Newsletter subscribe

Origin and Evolution of The Universe, Universe

กำเนิดและวิวัฒนาการของจักรวาล#34 การซ้อนทับควอมตัมและจักรวาลคู่ขนาน

Posted: 01/07/2021 at 10:31   /   by   /   comments (0)

การทดลองแบบ Double-slit ที่ยืนยันลักษณะทวิภาคของคลื่น-อนุภาคของแสงและสสาร

ในกลศาสตร์ควอนตัมแสดงถึงความจริงที่ว่า “แสงและสสารแสดงพฤติกรรมของทั้งคลื่นและอนุภาค” ขึ้นอยู่กับสถานการณ์ สิ่งนี้เรียกว่า “ทวิภาคของคลื่น-อนุภาค (Wave–particle duality)”

การศึกษาว่าแสงมีพฤติกรรมเป็นคลื่นหรืออนุภาคย้อนไปถึงศตวรรษที่ 17 ในยุคนั้นนักฟิสิกส์ส่วนใหญ่เห็นด้วยกับทฤษฎีแสงของนิวตัน ที่เชื่อว่าแสงประกอบขึ้นด้วยอนุภาคเล็กๆ ที่เรียกว่า “คอพัสเคิล (corpuscles)” ซึ่งปัจจุบันเราเรียกว่า “โฟตอน (photon)” อีกสองร้อยกว่าปีต่อมาในปี 1905 ไอน์สไตน์เป็นผู้ว่ายืนยันว่าแสงเป็นกลุ่มของอนุภาคที่มีพลังงานจากการอธิบายปรากฏการณ์โฟโตอิเล็กทริก

ในปี 1801 นักวิทยาศาสตร์ชาวอังกฤษ โธมัส ยัง (Thomas Young) ได้ออกแบบการทดลองที่เรียกว่า “การทดลองแบบ 2 ช่อง (Double-slit Experiment)” กับแสง (ซึ่งเป็นอนุภาคที่ไม่มีมวล) เพื่อแสดงให้เห็นว่า “แสงมีคุณสมบัติของคลื่น” 

ในการทดลอง Young เล็งลำแสงไปที่สิ่งกีดขวางที่มีช่องเปิดเล็กๆ สองช่อง ซึ่งมีการวางฉากข้างหลังช่องเปิดทั้งสอง เขาให้เหตุผลว่า หากแสงประกอบด้วยอนุภาค อนุภาคเหล่านั้นควรเดินทางเป็นเส้นตรงผ่านช่องเปิด และปรากฎเป็นแสงเพียงสองเส้นบนฉากข้างหลังในแนวเดียวกับช่องเปิด

แต่จากการทดลอง Young ได้สังเกตเห็นแสงบนฉากปรากฏเป็นแถบสว่างและแถบมืดเรียงสลับกัน ซึ่งเป็นรูปแบบที่สร้างได้ด้วยคลื่นเท่านั้น อธิบายได้ว่าเมื่อแสงจากแหล่งกำเนิดเดินทางผ่านช่องเปิดเล็กๆ 2 ช่อง ลำแสงจะถูกแยกออกเป็นคลื่นสองคลื่นที่แยกจากกัน และต่อมาจะรวมกันเป็นคลื่นเดียวบนฉาก ทำให้เกิดรูปแบบการแทรกสอดของคลื่น (Wave Interference)

ถ้าเฟสของคลื่นทั้งสองตรงกัน (ยอดคลื่นตรงกับยอดคลื่น ท้องคลื่นตรงกับท้องคลื่น) คลื่นที่ออกมาจากรูทั้งสองจะเสริมซึ่งกันและกัน (Constructive interference) จะทำให้เกิดแถบสว่าง แต่ถ้าเฟสตรงกันข้าม (ยอดคลื่นตรงกับท้องคลื่น) จะเกิดการหักล้างกันของแสง (Destructive interference) จะทำให้เกิดแถบมืด นี่คือ “การแทรกสอดของคลื่น (Wave Interference)” ซึ่งเป็นคุณสมบัติที่สำคัญอย่างหนึ่งของคลื่น นี้เป็นการยืนยันว่า “แสงมีคุณสมบัติของคลื่น”

 

