ہزار سال پہلے، ارسطو نے زور دے کر کہا تھا کہ فطرت خلا سے نفرت کرتی ہے، ترک کہ اشیاء واقعی خالی جگہ سے ناممکن رفتار سے پرواز کریں گی۔ 1277 میں، فرانسیسی بشپ Etienne Tempier نے جوابی گولی مار دی، یہ اعلان کیا کہ خدا کچھ بھی کر سکتا ہے، یہاں تک کہ خلا پیدا کر سکتا ہے۔
پھر محض ایک سائنسدان نے اسے کھینچ لیا۔ Otto von Guericke نے کھوکھلے تانبے کے دائرے کے اندر سے ہوا کو چوسنے کے لیے ایک پمپ ایجاد کیا، جس سے زمین پر شاید پہلا اعلیٰ معیار کا خلا قائم ہوا۔ 1654 میں ایک تھیٹر کے مظاہرے میں، اس نے دکھایا کہ انگور کے سائز کی گیند کو چیرنے کے لیے گھوڑوں کی دو ٹیمیں بھی کسی چیز کے سکشن پر قابو نہیں پا سکتیں۔
تب سے، خلا فزکس میں ایک بنیادی تصور بن گیا ہے، جو کسی بھی چیز کے نظریہ کی بنیاد ہے۔ Von Guericke کا خلا ہوا کی عدم موجودگی تھا۔ برقی مقناطیسی خلا ایک ایسے میڈیم کی عدم موجودگی ہے جو روشنی کو کم کر سکتا ہے۔ اور کشش ثقل کے خلا میں کسی بھی مادے یا توانائی کی کمی ہوتی ہے جو جگہ کو موڑنے کے قابل ہو۔ ہر معاملے میں کسی بھی چیز کی مخصوص قسم کا انحصار اس بات پر ہوتا ہے کہ طبیعیات دان کس قسم کی چیز کو بیان کرنا چاہتے ہیں۔ "بعض اوقات، یہ وہ طریقہ ہے جس سے ہم کسی نظریہ کی تعریف کرتے ہیں،" کہا پیٹرک ڈریپر، الینوائے یونیورسٹی میں ایک نظریاتی طبیعیات دان۔
چونکہ جدید طبیعیات دانوں نے فطرت کے حتمی نظریہ کے لیے زیادہ نفیس امیدواروں کے ساتھ کام کیا ہے، ان کا سامنا کچھ بھی نہیں کی اقسام کی بڑھتی ہوئی تعداد کا سامنا کرنا پڑا ہے۔ ہر ایک کا اپنا طرز عمل ہے، گویا یہ کسی مادے کا ایک مختلف مرحلہ ہے۔ تیزی سے، ایسا لگتا ہے کہ کائنات کی اصل اور تقدیر کو سمجھنے کی کلید غیر موجودگی کی ان پھیلتی ہوئی اقسام کا محتاط حساب کتاب ہو سکتی ہے۔
"ہم سیکھ رہے ہیں کہ کچھ بھی نہیں سیکھنے کے لیے اور بھی بہت کچھ ہے جتنا ہم نے سوچا تھا،" کہا ازابیل گارسیا گارسیا، کیلیفورنیا میں کاولی انسٹی ٹیوٹ برائے نظریاتی طبیعیات میں ایک ذرہ طبیعیات دان۔ "ہم اور کتنا یاد کر رہے ہیں؟"
اب تک، اس طرح کے مطالعے نے ایک ڈرامائی نتیجہ اخذ کیا ہے: ہماری کائنات ناقص تعمیرات کے پلیٹ فارم پر بیٹھ سکتی ہے، ایک "میٹاسٹیبل" خلا جو برباد ہے - مستقبل بعید میں - کسی اور طرح کی چیز میں تبدیل ہو جائے گا، عمل میں ہر چیز کو تباہ کر دے گا۔ .
