ઇન્ફર્મેશન થિયરી: બ્રહ્માંડને સમજવાની આધુનિક માસ્ટર-કી?

Published - 12 July 2020

વોયેજર-2: લોંગ ડિસ્ટન્સ કોલનો નવો કીર્તિમાન.

એક વાર એવું બન્યુંકે 1977માં છોડવામાં આવેલ વોયેજર-2 સૂર્યમાળાની સીમારેખા ઓળંગીને બાહ્ય અવકાશમાં પહોંચી ગયું. અહીંથી મોકલેલ સંદેશો પૃથ્વી સુધી પહોંચતા 12 કલાક જેટલો સમય લાગતો હતો. આમ છતાં પૃથ્વીથી દૂર પહોંચેલ પોતાના સ્પેસક્રાફ્ટ સાથે નાસાએ સંપર્કવ્યવહાર જાળવી રાખ્યો હતો. સંદેશા વ્યવહારનું મોનીટરીંગ કરતી વખતે તેમને લાગ્યું કે વોયેજર-2ના આંતરિક ભાગમાં રાખવામાં આવેલ દાયકા જૂના કોમ્પ્યુટર પ્રોગ્રામમાં કોઈ ખરાબી પેદા થઈ છે. નાસાના વૈજ્ઞાનિકોએ વર્ષો પુરાણા કોમ્પ્યુટર અને તેના પ્રોગ્રામિંગમાં ક્યાંક ખામી થઈ છે? તેનું પૃથ્થકરણ કર્યું. છેવટે ખામી શોધી કાઢી. હવે સવાલ રહ્યો આ ખામીને દૂર કરવાનો? નાસાના હાર્ડવેર અને સોફ્ટવેર ઇજનેરોએ આ સમસ્યાનો ઉકેલ પણ શોધી કાઢ્યો. વોયેજર-2 યાન પૃથ્વીથી એટલે દૂર પહોંચી ચૂક્યું હતુંકે ત્યાંથી આવતા સંદેશા અને બ્રહ્માંડમાંથી આવતા ઘોંઘાટને અલગ તારવવા ખૂબ જ મુશ્કેલ થઈ ગયા હતા. સંદેશાના તરંગો પૃથ્વી સુધી આવતા સુધી ક્ષીણ થઇ જતા હતા.

નાસાએ વોયેજર-2ના સદીઓ જૂના કોમ્પ્યુટરને રીપેર કરવા માટે દુનિયાની સૌથી શક્તિશાળી ડીપ સ્પેસ નેટવર્કના વિશાળકાય રેડિયો ટેલિસ્કોપનો ઉપયોગ કરવાનું નક્કી કર્યું. જેથી કરીને કોમ્પ્યુટરને રીપેર કરવાના કોડ અને કમાન્ડસ એટલે કે આદેશ શક્તિશાળી સ્વરૂપે વોયેજર-2ને પહોંચાડી શકાય. પૃથ્વી પરથી મોકલવામાં આવેલ રીપેરીંગ માટેના કમાન્ડ વોયેજર-2ને પહોંચી ગયો. વોયેજર-2એ પોતાના કોમ્પ્યુટર માં જાતે જ રીપેરીંગ પણ કરી દીધું. છેલ્લે સબ સલામતછે નો એક સંદેશો પૃથ્વીવાસીને પણ મોકલી આપ્યો. સૂર્યમાળાના ઇતિહાસમાં પણ આ બાજુ કિલોમીટર દૂર આવેલ વોયેજર-2નું રીપેરીંગ કામ કરવાનું એક નવો કીર્તિમાન હતો. આ સાથે પૃથ્વીવાસીઓએ બીજો પણ એક રેકોર્ડ સ્થાપ્યો હતો. જેને લોંગ ડિસ્ટન્સ કોલ અથવા લોંગ ડિસ્ટન્સ કોમ્યુનિકેશન કહે છે. પૃથ્વીવાસીએ ઈતિહાસમાં પહેલીવાર પૃથ્વીથી સૂર્યમાળાની બહાર, ૧૭ અબજ કિલોમીટર દૂર આવેલ વોયેજર-2ને લોંગ ડિસ્ટન્સ કોલ કરી, તેની ખામી દૂર કરવાનો સંદેશો મોકલ્યો હતો. નાસાના મળેલ મોટી સફળતા પાછળ એક વ્યક્તિએ શોધેલ થિયરીનો પ્રતાપ હતો. વિજ્ઞાન જગત તેને ઇન્ફર્મેશન થિયરી તરીકે ઓળખે છે.