การทดลองแบบ 2 ช่อง (Double-slit Experiment) สามารถทำได้ไม่เฉพาะกับแสงเท่านั้น แต่ยังรวมถึงอนุภาคที่มีมวลด้วย เช่น อิเล็กตรอน การทดลองครั้งแรกดำเนินการโดย Claus Jönsson ที่เยอรมนีในปี 1961 ที่มีการใช้ “ลำแสงอิเล็กตรอน” เป็นแหล่งกำเนิด ถ้าอิเล็กตรอนเป็นเพียงอนุภาค จะปรากฎอิเล็กตรอนเพียง 2 กลุ่มเท่านั้นบนหน้าจอที่อยู่ด้านหลัง คือ แถบหนึ่งสำหรับอิเล็กตรอนที่ผ่านช่องทางด้านซ้าย และอีกแถบหนึ่งสำหรับอิเล็กตรอนที่ผ่านช่องทางด้านขวา

แต่จากการทดลอง เมื่อยิงลำแสงอิเล็กตรอนไปยังสิ่งกีดขวางที่มีช่อง 2 ช่อง และสังเกตสิ่งที่ปรากฎขึ้นบนหน้าจอที่อยู่ด้านหลัง ผลการทดลองพบว่าอิเล็กตรอนก่อตัวเป็นรูปแบบ “การแทรกสอดของคลื่น (Wave Interference)” จะปรากฏเห็นเป็นแถบมืดสลับกับแถบสว่างอย่างชัดเจนแบบเดียวกับแสง ยืนยันได้ว่า “อนุภาคอิเล็กตรอนมีคุณสมบัติของคลื่น”

การทดลองแบบ 2 ช่อง (Double-slit Experiment) ในเวลาต่อมาได้รับการพัฒนา แทนที่จะยิงลำแสงอิเล็กตรอน ได้เปลี่ยนมาเป็นการยิง “อิเล็กตรอนเดี่ยว” ออกจากปืนอิเล็กตรอน วิ่งผ่านช่องเปิดทีละตัว การทดลองครั้งแรกดำเนินการโดย Giulio Pozzi ในปี 1974 ในอิตาลี และโดย Akira Tonomura ในปี 1989 ในญี่ปุ่น การทดลองแสดงให้เห็นว่าอิเล็กตรอนยังคงแสดงรูปแบบ “การแทรกสอดของคลื่น (Wave Interference)” ปรากฏเห็นเป็นแถบมืดสลับกับแถบสว่างอย่างชัดเจน บ่งชี้ว่าอิเล็กตรอนแต่ละตัวสามารถแทรกสอดตัวเองราวกับว่าพวกมันเป็นคลื่นเมื่อผ่านช่องทั้งสอง สรุปได้ว่า “อิเล็กตรอนแสดงคุณสมบัติของคลื่น” ไม่ว่าจะผ่านช่องเป็นลำแสงหรือผ่านเข้ามาทีละตัว  เป็นการยืนยันว่า “สสารแสดงคุณสมบัติทั้งเป็นอนุภาคและเป็นคลื่น” นี้คือแนวคิดพื้นฐานของกลศาสตร์ควอนตัมที่เรียกว่า “ทวิภาคของคลื่น-อนุภาค (Wave–particle duality)”

 

วัตถุสามารถอยู่ในที่สองแห่งพร้อมกัน

นานมาแล้วที่นักวิทยาศาสตร์ค้นพบจากการทดลองแบบ 2 ช่อง (Double-slit Experiment) ว่าอนุภาคขนาดเล็ก เช่น อิเล็กตรอน สามารถอยู่สองตำแหน่งพร้อมกันได้ สำหรับวัตถุขนาดเล็กเช่นนี้ถูกควบคุมโดยกฎทางกายภาพที่เรียกว่า “กลศาสตร์ควอนตัม”

ในการทดลองแบบ 2 ช่องที่แสดงให้เห็นว่าสสารแสดงคุณสมบัติของทั้งคลื่นและอนุภาค หากส่งอิเล็กตรอนเดี่ยวทีละตัวผ่านช่องเปิด 2 ช่อง รูปแบบที่ปรากฏบนฉากหลังจะแสดงรูปแบบ “การแทรกสอดของคลื่น (Wave Interference)” ราวกับว่าอิเล็กตรอนตัวเดียวแยกตัวออกและผ่านช่องเปิดพร้อมกัน แต่หลังจากนั้นก็รวมเข้าด้วยกันอีกครั้ง นี่คือเหตุผลที่คนพูดว่าในโลกควอนตัม “สิ่งต่างๆ สามารถอยู่สองที่ในเวลาเดียวกันได้” นักฟิสิกส์เรียกปรากฏการณ์นี้ว่า “การซ้อนทับควอนตัม (Quantum superposition)” 

 

