ऑप्टिकल डेटा ट्रांसमिशन और संचार के लिए किया जा सकता है पदार्थ की अव्यवस्थित अवस्था के पीछे पहचाने गए तंत्र का उपयोग

शोधकर्ताओं ने पदार्थ की हाल ही में खोज की गई विचित्र अव्यवस्थित अवस्था के उभरते गुण के पीछे के तंत्र का पता लगाया है जिसे “हाइपरयूनिफॉर्मिटी” के रूप में जाना जाता है।

हाइपरयूनिफ़ॉर्मिटी कुछ विषम माध्यम की एक विशेषता है जिसमें लंबी-तरंगदैर्घ्य रेंज में घनत्व में उतार-चढ़ाव शून्य हो जाता है। हाइपरयूनिफ़ॉर्म अव्यवस्थित सामग्रियों को विभिन्न प्रारूपों में देखा गया है जैसे कि क्वासिक्रिस्टल, ब्रह्मांड की बड़े पैमाने की संरचनाएँ, नरम और जैविक आधारित इमल्शन और कोलाइड्स आदि।

द्रव्यमान, ऊर्जा और आवेश परिवहन प्रकृति में सर्वव्यापी है और यह विभिन्न तरीकों से प्रकट होता है, जिसमें बादल निर्माण, पदार्थों के माध्यम से ऊष्मा और विद्युत चालन, यातायात प्रवाह, कणिकामय माध्यम में हिमस्खलन, नदियों का नेटवर्क और पर्वत श्रृंखलाओं का निर्माण तथा कोशिकाओं में बूंदों का स्व-संयोजन आदि शामिल हैं।

आसानी से समझने के लिए पहले शहर में यातायात प्रवाह पर विचार करें। शहर के यातायात में आप कारों और बसों को एक प्रणाली में छोटे “कणों” के रूप में सोच सकते हैं, जो एक पदार्थ में घूमने वाले इलेक्ट्रॉनों के समान हैं जो एक कंडक्टर या इन्सुलेटर के रूप में व्यवहार कर सकता है। इसी तरह बादलों को बनाने के लिए समुद्र से जल वाष्प का मार्ग, साथ ही जिस तरह से नदियाँ प्रभावी जल हस्तांतरण के लिए जटिल नेटवर्क विकसित करती हैं, वे काफी हद तक समान हैं।

जिस तरह यातायात नियम सड़क को व्यवस्थित रखने में मदद करते हैं, उसी तरह प्राकृतिक प्रणालियाँ भी समरूपता और संरक्षण सिद्धांतों (जैसे, ऊर्जा, द्रव्यमान, विद्युत आवेश और गति, आदि से संबंधित) द्वारा नियंत्रित कुछ मानदंडों का पालन करती हैं। ये नियम अक्सर कई तरह की प्रणालियों में सरल और संभवतः सार्वभौमिक व्यवहार की ओर ले जाते हैं।

उदाहरणस्वरूप, यदि आप थर्मामीटर को “थर्मस फ्लास्क” में संग्रहीत पानी में रखते हैं, तो रीडिंग एक ही रहेगी, चाहे आप इसे कहीं भी रखें। इसका मतलब है कि तापमान पूरे समय एक समान रहता है और लंबे समय तक कुछ भी बदलता नहीं दिखता है। ऐसा लगता है जैसे समय स्थिर हो। भौतिक विज्ञान में, इस प्रकार की प्रणाली को संतुलन प्रणाली के रूप में जाना जाता है जहाँ समय-स्थानांतरण और समय-उलट समरूपता की अवधारणाएँ लागू होती हैं। ये विचार सादी कार्नोट, जेम्स क्लर्क मैक्सवेल , रुडोल्फ क्लॉसिअस, लुडविग बोल्ट्ज़मान और विलार्ड गिब्स जैसे ऊष्मागतिकी पर काम करने वाले अग्रणी वैज्ञानिकों द्वारा विकसित किए गए थे।

