⚛️ "ความประหลาด" ของควอนตัม | เมื่ออนุภาค "ไม่เกี่ยวพัน" แต่กลับผ่านบททดสอบที่โด่งดังที่สุด
คุณเคยได้ยินเรื่อง "การเกี่ยวพันเชิงควอนตัม" (Quantum Entanglement) ไหมครับ? ปรากฏการณ์สุดประหลาดที่อนุภาคสองตัวสามารถเชื่อมโยงถึงกันได้ทันที ไม่ว่าจะอยู่ห่างกันแค่ไหนก็ตาม...
"แบบทดสอบของเบลล์" (Bell's test) คือมาตรฐานสูงสุดในการพิสูจน์ความประหลาดนี้ และทุกการทดลองที่ผ่านมาล้วนต้องใช้ "อนุภาคที่เกี่ยวพันกัน"...
แต่จะเกิดอะไรขึ้นถ้านักวิทยาศาสตร์กลุ่มหนึ่งเพิ่งจะประกาศว่า พวกเขาผ่านแบบทดสอบนี้ได้สำเร็จ... โดย "ไม่ได้" ใช้อนุภาคที่เกี่ยวพันกันเลย?
🧠 บททดสอบที่โด่งดังที่สุดของโลกควอนตัม
อนุภาคที่ดูเหมือนจะไม่ได้เกี่ยวพันกัน ได้รับคะแนนสูงในการทดสอบการเกี่ยวพันอันโด่งดัง การทดลองนี้อาจมอบมุมมองใหม่ต่อสิ่งที่ทำให้โลกควอนตัมนั้นแปลกประหลาดอย่างยิ่ง
เกือบ 60 ปีที่แล้ว นักฟิสิกส์ จอห์น สจ๊วต เบลล์ (John Stewart Bell) ได้คิดค้นแบบทดสอบขึ้นมาเพื่อตัดสินว่าโลกของเราถูกอธิบายได้ดีที่สุดด้วยกลศาสตร์ควอนตัมหรือด้วยชุดทฤษฎีแบบดั้งเดิมมากกว่า ความแตกต่างที่สำคัญคือทฤษฎีควอนตัม "มีความเป็นอวิสถานะ" (non-locality) หรือผลกระทบที่สามารถขยายไปได้ในทุกระยะทาง – แม้กระทั่งระยะทางที่ไกลมากๆ – ที่น่าทึ่งคือ การทดลองทั้งหมดที่นำแบบทดสอบของเบลล์มาใช้จนถึงปัจจุบัน ได้ยืนยันว่าความเป็นจริงทางกายภาพของเรานั้นเป็นอวิสถานะ ซึ่งบ่งชี้ว่าเราอาศัยอยู่ในโลกควอนตัม
อย่างไรก็ตาม การทดลองเหล่านั้นล้วนเกี่ยวข้องกับอนุภาคที่เชื่อมโยงกันอย่างแยกไม่ออกผ่านการเกี่ยวพันเชิงควอนตัม แต่ล่าสุด เซียว-ซง หม่า (Xiao-Song Ma) จาก Nanjing University ในประเทศจีน และทีมงานของเขา กล่าวว่าพวกเขา ทำแบบทดสอบของเบลล์ได้สำเร็จโดยไม่มีการเกี่ยวพัน "งานวิจัยใหม่ของเราอาจมอบมุมมองใหม่ต่อความเข้าใจของผู้คนเกี่ยวกับสหสัมพันธ์แบบอวิสถานะ (non-local correlations)" หม่า กล่าว
🌠 เขาวงกตแห่งแสง