Giant Molecules Exist in Two Places at Once in Unprecedented Quantum Experiment

มันเป็นหนึ่งในหลักการที่แปลกที่สุดของทฤษฎีควอนตัม: อนุภาคขนาดเล็กสามารถดำรงอยู่ได้หลายที่ในคราวเดียว “การซ้อนทับควอนตัม (Quantum superposition)” ได้รับการทดสอบและยืนยันว่าเป็นจริงด้วยการทดลองแบบ 2 ช่อง (Double-slit Experiment) นับครั้งไม่ถ้วนกับวัตถุที่มีขนาดใหญ่กว่าอิเล็กตรอนและโฟตอน เช่น โปรตอนและนิวตรอน อะตอม และโมเลกุลขนาดเล็ก-คาร์บอน 60 โดยนักฟิสิกส์ประสบความสำเร็จในการแสดงให้เห็นว่าอนุภาคแต่ละตัวสามารถอยู่ในสองที่ในคราวเดียวกัน แล้ววัตถุที่ใหญ่กว่าล่ะ? มีขนาดที่จำกัดเกินกว่าที่พฤติกรรมควอนตัมแปลกประหลาดนี้จะหายไปหรือไม่? 

แม้ว่าจะยากขึ้นเมื่อขนาดเพิ่มขึ้น เนื่องจากวัตถุขนาดใหญ่กว่านั้นมีความยาวคลื่นที่สั้นกว่า ซึ่งนำไปสู่รูปแบบการแทรกสอดของคลื่นที่แทบจะมองไม่เห็น การซ้อนทับของควอนตัม (Quantum superposition) ได้รับการทดสอบในระดับที่ไม่เคยมีมาก่อนในการศึกษาใหม่โดยนักวิจัยจากมหาวิทยาลัยเวียนนาในออสเตรียร่วมกับมหาวิทยาลัยบาเซิลในสวิตเซอร์แลนด์ ผลการศึกษาได้รับการตีพิมพ์ ใน Nature Physics ในปี 2019 ทีมนักวิจัยระดับนานาชาติได้ก้าวข้ามขีดจำกัดของโลกควอนตัม โดยแสดงให้เห็นว่าแม้แต่โมเลกุลที่มีอะตอมมากถึง 2,000 อะตอมก็แสดงให้เห็นคุณสมบัติของคลื่น และสามารถครอบครองที่สองแห่งในเวลาเดียวกัน

 

นักวิจัยสัมผัสเครื่อง

นักวิจัยได้ออกแบบการทดลองให้คล้ายกับการทดลองแบบ double slit โดยสร้างเครื่องจักรที่สามารถยิงลำแสงของโมเลกุลขนาดใหญ่ผ่านตะแกรงและแผ่นที่มีร่องหลายช่อง โมเลกุลที่ใช้ในการทดลองนี้เรียกว่า “oligo-tetraphenylporphyrins” ถูกสร้างขึ้นเป็นพิเศษสำหรับการทดลอง โมเลกุลนี้ประกอบด้วยอะตอมมากถึง 2,000 อะตอม และมีน้ำหนักมากกว่า 25,000 หน่วยมวลอะตอม (amu) นักวิจัยใช้เทคนิคทำให้โมเลกุลมีความเสถียรเพียงพอที่จะสร้างลำแสงของโมเลกุลในสูญญากาศที่สูงมาก

เมื่อนักวิจัยเดินเครื่อง เครื่องตรวจจับที่ปลายสุดของลำแสงเผยให้เห็นรูปแบบการแทรกสอดของคลื่น (Wave Interference)” ที่คล้ายกับการทดลองแบบ double-slit ซึ่งปรากฎเป็นแถบสีเข้มและแถบสีอ่อนเรียงสลับกันที่แสดงว่าคลื่นรวมตัวเข้าด้วยกัน แสดงให้เห็นว่าโมเลกุลครอบครองที่หลายตำแหน่งในสูญญากาศในเวลาเดียวกัน สิ่งนี้เป็นการยืนยันว่าปรากฏการณ์ที่แปลกประหลาดของควอนตัมสามารถเกิดขึ้นได้ในระดับมวลที่ไม่เคยเกิดขึ้นมาก่อน นี่เป็นเรื่องเหลือเชื่อ การซ้อนทับของควอนตัมในระดับมหึมานั้นช่างเหลือเชื่อจริงๆ 

 

 

Hurts – Some Kind of Heaven

 

 

การทดลองแมวของชโรดิงเงอร์

แมวตัวนี้ทั้งตายและยังมีชีวิตอยู่ (เครดิต: Victor de Schwanberg / Science Photo Library)