કલોડ શેનોન: “ઇન્ફર્મેશન થીયરી”ના જન્મદાતા.

અમેરિકન ગણિતશાસ્ત્રી અને ઇજનેર કલોડ શેનોન (Claude Shannon),નામના વૈજ્ઞાનિકે ઇન્ફર્મેશન થીયરી આપી હતી. 1939માં કલોડ શેનોન માસ્સાચુસેટ્સ ઇન્સ્ટિટ્યૂટ ઓફ ટેક્નોલોજી(MIT)માં ઇજનેરી વિદ્યાર્થી તરીકે ગ્રેજ્યુએશન કરી રહ્યા હતા. અહીં તેમણે માહિતી એટલે કે ઇન્ફર્મેશનની પાયાની અને ગાણિતિક સ્વરૂપમાં પરફેક્ટ ગણાય તેવી વ્યાખ્યા કરવાનો પ્રયત્ન કર્યો. તેમને લાગ્યું કે પાયાની માહિતીની વ્યાખ્યા કરતા પહેલા,માહિતી સાચી છે કે ખોટી છે તેનોજવાબ મેળવવો પડે. જેના માત્ર બે જ વિકલ્પ હોઈ શકે, હા અથવા ના. તેમને લાગ્યું કે બે આંકડાની આ માહિતીને, દ્વિઅંકી પદ્ધતિ/binary systemના એક એકમ તરીકે આપી શકાય. અહીં ઇન્ફર્મેશન ટેકનોલોજી માટે પાયાનો એકમ કહેવાય તેવી માહિતી એટલે કે એક બીટને ગણિતના સ્વરૂપમાં એક અથવા 0 દ્વારા દર્શાવવામાં આવ્યું. માહિતીના પ્રાથમિક કોડને નક્કી કર્યા બાદ, આ માહિતીને પેક કરીને સંદેશાવ્યવહારમાં કઈ રીતે મોકલી શકાય? આ દિશામાં કલોડ શેનોનને દિમાગ દોડાવ્યું. ઇલેક્ટ્રોનિક તરંગોના ઘોંઘાટ વચ્ચે માહીતીને સુસ્પષ્ટ રીતે રજુ કરવા માટે તેમણે ચોક્કસ બેન્ડવિડ્થનો સહારો લીધો. જેના કારણે સંદેશા વ્યવહારમાં આવતા બિનજરૂરી ઘોંઘાટમાંથી સંદેશાને અલગ તારવવાનું આસાન બની ગયું.

હવે પછીનો મુખ્ય મુદ્દો માહિતીની ભેળસેળ ન થાય તેમાટે ચોક્કસ પ્રક્રિયા શોધવાની જરૂર હતી. તેમણે કહ્યું કે સંદેશા વ્યવહારના ડેટા/માહિતીસાથે એક વધારાના બીટને ઉમેરી તેની ચોક્કસતા વધારી શકાય છે. આપણી ભાષા અને બોલી સ્વર અને વ્યંજન વડે બનેલી છે. કોઈપણ આ શબ્દનો અર્થ સમજાવવા માત્ર વ્યંજન ઉપયોગી થઇ શકે. પરંતુ માહિતીની ભેળસેળ ન થાય તેમાટે આપણે એમાં સ્વર ઉમેરીએ છીએ. આવું જ કામ કલોડ શેનોનને માહિતીને અન્ય માહિતી સાથે ભેળસેળ થતી અટકાવવા / રોકવા માટે વધારાનું બીટ ઉમેરીને કર્યું.1941માં કલોડ શેનોન બેલ લેબોરેટરીમાં જોડાયા. પોતાની ઇન્ફર્મેશન થિયરીને તેમણે અહીં વિસ્તૃત કરી સંશોધન કર્યું.માહિતીના પ્રાથમિક એકમને 1947મા જોન તુકે(John Tukey) Bit/બીટ નામ આપ્યું. છેવટે 1948માં કલોડ શેનોનને “ઇન્ફર્મેશન થીયરી”ને “એ મેથેમેટિકલ થીયરી ઓફ કોમ્યુનિકેશન” નામે “બેલ સિસ્ટમ ટેકનિકલ જર્નલ”માં પ્રકાશિત કરી.