کوانٹم نتھنگنس
20 ویں صدی میں کچھ بھی ایسا نہیں لگتا تھا، جیسا کہ طبیعیات دان حقیقت کو کھیتوں کے مجموعے کے طور پر دیکھتے ہیں: ایسی اشیاء جو ہر نقطہ پر ایک قدر کے ساتھ خلا کو بھرتی ہیں (مثال کے طور پر، برقی میدان آپ کو بتاتا ہے کہ ایک الیکٹران کتنی طاقت محسوس کرے گا۔ مختلف جگہوں پر)۔ کلاسیکی طبیعیات میں، ایک فیلڈ کی قدر ہر جگہ صفر ہوسکتی ہے تاکہ اس کا کوئی اثر نہ ہو اور اس میں کوئی توانائی نہ ہو۔ "کلاسیکی طور پر، خلا بورنگ ہے،" کہا ڈینیل ہارومیساچوسٹس انسٹی ٹیوٹ آف ٹیکنالوجی میں ایک نظریاتی طبیعیات دان۔ ’’کچھ نہیں ہو رہا۔‘‘
لیکن طبیعیات دانوں نے سیکھا کہ کائنات کے شعبے کوانٹم ہیں، کلاسیکی نہیں، جس کا مطلب ہے کہ وہ فطری طور پر غیر یقینی ہیں۔ آپ کبھی بھی بالکل صفر توانائی کے ساتھ کوانٹم فیلڈ نہیں پکڑیں گے۔ ہارلو ایک کوانٹم فیلڈ کو پینڈولم کی ایک صف سے تشبیہ دیتا ہے — خلا میں ہر ایک نقطہ پر — جس کے زاویے فیلڈ کی اقدار کی نمائندگی کرتے ہیں۔ ہر پینڈولم تقریباً سیدھا نیچے لٹکتا ہے لیکن آگے پیچھے جھٹکتا ہے۔
اکیلے رہ گئے، ایک کوانٹم فیلڈ اپنی کم از کم توانائی کی ترتیب میں رہے گا، جسے اس کے "حقیقی خلا" یا "زمین کی حالت" کہا جاتا ہے۔ (ابتدائی ذرات ان شعبوں میں لہریں ہیں۔.) "جب ہم کسی نظام کے خلا کے بارے میں بات کرتے ہیں، تو ہمارے ذہن میں کچھ ڈھیلے طریقے سے نظام کی ترجیحی حالت ہوتی ہے،" گارشیا گارسیا نے کہا۔
ہماری کائنات کو بھرنے والے زیادہ تر کوانٹم فیلڈز میں ایک، اور صرف ایک، ترجیحی حالت ہے، جس میں وہ ہمیشہ کے لیے رہیں گے۔ زیادہ تر، لیکن سب نہیں۔
صحیح اور غلط خلا
1970 کی دہائی میں، طبیعیات دان کوانٹم فیلڈز کے ایک مختلف طبقے کی اہمیت کو سراہنے لگے جن کی قدریں اوسطاً بھی صفر ہونے کو ترجیح دیتی ہیں۔ اس طرح کا "اسکیلر فیلڈ" پینڈولم کے ایک مجموعہ کی طرح ہے جو کہ تمام 10 ڈگری کے زاویے پر منڈلا رہے ہیں۔ یہ ترتیب زمینی حالت ہو سکتی ہے: پنڈولم اس زاویہ کو ترجیح دیتے ہیں اور مستحکم ہوتے ہیں۔
2012 میں، لارج ہیڈرون کولائیڈر کے تجرباتی ماہرین نے ثابت کیا کہ ایک اسکیلر فیلڈ جسے ہگز فیلڈ کہا جاتا ہے کائنات میں پھیلی ہوئی ہے۔ سب سے پہلے، گرم، ابتدائی کائنات میں، اس کے پنڈولم نیچے کی طرف اشارہ کرتے تھے۔ لیکن جیسے ہی برہمانڈ ٹھنڈا ہوا، ہگز فیلڈ نے حالت بدل دی، جتنا پانی برف میں جم سکتا ہے، اور اس کے پینڈولم سب ایک ہی زاویے پر اٹھے۔ (یہ غیر زیرو ہگز ویلیو ہے جو بہت سے ابتدائی ذرات کو ماس کے نام سے جانا جاتا خاصیت دیتی ہے۔)
