کنوانٹم فزکس۔ Quantum Physics

*کوانٹم میکنیکس کا تعارف اور کوانٹم میکنیکس کی چند بنیادی کنسیپٹ *

کوانٹم کو سمجھنے کیلئے اُسی کی بنیاد سے واقفیت ضروری ہے  ویسے کوانٹم میکنیکس کاسیکل فزکس اتنی مختلف ہے کہ ہماری روزمرہ کی زندگی سے اُس  کی مثالیں دینا نا ممکن ہے  اسلئے اسے سمجھنا بھی مشکل ہے کہا جاتا ہے کہ

" جو کہتا ہے میں کوانٹم میکنیکس کو سمجھ گیا ہوں دراصل اُس نے کوانٹم میکنیکس  کو سمجھا ہی نہیں "

کوانٹم کو لے کر بوہر اور آئسٹائن میں بھی کافی اختلاف رہا ہے پارٹیکلز کہ ویو فنکشن کہ متعلق  Probablitis کو کیلکولیٹ کرنے والی  Equation بنانے والے Schondinger بھی بعد میں اس سے اختلاف کرنے لگے جس کیلئے اُن نے ایک Thought Experiment بھی واضح کیا تھا جو  Schondinger cat experiment کہ نام سے مشہور ہوا اور یہ اختلاف اتنا تھا کہ اُن نے فزکس چھوڑ کر بائیولوجی میں ریسرچ شروع کردی

مگر کوانٹم سے کی جانے والی Prediction ہر دور میں صیح ثابت ہوتی رہی صرف سو سال کہ عرصے میں ہم کوانٹم کو جتنا بھی سمجھ پائے ہیں اُس کا استعمال سے ہمیں بہت سی روزمرہ کی استعمال کی چیزوں کو بہتر کرنے میں مدد ملی ہے

یہ تو تھا کوانٹم کا ہلکا پھلکا سا تعارف کوانٹم کو سمجھنے کیلئے کچھ بیسک چیزوں کو سمجھنا ضروری جن کی مدد سے ہم کوانٹم کہ متعلق تھوڑ بہتر طریقے سے سمجھ 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 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 جسطرح 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 کہ پارٹیکلز میں تقسیم کیا گیا ہے
1) Fermions
2)Bosons

اس 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 کہ ہوتے ہیں

1)Up Quarks 2)Down Quarks
3)Charm Quarks 4) strange Quarks
5)top Quarks 6)Bottom Quarks

کوارکس سٹیبل نہیں ہوتے اسلئے یہ آپس میں ری ایکٹ کر کہ 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 کہ 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 کہ 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 کی ہوتے ہیں

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

**Quantum field Theory**

کلاسیکل فزکس میں آبجیکٹس پارٹیکل یا تو ویو ہوتے ہیں اس وجہ سے ہم کسی بھی آبجیکٹ کہ کام کرنے کہ پیٹرن کا دیکھ کر اُس کہ ماضی اور حال کہ متعلق Predict کر سکتے ہیں جیسے کہ ایک سیارے کہ 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 کہ ماضی دیکھ کر اُس کہ مستقبل کہ 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 کہ ایک جیسے پولز کو ایک دوسرے کہ قریب لانے کی کوشیش کریں تو یہ ایک دوسرے کو Repel کرتے ہیں جب کہ ان درمیان کہ 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 کہ مطابق یہ پوری کائنات فیلیڈز پر مشتمیل 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 ذیادہ نمبرز ہوتے ہیں ایک فیلیڈ کو کتنے نمبرز کی ضرورت ہوتی ہے اس بناء پر ان تقسیم کیا گیا یے جیسے کہ ہگز فیلیڈ ایک سکیلر فیلیڈ ہے اس لئے اسے بیان کرنے کیکئے ایک نمبر کی ضرورت پڑتی ہے الیکٹرک اور میگنیٹک فیلیڈ کو ویکٹر فیلیڈ مانا جاتا ہے کیونکہ انہیں سپیس میں ہر پوائنٹ پر نمبر کہ ساتھ سمت کی بھی ضرورت ہوتی ہے نیوٹن کہ مطابق گریوٹیشنل فیلیڈ بھی ویکٹر فیلیڈ ہوتا یے جبکہ آئنسٹائن کہ 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 جسطرح ہمیں الیکٹران فیلیڈ میںRipples  بنتے ہیں تو ہمیں الیکٹران ملتا ہے اور جب کوارکس فیلیڈ میں Ripple  بنے تو ہمیں کوارکس ملتے ہیں ان Ripples کہ 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 کہ روپ میں نظر آتے ہیں جیسے جیسے وہ انرجی اُس فیلیڈ میں پھیلیتی جاتی ہے تو ہمیں لگتا ہے پارٹیکل موو کر رہا ہے مختلف فیلیڈز میں پارٹیکل جنریٹ کرنے کیلیے مختلف انرجی درکار ہوتی ہے جس پارٹیکل کا جتنا  ذیادہ ماس  ہوگا اُسے جنریٹ کرنے کیلئے اُتنی ذیادہ انرجی درکار ہوگی

جیسے higgs boson  کو جنریٹ کرنے کیلئے الیکٹران سے کہیں ذیادہ انرجی درکار ہوتی ہے جس کیلئے ہمیں Large  Hadron collider کی ضرورت پڑی جس میں higgs فیلیڈ کو بہت ذیادہ 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 جاتے ہیں   اور اسطرح تمام فورسز بھی کام کرتی ہیں
اسی سے ہمیں پتہ چلتا ہے کہ کائنات تمام کی تمام پارٹیکلز کہ بجائے فیلیڈز پر مشتمیل ہیں ان فیلیڈز کو انرجی ملنے پر ہی پارٹیکل بنتے ہیں..! اور یہی مادہ کی بنیاد ہے