ऑप्टिकल परमाणु घड़ियां: अधिक सटीक समय और सेकंड की नई परिभाषा की तैयारी

भौतिकी और माप विज्ञान (मुख्य परीक्षा: सामान्य अध्ययन-III) | समाचार संदर्भ: 28 मई 2026 (फिजिकल रिव्यू लेटर्स स्वीकृति; एनआईएसटी अप्रैल 2026) | प्रकाशित: 24 अक्टूबर 2026

सेकंड रोजमर्रा की बहुत परिचित इकाई है। लेकिन उसकी परिभाषा और उसे अत्यंत सटीक ढंग से साकार करना उच्च स्तर का वैज्ञानिक काम है। संचार, उपग्रह आधारित दिशा-निर्धारण और अनेक प्रयोगों के लिए अलग-अलग जगह की घड़ियों के बीच भरोसेमंद संबंध चाहिए। ऑप्टिकल परमाणु घड़ियों में प्रगति से समय-मापन की नई संभावनाएं बनी हैं। इसका अर्थ यह नहीं कि वैज्ञानिकों ने अचानक दिन छोटा कर दिया या अभी दुनिया की सभी घड़ियां बदल दी हैं।

खबरों में क्यों

मई 2026 का शोध संदर्भ

अमेरिकन फिजिकल सोसाइटी के रिकॉर्ड के अनुसार परमाणु घड़ियों की आवृत्तियों के अनुपात पर एक शोध पत्र 28 मई 2026 को फिजिकल रिव्यू लेटर्स में स्वीकार किया गया था। स्वीकार किए जाने की यह तारीख अंतिम प्रकाशन की तारीख से अलग है। अध्ययन में एल्युमिनियम आयन, इटर्बियम और स्ट्रॉन्शियम पर आधारित ऑप्टिकल घड़ियों की तुलना की गई। कुल सापेक्ष अनिश्चितता 3.2 गुणा 10 की घात ऋण 18 या उससे कम बताई गई।

शोधकर्ताओं ने इसे सेकंड की भविष्य की पुनर्परिभाषा की दिशा में एक महत्वपूर्ण मानदंड से जुड़ी उपलब्धि बताया। इससे सभी जरूरी मानदंड पूरे हो जाने या नई परिभाषा लागू हो जाने का निष्कर्ष नहीं निकलता। उसी काम का पहले का विवरण और प्रीप्रिंट भी उपलब्ध था। इसलिए मई की स्वीकृति को पूरी तकनीक के जन्म या सभी माप उसी महीने किए जाने की घटना नहीं मानना चाहिए।

वर्तमान सेकंड किस पर आधारित है?

अंतर्राष्ट्रीय मात्रक प्रणाली में सेकंड की वर्तमान परिभाषा सीजियम-133 परमाणु की मूल अवस्था के दो हाइपरफाइन स्तरों के बीच संक्रमण से जुड़ी आवृत्ति पर आधारित है। संबंधित अविक्षुब्ध आवृत्ति का निश्चित मान 9,192,631,770 हर्ट्ज लिया जाता है। सरल भाषा में उस विद्युतचुंबकीय विकिरण के इतने चक्रों की अवधि एक सेकंड से जुड़ती है। यह किसी परमाणु का रोजमर्रा के अर्थ में यांत्रिक टिक-टिक करना नहीं है।

परिभाषा आदर्श संदर्भ देती है, जबकि वास्तविक घड़ी उसे उपकरणों और मापन से साकार करती है। तापमान, विद्युत या चुंबकीय प्रभाव और उपकरण के दूसरे गुण परिणाम को प्रभावित कर सकते हैं। इसलिए परमाणु एक प्रकार का सार्वभौमिक संदर्भ देने के बावजूद वास्तविक घड़ी को जांच, सुधार और अनिश्चितता के आकलन की जरूरत होती है। परमाणु घड़ी को बिना त्रुटि वाली वस्तु कहना ठीक नहीं है।

ऑप्टिकल घड़ी में क्या बदलता है?

