Edward Witten and David Gross on String theory ,सूत्रसिद्धांत एडवर्ड विट्टन डेव्हीड ग्रॉस

सूत्रसिद्धांताचे भाष्यकार आणि गणिती - एडवर्ड विट्टन यांच्याशी बातचित

एडवर्ड विट्टन

एडवर्ड विट्टन हे एक अमेरिकी भौतिकशास्त्रज्ञ[1] आहेत. सूत्र सिद्धांत[2], पूंज गुरूत्व[3], अतिसंगतीत क्षेत्र सिद्धांत[4] या विषयांमधले ते एक तज्ज्ञ व्यक्ती आहेत. थोर गणितज्ज्ञांना[5] दिले जाणारे ‘फिल्डस मेडल’ मिळवणारे आत्तापर्यंतचे ते  एकमेव भोतिकशास्त्रज्ञ आहेत. सैद्धांतिक भौतिकीचे आंतरराष्ट्रीय केंद्र[6] तर्फे बेंगरुळु येथे आयोजित केलेल्या ‘सूत्र परिषद २०१५’[7] साठी ते आले होते. त्यावेळी सुभाश्री देसिकन यांच्याशी त्यांची बातचित झाली ती अशी –

बहुतेक भौतिकी सिद्धांत एक तर प्रत्यक्ष प्रयोगातून मिळणार्‍या निरीक्षणांवर आधारलेले असतात किंवा त्या निरीक्षणांमधून तुमचा सिद्धांत योग्य मार्गावर आहे का हे तपासता येते. सूत्र सिद्धांतासाठी असे कोणते मार्गदर्शक प्रयोग नाहीत, तेव्हा सूत्र - सैद्धांतिक लोक कोणत्या आधारावर पुढे जातात?

-    विसाव्या शतकात भौतिकशास्त्रात दोन श्रेष्ठ सैद्धांतिक कल्पना समोर आल्या. एक - पूंजयांत्रिकी[8] आणि दोन – आईनस्टाईन यांचा गुरूत्व-सिद्धांत[9] (आईनस्टाईन त्याला साधारण सापेक्षतावाद[10] म्हणतात.). पूंजयांत्रिकीमुळे आपल्याला अणू[11]-रेणू[12], अणूपेक्षाही लहान कण[13] स्पष्ट करता आले तर गुरूत्व-सिद्धांतामुळे तारे[14], आकाशगंगा[15], एकंदर विश्व[16] यांच्याबद्दलची समज वाढली. या दोन संकल्पना परस्परविरोधी आहेत. आईनस्टाईन यांच्या गुरुत्व-सिद्धांताला ‘पूंजीकरणा’[17]चे प्राथमिक नियम लागू करायला लागलो तर मोठी विसंगती निर्माण होते. तारे हेही अणू-रेणूंचेच बनलेले असल्यामुळे अणू-रेणूंना एक सिद्धांत आणि तार्‍यांना दुसरा सिद्धांत यात काहीच तारतम्य नाही. सूत्रसिद्धांतामुळे हे दोन्ही सिद्धांत सुसंगत करण्यासाठी एक चौकट निर्माण झाली आहे. सूत्रसिद्धांत योग्य दिशेने जात आहे हे लक्षात येण्यासाठी इतर अनेक परिस्थितीजन्य संकेत मिळत असले तरी सर्वसमावेशक गुरुत्वसिद्धांत आणि अन्य बलांशी असलेली त्यांची सांगड घालणे हे ज्या सुभगतेने सूत्रसिद्धांताला शक्य झाले आहे त्यातच त्याचे यश आहे. गुरुत्व आणि पूंजयांत्रिकी यांच्यात सांगड घालण्यात यश आल्यामुळेच लोकांना सूत्रसिद्धांतात रस निर्माण झाला आहे.

सूत्रसिद्धांताचा पडताळा घेता येईल असा एखादा प्रयोग कधी रचता येईल का? तसे झाले तर त्याच्यामुळे कोणता पैलू तपासता येईल?