آس پاس کے اسکیلر فیلڈز کے ساتھ، ویکیوم کا استحکام ضروری نہیں کہ مطلق ہو۔ ایک فیلڈ کے پینڈولم میں متعدد نیم مستحکم زاویے اور ایک کنفیگریشن سے دوسری کنفیگریشن میں سوئچ کرنے کے لیے تیز رفتاری ہو سکتی ہے۔ تھیوریسٹ اس بات پر یقین نہیں رکھتے ہیں کہ آیا ہگز فیلڈ کو، مثال کے طور پر، اس کی مطلق پسندیدہ کنفیگریشن - حقیقی ویکیوم مل گئی ہے۔ کچھ کے پاس ہے۔ دلیل کہ فیلڈ کی موجودہ حالت، 13.8 بلین سالوں تک برقرار رہنے کے باوجود، صرف عارضی طور پر مستحکم، یا "میٹاسٹیبل" ہے۔
اگر ایسا ہے تو، اچھے وقت ہمیشہ کے لیے نہیں رہیں گے۔ 1980 کی دہائی میں، ماہر طبیعیات سڈنی کولمین اور فرینک ڈی لوسیا نے بتایا کہ کیسے ایک غلط خلا اسکیلر فیلڈ کا "سڑ سکتا ہے۔" کسی بھی لمحے، اگر کسی مقام پر کافی پینڈولم زیادہ سازگار زاویہ میں اپنا راستہ گھسیٹتے ہیں، تو وہ اپنے پڑوسیوں کو ان سے ملنے کے لیے گھسیٹیں گے، اور حقیقی خلا کا ایک بلبلہ تقریباً ہلکی رفتار سے باہر کی طرف اڑ جائے گا۔ یہ اپنے راستے میں موجود ایٹموں اور مالیکیولز کو ختم کرتے ہوئے طبیعیات کو دوبارہ لکھے گا۔ (گھبرائیں نہیں۔ یہاں تک کہ اگر ہمارا خلا صرف میٹاسٹیبل ہے، اس کی اب تک رہنے کی طاقت کو دیکھتے ہوئے، یہ شاید مزید اربوں سال تک رہے گا۔)
ہگز فیلڈ کی ممکنہ تبدیلی میں، طبیعیات دانوں نے عملی طور پر لاتعداد طریقوں میں سے پہلے کی نشاندہی کی کہ کوئی چیز ہم سب کو مار سکتی ہے۔
مزید مسائل، مزید ویکیوم
چونکہ طبیعیات دانوں نے فطرت کے تصدیق شدہ قوانین کو ایک بڑے مجموعے میں فٹ کرنے کی کوشش کی ہے (اس عمل میں ہماری سمجھ میں بڑے خلاء کو پُر کرنا)، انہوں نے اضافی فیلڈز اور دیگر اجزاء کے ساتھ فطرت کے امیدوار نظریات کو تیار کیا ہے۔
جب کھیتوں کا ڈھیر لگ جاتا ہے، تو وہ بات چیت کرتے ہیں، ایک دوسرے کے پینڈولم کو متاثر کرتے ہیں اور نئی باہمی تشکیلات قائم کرتے ہیں جس میں وہ پھنسنا پسند کرتے ہیں۔ طبیعیات دان ان ویکیوموں کو ایک رولنگ "توانائی کے منظر نامے" میں وادیوں کے طور پر دیکھتے ہیں۔ مختلف پینڈولم زاویے توانائی کی مختلف مقداروں، یا توانائی کے منظر نامے میں اونچائی سے مطابقت رکھتے ہیں، اور ایک میدان اپنی توانائی کو اسی طرح کم کرنے کی کوشش کرتا ہے جیسے ایک پتھر نیچے کی طرف لپکنا چاہتا ہے۔ سب سے گہری وادی زمینی حالت ہے، لیکن پتھر آرام کر سکتا ہے — ایک وقت کے لیے، ویسے بھی — ایک اونچی وادی میں۔