सीजियम आधारित परिचित परमाणु मानक माइक्रोवेव आवृत्ति से जुड़े हैं। ऑप्टिकल घड़ियां ऐसे संक्रमणों का उपयोग करती हैं जिनकी आवृत्तियां ऑप्टिकल क्षेत्र में होती हैं। ऊंची आवृत्ति समय को बहुत महीन पैमाने पर बांटने का आधार देती है। इसे मोटे निशानों वाली मापनी की जगह बहुत बारीक निशानों वाली मापनी के उदाहरण से समझ सकते हैं। हालांकि केवल अधिक आवृत्ति चुन लेना अपने आप पूरी घड़ी की श्रेष्ठता सुनिश्चित नहीं करता।

बहुत स्थिर लेजर, परमाणुओं को नियंत्रित रखने की व्यवस्था और पर्यावरणीय प्रभावों की समझ भी जरूरी हैं। अलग-अलग डिजाइन में आयन को फंसाकर रखना या अनेक परमाणुओं को ऑप्टिकल लैटिस में व्यवस्थित करना शामिल हो सकता है। कोई एक डिजाइन सभी उपयोगों के लिए अनिवार्य या अंतिम विजेता नहीं है। प्रदर्शन के साथ संचालन की विश्वसनीयता और दूसरे मानकों से तुलना भी महत्वपूर्ण होती है।

फ्रीक्वेंसी कॉम्ब की भूमिका

ऑप्टिकल आवृत्तियां इतनी ऊंची हैं कि सामान्य इलेक्ट्रॉनिक साधनों से उनके हर चक्र को सीधे गिनना सरल नहीं। फ्रीक्वेंसी कॉम्ब एक ऐसी तकनीक है जो बहुत नियमित रूप से व्यवस्थित आवृत्तियों के सहारे अलग आवृत्तियों के बीच मापन-संबंध स्थापित करती है। इसे प्रकाश के लिए मापनी जैसा उदाहरण दिया जाता है। इससे ऑप्टिकल और इलेक्ट्रॉनिक मापन के बीच संपर्क बनता है।

इस तकनीक का महत्व केवल एक घड़ी की रीडिंग निकालना नहीं है। अलग परमाणुओं और अलग तरंगदैर्घ्य पर चल रही घड़ियों की तुलना भी इससे संभव होती है। यहां प्रकाशीय संकेत, स्थिर संदर्भ और संचार मार्ग की गुणवत्ता मिलकर परिणाम तय करते हैं। केवल उपकरण का नाम जान लेना पूरे मापन की गुणवत्ता समझ लेने के बराबर नहीं है।

आवृत्तियों का अनुपात क्यों मापें?

मान लीजिए दो घड़ियां अलग परमाणु संक्रमणों पर चल रही हैं। उनकी आवृत्तियों का अनुपात मापने से पता चलता है कि दोनों संदर्भ आपस में कितना संगत परिणाम देते हैं। अनुपात दो समान प्रकार की भौतिक राशियों को भाग देने से मिलता है और उसकी अपनी अलग समय इकाई नहीं होती। अत्यंत कम अनिश्चितता के साथ यह तुलना अलग ऑप्टिकल मानकों को परखने में उपयोगी है।

केवल एक घड़ी के अच्छे परिणाम से सार्वभौमिक नया मानक तय नहीं किया जा सकता। अलग प्रयोगशालाओं को भरोसेमंद तुलना करनी चाहिए और परिणाम बार-बार जांचने चाहिए। मई में स्वीकार किए गए अध्ययन में पुराने परिणामों से कुछ अंतर मिलने का भी उल्लेख है। इसका अर्थ स्वतः किसी नई भौतिक शक्ति की खोज नहीं है। यह व्यवस्थित प्रभावों और स्वतंत्र दोहराव की जरूरत पर ध्यान दिलाता है।

नए अध्ययन में साझा संदर्भ

अध्ययन में दो संस्थानों के बीच लगभग 3.6 किलोमीटर के स्थिर किए गए ऑप्टिकल फाइबर संपर्क से साझा अत्यंत स्थिर संदर्भ पहुंचाया गया। इससे घड़ियों की तुलना में स्थिरता बेहतर करने में मदद मिली। घड़ी का प्रदर्शन और संपर्क के कारण आने वाला शोर अलग-अलग समझना जरूरी है। यदि तुलना का रास्ता ही अधिक अनिश्चित हो, तो अच्छी घड़ियों का पूरा लाभ मापना कठिन हो जाता है।