-    अतिसंगतता[18] हा सूत्रसिद्धांताचा एक फार महत्वाचा पैलू आहे. आपण तेवढे भाग्यवान असू तर एवढ्यातच सुरू झालेल्या ‘लार्ज हॅड्रॉन कोलायडर’[19]च्या नव्या परिक्षणांमध्ये आपल्याला अतिसंगततेचा पुरावा मिळेल. – या परिषदेत हुआन माल्डासेना[20] यांनी आपल्या भाषणात विश्वस्थितीशास्त्रात[21] सूत्रसिद्धांताचे पुरावे कसे आढळू शकतील हे सांगितले आहेच मात्र या दुसर्‍या पुराव्यासाठी आपण जास्तच भाग्यवान असायला हवे.

हे पुरावे प्रत्यक्ष दिसण्याच्या स्थितीच्या किती जवळ आपण आत्ता आहोत?

-    निमा अर्कानी हामेद यांच्यासह केलेल्या कामातून पुढे आलेला एक प्रस्ताव हुआन माल्डासेना[22] यांनी मांडला आहेच. हा प्रस्ताव उपयुक्त ठरला तर ती एक महान घटना असेल. अन्यथा अशा प्रयोगाचे तंत्र विकसित व्हायला अजून काही दशके तरी लागतील. त्यातही विश्वस्थितीशास्त्रातही काही आशावादी गृहितके जमेस घ्यावी लागतील कारण विश्वातून मिळणारे संकेत आपल्या मापनाच्या क्षमतेपेक्षा कितीतरी कमी क्षमतेचे असल्याचे आढळते. त्यामुळे आपल्याला दिर्घ काळ आस लावून बसावे लागणार.

कृष्णविवरे[23], न्यूट्रॉन तारे, न्यूट्रिनो, गुरुत्वलहरी[24] यांच्या संकल्पना प्रथम मांडल्या गेल्या तेव्हा या सार्‍या गोष्टीही मोजमाप करण्याच्या कल्पनेच्याही पलिकडे होत्या. या प्रत्येक गोष्टींसाठी काही ना काही अकल्पित घडलेच, तंत्रात सुधारणा असेल किंवा विश्वाबाबतचा नवा शोध असेल – या दोन्ही क्षेत्रांमध्ये अकस्मात प्रगती झाली.

आईनस्टाईन याच्या साधारण सापेक्षतावादाच्या सिद्धांताला आता १०० वर्षे झाली आहेत. तिचा मुख्यत: कोणते आघार या सिद्धांताच्या जडणघडणीसाठी वापरले गेले? तसेच या क्षेत्राच्या शोधयात्रेत कोणते पडाव सांगता येतील? 

-    आईनस्टाईनचा सिद्धांत नसता तर आपल्याला विश्वस्थितीशास्त्राचा काहीच उलगडा झाला नसता. त्याहीपेक्षा महत्वाचे म्हणजे आपल्याच सूर्यमालेची अनेक मापने करताना आईनस्टाईनच्या सिद्धांताच्या सत्यतेचा पडताळा आला आहे. गुरुत्वामुळे दूरदूरच्या आकाशगंगांचे होणारे भासमान स्थलांतर बघताना आईनस्टाईनच्या सिद्धांताचा पडताळा आलेला आहे. हल्स आणि टेलर यांना स्पंदक[25] जोडतार्‍या[26]बाबत त्यांनी केलेल्या संशोधनामुळे नोबेल पुरस्कार मिळाला, त्या संशोधनातून गुरुत्वीय लहरींच्या अस्तित्वाचे ठोस पुरावे मिळाले. आणि अर्थातच कृष्णविवरे - आईनस्टाईनचा सिद्धांत नसता तर आपल्याला त्यांची कल्पनाही करता आली नसती.

तुमच्या गणित विषयातल्या मुलभूत योगदानामुळे तुम्हाला फिल्ड मेडलचा सन्मान मिळाला. तुमच्या भौतिकशास्त्रातल्या अंतर्दृष्टीने गणिताचाही विकास केला. यामुळे दोन्ही विषय तुल्यबळ झाले असं वाटतं का?

