ऑस्कर क्लेन: वह भौतिक विज्ञानी जिन्होंने पांचवें आयाम को समेटा

चौदह वर्ष की आयु में, ऑस्कर क्लेन (Oskar Klein) ने अपनी माँ के ओपेरा ग्लासेस के साथ एक शाम तारे सीरियस को देखने की कोशिश में बिताई, और बाद में अंततः सफल होने को अपने लड़कपन के गहरे संतोषों में से एक बताया। चीजों की संरचना - तारों, परमाणुओं, अंतरिक्ष के अपने आकार - के बारे में वही धैर्यवान, लगभग घरेलू जिज्ञासा, उन्हें एक दशक से भी कम समय में एक ऐसे प्रस्ताव तक ले जाएगी जिसे आज भी स्ट्रिंग थ्योरी का पूर्वज कहा जाता है: कि ब्रह्मांड में पांचवां आयाम हो सकता है, जो केवल इसलिए अदृश्य है क्योंकि वह असंभव रूप से छोटा होकर सिमटा हुआ है।

स्टॉकहोम की प्रयोगशालाओं में एक रब्बी का बेटा

ऑस्कर बेंजामिन क्लेन (Oskar Benjamin Klein) का जन्म 15 सितंबर 1894 को स्टॉकहोम के पास मोर्बी (Mörby) में हुआ था। वह स्टॉकहोम के मुख्य रब्बी गॉटलिब क्लेन (Gottlieb Klein) और एंटोनी लेवी (Antonie Levy) के पुत्र थे। उन्होंने बहुत कम उम्र में वैज्ञानिक जिज्ञासा दिखाई और उनका शुरुआती सफर असामान्य था: अभी वह स्कूली छात्र ही थे कि उन्होंने स्वीडिश रसायनज्ञ और भविष्य के नोबेल पुरस्कार विजेता स्वांते अरेनियस (Svante Arrhenius) की प्रयोगशाला में काम करना शुरू कर दिया, जिसके परिणामस्वरूप अपनी सामान्य शिक्षा पूरी करने से पहले ही उनका पहला वैज्ञानिक प्रकाशन सामने आया। उन्होंने अपनी खुद की पसंद के खिलाफ जाकर स्कूल की दो कक्षाओं को छोड़ दिया (स्किप किया) और 1914 में स्टॉकहोम यूनिवर्सिटी कॉलेज से अपनी स्नातक की डिग्री प्राप्त की। प्रथम विश्व युद्ध ने फ्रांसीसी भौतिक विज्ञानी जीन पेरिन (Jean Perrin) के साथ अध्ययन करने की योजनाओं को बाधित कर दिया; इसके बजाय क्लेन ने सैन्य सेवा पूरी की और 1917 तक अपनी मास्टर डिग्री पूरी की।

कोपेनहेगन और बोहर का दायरा

भौतिक विज्ञानी हंस क्रामर्स (Hans Kramers) के साथ एक मुलाकात क्लेन को 1918 में कोपेनहेगन ले आई, जहाँ उन्होंने नील्स बोहर (Niels Bohr) के साथ सीधे काम करना शुरू किया — एक ऐसा जुड़ाव जिसने उन्हें अपने सबसे अशांत और उत्पादक वर्षों के दौरान क्वांटम क्रांति के केंद्र में ला खड़ा किया। उन्होंने 1921 में स्टॉकहोम यूनिवर्सिटी कॉलेज से डॉक्टरेट की उपाधि प्राप्त की और 1923 में एन आबर में मिशिगन विश्वविद्यालय में प्रोफेसर का पद संभाला, जिसके बाद 1925 में कोपेनहेगन लौट आए और लीडेन में पॉल एहरनफेस्ट (Paul Ehrenfest) के साथ थोड़े समय के लिए सहयोग किया। उन्होंने 1923 में एक डेनिश महिला गेर्दा कोच (Gerda Koch) से विवाह किया।

