ایک کوانٹم ٹرِک مضمر ابدی استحکام۔ اب یہ الگ ہو رہا ہے۔ | کوانٹا میگزین

یہ طبیعیات اور روزمرہ کے تجربے دونوں کی سچائی ہے کہ چیزیں ٹوٹ جاتی ہیں۔ برف پگھلتی ہے۔ عمارتیں گر جاتی ہیں۔ کوئی بھی شے، اگر آپ کافی دیر انتظار کرتے ہیں، تو وہ اپنے آپ میں اور اپنے اردگرد کے ماحول میں گھل مل جاتی ہے۔

لیکن 2005 میں شروع ہونے والی کامیابیوں کے ایک سلسلے نے اس موت کے مارچ کو اختیاری بنا دیا۔ صرف صحیح کوانٹم ترتیب میں، الیکٹرانوں یا ایٹموں کا کوئی بھی انتظام ہمیشہ کے لیے قائم رہے گا - یہاں تک کہ ناہموار انتظامات بھی سرگرمی کے ساتھ جھوم رہے ہیں۔ یہ دریافت روایتی حکمت کے سامنے اڑ گئی کہ کوانٹم مظاہر نازک چیزیں ہیں، جو صرف انتہائی کم درجہ حرارت پر قابل مشاہدہ ہیں۔ اس نے تھرموڈینامکس کی بنیادوں میں ایک سوراخ بھی کر دیا، جو فزکس کی قابل احترام شاخ ہے جو کہ حرارت اور اینٹروپی جیسے مظاہر کو ذرات کے وسیع ہجوم کے باہمی تعامل کے ناگزیر نتائج کے طور پر بیان کرتی ہے۔

نتائج جیسے طبیعیات دانوں کے لیے صدمے کے طور پر سامنے آئے نارمن یاو، اس وقت ایک گریجویٹ طالب علم جو اب ہارورڈ یونیورسٹی میں پروفیسر ہے۔ "مقدس جہنم،" اس نے جہنم سے زیادہ مضبوط لفظ استعمال کرتے ہوئے سوچ کو یاد کیا۔ "اگر یہ بات ایک تعامل کرنے والے، کئی پارٹیکل سسٹم میں درست ہے، تو شماریاتی میکانکس ناکام ہو جاتے ہیں۔ تھرموڈینامکس ناکام ہوجاتا ہے۔"

ایک بنیاد پرست نئے کوانٹم استحکام کا تصور پھیل گیا۔ اس نے تھیوریسٹوں کو کوانٹم مادے کے نئے مراحل جیسے ٹائم کرسٹل - ایسے نظام جو توانائی کو جذب کیے بغیر غیر معینہ مدت تک دہرائے جانے والے رویے کو برقرار رکھنے کے لیے حوصلہ افزائی کی۔ اور کوانٹم انجینئرز کوانٹم کمپیوٹرز بنانے کے لیے qubits کی تنگی کا مقابلہ کرنے والے اس اشارے پر دل لگاتے ہیں کہ ان کی لڑائی جیتنے کے قابل تھی۔

"کوانٹم کمپیوٹر میں آپ کو اپنے ابتدائی حالات کی یادداشت کی ضرورت ہوتی ہے۔ ورنہ آپ کچھ نہیں کر سکتے،" یاو نے کہا۔

شواہد کا جمع 2014 میں ایک سخت ریاضیاتی ثبوت کے ساتھ عروج پر تھا کہ کوانٹم پیٹرن واقعی ہمیشہ کے لئے قائم رہ سکتے ہیں۔

تاہم، حالیہ برسوں میں، ابدی طور پر مستحکم کوانٹم ڈھانچے کا وعدہ خود ہی ڈگمگانے لگا ہے۔ اس طرح کے نمونے درحقیقت سالوں تک قائم رہ سکتے ہیں، جیسا کہ پیش رفت کے تجربات سے پتہ چلتا ہے۔ لیکن ایک بحث یہ ہے کہ آیا وہ زمانہ واقعی ابدیت تک پھیل سکتا ہے، جیسا کہ بہت سے طبیعیات دانوں نے یقین کیا ہے۔ کوانٹم قسمت کی بنیادی نوعیت کو الگ کرنے کے دوران، اس میں شامل طبیعیات دانوں نے پہلے سے نامعلوم کوانٹم مظاہر کو دریافت کیا ہے جو ذرات کی عظیم بھیڑ کے استحکام کو خطرہ ہے۔

"آپ نے سوچا کہ آپ [اس خیال کو] بہت اچھی طرح سے سمجھتے ہیں، اور اب آپ نہیں سمجھ رہے ہیں،" کہا ویدیکا کھیمانی۔، سٹینفورڈ یونیورسٹی میں ماہر طبیعیات۔ "یہ مزہ ہے. ایک معمہ دوبارہ حل کرنا ہے۔"

ابدیت کا ذائقہ

کوانٹم ایٹرنٹی کی ابتدائی اطلاع فل اینڈرسن نے حاصل کی، جو ایک ماہر طبیعیات ہیں جو اپنے شعبے میں ایک لیجنڈ بن جائیں گے۔ 1950 کی دہائی میں، اینڈرسن بیل لیبز میں اس بات کا مطالعہ کر رہے تھے کہ اس وقت بلیڈنگ ایج فزکس کیا تھی - سیمی کنڈکٹرز کے اندر الیکٹران کا برتاؤ۔ کچھ حیران کن تجرباتی نتائج کو سمجھنے کی کوشش کرتے ہوئے، اس نے خود کو ایک اور تجریدی مسئلے کے بارے میں سوچتے ہوئے پایا۔

