ความมหัศจรรย์ของฟิสิกส์ควอนตัม

2024 ผู้เขียน: Seth Attwood | [email protected]. แก้ไขล่าสุด: 2023-12-16 16:17

คุณรู้อะไรเกี่ยวกับควอนตัมฟิสิกส์ แม้แต่นักเรียนมนุษยศาสตร์อย่างฉันก็ยังเข้าใจดีว่าฟิสิกส์และควอนตัมฟิสิกส์ศึกษาสิ่งที่แตกต่างกันเล็กน้อย

ในเวลาเดียวกัน ฟิสิกส์โดยทั่วไปคือศาสตร์แห่งธรรมชาติ ซึ่งศึกษาวิธีการทำงานของโลกและวิธีที่วัตถุและร่างกายมีปฏิสัมพันธ์ซึ่งกันและกัน ในฐานะสาขาฟิสิกส์ กลศาสตร์ควอนตัมศึกษาโลกของเราในระดับที่ลึกที่สุด ความจริงก็คือทุกสิ่งที่อยู่รอบตัวเราประกอบด้วยอะตอม ทำไม แม้แต่คุณและฉันไม่ได้เป็นอะไรมากไปกว่ากลุ่มอะตอมที่มีต้นกำเนิดจากแกนของมหานวดารา นอกจากนี้ ฟิสิกส์สาขานี้ซับซ้อนมากจนนักวิทยาศาสตร์หลายคนยอมรับว่าไม่เข้าใจดีนัก เนื่องจากคำถามที่ยังไม่ได้ตอบมีจำนวนเพิ่มขึ้นและความคล้ายคลึงกันระหว่างฟิสิกส์ควอนตัมกับเวทมนตร์ มันจึงน่าสนใจอย่างเหลือเชื่อ แต่อาจทำให้เข้าใจผิดได้ เช่นเดียวกับนักต้มตุ๋นและนักวิทยาศาสตร์เทียมหลายคนที่ประสบความสำเร็จ ในบทความนี้ เราจะพยายามทำความเข้าใจว่าทำไมฟิสิกส์ควอนตัมจึงคล้ายกับเวทมนตร์

โฟตอนเป็นอนุภาคมูลฐานที่ไม่มีมวลและสามารถอยู่ในสุญญากาศได้ โดยเคลื่อนที่ด้วยความเร็วแสง ประจุไฟฟ้าของโฟตอนก็เป็นศูนย์เช่นกัน

ไม่มีใครในโลกที่เข้าใจกลศาสตร์ควอนตัม

เราทุกคนรักเทคนิคมายากล โดยเฉพาะอย่างยิ่งในระหว่างที่นักมายากลสามารถทำให้ลูกบอล "กระโดด" ระหว่างถ้วยคว่ำได้ ในระบบควอนตัม ซึ่งคุณสมบัติของวัตถุ รวมถึงตำแหน่งของวัตถุ อาจแตกต่างกันไปขึ้นอยู่กับว่าคุณสังเกตอย่างไร ความสำเร็จดังกล่าวควรเกิดขึ้นได้โดยไม่ต้องใช้มือ ความจริงก็คือตามทฤษฎีควอนตัม อนุภาคมูลฐานได้รับสถานะบางอย่างในช่วงเวลาของการสังเกตเท่านั้น เป็นเรื่องยากที่จะเชื่อ แต่ในท้ายที่สุด นักวิทยาศาสตร์สามารถพิสูจน์ได้โดยใช้โฟตอนเดียว ว่ามันมีอยู่สามแห่งในเวลาเดียวกัน แต่สิ่งนี้เป็นไปได้อย่างไร?

การทดลองควอนตัมที่มีชื่อเสียงที่สุดอย่างหนึ่งคือการทดลองแบบ double-slit ซึ่งแสดงให้เห็นว่าแสงและสสารสามารถประพฤติตัวเหมือนอนุภาคและคลื่นได้ในเวลาเดียวกัน

ควรสังเกตว่า Albert Einstein สนใจในความสำเร็จของกลศาสตร์ควอนตัม - ด้วยความช่วยเหลือซึ่งสามารถอธิบายพฤติกรรมของอะตอมและอนุภาคมูลฐานได้อย่างแม่นยำ อย่างไรก็ตาม นักวิทยาศาสตร์ที่เก่งกาจคัดค้านทฤษฎีนี้และเยาะเย้ยแนวคิดที่เป็นรากฐาน - ความสับสน ในกลศาสตร์ควอนตัม การพัวพันหมายความว่าคุณสมบัติของอนุภาคหนึ่งสามารถส่งผลต่อคุณสมบัติของอนุภาคอื่นได้ทันที โดยไม่คำนึงถึงระยะห่างระหว่างอนุภาคเหล่านั้น