-    एक विसरू नका, इतिहासात जाऊन बघितलंत तर जे भौतिकशास्त्रज्ञ होते ते गणितज्ज्ञही होते. १८व्या शतकात आणि अगदी १९व्या शतकाच्या सुरुवातीलाही एका विषयाचा अभ्यास करणारी व्यक्ती दुसर्‍या विषयांचाही अभ्यास करत असे. पण नंतर एकेका विषयातील तज्ज्ञतेचा दौर आला आणि २०व्या शतकात भौतिकशास्त्राज्ञांनी असे काही शोध लावले की त्यांच्यामुळे भौतिकशास्त्र आणि गणित यांच्यात अंतर पडत गेले. गणितातही तज्ज्ञतेचा दौर आला. पण आमच्या काळी, गेल्या काही दशकांत पूंजक्षेत्रातील काही शोध आणि सूत्रसिद्धांत यांमुळे भौतिकशास्त्रज्ञांना गणितातले काही नवे प्रश्न पडले – गणिताचा वापर काही नव्या पद्धतीने करणे आणि त्याच बरोबर गणितालाही नवी दृष्टी देणे भाग पडले.

एका अर्थाने गणिताने आखून दिलेल्या चौकटीत भौतिक सामावू शकत नाही असे दिसते, हे बरोबर आहे ना?

-    बरोबर, भौतिकीचे नियम आकारबद्ध करण्यासाठी गणित ही एक भाषाच झाली. जेव्हापासून न्यूटनने आधुनिक भौतिकीचे नियम नेमकेपणाने बांधयला सुरुवात केली तेव्हापासून गणितच भोतिकीची भाषा झाली. लक्षात घ्या, न्यूटन हा कलनशास्त्रा[27]च्या निर्मात्यांपैकी एक होता. कलनशास्त्राचा शोध न्यूटनने लावला कारण त्याला त्याची समीकरणे समजून घेण्यासाठी कलनशास्त्राची गरज होती. एकंदर इतिहासात काही काळ असाही होता की जेव्हा भौतिकशास्त्रातले नवे शोध मांडायला तत्कालिन गणित पुरेसे पडत होते – त्या काळात भौतिकशास्त्रज्ञांना गणितात काही सहभाग देण्याची वेळ आली नाही. पण न्यूटनच्या काळात तसेच १९व्या शतकात जेव्हा भौतिकशास्त्रज्ञांच्या आंशिक विकलक समिकरणां[28]मुळे गणितालाही एक वेगळी दिशा मिळाली. गणिताची प्रगती झाली.

सूत्रसिद्धांत केवळ मूलभूत कणांचा सिद्धांत आहे की भौतिकी आणि गणित यांच्या विविध शाखांचा विकास करण्याची संधी असणारी बहुविध उपयोगिता असणारी एक चौकट?

-    माझ्या मते दोन्हीही. मला वाटते मूलभूत कणांचे स्वरूप आत्तापेक्षा अधिक खोलवर जाऊन समजावून घ्यायला त्याचा मोठा आधार ठरेल. गुरुत्व आणि विविध बल प्रकारांचे सुसूत्रिकरण करणे त्यामुळे शक्य होईल. आणि हे सारे भौतिकशास्त्राचा पाया असल्यामुळे भौतिकीच्या विविध प्रस्थापित सिद्धांताकडेही एका वेगळ्या सूक्ष्म नजरेने पहाणे शक्य होईल. गणितामध्येही एक नवीन समजूत विकसित होईल. गणिताचा विस्तार होईल.

जगात घडणार्‍या घटना आणि चळवळी यांच्याकडे बघण्यासाठी तुम्ही वेळ काढता का? त्यातल्या कोणत्या क्षेत्राबद्दल तुम्हाला विशेष आस्था आहे?

-    जगात घडणार्‍या अनेक गोष्टीं माझ्या मनावर ठसा उमटवतात. त्यातली एक गोष्ट - ज्यात मी वैयक्तिकरित्या खूप गुंतलेलो आहे ती गोष्ट म्हणजे इस्राइल आणि पॅलेस्टाईन यांच्यातला संघर्ष. १९९१ पासून मी – शांतीसाठी अमेरिकी – या संघटनेचा पदाधिकारीही होतो. इस्राएलमध्ये शांती नांदावी आणि या दोन देशांमध्ये सलोखा रहावा असा आमचा प्रयत्न असतो.

तुम्हाला विद्यार्थ्यांना काही संदिश द्यायचा आहे का?