کیا یہ ممکن تھا، اینڈرسن نے سوچا، ایک کوانٹم پارٹیکل کو جگہ پر پھنسانا؟

کلاسیکی چیز کو پھنسانا آسان ہے، جیسے کہ بلئرڈ گیند۔ بس اسے رکاوٹوں سے گھیر لیں، جیسے بلئرڈ ٹیبل کی ریل۔ لیکن کوانٹم ذرات ان کے ذریعے "سرنگ" کرکے رکاوٹوں کو مکمل نظرانداز کرتے ہوئے سفر کرسکتے ہیں۔ پکڑ یہ ہے کہ وہ زیادہ سفر نہیں کرسکتے ہیں۔ ایک ذرہ جتنا آگے جانے کی کوشش کرتا ہے، ٹنلنگ مشکل ہو جاتی ہے - یعنی تیزی سے امکان نہیں ہے۔ اینڈرسن نے سوچا کہ کون سے ماحول میں کوانٹم فرار آرٹسٹ شامل ہوسکتا ہے۔

اس نے جو راز پایا، وہ یہ تھا کہ ذرہ کو ایک "بے ترتیب" کوانٹم لینڈ سکیپ میں چپکا دیا جائے، جس میں چوٹیوں اور وادیوں کا نشان تھا۔ ہر مقام کی بے ترتیب اونچائی ہوگی، جو بے ترتیب توانائی کی نمائندگی کرتی ہے۔ ایک حقیقی مواد میں، یہ خرابی نجاستوں سے ہو سکتی ہے جیسے غائب ایٹم یا مختلف عناصر کے ایٹم۔

کافی خرابی کے ساتھ، اینڈرسن نے نتیجہ اخذ کیا، ایک ذرہ کبھی دور تک سرنگ نہیں کرے گا. سرنگ کرنے کے لیے، ایک ذرہ کو اسی طرح کی توانائی (یا اسی طرح کی اونچائی پر) ایک جگہ تلاش کرنے کی ضرورت ہوتی ہے جہاں سے یہ شروع ہوتا ہے۔ زمین کی تزئین میں مزید دیکھ کر، ایک ذرہ ایک مہذب کلپ پر امیدواروں کی سائٹس کو تلاش کرنے کے قابل ہو سکتا ہے۔ یہ شرح 2D طیاروں اور 3D اینٹوں جیسے "اعلی" طول و عرض میں کافی تیز ہو سکتی ہے، جہاں ذرہ کے پاس مزید اختیارات دستیاب ہیں۔ لیکن ان مقامات تک پہنچنے کی غیرمعمولی دشواری ہمیشہ اور بھی تیزی سے بڑھے گی، جس سے سرنگوں کو ایک غیر متوقع تجویز بنایا جائے گا۔

ٹنلنگ کافی نہیں تھی، اینڈرسن نے دلیل دی۔ ایک 1958 کاغذ. کسی بھی جہت کا بے ترتیب منظر ایک ذرہ کو "مقامی" بنا دے گا۔ یہ کام بنیادی طور پر سالوں تک بغیر پڑھا ہوا رہا، حالانکہ اس سے آخر کار اسے اس کا حصہ محفوظ کرنے میں مدد ملے گی۔ فزکس میں 1977 کا نوبل انعام.

جبکہ اینڈرسن کی موسیقی سیمی کنڈکٹر میں الیکٹران سے متاثر ہوئی تھی، اس کی فریمنگ سے پتہ چلتا ہے کہ وہ زیادہ تجریدی سوچ رہا تھا۔ جس بے ضابطگی نے اسے تحریک دی تھی وہ الیکٹرانوں کے درمیان ایک پراسرار مزاحمت تھی جسے تھرملائزیشن کہا جاتا ہے۔ اس نے مزید گہرائی سے سمجھنے کی کوشش کی جب کوئی نظام تھرملائز کرے گا یا نہیں۔ وہ اس رجحان کا مطالعہ کرنے والے پہلے طبیعیات دان نہیں تھے، لیکن اس نے اپنے کام میں جو سوالات اٹھائے وہ بعد کی نسل کے طبیعیات دانوں کے تخیلات کو اپنی گرفت میں لے لیں گے۔

"یہ اپنے وقت سے 50 سال آگے تھا،" کہا ڈیوڈ ہیس، پرنسٹن یونیورسٹی میں ماہر طبیعیات۔

روزمرہ کی زبان میں، تھرملائزیشن سسٹمز کے گھل مل جانے کا فطری رجحان ہے۔ کارڈز کا ایک نیا ڈیک تیزی سے اپنی اصل ترتیب کھو دیتا ہے۔ ایک ریت کا قلعہ ریت کے گیلے گانٹھ کی طرح سمیٹتا ہے۔ تھرموڈینامکس میں، یہ رجحان شماریات کا سیدھا سیدھا نتیجہ ہے۔ آرڈر کرنے کے صرف چند طریقے ہیں اور اختلاط کرنے کے بہت سارے طریقے ہیں، اس لیے ابتدائی طور پر آرڈر کیے گئے سسٹم کے اختلاط کا بہت زیادہ امکان ہے۔

تھرملائزیشن کی اہم خصوصیت یہ ہے کہ اختلاط سے کوئی بھی ابتدائی نمونہ مٹ جاتا ہے۔ کوئی بھی ابتدائی گرم جگہ یا توانائی کا ارتکاز، مثال کے طور پر، اس وقت تک پھیل جاتا ہے جب تک کہ مزید پھیلاؤ ممکن نہ ہو۔ اس مقام پر، نظام مستحکم ہو جاتا ہے اور نمایاں طور پر تبدیل ہونا بند ہو جاتا ہے - ایک منظر طبیعیات دان تھرمل توازن کو کہتے ہیں۔

ماضی میں، طبیعیات دان دیکھتے ہیں کہ اینڈرسن کے کام میں تھرملائزیشن کے خلاف بغاوت کے بیج موجود تھے۔ اس نے دکھایا تھا کہ ایک غیر منقولہ زمین کی تزئین ایک ذرہ کو پھنس سکتی ہے۔ اہم سوال بن گیا: کیا یہ بہت سے ذرات کو مقامی بنا سکتا ہے؟ اگر ذرات اپنی جگہ پر پھنس گئے تو توانائی نہیں پھیلے گی، اور نظام کبھی حرارتی نہیں ہوگا۔ تھرملائزیشن کے برعکس، لوکلائزیشن ایک مکمل نئی قسم کے استحکام کی نمائندگی کرے گی، توانائی کے کوانٹم پیٹرن کے ہمیشہ کے لیے قائم رہنے کا ایک غیر متوقع طریقہ۔

