پانچواں سبق: سپیس کے ذرات
کارلو رویلی
ترجمہ: زاہد امروز، فصی ملک
اسی سلسلے کے مزید اسباق پڑھنے کے لیے کلک کیجیے۔
ابہام، مایوسی اورکچھ سوالوں کے نامکمّل جوابات کے باوجود وہ طبیعیات جو میں نے ابھی تک یہاں بیان کی ہے،ماضی میں کائنات کے بارے پیش کی گئیں تمام وضاحتوں سے بہتر ہے۔ طبیعیات باقی نظریات کی نسبت کائنات کی بہتر تشریح کرتی ہے. لہٰذا ہمیں کافی حد تک مطمئن ہونا چاہیے۔ لیکن ہم نہیں ہیں۔
طبیعی دنیا کے متعلق ہماری تفہیم کی بنیادوں میں ایک متناقضہ (Paradox) موجود ہے۔ بیسویں صدی نے ہمیں دو علمی گوہر”عمومی اضافیت” (General Relativity)اور”کوانٹم میکانیات” (Quantum Mechanics) فراہم کیے ہیں جن کے متعلق میں نے پچھلے اسباق میں بات کی. آئن شٹائن کی “عمومی اضافیت”کی بنیاد پر کونیات(Cosmology)، فلکیات (Astrophysics)، تجاذبی امواج (Gravitational waves)، بلیک ہولز (Black holes)اور بہت سے دوسرے علوم تشکیل پائے جب کہ “کوانٹم میکانیات” نے جوہری طبیعیات(Atomic Physics)، نیوکلیائی طبیعیات(Nuclear Physics)، مادے کے اساسی ذرات (Elementary Particles) کی طبیعیات، ٹھوس اجسام کی طبیعیات(Condensed Matter Physics) اور بہت ساری دوسری شاخوں کو نظریاتی بنیاد فراہم کی۔ ان علوم نے ہمارے طرزِ زندگی کو بدل دیا اور یہی دونوں نظریات موجودہ ٹیکنالوجی کی بنیاد ہیں۔ لیکن دلچسپ بات یہ ہے کہ دونوں نظریات کم از کم اپنی موجودہ شکل میں مکمل طور پر درست نہیں ہو سکتے۔ کیوں کہ یہ دونوں نظریات اپنی اساس میں ایک دوسرے سے متصادم ہیں۔
اگرایک طالب علم صبح کوعمومی اضافیت اور سہ پہر میں کوانٹم میکانیات کے لیکچر سن رہا ہو اور دونوں لیکچر سننے کے بعد یہ کہے کہ اس کے پروفیسر بے وقوف ہیں یا انہوں نے گزشتہ ایک صدی سے ایک دوسرے سے تبادلہ خیال نہیں کیا تواس کو یہ کہنے پر معاف کیا جا سکتا ہے۔ صبح والےعمومی اضافیت کے لیکچرمیں دنیا ایک منحنی خلا ہے جہاں ہر شئے متسلسل ہے جب کہ سہ پہر کے لیکچر کے مطابق دنیا ایک ہموارخلا ہے جہاں توانائی کے قدریے یا کوانٹا جستیں بھرتے ہیں۔
متناقضہ یہ ہے کہ دونوں نظریات کی فلسفیانہ توجیہات ایک دوسرے سے متصادم ہونے کے باوجود یہ درست کام کرتے ہیں۔ قدرت ہمارے ساتھ اس بوڑھے پادری سا برتاؤ کررہی ہے جس کے پاس دو لوگ ایک مسئلے کا حل نکلوانے جاتے ہیں۔ وہ پہلے کی بات سنتا ہے اور کہتا ہے آپ صحیح کہتے ہیں۔ دوسرا شخص اصرار کرتا ہے کہ اس کو بھی سنا جائے۔ پادری اس کو سنتا ہےاورکہتا ہے آپ بھی صحیح کہتے ہیں۔ ساتھ والے کمرے میں موجود پادری کی بیوی جب یہ بات سنتی ہے تو پکارتی ہے “لیکن یہ دونوں بیک وقت ٹھیک نہیں ہو سکتے”۔ پادری اس کی بات سنتا ہے اور فیصلہ سنانے سے پہلے سر ہلا کر کہتا ہے “آپ بھی صحیح کہتی ہیں”۔
