- ફયુચર સાયન્સ-કે.આર.ચૌધરી
વિ જાતીય આકર્ષણ શું હોય? તેનો કદાચ તમને અનુભવ હશે જ! તેનું એક સામાન્ય તારણ કે નિયમ એવો જોવા મળે છેકે 'જ્યારે બે વિજાતીય વ્યક્તિ એકબીજાથી વધારે દૂર હોય ત્યારે તેમની વચ્ચે, વધારે આકર્ષણ અને લાગણી જોવા મળે છે. પછી જ્યારે તેઓ એકબીજાની નજીક આવી જાય છે, ત્યારે ધીમે ધીમે આકર્ષણ અને લાગણીમાં ઓટ આવવા લાગે છે. અત્યંત નજીક આવતાં તેનું મૂલ્ય શુન્ય થઇ જાય છે. પ્રકૃતિનો આ નિયમ માત્ર, મનુષ્યને જ લાગુ પડે છે તેવું નથી. મનુષ્ય જે પદાર્થનો બનેલો છે. તે પદાર્થની રચના કરનારા અતિ સૂક્ષ્મ કણો વચ્ચે પણ આ પ્રકારનું આકર્ષણ જોવા મળે છે. વિજાતીય વ્યક્તિના આકર્ષણને આપણે, બે વ્યક્તિ વચ્ચેના અંતરથી માપી શકીએ. આ અંતર શારીરિક, માનસિક, આર્થિક કે સામાજિક, કોઈપણ પ્રકારનું હોઈ શકે. પ્રકૃતિ પોતે જ અતિ સૂક્ષ્મ લેવલે વિજાતી આકર્ષણ જેવો જ ચમત્કાર કરે છે. આ ચમત્કારને વિજ્ઞાન જગત એસિમ્પ્ટોટિક ફ્રીડમ તરીકે ઓળખે છે. મનુષ્ય પ્રજાતિ પણ પ્રકૃતિનો એક ભાગ છે. પ્રકૃતિએ ઘડેલા પોતાના નિયમો અને તેના દ્વારા થતા ચમત્કારની વાત, તમને ક્વોન્ટમ ક્રોમોડાયનેમિક્સ (QCD)ની દુનિયામાં લઈ જાય છે.
એસિમ્પ્ટોટિક ફ્રીડમ
ગુરુત્વાકર્ષણ બળ કરતાં પણ વધારે શક્તિશાળી બળ બ્રહ્માંડમાં વિદ્યામાન છે. જેને આપણે સ્ટ્રોંગ ફોર્સ એટલે કે શક્તિશાળી બળ તરીકે ઓળખીએ છીએ. આ બળ મુખ્યત્વે પદાર્થના નાભીકેન્દ્રમાં આવેલા, પ્રોટોન અને ન્યુટ્રોન જેવા કણો વચ્ચે અને આ કણોની રચના કરનાર મૂળભૂત કણ એટલે કે ક્વાર્ક - ક્વાર્ક અથવા ગ્લુઓન-ગ્લુઓન વચ્ચે જોવા મળે છે. એસિમ્પ્ટોટિક ફ્રીડમ એ ક્વોન્ટમ ફિલ્ડ થિયરીમાં એક આકર્ષક ખ્યાલ છે, ખાસ કરીને ક્વોન્ટમ ક્રોમોડાયનેમિક્સ (QCD)ના માળખામાં, જે ક્વાર્ક અને ગ્લુઓન વચ્ચેની મજબૂત ક્રિયા પ્રતિક્રિયાનું વર્ણન કરે છે. આ ગુણધર્મ સૂચવે છે કે 'જેમ જેમ ક્વાર્ક, એકબીજાની નજીક આવતા જાય છે. તેમ તેમ તેમની વચ્ચેનું બળ નબળું પડતું જાય છે. પરંતુ જેવું બે ક્વાર્કને ખેંચીને દૂર કરવાની કોશિશ કરવામાં આવે, એટલે કે ક્વાર્ક વચ્ચેનું અંતર વધારવામાં આવે ત્યારે, તેમની વચ્ચેનું બળ અત્યંત વધી જાય છે.' ક્યારેક બીજા અંતિમની વાત કરીએ અને માની લઈએ કે બે ક્વાર્ક વચ્ચેનું અંતર શૂન્ય થઈ ગયું છે, ત્યારે વિચિત્ર ચમત્કાર જેવી ઘટના બને છે. માની લો કે, બે ક્વાર્ક વચ્ચેનું અંતર શૂન્ય થઈ જાય છે, ત્યારે ક્વાર્ક એકદમ મુક્ત હોય તે રીતે વર્તવા લાગે છે. સરળ ભાષામાં તેમની વચ્ચેનું આકર્ષણ શુન્ય થઇ જાય છે. તેઓ એકબીજાના બંધનમાંથી મુક્ત થઈ જાય છે. જે અતિ સૂક્ષ્મ અંતર કે જેને તમે, શૂન્ય ગણો, તે અંતરે ક્વાર્ક એકબીજા વચ્ચેનું આકર્ષણ ભૂલીને સ્વતંત્ર બની જાય છે. તે અતિ સૂક્ષ્મ અંતરની સીમારેખા, ભૌતિકશાસ્ત્રની ભાષામાં