इस प्रयोग का परिणाम किसी सामान्य इंटरनेट फाइबर पर दुनिया की हर घड़ी को उसी अनिश्चितता से जोड़ देने का प्रमाण नहीं है। दूरी, संपर्क का नियंत्रण, वातावरण और उपकरण की शर्तें मायने रखती हैं। इसी तरह किसी एक स्थानीय नेटवर्क का प्रदर्शन सभी देशों की समय-वितरण व्यवस्था के लिए तैयार समाधान नहीं बन जाता। स्थानीय सफलता और व्यापक मानक व्यवस्था के बीच आगे का काम रहता है।

अनिश्चितता और स्थिरता में अंतर

अनिश्चितता बताती है कि मापन परिणाम के साथ कितना भरोसेमंद फैलाव या सीमा जुड़ी है। स्थिरता समय के साथ परिणाम में उतार-चढ़ाव से जुड़ी होती है। दोनों शब्द संबंधित हैं, लेकिन एक ही बात नहीं बताते। बहुत स्थिर घड़ी में कोई व्यवस्थित विचलन रह सकता है; वहीं कम व्यवस्थित प्रभाव वाली घड़ी में छोटी अवधि का शोर अधिक हो सकता है। इसलिए तुलना में दोनों का आकलन चाहिए।

3.2 गुणा 10 की घात ऋण 18 की संख्या इस अध्ययन में आवृत्ति-अनुपात की सापेक्ष अनिश्चितता से संबंधित है। इसे हर घड़ी की प्रतिदिन की गलती या हर उपयोगकर्ता के फोन पर मिलने वाली सटीकता नहीं समझना चाहिए। इसी तरह बहुत लंबे समय में एक सेकंड की संभावित चूक वाली लोकप्रिय तुलना वास्तविक उपकरण को उतने अरब वर्ष चलाकर जांच लेने का दावा नहीं है।

पुनर्परिभाषा का निर्णय कौन करेगा?

सेकंड अंतर्राष्ट्रीय मानक है, इसलिए एक प्रयोगशाला या शोध पत्र अकेले उसकी परिभाषा नहीं बदलता। अंतर्राष्ट्रीय भार एवं माप ब्यूरो तथा समय और आवृत्ति से जुड़े परामर्श निकाय इस दिशा में मानदंड और तैयारी पर काम करते हैं। अंतिम अंतर्राष्ट्रीय निर्णय के लिए व्यापक सहमति और आवश्यक शर्तों की पूर्ति चाहिए। बेहतर घड़ी बनना इस प्रक्रिया का महत्वपूर्ण हिस्सा है, पूरी प्रक्रिया नहीं।

ब्यूरो की वर्तमान रूपरेखा 2030 को महत्वपूर्ण संभावित निर्णय-बिंदु बताती है। यह बिना शर्त तय लागू होने की तारीख नहीं है। 2026 की समीक्षा और मसौदा प्रस्ताव को अंतिम पारित पुनर्परिभाषा कहना भी गलत होगा। सहमति तथा अनिवार्य मानदंड पूरे होने पर निर्णय और उसके बाद लागू होने की तारीख तय की जा सकती है।

किन विकल्पों पर विचार है?

एक विकल्प किसी एक ऑप्टिकल परमाणु संक्रमण को चुनकर उसकी आवृत्ति का निश्चित मान तय करना है। दूसरा विकल्प अनेक ऑप्टिकल संक्रमणों की आवृत्तियों से एक भारित संयुक्त संदर्भ बनाने का है। दोनों में प्रयोगशालाओं तक मानक पहुंचाने, निरंतरता रखने और भविष्य में सुधार की संभावना जैसे प्रश्न आते हैं। इस लेख में किसी विकल्प को अंतिम घोषित नहीं किया जा रहा है।

नई परिभाषा का उद्देश्य रोजमर्रा के एक सेकंड की अवधि अचानक बदल देना नहीं होगा। पुरानी परिभाषा से निरंतरता महत्वपूर्ण शर्त है। ब्यूरो की व्याख्या के अनुसार भविष्य में सीजियम मानक भी द्वितीयक मानक के रूप में उपयोगी रह सकते हैं। इसलिए पुनर्परिभाषा का अर्थ सभी सीजियम घड़ियों को तुरंत हटाना या सामान्य लोगों को घड़ी बदलने का आदेश देना नहीं है।