"یہ جاننا کہ آیا تھرملائزیشن یہ آفاقی چیز ہے جو بند نظام میں ہوگی، یا یہ مکمل طور پر ٹوٹ سکتی ہے،" کہا۔ میثم بارکشلییونیورسٹی آف میری لینڈ کے ایک ماہر طبیعیات، "طبیعیات میں سب سے بنیادی سوالات میں سے ایک ہے۔"

تاہم، اس سوال کا جواب دینے کے لیے ایک ایسے مسئلے کو حل کرنے کی ضرورت ہوگی جس کی وجہ سے اینڈرسن کا نوبل انعام یافتہ کام ایک وارم اپ جیسا لگتا ہے۔ بنیادی مسئلہ یہ ہے کہ ذرات کے گروہ ایک دوسرے کو بڑے پیچیدہ طریقوں سے متاثر کر سکتے ہیں۔ ان تعاملات کا حساب کتاب اتنا پیچیدہ ثابت ہوا کہ اینڈرسن کے 50 کے مقالے اور کئی پارٹیکل سسٹمز میں لوکلائزیشن کو سمجھنے کی پہلی سنجیدہ کوششوں کے درمیان تقریباً 1958 سال گزر جائیں گے، جسے طبیعیات دان کئی باڈی لوکلائزیشن کہتے ہیں۔

ناقابل یقین جواب جو نصف صدی بعد سامنے آئے گا، وہ یہ تھا کہ تھرملائزیشن ہمیشہ ناگزیر نہیں ہوتی۔ تھرملائزیشن کی خلاف ورزی میں، بہت سے جسم کی لوکلائزیشن ممکن لگ رہی تھی۔

"یہ تھرموڈینامکس کے قوانین کو توڑتا ہے،" نے کہا Wojciech De Roeck، بیلجیم میں KU Leuven میں ماہر طبیعیات۔ "اس کا مطلب ہے کہ افراتفری ہمیشہ جیت نہیں پاتی۔"

کئی باڈی لوکلائزیشن کا عروج

اینڈرسن کے کام کا بلاک بسٹر سیکوئل 2005 میں آیا، جب ڈینس باسکو, ایگور ایلینر اور بورس الٹشولر, پرنسٹن اور کولمبیا یونیورسٹیوں میں وابستگی رکھنے والے طبیعیات دانوں نے ایک تاریخی مقالہ شائع کیا جو اس شعبے میں محققین کے لیے ان کے ابتدائی ناموں کو فوری طور پر پہچاننے کے قابل بنائے گا۔ اس میں، بی اے اے نے مطالعہ کیا کہ آیا دھات میں جوہری نجاست الیکٹرانوں کو مقامی بنا سکتی ہے، انہیں ایٹموں کے قریب پھنسا سکتی ہے اور کنڈکٹنگ مواد کو انسولیٹر میں تبدیل کر سکتی ہے۔

In 88 صفحات 173 عددی مساواتوں اور 24 اعداد و شمار پر مشتمل گھنے ریاضی کی (اضافیوں کو چھوڑ کر)، BAA نے ظاہر کیا کہ ایک گندا مواد واقعی الیکٹران کے گروپوں کو اپنی پٹریوں میں روک سکتا ہے، جیسا کہ اینڈرسن نے دکھایا تھا کہ یہ ایک ذرہ کو روک سکتا ہے۔ ان کے کام نے مؤثر طریقے سے متعدد باڈی لوکلائزیشن، یا MBL کا مطالعہ شروع کیا۔

"یہ واقعی ایک ٹور ڈی فورس تھی،" کھیمانی نے کہا۔ "انہوں نے ظاہر کیا کہ MBL تمام جہتوں میں مستحکم ہے۔" کام بھی ناقابل تسخیر تھا۔ محققین نے اس پر یقین کیا لیکن اس پر تعمیر کرنے کے لئے اسے اچھی طرح سے نہیں سمجھا۔ "کوئی بھی واقعی ان کے علاوہ BAA کا حساب کتاب نہیں کر سکتا تھا،" کہا جیڈ پکسلی، رٹجرز یونیورسٹی میں ایک کنڈینسڈ ماٹر فزیکسٹ۔

لیکن BAA کی تلاش نے پرنسٹن کیمپس میں لہریں بھیج دیں۔ باسکو نے اپنے دوست وادیم اوگنیسیان کو بتایا، جس نے اپنے مشیر ڈیوڈ ہوس سے اس پر تبادلہ خیال کیا۔ ان میں سے دونوں پہلے سے ہی کمپیوٹر سمولیشن چلا رہے تھے جو انہیں تھرملائزیشن کے مزید تجریدی سیاق و سباق میں بی اے اے کے خیالات کو براہ راست جانچنے کی اجازت دے گا۔

اپنے تخروپن میں، ہیوس اور اوگنیسیان نے کوانٹم ذرات کی زنجیریں قائم کیں جو اوپر یا نیچے کی طرف اشارہ کر سکتی ہیں اور اپنے پڑوسیوں کو پلٹ سکتی ہیں۔ لوکلائزیشن کی ترکیب کے مطابق جب انہوں نے زیادہ سے زیادہ خرابی کا اضافہ کیا تو انہوں نے نشانیاں دیکھی کہ ذرات کی زنجیریں تھرملائزنگ منظر نامے سے تبدیل ہو رہی ہیں (جہاں، کہہ لیں، ایک تیزی سے پلٹنے والا ذرہ اپنی توانائی پھیلا کر اپنے پڑوسیوں کو پلٹنا شروع کر دے گا)۔ مقامی منظر نامہ (جہاں ذرہ اپنی توانائی کو تھامے گا)۔ خرابی کی ایک خاص سطح پر تھرملائزیشن سے لوکلائزیشن میں منتقلی مادے کے مراحل کے درمیان منتقلی کی طرح نظر آتی ہے، جیسے مائع اور برف کے درمیان، جو ایک خاص درجہ حرارت پر ہوتا ہے۔

