Scienceเราเรียนรู้

Schrodinger’s Cat แมวของชโรดิงเจอร์ ตำนานการอุปมาที่แสนโหด เพื่ออธิบายสถานะทับซ้อนของอนุภาค

Schrodinger’s Cat หรือแมวของชโรดิงเจอร์ เป็นการอุปมาการทดลองในความคิดของ Erwin Schrodinger เพื่อใช้อธิบายสภาวะ superpositions ในฟิสิกส์ควอนตัม ที่ดูเหมือนจะคิดขึ้นมาเพื่อโต้แย้งการตีความฟิสิกส์ควอนตัมโคเปนฮาเกน ( Copenhagen Interpretation ) ของกลุ่ม Neil Bohr ซึ่งในขณะนั้นถือได้ว่าเขาเป็นเจ้าพ่อแห่งวงการนี้ที่มีลูกศิษย์ลูกหามากมายคือ ใครก็ตามที่ต้องการศึกษาเกี่ยวกับ  ควอนตัมจะต้องมาหาเขา ถ้าเป็นสมัยนี้ก็ต้องขอ add friend บน facebook หรือไม่ก็ต้อง follow กันบน twitter ในบทความนี้จะไม่กล่าวถึงว่าสมมติฐานของฟากฝั่งไหนจะถูก หรือจะผิดอย่างไร เพราะในสมัยนั้นแต่ละฝ่ายต่างก็มีผู้ถือหางกันข้างละมาก ๆ ( แม้ปัจจุบันก็ตามทีเถิด ไม่เชื่อลองเข้าไปที่ pantip ดู ) แต่จะพูดถึงตัวอย่างหนึ่งของการคิด เพื่อใช้อธิบายสิ่งที่ค่อนข้างเป็นนามธรรม โดยใช้สิ่งที่จับต้องได้ที่เป็นรูปธรรมมาอธิบายให้เข้าใจได้ง่ายขึ้น และเพราะว่า Schrodinger’s Cat มันค่อนข้างเป็นรูปธรรมที่พอจะเข้าใจได้นี้นี่เอง จึงทำให้โมเดลนี้ได้รับความนิยม และผลสุดท้ายก็กลายเป็นความชื่นชอบที่บรรดาเหล่านักเขียน ซึ่งมักจะนำไปอุปมาถึงความไม่แน่นอน หรือกระแทกแดกดัน ซึ่งบางครั้งเพียงเพื่อแสดงความฉลาด และแม้แต่ในชีวิตจริงคนทั่วไปก็มักใช้คำว่า Schrodinger’s และต่อท้ายด้วยคำอื่น ๆ หรือเป็นส่วนประกอบในวลี ที่มักจะรู้กันดีว่ามันจะสื่อความหมายไปในทางไม่แน่นอน หรือ … ไม่กำหนด จนกว่า … หรืออะไรก็ตามที่มีสถานะตรงกันข้ามกันอยู่ในตัวมันเอง งงกันใช่มะ นี่กะจะให้อ่านเบา ๆไม่ให้เครียดนะเนี่ย ขอยกตัวอย่างละกันจะได้หลุดพ้น ตัวอย่างเช่น

::: Schrodinger’s ชื่อนิยาย แล้วเขาก็จั่วหัวว่า ‘นิยายเรื่องนี้เป็นทั้งเรื่องจริง และเรื่องเพ้อฝันไปพร้อม ๆกัน’

::: Schrodinger’s Question แล้วเขาก็บรรยายว่า ‘ยังไม่มีคำตอบที่ถูกต้องสำหรับคำถามนี้ จนกว่าผู้เล่นจะให้คำตอบกับเรามาก่อน’

::: Schrodinger’s Suggestion box แล้วเขาก็สร้างคำเตือนว่า ‘ในการเล่นเกมนี้ กฏบางอย่างจะไม่ถูกกำหนดขึ้น จนกว่าจะได้รับการร้องขอจากผู้เล่น และคำร้องขอนั้นต้องได้รับการอนุญาตจากเรา’