การทดลองเริ่มต้นด้วยผลึกพิเศษสี่ชิ้น ซึ่งแต่ละชิ้นจะปล่อยอนุภาคของแสงหรือ "โฟตอน" (photons) ออกมาสองตัวเมื่อถูกฉายด้วยเลเซอร์ โฟตอนเหล่านี้มีคุณสมบัติหลายอย่างที่นักวิจัยสามารถวัดได้ รวมถึงโพลาไรเซชัน (polarisation) และเฟส (phase) นักวิจัยได้ทำให้โฟตอนเหล่านี้เดินทางผ่านเขาวงกตของอุปกรณ์ทางแสง เช่น ผลึกและเลนส์ ก่อนที่จะไปกระทบเครื่องตรวจจับ
ในการทดลองแบบทดสอบของเบลล์โดยทั่วไป ผู้ทดลองสมมติสองคนคือ อลิซและบ็อบ จะทำการวัดคุณสมบัติของอนุภาคที่พัวพันกัน จากนั้นพวกเขาสามารถตัดสินได้ว่าอนุภาคเชื่อมโยงกันในแบบอวิสถานะหรือไม่โดยการนำผลการค้นพบของพวกเขาไปใส่ในสมการ "อสมการ" (inequality)
การทดลองใหม่นี้มีทั้งอลิซและบ็อบ ซึ่งแต่ละคนถูกแทนที่ด้วยชุดของอุปกรณ์ทางแสงและเครื่องตรวจจับ แต่ "ไม่มี" โฟตอนที่เกี่ยวพันกัน อันที่จริง นักวิจัยได้เพิ่มอุปกรณ์เข้าไปในการติดตั้งของพวกเขา ซึ่งป้องกันไม่ให้ความถี่และความเร็วของอนุภาคเกิดการเกี่ยวพันกัน
แต่ถึงกระนั้น เมื่อนักวิจัยนำค่าที่วัดได้ของอลิซและบ็อบไปใส่ในสมการอสมการ พวกเขากลับพบว่าโฟตอนเหล่านั้นเชื่อมโยงกันอย่างเหนียวแน่นเกินกว่าที่จะอธิบายได้ด้วยผลกระทบเชิงสถานะ (local effect) ใดๆ
🤯 แล้วมันเกิดขึ้นได้อย่างไร?
มาริโอ เครนน์ (Mario Krenn) จาก Max Planck Institute for the Science of Light ในเยอรมนี เสนอว่านี่อาจเป็นเพราะโฟตอนมีคุณสมบัติควอนตัมอีกอย่างหนึ่งคือ: พวกมันไม่สามารถแยกแยะได้ (indistinguishability)
เขากล่าวว่า โฟตอนถูกสร้างขึ้นในลักษณะที่ เป็นไปไม่ได้ที่จะบอกได้ว่าโฟตอนตัวไหน "เกิด" ที่ผลึกใด และเส้นทางของพวกมันก็ไม่สามารถแยกแยะได้ ในอดีต เครนน์, หม่า และเพื่อนร่วมงานของพวกเขาเคยใช้คุณสมบัตินี้ที่เรียกว่า "ความไม่สามารถแยกแยะได้โดยเอกลักษณ์ของเส้นทาง" เพื่อทำให้โฟตอนเกี่ยวพันกัน แต่ในครั้งนี้พวกเขาทำให้แน่ใจว่ามันเป็นความประหลาดเชิงควอนตัมเพียงชนิดเดียวที่มีอยู่