چند دہائیاں پہلے، زمین کی تزئین کی پیمانے پر دھماکہ ہوا. طبیعیات دان جوزف پولچنسکی اور رافیل بوسو سٹرنگ تھیوری کے بعض پہلوؤں کا مطالعہ کر رہے تھے، سرکردہ ریاضیاتی فریم ورک کشش ثقل کے کوانٹم سائیڈ کو بیان کرنے کے لیے۔ سٹرنگ تھیوری صرف اس صورت میں کام کرتی ہے جب کائنات کی کچھ 10 جہتیں ہوں، جس میں اضافی جہتیں بہت چھوٹی شکلوں میں گھل جاتی ہیں جن کا پتہ نہیں چل سکتا۔ پولچنسکی اور بوسو 2000 میں شمار کیا گیا تھا۔ کہ اس طرح کے اضافی طول و عرض بہت سارے طریقوں سے جوڑ سکتے ہیں۔ فولڈنگ کا ہر طریقہ اپنے جسمانی قوانین کے ساتھ ایک الگ خلا بنائے گا۔
یہ دریافت کہ سٹرنگ تھیوری تقریباً دو دہائیوں پہلے کی ایک اور دریافت کے ساتھ تقریباً بے شمار خلا کو ختم کرنے کی اجازت دیتی ہے۔
1980 کی دہائی کے اوائل میں ماہرین کائنات نے ایک مفروضہ تیار کیا جسے کائناتی افراط کے نام سے جانا جاتا ہے جو کائنات کی پیدائش کا ایک اہم نظریہ بن گیا ہے۔ نظریہ یہ کہتا ہے کہ کائنات کا آغاز تیزی سے پھیلنے والے تیز رفتاری کے ساتھ ہوا، جو کائنات کی ہمواری اور وسیع و عریض ہونے کی آسانی سے وضاحت کرتا ہے۔ لیکن افراط زر کی کامیابیاں قیمت پر آتی ہیں۔
محققین نے پایا کہ ایک بار کائناتی افراط زر شروع ہو جائے گا، یہ جاری رہے گا۔ زیادہ تر ویکیوم ہمیشہ کے لیے پرتشدد طور پر باہر کی طرف پھٹ جائے گا۔ خلا کے صرف محدود علاقے ہی انفلاٹنگ کو روکیں گے، جو کہ درمیان میں جگہ کو بڑھا کر رشتہ دار استحکام کے بلبلے بن کر ایک دوسرے سے الگ ہو جائیں گے۔ انفلیشنری کاسمولوجسٹ کا خیال ہے کہ ہم ان بلبلوں میں سے ایک کو گھر کہتے ہیں۔
ویکیوم کا ایک ملٹیورس
کچھ لوگوں کے نزدیک یہ تصور کہ ہم ایک ملٹیورس میں رہتے ہیں - ویکیوم بلبلوں کا ایک نہ ختم ہونے والا منظر۔ پریشان کن. یہ کسی ایک خلا (جیسے ہمارے) کی نوعیت کو بے ترتیب اور غیر متوقع لگتا ہے، جو ہماری کائنات کو سمجھنے کی ہماری صلاحیت کو روکتا ہے۔ پولچنسکی، جو 2018 میں مر گیا, بتایا ماہر طبیعیات اور مصنف سبین ہوسنفیلڈر کہ سٹرنگ تھیوری کی ویکیوم کی زمین کی تزئین کی دریافت نے ابتدائی طور پر اسے اتنا دکھی کر دیا کہ اس کی وجہ سے وہ علاج تلاش کرنے پر مجبور ہو گئے۔ اگر سٹرنگ تھیوری ہر قابل تصور قسم کی کسی چیز کی پیش گوئی کرتی ہے تو کیا اس نے کسی چیز کی پیش گوئی کی ہے؟