کیا MBL ایک قسم کے مرحلے کے طور پر اہل ہو سکتا ہے؟ طبیعیات میں مراحل کو ایک خاص حیثیت حاصل ہے۔ ان کی بھی ایک خاص تعریف ہے۔ اہم بات یہ ہے کہ مادے کا ایک مرحلہ لامحدود طویل مدت کے لیے، اور لامحدود بڑے نظام کے لیے مستحکم ہونا چاہیے۔ اگر واقعی تھرملائزیشن اور لوکلائزیشن کے درمیان کوئی تبدیلی تھی، اور اگر لوکلائزیشن لامحدود نظاموں کے لیے غیر معینہ مدت تک واقع ہو جاتی ہے، تو شاید دونوں قسم کے استحکام کو اپنے طور پر مراحل کے طور پر سوچا جا سکتا ہے۔

Oganesyan اور Huse لامحدود لمبے عرصے تک لامحدود لمبی زنجیروں کی تقلید نہیں کر سکتے تھے (وہ ایک درجن کے قریب ذرات کر سکتے تھے)، اس لیے وہ حیران نہیں ہوئے کہ انھوں نے لوکلائزیشن کے نامکمل نشانات دیکھے۔ لیکن جیسے جیسے انہوں نے اپنی زنجیریں لمبی کیں، لوکلائزیشن کی طرف منتقلی تیز تر ہوتی گئی۔ ان کا پہلا کام، 2006 میں پوسٹ کیا گیا۔، نے اس دلچسپ امکان کو چھیڑا کہ کافی خرابی کے ساتھ لامحدود لمبی زنجیروں کے لئے ، ایک مقامی مرحلہ موجود ہوسکتا ہے۔

شاید زیادہ اہم بات یہ ہے کہ ان کے نقوش کو سمجھنا آسان تھا۔ "ڈیوڈ نے حساب کتاب کیا تاکہ کوئی بھی اسے کر سکے،" پکسلے نے کہا۔

بعد کے عددی مطالعات نے اس تصور کی تائید کی کہ ایک ناہموار زمین کی تزئین توانائی کو مقامی بنا سکتی ہے، اور طبیعیات دانوں نے اس کے مضمرات پر غور کرنا شروع کیا۔ توانائی کے سیلاب، اکثر گرمی کی شکل میں، کوانٹم مادے کے نازک مراحل کو مٹا دیتے ہیں۔ لیکن اگر کافی حد تک کٹی ہوئی چوٹیاں توانائی کے پھیلاؤ کو روک سکتی ہیں تو کوانٹم ڈھانچے کسی بھی درجہ حرارت پر مؤثر طریقے سے زندہ رہ سکتے ہیں۔ "آپ ایسے مظاہر کو حاصل کرنے کے قابل ہیں جسے ہم واقعی منسلک کرتے ہیں اور صرف صفر درجہ حرارت پر سمجھتے ہیں،" کہا انوشیا چندرن، بوسٹن یونیورسٹی میں ایک ماہر طبیعیات جس نے پرنسٹن گریجویٹ طالب علم کے طور پر MBL کی تعلیم حاصل کی۔

ایم بی ایل سے نکلنے کے لیے ایک ہائی پروفائل کوانٹم ڈھانچہ وقت میں ایک نمونہ تھا۔ ذرات کی زنجیر کے ایک سرے کو ایک خاص شرح پر پلٹائیں، اور پوری زنجیر دو کنفیگریشنز کے درمیان پلٹ جانے سے توانائی جذب کیے بغیر پلٹ سکتی ہے۔ یہ "وقت کے کرسٹلمادے کا ایک غیر ملکی توازن سے باہر کا مرحلہ تھا، جو صرف اس لیے ممکن ہوا کہ کافی حد تک غیر منقولہ زمین کی تزئین نے ذرات کے کسی بھی قابل فہم انتظام کو تھرمل توازن تک پہنچنے سے روک دیا۔

کھیمانی نے کہا، ’’بس کوئی اینالاگ نہیں ہے،‘‘ کھیمانی نے کہا، جو اس وقت پرنسٹن کے ذریعے آئے تھے اور وقت کے کرسٹل کو سمجھنے اور تخلیق کرنے میں ایک اہم کردار ادا کریں گے۔ "یہ ایک مکمل پیراڈائم شفٹ ہے۔"

نظریاتی پہیلی کا آخری ٹکڑا 2014 میں اس وقت آیا جب جان امبری۔ورجینیا یونیورسٹی کے ایک ریاضیاتی طبیعیات دان نے دکھایا کہ اگر آپ کافی خرابی کے ساتھ ذرات کی ایک لامحدود لمبی زنجیر کو جوڑ سکتے ہیں، کوئی بھی ترتیب لوکلائزڈ رہے گی۔. ذرات کی اپنے پڑوسیوں کے ساتھ بات چیت کرنے کی صلاحیت کے باوجود، وہ انفرادی طور پر ہمیشہ کے لیے اپنا کام کرتے رہیں گے۔

سخت ریاضیاتی ثبوت، جس کی پسند طبعیات میں نایاب ہے، پانچ سال کی محنت کا نتیجہ تھا۔ یہ سب کچھ اس بات کی ضمانت دیتا ہے کہ لوکلائزیشن ممکن ہے، ایک مرحلے کے طور پر اس کی حیثیت کو مستحکم کرتا ہے۔ امبری نے کہا، "جب آپ ریاضی کی دلیل دیتے ہیں، تو آپ کو ہر امکان پر غور کرنا پڑتا ہے۔" "یہ خوبصورتی کا حصہ ہے۔"

اسی وقت، ٹھنڈے ایٹموں کو جوڑنے میں مہارت رکھنے والی لیبارٹریوں کے ماہرین طبیعیات اس بات کی تصدیق کر رہے تھے کہ اصلی ذرات اسی طرح برتاؤ کرتے ہیں جیسا کہ ڈیجیٹل والے کرتے تھے۔ روشنی کے پہاڑوں سے الگ ہونے والے ایٹموں کی معمولی تعداد برفانی رفتار سے پھیلتی ہے، دونوں جب 1D لائنوں میں ترتیب دیا گیا ہے۔ اور کب 2D گرڈز میں صف بندی.

