24 มี.ค. 2021 เวลา 14:31 • วิทยาศาสตร์ & เทคโนโลยี
การแทรกสอดของอิเล็กตรอน
หนึ่งในปรากฏการณ์ที่ขัดสามัญสำนึกที่สุด
สามัญสำนึก เป็นเครื่องมือที่ทำให้มนุษย์เราใช้ชีวิตประจำวันได้อย่างเป็นปรกติ เราไม่จำเป็นต้องคิดวิเคราะห์ทุกสิ่งทุกอย่างตลอดเวลา หลายๆอย่างเราปล่อยให้เป็นหน้าที่ของสามัญสำนึกในการสร้างสรุปที่น่าเชื่อถือ
“ดวงจันทร์ยังมีอยู่หรือไม่ เมื่อเราไม่มองมัน?”
ใครๆก็ตอบคำถามนี้ได้อย่างชัดเจนว่า ดวงจันทร์ย่อมต้องมีอยู่แน่นอน ต่อให้เราไม่มองมันก็ตาม เพราะการมีอยู่ของดวงจันทร์ไม่ได้ขึ้นอยู่กับว่า เราจะมองหรือไม่มอง แม้นักปรัชญาอาจกล่าวถึงเรื่องนี้อย่างโรแมนติกว่าหากเราไม่มองไปที่ดวงจันทร์ การมีอยู่ของมันย่อมไม่มีความหมายต่อเรา ซึ่งก็ใช่แหละ แต่ลึกๆคงไม่มีใครเชื่อว่าเมื่อเราไม่มองที่ดวงจันทร์ แล้วดวงจันทร์จะดับสลายหรือกลายเป็นอื่นไป
2
ทองคำที่เราซื้อเอาใส่ตู้เซฟ ปิดตายไว้ ย่อมเป็นทองคำอยู่วันยังค่ำ แม้ว่าจะไม่มีใครสังเกตเห็นมันจากภายนอกเลยก็ตาม เราไม่จำเป็นต้องคอยขยันเปิดเช็คตู้เซฟทุกวันว่า ทองคำจะกลายเป็นอื่นไปหรือไม่
อย่างที่กล่าวไว้ตอนต้น สามัญสำนึกนั้นทำงานได้เป็นอย่างดีในระดับชีวิตประจำวัน จนกระทั่งนักฟิสิกส์ศึกษาปรากฏการณ์ธรรมชาติในระดับที่ลึกซึ้งยิ่งขึ้น ทำให้เราอาจต้องย้อนกลับมาตั้งคำถามว่ามันถูกต้องในทุกๆกรณีหรือไม่
ลองพิจารณาการทดลองเรียบง่าย 2 เรื่องนี้ แล้วลองตอบคำถามสุดท้ายครับ
- หากเราเจาะช่องเปิดเล็กๆ 2 ช่องไว้ที่กำแพง แล้วใช้เครื่องยิงลูกเทนนิสกราดยิงใส่รัวๆ ย่อมมีลูกเทนนิสบางส่วนพุ่งผ่านช่องทั้งสองไปได้ ถ้าลูกเทนนิสพุ่งด้วยความเร็วมากพอและปลายทางมีฉากด้านหลังรอรับเทนนิสที่ทะลุไปอย่างรวดเร็ว ตำแหน่งที่ลูกเทนนิสกระทบฉากย่อมเป็น 2 ตำแหน่งตรงกับช่องเปิดนั้น อาจจะมีบางส่วนที่แฉลบออกซ้ายบ้างขวาบ้างเล็กน้อย
3
อนุภาคอย่างลูกเทนนิสผ่านช่องเปิดไปยังฉาก ย่อมปรากฏหนาแน่น 2 ตำแหน่งตรงกับช่องเปิด
- ถ้าเราใช้ไม้ยาวๆทำให้น้ำกระเพื่อมเป็นคลื่นหน้าตรง คลื่นดังกล่าวเคลื่อนที่มายังช่องเปิด 2 ช่องเล็กๆในลักษณะเดียวกับการทดลองแรก คลื่นย่อมแผ่ออกไปจากรูเปิดทั้งสองเป็นวง แล้วไปแทรกสอดเกิดเป็นรูปแบบสลับไปมาเป็นริ้วที่ฉากด้านหลัง