-    विद्यार्थ्यांना मला एवढेच सांगायचे आहे की भौतिकशास्त्र असेल किंवा गणित असेल किंवा विज्ञानाची अन्य शाखा सगळीकडे अजून क्षितीज पूर्वीइतकेच पसरलेले आहे. तुम्हाला अजूनही ते बोलावते आहे.

---

[1] Physicist.

[2] String theory.

[3] Quantum Gravity. 

[4] Super-symmetric Field Theory.

[5] Highest Mathematicians

[6] International centre for Theoretical Physics.

[7] Conference Strings 2015

[8] Quantum mechanics.

[9] Theory of Gravity.

[10] General Theory of relativity.

[11] Atom

[12] Molecule

[13] Sub atomic particles

[14] Stars

[15] Galaxies

[16] Universe

[17]Quantization

[18] Super symmetry

[19]Large Hadron Collider

[20] Juan Maldacena

[21] Cosmology

[22] Yuan Maldacena

[23] Black holes

[24] Gravity waves

[25] Pulsar

[26]Binary

[27] Statistics

[28] Partial differential equation.

[29] Particle Physicist.

[30] Kavli Institute for Theoretical Physics.

[31] Frank Wilczek

[32] David Politzer

[33] Quantum chromodynamics

[34] Asymptotic Freedom

[35] Theory of the nuclear force

डेव्हिड ग्रॉस - भारतात गणित आणि भौतिकीची उत्तम परंपरा आहे पण -

डेव्हिड ग्रॉस

डेव्हिड ग्रॉस – हे एक सूत्रसिद्धांत आणि कणभौतिकीती[1]ल वैज्ञानिक असून - सांता बार्बारा येथील सैद्धांतिक भौतिकशास्त्रात संशोधन करणार्‍या कावली इंस्टिट्यूट[2]मध्ये कार्यरत आहेत. त्यांना इ.स. २००४मध्ये फ्रँक यिल्चेक[3] आणि डेव्हिड पोलित्झर[4] यांच्यासह भौतिकशास्त्रातील नोबेल पुरस्कार देण्यात आला. त्यांनी पूंजिक वर्णगतिकी[5]च्या विकासात आपल्या (असिम्प्टॉटिक फ्रिडम) शून्यांतरीत मुक्ती[6]च्या शोधाने मोठाच हातभार लावला. ते बेंगळुरु येथील सैद्धांतिक भौतिकी विषयक आंतरराष्ट्रीय केंद्राच्या (आय सी टी एस) सल्लागार मंडळाचे अध्यक्ष आहेत. त्यांच्याशी शुभश्री देसिकन ने केलेल्या बातचितीचा सारांश –

तुम्ही जगातील आणि भारतातील - विज्ञान आणि राजकारण यांच्यात होणार्‍या घडामोडी बारकाईने पहात असता –

-    गेली २० वर्षे मी भारतात जा-ये करतो आहे. दहा वर्षांपूर्वी भारत आपल्या साचलेपणातून बाहेर पडायला लागला. राजकारणी आणि उच्चस्तरीय लोकांशी बोलल्यावर लक्षात आले की त्यांना विज्ञान-तंत्रज्ञानाच्या शिक्षणात आणि संशोधनात काही करून दाखवायचे आहे. पण माझ्या इथल्या सहकार्‍यांना, काही अपवाद सोडता, त्याबद्दल बिलकुल आशा नव्हती. या केंद्राचे संचालक स्पेंटा वाडीया आणि त्याच्या सहकार्यांना हे केंद्र उभारण्याच्या कामी मी मदत करत होतो. हा अतिशय अद्भूत उपक्रम आहे. याच्या स्थापनेमागे एक महत्त्वाची प्रेरणा होती – ती म्हणजे या केंद्राच्या माध्यमातून भौतिकशास्त्र, खगोलशास्त्र, विश्वस्थितीशास्त्र, गणित, जीवशास्त्र यातील विविध वैज्ञानिक एका छताखाली एकत्र येतील आणि आपापल्या अभ्यासांच्या चिंतनातून आलेल्या शहाणपणातून चर्चा-संवाद करतील आणि निसर्गाने आपल्या समोर मांडलेल्या गूढ गोष्टींची उकल त्यातून करण्याचा प्रयत्न करतील. भारतात असे करणे नक्कीच शक्य आहे याबद्दल मला नेहमीच खात्री वाटत आली आहे. भारतात गणित आणि विज्ञानाला मानणारी ५००० वर्षांपासून चालत आलेली परंपरा आहे. आणि गेल्या शंभर एक वर्षांपासून येथे वैज्ञानिक संशोधन करणार्‍या संस्थांचे एक जाळेही निर्माण झाले आहे.