تجرباتی، ریاضیاتی اور عددی شواہد کی برتری کے ساتھ، MBL کا مقدر مقناطیسیت اور سپر کنڈکٹیویٹی کے ساتھ ساتھ فیز ٹرانزیشن کے پینتھیون میں داخل ہونا تھا۔ طبیعیات دانوں نے توقع کی کہ مختلف جہتوں میں مختلف نظاموں کی ایک وسیع اقسام واضح طور پر اپنی فرضی تھرموڈینامک قسمت کو نظر انداز کر سکتی ہیں۔

2022 میں، امریکن فزیکل سوسائٹی نے Altshuler، Huse اور Aliner کو باوقار اعزاز سے نوازا۔ لارس آنسیجر پرائز، ریاضی کے ماہر طبیعیات کے لئے نامزد کیا گیا جس نے یہ ثابت کیا کہ a کارٹون ماڈل ایک مواد میگنیٹائز ہو گیا کے طور پر مرحلے کی منتقلی پر قبضہ کر لیا.

لیکن انعامات دینے سے پہلے ہی، لامحدود پائیدار ڈھانچے کا خیال ٹوٹنا شروع ہو گیا تھا۔

ڈوبنے کا آغاز

پہلا جھٹکا امبری کے ثبوت کے تقریباً ڈیڑھ سال بعد آیا۔

یاد رکھیں کہ تھرملائزیشن سے لوکلائزیشن میں تبدیلی مادے کے مانوس مراحل کے درمیان ٹرانزیشن کی طرح نیچے جاتی ہے۔ جب دھات مقناطیسی ہوتی ہے، مثال کے طور پر، کچھ خاص خصوصیات خاص شرحوں پر تبدیل ہوتی ہیں، جن کی وضاحت احتیاط سے کی گئی مساوات کے ذریعے کی جاتی ہے۔ ان مساواتوں میں مخصوص قدروں کے کچھ خاص ایکسپوننٹ ہوتے ہیں، جیسے 2 انچ x².

ایک جہت میں حقیقی مرحلے کی منتقلی کے لیے، ریاضی دانوں نے ثابت کیا تھا کہ ان میں سے دو ایکسپوننٹس 2 سے زیادہ ہونے چاہئیں۔ لیکن MBL تخروپن نے انہیں 1 پایا - ایک بڑا اختلاف۔ ایک ___ میں ابھی تک غیر مطبوعہ پری پرنٹ 2015 میں پوسٹ کیا گیا، Oganesyan اور Chandran نے بوسٹن یونیورسٹی کے کرسٹوفر لاؤمن کے ساتھ مل کر یہ ظاہر کیا کہ یہ مماثلت صرف لامحدود زنجیروں کے بجائے مختصر زنجیروں کا مطالعہ کرنے کا ایک معمولی ضمنی اثر نہیں تھا۔ کچھ اور بنیادی بند لگ رہا تھا.

"انہوں نے اسے غور سے دیکھا،" ہیوس نے کہا۔ "لیکن ہم یہ نہیں جان سکے کہ کیا غلط تھا۔"

اگلے چند سالوں میں بڑے جھٹکوں کا ایک سلسلہ آیا۔ تصور کریں کہ پہاڑی زمین کی تزئین کی قسم جو MBL کی طرف لے جائے گی۔ اب اس زمین کی تزئین کو تمام سمتوں میں لامحدودیت تک پھیلائیں۔ اگر آپ تصادفی طور پر کافی حد تک اس کی کھوج کرتے ہیں تو، کسی وقت آپ ایک توسیع شدہ فلیٹ پیچ میں بھاگنے کے پابند ہوں گے۔

فلیٹ زون میں موجود ذرات آسانی سے سرنگ کے لیے ایک جیسی توانائی کی حالتیں تلاش کر سکتے ہیں، اس لیے وہ آپس میں مل جاتے ہیں اور تھرملائز ہوتے ہیں۔ کے یو لیوین کے ڈی روک نے دلیل دی کہ ایسے خطے میں، توانائی کی ریاستیں بہت زیادہ ہوتی ہیں، جس سے ان مشکلات میں اضافہ ہوتا ہے کہ پڑوسی پہاڑوں کا کوئی ذرہ رابطہ کر سکتا ہے اور خود ہی حرارتی بن سکتا ہے۔ François Huveneersجو اس وقت فرانس کی پیرس ڈاؤفین یونیورسٹی میں تھے۔ اس طرح، فلیٹ زون تھرملائزنگ توانائی کے ذریعہ کے طور پر کام کر سکتا ہے.

لیکن کیا اتنا چھوٹا سا پیچ پورے نظام کو ختم کر سکتا ہے؟ منظر نامہ بدیہی طور پر اتنا ہی قابل فہم لگتا تھا جتنا کہ ڈینور میں ایک ہاٹ ٹب جس کی وجہ سے ویل، بریکنرج اور ٹیلورائیڈ میں پگھلاؤ آتا ہے۔ طبیعیات دانوں نے اسے فوراً قبول نہیں کیا۔ جب De Roeck اور Huveneers نے کانفرنسوں میں اس امکان کو اٹھایا تو ان کی گفتگو نے سامعین کے غصے کو بھڑکا دیا۔

"یہ ایک بڑا تعجب تھا،" ڈی Roeck نے کہا. "شروع میں بہت سے لوگوں نے ہم پر یقین نہیں کیا۔"

میں شروع ہونے والے کاغذات کے سلسلے میں 2016, De Roeck، Huveneers اور معاونین نے ایک ایسے عمل کے لیے اپنا کیس پیش کیا جسے اب برفانی تودہ کہا جاتا ہے۔ انہوں نے دلیل دی کہ گرم ٹب کے برعکس، تھرملائزڈ ذرات کے ایک قطرے سے جو شروع ہوتا ہے وہ سمندر میں برف کا گولہ بن سکتا ہے۔

امبری نے کہا، "آپ کے پاس ہیٹ باتھ ہے، اور یہ پڑوسی سائٹس کو ہیٹ باتھ میں بھرتی کرتا ہے۔" "یہ مضبوط اور مضبوط ہوتا جاتا ہے اور زیادہ سے زیادہ سائٹس کو کھینچتا ہے۔ یہ برفانی تودہ ہے۔"