सफलता के वर्ष, 1926–1931

इसके बाद के आधे दशक में लगभग वह सब कुछ सामने आया जिसके लिए क्लेन को याद किया जाता है। 1926 में उन्होंने स्वतंत्र रूप से उस समीकरण को व्युत्पन्न किया जिसे अब क्लेन-गॉर्डन समीकरण (Klein-Gordon equation) कहा जाता है, जो यह वर्णन करता है कि क्वांटम यांत्रिकी में एक सापेक्षवादी अदिश कण कैसे व्यवहार करता है; इरविन श्रोडिंगर (Erwin Schrödinger) ने वास्तव में इससे पहले ही वही समीकरण खोज लिया था लेकिन इसे प्रकाशित करने से बचते रहे, जबकि वाल्टर गॉर्डन (Walter Gordon) और व्लादिमीर फोक (Vladimir Fock) ने क्लेन के महीनों के भीतर इससे मिलते-जुलते रूपों को प्राप्त किया। उसी वर्ष, जर्मन भौतिक विज्ञानी थियोडोर कलुजा (Theodor Kaluza) द्वारा गुरुत्वाकर्षण और विद्युत चुम्बकत्व को एकजुट करने के लिए प्रस्तावित गणितीय ढांचे के साथ काम करते हुए, क्लेन ने क्वांटम शब्दों में कलुजा के अतिरिक्त स्थानिक आयाम की पुनः व्याख्या की, और यह प्रस्ताव रखा कि यह मौजूद है लेकिन कॉम्पैक्टिफाइड (compactified) है — इतना कसकर सिमटा हुआ है कि सामान्य पहचान से बच जाता है। परिणामी कलुजा-क्ललेन सिद्धांत (Kaluza-Klein theory) को अब स्ट्रिंग थ्योरी के अतिरिक्त आयामों के सीधे वैचारिक पूर्वजों में से एक माना जाता है। 1928 में क्लेन ने, योशियो निशिना (Yoshio Nishina) के साथ, इलेक्ट्रॉनों से फोटोन प्रकीर्णन के क्रॉस-सेक्शन के लिए क्लेन-निशिना फॉर्मूला (Klein-Nishina formula) व्युत्पन्न किया, एक ऐसी गणना जिसका उपयोग आज भी विकिरण भौतिकी और डोसिट्री में किया जाता है। उन्होंने यह भी वर्णन किया कि जिसे क्लेन विरोधाभास (Klein paradox) के रूप में जाना जाने लगा, जो संभावित बाधाओं के माध्यम से सुरंग बनाने वाले सापेक्षवादी कणों के बारे में एक प्रतिसहज (counterintuitive) भविष्यवाणी है, और 1938 में गेज समरूपता पर निर्मित कमजोर परमाणु बल के लिए एक बोसॉन-एक्सचेंज मॉडल का प्रस्ताव रखा - ऐसा काम जिसने, पीछे मुड़कर देखने पर, दशकों बाद विकसित यांग-मिल्स सिद्धांतों की मुख्य विशेषताओं का अनुमान लगाया।

एक शांत प्रोफेसरशिप

बुनियादी परिणामों के इस संकेंद्रण के बावजूद, क्लेन ने अपने करियर का बहुत कम हिस्सा संस्थागत प्रतिष्ठा के पीछे भागने में बिताया। उन्होंने 1926 से लुंड विश्वविद्यालय में एक डॉसेंट (docent) पद संभाला, फिर 1930 में स्टॉकहोम यूनिवर्सिटी कॉलेज में भौतिकी की कुर्सी संभाली, जहाँ वे 1962 में प्रोफेसर एमेरिटस (professor emeritus) के रूप में सेवानिवृत्ति तक रहे। सहकर्मियों और जीवनीकारों ने उल्लेख किया है कि 1920 के दशक के मध्य में मिशिगन में उनके वर्षों ने उन्हें पेशेवर रूप से अलग-थलग महसूस कराया, तब भी जब वे अपने कुछ सबसे महत्वपूर्ण सैद्धांतिक कार्य कर रहे थे, मान्यता और उत्पादन के बीच एक ऐसा बेमेल जिसने उनके करियर के अधिकांश हिस्से को छाया में रखा। उन्हें क्वांटम फील्ड थ्योरी, ब्रह्मांड विज्ञान और एकीकृत क्षेत्र सिद्धांत को छूने वाले योगदान के बावजूद कभी नोबेल पुरस्कार नहीं मिला, और भौतिकी के इतिहासकारों ने समय-समय पर इसे पुरस्कार के इतिहास में अधिक बहस वाली चूकों में से एक के रूप में इंगित किया है।

