अत्याधुनिक परमाणु घड़ियाँ जल्द ही एक विचित्र संभावना को उजागर कर सकती हैं: समय स्वयं एक क्वांटम वस्तु की तरह व्यवहार कर सकता है, जो एक ही समय में कई अवस्थाओं में विद्यमान होता है।

भौतिकी में समय का विचार जितना सहज लगता है, उतना ही पेचीदा भी है। आइंस्टीन के सापेक्षता के सिद्धांत में समय स्थिर नहीं है। यह गति और गुरुत्वाकर्षण के आधार पर बदलता रहता है।

जब इस अवधारणा को क्वांटम भौतिकी के साथ जोड़ा जाता है, तो तस्वीर और भी विचित्र हो जाती है। क्वांटम सिद्धांत बताता है कि समय स्वयं एक सुपरपोजिशन में मौजूद हो सकता है, जिसका अर्थ है कि यह एक ही समय में अलग-अलग दरों पर बीत सकता है।

क्वांटम घड़ियों के साथ समय की जांच करना

इस शोध का नेतृत्व स्टीवंस इंस्टीट्यूट ऑफ टेक्नोलॉजी में सैद्धांतिक भौतिकी के सहायक प्रोफेसर इगोर पिकोवस्की ने किया , जिन्होंने कोलोराडो स्टेट यूनिवर्सिटी के क्रिश्चियन सैनर और नेशनल इंस्टीट्यूट ऑफ स्टैंडर्ड्स एंड टेक्नोलॉजी (एनआईएसटी) के डायट्रिच लीबफ्राइड के नेतृत्व वाली प्रायोगिक टीमों के साथ मिलकर काम किया। टीम ने इस बात का अध्ययन किया कि क्वांटम प्रभाव समय के प्रवाह को कैसे प्रभावित करते हैं और इन प्रभावों का अध्ययन करने के लिए परमाणु घड़ियों का उपयोग कैसे किया जा सकता है।

उनके निष्कर्षों से पता चलता है कि उन्नत घड़ियों और क्वांटम कंप्यूटरों के लिए विकसित प्रौद्योगिकियां वास्तविकता के बारे में गहरे सवालों की पड़ताल भी कर सकती हैं। यदि कोई घड़ी क्वांटम यांत्रिकी के नियमों का पालन करती है, तो उसकी गति एक ही समय में कई अवस्थाओं में मौजूद हो सकती है। परिणामस्वरूप, उसके द्वारा मापा गया समय भी कई अवस्थाओं में मौजूद हो सकता है।

यह विचार श्रोडिंगर के प्रसिद्ध विचार प्रयोग से मिलता-जुलता है, जिसमें एक बिल्ली जीवित और मृत दोनों अवस्थाओं में हो सकती है। इस स्थिति में, समय स्वयं परस्पर जुड़ी हुई अवस्थाओं में विद्यमान होगा, मानो एक घड़ी एक ही क्षण में युवा और वृद्ध दोनों हो।

पिकोवस्की कहते हैं, "क्वांटम सिद्धांत और सापेक्षता में समय की भूमिका बहुत अलग-अलग होती है। हम यह दर्शाते हैं कि इन दोनों अवधारणाओं को एक साथ लाने से समय-प्रवाह के छिपे हुए क्वांटम संकेतों का पता चलता है, जिन्हें शास्त्रीय भौतिकी द्वारा वर्णित नहीं किया जा सकता है।"

सापेक्षता, गति और समय का प्रवाह

सापेक्षता का सिद्धांत कहता है कि प्रत्येक घड़ी अपनी गति और स्थिति के आधार पर समय को अलग-अलग मापती है। उदाहरण के लिए, 10 मीटर प्रति सेकंड (लगभग 22 मील प्रति घंटा) की गति से चलने वाली घड़ी 57 मिलियन वर्षों तक स्थिर रहने पर भी एक सेकंड पीछे रह जाएगी। एनआईएसटी में एल्युमीनियम आयन घड़ियों सहित अत्यधिक सटीक उपकरणों के साथ किए गए प्रयोगों ने इस प्रभाव की पुष्टि की है।

इस घटना को अक्सर "जुड़वां विरोधाभास" के माध्यम से समझाया जाता है, जिसमें उच्च गति से यात्रा करने के बाद एक जुड़वां बच्चा दूसरे की तुलना में धीरे-धीरे बूढ़ा होता है। इसका एक और चरम रूप, जिसे कभी-कभी "क्वांटम जुड़वां विरोधाभास" कहा जाता है, यह सवाल उठाता है कि क्या एक ही घड़ी एक साथ कई समय-रेखाओं का अनुभव कर सकती है? क्या यह एक ही समय में छोटी और बड़ी दोनों हो सकती है? पिकोवस्की और उनके सहयोगियों द्वारा किए गए पूर्व सैद्धांतिक कार्य से पता चलता है कि यह संभव है, हालांकि ऐसे प्रभाव अब तक इतने सूक्ष्म रहे हैं कि उन्हें मापना संभव नहीं था।

परमाणु घड़ियाँ क्वांटम युग में प्रवेश कर चुकी हैं

इस विचार की जांच करने के लिए, शोधकर्ताओं ने एनआईएसटी और कोलोराडो स्टेट यूनिवर्सिटी में मौजूद परमाणु घड़ियों का अध्ययन किया। ये प्रणालियाँ एल्युमीनियम या यटरबियम जैसे एकल आयनों को फंसाती हैं, उन्हें लगभग पूर्ण शून्य तापमान तक ठंडा करती हैं , और लेजर की मदद से उनकी क्वांटम अवस्थाओं को नियंत्रित करती हैं।