ક્વૉન્ટમ : ગરમ પદાર્થ અને ઉષ્મા-વિકિરણ વચ્ચેની આંતરક્રિયામાં ઊર્જાની થતી આપલેનો વિશિષ્ટ એકમ. મૅક્સ પ્લાંક નામના વિજ્ઞાનીએ આ એકમને 1900માં પ્રસ્થાપિત કર્યો હતો. આમ ‘ક્વૉન્ટમ’ શબ્દનો ઉદય વીસમી સદીના પ્રારંભે થયો. ત્યાર બાદ ફોટો-ઇલેક્ટ્રિક અસરની સમજૂતી આપતાં વિજ્ઞાની આલ્બર્ટ આઇન્સ્ટાઇને પ્રતિપાદિત કર્યું કે વિકિરણ-તરંગની ઊર્જા, આ વિશિષ્ટ એકમના ગુણાંકમાં જ હોય છે. ગ્રીક મૂળાક્ષર ‘ન્યૂ’ ν આવૃત્તિના તરંગની ઊર્જાનો એકમ hν છે, તે તરંગની ઊર્જાનું મૂલ્ય કોઈ પણ હોઈ શકે એવી તે વખતે પ્રવર્તતી માન્યતાથી સાવ ભિન્ન છે.
[h = પ્લાંકનો અચળાંક છે જેનું મૂલ્ય 6.625 x 10–34 જૂલ સેકન્ડ છે.] ઊર્જાના આ એકમ hνને ‘ક્વૉન્ટમ’ કહ્યો. સરળ ભાષામાં ક્વૉન્ટમ એટલે વિશિષ્ટ એકમની ઊર્જાનું ‘પડીકું’ (packet). આ નિયમના વિસ્તૃતીકરણમાં બધા જ જુદા જુદા તરંગોને આવરી લેવામાં આવેલા છે. વિદ્યુતચુંબકીય તરંગનો ક્વૉન્ટમ ફોટૉન, ધ્વનિ-તરંગનો ક્વૉન્ટમ ફોનૉન, ગુરુત્વતરંગનો ક્વૉન્ટમ ગ્રેવિટૉન અને પ્લાઝ્મામાં ઉદભવતા તરંગનો ક્વૉન્ટમ પ્લાઝમૉન છે. આમ અનેક ક્વૉન્ટમનું નામાભિધાન થયેલું છે. ક્ષેત્રસિદ્ધાંત(field theory)માં પણ મૂળભૂત સૂક્ષ્મ કણના અસ્તિત્વને તે ક્ષેત્રના ક્વૉન્ટમ તરીકે સ્વીકારેલ છે.
ભૌતિકશાસ્ત્રમાં ‘ક્વૉન્ટમ’ શબ્દ નામ કરતાં વિશેષણ રૂપે વધુ પ્રચલિત છે; જેમ કે, ક્વૉન્ટમ સિદ્ધાંત, ક્વૉન્ટમ ઔદ્યોગિકી, ક્વૉન્ટમ ક્ષેત્રસિદ્ધાંત વગેરે. પરમાણુની સ્થિર અવસ્થા, પરમાણુમાંથી ઉત્સર્જિત થતા તરંગની તરંગલંબાઈ તથા ઇલેક્ટ્રૉનનું પણ તરંગની જેમ વિવર્તન શક્ય છે.
આ બધી ઘટનાની સંતોષકારક સમજૂતી આપવા માટે પ્રચલિત વિજ્ઞાનના નિયમો અસમર્થ નીવડ્યા. 1910થી 1930 સુધીના સમયગાળામાં નીલ્સ બોહર, હાઇસનબર્ગ, શ્રોડિંજર તથા મૅક્સ બૉર્ન જેવા વિજ્ઞાનીઓએ સૂક્ષ્મતમ કણોની ગતિ તથા તેમની ક્રિયાની સમજૂતી અંગેના નિયમો આપ્યા; ત્યારથી ક્વૉન્ટમ યંત્રશાસ્ત્રનો ઉદય થયો. સૂક્ષ્મ કણની કોઈ પણ રાશિનું માપન કરતાં જ તેમાં નોંધપાત્ર ફેરફાર ઉત્પન્ન થતો હોય છે. ક્વૉન્ટમ યંત્રશાસ્ત્રનો આ મુખ્ય સિદ્ધાંત છે. આ કારણથી માપન કરવામાં આવતી રાશિમાં અનિશ્ચિતતા ઉદભવે છે, જેને ‘હાઇસનબર્ગના અનિશ્ચિતતાના સિદ્ધાંત’ (Heisenberg’s uncertainty principle) તરીકે ઓળખવામાં આવે છે. શ્રોડિંજરના સમીકરણમાં આ જ માહિતી અપરિવર્તી કારક (non-commuting operators) તરીકે લેવામાં આવેલી છે. ચિરપ્રતિષ્ઠિત (classical) યંત્રશાસ્ત્રમાં ન્યૂટનના નિયમ અનુસાર, કોઈ પણ કણનો પથ નિશ્ચિતપણે જાણી શકાય છે. ક્વૉન્ટમ યંત્રશાસ્ત્ર આનું સંપૂર્ણપણે ખંડન કરે છે. તે મત પ્રમાણે કોઈ પણ કણ વિશેની માહિતી શ્રોડિંજરના તરંગવિધેયમાંથી સંભાવ્યતા (probability) સ્વરૂપે જ જાણી શકાતી હોય છે.
મધુબહેન શાહ