भारत हे मुख्यत: तत्व-चिंतनाचे स्थान मानले जाते......

-    सैद्धांतिक मांडणी करायला खर्च कमी येतो. भारतात गणित आणि सैद्धांतिक भौतिकीची एक उच्च दर्जाची परंपरा चालत आली. परंपरा, संस्कृती आणि आदर्श महत्त्वाचे असतात. प्रत्यक्ष प्रयोगाने विज्ञानाच्या कल्पना सिद्ध करणे यासाठी बरीच गुंतवणूक करावी लागते. पण तसे करण्याची नितांत आवश्यकता आहे.

सैद्धांतिक बाबींच्या मागे लागून त्यांचा विकास करत राहणे आणि प्रयोगाकडे दुर्लक्ष करणे शक्य आहे का?

-    नाही. ते पोषक राहात नाही. क्वचित इतर ठिकाणची संशोधने उसनी-पासनी घेऊन तसे करणे काही काळासाठी करायला जग मान्यता देईल, पण ही गोष्ट बदलण्याची जरूरी आहे आणि ती बदललीच पाहीजे. अर्थात त्यासाठी निर्धार हवा, स्रोतांची गुंतवणूक लक्षणीय हवी आणि आपण जगाच्या पातळीवर उभे राहू शकतो असा आत्मविश्वास हवा. भारताने असा आत्मविश्वास न दाखवण्याचे काहीच कारण नाही.

कार्यक्षम व्यक्तिंच्या नेमणूका होण्याबाबत तुम्ही भारतात जे निरीक्षण केलेत त्याबद्दल काही सांगाल?

-    हो, नक्कीच. मी केंद्राच्या आंतरराष्ट्रीय सल्लागार मंडळात काम केले आहे. माझ्या अनेक निरीक्षणांमधलं एक निरीक्षण असं आहे सरकारांची निवृत्ती विषयीचे धोरणे घातक आणि मूर्खपणाची आहेत. लोकांना ६०व्या (फार तर ६५व्या) वर्षी निवृत्त होण्याची सक्ती केली जाते. हे धोरण कदाचित १९५० साली वगैरे ठीक असेल – तेव्हा लोक बहुधा साठीपर्यंतच जगत असतील ! पण आता लोक नव्वदीदेखील गाठतात. विज्ञानाच्या क्षेत्रात जगाचे नेतृत्व करू शकतील अशा माणसांची मोठी खाण भारतात नाही, उलट त्यांची कमतरता आहे. अशा वेळी तर निवृत्तीचे हे धोरण म्हणजे बौद्धिक संपदेची नासाडीच म्हटली पाहिजे. मी स्वत: ७४ वर्षांचा आहे. निवृत्त होण्याचा कोणताही विचार मी करत नाही. खरं तर उलट आहे, ६० वर्षांपर्यंत आलेल्या अनुभवाच्या बळावर ते  विज्ञानाजगताला पुढे न्यायला सक्षम झालेले असतात. मला तर असे वाटते की यामुळे भारतात मूलभूत मानवी हक्क डावलला जात आहे. वय या आधारावर अशी भेदाची वागणूक देणे आणि जात, धर्म, वंश, लिंग या आधारावर भेदाभेद करणे सारखेच अविवेकी आहे. साठीला न पोचलेले काही लोक विशीपासूनच झोपा काढत असतात. साठी ओलांडलेले काही लोक नव्वदीतही दर्जेदार कामे करत असतात.

सूत्र सिद्धांतापुढे सध्या कोणती आव्हाने आहेत?