ฟิสิกส์ควอนตัมเป็นเรื่องแปลก อย่างน้อยก็แปลกสำหรับเรา มันไม่ใช่กฎที่เราคุ้นเคย เนื่องจากกฎของโลกควอนตัมควบคุมวิธีการทำงานของโลกในระดับอะตอมและอนุภาคย่อย ตามหลักฟิสิกส์ควอนตัม หน่วยโครงสร้างพื้นฐานของสสารสามารถอยู่ในหลายตำแหน่งหรือในสถานะที่แตกต่างกันในเวลาเดียวกัน ความสามารถพิเศษของอนุภาคควอนตัมนี้เรียกว่า “การซ้อนทับควอนตัม (Quantum superposition)”

หนึ่งในการทดลองที่มีชื่อเสียงที่สุดในฟิสิกส์ควอนตัมเรียกว่า “การทดลองแมวของชโรดิงเงอร์ (Schrodinger’s Cat Experiment)” โดยเออร์วิน ชโรดิงเงอร์ (Erwin Schrödinger) นักฟิสิกส์ชาวออสเตรียผู้บุกเบิกกลศาสตร์ควอนตัมและได้รับรางวัลโนเบลสาขาฟิสิกส์ในปี 1933 จากงานของเขาที่วางรากฐานของควอนตัมเพื่อที่จะทำความเข้าใจพฤติกรรมของธรรมชาติในระดับอะตอม สมการที่นักฟิสิกส์คุ้นเคยกันเป็นอย่างดีนั้นคือ สมการของชเรอดิงเงอร์ (Schrödinger’s equation)

ในทฤษฎีควอนตัม อนุภาคควอนตัมสามารถมีสถานะที่แตกต่างกันในเวลาเดียว และยุบตัวเป็นสถานะเดียวเมื่อมีการวัดสถานะของระบบ  ในปี 1935 ชโรดิงเงอร์ได้คิดค้นการทดลองทางความคิดที่ถูกเรียกว่า “การทดลองแมวของชโรดิงเงอร์ (Schrodinger’s Cat Experiment)” ที่แสดงให้เห็นปัญหาของการตีความของทฤษฎีควอนตัม (การตีความโคเปนเฮเกน) เมื่อนำไปใช้กับวัตถุในชีวิตประจำวัน ส่งผลให้เกิดความขัดแย้งกับสามัญสำนึก โดยนำเสนอแมวสมมุติที่อาจทั้งเป็นและตายในเวลาเดียวกัน สถานะนี้เรียกว่า การซ้อนทับควอนตัม (Quantum superposition) 

 

หนึ่งในความลับที่ยิ่งใหญ่ที่สุดของฟิสิกส์ที่เรายังไม่เข้าใจอย่างถ่องแท้ คือสิ่งที่เกิดขึ้นเมื่อสิ่งเล็กที่สุดโต้ตอบกับสิ่งใหญ่ นั่นคือเมื่อกลศาสตร์ควอนตัมมาบรรจบกับโลกของเรา แมวของชโรดิงเงอร์เป็นการทดลองทางความคิดที่เกี่ยวข้องกับคุณสมบัติของระบบควอนตัมขนาดเล็ก (สารกัมมันตภาพรังสี) กับวัตถุขนาดใหญ่ในชีวิตประจำวัน (แมว): แมวถูกขังอยู่ในกล่องปิดที่มีสารกัมมันตภาพรังสี มีตัวนับ Geiger ที่วัดว่าอะตอมของสารกัมมันตภาพรังสีสลายตัวและปล่อยรังสีหรือไม่ หากตรวจพบรังสี ขวดแก้วที่เต็มไปด้วยไฮโดรเจนไซยาไนด์ที่เป็นพิษในห้องจะถูกฆ้อนที่ติดอยู่กับเครื่องทุบจนแตก และทำให้แมวตายเพราะกล่องเต็มไปด้วยก๊าซพิษ! หากไม่มีสารกัมมันตภาพรังสีสลายตัว จะไม่มีการแผ่รังสีใดๆ และแมวก็จะมีชีวิตอยู่ 

ชโรดิงเงอร์กล่าวว่า หากคุณวางแมวและสิ่งที่สามารถฆ่าแมว ( อะตอมของสารกัมมันตภาพรังสี ) ลงในกล่องและปิดผนึก คุณจะไม่รู้ว่าแมวตายหรือมีชีวิตอยู่หรือไม่ จนกว่าคุณจะเปิดกล่องออก นั่นคือการวัดสถานะของระบบ 