એસિમ્પ્ટોટિક ફ્રીડમ તરીકે ઓળખાય છે. જેનો સરળ અર્થ અને ભૌતિકશાસ્ત્રની ભાષામાં કહીએ તો, જે ખૂબ ટૂંકા અંતરે, ખૂબ જ ઊંચી ઉર્જાએ, ક્વાર્ક લગભગ મુક્ત કણો તરીકે વર્તે છે. તેમની વચ્ચે કોઈ પણ પ્રકારનું આકર્ષણ કે અપાકર્ષણ બચતું નથી. ૧૯૭૩માં એસિમ્પ્ટોટિક ફ્રીડમ નામના ભૌતિકશાસ્ત્રના મૂળભૂત ગુણધર્મની શોધ, પ્રિન્સટન યુનિવર્સિટીમાં ડેવિડ ગ્રોસ અને ફ્રેન્ક વિલ્ઝેક દ્વારા અને સ્વતંત્ર રીતે હાર્વર્ડ યુનિવર્સિટીમાં ડેવિડ પોલિત્ઝર દ્વારા કરવામાં આવી હતી. તેમની આ નિર્ણાયક શોધ માટે ૨૦૦૪માં ભૌતિકશાસ્ત્રનું નોબલ પ્રાઈઝ આપવામાં આવ્યું હતું.
જોર્કોન સમ રુલ
સાદી ભાષામાં તેમનો કહેવાનો અર્થ એ હતો કે 'ઝીરો અને અતિ સૂક્ષ્મ અંતર વચ્ચે એક બિંદુ એવું આવેલું છે, જ્યાં ગણિતના સમીકરણો લગાડો તો તમને સાચા જવાબ મળવાની જગ્યાએ, ખોટા જવાબ મળવાની શક્યતાઓ ખૂબ વધારે છે. આ સીમારેખાને ભૌતિકશાસ્ત્રીઓ લેન્ડૌ પાલ - લેન્ડૌ ધુ્રવ, તરીકે ઓળખે છે. જો અતિ સૂક્ષ્મ લેવેલે ખોટા જવાબ મળતા હોય તો, ્રબ્રહ્માંડના સૌથી શક્તિશાળી બળ એટલે કે સ્ટ્રોંગફોર્સની સાચી ગણતરીઓ કેવી રીતે કરવી ? ૧૯૯૦ના દાયકામાં, આ સમસ્યાનો ઉકેલ શોધવાની કોશિશ પીએચડી કરનાર એક વિદ્યાર્થીએ કરી હતી. જેનું નામ છે. એલેક્ઝાન્ડ્રે ડયુર. તેઓ ન્યુક્લિયર અને પાર્ટીકલ ફિઝિક્સના જાણીતા સંશોધક છે. હાલમાં તેઓ વર્જિનિયા ખાતે આવેલી થોમસ જેફર્સન નેશનલ ફેસીલીટી ખાતે સંશોધન કાર્ય કરી રહ્યા છે. એલેક્ઝાન્ડ્રે ડયુરે થોમસ જેફરસન નેશનલ એક્સિલરેટર ફેસિલિટીનો પરિણામો આપતો ડેટા વાપરીને, 'બ્રહ્માંડના સૌથી શક્તિશાળી બળ એટલે કે સ્ટ્રોેંગફોર્સની ગણતરીઓ કરવી કેવી રીતે?' એ દિશામાં પ્રથમ પગલું ભર્યું હતું. ડેટા અને અન્ય માપનો ઉપયોગ કરીને,એલેક્ઝાન્ડ્રે ડયુરે, જોર્કેન ઈન્ટિગ્રલ નામે ઓળખાતી રાશિનો જથ્થો ગણવાની કોશિશ કરી હતી. જોર્કેન ઈન્ટિગ્રલ નામની કવોન્ટિટીનું નામકરણ, જાણીતા ભૌતિકશાસ્ત્રી અને સ્ટ્રોંગફોર્સના અભ્યાસમાં પાયોનીયર ગણાતા, જેમ્સ જોર્કેનના નામ પરથી રાખવામાં આવ્યું છે. તેમણે ક્વાર્ક અને તેમની વચ્ચે થતી પ્રક્રિયાને દર્શાવવા માટે, એક મૂળભૂત ખ્યાલ રજૂ કર્યો. જેને વિજ્ઞાનીઓ જોર્કેન ઈન્ટિગ્રલ તરીકે ઓળખે છે. કેટલીક વાર આ સમીકરણ, 'જોર્કેન સમ રુલ' તરીકે પણ ઓળખાય છે. સમીકરણનો મુખ્ય ઉપયોગ, પ્રોટોન અને ન્યુટ્રોેનના સ્પીન સ્ટ્રક્ચર ફંકશન વચ્ચેનો તફાવત શોધવા માટે થાય છે. એલેક્ઝાન્ડ્રે ડયુરે 'જોર્કેન સમ-રુલ'નો ઉપયોગ કરીને, અતિ સૂક્ષ્મ અંતર અને ટેરા ડમનાટા વચ્ચે, સ્ટ્રોંગ ફોર્સની ગણતરી કરવાની કોશિશ કરી હતી. ભૌતિકશાસ્ત્રના સ્કેલ ઉપર વાત કરીએ તો, તેમણે લેન્ડૌ પૉલ - લેન્ડૌ ધુ્રવ અને ટેરા ટેરા ડમનાટા વચ્ચેના સુક્ષ્મ અંતરમાં, સ્ટ્રોંગ ફોર્સના અવલોકનો લેવાની કોશિશ કરી હતી.