2
คลื่นที่ผ่านช่องเปิดเล็กๆ 2 ช่องไปกระทบฉาก สิ่งที่ปรากฏเป็นฉากจะเป็นสว่างสลับมืด
ความแตกต่างของการทดลองทั้งสองคือ การใช้คลื่นและอนุภาค
เมื่อใช้อนุภาคอย่างลูกเทนนิส ที่ฉากหลังจะมีตำแหน่งที่ถูกกระทบ 2 ตำแหน่ง แต่เมื่อใช้คลื่น ตำแหน่งที่ถูกกระทบจะสลับไปมาเป็นริ้ว กล่าวได้ว่า รูปแบบที่เกิดขึ้นบนฉากของการทดลองทั้งสองนั้นแตกต่างกันอย่างชัดเจนมาก
แต่คำถามคือ ถ้าเราใช้อิเล็กตรอนมาทดลอง ผลที่เกิดขึ้นบนฉากจะเป็นอย่างไร?
นักฟิสิกส์ยุคก่อนรู้ดีว่าอิเล็กตรอนเป็นอนุภาค มีมวล มีประจุไฟฟ้า ที่ชัดเจน แบบจำลองอะตอมของโบร์มองว่าอิเล็กตรอนโคจรไปรอบๆนิวเคลียส ในลักษณะเดียวกับที่ดาวเคราะห์โคจรไปรอบๆดวงอาทิตย์
หากคิดในแง่นี้ อิเล็กตรอนก็ควรจะผ่านช่องเปิดทั้งสองไปตกกระทบฉากในลักษณะเดียวกับลูกเทนนิส แต่ในความเป็นจริง ผลการทดลองกลับได้รูปแบบเดียวกับคลื่น!
2
ในปี ค.ศ. 1974 นักฟิสิกส์ทำการทดลองยิงอิเล็กตรอนให้ผ่านช่องเปิดสอง ผลคือ อิเล็กตรอนจำนวนมากตกกระทบฉากในรูปแบบมืดสลับสว่างเหมือนคลื่น หากคุณคิดว่าอิเล็กตรอนอาจจะเกิดการปฏิสัมพันธ์กันเอง ต้องบอกว่าในการทดลองนี้ นักฟิสิกส์ทำการยิงอิเล็กตรอนทีละตัวๆ ให้เข้าไปตกกระทบฉาก ดังนั้นมันจึงพุ่งไปเพียงตัวเดียว โดยไม่ได้มีปฏิสัมพันธ์ใดๆกับอิเล็กตรอนอื่น
รูปแบบของอิเล็กตรอนที่ปรากฏบนฉาก การทดลองเกิดขึ้นในปี ค.ศ. 1974
แน่นอนว่านักฟิสิกส์สามารถใช้ทฤษฎีควอนตัมคำนวณรูปแบบของริ้วที่ปรากฏบนฉากได้อย่างชัดเจน แต่ปัญหาคือ เราจะอธิบายการทดลองนี้ว่าอย่างไร อิเล็กตรอนเป็นคลื่นหรืออนุภาค และถ้ามันเกิดการแทรกสอดแบบนี้ มันไปแทรกสอดกับใครได้ ทั้งที่มันพุ่งไปตัวเดียว และอิเล็กตรอนแต่ละอนุภาคทำการตกลงกันไว้ก่อนได้อย่างไรว่าจะต้องไปตกกระทบตรงไหนๆ
1
คำอธิบายการทดลองนี้น่าจะขัดสามัญสำนึกของมนุษย์อย่างที่สุด ซึ่งผมจะเล่าให้ฟังในบทความสัปดาห์หน้าแน่นอนครับ สัญญา รออ่านนะ
4
การทดลองโดยบริษัทฮิตาชิในปี ค.ศ. 1989
โฆษณา