ต่อจากนั้น ชุดของการทดลองที่ซับซ้อนแสดงให้เห็นว่าไอน์สไตน์คิดผิด การพัวพันเป็นเรื่องจริง และไม่มีทฤษฎีอื่นใดที่สามารถอธิบายผลกระทบที่แปลกประหลาดของมันได้ และถึงแม้ทฤษฎีควอนตัมจะมีความสามารถในการอธิบายผลลัพธ์จากการทดลอง นักวิทยาศาสตร์หลายคนตระหนักดีว่าฟิสิกส์ควอนตัมนั้นซับซ้อนมากจนแทบจะเป็นไปไม่ได้ที่จะเข้าใจ

อย่างไรก็ตาม การพัวพันไม่ใช่ปรากฏการณ์เดียวที่แยกทฤษฎีควอนตัมออกจากทฤษฎีคลาสสิก ตามที่นักฟิสิกส์บางคนกล่าว มีข้อเท็จจริงที่น่าตกใจอีกประการหนึ่งเกี่ยวกับความเป็นจริงของควอนตัมที่มักถูกมองข้ามและทำให้เกิด "ความมหัศจรรย์" ของฟิสิกส์เชิงทฤษฎีในด้านนี้ ตามรายงานของ The New Scientist ในปี 1967 Simon Cochen และ Ernst Specker ได้รับการพิสูจน์ทางคณิตศาสตร์ว่าแม้สำหรับวัตถุควอนตัมหนึ่งชิ้นซึ่งเป็นไปไม่ได้ที่จะพัวพัน ค่าที่คุณได้รับเมื่อวัดคุณสมบัติของมันขึ้นอยู่กับสถานการณ์ที่วัตถุนี้ตั้งอยู่ ดังนั้น ค่าของคุณสมบัติ A จึงขึ้นอยู่กับว่าคุณเลือกที่จะวัดโดยใช้คุณสมบัติ B หรือใช้คุณสมบัติ C พูดง่ายๆ ก็คือ ไม่มีความเป็นจริงที่ไม่ขึ้นกับการเลือกการวัด

มายาแห่งความจริง

เห็นด้วยอย่างน้อยก็แปลกและทำให้สมองแตกอย่างแท้จริงท้ายที่สุดปรากฎว่าการปรากฏตัวของผู้สังเกตการณ์กำหนดชะตากรรมของระบบและบังคับให้เลือกสถานะใดสถานะหนึ่ง แต่นี่เป็นการแทรกแซงของสติสัมปชัญญะสู่ความเป็นจริงทางวัตถุไม่ใช่หรือ? และถ้าเราพิจารณาว่าโฟตอนของแสงสามารถเป็นได้ทั้งอนุภาคและคลื่นพร้อมกันและอยู่ในสามแห่งพร้อมกัน แล้วเราอาศัยอยู่ในโลกใด นี่เป็นข้อพิสูจน์ของการมีอยู่ของความเป็นจริงคู่ขนานกับกฎฟิสิกส์เดียวกันหรือไม่?

และนี่เป็นเพียงส่วนหนึ่งของคำถามที่ฟิสิกส์สมัยใหม่ไม่มีคำตอบ จนถึง อย่างไรก็ตาม ทุกสิ่งที่ไม่รู้จักในสมัยโบราณทำให้คนกลัว บางครั้งคนเราพร้อมที่จะเชื่อทุกอย่าง ตราบใดที่มีอย่างน้อยหนึ่งคำตอบ และไม่สำคัญว่าคำตอบไหน ด้วยเหตุผลนี้ จึงไม่น่าแปลกใจเลยที่นักต้มตุ๋นและนักวิทยาศาสตร์เทียมทุกประเภทชื่นชอบฟิสิกส์ควอนตัมมาก หากเปิด REN TV เพื่อผลประโยชน์ คุณอาจสะดุดกับรายการใดรายการหนึ่งเกี่ยวกับอีกโลกหนึ่ง ซึ่งนักวิทยาศาสตร์จอมปลอมอีกคนทำหน้าที่เป็นผู้เชี่ยวชาญ ใน 99 กรณีจาก 100 กรณี คำอธิบายที่ผิดพลาดของเขาเกี่ยวกับระเบียบโลกจะรวมถึงการกล่าวถึงฟิสิกส์ควอนตัมอย่างน้อยหนึ่งครั้ง ในเวลาเดียวกัน นักวิทยาศาตร์เทียมคนใดก็แสดงคำศัพท์ทางวิทยาศาสตร์อย่างรวดเร็ว เช่น อิเล็กตรอน โฟตอน และพัวพัน เพื่อให้ได้รูปลักษณ์ที่น่าเชื่อถือมากขึ้นหรือน้อยลงในสายตาของผู้ชมที่ไม่มีประสบการณ์

