जब मैंने अपनी स्नातक भौतिकी की डिग्री (लगभग 20 साल पहले) शुरू की, “सब कुछ का सिद्धांत क्या है?” एक प्रश्न था जो मैं अक्सर सुनता था। इसका उपयोग एक लेबल के रूप में किया गया था कि कैसे सैद्धांतिक भौतिक विज्ञानी हमारे ब्रह्मांड के प्रारंभिक निर्माण खंडों और उनकी गतिशीलता को नियंत्रित करने वाली ताकतों की गहरी समझ विकसित करने की कोशिश कर रहे थे।

लेकिन क्या यह अच्छा सवाल है? क्या यह वैज्ञानिकों को उन खोजों के लिए मार्गदर्शन करने में मदद करता है जो हमारी समझ को अगले स्तर तक ले जाएंगे? आखिरकार, अच्छा विज्ञान अच्छे प्रश्न पूछने पर निर्भर करता है। या यह सिर्फ “इच्छाधारी सोच” है?

यकीनन, सवाल “सब कुछ का सिद्धांत क्या है?” हमें याद दिलाता है कि अच्छे विज्ञान को सर्वोत्तम प्रश्नों से शुरू करने की आवश्यकता नहीं है। मुझे मेरा आशय समझाने दीजिए।

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मान लीजिए हम एक खेल खेलते हैं। मेरे पास ताशों की एक गड्डी है, और हर पत्ते पर एक अलग जानवर का नाम और तस्वीर छपी है। मैं एक कार्ड चुनता हूं, और आपका काम यह पता लगाने के लिए सवाल पूछना है कि मैंने कौन सा जानवर चुना है। बेशक, एक समझदार सवाल पूछने के लिए, आपको पहले जानवरों के बारे में कुछ जानने की जरूरत है।

पहली बार जब आप खेलते हैं, तो हो सकता है कि आपको पता न हो कि डेक में कौन से जानवर हैं, और आपका पहला सवाल है “क्या यह समुद्र में रहता है?”। मेरा जवाब “नहीं” है और खेल जारी है। फिर कार्ड बनाने की आपकी बारी है। आप अपनी पसंद बनाने के लिए डेक को ध्यान से देखते हैं, और महसूस करते हैं कि इसमें केवल जमीनी जानवर शामिल हैं। “क्या यह समुद्र में रहता है?” शुरू करने के लिए यह एक अच्छा सवाल लग रहा था, लेकिन ऐसा नहीं था।

हम बारी-बारी से खेलते हैं, और जितना अधिक हम खेलते हैं, उतनी ही जल्दी हम यह पता लगाना शुरू कर देते हैं कि कौन सा कार्ड चुना गया है। क्यों? हम अच्छे प्रश्न पूछने में बेहतर हो गए हैं।

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वैज्ञानिक अनुसंधान में प्रश्नों की भूमिका समान है। हम समझ के कुछ स्तर से शुरू करते हैं, और हम उस स्तर की समझ के आधार पर प्रश्न पूछते हैं ताकि इसे सुधारने का प्रयास किया जा सके। जैसे-जैसे हमारी समझ बढ़ती है, हम अपने प्रश्नों को परिष्कृत करते हैं और अधिक व्यावहारिक उत्तर प्राप्त करते हैं।

इसी से उन्नति होती है। “सब कुछ का सिद्धांत क्या है?” पूछने के बारे में भी यही सच है: एक वैज्ञानिक प्रश्न की गुणवत्ता अपरिवर्तनीय नहीं है।

क्यों ‘थ्योरी ऑफ एवरीथिंग’?