دوسروں کے لیے، خلا کی کثرت کوئی مسئلہ نہیں ہے۔ "حقیقت میں، یہ ایک فضیلت ہے،" کہا آندرے لنڈے، اسٹینفورڈ یونیورسٹی میں ایک ممتاز کاسمولوجسٹ اور کائناتی افراط زر کے ڈویلپرز میں سے ایک۔ اس کی وجہ یہ ہے کہ ملٹیورس ممکنہ طور پر ایک بہت بڑا معمہ حل کرتا ہے: ہمارے مخصوص خلا کی انتہائی کم توانائی۔
جب نظریہ دان کائنات کے تمام کوانٹم فیلڈز کی اجتماعی ہلچل کا بخوبی اندازہ لگاتے ہیں، تو توانائی بہت زیادہ ہوتی ہے — جو خلا کی توسیع کو تیز کرنے کے لیے کافی ہوتی ہے اور مختصر ترتیب میں، کائنات کو چیر دیتی ہے۔ لیکن اس کے مقابلے میں خلا کا مشاہدہ کیا جانے والا سرعت انتہائی ہلکا ہے، جو تجویز کرتا ہے کہ زیادہ تر اجتماعی جھنجھلاہٹ ختم ہو جاتی ہے اور ہمارے خلا کی اپنی توانائی کے لیے غیر معمولی طور پر کم مثبت قدر ہوتی ہے۔
ایک تنہا کائنات میں، ایک اور واحد خلا کی چھوٹی توانائی ایک گہرے پہیلی کی طرح نظر آتی ہے۔ لیکن ایک ملٹیورس میں، یہ صرف گونگا قسمت ہے. اگر خلا کے مختلف بلبلوں میں مختلف توانائیاں ہوتی ہیں اور مختلف شرحوں پر پھیلتے ہیں تو کہکشائیں اور سیارے صرف انتہائی سست بلبلوں میں بنیں گے۔ پھر ہمارا پرسکون خلا ہمارے سیارے کے گولڈی لاکس مدار سے زیادہ پراسرار نہیں ہے: ہم خود کو یہاں پاتے ہیں کیونکہ باقی ہر جگہ زندگی کے لیے غیر مہمان نواز ہے۔
اس سے محبت کرو یا نفرت کرو، ملٹی ورورس مفروضہ جیسا کہ فی الحال سمجھا جاتا ہے ایک مسئلہ ہے۔ سٹرنگ تھیوری کے بظاہر ویکیوم کے لامحدود مینو کے باوجود، اب تک کوئی نہیں ملا چھوٹے اضافی جہتوں کی ایک مخصوص تہہ جو کہ ہمارے جیسے خلا سے مطابقت رکھتی ہے، اس کی بمشکل مثبت توانائی ہے۔ ایسا لگتا ہے کہ سٹرنگ تھیوری منفی توانائی کے خلا کو زیادہ آسانی سے حاصل کرتی ہے۔
شاید سٹرنگ تھیوری غلط ہے، یا یہ خامی اس کے بارے میں محققین کی ناپختہ سمجھ میں ہوسکتی ہے۔ طبیعیات دانوں نے سٹرنگ تھیوری کے اندر مثبت ویکیوم انرجی کو ہینڈل کرنے کا صحیح طریقہ نہیں لگایا ہو گا۔ "یہ بالکل ممکن ہے،" کہا ناتھن سیبرگ، پرنسٹن، نیو جرسی میں انسٹی ٹیوٹ فار ایڈوانسڈ اسٹڈی کے ماہر طبیعیات۔ "یہ ایک گرما گرم موضوع ہے۔"
یا ہمارا خلا فطری طور پر خاکہ نما ہو سکتا ہے۔ "موجودہ نظریہ یہ ہے کہ [مثبت طور پر متحرک] جگہ مستحکم نہیں ہے،" سیبرگ نے کہا۔ "یہ کسی اور چیز میں خراب ہو سکتا ہے، لہذا یہ اس کی طبیعیات کو سمجھنا بہت مشکل ہونے کی ایک وجہ ہو سکتی ہے۔"
