” ทฤษฎีควอนตัม ” และ เกาะเฮลโกแลนด์ แห่งทะเลเหนือ กับการค้นพบแนวคิดที่อธิบายข้อเท็จจริงจอมพยศ

เปิดโลกความรู้แบบไม่มีที่สิ้นสุดกับนักวิทยาศาสตร์ระดับโลก “คาร์โล โรเวลลี” นักทฤษฎีฟิสิกส์ชาวอิตาลี หนึ่งในผู้คิดค้นและพัฒนา ทฤษฎีควอนตัม ความโน้มถ่วง ผู้เขียนหนังสือ “เกาะเฮลโกแลนด์” แห่งทะเลเหนือกับการค้นพบแนวคิดที่อธิบายข้อเท็จจริงจอมพยศและขัดแย้งจุดเริ่มต้นโครงสร้างทางคณิตศาสตร์ของ “ทฤษฎีควอนตัม” กับหนังสือ “HELGOLAND” ที่ว่าด้วยเรื่องของภารกิจค้นหา “สาระความจริงสูงสุด” ที่ดำเนินมายาวนานในฟิสิกส์ เปลี่ยนผ่านธรรมชาติจากสสาร โมเลกุล อะตอม สนาม สู่อนุภาคมูลฐาน และได้อับปางลงในความสลับซับซ้อนของทฤษฎีสนามควอนตัม ความจริงพลิกผัน ไม่มีสิ่งใดดำรงอยู่โดยตัวมันเอง

ใครก็ตามที่สงสัยว่าทฤษฎีควอนตัมบอกอะไรเกี่ยวกับโลกที่แท้จริง ตอนนี้ก็ยังคงสงสัยอยู่ดังเดิม ไม่ว่าจะเป็นไอน์สไตน์ก็ยังไม่เคยค่อยความคิดเพื่อทำความเข้าใจหรือรีชาร์ด ฟายน์แมน นักฟิสิกส์ทฤษฎีผู้ยิ่งใหญ่ถึงกับบอกว่า “ไม่มีใครเข้าใจควอนตัม” แต่นี่คือสเน่ห์ของวิทยาศาสตร์ การได้ค้นคว้าแนวคิดใหม่ ๆ ทำความรู้จักสิ่งใหม่ในธรรมชาติ การตั้งคำถาม การเปลี่ยนแนวคิดและออกแบบโลกใหม่ได้จากความว่างเปล่านี้

3 เรื่องที่ฟิสิกส์ ทฤษฎีควอนตัม ที่อยู่ใกล้ตัวเรากว่าที่คิด

1.ความเป็นเม็ด ๆ ของฟิสิกส์ควอนตัม

ต้นศตวรรษที่ยี่สิบ พฤติกรรมประหลาดของอิเลคตรอนในอะตอมไม่ใช่ปรากฏการณ์แค่อย่างเดียวที่พิสดารและไม่อาจเข้าใจ ยังมีปรากฏการณ์อื่นอีกที่ถูกสังเกตพบ ทั้งหมดล้วนเหมือนกันอยู่อย่างหนึ่ง คือมันแสดงถึงความเป็นเม็ด ๆ ของพลังงานและปริมาณทางกายภาพอื่น ๆ อย่างน่าสนเท่ห์ สมัยที่ยังไม่มีความรู้เรื่องควอนตัม

ไม่มีใครเคยคิดว่าพลังงานจะเป็นเม็ด ๆ ได้ พลังงานของก้อนหินที่ถูกขว้างออกไปขึ้นกับความเร็วของก้อนหิน ความเร็วมีค่าเป็นเท่าไหร่ก็ได้ ดังนั้นพลังงานจึงเป็นเท่าไหร่ก็ได้เช่นกัน ทว่าพฤติกรรมพลังงานอันพิลึกพิลั่นก็เกิดขึ้นในการทดลองมากมาย เช่น คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าในเตาอบก็มีพฤติกรรมประหลาด ความร้อน (นั่นก็คือพลังงาน) ไม่ได้กระจายออกไปเท่า ๆ กันในทุกความถี่ดังที่เรามักคาดการณ์ไว้ตามธรรมชาติ มันไม่เคยไปถึงความถี่สูง ๆ เลย