กลศาสตร์ควอนตัมบอกว่าอนุภาคควอนตัมมีสถานะแปลกๆ ที่เรียกว่า “การซ้อนทับควอนตัม (Quantum superposition)” เป็นไปได้ว่าระบบจะมีสถานะที่แตกต่างกันสองสถานะในเวลาเดียวกัน พูดอีกอย่างก็คือ อะตอมของสารกัมมันตภาพรังสีมีโอกาส 50/50 ที่จะอยู่ในสถานะทั้งสลายตัวและยังไม่สลายตัวไปพร้อมๆ กัน “การตีความของทฤษฎีควอนตัม” บอกเป็นนัยว่าแมวอาจมีชีวิตอยู่และตายไปในเวลาเดียวกัน อันเป็นผลมาจากชะตากรรมของมันเชื่อมโยงกับความน่าจะเป็นที่เหตุการณ์ระดับเล็กขนาดอะตอม (สารกัมมันตภาพรังสี) ที่อาจเกิดหรือไม่เกิดขึ้น ดังนั้นในระหว่างที่แมวอยู่ภายในกล่องที่ปิดผนึก แมวก็มี “การซ้อนทับควอนตัม” ของสองสถานะเช่นเดียวกับอะตอม แมวก็จะทั้งตายและมีชีวิตอยู่พร้อมๆ กันจนกว่ากล่องจะถูกเปิดออกและวัดสถานะของแมว แมวจะเปลี่ยนไปมีสถานะอย่างใดอย่างหนึ่งโดยฉับพลันในชั่วขณะที่ผู้สังเกตการณ์เปิดกล่องออกดูเท่านั้น นั่นคือการซ้อนทับนี้จะยุบลงในสถานะเดียวเมื่อมีการสังเกตระบบ 

ชโรดิงเงอร์สร้างการทดลองในจินตนาการของเขากับแมว เพื่อแสดงให้เห็นว่าการตีความของทฤษฎีควอนตัมอย่างง่ายๆ อาจนำไปสู่ผลลัพธ์ที่ไร้สาระซึ่งไม่ตรงกับโลกแห่งความเป็นจริง เขาเขียนว่า “ไร้สาระอย่างยิ่ง” ที่การซ้อนทับควอนตัมจะยุบลงเป็นสถานะเดียวเพียงเพราะเราเข้ามาดูมัน และการซ้อนทับควอนตัมจะไม่เกิดขึ้นกับสิ่งมีชีวิตขนาดใหญ่อย่างแมว เพราะเป็นไปไม่ได้ที่สิ่งมีชีวิตจะมีชีวิตอยู่และตายไปในเวลาเดียวกัน ดังนั้นเขาให้เหตุผลว่าการตีความของทฤษฎีควอนตัมต้องมีข้อบกพร่องโดยเนื้อแท้

นักฟิสิกส์อีกคนที่มีความเชื่อคล้ายกับของชโรดิงเงอร์ คือ อัลเบิร์ต ไอน์สไตน์ ทั้งไอน์สไตน์และชโรดิงเงอร์ เป็นเพื่อนและสหายร่วมรบกับ “ความไม่แน่นอนของควอนตัม” ซึ่งเป็นสิ่งที่พวกเขาคิดว่าเป็นแง่มุมที่ไร้สาระที่สุดของฟิสิกส์ควอนตัม ไอน์สไตน์ไม่เห็นด้วยกับแนวคิดที่ว่า “จักรวาลถูกควบคุมโดยความน่าจะเป็น” ซึ่งเป็นแนวคิดพื้นฐานของทฤษฎีควอนตัม ไอน์สไตน์เคยพูดว่า “พระเจ้าไม่ได้เล่นลูกเต๋ากับจักรวาล” ไอน์สไตน์เชื่อในจักรวาลที่มีระเบียบและสามารถกำหนดได้อย่างสมบูรณ์ ส่วนชโรดิงเงอร์ก็เป็นที่รู้จักกันดีในการทดลองความคิดของเขาเกี่ยวกับแมวที่อยู่ในกล่อง ที่แสดงให้เห็นถึงความไม่สมเหตุสมผลของกลศาสตร์ควอมตัม

อย่างไรก็ตามนักวิทยาศาสตร์คนอื่นๆ ส่วนใหญ่เต็มใจที่จะยอมรับฟิสิกส์ควอนตัม เพราะเห็นด้วยกับผลการทดลอง อันที่จริงมันเป็นทฤษฎีที่ประสบความสำเร็จอย่างโดดเด่นและอยู่ภายใต้วิทยาศาสตร์และเทคโนโลยีสมัยใหม่เกือบทั้งหมด

 

