নিজের পরীক্ষার একটি অংশ উপেক্ষা করে, একজন পদার্থবিদ একটি বদ্ধ quantum system-এর ভেতর থেকে সময়কে emerge করতে বাধ্য করেছেন।

প্রথমবারের মতো, একজন পদার্থবিদ পরীক্ষামূলকভাবে একটি বিচ্ছিন্ন quantum system-এর ভেতর থেকে সময়কে emerge হতে দেখেছেন—একটি "মিনি-ইউনিভার্স" তৈরি করে। এই অদ্ভুত পরীক্ষাটি একটি কৌতূহলোদ্দীপক প্রশ্ন উত্থাপন করে: যদি মহাবিশ্বের বাইরে কিছু না থাকে, তবে সময় কোথা থেকে আসে?

Physical Review Research জার্নালে ১১ জুন প্রকাশিত একটি নতুন গবেষণায়, যুক্তরাজ্যের বার্মিংহাম বিশ্ববিদ্যালয়ের পরীক্ষামূলক পদার্থবিদ জিওভান্নি বারোন্তিনি তার মিনি-ইউনিভার্স তৈরি করতে ultracold পরমাণুর একটি মেঘ ব্যবহার করেছেন। সিস্টেমটি তার চারপাশ থেকে এতটাই ভালভাবে বিচ্ছিন্ন ছিল যে, মহাবিশ্বের মতোই, এর বাইরে ঘড়ি হিসেবে ব্যবহার করার মতো কিছু ছিল না। তিনি সেই সিস্টেমকে দুই ভাগে বিভক্ত করেছিলেন এবং একটি অর্ধেক—যাকে তিনি "dark sector" বলে অভিহিত করেছেন—উপেক্ষা করেছিলেন, যাতে দেখানো যায় যে সময় সম্পূর্ণভাবে সিস্টেমের ভেতর থেকেই arise করতে পারে।

এই ফলাফলটি মহাবিশ্বে সময় কেন আছে তার প্রথম পরীক্ষামূলক আভাস দেয়। "যখন আপনি সবকিছু একসঙ্গে রাখেন, তখন সত্যিই সবকিছু অর্থবহ হতে শুরু করে," বারোন্তিনি Live Science-কে বলেন। "সিস্টেমের ভেতরে সময় কীভাবে গতি বাড়াচ্ছিল বা কমাচ্ছিল, এমনকি থেমে যাচ্ছিল—এটি বেশ আশ্চর্যজনক ছিল, সবকিছু কত ভালভাবে একসঙ্গে মিলে গেল। খুব সুন্দরভাবে, একভাবে। যা পরীক্ষায় খুব বেশি ঘটে না।"

এই কাজটি quantum cosmology এবং thermodynamics-এ দশক ধরে ঘুরে বেড়ানো ধারণাগুলির একটি পরীক্ষামূলক যাচাই। এটি সময় একটি বিভ্রম—এমন কোনো বিস্ফোরক দাবি নয়, তবে এটি প্রথমবার যে কেউ সেই ধারণাগুলিকে ল্যাবে সরাসরি, পরিমাণগতভাবে পরীক্ষা করেছেন।

বাইরে কিছু নেই এমন একটি মহাবিশ্ব

বারোন্তিনি প্রায় ৬০ বছর ধরে পদার্থবিদদের ধাঁধিয়ে দেওয়া একটি সমস্যা দেখতে শুরু করেছিলেন। Wheeler-DeWitt equation—quantum gravity-এর একটি কেন্দ্রীয় সমীকরণ, যে ক্ষেত্রটি আইনস্টাইনের মহাকর্ষ তত্ত্বকে quantum mechanics-এর সঙ্গে একীভূত করতে চায়—মহাবিশ্বকে একটি সম্পূর্ণ সিস্টেম হিসেবে বর্ণনা করে যার কোনো বাহ্যিক সময় parameter নেই। মহাবিশ্বের বাইরে কোনো cosmic ঘড়ি টিকটিক করছে না। তাহলে আমাদের সময়ের অভিজ্ঞতা কোথা থেকে আসে?