वैज्ञानिक और व्यावहारिक महत्व

बेहतर आवृत्ति तुलना मूलभूत नियतांकों में संभावित परिवर्तन की जांच और गुरुत्वाकर्षण से जुड़े परीक्षणों में उपयोगी हो सकती है। अत्यंत सटीक घड़ियां गुरुत्वीय विभव के अंतर के प्रति संवेदनशील हो सकती हैं, जिससे सापेक्षतावादी भू-मापन की संभावना बनती है। लेकिन हर अच्छे घड़ी-प्रयोग में नया भौतिक सिद्धांत सिद्ध हो गया, ऐसा नहीं माना जा सकता। परिणाम को संबंधित परीक्षण और अनिश्चितता के साथ पढ़ना होगा।

संचार और नेविगेशन पहले से भरोसेमंद समय मानकों पर निर्भर हैं। भविष्य के अधिक अच्छे मानकों का लाभ पहुंचाने के लिए समय-वितरण तथा संस्थागत क्षमता में भी सुधार चाहिए। भारतीय संदर्भ में यह मापन-विज्ञान, राष्ट्रीय मानकों और प्रशिक्षित वैज्ञानिकों का महत्व समझाता है। किसी विदेशी अध्ययन से भारत की मौजूदा प्रणाली में तत्काल बदलाव या किसी खास परियोजना का परिणाम अपने आप सिद्ध नहीं होता।

मुख्य परीक्षा अभ्यास प्रश्न

ऑप्टिकल परमाणु घड़ियों का महत्व समझाइए। सेकंड की संभावित पुनर्परिभाषा में तकनीकी श्रेष्ठता के साथ अंतर्राष्ट्रीय तुलना, निरंतरता और मानक-वितरण क्यों जरूरी हैं? (250 शब्द, 15 अंक)

उत्तर की रूपरेखा:

भूमिका में: सेकंड की वर्तमान परिभाषा को सीजियम-133 के दो हाइपरफाइन स्तरों के बीच संक्रमण की आवृत्ति पर आधारित बताएँ और ऑप्टिकल घड़ियों का अंतर रखें: ये ऑप्टिकल क्षेत्र की आवृत्तियों वाले संक्रमण इस्तेमाल करती हैं। 28 मई 2026 को फिजिकल रिव्यू लेटर्स में स्वीकृत आवृत्ति-अनुपात शोध का उल्लेख करें, जिसमें एल्युमिनियम आयन, इटर्बियम और स्ट्रॉन्शियम की घड़ियों की तुलना हुई। स्पष्ट करें कि स्वीकृति की तारीख अंतिम प्रकाशन की तारीख नहीं है और दुनिया की घड़ियां अभी बदली नहीं हैं।

मुख्य भाग में: तकनीकी श्रेष्ठता में 3.2 गुणा 10 की घात ऋण 18 या उससे कम की सापेक्ष अनिश्चितता को केवल इस आवृत्ति-अनुपात अध्ययन के संदर्भ में रखें; यह हर घड़ी की रोजमर्रा की सटीकता नहीं है। अनिश्चितता और स्थिरता का अंतर समझाएँ। अंतर्राष्ट्रीय तुलना के लिए बताएँ कि अलग परमाणुओं की घड़ियों की आवृत्तियों का अनुपात मापने से संदर्भों की संगति जांची जाती है, और एक घड़ी के अच्छे परिणाम से नया सार्वभौमिक मानक तय नहीं होता; अलग प्रयोगशालाओं की तुलना और स्वतंत्र दोहराव जरूरी हैं। फ्रीक्वेंसी कॉम्ब की भूमिका बताएँ। मानक-वितरण में दो संस्थानों के बीच लगभग 3.6 किलोमीटर के स्थिर किए गए ऑप्टिकल फाइबर संपर्क से साझा संदर्भ पहुंचाने का उदाहरण रखें, पर इसे सामान्य इंटरनेट फाइबर पर हर घड़ी को जोड़ने का प्रमाण न बताएँ। निरंतरता में पुरानी परिभाषा से निरंतरता की शर्त और सीजियम मानकों के द्वितीयक मानक के रूप में संभावित उपयोग रखें। प्रक्रिया के लिए लिखें कि सेकंड अंतर्राष्ट्रीय मानक है, इसलिए एक शोध पत्र उसकी परिभाषा नहीं बदलता; अंतर्राष्ट्रीय भार एवं माप ब्यूरो की रूपरेखा 2030 को संभावित निर्णय-बिंदु बताती है, यह बिना शर्त लागू होने की तारीख नहीं है, और 2026 का मसौदा प्रस्ताव अंतिम पारित पुनर्परिभाषा नहीं है। एक संक्रमण या अनेक संक्रमणों के भारित संयुक्त संदर्भ वाले विकल्पों को अंतिम घोषित न करें। जो आंकड़े लेख में नहीं हैं, उन्हें न गढ़ें।