લેન્ડૌ પૉલ
ભૌતિકશાસ્ત્ર માટે આ ખૂબ જ નિર્ણાયક શોધ હતી, કારણ કે આ શોધ થઈ તે પહેલા ભૌતિક શાસ્ત્રીઓને એક સમસ્યા સતાવતી હતી કે પ્રોટોન અને ન્યુટ્રોન જેવા કણોમાં, ક્વાર્ક કેવી રીતે કાયમી ધોરણે એક બંદી અને સ્થિર અવસ્થામાં રહી શકે? પ્રયોગશાળામાં સૂક્ષ્મ લેવલે ચાલતી ભૌતિક શાસ્ત્રની દુનિયામાં જોવા મળ્યું કે અમુક ઉચ્ચ ઉર્જા પ્રયોગમાં ક્વાર્ક, એકદમ સ્વતંત્ર હોય તે રીતે જોવા મળતું હતું. સૈદ્ધાંતિક વિચાર અને પ્રયોગશાળાના વિરોધાભાસ વચ્ચેનું રહસ્ય, એસિમ્પ્ટોટિક ફ્રીડમ દ્વારા વિજ્ઞાનીઓ ખોલી શક્યા છે. સ્ટેનફોર્ડ લીનિયર એક્સિલરેટર સેન્ટર (SLAC) ખાતેના પ્રયોગો દ્વારા આ ઘટનાની પુષ્ટિ કરવામાં આવી હતી, જે દર્શાવે છેકે પ્રોટોનની અંદરના ક્વાર્ક જાણે કે તેઓ મુક્ત હોય તેમ વર્તે છે. આ શોધે માત્ર મૂળભૂત દળો વિશેના આપણા જ્ઞાનમાં વધારો કર્યો નથી, પરંતુ સમગ્ર ક્વોન્ટમ ફિલ્ડ થિયરીની માન્યતાને પણ મજબૂત બનાવી છે.
ક્વોન્ટમ ક્રોમોડાયનેમિક્સમાં વીજ ચુંબકીય બળ અને નબળા બળની ગણતરી માટે, ભૌતિકશાસ્ત્રીઓ જે સમીકરણો અને પદ્ધતિનોનો ઉપયોગ કરે છે, તે પદ્ધતિ અને સમીકરણ વાપરીને સ્ટ્રોંગ ફોર્સની સમસ્યાના ઉકેલ મેળવી શકાતા નથી. પરમાણુની સરખામણીમાં નાભિ કેન્દ્રમાં આવેલ પ્રોટોન, પરમાણુ કરતાં ૫૦,૦૦૦ ગણો નાનો છે. તેની ત્રિજ્યાની વાત કરીએ તો, તે અબજો ગણી નાની થાય. તેમ છતાં ક્વાર્ક લેવલે વિચારતા હોઈએ ત્યારે, આ અંતર પણ ખૂબ મોટું ગણાય છે. તેથી આ લાંબા અંતરના ક્ષેત્રને ભૌતિકશાીઓ, 'ટેરા ડમનાટા' તરીકે ઓળખે છે. આ અંતરે ઇલેક્ટ્રોમેગ્નેટિક ફોર્સ કે વિથ ફોર્સની માફક, એક જ પદ્ધતિ વાપરીને ગણિતને લગતા ઉકેલ મેળવી શકાતા નથી. આ સમસ્યા ઉપર ખૂબ જ વિચાર કર્યા બાદ, ભૌતિકશાસ્ત્રી લેવ લેન્ડાઉએ એક અજીબો ગરીબ વાત કરી કે 'જેને આપણે અતિ સૂક્ષ્મ લેવલે, અત્યંત અત્યંત અત્યંત સૂક્ષ્મ અંતર કહીએ છીએ, ત્યાં પણ એક એવું બિંદુ આવેલું છે.જ્યાંથી આગળ આપણે ભૌતિકશાસ્ત્રની કોઈપણ કોમ્પિટિશનલ મેથડ-ગણતરી કરવાની પદ્ધતિ વાપરી શકતા નથી.' ટૂંકમાં કહીએતો ગણતરી થઇ જ શક્તિ નથી. આ સીમારેખાને ભૌતિકશાસ્ત્રીઓ લેન્ડૌ પૉલ - લેન્ડૌ ધુ્રવ, તરીકે ઓળખે છે.ં