একটি প্রভাবশালী ধারণা, যাকে relational time বলা হয়, বলে যে সময় বাস্তবতার একটি মৌলিক উপাদান হিসেবে বিদ্যমান নয়। পরিবর্তে, এটি মহাবিশ্বের ভেতরের সম্পর্ক থেকে emerge করে, যেখানে সিস্টেমের একটি অংশ অন্যটির জন্য ঘড়ি হিসেবে কাজ করে। কিন্তু এই ধারণাটি কখনো ল্যাবে সরাসরি পরীক্ষা করা হয়নি।

বারোন্তিনির অনুপ্রেরণা এসেছিল তার ছেলেকে নির্মাণ খেলনা নিয়ে খেলতে দেখে। "আমি ভাবলাম এটি আমাদের ল্যাবে যা করি তার সঙ্গে খুব মিল," তিনি Live Science-কে বলেন। "আমরা খুব ব্যয়বহুল খেলনা নিয়ে খেলি। আমরা বাস্তবতার নিজস্ব ছোট নমুনা তৈরি করি।"

তার ল্যাবে, সেই নমুনা হল একটি Bose-Einstein condensate—পদার্থের একটি অবস্থা যা কেবল প্রায় absolute zero-তে তৈরি হয়। একটি Bose-Einstein condensate-এ, হাজার হাজার পরমাণু প্রায় স্থবির হয়ে যায় এবং একটি একক quantum বস্তুতে মিলিত হয়, একসাথে আচরণ করে।

সময়ের অন্ধকার দিক

বাইরে কিছু নেই এমন একটি মহাবিশ্বের অনুকরণ করতে, বারোন্তিনি condensate-টিকে একটি trap-এ রেখেছিলেন এবং আলোর একটি পাতলা শীট দিয়ে মাঝখানে দুই ভাগে বিভক্ত করেছিলেন। তিনি একটি অর্ধেক—"bright sector"—ঘনিষ্ঠভাবে পর্যবেক্ষণ করেছিলেন এবং অন্যটি—"dark sector"—ইচ্ছাকৃতভাবে উপেক্ষা করেছিলেন।

Bright sector-এর পরমাণুগুলি trap-এ পিছনে-সামনে দোলাচল করছিল, পর্যায়ক্রমে বাধা অতিক্রম করে আবার ফিরে আসছিল। বারোন্তিনি সেই মুহূর্তগুলিকে, যখন পরমাণু bright sector-এ প্রবাহিত হয়েছিল, "Big Bang" এবং যখন তারা বেরিয়ে গিয়েছিল "Big Crunch" বলে অভিহিত করেছিলেন। তারপর তিনি ট্র্যাক করেছিলেন কীভাবে entropy—ব্যাধির একটি পরিমাপ, বা একটি সিস্টেমের মধ্যে শক্তি কতটা ছড়িয়ে আছে—দুই অর্ধেকের মধ্যে বিনিময় হয়েছিল যখন পরমাণু বাধা অতিক্রম করেছিল।

ল্যাবরেটরি সময় ব্যবহার করে ঘটনাগুলি সাজানোর পরিবর্তে, তিনি একটি "entropic time" তৈরি করেছিলেন—একটি ঘড়ি সম্পূর্ণভাবে সংজ্ঞায়িত যা দ্বারা সিস্টেমের দুই অর্ধেকের মধ্যে কতটা entropy প্রবাহিত হচ্ছিল। যদি entropy প্রবাহিত হচ্ছিল, সময় টিকটিক করছিল। যদি কোনো entropy বিনিময় না হয়, সময় থেমে যেত। "দুই সিস্টেমের মধ্যে entropy বিনিময় একটি অভ্যন্তরীণ সময় পরিবর্তনশীল-এ রূপান্তরিত হতে পারে," বারোন্তিনি বলেন।