कण भौतिकी का मानक मॉडल, आधुनिक विज्ञान के स्तंभों में से एक, न्यूनतावाद की विजय है – यह विचार कि चीजों को छोटे भागों में तोड़कर समझाया जा सकता है।

क्वांटम फील्ड थ्योरी नामक गणितीय भाषा में लिखा गया मॉडल बताता है कि प्राथमिक कण कैसे घूमते हैं और एक दूसरे के साथ बातचीत करते हैं। यह चार ज्ञात मूलभूत बलों में से तीन की प्रकृति की व्याख्या करता है: विद्युत चुंबकत्व, और कमजोर और मजबूत बल जो उप-परमाणु पैमाने पर प्रक्रियाओं को नियंत्रित करते हैं। इसमें गुरुत्वाकर्षण, चौथा बल शामिल नहीं है।

मॉडल क्वांटम यांत्रिकी के लिए खाता है, जो उप-परमाणु कणों की गतिशीलता की संभाव्य प्रकृति का वर्णन करता है, और आइंस्टीन का सापेक्षता का विशेष सिद्धांत, जो वर्णन करता है कि क्या होता है जब सापेक्षतावादी वेग प्रकाश की गति तक पहुंचते हैं – कोई छोटी उपलब्धि नहीं है।

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“सब कुछ का सिद्धांत क्या है?” विचाराधीन धारणा यह है कि मानक मॉडल एक दिन एक बड़ी संरचना (अधिक मौलिक घटकों के साथ) के भीतर सन्निहित पाया जाएगा जो हमें गुरुत्वाकर्षण सहित मौलिक बलों का एकीकृत विवरण देता है। गुरुत्वाकर्षण, वास्तव में, इस प्रश्न का अंतिम फोकस है।

लेकिन सवाल “सब कुछ का सिद्धांत क्या है?” थोड़ा मार्गदर्शन देता है कि हर चीज का ऐसा दृश्य कैसा दिख सकता है। हमें कुछ बेहतर सवालों की जरूरत है।

अब, यह अपेक्षा करने के अच्छे कारण हैं कि मौलिक बलों की ऐसी एकीकृत व्याख्या मौजूद हो सकती है: मानक मॉडल में प्रसिद्ध हिग्स तंत्र शामिल है, जो हिग्स बोसोन का उत्पादन करता है। यह बताता है कि डब्ल्यू और जेड बोसोन नामक प्राथमिक कण, जो कमजोर बल को संचारित करते हैं, एक द्रव्यमान प्राप्त करते हैं। यह यह भी बताता है कि फोटोन, जो विद्युत चुम्बकीय बल को संचारित करता है, क्यों नहीं करता है।

नतीजतन, विद्युत चुंबकत्व और कमजोर बल, जो परमाणु संलयन में शामिल है, जो सितारों को शक्ति प्रदान करता है, कम ऊर्जा पर अलग तरह से व्यवहार करता है: विद्युत चुम्बकीय बल बहुत बड़ी दूरी पर कार्य करता है, जबकि कमजोर बल केवल बहुत बड़ी दूरी पर काम करता है। दूरियां। हिग्स का तंत्र यह भी बताता है कि क्यों, उच्च ऊर्जा पर, ये दो बल एक “इलेक्ट्रोवीक” बल के रूप में व्यवहार करना शुरू करते हैं। इसे इलेक्ट्रोमैकेनिकल एकीकरण कहा जाता है।

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अब, यदि विद्युत चुंबकत्व और कमजोर बल इतने एकीकृत हैं, तो मानक मॉडल में सभी बल क्यों नहीं हैं? दोनों को एक मजबूत बल के साथ एकजुट करने के लिए, बल जो परमाणु नाभिक के घटकों को एक साथ रखता है, भव्य एकीकृत सिद्धांतों का लक्ष्य है। सुपरसिमेट्री जैसे सैद्धांतिक विचार, जो बल वाहकों और पदार्थ के कणों के बीच एक समरूपता का अर्थ है, सुझाव देते हैं कि इन तीन बलों की ताकत पर्याप्त उच्च ऊर्जा पर बहुत करीब हो सकती है।

और अगर विद्युत चुम्बकीय, कमजोर और मजबूत बल एकीकृत हैं, तो गुरुत्वाकर्षण क्यों नहीं?