બ્લેક હોલ: ભૌતિકશાસ્ત્રમાં માહિતીનું મહત્વ સમજાવે છે.

ભૌતિકશાસ્ત્રના નિયમો, કવોન્ટમ મિકેનિકસના નિયમો, એ બીજું કંઈ નહીં પરંતુ ભૌતિક શાસ્ત્રની ઇન્ફર્મેશન થીયરીનું ગાણિતિક સ્વરૂપ છે. બ્રહ્માંડની પ્રકૃતિ, તેનું સર્જન અને તેમાં લાગતા બળો, દરેકને સમજાવવા અને એકીકરણ કરવા માટે વૈજ્ઞાનિકો એક થીયરી આપે છે. જેને થીયરી ઓફ એવરીથિંગ કહે છે. ૧૯૭૦ના દાયકામાં બ્લેક હોલ ઉપર સંશોધન કરતા વૈજ્ઞાનિકોને યુનિફાઇડ થીયરી ઓફ એવરીથિંગ નો આઈડિયા આવ્યો હતો. 1973માં વેસ્ટન યુનિવર્સિટીના યુવાન ગ્રેજ્યુએટ વિદ્યાર્થી જેકોબ બર્નસ્ટેઇન, બ્લેક હોલમાં જે પદાર્થ હજમ થઈ જતો હતો તેના ઉપર સંશોધન કરી રહ્યા હતા. એવું માનવામાં આવતું હતું કે અવકાશી પિંડ બ્લેકહોલમાં સમાઈ જાય છે તેની સાથે જ તેને લગતી માહિતી પણ બ્લેક હોલમાં લુપ્ત થઈ જાય છે. જેકોબ બર્નસ્ટેઇનને દર્શાવ્યું કે બ્લેકહોલમાં બ્રહ્માંડીય પિંડોનું દ્રવ્ય ભલે હજમ થઈ જતું હોય પરંતુ તેની માહિતી બ્લેકહોલ સાચવી રાખી શકે છે. પ્રોટોન જેટલા નાના કદના બ્લેકહોલમાં સેંકડો અબજ સીડી ભરી શકાય તેટલી માહિતી સ્ટોર થઇ શકે છે.

વૈજ્ઞાનિકોએ શોધી કાઢ્યુંકે કેટલા પ્રમાણમાં બ્લેક હોલમાં માહિતી સમાઈ શકે? તેનો આધાર બ્લેકહોલના કદ ઉપર નહીં પરંતુ તેનો સપાટી ઉપરના ક્ષેત્રફળ,વિસ્તાર ઉપર રહેલો છે છે. બ્લેકહોલના વિશાળ એરીયા ઉપર સમાતી માહિતી માટે જે ફોર્મ્યુલા આપવામાં આવી છે તેને બર્નસ્ટેઇન બોન્ડ કહે છે. ક્યારે સૂક્ષ્મ બ્લેકહોલના વિસ્તારમાં સમાતી માહિતીને પ્લાન્ક એરીયા જેવા સૂક્ષ્મ ક્ષેત્રફળ વડે માપી શકાય. આ રીતે બ્લેક હોલમાં કવોન્ટમ થિયરી અને જનરલ થિયરી ઓફ રિલેટિવિટીનું સંયોજન થયેલ જોવા મળે છે. ઇન્ફર્મેશન થિયરીને રજૂ કરતું બીજું એક સ્વરૂપ જેને ભૌતિક શાસ્ત્ર, હોલોગ્રાફિક પ્રિન્સીપાલ તરીકે ઓળખે છે. જે દર્શાવેછે કે અંતરીક્ષના કોઈ પણ ક્ષેત્રનું વર્ણન કરવું હોય તો એની માહિતી તેની સપાટી ઉપર સચવાયેલી હોય છે. જો આવાત સાચી હોય તો આ સિદ્ધાંત દર્શાવે છે કે આપણું બ્રહ્માંડ આપણે સમજીએ છીએ તેટલું જટિલ નહીં પરંતુ સરળ છે.