A visual representation of Schrodinger's famous thought experiment

สิ่งที่นักวิทยาศาสตร์คิดเกี่ยวกับการทดลองแมวของชโรดิงเงอร์ นั่นคือการทำนายที่แปลกประหลาดของกลศาสตร์ควอนตัมและความเป็นไปได้ของจักรวาลคู่ขนาน: ถ้าอะตอมอยู่ในตำแหน่งซ้อนทับ แมวก็สามารถดำรงอยู่ในการทับซ้อนระหว่างความเป็นและความตาย แต่ไม่ได้อยู่ในจักรวาล/มิติเดียวกัน มีจักรวาลคู่ขนานหรือโลกสองแห่ง เมื่อกล่องถูกเปิดออกในจักรวาลหนึ่งพบว่าแมวยังมีชีวิตอยู่ และในอีกจักรวาลหนึ่งแมวได้ตายไปแล้ว มันอาจจะขัดกับสามัญสำนึกที่จะยอมรับว่าแมวตัวหนึ่งยังมีชีวิตอยู่และทั้งตายไปแล้วได้พร้อมกัน ทว่าความเข้าใจเกี่ยวกับแมวของชโรดิงเงอร์นั้นจำเป็นต่อการเข้าใจจักรวาลคู่ขนาน ความเป็นจริงหลายมิติ หรือการตีความ “หลายโลก”

แม้ว่าการมีอยู่ของจักรวาลคู่ขนานจะเป็นไปได้ในทางทฤษฎี ยังไม่มีหลักฐานใดๆมายืนยันแนวคิดนี้  อย่างไรก็ตามแนวคิดของชเรอดิงเงอร์เกี่ยวกับสถานะซ้อนทับของแมวนั้นก็เป็นความหวังอย่างหนึ่งของนักฟิสิกส์ว่าซักวันหนึ่งเราอาจจะเห็นคุณสมบัตินี้ของควอนตัมในระดับใหญ่ๆ

 

 

ILLENIUM and iann dior- First Time

 

 

จักรวาลคู่ขนาน

ฟิสิกส์ควอนตัมถือได้ว่าเป็นสนามที่โดดเด่นที่สุดในวิชาฟิสิกส์ในการอธิบายโลกในระดับอะตอมและอนุภาคย่อยของอะตอม บางทีความลึกลับที่โด่งดังที่สุดคือความจริงที่ว่า ผลลัพธ์ของการทดลองควอนตัมสามารถเปลี่ยนแปลงได้ขึ้นอยู่กับวิธีการที่เราเลือกที่จะวัดคุณสมบัติของอนุภาคอย่างไร

จากมุมมองทางฟิสิกส์ จักรวาลคู่ขนานเป็นหนึ่งในแนวคิดที่น่าสนใจ ซึ่งมีความคิดสร้างสรรค์ น่าสนใจ แต่ยากต่อการทดสอบ เกิดขึ้นครั้งแรกในบริบทของฟิสิกส์ควอนตัม ซึ่งขึ้นชื่อเรื่องผลลัพธ์ที่คาดเดาไม่ได้ แม้ว่าคุณจะรู้ทุกอย่างที่เป็นไปได้เกี่ยวกับวิธีการตั้งค่าระบบของคุณ ในโลกของฟิสิกส์ควอนตัม อนุภาคขนาดเล็กที่สุดไม่เป็นไปตามกฎปกติ บางครั้งอนุภาคก็ทำหน้าที่เหมือนคลื่น บางครั้งดูเหมือนว่าจะมีอยู่ในสองแห่งพร้อมกัน และบางครั้งคุณไม่รู้ด้วยซ้ำว่าพวกมันอยู่ที่ไหน

นักฟิสิกส์หลายคนเชื่อว่าเราอยู่ในจักรวาลที่มี “โลก” มากมายขนานกัน ทุกเหตุการณ์ควอนตัมจะนำไปสู่การแตกแยกหรือแตกแขนงของโลกที่แยกจากกัน ซึ่งมีสถานะตรงกันข้ามอย่างน้อยหนึ่งสถานะในทุกเหตุการณ์ที่เกิดขึ้นในจักรวาล นี้เป็นแนวคิดของ”ทฤษฎีหลายโลก (Many-Worlds Theory)” ที่ดึงดูดใจคนส่วนใหญ่ได้ เมื่อคุณเดินไปตามถนน คุณเลี้ยวซ้ายในจักรวาลนี้ แต่ในอีกจักรวาลคู่ขนาน คุณจะเลี้ยวขวา

 