ซึ่งโมเดลของ Schrodinger นี้ฮอตฮิทขนาดนำไปทำเป็น การ์ตูน ภาพยนตร์ เกม หรือนวนิยาย กันเลยล่ะ ที่ผมเขียนให้อ่านนี้มันก็อ่านง่ายใช่ไม๊ ผมเพียงแค่อยากจะบอกว่าในข้อความถัด ๆไปมันก็ไม่ยากไปกว่านี้เลย ( หลอกล่อ ) อยากอธิบายว่า การทดลองในความคิดของ Schrodinger’s Cat นั้นเป็นเพียงแค่ความคิดเท่านั้น ไม่ได้ทำการทดลองจริง ๆ มันเป็นโมเดลที่จินตนาการขึ้นมา เพราะโมเดลนี้มันช่างดูโหดเหี้ยมสำหรับคนรักแมวเป็นอย่างยิ่ง Schrodinger เขาคิดไว้อย่างนี้ว่า เขาจะจับแมวตัวหนึ่งไปใส่ไว้ในกล่องหนา และทึบ และปิดผนึกกล่องให้มิดชิด ที่ภายในกล่องจะประกอบไปด้วยขวดที่บรรจุก๊าซพิษเอาไว้ขวดหนึ่ง ใกล้ ๆกับขวดนั้นก็จะมีกลไกที่สามารถตีขวดก๊าซพิษนั้นให้แตกได้วางอยู่ จากนั้นเขาจะควบคุมกลไกโดยเขาจะใช้สารกัมมันตภาพรังสีเพียงเล็กน้อยเอาตั้งเอาไว้ คือเขาคิดว่าเขาจะวางเครื่องตรวจวัดกัมมันตภาพรังสี ( Geiger Counter ) และเมื่อเครื่องนี้มันตรวจเจอ หรือไม่เจอ การสลายตัวของสารกัมมันตรังสี มันก็จะไปสั่งให้กลไกนั้น ทำ หรือไม่ทำงานนั่นเอง โดยเขาจะปรับให้มีความน่าจะเป็นที่จะทำให้กลไกทำงาน เท่า ๆกับไม่ทำงาน คือโอกาสที่มันจะทำงานเป็น 50 เปอร์เซ็นต์ และโอกาสที่มันจะไม่ทำงานเป็น 50 เปอร์เซ็นต์เท่า ๆกัน นั่นหมายถึงถ้ากลไกทำงาน มันก็จะไปตีขวดยาพิษให้แตก แล้วแมวก็จะตาย แต่ถ้ากลไกไม่ทำงาน แมวก็รอด นั่นเพียงเขาจะบอกว่าในกล่องมืด ๆใบนั้นมีแมวตัวหนึ่งที่มันมีโอกาสที่จะตาย เท่า ๆกับโอกาสที่จะมีชีวิตอยู่เท่านั้นเอง ซาดิสส์เนอะ ใช้แมงสาบก็ไม่ได้

เขาบอกว่าการปล่อยแมวให้อยู่กับกับดักความตายไว้อย่างนั้น ทำให้ไม่มีทางรู้ได้ว่าแมวมันมีชีวิต หรือตายไปแล้ว ดังนั้นเหมือนกับเราได้อนุญาตกลาย ๆให้แมวในกล่องมืดนั้นมีสองสถานะคือ เป็นทั้งแมวที่มีชีวิต และตายพร้อม ๆกัน จนกว่าเราจะไปเปิดกล่องนั้นดู ( สังเกต ) จึงจะพบคำตอบจริง ๆว่ามันยังอยู่ หรือตายไปแล้ว

การทดลองในความคิด Schrodinger’s Cat หรือ แมวของชโรดิงเจอร์ เหมือนว่าจะไปวิพาก ความเข้าใจที่ยังไม่สมบูรณ์ของการตีความโคเปนฮาเกนในฟิสิกส์ควอนตัม เขาว่าที่ที่แมวสามารถมีชีวิตอยู่ และตายในเวลาเดียวกันมันเป็นการซ้อนทับของความเป็นจริง จึงมีการบัญญัติศัพท์ขึ้นมาเป็นการเฉพาะเพื่อเรียกสถานะของการซ้อนทับกันนี้ว่า ‘superposition’ ซึ่งความขัดแย้งนี้เป็นเพียงเรื่องการตีความฟิสิกส์ควอนตัมที่ยังมีข้อบกพร่อง หรือยังไม่สมบูรณ์เท่านั้น ซึ่งถือว่าเป็นการช่วยกันพัฒนาความรู้ฟิสิกส์ควอนตัมให้กระจ่างขึ้น นอกจากนี้ยังมีการตีความในรูปแบบอื่น ๆคือ multiverse หรือพหุภพ หรืออนันตภพ