پانچ برِاعظموں پرموجود طبیعیات دانوں کا ایک گروہ بڑی محنت سے اس مسئلے کو حل کرنے میں مصروف ہے۔ طبیعیات کی یہ شاخ کوانٹمی تجاذب (Quantum Gravity) کہلاتی ہے۔ اس کا مقصد ایک ایسے نظریے کی تلاش ہے جو ایسی مساواتوں کے سیٹ (Set) پرمشتمل ہو کہ دنیا کی ایک جامع تصویر پیش کرے۔ جس کی وجہ سے طبیعیات کی موجودہ شقاق دماغی (Schizophrenia) کو ختم کیا جا سکے۔
طبیعیات میں ایسا پہلی دفعہ نہیں ہوا جہاں دو انتہائی کامیاب لیکن متصادم نظریات موجود ہوں۔ ماضی میں امتزاج کی کوشش نے دنیا کے متعلق ہمارے ادراک کو ایک نئی فہم سے نوازہ ہے۔ نیوٹن نے گلیلیو (Galileo)کی بتائی ہوئی مکافی اشکال (Parabolas) اور کیپلر(Kepler) کی پیش کردہ بیضوی اشکال (Ellipses)کو یکجا کرکے کائنات میں موجود ہمہ گیر تجاذب یا قوّتِ کشش (Gravity) کو دریافت کیا۔ میکسویل (Maxwell) نے برقی اور مقناطیسی قوّتوں کو یکجا کر کے برقناطیسیت کی مساواتیں دریافت کیں۔ آئن شٹائن نے میکانیات اور برقناطیسیت میں ایک ظاہری تضاد حل کرنے کی کوشش میں نظریہ اضافیت دریافت کیا۔ کسی طبیعیات دان کے لئے دو کامیاب نظریات میں تضاد کی شناخت کر لینا انتہائی خوش کن لمحہ ہوتا ہے۔ ایک سائنس دان کے لیے یہ بہت شاندار موقع ہوتا ہے۔ اب طبیعیات دانوں کو یہ مسئلہ درپیش ہے کہ کیا اس طبعی دنیا کے متعلق کوئی ایسا نظریاتی ڈھانچہ تشکیل دیا جا سکتا ہے جو ان دونوں نظریات (کوانٹم میکانیات اورعمومی اضافیت) کے ساتھ منطبق ہو؟
یہاں علم اورانسانی فہم کی سرحدوں سے آگے سائنس اور بھی خوبصورت ہو جاتی ہے۔ یہ وجدان اور سعی کے نوزائیدہ تصورات کی بھٹی میں دمکتی ہے۔ عقلی جرّات اور جوش کے ان نامعلوم راستوں پر جو اپنائے اور پھر چھوڑ دیے گئے۔ ان تصورات کو عدم سے وجود میں لانے کی کوششں میں جو ابھی تک عالمِ خیال میں بھی پوری طرح نمو پزیر نہیں ہوئے۔
بیس سال پہلےان علمی تصورات کے گرد کہر کافی گہرا تھا۔ اب راستے قدرے نمایاں ہو گئے ہیں جس سے نئے ولولے اور رجائیت نے جنم لیا ہے۔ چونکہ یہ راستے ایک سے زیادہ ہیں لہٰذا یہ نہیں کہا جا سکتا کہ مسئلے کو حل کر لیا گیا ہے۔ زیادہ راستے تنازعات کو جنم دیتے ہیں۔ لیکن یہ علمی بحث صحت مند ہے۔ جب تک دھند مکمل طور پر چھٹ نہیں جاتی، تنقید اورمتبادل نظریات کا ہونا اچھا ہے۔ اس مسئلے کو حل کرنے کی ٹھوس کوششوں میں ایک نظریہ لوپ کوانٹم گریوٹی (Loop Quantum Gravity) کہلاتا ہے جس کو مختلف ملکوں میں موجود طبیعیات کے بہت سے محققین نے اپنایا ہے۔