اہم سوال یہ تھا کہ آیا برفانی تودہ رفتار حاصل کرے گا یا اسے کھو دے گا۔ ہر قدم کے ساتھ، گرمی کا غسل واقعی ایک بڑا اور بہتر توانائی کا ذخیرہ بن جائے گا۔ لیکن ہر قدم نے اگلی سائٹ کو تھرملائز کرنا بھی مشکل بنا دیا۔ اینڈرسن کے سنگل پارٹیکل لوکلائزیشن کی یاد دلاتے ہوئے، یہ بحث دو اثرات کے درمیان دوڑ میں آ گئی: غسل کی بہتری بمقابلہ اس کے مزید بڑھنے میں دشواری۔

De Roeck اور Huveneers نے استدلال کیا کہ برفانی تودے دو اور تین جہتوں میں جیت جائیں گے، کیونکہ انہوں نے توانائی کی ریاستوں کو ناقابل یقین حد تک تیزی سے ذخیرہ کیا — ان کے تیزی سے بڑھتے ہوئے علاقے (2D میں) یا حجم (3D میں) سے متعلق شرحوں پر۔ زیادہ تر طبیعیات دانوں نے قبول کیا کہ ان مناظر میں برفانی تودے روکے نہیں جا سکتے تھے، جس کی وجہ سے چادروں یا اینٹوں میں MBL ایک دور دراز کا امکان ہے۔

لیکن ایک جہتی زنجیروں میں MBL کا امکان بچ گیا، کیونکہ ایک لائن کے اوپر سے گزرنے والا برفانی تودہ توانائی کی حالتوں کو زیادہ آہستہ سے جمع کرتا ہے۔ درحقیقت، گرمی کا غسل تقریباً اسی شرح سے زیادہ طاقتور ہوتا ہے جس شرح سے نمو کی دشواری بڑھتی ہے۔ یہ ٹائی تھی۔ برفانی تودے 1D میں جاری رہ سکتے ہیں، یا وہ رک سکتے ہیں۔

اس دوران دیگر طبیعیات دانوں کو شک ہوا کہ MBL 1D سلسلہ میں بھی موجود ہو سکتا ہے۔ 2019 میں، سلووینیائی افراتفری کے ماہرین کی ایک ٹیم بشمول Tomaž Prosen پرانے عددی اعداد و شمار کا دوبارہ تجزیہ کیا اور اس حقیقت پر روشنی ڈالی کہ جیسے جیسے زمین کی تزئین زیادہ پہاڑی ہوتی گئی، تھرملائزیشن بہت سست ہو گئی۔ لیکن مکمل طور پر کبھی نہیں روکا - ایک تکلیف دہ سچائی MBL محققین نے اپنے چھوٹے پیمانے پر نقلی نمونوں کا نمونہ سمجھا۔ اناتولی پولکوونیکوف بوسٹن یونیورسٹی اور Dries Sels، اب نیویارک یونیورسٹی اور فلیٹیرون انسٹی ٹیوٹ، دیگر محققین کے درمیان، آئے تھے۔ اسی طرح کے نتائج. ان کے دلائل نے براہ راست MBL کے مرکزی رغبت کو چیلنج کیا: کوانٹم سینڈ کیسل کے لیے ابدی زندگی کا وعدہ۔

"ایم بی ایل کے بارے میں بات کرنے والے نظریہ سازوں کی سطح پر،" چندرن نے کہا، "ایک ایماندار سے خدا کا نظام ہے جہاں [تھرملائزیشن کا وقت] صرف کائنات کی عمر نہیں ہے، اور ہم اسے نہیں دیکھ سکتے۔ نہیں، یہ واقعی لامحدود ہے۔"

اکادمی ادبی اور نجی مباحثوں دونوں میں ایک زبردست بحث ہوئی۔ سیلز اور ہیوس نے وبائی مرض کی گہرائیوں کے دوران زوم پر گھنٹے گزارے۔ وہ کبھی کبھار ایک دوسرے سے بات کرتے تھے، لیکن ہر ایک دوسرے کو نتیجہ خیز بصیرت کا سہرا دیتا ہے۔ تنازعہ کے اندر اور نتائج انتہائی تکنیکی ہیں، اور یہاں تک کہ اس میں شامل محققین بھی تمام نقطہ نظر کو مکمل طور پر بیان نہیں کر سکتے۔ لیکن بالآخر، ان کے اختلافات ہر ایک کیمپ میں آتے ہیں جو ایک مختلف تعلیم یافتہ — انتہائی تعلیم یافتہ — بناتا ہے کہ آپ کیا دیکھیں گے اگر آپ ذرات کی ایک زنجیر کو ہمیشہ کے لیے پلٹتے دیکھ سکتے ہیں۔

دونوں فریقین اب بھی اس بارے میں متفق نہیں ہیں کہ آیا حقیقی MBL مرحلہ ایک جہت میں موجود ہے، لیکن تصادم کا ایک ٹھوس نتیجہ یہ ہے کہ اس نے محققین کو اس اثر کی جانچ پڑتال کرنے پر مجبور کیا کہ برفانی تودے MBL کے متوقع آغاز پر پڑ سکتے ہیں۔

ہیوس نے کہا کہ شکی گروہوں کے پاس "کچھ بہت اچھے نکات تھے، لیکن وہ انہیں تھوڑا بہت آگے لے گئے۔" "اس نے واقعی ہمیں حوصلہ دیا۔"

Huse، MBL کے سابق فوجیوں کی ایک ٹیم کے ساتھ تعاون کرتے ہوئے، بشمول Khemani، نے شارٹ چینز پر برفانی تودے کے اثر کو حقیقت میں متحرک کیے بغیر نقل کرنے کا ایک طریقہ تیار کیا۔ (کسی نے بھی برفانی تودہ نہیں دیکھا، یہاں تک کہ عددی طور پر بھی، کیونکہ کافی بڑی فلیٹ جگہ حاصل کرنے کے لیے آپ کو اربوں ذرات کی زنجیر کی ضرورت ہو سکتی ہے، سیلز کا اندازہ ہے، اور محققین عام طور پر تقریباً 12 کی زنجیروں کا مطالعہ کرتے ہیں۔) سیلز نے بعد میں اپنا برفانی تودہ تیار کیا- اوپر