ان محققین کو شک ہے کہ ہمارا خلا حقیقت کی ترجیحی ریاستوں میں سے ایک نہیں ہے، اور یہ کہ کسی دن یہ خود کو ایک گہری، زیادہ مستحکم وادی میں گھس لے گا۔ ایسا کرنے سے، ہمارا ویکیوم اس فیلڈ کو کھو سکتا ہے جو الیکٹران پیدا کرتا ہے یا ذرات کا ایک نیا پیلیٹ اٹھا سکتا ہے۔ مضبوطی سے جوڑے ہوئے طول و عرض کو کھولا جا سکتا ہے۔ یا خلا بھی مکمل طور پر وجود کو ترک کر سکتا ہے۔
ہارلو نے کہا کہ "یہ ایک اور آپشن ہے۔" "سچ کچھ بھی نہیں۔"
ویکیوم کا خاتمہ
ماہر طبیعیات ایڈورڈ وٹن نے سب سے پہلے "کسی چیز کا بلبلہ1982 میں۔ ایک اضافی جہت کے ساتھ ایک خلا کا مطالعہ کرتے ہوئے ہر ایک نقطہ پر ایک چھوٹے سے دائرے میں گھمایا جاتا ہے، اس نے پایا کہ کوانٹم جٹٹرز لامحالہ اضافی جہت کو جھنجھوڑ دیتے ہیں، بعض اوقات دائرے کو سکڑ کر ایک نقطہ تک لے جاتے ہیں۔ جیسا کہ طول و عرض غائب ہو گیا، وٹین نے پایا، اس نے باقی سب کچھ اپنے ساتھ لے لیا۔ عدم استحکام ایک تیزی سے پھیلتے ہوئے بلبلے کو جنم دے گا جس کا کوئی اندرونی حصہ نہیں ہے، اس کی آئینے کی طرح کی سطح اسپیس ٹائم کے اختتام کی نشاندہی کرتی ہے۔
چھوٹے طول و عرض کی اس عدم استحکام نے طویل عرصے سے سٹرنگ تھیوری سے دوچار ہے، اور ان کو سخت کرنے کے لیے مختلف اجزاء وضع کیے گئے ہیں۔ دسمبر میں، گارسیا گارسیا نے، ڈریپر اور الینوائے کے بینجمن لیلارڈ کے ساتھ مل کر، ایک اضافی کرلڈ اپ ڈائمینشن کے ساتھ خلا کی زندگی کا حساب لگایا۔ انہوں نے مختلف مستحکم گھنٹیوں اور سیٹیوں پر غور کیا، لیکن انہوں نے پایا کہ زیادہ تر میکانزم بلبلوں کو روکنے میں ناکام رہے۔ ان کے نتائج Witten's کے ساتھ منسلک: جب اضافی طول و عرض کا سائز ایک خاص حد سے نیچے گرتا ہے، تو خلا ایک ہی وقت میں گر جاتا ہے۔ اسی طرح کا حساب - جس میں زیادہ نفیس ماڈلز تک توسیع کی گئی ہے - اس سائز سے نیچے کے طول و عرض کے ساتھ سٹرنگ تھیوری میں ویکیوم کو مسترد کر سکتا ہے۔
کافی بڑی پوشیدہ جہت کے ساتھ، تاہم، خلا کئی ارب سالوں تک زندہ رہ سکتا ہے۔ اس کا مطلب یہ ہے کہ کسی بھی چیز کے بلبلے پیدا کرنے والے نظریات ہماری کائنات سے ممکنہ طور پر میل نہیں کھا سکتے۔ اگر ایسا ہے تو، ارسطو شاید اس سے زیادہ درست تھا جتنا وہ جانتا تھا۔ فطرت خلا کا بڑا پرستار نہیں ہوسکتا ہے۔ انتہائی طویل مدت میں، یہ کسی بھی چیز کو ترجیح نہیں دے سکتا ہے۔