لوپ کوانٹم گریوٹی عمومی اضافیت اور کوانٹم میکانیات کو یکجا کرنے کی ایک سعی ہے۔ یہ ایک محتاط کوشش ہے کیوں کہ یہ ان مفروضوں کو استعمال کرتی ہے جو پہلے سے دونوں نظریات میں موجود ہیں. ان کو ہم آہنگی پیدا کرنے کی خاطر مناسب طریقے سے دوبارہ لکھا گیا ہے۔ اس سے بنیادی (Radical) نتائج سامنے آئے ہیں۔ یہ ہمیں حقیقت کو دیکھنے کی مزید عمیق ترمیم فراہم کرتے ہیں۔
اصل میں لوپ کوانٹم گریوٹی کا تصورنہایت سادہ ہے۔ عمومی اضافیت ہمیں بتاتی ہے کہ سپیس (Space) کوئی جامد ڈبہ نما چیزنہیں بلکہ ایک متحرک شئے ہے۔ ایک بہت بڑے گھونگھے کے خول جیسی شئے جس میں ہم موجود ہیں۔ ایک ایسا خول جس کو دبایا اور مروڑا جا سکتا ہے۔ دوسری جانب کوانٹم میکانیات نے ہمیں بتایا ہے کہ اس طرح کا ہرمیدان (Field) کوانٹا (Quanta) کا بنا ہوتا ہے اور اس کی ساخت شفاف ذروں کی سی ہوتی ہے۔اس سے فوری نتیجہ یہ نکلتا ہے کہ طبعی سپیس بھی کوانٹا یعنی نہایت چھوٹے ذروں سے مل کر بنی ہے۔
لوپ کوانٹم گریوٹی یہ نتیجہ اخذ کرتی ہے کہ سپیس یا مکاں درحقیقت متسلسل نہیں ہے۔ یہ لامتناہی طور پرناقابلِ تقسیم نہیں ہے بلکہ جس طرح روشنی چھوٹے ذرّوں (فوٹون) سے مل کر بنی ہے، اسی طرح سپیس بھی ذرّوں یا ایٹموں سے بنی ہے۔ سپیس کے یہ ذرّے نہایت ہی چھوٹے ہیں۔ چھوٹے سے چھوٹےایٹم کے مرکزے سے بھی اربوں ارب گنا چھوٹے۔ یہ نظریہ سپیس کے ان ایٹموں کو ریاضیاتی شکل میں بیان کرتا ہے اور وہ مساواتیں فراہم کرتا ہے جو ان کے ارتقاء کے متعلق معلومات دیتی ہیں۔ سپیس کے یہ ذرّے لوپ کوانٹم گریوٹی کی ریاضیاتی زبان میں چھلّے یا کڑیاں (Loops or Rings) کہلاتے ہیں کیوں کہ یہ آپس میں منسلک ہوکر تعلقات کا ایک ایسا جال (Network) بُنتے ہیں جو سپیس کے تار و پود یا ساخت وضح کرتا ہے۔ بالکل ایسے ہی جیسے ایک بہت بڑی زنجیر کی کڑیاں آپس میں مربوط طریقے سے بُنی ہوتی ہیں۔
سپیس کے یہ کوانٹا کہاں ہیں؟ کہیں بھی نہیں۔ یہ سپیس میں نہیں ہیں کیوں کہ یہ بذات خود سپیس ہیں۔ سپیس تجاذب کے ذرّات (Quanta of Gravity) کے آپس میں جُڑنے سے بنتی ہے۔ ایک مرتبہ پھر دنیا حقیقی اجسام پر مشتمل ہونے کی بجائے ان اجسام کے محض تعاملات کا مجموعہ لگتی ہے۔