ทฤษฎีหลายโลก

Hugh Everett III - Wikipedia

ทฤษฎีหลายโลก (Many-Worlds Theory) หรือ การตีความหลายโลก (Many-Worlds Interpretation; MWI) เป็นทฤษฎีหนึ่งในฟิสิกส์ควอนตัม ในปี 1954 นักศึกษาหนุ่มจากมหาวิทยาลัยพรินซ์ตันชื่อฮิวจ์ เอเวอเร็ตต์ (Hugh Everett) ได้เสนอสมมติฐานว่ามีหลายโลกที่ดำรงอยู่คู่ขนานกันในพื้นที่และเวลาเดียวกันกับโลกของเรา โดยเฉพาะอย่างยิ่ง ทุกครั้งที่ทำการทดลองควอนตัม จักรวาลจะแยกออกเป็นสองจักรวาลที่แตกต่างกันเพื่อรองรับผลลัพธ์ที่เป็นไปได้แต่ละอย่าง ดังนั้นเราจึงสามารถสันนิษฐานได้ว่ามีความเป็นไปได้ที่เหตุการณ์หนึ่งกำลังเกิดขึ้นในจักรวาลหนึ่ง และอีกเหตุการณ์ที่แตกต่างกันเกิดขึ้นในอีกจักรวาลหนึ่ง แต่เนื่องจากเราไม่สามารถสังเกตเหตุการณ์ได้มากกว่าหนึ่งเหตุการณ์ในไทม์ไลน์เดียว เราจะรับรู้เพียงโลกด้วยผลลัพธ์ที่เราได้เห็น เราจึงไม่เคยเห็นความเป็นไปได้อื่นๆ เหมือนเส้นขนานสองเส้นไม่เคยมาบรรจบกัน

 

Parallel Worlds Probably Exist. Here's Why - YouTube

เอเวอเร็ตต์ไม่เชื่อว่าการวัดสถานะของระบบ จะทำให้การซ้อนทับควอนตัมจะยุบลงเป็นสถานะเดียว ซึ่งเป็นปริศนาหนึ่งของกลศาสตร์ควอนตัม แต่เขากลับโต้แย้งว่า “การวัดคุณสมบัติควอนตัมในแต่ละครั้งจะนำไปสู่การแตกแยกหรือแตกแขนงของจักรวาล” กล่าวอีกนัยหนึ่ง “จักรวาลสร้างสำเนาของตัวเองเพื่อรองรับความเป็นไปได้ทั้งหมด” และสิ่งที่ซ้ำกันเหล่านี้จะดำเนินการอย่างอิสระ ตัวอย่างเช่น หากทฤษฎีควอนตัมระบุว่าแสง (โฟตอน) และสสารแสดงพฤติกรรมของทั้งคลื่นและอนุภาค ทุกครั้งที่มีการวัดโฟตอน ทฤษฎีหลายโลกสรุปว่าต้องมีจักรวาลสองแห่ง นักวิทยาศาสตร์ในจักรวาลหนึ่งจะวิเคราะห์โฟตอนในรูปของคลื่น และนักวิทยาศาสตร์คนเดียวกันในอีกจักรวาลหนึ่งจะวิเคราะห์โฟตอนในรูปของอนุภาค แต่ละจักรวาลเหล่านี้นำเสนอความเป็นจริงที่ไม่เหมือนใครและเป็นอิสระ จักรวาลจึงแยกออกเป็นจักรวาลจำนวนไม่สิ้นสุดอย่างต่อเนื่องทุกครั้งที่เกิดเหตุการณ์ควอนตัม ทำให้เกิดจักรวาลคู่ขนานที่แตกต่างกันเป็นจำนวนอนันต์ จักรวาลคู่ขนานเหล่านี้มีกฎทางฟิสิกส์เหมือนกับจักรวาลที่เราอยู่ทุกประการ แต่อาจจะอยู่ในสถานะที่ต่างกัน และจักรวาลคู่ขนานเหล่านี้ไม่สามารถที่จะติดต่อกันได้

ทฤษฎีหลายโลกของเอเวอเร็ตต์ซึ่งเกิดขึ้นเพียงไม่กี่ปีก่อนที่ชโรดิงเงอร์จะเสียชีวิต ทั้งสองเชื่อเหมือนกันว่า การซ้อนทับควอนตัมจะไม่ยุบลงเป็นสถานะเดียวเมื่อทำการวัดสถานะของระบบ ตามความคิดของเอเวอเร็ตต์หมายความว่าเมื่อเราเปิดกล่องเพื่อดูแมว ตัวเราเองก็เข้าไปพัวพันกับระบบ เวอร์ชันหนึ่งของเราในจักรวาลนี้อาจเห็นแมวมีชีวิต ในขณะที่เราในเวอร์ชันอื่นๆ ในจักรวาลคู่ขนานบางแห่งอาจเห็นแมวที่ตายแล้ว

 

มีคุณมากมายหลายเวอร์ชั่น?