ในปีสหัสวรรษ 1900 ยี่สิบห้าปีก่อนไฮเซนเบิร์กเดินทางไปเกาะเฮลโกแลนด์ นักฟิสิกส์ชาวเยอรมันแมกซ์ แพลงค์ได้ค้นพบสูตรที่สามารถบรรยายการกระจายตัวของพลังงานความร้อนในคลื่นความถี่ต่าง ๆ ที่วัดได้ในห้องปฏิบัติการ เขาสร้างสรรค์สมการนี้ขึ้นจากกฎทั่วไป แต่เพิ่มสมมติฐานที่น่าสนใจว่า พลังงานอาจถูกถ่ายทอดให้กับคลื่นในจำนวนเต็มเท่าของพลังงานมูลฐานเท่านั้น และมีลักษณะเป็นห้วง ๆ ไม่ต่อเนื่อง

2. “การพัวพัน” ปรากฏการณ์ ทฤษฎีควอนตัม ที่แปลกประหลาดที่สุด

มีอยู่หนึ่งปรากฏการณ์ทางควอนตัมที่ช่างดูล่อลวงลึกล้ำ และแสดงให้เห็นถึงความขึ้นต่อกันและกันของสรรพสิ่ง นับเป็นปรากฏการณ์ควอนตัมที่ดูมีมนต์สะกดน่าหลงใหลใฝ่ฝันที่สุด นั่นคือ “การพัวพัน” เป็นปรากฏการณ์ทางควอนตัมที่ประหลาดที่สุดในหมู่ความประหลาดทั้งมวลทางควอนตัม เป็นปรากฏการณ์ที่นำเราออกห่างจากความเข้าใจธรรมชาติแบบเก่าของเรามากที่สุด แต่ขณะเดียวกันก็ยังนับเป็นเรื่องทั่วไป ในความหมายหนึ่งคือมันถักทอตัวโครงสร้างของสัจจะความจริงขึ้น

มันเป็นปรากฏการณ์ที่วัตถุที่อยู่ห่างไกลกันสองชิ้นมีความเชื่อมโยงประหลาดระหว่างกันราวกับว่ามันยังคงติดต่อสื่อสารกันจากระยะทางแสนไกล เราพูดว่าพวกมันยังคง ‘พัวพันกัน’ มันเชื่อมโยงกันอยู่ เหมือนกับคนรักสองคนที่สามารถเดาใจกันได้เมื่ออยู่ห่างจากกัน ปรากฏการณ์นี้ถูกตรวจสอบยืนยันแล้วในห้องปฏิบัติการหลายต่อหลายแห่ง นักวิทยาศาสตร์ชาวจีนนำโดยหยวน ยิน ประสบความสำเร็จในการสร้างโฟตอนที่พัวกันกันสองตัวบนดาวเทียมชื่อ มิเซียส (Micius) และส่งพวกมันที่ยังพัวพันกันอยู่ไปยังสถานีสองแห่งที่ระยะทางห่างจากกันหลายพันกิโลเมตรบนโลก

3.เรามองเห็นสิ่งต่าง ๆ ได้อย่างไร?

หนึ่งในพัฒนาการด้านประสาทวิทยาที่น่าสนใจที่สุดเมื่อไม่นานมานี้เกี่ยวข้องกับการทำงานของระบบการมองเห็น เรามองเห็นได้อย่างไร เรารู้ได้อย่างไรว่าสิ่งที่อยู่ข้างหน้าเราเป็นหนังสือหรือแมว มันดูเป็นเรื่องธรรมชาติที่คิดว่าตัวรับแสงตรวจจับแสงที่มาถึงเรติน่าหรือจอรับภาพในดวงตา และแปลงมันเป็นสัญญาณที่วิ่งแข่งกันเพื่อไปถึงด้านในของสมอง ที่ซึ่งกลุ่มของนิวรอนจัดการกับข้อมูลอย่างซับซ้อนยิ่งขึ้น จนกว่าพวกมันจะตีความข้อมูลและระบุวัตถุที่กำลังพิจารณาได้

