Complementarity (physics)
طبیعیات میں، تکمیل کوانٹم میکانکس کا ایک تصوراتی پہلو ہے جسے نیلز بوہر نظریہ کی ایک لازمی خصوصیت سمجھتے ہیں۔ تکمیلی اصول کا ماننا ہے کہ اشیاء میں تکمیلی خصوصیات کے کچھ جوڑے ہوتے ہیں جن کا مشاہدہ یا پیمائش بیک وقت نہیں کی جا سکتی، مثال کے طور پر، پوزیشن اور مومنٹم یا لہر اور ذرہ خصوصیات۔ جدید اصطلاحات میں، تکمیل غیر یقینی اصول اور لہر-ذرہ دوہری دونوں کو گھیرے ہوئے ہے۔ بوہر نے کوانٹم میکانکس کی بنیادی سچائیوں میں سے ایک کو یہ حقیقت سمجھا کہ جوڑے کی ایک مقدار کی پیمائش کے لیے ایک تجربہ قائم کرنا، مثال کے طور پر الیکٹران کی پوزیشن، دوسرے کی پیمائش کے امکان کو خارج کرتی ہے، پھر بھی زیر مطالعہ شے کی خصوصیت کے لیے دونوں تجربات کو سمجھنا ضروری ہے۔ بوہر کے خیال میں، جوہری اور ذیلی جوہری اشیاء کے رویے کو پیمائش کے آلات سے الگ نہیں کیا جا سکتا جو اس سیاق و سباق کو تخلیق کرتے ہیں جس میں ناپی گئی اشیاء برتاؤ کرتی ہیں۔ نتیجتا، ایسی کوئی "واحد تصویر" نہیں ہے جو ان مختلف تجرباتی سیاق و سباق میں حاصل کردہ نتائج کو یکجا کرے، اور صرف "مظاہر کی مجموعی" ہی مل کر مکمل طور پر معلوماتی وضاحت فراہم کر سکتی ہے۔ ایک فزیکل ماڈل کے طور پر پس منظر کی تکمیل نیلز بوہر کی 1927 میں اٹلی کے کومو میں 100 سال قبل الیسنڈرو وولٹا کے کام کے سائنسی جشن میں پیش کی گئی تھی۔ بوہر کا موضوع تکمیلی تھا، یہ خیال کہ کوانٹم واقعات کی پیمائش بظاہر متضاد نتائج کے ذریعے تکمیلی معلومات فراہم کرتی ہے۔ اگرچہ بوہر کی پیشکش کو خوب پذیرائی نہیں ملی، لیکن اس نے ان مسائل کو واضح کر دیا جو بالآخر جدید لہر-ذرہ دوہری تصور کی طرف لے گئے۔ بوہر کے خیالات کو جنم دینے والے متضاد نتائج پچھلے 20 سالوں سے بڑھ رہے تھے۔ متضاد ثبوت روشنی اور الیکٹرانوں دونوں سے آئے۔ روشنی کی لہر کا نظریہ، جو ایک سو سال سے زیادہ عرصے تک وسیع پیمانے پر کامیاب رہا، کو پلانک کے 1901 کے بلیک باڈی تابکاری کے ماڈل اور آئن سٹائن کی 1905 کی فوٹو الیکٹرک اثر کی تشریح نے چیلنج کیا تھا۔ یہ نظریاتی نمونے مادے کے ساتھ روشنی کے تعامل کو بیان کرنے کے لیے مجرد توانائی، ایک کوانٹم کا استعمال کرتے ہیں۔ مختلف تجرباتی مشاہدات سے تصدیق کے باوجود، فوٹون تھیوری (جیسا کہ اسے بعد میں کہا گیا) اس وقت تک متنازعہ رہی جب تک کہ آرتھر کامپٹن نے 1922 سے 1924 تک روشنی کی رفتار کو ظاہر کرنے والے تجربات کا ایک سلسلہ انجام نہیں دیا۔ ذرہ نما مومنٹم کے تجرباتی شواہد بظاہر روشنی کی لہر جیسی مداخلت کو ظاہر کرنے والے دوسرے تجربات سے متصادم ہیں۔ الیکٹرانوں سے متضاد ثبوت مخالف ترتیب میں پہنچے۔ جے جے تھامسن، رابرٹ ملیکن، اور چارلس ولسن سمیت دیگر کے بہت سے تجربات سے پتہ چلا تھا کہ آزاد الیکٹرانوں میں ذرہ خصوصیات ہوتی ہیں۔ تاہم 1924 میں، لوئس ڈی بروگلی نے تجویز پیش کی کہ الیکٹرانوں کی ایک وابستہ لہر ہوتی ہے اور شروڈنگر نے یہ مظاہرہ کیا کہ لہر کی مساوات ایٹموں میں الیکٹران کی خصوصیات کے لیے درست طور پر ذمہ دار ہیں۔ پھر کچھ تجربات نے ذرہ خصوصیات اور دیگر لہر کی خصوصیات کو دکھایا۔ ان تضادات کا بوہر کا حل انہیں قبول کرنا ہے۔ اپنے کومو لیکچر میں وہ کہتے ہیں: "تجرباتی مواد کی ہماری تشریح بنیادی طور پر کلاسیکی تصورات پر منحصر ہے۔" براہ راست مشاہدہ ناممکن ہونے کی وجہ سے، کوانٹم اثرات کے مشاہدات لازمی طور پر کلاسیکی ہیں۔ کوانٹم واقعات کی نوعیت جو بھی ہو، ہماری صرف معلومات کلاسیکی نتائج کے ذریعے پہنچیں گی۔ اگر تجربات بعض اوقات لہر کے نتائج اور بعض اوقات ذرہ نتائج پیدا کرتے ہیں، تو یہ روشنی اور مادے کے حتمی اجزاء کی نوعیت ہے۔ بوہر کے لیکچرز نیلز بوہر نے بظاہر فروری اور مارچ 1927 میں ناروے میں اسکیئنگ کی تعطیلات کے دوران تکمیل کے اصول کا تصور کیا، جس کے دوران انہیں ورنر ہائزن برگ کی طرف سے ایک خط موصول ہوا جس میں ابھی تک غیر شائع شدہ نتیجہ کے بارے میں بتایا گیا تھا، جو کہ گاما شعاعوں کا استعمال کرتے ہوئے خوردبین کے بارے میں ایک نظریاتی تجربہ تھا۔ اس سوچ کے تجربے کا مطلب غیر یقینی صورتحال کے درمیان ایک سمجھوتہ تھا جسے بعد میں غیر یقینی اصول کے طور پر باقاعدہ بنایا گیا۔ بوہر کے لیے، ہائزن برگ کے مقالے میں پوزیشن کی پیمائش کے درمیان فرق کو واضح نہیں کیا گیا جو محض اس مومنٹم ویلیو کو پریشان کرتا ہے جو ایک ذرہ لے جاتا ہے اور زیادہ بنیادی خیال یہ ہے کہ مومنٹم اس تناظر میں بے معنی یا ناقابل بیان تھا جہاں پوزیشن کی پیمائش کی جاتی تھی۔ اپنی چھٹیوں سے واپس آنے پر، جس وقت تک ہائزن برگ نے اپنا مقالہ اشاعت کے لیے جمع کر دیا تھا، بوہر نے ہائزن برگ کو یقین دلایا کہ غیر یقینی تجارت تکمیلی کے گہرے تصور کا مظہر ہے۔ ہائزن برگ نے اس کی اشاعت سے پہلے اپنے مقالے میں اس اثر کے لیے باضابطہ طور پر ایک نوٹ شامل کیا، جس میں کہا گیا تھا: بوہر نے میری توجہ دلائی ہے کہ ہمارے مشاہدے میں غیر یقینی صورتحال خصوصی طور پر تعطل کے واقع ہونے سے پیدا نہیں ہوتی، بلکہ یہ براہ راست اس مطالبے سے منسلک ہے کہ ہم بالکل مختلف تجربات کو مساوی جواز پیش کرتے ہیں جو ایک طرف [ذرات] کے نظریہ میں اور دوسری طرف لہر کے نظریہ میں ظاہر ہوتے ہیں۔ بوہر نے 16 ستمبر 1927 کو اٹلی کے کومو میں منعقدہ انٹرنیشنل فزکس کانگریس میں ایک لیکچر میں تکمیل کے اصول کو عوامی طور پر متعارف کرایا، جس میں آئن سٹائن، شروڈنگر اور ڈیراک کے قابل ذکر مستثنیات کے ساتھ اس دور کے بیشتر سرکردہ طبیعیات دانوں نے شرکت کی۔ تاہم، یہ تینوں ایک ماہ بعد حاضری میں تھے جب بوہر نے برسلز، بیلجیم میں پانچویں سولوے کانگریس میں دوبارہ اصول پیش کیا۔ یہ لیکچر ان دونوں کانفرنسوں کی کارروائی میں شائع ہوا، اور اگلے سال نیچرویسنسچافٹن (جرمن میں) اور نیچر (انگریزی میں) میں دوبارہ شائع ہوا۔ اس موضوع پر اپنے اصل لیکچر میں، بوہر نے نشاندہی کی کہ جس طرح روشنی کی رفتار کا حد خلا اور وقت (اضافیت) کے درمیان تیز علیحدگی کی ناممکنیت کو ظاہر کرتا ہے، اسی طرح عمل کے کوانٹم کا حد کسی نظام کے رویے اور پیمائش کے آلات کے ساتھ اس کے تعامل کے درمیان تیز علیحدگی کی ناممکنیت کو ظاہر کرتا ہے اور کوانٹم تھیوری میں 'ریاست' کے تصور کے ساتھ معروف مشکلات کی طرف لے جاتا ہے۔ تکمیل کے تصور کا مقصد کوانٹم تھیوری کے ذریعہ تخلیق کردہ علمیات میں اس نئی صورتحال کو پکڑنا ہے۔ طبیعیات دان ایف اے ایم فریسکورا اور باسل ہیلی نے طبیعیات میں تکمیل کے اصول کے تعارف کی وجوہات کا خلاصہ اس طرح کیا ہے: لیکچرز کے بعد ہونے والی بحث تکمیل ای پی آر پیراڈوکس پر بوہر کے جواب کی ایک مرکزی خصوصیت تھی، البرٹ آئن سٹائن، بورس پوڈولسکی اور ناتھن روزن کی یہ دلیل دینے کی کوشش کہ کوانٹم کے ذرات کی پیمائش کیے بغیر بھی پوزیشن اور رفتار ہونی چاہیے اور اس لیے کوانٹم میکانکس ایک نامکمل نظریہ ہونا چاہیے۔ آئن سٹائن، پوڈولسکی اور روزن کے تجویز کردہ سوچ کے تجربے میں دو ذرات پیدا کرنا اور انہیں بہت دور بھیجنا شامل تھا۔ تجربہ کار کسی ایک ذرہ کی پوزیشن یا رفتار کی پیمائش کرنے کا انتخاب کر سکتا ہے۔ اس نتیجے کو دیکھتے ہوئے، وہ اصولی طور پر اس بات کی درست پیش گوئی کر سکتے ہیں کہ دوسرے پر متعلقہ پیمائش، دور کے ذرہ کو کیا ملے گا۔ آئن سٹائن، پوڈولسکی اور روزن کے لیے، اس کا مطلب یہ تھا کہ دور دراز کے ذرہ میں دونوں مقداروں کی عین مطابق اقدار ہونی چاہئیں چاہے اس ذرہ کی پیمائش کسی بھی طرح سے کی جائے یا نہ کی جائے۔ بوہر نے جواب میں استدلال کیا کہ پوزیشن ویلیو کی کٹوتی کو اس صورت حال میں منتقل نہیں کیا جا سکتا جہاں مومنٹم ویلیو کی پیمائش کی جاتی ہے، اور اس کے برعکس۔ بعد میں بوہر کی طرف سے تکمیل کی نمائش میں وارسا میں 1938 کا لیکچر اور البرٹ آئن سٹائن کے اعزاز میں ایک تہوار کے لیے لکھا گیا 1949 کا مضمون شامل ہے۔ اس کا احاطہ بوہر کے ساتھی لیون روزن فیلڈ کے 1953 کے مضمون میں بھی کیا گیا تھا۔ ریاضیاتی رسمیت بوہر کے لیے، تکمیل غیر یقینی اصول کے پیچھے "حتمی وجہ" تھی۔ انہوں نے لکھا کہ کلاسیکی طبیعیات کا استعمال کرتے ہوئے جوہری مظاہر سے نمٹنے کی تمام کوششیں بالآخر مایوس ہوئیں، جس کی وجہ سے یہ تسلیم کیا گیا کہ ان مظاہر کے "تکمیلی پہلو" ہیں۔ لیکن کلاسیکی طبیعیات کو اس سے نمٹنے کے لیے عام کیا جا سکتا ہے، اور غیر تبادلہ الجبرہ کا استعمال کرتے ہوئے جسمانی مقداروں کو بیان کرکے "حیرت انگیز سادگی" کے ساتھ۔ تکمیلی کا یہ ریاضیاتی اظہار ہرمن ویل اور جولین شونگر کے کام پر مبنی ہے، جس کا آغاز ہلبرٹ خالی جگہوں اور یکطرفہ تبدیلی سے ہوتا ہے، جو باہمی طور پر غیر جانبدار اڈوں کے نظریات کی طرف لے جاتا ہے۔ کوانٹم میکانکس کی ریاضیاتی تشکیل میں، جسمانی مقداریں جنہیں کلاسیکی میکانکس نے حقیقی قدر والے متغیر کے طور پر سمجھا تھا، ہلبرٹ اسپیس پر سیلف ایڈجائنٹ آپریٹر بن جاتے ہیں۔ یہ آپریٹرز، جنہیں "آبزرویبلز" کہا جاتا ہے، سفر کرنے میں ناکام ہو سکتے ہیں، اس صورت میں انہیں "مطابقت نہیں" کہا جاتا ہے: مطابقت نہ رکھنے والے آبزرویبلز میں عام آئجین اسٹیٹس کا مکمل مجموعہ نہیں ہو سکتا ؛ اور کی کچھ بیک وقت آئجین اسٹیٹس ہو سکتی ہیں، لیکن مکمل بنیاد بنانے کے لیے تعداد میں کافی نہیں۔ کینونکل کمیوٹیشن ریلیشن کا مطلب ہے کہ یہ پوزیشن اور مومنٹم پر لاگو ہوتا ہے۔ بوہری نظریہ میں، یہ ایک ریاضیاتی بیان ہے کہ پوزیشن اور مومنٹم تکمیلی پہلو ہیں۔ اسی طرح، پالی میٹرکس کے ذریعہ بیان کردہ اسپن آبزرویبلز میں سے کسی بھی دو کے لیے ایک مماثل تعلق ہوتا ہے ؛ عمودی محوروں کے ساتھ اسپن کی پیمائش تکمیلی ہوتی ہے۔ پالی اسپن آبزرویبلز کی تعریف ایک کوانٹم سسٹم کے لیے کی گئی ہے جسے دو جہتی ہلبرٹ اسپیس کے ذریعے بیان کیا گیا ہے۔ باہمی طور پر غیر جانبدار بیسز ان آبزرویبلز کو صوابدیدی محدود طول و عرض کے ہلبرٹ اسپیس میں عام کرتے ہیں۔ دو بیس اور ایک جہتی ہلبرٹ اسپیس کے لیے باہمی طور پر غیر جانبدار ہوتے ہیں جب یہاں بیس ویکٹر، مثال کے طور پر، ہر ایک کے ساتھ ایک ہی اوورلیپ ہوتا ہے۔ ایک بنیاد پر کسی ریاست اور دوسری بنیاد پر کسی بھی ریاست کے درمیان منتقلی کا امکان برابر ہوتا ہے۔ ہر بنیاد ایک قابل مشاہدہ سے مطابقت رکھتی ہے، اور دو باہمی غیر جانبدار اڈوں کے لیے قابل مشاہدہ ایک دوسرے کی تکمیل کرتے ہیں۔ یہ کوانٹم کینیمیٹکس کے بارے میں ایک بیان کے طور پر تکمیلی کی وضاحت کی طرف لے جاتا ہے: تکمیلی کے تصور کا اطلاق مثبت آپریٹر ویلیوڈ اقدامات (پی او وی ایم) کے ذریعے بیان کردہ کوانٹم پیمائش پر بھی کیا گیا ہے۔ مسلسل تکمیل اگرچہ تکمیل کے تصور پر دو تجرباتی انتہاؤں کے ذریعے بحث کی جا سکتی ہے، لیکن مسلسل تجارت بھی ممکن ہے۔ لہر-ذرہ تعلق، جسے گرینبرگر اور یاسن نے متعارف کرایا، اور اس کے بعد سے دوسروں کے ذریعہ بہتر کیا گیا، ذرہ راستے کی تفریق کی پیمائش، اور لہر کی مداخلت کے درمیان فرق کی مقدار طے کرتا ہے،: کی اقدار اور انفرادی طور پر 0 اور 1 کے درمیان مختلف ہو سکتی ہیں، لیکن کوئی بھی تجربہ جو ذرہ اور لہر کا پتہ لگانے کو یکجا کرتا ہے وہ ایک یا دوسرے، یا دونوں کو محدود کرے گا۔ دونوں اصطلاحات کی تفصیلی تعریف ایپلی کیشنز کے درمیان مختلف ہوتی ہے، لیکن رشتہ اس تصدیق شدہ رکاوٹ کا اظہار کرتا ہے کہ ذرہ راستوں کا پتہ لگانے کی کوششوں کے نتیجے میں کم دکھائی دینے والی لہر کی مداخلت ہوگی۔ جدید کردار اگرچہ تکمیل کے بہت سے ابتدائی مباحثوں میں فرضی تجربات پر تبادلہ خیال کیا گیا، ٹیکنالوجی میں پیشرفت نے اس تصور کے جدید ٹیسٹوں کی اجازت دی ہے۔ کوانٹم ایرسر جیسے تجربات کلیدی خیالات کی تکمیل میں تصدیق کرتے ہیں۔ کوانٹم الجھاؤ کی جدید کھوج براہ راست تکمیل پر مبنی ہے: اپنے نوبل لیکچر میں، طبیعیات دان جولین شونگر نے کوانٹم فیلڈ تھیوری سے تکمیل کو جوڑا: کوانٹم میکانکس کی مستقل تاریخ کی تشریح ایک کلیدی تعریف شدہ مفروضہ کے طور پر تکمیل کی عمومی شکل اختیار کرتی ہے۔ مزید پڑھنے کے لیے برتھولڈ-جارج اینگلرٹ، مارلن او سکلی اور ہربرٹ والتھر، کوانٹم آپٹیکل ٹیسٹ آف کمپلیمینٹریٹی، نیچر، جلد 351، پی پی 111-116 (9 مئی 1991) اور (وہی مصنفین) دی ڈوئلٹی ان میٹر اینڈ لائٹ سائنٹفک امریکن، پی جی 56-61، (دسمبر 1994)۔ نیلز بوہر، کازالیٹی اینڈ کمپلیمینٹریٹی: جان فائی اور ہنری جے فولس کے ترمیم کردہ ضمنی مقالے۔ نیلز بوہر کی فلسفیانہ تحریریں، جلد IV۔ آکس بو پریس۔ 1998۔ بیرونی روابط جوہری طبیعیات میں علمی مسائل پر آئن سٹائن کے ساتھ بات چیت آئن سٹائن کا تنقید پر جواب کوانٹم میکانکس نیلز بوہر ڈچوٹومیز سائنسی قوانین