اس نظریے کا ایک دوسرا نتیجہ بھی ہے جو زیادہ بنیادی ہے۔ جس طرح (کوانٹم میکانیات) میں ایک متسلسل سپیس جس میں اجسام موجود ہیں، کا تصور ختم ہو جاتا ہے، ایسے ہی ایک بنیادی اور ابدی وقت جو کائنات میں باقی اشیاء سے بے خبر مسلسل بہتا رہتا ہے، کا تصور بھی ختم ہو جاتا ہے۔ وہ مساواتیں جو سپیس اور مادہ کے ذرّوں کی ماہیت بیان کرتی ہیں ان میں متغّیر وقت (Variable Time) کا تصور موجود نہیں۔ اس کا مطلب یہ نہیں کہ ہر چیز ساکت اور غیر متغیّر ہے۔ اس کے برعکس اس کا مطلب یہ ہے کہ تغّیر ہر جگہ موجود ہے لیکن فطرت کے بنیادی مظاہراوراعمال کو وقت یا لمحات کے مشترکہ تواتر میں ترتیب نہیں دیا جاسکتا۔ سپیس کے ذرّوں کے نہایت چھوٹے(کوانٹمی) پیمانوں کی سطح پر فطرت کا رقص آرکیسٹرا کی طرح کسی موسیقار کی چھڑی کے یکسر ردھم کی مانند مخصوص اصول کے طابع نہیں ہوتا بلکہ ہرعمل اپنے ہی ردھم میں ایک دوسرے سے آزادانہ رقص کرتا ہے۔ دنیا میں وقت کا گزرنا داخلی عمل ہے۔ وقت کوئی معروضی و خارجی حقیقت نہیں بلکہ یہ دنیا میں ان کوانٹمی حوادث کے باہمی تعاملات کی بدولت وقوع پذیر ہوتا ہے جن سے دنیا بنی ہے اور وہ بذات خود وقت کا منبع ہیں۔
دنیا کا جو تصور لوپ کوانٹم گریوٹی کا نظریہ پیش کرتا ہے، وہ اُس دینا کو ہماری ظاہری دنیا سے مزید بے گانہ کر دیتی ہے جس میں ہم رہتے ہیں۔ اُس دنیا میں ایسے مکاں کا وجود نہیں ہے جس میں ہماری دنیا موجود ہے اور اُس میں ایسی کوئی زمین موجود نہیں ہے جس میں حادثات وقوع پذیر ہوتے ہوں۔ اُس میں صرف وہ بنیادی عوامل ہیں جس میں سپیس اور مادہ کے کوانٹا مسلسل آپس میں تعامل کرتے ہیں۔ اس زماں و مکاں کا فریب جو ہمارے اردگرد موجود ہے انہی بنیادی عوامل کا مبہم سا مظہر ہے۔ بالکل ایسے ہی جیسے ایک بظاہر شفاف اور شانت پہاڑی ندی حقیقت میں پانی کے بہت سارے چھوٹے چھوٹے سالموں (Molecules) کی مسلسل حرکت کا مجموعہ ہوتی ہے۔
اگرایک انتہائی طاقتورمحدب عدسے کی مدد سے دیکھا جائے تو سپیس کی ذراتی ساخت ہمیں نیچے دی گئی تصویر کی طرح دکھائی دے گی۔
کیا اس نظریے کو تجرباتی طور پر ثابت کرنا ممکن ہے؟ ہم سوچ رہے ہیں اور کوشش کر رہے ہیں۔ تاہم ابھی تک کوئی تجرباتی تصدیق نہیں ملی۔ بہرحال اس کے لیے بہت سی کوششیں کی جا رہی ہیں۔
ان میں سے ایک تجرباتی کاوشں بلیک ہول کے مشاہدے سے اخذ کی گئی ہے۔ اب ہم بلیک ہولز کو دیکھ سکتے ہیں جو ستاروں کے انہدام سے بنتے ہیں۔ اپنے ہی وزن کے زیرِاثر ستاروں کا مادہ منہدم ہوکر ہماری نظر سے اوجھل ہوجاتا ہے۔ لیکن یہ کہاں غائب ہو جاتا ہے؟ اگر لوپ کوانٹم گریوٹی کا نظریہ درست مان لیا جائے تو اس کے مطابق مادہ منہدم ہو کر ایک لامتناہی چھوٹے نقطے میں مدغم نہیں ہوسکتا کیوں کہ ایسا کوئی نقطہ وجود نہیں رکھتا۔ بلکہ سپیس کے صرف متناہی حصے وجود رکھتے ہیں۔ اپنے ہی وزن کے زیرِ اثر منہدم ہو کر کسی ستارے کی کثافت اس قدر بڑھ جاتی ہے کہ وہاں کوانٹم میکانیات توازن پیدا کرنےکے لیے ایک متبادل دباؤ لگاتی ہے۔
