แมวของชเรอดิงเจอร์ คืออะไร?
สำคัญอย่างไรต่อทฤษฎีควอนตัม
หากมองทฤษฎีความน่าจะเป็นในเชิงฟิสิกส์
เราใช้ทฤษฎีความน่าจะเป็นคำนวณว่าลูกเต๋าที่ถูกโยนออกไปมีโอกาสเท่าไรที่จะออกหน้า 6 แต่ลึกๆเรารู้ดีว่าเราทำแบบนั้นเพราะเราขาดข้อมูล
หากเรารู้ลักษณะเริ่มต้นของลูกเต๋าตอนจะโยน แรงที่เราโยนลูกเต๋า ลักษณะการหมุนของลูกเต๋าที่เราโยนออกไป มุมและตำแหน่งที่ลูกเต๋ากระทบพื้น ฯลฯ
พูดง่ายๆว่ารู้ปัจจัยทุกอย่างที่ส่งผลต่อลูกเต๋า เราย่อมคำนวณหน้าที่มันจะออกได้อย่างชัดเจน(อาจจะยากและนานหน่อย)ไม่ต่างจากจับวาง
สรุปคือ เราเห็นว่าหน้าลูกเต๋านั้นออกมาสุ่มเพราะเราไม่รู้ตัวแปรมากมาย และไม่มีเวลามาคำนวณ
ทว่าทฤษฎีควอนตัมซึ่งใช้อธิบายปรากฏการณ์และพฤติกรรมของอนุภาคที่เล็กในระดับอะตอมได้อย่างดีเยี่ยม กลับมีพื้นฐานวางอยู่บนทฤษฎีความน่าจะเป็น! เรื่องนี้เป็นสิ่งที่นักฟิสิกส์ในยุคบุกเบิกทฤษฎีนี้หลายคนช็อกเพราะมันขัดกับสามัญสำนึกมาก
ในหลายสถานการณ์ อนุภาคเล็กๆแสดงพฤติกรรมที่ทำนายได้ด้วยทฤษฎีความน่าจะเป็น โดยไม่มีกลไกหรือตัวแปรซ่อนเร้นอื่นใดมาอธิบายพฤติกรรมของมันเลย
มันเป็นโลกแห่งการสุ่มเสี่ยงอย่างแท้จริง
ตัวอย่างง่ายที่สุดที่เราเคยเรียนมาคือ อะตอมธาตุไฮโดรเจน
ไฮโดรเจนเป็นธาตุเรียบง่ายที่สุดในเอกภพที่ประกอบด้วยโปรตอน 1 ตัว และอิเล็กตรอน 1 ตัวโดยภาพที่เราคุ้นตาคือ อิเล็กตรอนโคจรไปรอบๆโปรตอนด้วยวงโคจรรูปวงกลม
แต่นั่นเป็นภาพที่ไม่สอดคล้องกับทฤษฎีควอนตัม
ทฤษฏีควอนตัมทำนายว่าเราจะมีโอกาสพบรอบๆโปรตอนที่ระยะห่างต่างๆแค่ไหน ภาพที่เรามีตอนนี้กลายเป็นความหนาแน่นของโอกาสกระจายอยู่รอบโปรตอน ถ้าหมอกหนาทึบก็จะมีโอกาสพบอิเล็กตรอนมาก ส่วนบริเวณที่หมอกเบาบางก็มีโอกาสพบอิเล็กตรอนน้อย
ย้ำอีกครั้งว่า จุดเล็กๆแต่ละจุด ไม่ใช่ตำแหน่งของอิเล็กตรอน แต่ความหนาแน่นของจุด แสดงโอกาสในการเจออิเล็กตรอน
ภาพการโคจรของอิเล็กตรอนหายไป ถูกแทนที่ด้วยหมอกแห่งความคลุมเครือของโอกาส
อัลเบิร์ต ไอน์สไตน์ สุดยอดนักคณิตศาสตร์และนักฟิสิกส์เอกของโลกถึงขั้นเอ่ยปากว่า “พระเจ้าไม่ทอยลูกเต๋าหรอก” โดยเขาเชื่อว่าโลกแห่งอะตอมนั้นอาจมีตัวแปรที่มองไม่เห็นอยู่ซึ่งเรียกว่า ทฤษฎีตัวแปรซ่อนเร้น (Hidden-variable theory)
