وہ Higher Energy state میں چلے جاتے ہیں اور جس طرح پانی میں لہریں بنتی ہیں جنہیں ripples کہا جاتا ہے انہی ripples کو ہم پارٹیکل کہتے ہیں جس  طرح   الیکٹران فیلیڈ میںRipples بنتے ہیں تو ہمیں الیکٹران ملتا ہے اور جب کوارکس فیلیڈ میں Ripple بنے تو ہمیں کوارکس ملتے ہیں ان Ripples کے  غائب ہوتے ہی پارٹیکل بھی غائب ہوجاتے ہیں جنہیں ہم پارٹیکل کا ختم ہونا کہتے ہیں ان فیلیڈز میں جہاں ہم انرجی دیتے ہیں یہ وہاں پارٹیکل کے  روپ میں نظر آتے ہیں جیسے جیسے وہ انرجی اُس فیلیڈ میں پھیلتی جاتی ہے تو ہمیں لگتا ہے پارٹیکل موو کر رہا ہے مختلف فیلیڈز میں پارٹیکل جنریٹ کرنے کے لیے مختلف انرجی درکار ہوتی ہے جس پارٹیکل کا جتنا ذیادہ ماس ہوگا اُسے جنریٹ کرنے کیلئے اُتنی  زیادہ انرجی درکار ہوگی۔
جیسے higgs boson کو جنریٹ کرنے کیلئے الیکٹران سے کہیں زیادہ انرجی درکار ہوتی ہے جس کیلئے ہمیں Large Hadron collider کی ضرورت پڑی جس میں higgs فیلیڈ کو بہت زیادہ انرجی دی گئی اور ہمیں Higgs Boson ملے!۔
سپیس اور ٹائم میں تمام فیلیڈز ایک ہی جگہ exist کرتی ہیں اس وجہ سے کچھ پارٹیکلز ایک دوسرے میں بھی بدل سکتے ہیں اور اس طرح تمام فورسز بھی کام کرتی ہیں
اسی سے ہمیں پتہ چلتا ہے کہ کائنات تمام کی تمام پارٹیکلز کے  بجائے فیلیڈز پر مشتمیل ہیں ان فیلیڈز کو انرجی ملنے پر ہی پارٹیکل بنتے ہیں! اور یہی مادہ کی بنیاد ہے۔

بذریعہ فیس بک تبصرہ تحریر کریں

براہ راست تبصرہ تحریر کریں۔

Your email address will not be published. Required fields are marked *