ทีมงานยังไม่มีทฤษฎีที่แน่ชัดว่าทำไมพวกเขาสามารถสร้างผลลัพธ์ของการเกี่ยวพันในแบบทดสอบของเบลล์ขึ้นมาใหม่ได้โดยไม่ต้องใช้การเกี่ยวพัน แต่หม่ากล่าวว่าปรากฏการณ์ควอนตัมพื้นฐานอื่นๆ อีกหลายอย่างก็มีความไม่สามารถแยกแยะได้เป็นข้อกำหนดเช่นกัน ดังนั้น มันอาจเป็นส่วนผสมพื้นฐานที่จำเป็นในการสร้างสหสัมพันธ์แบบอวิสถานะได้ แม้ในสูตรที่ไม่มีการเกี่ยวพันรวมอยู่ด้วย
⚔️ แต่เดี๋ยวก่อน... สงครามแห่งการตีความ
หนึ่งในปัญหาที่เป็นไปได้ของการทดลองนี้อาจอยู่ที่เทคนิค "การคัดเลือกภายหลัง" (post-selection) ที่ทีมใช้ ซึ่งจะพิจารณาเฉพาะการตรวจจับโฟตอนบางส่วนเท่านั้น สเตฟาโน ปาเอซานี (Stefano Paesani) จาก University of Copenhagen ในเดนมาร์ก กล่าว ในมุมมองของเขา สิ่งนี้ทำให้ไม่ชัดเจนว่าโฟตอนที่ไม่เกี่ยวพันของพวกเขาสามารถให้คะแนนว่าเป็นอวิสถานะในแบบทดสอบของเบลล์ได้อย่างแน่ชัดหรือไม่ หากไม่มีการคัดเลือกภายหลัง การทดลองจะเข้ากับสถานการณ์มาตรฐานมากกว่าซึ่งมีการเกี่ยวพันอยู่ เขากล่าว
เจฟฟ์ ลันดีน (Jeff Lundeen) จาก University of Ottawa กล่าวว่าการทดลองใหม่นี้ไม่ได้ตัดความเป็นไปได้ที่อลิซและบ็อบจะ "สมรู้ร่วมคิด" กันได้อย่างเพียงพอ ซึ่งจะสร้างสหสัมพันธ์ที่นักวิจัยอาจเข้าใจผิดว่าเป็นผลกระทบแบบอวิสถานะได้ "ดังนั้น การทดลองนี้จึงดูเหมือนจะไม่มีนัยเช่นเดียวกับการละเมิดอสมการของเบลล์อันโด่งดัง" เขากล่าว
"มันเป็นการต่อยอดที่สวยงามจริงๆ ของหนึ่งในงานวิจัยที่โดดเด่นที่สุดเกี่ยวกับโฟตอนที่พัวเกี่ยวกันจาก 'ยุคทอง' ของทศวรรษ 1990" เอฟราม สไตน์เบิร์ก (Aephraim Steinberg) จาก University of Toronto กล่าว อย่างไรก็ตาม ในมุมมองของเขา ยังคงมีการเกี่ยวพันบางอย่างอยู่ในการทดลองใหม่นี้ สิ่งนี้ไม่ได้มีอยู่ในระดับของโฟตอน แต่มีอยู่ใน "สนามควอนตัม" (quantum fields) ที่โฟตอนถือกำเนิดขึ้นมา
ทีมงานต้องการปรับปรุงอุปกรณ์ของพวกเขาเพื่อหลีกเลี่ยงคำวิจารณ์เหล่านี้บางส่วน "กลุ่มความร่วมมือของเราได้ระบุช่องโหว่ที่อาจเกิดขึ้นที่สำคัญหลายอย่างแล้ว" หม่า กล่าว
🏡 แล้วเรื่องนี้เกี่ยวข้องกับเราอย่างไร?