دونوں گروپ آ گئے۔ اسی طرح نتیجہ 2021 میں: ایم بی ایل کی منتقلی، اگر یہ موجود تھی، تو اس سے کہیں زیادہ پہاڑی زمین کی تزئین کی ضرورت تھی جتنا کہ محققین کا خیال تھا۔ ناہمواری کی سطح کے ساتھ جو پہلے MBL کو لانے کے بارے میں سوچا گیا تھا، تھرملائزیشن سست ہو جائے گی، لیکن رکے گی۔ کوانٹم سنو مینوں کو برفانی تودے کے خلاف لڑنے کا موقع فراہم کرنے کے لیے، زمین کی تزئین کو اس سے زیادہ بے ترتیب ہونا پڑے گا جتنا کہ Huse اور کمپنی کو شبہ تھا۔ ہیوس کے گروپ نے ابتدائی طور پر پایا کہ پہاڑوں کو کم از کم دوگنا ناہموار ہونے کی ضرورت ہوگی۔ سیلز کے کام نے اس تعداد کو کم از کم چھ گنا تک بڑھا دیا جس سے پہاڑوں کو راکیز سے زیادہ ہمالیہ جیسا بنا دیا گیا۔ MBL اب بھی ان انتہائی ترتیبات میں ہو سکتا ہے، لیکن جو نظریہ کم ناہموار منتقلی کے ارد گرد بنایا گیا تھا اس میں واقعی مسائل تھے۔

"ہم نے اسے بہت اچھی طرح سے قبول کیا، اور ہم نے اس کی باریکیوں کو نہیں دیکھا،" ہیوس نے کہا۔

2021 کے کاموں میں، محققین نے 1D زنجیروں کے لیے MBL فیز ڈایاگرام کو دوبارہ لکھا اور بڑھایا۔ کنساس جیسے فلیٹ لینڈز میں ذرات تیزی سے تھرملائز ہو جاتے ہیں۔ راکیز میں، محققین نے MBL "فیز" کو "پری تھرمل حکومت" کے طور پر دوبارہ درجہ بندی کیا۔ یہ بظاہر مستحکم نظام ہے جسے BAA، پرنسٹن سمیلیشنز، اور ایٹمی تجربات نے دریافت کیا ہے۔ لیکن اب محققین نے یہ نتیجہ اخذ کیا تھا کہ اگر کوئی بہت طویل انتظار کرتا ہے - لفظی طور پر کچھ سیٹ اپ کے لیے اربوں سال - راکیز کے ذریعے الگ کیے گئے ذرات درحقیقت آپس میں مل جائیں گے اور تھرملائز ہو جائیں گے۔

راکیز سے آگے کوہ ہمالیہ ہے۔ وہاں کیا ہوتا ہے ایک کھلا سوال باقی ہے۔ سیلز اور پروسین اس بات پر یقین رکھتے ہیں کہ توانائی پھیلے گی اور تھرملائزیشن بالآخر واقع ہو جائے گی، چاہے اس میں کئی سال لگ جائیں۔ Huse اور کمپنی اس بات پر یقین رکھتی ہے کہ حقیقی MBL سیٹ کرتا ہے۔

ایم بی ایل میں ان کے یقین کی وجوہات میں سب سے اہم 2014 کا ثبوت ہے۔ سچے MBL کے وجود کی حمایت کرنے والے ثبوت کے متعدد ستونوں میں سے، امبری کا ثبوت آخری کھڑا ہے۔ اور صرف اس قسم کے مسئلے کے لیے موزوں ریاضی کے اوزار تیار کرنے والے کیریئر کے بعد، وہ اس کے ساتھ کھڑا ہے۔

انہوں نے کہا، "ریاضی میں یہ سنا نہیں ہے کہ کسی ثبوت میں غلطی ہو، لیکن مجھے لگتا ہے کہ میں جانتا ہوں کہ میں کیا کر رہا ہوں۔"

ثبوت طبیعیات دانوں کو تقسیم کرتا ہے، تاہم، کیونکہ طبیعیات دان اسے نہیں سمجھتے۔ یہ کوشش کی کمی کے لئے نہیں ہے۔ لاؤمن نے ایک بار امبری کو اٹلی میں ایک ہفتہ کے دوران اپنے اور مٹھی بھر محققین کو ثبوت سکھانے کے لئے ملا ، لیکن وہ تفصیل سے اقدامات پر عمل نہیں کر سکے۔ یہ مکمل طور پر حیران کن نہیں ہے، اگرچہ، طبیعیات دان عام طور پر ریاضی کو ریاضی دانوں کے مقابلے میں تیز اور ڈھیلے طریقے سے استعمال کرتے ہیں۔ امبری کا استدلال زمین کی تزئین کی کسی خاص سطح پر ناہمواری پر منحصر نہیں ہے، لہذا ایم بی ایل فیز ڈایاگرام میں حالیہ ترمیم کسی بھی طرح سے اسے کمزور نہیں کرتی ہے۔ اس بات کا تعین کرنے کے لیے کہ آیا MBL واقعتاً موجود ہے، محققین کو نیچے جھکنا ہوگا اور یا تو ثبوت میں کوئی مسئلہ تلاش کرنا ہوگا یا ہر سطر کی تصدیق کرنا ہوگی۔

ایسی کوششیں جاری ہیں۔ سیلز اور ساتھیوں کا کہنا ہے کہ وہ ایک ایسی دلیل کو حتمی شکل دے رہے ہیں جو امبری کی مخالفت کرے گی۔ دریں اثنا، De Roeck اور Huveneers، ریاضی دان جنہوں نے برفانی تودے کے خطرے کو دریافت کیا تھا، دو سال سے امبری کے ثبوت کو زیادہ قابل رسائی شکل میں دوبارہ لکھنے کی کوشش کر رہے ہیں۔ De Roeck کا کہنا ہے کہ انہوں نے تمام اہم ٹکڑوں کو جگہ پر رکھ دیا ہے، اور اب تک منطق ٹھوس نظر آتی ہے۔