کسی ستارے کی زندگی کی فرضی آخری حالت میں جب وہ منہدم ہو رہا ہو، زماں و مکاں کا کوانٹمی اتارچڑھاؤ مادے کے وزن کو توازن فراہم کرتا ہے۔ انہدام پذیرستارے کی یہ حالت “پلانک ستارہ” (Planck star) کہلاتی ہے۔ اگرآج سورج دہکنا بند کردے اور بلیک ہول میں بدلنے لگے تو اس کا قطرسکڑ کر محض دیڑھ کلومیٹر رہ جائے گا۔ اس بلیک ہول کے اندر سورج کا مادہ مسلسل منہدم ہوتا رہے گا اور بالآخریہ ایک پلانک ستارہ بن جائے گا۔ تب اس کا سائزتقریباً ایک ایٹم کے برابر ہوگا۔ سورج کا تمام مادہ ایک ایٹم کے حجم میں منجمد ہوجائے گا۔ ایک پلانک ستارہ مادہ کی اس شدید ترین منجمد حالت پر مشتمل ہوتا ہے۔
پلانک ستارہ مستحکم نہیں ہوتا۔ جب اس کو آخری حد تک دبایا جاتا ہے تو یہ رّدعمل میں پھر سے پھیلنا شروع کردیتا ہے۔ یہ پھیلاؤ اس بلیک ہول کو پھٹنے کی حد تک لے جاتا ہے۔ اگرایک فرضی مشاہد پلانک ستارے کے اندر بلیک ہول میں بیٹھا ہو تو اس کے لیے یہ پھیلاؤ نہایت تیزرفتاری سے واقع ہوگا۔ لیکن اس مشاہد کے لیے وقت اس رفتار سے نہیں گزرے گا جس رفتار سے بلیک ہول سے باہر موجود شخص کے لئے گزرتا ہے۔
جس طرح نظریہ عمومی اضافیت کی منطق کے مطابق کسی اونچے پہاڑ پر بیٹھے ہوئے شخص کے لیے وقت سطح سمندر پر بیٹھے شخص کی نسبت زیادہ تیزگزرتا ہے اسی طرح ہمارے اور بلیک ہول کے اندرموجود مشاہد کے لیے بھی وقت ایک سا نہیں گزرے گا۔ اس مشاہد کے لیے جو بلیک ہول میں بیٹھا ہے، طبیعیات کی شدید شرائط کی وجہ سے وقت کا فرق بہت زیادہ ہوگا اور بلیک ہول پر بیٹھے مشاہد کے لیے جو تیز پھیلاؤ ہے وہ بلیک ہول سے باہر موجود مشاہد کے لیےایک طویل دورانیے پر محیط ہوگا۔ یہی وجہ ہے کہ بلیک ہول لمبےعرصے تک ایک سی حالت میں دکھائی دیتے ہیں۔ ایک بلیک ہول دراصل انتہائی سست رفتاری سے پھیلتا ہوا ستارہ ہے۔
ممکن ہے کہ بلیک ہول قدرت کی بھٹی میں کائنات کے ابتدائی لمحات میں بنے ہوں اوران میں سے کچھ اب پھٹ رہے ہوں۔ اگریہ درست ہے تو بلیک ہول کے پھٹنے کے وقت جوانتہائی توانائی فلکی لہروں کی شکل میں خارج ہوتی ہے، شاید ہم ان کا مشاہدہ کرسکیں۔ اس سے ہمیں کوانٹم گریوٹی کی مدد سے بیان کیے جانے والے مظاہرکا بلاواسطہ مشاہدہ کرنےاوران کے اثرات کو ماپنے میں مدد ملے گی۔ یہ ایک جرّات مند خیال ہے۔ ہو سکتا ہے ایسا نہ ہو۔ مثلاً یہ بھی ممکن ہے کہ ابتدائی کائنات میں اتنے بلیک ہول نہ بنے ہوں کہ ہم ان کے دھماکوں کا مشاہدہ کرسکیں۔ لیکن ان کے اشاروں کی کھوج لگانے کے لیے تجرباتی تحقیق شروع ہو گئی ہے۔ ہم دیکھیں گے کہ اس کا کیا نتیجہ آتا ہے۔