แอร์วิน ชเรอดิงเจอร์ (Erwin Schrödinger) นักฟิสิกส์ผู้สร้างสมการคลื่นที่เป็นหนึ่งในเสาหลักแห่งทฤษฎีควอนตัมก็ไม่เชื่อว่าโลกแห่งควอนตัมเป็นโลกที่วางอยู่บนการสุ่ม เขารู้สึกว่ามันแปลกประหลาดเกินไป
เขาแสดงให้เห็นถึงปัญหาของทฤษฎีควอนตัมด้วยการจินตนาการถึงการทดลองโดยใช้ตรรกะที่สมบูรณ์แบบราวกับมันเป็นการทดลองจริงๆ
การทดลองทางความคิดนี้มีชื่อว่า แมวของชเรอดิงเจอร์
สมมติว่าในกล่องใบหนึ่งมีธาตุกัมมันตรังสีอยู่ กับแมวตัวหนึ่ง หากในช่วงระยะเวลาหนึ่งธาตุกัมมันตรังสีนั้นเกิดการสลายตัวออกมา รังสีนั้นจะไปโดนกลไกบางอย่างในกล่องทำให้ขวดยาพิษร้ายแรงแตก ส่งผลให้แมวตาย แต่ก็มีโอกาสที่กัมมันตรังสีจะไม่สลายตัวออกมา ซึ่งแมวก็จะยังมีชีวิตอยู่ในกล่องนั้น
ตามทฤษฎีควอนตัม ก่อนเราจะทำการเปิดกล่องออกมาดู ธาตุกัมมันตรังสี มีโอกาสจะ สลายตัว (หรือ ไม่สลายตัว) ซึ่งโอกาสดังกล่าวถูกคำนวณได้จากทฤษฎีควอนตัม นั่นหมายความว่าก่อนจะเกิดกล่อง สถานะที่แท้จริงของกัมมันตรังสีจะไม่ถูกระบุ แต่จะเป็นสถานะคลุมเครือที่ซ้อนทับระหว่างการสลายตัวและไม่สลายตัว
ชเรอดิงเจอร์ เชื่อว่า หากธาตุกัมมันตรังสีอยู่ในสถานนะคลุมเครือเช่นนั้น ย่อมส่งผลให้แมวอยู่ในสถานะการซ้อนทับระหว่างเป็นกับตายที่คลุมเครือไปด้วย เพราะเรายังไม่เปิดกล่องไปดู
บทสรุปนี้เป็นสิ่งที่ขัดแย้งกับสามัญสำนึกอย่างชัดเจนเพราะแมวจะดำรงอยู่ในสถานะเป็นกับตายไปพร้อมๆกันไม่ได้
ทางออกของปัญหานี้มีหลายทางตั้งแต่การมองว่าสถานกึ่งเป็นกึ่งตายนั้นเป็นเพียงเครื่องมือทางคณิตศาสตร์ จนถึง การมองว่า เอกภพเกิดการแยกออกตามทางเลือกของเราจนแมวเป็นกับแมวตายนั้นแยกกันอยู่คนละเอกภพคู่ขนาน
อันที่จริงแล้ว สำหรับนักฟิสิกส์หลายคน บางคนไม่สนใจสถานะของแมวก่อนการวัดด้วยซ้ำเพราะมันไม่มีความหมายเชิงฟิสิกส์
คำถามที่ว่า ก่อนเราทำการวัดตำแหน่งของอิเล็กตรอน อิเล็กตรอนมีสภาพอย่างไรกันแน่ ? ก่อนการเปิดกล่องแมวมีสภาพอย่างไร ? แม้ว่าคำถามเหล่านี้จะดูเป็นคำถามเชิงวิทยาศาสตร์ แต่แท้จริงแล้วมันมีความเป็นปรัชญาสูงกว่ามาก เพราะมันไม่ต่างอะไรจากคำกล่าวที่ว่า ไม้ล้มกลางป่ามีเสียงไหม? หรือ หากเราไม่มีมองดวงจันทร์ แล้วดวงจันทร์จะมีอยู่ไหม?
*ทุกวันนี้ การทดลองหลายอย่างขัดกับทฤษฎีตัวแปรซ่อนเร้นที่ไอน์สไตน์เชื่อ นักฟิสิกส์กระแสหลักจึงไม่เชื่อทฤษฎีนี้
- 52
โฆษณา
- ดาวน์โหลดแอปพลิเคชัน
- © 2024 Blockdit