निष्कर्ष में: निष्कर्ष में लिखें कि ऑप्टिकल घड़ियां समय-मापन की नई संभावनाएं देती हैं, पर पुनर्परिभाषा के लिए तकनीकी श्रेष्ठता के साथ अंतर्राष्ट्रीय तुलना, निरंतरता, सहमति और मानक-वितरण की तैयारी भी जरूरी है। संभावित निर्णय और अंतिम निर्णय का अंतर स्पष्ट रखें।

स्रोत

1. अमेरिकन फिजिकल सोसाइटी: आवृत्ति-अनुपात शोध, 28 मई 2026 को स्वीकृत
2. निस्ट: उसी शोध के पहले विवरण का सार, 10 अप्रैल 2026
3. अंतर्राष्ट्रीय भार एवं माप ब्यूरो: सेकंड की वर्तमान परिभाषा
4. निस्ट: ऑप्टिकल घड़ियां और फ्रीक्वेंसी कॉम्ब
5. अंतर्राष्ट्रीय भार एवं माप ब्यूरो: सेकंड की पुनर्परिभाषा की रूपरेखा
6. ब्यूरो: समयसीमा, विकल्प, निरंतरता और मानदंड

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अक्सर पूछे जाने वाले प्रश्न (FAQ)

संक्षिप्त उत्तर: अंतर्राष्ट्रीय मात्रक प्रणाली में सेकंड की वर्तमान परिभाषा सीजियम-133 परमाणु की मूल अवस्था के दो हाइपरफाइन स्तरों के बीच संक्रमण से जुड़ी आवृत्ति पर आधारित है। संबंधित अविक्षुब्ध आवृत्ति का निश्चित मान 9,192,631,770 हर्ट्ज लिया जाता है।

प्रश्न: सेकंड की वर्तमान परिभाषा किस पर आधारित है?

अंतर्राष्ट्रीय मात्रक प्रणाली में सेकंड की वर्तमान परिभाषा सीजियम-133 परमाणु की मूल अवस्था के दो हाइपरफाइन स्तरों के बीच संक्रमण से जुड़ी आवृत्ति पर आधारित है। संबंधित अविक्षुब्ध आवृत्ति का निश्चित मान 9,192,631,770 हर्ट्ज लिया जाता है।

प्रश्न: ऑप्टिकल घड़ियों के अनुपात वाले अध्ययन का प्रकाशन-संदर्भ क्या था?

अमेरिकन फिजिकल सोसाइटी के रिकॉर्ड के अनुसार परमाणु घड़ियों की आवृत्तियों के अनुपात पर एक शोध पत्र 28 मई 2026 को फिजिकल रिव्यू लेटर्स में स्वीकार किया गया था। स्वीकार किए जाने की यह तारीख अंतिम प्रकाशन की तारीख से अलग है।

प्रश्न: क्या अध्ययन से सेकंड की नई परिभाषा लागू हो गई?

शोधकर्ताओं ने इसे सेकंड की भविष्य की पुनर्परिभाषा की दिशा में एक महत्वपूर्ण मानदंड से जुड़ी उपलब्धि बताया। इससे सभी जरूरी मानदंड पूरे हो जाने या नई परिभाषा लागू हो जाने का निष्कर्ष नहीं निकलता।

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