पुरस्कार और बाद की मान्यता

क्लेन को 1937 में ब्योर्केन्स्का प्राइसेट (Björkénska priset) और 1959 में मैक्स प्लैंक मेडल (Max Planck Medal) मिला, जो जर्मन भौतिकी द्वारा दिए जाने वाले सर्वोच्च सम्मानों में से एक है। स्टॉकहोम विश्वविद्यालय ने बाद में उनकी याद में वार्षिक ऑस्कर क्लेन मेमोरियल लेक्चर (Oskar Klein Memorial Lecture) और ऑस्कर क्लेन सेंटर फॉर कॉस्मॉपार्टिकल फिजिक्स (Oskar Klein Centre for Cosmoparticle Physics) की स्थापना की, जिससे अंतरराष्ट्रीय स्तर पर इसे आधार बनाने वाले नोबेल उद्धरण के बिना भी स्वीडिश भौतिकी में उनकी स्थिति मजबूत हुई। उन्होंने 1945 के बाद से मूल खगोलीय भौतिकी अनुसंधान जारी रखा, जिसमें आणविक क्षमता ऊर्जा वक्र निर्धारित करने के लिए रिडबर्ग-क्लेन-रीस विधि (Rydberg-Klein-Rees method) शामिल है, जिससे 1920 के दशक के अंत की गतिविधि के विस्फोट से काफी आगे तक उनकी प्रासंगिकता बढ़ गई।

ऑस्कर को जीनियस क्यों कहा जाता है

प्रतिभा के लिए क्लेन का मामला गहराई जितना ही चौड़ाई पर बनाया गया है: लगभग पाँच वर्षों के भीतर उन्होंने सापेक्षवादी क्वांटम यांत्रिकी का एक मूलभूत समीकरण, चिकित्सा और औद्योगिक विकिरण भौतिकी में उपयोग किया जाने वाला प्रकीर्णन सूत्र, एक विरोधाभास जो स्नातक क्वांटम पाठ्यक्रमों का मुख्य हिस्सा बना हुआ है, और छिपे हुए अतिरिक्त आयामों के लिए एक प्रस्ताव तैयार किया जिसे आधुनिक स्ट्रिंग सिद्धांतकार अभी भी एक बौद्धिक पूर्वज के रूप में उद्धृत करते हैं। विशेष रूप से उस अंतिम विचार के लिए एक असामान्य संज्ञानात्मक कदम की आवश्यकता थी — दो बलों को एकजुट करने के लिए पूरी तरह से गणितीय चाल को लेना और यह पूछना कि अंतरिक्षीय आयाम के वास्तविक होने का भौतिक रूप से क्या अर्थ होगा, लेकिन देखने के लिए बहुत छोटा है, वृद्धिशील गणना के बजाय ज्यामितीय कल्पना की एक छलांग। हालाँकि, ईमानदार प्रति-मामला काफी महत्वपूर्ण है: उनके सबसे अधिक उद्धृत परिणामों में से कम े कम दो पर, क्लेन अकेले या यहाँ तक कि पहले नहीं थे। श्रोडिंगर ने इसे प्रकाशित किए बिना क्लेन-गॉर्डन समीकरण का अनुमान लगाया, और गॉर्डन और फोक ने महीनों के भीतर स्वतंत्र रूप से समान फॉर्मूलेशन तक पहुंचे, जबकि कलुजा-क्लेन सिद्धांत ने शून्य से दृष्टिकोण का आविष्कार करने के बजाय सीधे कलुजा के पूर्व पांच-आयामी ढांचे पर निर्माण किया। किसी भी नोबेल समिति ने उन्हें कभी मान्यता नहीं दी, एक ऐसा तथ्य जिसे कुछ भौतिकবিদ अपनी गुणवत्ता के बजाय उनके योगदान की सिद्धांत-भारी, प्रयोग-से-अलग करने में कठिन प्रकृति के लिए जिम्मेदार ठहराते हैं। जो विवादित नहीं है वह एक छोटी कार्यशील खिड़की में पैक किए गए टिकाऊ विचारों का घनत्व है, जिनमें से कई ने अपने लेखक को दशकों तक पीछे छोड़ दिया, इससे पहले कि उनका पूरा महत्व - विशेष रूप से अतिरिक्त-आयाम प्रस्ताव - स्पष्ट हो गया।

विरासत

कलुजा-क्लेन तंत्र (Kaluza-Klein mechanism) एकीकृत सिद्धांतों में अतिरिक्त आयामों के निर्माण के लिए सैद्धांतिक भौतिकी में एक मानक उपकरण बना हुआ है, जिसे स्ट्रिंग थ्योरी साहित्य में लगातार उद्धृत किया जाता है जो क्लेन द्वारा पहली बार प्रस्ताव देने के आधे सदी बाद उभरा था। क्लेन-निशिना फॉर्मूला अभी भी हर भौतिकी के छात्र को पढ़ाया जाता है जो कॉम्पटन प्रकीर्णन का अध्ययन करता है, और स्टॉकहोम में ऑस्कर क्लेन केंद्र ब्रह्मांड विज्ञान और कण भौतिकी में अनुसंधान जारी रखता है जिसे क्लेन ने अग्रणी बनाने में मदद की थी।