সময় গতি বাড়ায়, কমায় এবং থামে

বারোন্তিনিকে সবচেয়ে বেশি অবাক করেছিল সবকিছু কত পরিষ্কারভাবে একসঙ্গে মিলে গিয়েছিল। অভ্যন্তরীণ, entropic সময় নির্ভরযোগ্যভাবে bright sector-এ ঘটনাগুলি সাজিয়েছিল। এটি ল্যাবরেটরি সময়ে দেখা ক্রমের সঙ্গে মিলেছিল, কিন্তু এটি ভিন্ন হারে প্রবাহিত হয়েছিল।

যখন entropy সেক্টরগুলির মধ্যে প্রবাহিত হচ্ছিল, entropic সময় দ্রুত চলছিল। যখন বিনিময় ধীর হয়েছিল, ঘড়িও ধীর হয়েছিল। এবং যখন দুই অর্ধেক ভারসাম্যে পৌঁছেছিল (আর কোনো entropy প্রবাহিত হচ্ছিল না), অভ্যন্তরীণ ঘড়ি সম্পূর্ণভাবে থেমে গিয়েছিল।

"সিস্টেম কী করছিল তার উপর নির্ভর করে সময় গতি বাড়াচ্ছিল বা কমাচ্ছিল, এমনকি থেমে যাচ্ছিল," বারোন্তিনি বলেন।

তারপর তিনি আরও এক ধাপ এগিয়ে যান: এই অভ্যন্তরীণ সময় ব্যবহার করে, তিনি Schrödinger equation-এর একটি সংস্করণ তৈরি করেছিলেন এবং দেখিয়েছিলেন যে এটি পরীক্ষায় তিনি যা দেখেছিলেন তা সঠিকভাবে পুনরুত্পাদন করে। "এটি বেশ আশ্চর্যজনক ছিল, সবকিছু কত ভালভাবে একসঙ্গে মিলে গেল," তিনি বলেন—"খুব সুন্দরভাবে, একভাবে, যা পরীক্ষায় খুব বেশি ঘটে না।"

সময় নিজেই এবং সময়ের তীর—কেন সময় এক দিকে প্রবাহিত হয় অন্যদিকে নয়—উভয়ই একই উৎস থেকে arise করতে পারে: একটি পর্যবেক্ষক তথ্য ছেড়ে দিচ্ছেন। যখন বারোন্তিনি dark sector-এর দিকে না দেখার সিদ্ধান্ত নিয়েছিলেন, তিনি সিস্টেমের সেই অর্ধেক সম্পর্কে জ্ঞান ছেড়ে দিয়েছিলেন। অজ্ঞতার সেই কাজটি, entropy-তে encoded, যা অন্য অর্ধেকে সময়কে জন্ম দিয়েছে।

"সময় এবং সময়ের তীর উভয়ই—হয়তো তারা শুধু অজ্ঞতা থেকে জন্ম নেয়," বারোন্তিনি বলেন। "সময় থাকতে এবং পর্যবেক্ষণ করতে, আপনাকে কিছু স্বাধীনতা ডিগ্রি ছেড়ে দিতে হবে।"

ভবিষ্যৎ

বারোন্তিনি এটিকে কেবল শুরু হিসেবে দেখেন। একই cold-atom tool kit যা তার trap-এ একটি ক্ষুদ্র Big Bang এবং Big Crunch তৈরি করেছিল, তা নীতিগতভাবে আরও অনেক বিদেশী ঘটনা অনুকরণ করতে engineer করা যেতে পারে, যেমন black hole analogue, প্রারম্ভিক মহাবিশ্বের অবস্থা, এবং Big Crunch-এর মুহূর্তে কী ঘটবে।

"এগুলি আমরা খুব সহজভাবে করতে পারি, আমাদের সিস্টেম engineer করার জন্য ইতিমধ্যে থাকা সরঞ্জামগুলি ব্যবহার করে," তিনি বলেন।

এই গবেষণাটি একটি proof of concept—একটি প্রথম প্রদর্শন যে নিয়ন্ত্রিত quantum system পদার্থবিজ্ঞানের কিছু অমীমাংসিত প্রশ্নের জন্য একটি পরীক্ষার ক্ষেত্র হিসেবে কাজ করতে পারে। আপাতত, সেই প্রশ্নগুলি খোলা রয়ে গেছে।