गुरुत्वाकर्षण को आइंस्टीन के सापेक्षता के सामान्य सिद्धांत द्वारा समझाया गया है, जो द्रव्यमान या कम ऊर्जा पर लागू होता है। लेकिन अगर हम गुरुत्वाकर्षण का एक सुसंगत क्वांटम सिद्धांत चाहते हैं जो छोटे पैमानों पर लागू हो, तो क्वांटम फील्ड सिद्धांत पर्याप्त नहीं है। हमें एक गणितीय ढांचे की आवश्यकता है जो सामान्य सापेक्षता और क्वांटम यांत्रिकी दोनों को लगातार शामिल कर सके।

“सबकुछ के सिद्धांत” में “सब कुछ” प्रकृति की सभी ज्ञात ताकतों को संदर्भित करता है: विद्युत चुंबकत्व, कमजोर बल, मजबूत बल, और गुरुत्वाकर्षण (और नई, काल्पनिक ताकतें भी) और वे कण जिनके बीच वे कार्य करते हैं। “थ्योरी” कुछ सामान्य गणितीय ढांचे के अस्तित्व को संदर्भित करता है जो सभी “सबकुछ” को समझाता है।

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ऐसा ही एक सामान्य गणितीय ढांचा स्ट्रिंग थ्योरी है, जो मानता है कि ब्रह्मांड के सबसे मौलिक निर्माण खंड छोटे तार हैं जो अतिरिक्त-स्थानिक आयामों में कंपन करते हैं जो हम हर रोज अनुभव करते हैं।

बेहतर प्रश्न

प्रश्न वैज्ञानिक जांच का मार्गदर्शन करते हैं। प्रश्न “सब कुछ का सिद्धांत क्या है?” केवल एक गंतव्य के बारे में अटकलें लगाता है, लेकिन यह बहुत कम दिशा देता है।

“सब कुछ का सिद्धांत क्या है?” के प्रश्न का उत्तर देने के लिए सुपरसिमेट्री और स्ट्रिंग थ्योरी जैसे ढांचे विकसित नहीं किए गए थे प्रत्यक्ष रूप से वे इस बारे में बेहतर प्रश्नों से प्रेरित थे कि सभी मौलिक बलों के सिद्धांत को क्या समझाने की आवश्यकता है और यह कैसा दिख सकता है, जैसे: मानक मॉडल और क्वांटम गुरुत्व का ऊर्जा पैमाना। दोनों के बीच भारी विसंगति क्यों है? क्वांटम यांत्रिकी और सामान्य सापेक्षता विरोधाभासी क्यों लगती हैं?

लेकिन सैद्धांतिक भौतिक विज्ञानी जो हमारी समझ बढ़ने पर “क्यों” पूछते हैं, और अब हम जो प्रश्न पूछ रहे हैं, वे हमें प्रकृति की सभी ज्ञात शक्तियों को समझने के लिए पहले से कहीं ज्यादा करीब ला रहे हैं।

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ये नए “क्यों” भौतिकी और गणित के बहुत अलग क्षेत्रों के बीच उल्लेखनीय संबंधों की ओर इशारा करते हैं: होलोग्राम की भौतिकी गुरुत्वाकर्षण को समझने में हमारी मदद क्यों करती है? यह यादृच्छिक संख्याओं के बड़े संग्रह के गुणों से क्यों जुड़ा हुआ प्रतीत होता है? क्वांटम सूचना सिद्धांत ब्लैक होल की भौतिकी की व्याख्या क्यों करते हैं?

लेकिन यह “पुराने के साथ बाहर और नए के साथ” का मामला नहीं है। इसके बजाय, स्ट्रिंग थ्योरी जैसे संभावित “सब कुछ के सिद्धांतों” के विकास और अध्ययन से जो कुछ सीखा गया है, उसके आधार पर इन नए प्रश्नों पर संपर्क किया जाता है।

और ये नए प्रश्न अच्छे प्रश्न हैं। दिलचस्प बात यह है कि वे अभी भी सबसे अच्छे प्रश्न नहीं हो सकते हैं, और उनका मार्गदर्शन करने का मतलब यह नहीं है कि हम जानते हैं कि हम कहाँ समाप्त होंगे। यही वैज्ञानिक खोज है।