રંગસૂત્ર અને જનીન: રહસ્યમય માહિતીનો ખજાનો

કેટલાક વૈજ્ઞાનિકો માનેછે કે બ્રહ્માંડના પ્રારંભિક એકમ તરીકે માત્ર પદાર્થઅને ઉર્જા જ નહીં પરંતુ ઇન્ફર્મેશન એટલે કે માહિતીનો પણ સમાવેશ કરવો પડશે. બ્રહ્માંડમાં કોઈપણ એવો પદાર્થ નથી જેને માહિતી વડે દર્શાવી નશકાય. સમીકરણ હોય ,શબ્દો હોય, ચિત્ર હોય, અવાજ હોય, કે હાલતા ચાલતા દ્રશ્ય હોય દરેકને એક અને શૂન્યની, સિક્વન્સ તરીકે દર્શાવી શકાય છે. જીવનનું રહસ્ય સમજવા માટે, જીવની ઉત્પત્તિ કેવી રીતે થઈ?તે સમજવા માટે જીવ-વિજ્ઞાનીઓ હવે ઇન્ફર્મેશન થિયરીનો ઉપયોગ કરી રહ્યા છે જિનેટિક્સથી માંડીને તબીબી જગત સુધી આ થિયરીનો ઉપયોગ થઈ શકે છે. કોઈપણ એક સજીવને બનાવવો હોય તો પુષ્કળ પ્રમાણમાં અંગોને લગતી માહિતીની જરૂર પડે છે. તે સમયે વારસાગત લક્ષણો અને અંગોનો વિકાસ માટે જરૂરી જૈવિક ચીજને વૈજ્ઞાનિકો રંગસૂત્ર અને જનીન તરીકે ઓળખતા હતા. રંગસૂત્ર અને જનીન જૈવિક માહિતી ધરાવતું હતું. આમ છતાં રહસ્ય અકબંધ હતું. કેટલાક વૈજ્ઞાનિકો માનતા હતાકે આ માહિતી પ્રોટીનમાં સચવાયેલી છે.

૧૯૪૪માં અમેરિકન બાયોકેમિસ્ટ ઓસવાલ એવરીએ જણાવ્યુંકે કોષમાં આવેલ ખુબજ સાદા રેણુ, જિનેટિક ઇન્ફર્મેશન ધરાવે છે. તેને ડીએનએ કહે છે. ત્યારબાદ બીજા વીસ વર્ષ વીતી ગયા. અંતે ખબર પડીકે ડીએનએ, માહિતીને ચાર બેઝપેરમાં જાળવી રાખે છે. જિનેટિક માહિતીના આધારે જ સજીવ બદલાવ અથવા ઉત્ક્રાંતિ પામે છે . મનુષ્ય જેવા જટિલ પ્રાણીની બનાવટમાં ખૂબ જ ઓછા પ્રમાણમાં ડીએનએ માહિતીનો સંગ્રહ કરે છે. હ્યુમન જેનોમ પ્રોજેક્ટ વડે વૈજ્ઞાનિકો જાણી ચૂક્યા છે કે એક મનુષ્યના શરીરમાં ઉપયોગી અને ક્રિયાશીલ જનીનોની સંખ્યા 25 હજાર જેટલી છે. હ્યુમન જેનોમમાં રહેલ બાકીનો ૮૦ ટકા હિસ્સો જંક ડિએનએ એટલે કે બિનઉપયોગી કચરો છે. ૧૯૯૨માં બોસ્ટન યુનિવર્સિટીના યુજીન સ્ટેનલીએ થિયરી ઓફ ઇન્ફર્મેશન આધારે બતાવ્યુંકે જંક ડિએનએ એટલે કે બિન ઉપયોગી જિનેટિક ક્ષેત્રોમાં પણ માહિતી રહેલી છે મોટી સંખ્યામાં સંશોધકો માને છે કે જેનોમીક્સ દવાની સફળતા સમજવી હોય તો જંક ડિએનએમાં રહેલ માહિતીને પણ લક્ષમાં લેવી પડશે.