New Scientist Default Image

การซ้อนทับควอนตัม (Quantum superposition) คือความสามารถของระบบควอนตัมที่จะอยู่ในหลายสถานะพร้อมกันจนกว่าจะมีการวัด ทฤษฎีหลายโลก (Many-Worlds Theory) ระบุว่า ถ้าอิเล็กตรอนสามารถอยู่ในตำแหน่งซ้อนทับได้ คุณก็สามารถทำได้เช่นกัน ดังนั้นหากอิเล็กตรอนสามารถอยู่สองแห่งพร้อมกันได้ แสดงว่าจักรวาลได้แยกออกเป็นสองจักรวาล

ทฤษฎีหลายโลกทำนายการก่อตัวของจักรวาลคู่ขนานที่แตกต่างกันอันเป็นผลมาจากการวัดคุณสมบัติของระบบควอนตัม โลกคู่ขนานไม่ใช่การเดินทางข้ามเวลาที่คุณสามารถย้อนเวลากลับไปและเปลี่ยนแปลงได้ ตามชื่อของมัน จักรวาลอื่นกำลังวิ่งคู่ขนานกันในเวลาเดียวกันกับของเรา คุณไม่สามารถกระโดดข้ามเวลาหรือมีคนกระโดดข้ามเวลาและบอกคุณได้ว่าลอตเตอรีในสัปดาห์หน้าจะออกเลขอะไร

หากทฤษฎีนี้เป็นจริง แสดงว่ามี “คุณ” สำเนาอื่นๆ ของคุณที่ไม่มีที่สิ้นสุดในจักรวาลคู่ขนานที่ไม่มีที่สิ้นสุด ที่สร้างขึ้นทุกครั้งที่มีการวัดคุณสมบัติควอนตัม สำเนาเหล่านี้มีลักษณะใบหน้าและร่างกายเหมือนกัน แต่อาจมีบุคลิกที่ต่างกัน เนื่องจากแต่ละคนได้รับผลลัพธ์ที่แยกจากกัน (คนหนึ่งอาจก้าวร้าวและอีกคนอาจเฉยเมย) หรืออาจมีการกระทำในทางตรงกันข้ามกัน ตัวอย่างเช่น สมมติว่าคุณเดินไปตามถนน คุณเลี้ยวซ้าย แต่ในอีกจักรวาลคู่ขนาน คุณจะเลี้ยวขวา  แนวคิดนี้ฟังดูเหมือนบางอย่างจากภาพยนตร์นิยายวิทยาศาสตร์  แต่มีนักฟิสิกส์จำนวนมากขึ้นเรื่อยๆ ยอมรับแนวคิดนี้

แม็กซ์ เท็กมาร์ค (Max Tegmark) จากสถาบันเทคโนโลยีแมสซาชูเซตส์ผู้เชื่อในการมีอยู่ของจักรวาลคู่ขนานกล่าวว่า งานของเอเวอเร็ตต์มีความสำคัญพอๆ กับงานในเรื่องสัมพัทธภาพของไอน์สไตน์ แต่นักฟิสิกส์ชั้นนำในสมัยของเอเวอเร็ตต์ โดยเฉพาะนิลส์ โปร์ (Niels Bohr) หนึ่งในผู้บุกเบิกกลศาสตร์ควอนตัม ไม่สามารถรับมือกับความคิดที่ว่าทุกการตัดสินใจของเรานำไปสู่การสร้างจักรวาลใหม่เพื่อรองรับผลลัพธ์ที่เป็นไปได้ทั้งหมด ทำให้ทฤษฎีหลายโลกของเอเวอเร็ตต์ได้รับการสนับสนุนเพียงเล็กน้อยจากชุมชนฟิสิกส์ในสมัยนั้น ทำให้เอเวอเร็ตต์ซึ่งเชื่อมั่นในทฤษฎีของเขาอย่างมาก เกิดความท้อแท้ เขาออกจากวงการฟิสิกส์และหันไปทำงานเกี่ยวกับคณิตศาสตร์และการคำนวณทางทหารกับเพนตากอน เอเวอเร็ตต์สูบบุหรี่และดื่มหนักมาก ในที่สุดเขาเสียชีวิตกะทันหันด้วยอาการหัวใจวายในวัย 51 ปี เขาไม่ได้มีชีวิตอยู่เพื่อดูความเคารพต่อความคิดของเขาจากนักฟิสิกส์ในยุคนี้

 

 

Kings Of Leon – 100,000 People

 

 

Comments (0)

write a comment

Comment
Name E-mail Website