นิวรอนรับรู้ถึงเส้นที่แบ่งแยกสีสัน นิวรอนบางตัวรับรู้รูปทรงที่เส้นเหล่านี้วาดขึ้น นิวรอนตัวอื่นๆ ก็ตรวจสอบรูปทรงเหล่านี้กับข้อมูลในความทรงจำของเรา… แล้วตัวอื่น ๆ ก็ตระหนักรู้เช่นเดียวกันว่ามันคือแมว ปรากฏว่าสมองไม่ได้ทำงานแบบนั้นเลย ที่จริงแล้วมันทำงานแบบตรงกันข้าม สัญญาณส่วนใหญ่ไม่ได้เดินทางจากดวงตาสู่สมอง พวกมันเดินทางตรงข้ามครับ คือเดินทางจากสมองไปสู่ดวงตา

สิ่งที่เกิดขึ้นคือสมองคาดว่าจะมองเห็นอะไรสักอย่าง บนพื้นฐานของสิ่งที่มันรู้และเคยเกิดขึ้นมาก่อนแล้ว สมองสร้างสรรค์ปั้นแต่งภาพของสิ่งที่มันทำนายว่าดวงตาควรจะมองเห็น ข้อมูลนี้ถูกส่งจากสมองไปยังดวงตาผ่านขั้นตอนตัวกลาง หากพบความคลาดเคลื่อนระหว่างสิ่งที่สมองคาดว่าจะเห็นกับแสงที่เดินทางมาถึงดวงตาแล้ว เมื่อนั้นวงจรประสาทจึงค่อยส่งสัญญาณไปยังสมอง

ดังนั้นภาพต่าง ๆ รอบตัวเราจึงไม่ได้เดินทางจากดวงตาไปยังสมอง แต่เป็นเพียงข่าวสารของความคลาดเคลื่อนจากการคาดการณ์ของสมองเท่านั้นที่ถูกส่งไป

ทำความรู้จักกับปริมาณที่สังเกตได้ (OBSERVABLES)

ไอเดียของไฮเซนเบิร์กคือ การเขียนปริมาณทั้งหมดที่บรรยายการเคลื่อนที่ของอิเลคตรอน ได้แก่ ตำแหน่ง ความเร็ว พลังงาน ไม่ใช่ด้วยจำนวนอีกต่อไป แต่ด้วยตารางของจำนวน แทนที่จะมี X ตำแหน่งเดียว สำหรับอิเลคตรอน เรามีตารางของตำแหน่งที่เป็นไปได้ทั้งหมดเป็น X โดยมีหนึ่งตำแหน่งสำหรับทุกการกระโดดที่เป็นไปได้

ไอเดียคือใช้สมการเดิมต่อไป เพียงแต่แทนที่ปริมาณต่าง ๆ (ตำแหน่ง ความเร็ว พลังงานและความถี่ของวงโคจร และอื่น ๆ) ด้วยตารางของจำนวนนั้น ตัวอย่างเช่น ความเข้มและความถี่ของแสงที่ปล่อยออกมาในการกระโดดจะถูกกำหนดโดยกล่องแสดงค่าในตาราง ตารางแสดงพลังงานมีปริมาณตัวเลขเฉพาะในช่องแนวทแยง และสิ่งเหล่านี้จะทำให้เราได้พลังงานของวงโคจรต่าง ๆ ของบอห์ร

บนโลกใบนี้ยังมีอีกหลายสิ่งที่รอวันค้นพบและแน่นอนว่าก็มีอีกหลายสิ่งที่ต่อให้ค้นหาอย่างไรก็ไม่มีวันได้พบ และยิ่งค้นพบสิ่งต่าง ๆ มากขึ้นเรายิ่งรู้สึกว่า “มนุษย์ตัวเล็กนิดเดียว” นักอ่านคนไหนที่สนใจในการเข้าใจเกี่ยวกับความเปลี่ยนแปลงของวิทยาศาสตร์และปรัชญาในประวัติศาสตร์ของมนุษย์อย่าลืมซื้อไปอ่านกันนะ

บทความโดย พิยดา ขุนสิทธิ์เจริญ
สำนักพิมพ์ howto

บทความที่เราอยากแนะนำ

อย่าด่วนเชื่อเรื่องใด ๆ ถ้ายังไม่ Rethink คิดหลายชั้น !

Manifest กฎแรงดึงดูด 7 ขั้นตอนสู่ทุกสิ่งที่ปรารถนา ที่ต้องประกาศให้จักรวาลได้ยิน!