લાઈટ ફ્રન્ટ હોલોગ્રાફી
તાજેતરમાં કેટલાક યુવા વિજ્ઞાનીઓએ, પ્રયોગશાળામાં મજાક અને મસ્તી માટે કરેલા પ્રયોગમાં જાણવા મળ્યું કે 'જેમ જેમ અંતર વધતું જાય છે તેમ તેમ - આલ્ફા એસનું મૂલ્ય, વધવાનું અટકી જાય છે. એટલે કે તે અચળ બની જાય છે. આ ગંભીર તારણની ચર્ચા તેમણે તેમના માર્ગદર્શક અને જેફર્સન લેબ સ્ટાફના વિજ્ઞાની, જિયાન-પિંગ ચેન સાથે કરી હતી. જ્યાં એલેક્ઝાન્ડ્રે ડયુર, QCD ગુણધર્મો પ્રમાણે લાંબા અંતર ઉપર, લાગતા સ્ટ્રોંગ કોર્સની ગણતરી કરવાની સંશોધન કરી રહ્યા હતા. આ સમયકાળમાં જ બ્રોડસ્કી, ગાય ડી ટેરામંડ પેરાલ્ટા અને હંસ ગુન્ટર ડોશ પણ લાંબા અંતર પર QCD ગુણધર્મોની ગણતરી કરવા માટે એક નવી પદ્ધતિ વિકસાવવા માટે કામ કરી રહ્યા હતા. તેમણે હોલોગ્રાફી તરીકે ઓળખાતા, મેથેમેટિકલ મોડલનો ઉપયોગ કર્યો હતો. ઘણીવાર તેનો ઉપયોગ ગ્રેેવિટીની ગણતરી કરવા માટે કરવામાં આવે છે. આ મોડેલમાં ચાર પરિમાણનો ઉપયોગ કરીને ગણતરી દ્વારા જવાબ મેળવવામાં આવે છે. સંશોધકોએ અહીં એક ડગલું આગળ વધીને, એક વધારાના આયામ એટલે કે ડાયમેન્શનનો ઉપયોગ કરીને, સ્ટ્રોંગફોર્સની ગણતરી કરવા માટે નવી પદ્ધતિ વિકસાવવાનો પ્રયોગ કર્યો છે. આ નવી પદ્ધતિ લાઈટ ફ્રન્ટ હોલોગ્રાફી તરીકે ઓળખાય છે.
ક્લાસિક ફિઝિક્સમાં જેમ, ઇમેજનરી નંબરનો ઉપયોગ કરવામાં આવે, તેવી રીતે અહીં વિજ્ઞાનીઓએ પાંચ પરિમાણના મોડલનો ઉપયોગ કર્યો છે. જેના દ્વારા જાણકારી મળે છેકે ક્વાર્ક એકબીજા સાથે કેવી રીતે પ્રક્રિયા કરે છે? આ મોડેલ દ્વારા મેળવવામાં આવેલા સ્ટ્રોંગફોર્સને લગતા પરિણામો અને ગણતરી કેટલા સાચા છે? સ્ટ્રોંગફોર્સને સમજવા માટે, વિજ્ઞાનીઓએ કરેલી મહેનત યોગ્ય દિશામાં છેકે નહીં? આ સવાલોના જવાબ આપવા માટે, હજી વધુ સંશોધન કરવું જરૂરી બની ગયું છે. જોકે આ તબક્કે આપણે કહી શકીએ કે 'બ્રહ્માંડના સૌથી રહસ્યમય ગણાતા બળ એટલે કે સ્ટ્રોંગ ફોર્સને ઓળખવા માટે વિજ્ઞાનનીઓ , તેની ખૂબ જ નજીક પહોંચી ચૂક્યા છે.'