"ایم بی ایل، مجھے یقین ہے کہ یہ موجود ہے،" ڈی روک نے کہا۔ لیکن "ہم یہاں ریاضی کر رہے ہیں، لہذا کوئی بھی چھوٹا مسئلہ پوری چیز کو پٹڑی سے اتار سکتا ہے۔"

کوانٹم فرشتوں سے آگے

ہم جس کائنات میں آباد ہیں، جو خود ہی کچھ ناقابل فہم سالوں میں تھرملائز ہو جائے گی، مستقل مزاجی ہمیشہ ایک فریب کی چیز ہوتی ہے۔ مین ہٹن اپنے ہی وزن میں ڈوب رہا ہے۔ 1.6 سینٹی میٹر فی دہائی. براعظم تقریباً 250 ملین سالوں میں ضم ہو جائیں گے۔ اور جب کہ یہ ہے۔ ایک افسانہ کہ قرون وسطیٰ کے داغ دار شیشے کی کھڑکیوں کے نچلے حصے صدیوں کے دوران قدرے موٹے ہوئے ہیں، طبیعیات دانوں کا خیال ہے کہ شیشہ کسی نامعلوم ٹائم اسکیل پر بہتا ہے، ممکنہ طور پر اربوں سال یا اس سے زیادہ۔

اگر MBL غیر مستحکم ثابت ہوتا ہے، تو متعدد باڈی لوکلائزڈ نظام کم از کم ان مثالوں کی طرح پائیدار ہوگا۔ اسی طرح وہ کوانٹم مظاہر جو MBL ریاستوں پر منحصر ہیں۔ مثال کے طور پر، ٹائم کرسٹل اپنی نصابی کتاب کے عہدوں کو "معاملے کے مراحل" کے طور پر کھو سکتے ہیں، لیکن وہ پھر بھی ان کوانٹم کمپیوٹرز (یا وہ انسان جو کمپیوٹرز کو چلاتے ہیں، سے کہیں زیادہ ٹک ٹک جاری رکھ سکیں گے۔ وہ معاملہ)۔ بہت سے ماہرین تعلیم تھرملائزیشن کو شکست دینے کے ریاضیاتی امکان کے بارے میں گہرائی سے خیال رکھتے ہیں کیونکہ یہ ایک خوبصورت، علمی سوال ہے۔ لیکن ان دنوں، زیادہ تر اس پر زیادہ نیند نہیں کھو رہے ہیں۔

"شاید یہ ہمیشہ فرشتے تھے جو پن کے سر پر ناچتے تھے،" چندرن نے کہا۔

اس کے بجائے، چندرن اور دیگر نے تھرملائزیشن کا سبب بننے والے ایک نئے رجحان کو دریافت کرنے کا موقع حاصل کیا، جسے طبیعیات داں حقیقت میں چھوٹے نظاموں میں دیکھ سکتے ہیں۔

2018 میں، وہ اور اس کے ساتھی فلپ کرولی یہ سمجھنے کے لیے نکلے تھے کہ کیوں چھوٹی زنجیریں آہستہ آہستہ تھرملائز ہوتی دکھائی دیتی ہیں حالانکہ وہ فلیٹ دھبوں کے لیے بہت چھوٹی تھیں۔ دونوں نے یہ طے کیا کہ ذرات کے گروپ کبھی کبھار خوش قسمتی حاصل کر رہے ہیں اور پڑوسی گروپ سے بالکل اسی مقدار میں توانائی حاصل کر رہے ہیں جس کی انہیں نئی ​​ترتیب میں پلٹنے کی ضرورت ہے۔ انہوں نے ان اتفاقات کو "گونج" کا نام دیا اور مشاہدہ کیا کہ وہ کس طرح ایک گروہ سے دوسرے گروہ میں پھیلنے کا رجحان رکھتے ہیں، جس کے نتیجے میں برفانی تودے کے لیے بہت چھوٹے نظاموں میں تھرملائزیشن کا سبب بنتا ہے۔ 2020 میں، انہوں نے ظاہر کیا کہ گونجیں 2015 کے ایکسپوننٹ کی مماثلت کی وضاحت کر سکتی ہیں اور مچھلی کی بہت سی خصوصیات جو عددی تجربات، بصیرتوں میں دکھائی دے رہے ہیں جنہوں نے Huse اور کمپنی کو 2021 میں مختصر زنجیروں کے لیے فیز ڈایاگرام کو اپ ڈیٹ کرنے میں مدد کی۔

آج، طبیعیات دانوں کا خیال ہے کہ گونجیں راکیز سطح کی خرابی کے ساتھ معمولی زنجیروں کو غیر مستحکم کرتی ہیں، جب کہ برفانی تودے خرابی کی اعلی سطح پر لمبی زنجیروں کو غیر مستحکم کرتے ہیں۔

جیسے جیسے چندرن اور دیگر اپنے نقالی اور تجربات کو بہتر بناتے ہیں اور طویل، زیادہ ناہموار زنجیروں کو تلاش کرتے ہیں، وہ حیران ہوتے ہیں کہ ہمالیہ اور اس سے آگے اور کیا چیز چھپ سکتی ہے۔

"ایسا لگتا ہے کہ وہاں دوسری فزکس چل رہی ہے،" ہیوس نے کہا۔ "یہ میرے لئے سب سے اچھا ہوگا۔ مجھے نئی چیزیں تلاش کرنا پسند ہے۔"

ایڈیٹر کا نوٹ: اس مضمون میں نظر آنے والے چند محققین نے سائمنز فاؤنڈیشن سے فنڈنگ ​​حاصل کی ہے، جو اس ادارتی طور پر آزاد میگزین کو بھی فنڈ فراہم کرتی ہے۔ سائمنز فاؤنڈیشن کے فنڈنگ ​​کے فیصلوں کا ہماری کوریج پر کوئی اثر نہیں ہوتا ہے۔ مزید تفصیلات دستیاب ہیں۔ یہاں.