-    बरीच आव्हाने आहेत. सर्वात मोठे म्हणजे आपण योग्य दिशेने जात आहोत की नाही ते निसर्गातून मिळणार्‍या  सूचकांच्या आधारे शोधणे. याचा निर्देश करणारे काही प्रयोग शोधता आले तर ते फार उपयोगी ठरेल. अशा प्रकारचे भव्य प्रयोग ‘लार्ज हॅड्रॉन कोलायडर’ मध्ये चालू आहेत. त्यांना हिग्ज कणाचा शोध लागला ही मोठीच उपलब्धी आहे. काही आठवड्यांमागे तेथील प्रयोग पुन्हा सुरू झाले आहेत. आम्ही कल्पना केलेल्या काही गोष्टी त्यांना प्रयोगात आढळतील का याची उत्सुकता वाटते आहे. आणि अपेक्षेपेक्षा काही वेगळे सापडते का याबद्दल तर अधिकच उत्सुकता आहे. त्यांना जे काही आढळून येईल त्याबद्दल कुतूहल आहेच कारण त्यामुळे आपल्याला निसर्गाची अधिक ओळख होईल.

या प्रयोगांमध्ये मान्य विज्ञानापेक्षा वेगळे पुरावे सापडत आहेत का?

-    आम्हाला वाटतंय की अशा शोधांपर्यंत ते पोचत आहेत पण अजून तसे ठोस पुरावे हाती आले नाहीत. आज मान्य असलेल्या भौतिकशास्त्राच्या पलिकडे काही आहे असे सैद्धांतिकांचे अनुमान आहे, पण असा चपखल प्रयोगात्मक पुरावा अजून मिळालेला नाही. अर्थात या ‘लार्ज हॅड्रॉन कोलायडर’ने अजून आपली १०% कुवतही वापरलेली नाही. नजिकच्या भविष्यात तिचा पूर्ण वापर होईल तेव्हा काय आढळून येईल याची मोठी उत्सुकता आहे. भौतिकशास्त्र म्हणजे एका अर्थाने जुगाराचा डाव लावण्यासारखे आहे. या डावातून काय बाहेर येईल ते पहायचे. तीच त्याची गंमत आहे. नक्की काय होईल याची खात्री आपण देऊ शकत नाही. आम्ही तत्वज्ञ काही अपेक्षित करतो पण शेवटचा हात निसर्गाचाच असतो.

भौतिकशास्त्रात इतके काम करण्याची शक्ती तुमच्यात कोठून येते?

-    ती एक गंमत आहे. समजा एखाद्यावेळी पुढे जाण्याइतकी ताकद माझ्यात शिल्लक नसेल तर मी थांबतो. आपल्याला आयुष्यात कधीही उबग येता कामा नये - असे मी माझे ध्येय्य ठरवले आहे. त्यामुळेच मला भौतिकशास्त्राचे आकर्षण वाटते. विस्मयकारक प्रश्न, विस्मयकारक गूढे, आणि बर्‍याचदा – हा निसर्ग कसा चालतो याची मिळणारी उत्तरे. उदाहरणार्थ - शून्यांतरीत मुक्ती आणि अणूगर्भातील बला[7]चा सिद्धांत.

मी विद्यार्थी असताना अणूगर्भातल्या बलाबद्दल कोणाला काहीही समजत नव्हते.

त्यामुळे तो प्रश्न सोडवण्याचा अनुभव येणे आणि तशी संधी मिळणे आणि त्यातून पुढे काम करून एक सिद्धांत विकसित करणे हे खरोखरच विस्मयकारक होते.

गणिताची पार्श्वभूमी नसणार्‍यांना यातले सौंदर्य समजावून देणे खूप कठीण आहे.

तुम्हाला ‘आशा’ आणि ‘आनंद’ या दोन्ही भावना एकाच वेळी असतात त्या क्षणी.

अर्थात असे क्षण फारच क्वचित येतात, पण त्यात अत्यूच्च आनंद असतो.

तुम्ही तुमच्या आणि इतरांच्या कामातूनही निसर्गाच्या सौंदर्याला दाद देऊ शकता, या पेक्षा आणखी काय हवे? मी अतिशय भाग्यवान माणूस आहे.

---

[1] Particle Physicist.

[2] Kavli Institute for Theoretical Physics.

[3] Frank Wilczek

[4] David Politzer

[5] Quantum chromodynamics

[6] Asymptotic Freedom

[7] Theory of the nuclear force