क्वांटम यांत्रिकी के सिद्धांत आधुनिक प्रौद्योगिकी और ब्रह्मांड की समझ को कैसे आकार देते हैं

ब्रह्मांड के नियम हमारी सहज धारणाओं से मौलिक रूप से भिन्न सिद्धांतों पर कार्य करते हैं, जो पदार्थ, ऊर्जा और दिक्काल के बारे में हमारी मान्यताओं को चुनौती देते हैं। क्वांटम टनलिंग, वह घटना जहाँ कण ऊर्जा अवरोधों को पार कर जाते हैं जो सैद्धांतिक रूप से दुर्गम होने चाहिए, आधुनिक प्रौद्योगिकी के विकास में एक महत्वपूर्ण आधारशिला है। यह प्रभाव सूर्य के केंद्र में निरंतर होने वाली नाभिकीय संलयन प्रक्रियाओं की व्याख्या करता है, जो पृथ्वी पर जीवन को संभव बनाता है। नाभिकीय संलयन के लिए, क्वांटम टनलिंग प्रोटॉन के तरंग फलनों को प्रतिकारक अवरोध के माध्यम से पार करने की अनुमति देता है, जिससे शास्त्रीय भविष्यवाणी की तुलना में कम तापमान पर संलयन सक्षम होता है।

क्वांटम टनलिंग के व्यावहारिक अनुप्रयोग प्रौद्योगिकी में व्यापक हैं, जिनमें फ्लैश मेमोरी, टनल डायोड और स्कैनिंग टनलिंग माइक्रोस्कोप शामिल हैं। सुपरकंडक्टिंग सर्किट में मैक्रोस्कोपिक क्वांटम यांत्रिक टनलिंग में सफलताओं के लिए जॉन क्लार्क, मिशेल एच. डेवोरट और जॉन एम. मार्टिनिस को 2025 में भौतिकी का नोबेल पुरस्कार प्रदान किया गया, जो जोसेफसन जंक्शनों पर उनके काम से संबंधित था। ये जोसेफसन जंक्शन 2026 तक व्यावहारिक उपयोग की ओर बढ़ रहे क्वांटम कंप्यूटरों में सुपरकंडक्टिंग क्यूबिट्स के लिए भी मूलभूत तत्व हैं।

आइंस्टीन द्वारा "दूर से डरावनी कार्रवाई" कही गई क्वांटम उलझाव, सहसंबद्ध कणों का वर्णन करती है जो दूरी की परवाह किए बिना तुरंत एक दूसरे को प्रभावित करते हैं। देर 2024 में, CERN में ATLAS और CMS प्रयोगों ने शीर्ष क्वार्क के बीच स्पिन उलझाव का अवलोकन किया, जिसने कण भौतिकी में अत्यधिक ऊर्जा पैमानों पर भी उलझाव की मौलिकता को सिद्ध किया और क्वांटम क्रिप्टोग्राफी में प्रगति को सक्षम बनाया। उलझाव क्वांटम सूचना विज्ञान के लिए महत्वपूर्ण है, जिसके लिए एलेन एस्पेक्ट, जॉन एफ. क्लॉसर और एंटोन ज़िलिंगर को 2022 में नोबेल पुरस्कार मिला था। क्वांटम सुपरपोजिशन, जो क्यूबिट्स को जानकारी कूटबद्ध करने की अनुमति देकर क्वांटम कंप्यूटिंग की रीढ़ बनता है, कणों को माप से पहले एक साथ कई अवस्थाओं में मौजूद रहने देता है, जो माप पर एक निश्चित अवस्था में ढह जाती है।

आइंस्टीन के सापेक्षता के सिद्धांत से उत्पन्न समय फैलाव, एक कठोरता से सत्यापित तथ्य है जो GPS उपग्रहों को प्रभावित करता है। पृथ्वी के स्तर की तुलना में कमजोर गुरुत्वाकर्षण के कारण उपग्रह की घड़ी में दैनिक रूप से लगभग 38 माइक्रोसेकंड की बढ़त होती है। इस शुद्ध प्रभाव को ध्यान में रखना आवश्यक है; अन्यथा, GPS त्रुटियाँ प्रतिदिन 11.4 किलोमीटर तक जमा हो जाएंगी। विशेष सापेक्षता के कारण वेग समय फैलाव भी होता है, जो उपग्रह की उच्च गति के कारण घड़ी को धीमा कर देता है, लेकिन 20,000 किमी की ऊँचाई पर गुरुत्वाकर्षण का प्रभाव अधिक महत्वपूर्ण होता है।

क्वांटम क्षेत्र सिद्धांत यह दर्शाता है कि क्वांटम निर्वात उतार-चढ़ाव के कारण खाली स्थान वास्तव में खाली नहीं है, जिसे कैसिमिर प्रभाव द्वारा प्रदर्शित किया जाता है, जो दो निकट-स्थित, अनावेशित धातु प्लेटों को एक साथ धकेलने वाले मापने योग्य बल के रूप में प्रकट होता है। इसके अतिरिक्त, पाउली अपवर्जन सिद्धांत समान फर्मिऑन, जैसे इलेक्ट्रॉनों को एक ही क्वांटम अवस्था पर कब्जा करने से रोकता है, जिससे अपभ्रष्ट दबाव उत्पन्न होता है जो इलेक्ट्रॉनों को नाभिक में ढहने से रोकता है और ठोस पदार्थ की संरचना का परिणाम होता है। 2026 तक, सेमीकंडक्टर, GPS परमाणु घड़ियाँ, लेज़र और क्वांटम कंप्यूटर सभी क्वांटम यांत्रिकी पर निर्भर करते हैं, जो अब एक अदृश्य बुनियादी ढाँचा बन गया है। स्टॉकहोम विश्वविद्यालय जैसे संस्थान क्वांटम भौतिकी में अनुसंधान को मजबूत करने के लिए रणनीतिक अनुसंधान क्षेत्रों (SRA) के माध्यम से इस क्षेत्र में क्षमता देख रहे हैं।