บางครั้งฉันก็ดูเหมือนว่านักต้มตุ๋นที่เคารพตนเองจะต้องพูดเกี่ยวกับความลับของฟิสิกส์ควอนตัมในละครของเขา ท้ายที่สุด นักวิทยาศาสตร์แทบไม่มีอะไรจะโต้แย้งกับการอ้างว่ากลศาสตร์ควอนตัมเป็นเรื่องลึกลับสำหรับนักวิทยาศาสตร์ ไม่สะดวก? ความนิยมของความคิดดังกล่าวอาจส่งผลให้เกิดการมองโลกที่ผิดพลาดสำหรับผู้คนจำนวนมาก ความคิดเช่นนี้ยังส่งผลต่อความชอบในการแพทย์ทางเลือกและการวางมือสำหรับโรคอันตราย ดังนั้น จากหน้าจอทีวี นักวิทยาศาตร์ที่มีโฟมที่ปากได้พิสูจน์ว่าความคิดนั้นมีอยู่จริงเพราะฟิสิกส์ควอนตัมอยู่ที่นี่ และนักชีววิทยาที่ปลูกเองในบ้านก็ได้รวมเอาฟิสิกส์ควอนตัมเป็นแนวคิดที่ไร้เหตุผลเกี่ยวกับจีโนมของคลื่น เป็นต้น ทั้งหมดนี้มีส่วนช่วยในการพัฒนาการคิดแบบมีมนต์ขลัง ซึ่งฉันเขียนเกี่ยวกับรายละเอียดเพิ่มเติมก่อนหน้านี้ และการเติบโตของตำนานและความเข้าใจผิดเกี่ยวกับโลกที่เราอาศัยอยู่

ในขณะเดียวกัน ควอนตัมฟิสิกส์ก็เป็นเวทมนตร์ที่แท้จริง ความมหัศจรรย์ของความเป็นจริง ใช่ เราไม่เข้าใจมากนักและไม่ทราบคำตอบของคำถามที่เกิดจากการพัวพันกับควอนตัมและผลการทดลองจำนวนมาก รวมถึงแมวของชโรดิงเงอร์ซึ่งนิโคไล Khizhnyak เพื่อนร่วมงานของฉันเขียนไว้ก่อนหน้านี้ ในขณะเดียวกัน ความจริงก็น่าสนใจกว่านิยายมาก เพราะเราไม่รู้เรื่องนี้มาก: จักรวาลของเราประกอบด้วยสสารมืดลึกลับ 95% และยังมีพลังงานมืดซึ่งมีหน้าที่ในการเร่งการขยายตัว ของจักรวาล ยิ่งไปกว่านั้น ในระดับที่ลึกที่สุด โลกของเราประกอบด้วยอนุภาคที่เล็กที่สุดที่สามารถอยู่ได้หลายที่พร้อม ๆ กัน และมีลักษณะการทำงานที่แตกต่างกันไปขึ้นอยู่กับว่าเรากำลังเฝ้าดูพวกมันอยู่หรือไม่ หากนี่ไม่ใช่ความมหัศจรรย์ของความเป็นจริงแล้วความจริงคืออะไร?

ในเวลาเดียวกัน วิทยาศาสตร์ได้ให้คำตอบมากมายสำหรับคำถามที่สำคัญที่สุดเกี่ยวกับโลกของเราแล้ว อย่างไรก็ตาม ฉันคิดว่าไม่มีอะไรผิดปกติที่ไม่รู้อะไรบางอย่างและไม่เข้าใจฟิสิกส์ควอนตัม สิ่งสำคัญคือความสามารถของเราที่จะรู้ให้มากที่สุด รู้จักจักรวาล ซึ่งส่วนใหญ่ก็รู้ตัวเองผ่านเราเช่นกัน