اس نظریے کا ایک اورانتہائی شاندار نتیجہ کائنات کی ابتدا کے متعلق ہے۔ ہم جانتے ہیں کہ اس نظریے کی مدد سے ہم اپنے سیارے کی طبعی تاریخ کواس کی ابتدا تک تشکیل دے سکتے ہیں جب وہ اپنے حجم میں بہت چھوٹا تھا۔ لیکن اس سے پہلے کے بارے میں آپ کیا کہیں گے؟ دلچسپ امر یہ ہے کہ لوپ کوانٹم گریوٹی کی مساواتیں ہمیں تشکیلِ تاریخ میں اس سے بھی پیچھے تک جانے میں مدد دیتی ہیں۔
اس سے ہم یہ نتیجہ اخذ کرتے ہیں کہ جب کائنات بہت زیادہ کثیف ہوتی ہے تو کوانٹم نظریے کے مطابق اس میں ایک مخالف قوت پیدا ہوتی ہے۔ نتیجتاً ہمیں یہ کہنا چاہیے کہ انفجارِعظیم یعنی بگ بینگ اصل میں زقندِعظیم یا بگ باؤنس تھا۔ ممکن ہے کہ ہماری کائنات ایک پہلے سے موجود کائنات کے رّدعمل میں وجود میں آئی ہو جو اپنے ہی وزن کے تحت سپیس میں ایک نہایت چھوٹے نقطے میں سکڑی ہو اور پھراس نے پھیلنا شروع کر دیا ہو جسے آج ہم پھیلتی ہوئی کائنات کی صورت میں دیکھتے ہیں۔
اپنی ابتدا میں جب کائنات ایک نقطے میں سمائی ہوئی تھی، زقند (باؤنس) یا پھیلاؤ کا یہ لمحہ کوانٹم گریوٹی کا دور تھا۔ وہاں زماں و مکاں کا وجود ختم ہو جاتا ہے اور دنیا امکانات کے دھندلے بادلوں میں تحلیل ہو جاتی ہے جسے ریاضی کی مساواتیں بیان کر سکتی ہیں۔ کائنات کی جو تصویر ہم نے پانچویں باب میں پیش کی تھی زقندِ عظیم کے تصور کے بعد اس کی حتمی شکل یوں بنتی ہے۔
طبیعیات ایسے درکھولتی ہےجس میں ہم کائنات میں بہت دورتک دیکھ سکتے ہیں۔ ہم جوکچھ دیکھتے ہیں وہ ہمیں حیران کرتا ہے۔ ہمیں احساس ہوتا ہے کہ ہم تعصبات سے بھرے ہوئے ہیں اور ہماری دنیا کی جبّلی تصویر نامکمل، رجعتی اور ناموافق ہے۔ ہم نے جانا ہے کہ زمین چپٹی اور ہموار نہیں ہے اور نہ ہی یہ ساکن ہے۔ آج جب ہم کائنات کو زیادہ واضح طور پر گہرائی اورعمیقیت میں دیکھتے ہیں تو یہ مسلسل تبدیل ہوتی نظر آتی ہے۔ ہم نے بیسویں صدی میں طبعی دنیا کے بارے میں جو کچھ دریافت کیا ہے اگر ہم اس کو یکجا کریں توعلمی اشارے ہمیں مادہ اور زماں و مکاں کے بارے میں ہمارے جبّلی فہم سے بھی زیادہ کسی عمیق چیز کی طرف لے جاتے ہیں۔ لوپ کوانٹم گریوٹی ان اشاروں اورعقلی نشانیوں کا ادراک حاصل کرنے اور مزید گہرائی تک دیکھنے کی ہی کاوش ہے۔