การถกเถียงอย่างเผ็ดร้อนของเหล่าสุดยอดนักฟิสิกส์นี้ คือภาพสะท้อนที่สวยงามของ "กระบวนการทางวิทยาศาสตร์" ครับ... มันไม่ใช่การประกาศชัยชนะแล้วจบไป แต่คือการเสนอหลักฐาน, การตรวจสอบอย่างเข้มข้น, และการตั้งคำถามที่ลึกซึ้งยิ่งขึ้น
สำหรับประเทศไทย การส่งเสริมการศึกษาด้านวิทยาศาสตร์พื้นฐาน โดยเฉพาะฟิสิกส์และคณิตศาสตร์ คือการสร้างคนรุ่นใหม่ที่สามารถเข้าใจและมีส่วนร่วมในการสนทนาที่ล้ำสมัยที่สุดของโลก เพื่อผลักดันขอบเขตความรู้ของมนุษยชาติไปพร้อมกัน
🎯 สรุปประเด็นสำคัญ
✅ ความประหลาดครั้งใหม่: นักวิทยาศาสตร์ทำการทดลองที่ "ผ่าน" แบบทดสอบของเบลล์ ซึ่งเป็นมาตรฐานสูงสุดในการพิสูจน์ความเป็นอวิสถานะ (non-locality) ของควอนตัม โดย "ไม่ได้" ใช้อนุภาคที่เกี่ยวพันกัน (entangled)
✅ ท้าทายความเข้าใจเดิม: การค้นพบนี้ท้าทายความเชื่อที่มีมานานว่าการเกี่ยวพันเชิงควอนตัมเป็นสิ่งจำเป็นเพียงอย่างเดียวในการสร้างความเชื่อมโยงทางไกลที่น่าพิศวงนี้
✅ ผู้ต้องสงสัยใหม่: มีการเสนอว่าคุณสมบัติควอนตัมอีกอย่างที่เรียกว่า "ความไม่สามารถแยกแยะได้" (indistinguishability) อาจเป็นส่วนผสมพื้นฐานอีกอย่างที่สร้างความเป็นอวิสถานะได้
✅ สงครามแห่งการตีความ: การค้นพบนี้ยังคงเป็นที่ถกเถียงอย่างสูงในหมู่นักฟิสิกส์ โดยมีข้อโต้แย้งทั้งในด้านเทคนิคการทดลอง (post-selection) และการตีความ (อาจยังมีการเกี่ยวพันในระดับที่ลึกกว่าซ่อนอยู่)
✅ วิทยาศาสตร์ที่กำลังเคลื่อนไหว: นี่คือตัวอย่างที่ชัดเจนของกระบวนการทางวิทยาศาสตร์ ที่การค้นพบใหม่ๆ จะต้องผ่านการตรวจสอบและโต้แย้งอย่างเข้มข้นเพื่อนำไปสู่ความเข้าใจที่ลึกซึ้งยิ่งขึ้น
💬 แล้วคุณล่ะครับ...
การค้นพบที่ทำให้โลกควอนตัม "ประหลาด" ยิ่งกว่าเดิมนี้ ทำให้คุณรู้สึกทึ่งในความลึกลับของจักรวาลมากแค่ไหน? แล้วคุณคิดว่าสุดท้ายแล้ว คำอธิบายของใครน่าจะถูกต้องที่สุด?
มาแบ่งปันมุมมองกันในคอมเมนต์... และถ้าเรื่องนี้น่าสนใจ ⚛️ อย่าลืมกดบันทึกไว้ หรือแชร์ให้เพื่อนๆ ได้ร่วมทึ่งไปกับความมหัศจรรย์ของโลกควอนตัมด้วยกันนะครับ!
🔎 แหล่งอ้างอิง
1. Wang, K., et al. (2025). Violation of Bell inequality with unentangled photons. Science Advances. http://doi.org/10.1126/sciadv.adr1794
💖 มาช่วยกันขับเคลื่อน "Witly" กันครับ!
จักรวาลควอนตัมเต็มไปด้วย "กฎ" ที่ซับซ้อนและสวนทางกับสามัญสำนึกของเรา การทำความเข้าใจมันคือการเดินทางสู่หัวใจของความเป็นจริง...
เป้าหมายของ Witly ก็เช่นกัน คือการทำหน้าที่เป็น "นักฟิสิกส์เชิงทฤษฎี" ที่จะพยายาม "ถอดรหัส" กฎเกณฑ์ที่ซับซ้อนของวิทยาศาสตร์ แล้วนำมาเรียบเรียงเป็นเรื่องราวที่ทุกคนเข้าใจได้
ทุกการสนับสนุนผ่าน "ค่ากาแฟ" ของคุณ คือพลังที่ช่วยให้เราสามารถทำภารกิจ "ถอดรหัสจักรวาล" นี้ต่อไปได้ครับ
ดูเพิ่มเติมในซีรีส์
โฆษณา
- ดาวน์โหลดแอปพลิเคชัน
- © 2025 Blockdit