समय उलट समरूपता सिद्धांत के अनुसार, सैद्धांतिक रूप से ऐसी प्रणाली में होने वाली घटनाओं को ‘रिवाइंड’ किया जा सकता है- जैसे कि हमारे थर्मस फ्लास्क में पानी के अणुओं की टक्कर और सब कुछ विपरीत दिशा में घटित होते हुए देखा जा सकता है, ठीक वैसे ही जैसे किसी फिल्म को पीछे की दिशा में चलाया जाता है।

हालाँकि, अव्यवस्थित प्रणाली में अतिसमानता प्राप्त करने के लिए समय-उलट समरूपता को तोड़ा जाना चाहिए। शोधकर्ता अतिरिक्त संरक्षण कानून की उपस्थिति में बाहरी बल के आवेदन जैसी स्थितियों के तहत समय-उलट समरूपता को तोड़ने के परिणामों की खोज कर रहे हैं।

विज्ञान एवं प्रौद्योगिकी विभाग के स्वायत्त संस्थान एस.एन. बोस राष्ट्रीय मूल विज्ञान केंद्र (एस.एन.बी.एन.सी.बी.एस.) के वैज्ञानिकों ने प्रदर्शित किया है कि घनत्व में गड़बड़ी पदार्थ में फैलने वाली ऊष्मा ऊर्जा की तरह फैलती है, लेकिन इन गड़बड़ियों के घटित होने की संभावना बहुत कम होती है क्योंकि अतिरिक्त संरक्षण नियम के कारण कणों की गतिशीलता अत्यधिक सीमित होती है।

अतिसमान प्रणालियों में दमित उतार-चढ़ाव के लिए जिम्मेदार यह तंत्र पदार्थ की हाल ही में खोजी गई विचित्र अव्यवस्थित अवस्था के उभरते गुणों की व्याख्या करता है, जिसे “अतिसमानता” के रूप में जाना जाता है।

ऐसी अवस्था की सबसे खास विशेषताओं में से एक यह है कि सिस्टम के आकार के बढ़ने के साथ द्रव्यमान में उतार-चढ़ाव बहुत कम हो जाता है। वास्तव में, यह तरल पदार्थों के महत्वपूर्ण बिंदु (जैसे जल-वाष्प महत्वपूर्ण बिंदु-जहाँ (और जिसके आगे) “पानी” और “वाष्प” के बीच का अंतर गायब हो जाता है) पर होने वाली घटना के बिल्कुल विपरीत है या जिसमें द्रव्यमान में उतार-चढ़ाव अलग हो जाते हैं जिससे “क्रिटिकल ओपलसेंस” (एक प्रकाश-प्रकीर्णन घटना, जहाँ सिस्टम क्रमशः प्रकाश के परावर्तन और संचरण पर दूधिया सफेद और गहरे भूरे रंग का दिखता है) है।

दूसरी ओर, क्रांतिकता के निकट एक अतिसमान पदार्थ वह होता है जो एक आदर्श क्रिस्टल, एक अनाकार ठोस और एक तरल के बीच कहीं होता है: शोधकर्ताओं ने पदार्थ की इस अवस्था को संभवतः सबसे सरलतम अंतःक्रियाशील-कण प्रणालियों-चालित विसरित प्रणालियों की जांच करके मापा है।

‘फिजिकल रिव्यू ई’ पत्रिका में प्रकाशित ये निष्कर्ष “हाइपरयूनिफॉर्मिटी” की गतिशील उत्पत्ति पर प्रकाश डालते हैं-वह सटीक तरीका जिससे हाइपरयूनिफॉर्म पदार्थ के घटक गतिशील रूप से स्वयं को ऐसी अवस्था में व्यवस्थित करते हैं, जिससे समस्या की सामान्य सैद्धांतिक समझ पर एक नया परिप्रेक्ष्य मिलता है।

अतिसमान सामग्रियों में विशिष्ट विशेषताएं होती हैं, जिनके तकनीकी या जैविक अनुप्रयोग हो सकते हैं तथा अतिसमानता की क्रियाविधि का उपयोग कोशिकाओं में विभिन्न शारीरिक कार्यों को नियंत्रित करने के लिए किया जा सकता है तथा ऊर्जा-कुशल फोटोनिक उपकरणों (जैसे फोटोनिक बैंड-गैप सामग्री) का उपयोग ऑप्टिकल डेटा संचरण और संचार के लिए किया जा सकता है।