เหตุผลที่เกิดการทดลองในความคิดนี้น่าสนใจก็คือ ในกลศาสตร์ควอนตัม ( quantum mechanics ) สิ่งที่เป็นอนุภาคขนาดเล็ก ( sub-atom ) มันมีสถานะของการซ้อนทับกันอยู่ ( superposition ) เป็นปกติเลย และถ้าหากว่าเราสามารถยอมรับได้ว่า ในอนุภาคขนาดเล็กเช่นสารกัมมันตรังสี มีสถานะเป็น superposition ได้ ดังนั้นก็ต้องยอมรับให้ได้ว่าในวัตถุที่มีขนาดใหญ่กว่า ก็ควรที่จะมีสถานะดังกล่าวได้ด้วยเช่นกัน

Schrodinger วิพากไว้ว่าหากจะตีความโมเดลนี้ตาม Copenhagen Interpretation แมวนั้นจะไม่อยู่ในสถานะที่ทับซ้อนกัน ไม่มีสถานะ superposition คือสถานะที่แมวตาย และมีชีวิตในเวลาเดียวกันนั้นจะไม่มี หากต้องตีความด้วยความรู้ทางคณิตศาสตร์พื้นฐานเรื่องความน่าจะเป็นตาม Copenhagen Interpretation ซึ่งเขามองว่ามันเป็นการตีความที่ค่อนข้างพิลึก ดูเหมือนว่าแนวคิดของ Schrodinger จะได้รับการสนับสนุนจากไอน์สไตน์อีกด้วย เหตุที่ความรู้ ความเข้าใจด้านฟิสิกส์สมัยใหม่ อย่างฟิสิกส์ควอนตัม หรือกลศาสตร์ควอนตัมนี้ พูดได้ว่ายังอยู่ในยุคเริ่มต้น จึงถือว่าเป็นโอกาสที่ดีสำหรับนักฟิสิกส์ยุคใหม่ที่จะทำการพัฒนาต่อยอด เพื่อสร้างเทคโนโลยีใหม่ที่เป็นรูปธรรมอย่างเช่น ควอนตัมคอมพิวเตอร์ ที่ตอนนี้มีการแข่งขันกันไปทั่วโลก ที่หากว่าใครสามารถพัฒนาได้ก่อน เขาก็ดูเหมือนว่าจะได้ครอบครองสิ่งมหัศจรรย์ชิ้นหนึ่งของมวลมนุษยชาติกันเลยเชียว

มีการทำการทดลองออกมาเรื่อย ๆเพื่อแสดงให้เห็นว่าในโลกของควอนตัมนี้ มันมีภาวะ superposition อยู่จริง สิ่งเหล่านั้นมีพฤติกรรมเป็นทั้งอนุภาค และคลื่นในเวลาเดียวกันบนจักรวาลเล็ก ๆของมัน การทดลองในความคิด Schrodinger’s Cat เป็นการจุดประกายความหวังว่าสักวันหนึ่งจะสามารถเห็นพฤติกรรมของสิ่งที่ใหญ่กว่ามีสมบัติของควอนตัมอยู่ด้วยเหมือนกัน

ก่อนจะจบลงขอเล่าเรื่องการเขียนข้อความเสียดสี Schrodinger ข้อความหนึ่ง เขาเขียนว่า

“ นี่! แกรู้เรื่องราวของแมวในกล่องที่มียาพิษหรือเปล่า ที่บอกว่าจะได้แมวที่ทั้งเป็น (มีชีวิต) และตายในเวลาเดียวกันนั่นน่ะ ฉันจะบอกให้นะว่า ฉันได้ทำการทดลองนี้นับสิบ ๆครั้งแล้วล่ะ ข่าวร้ายก็คือ ไอ้ทฤษฏีบ้านี้ มันไม่เป็นความจริงเอาซะเลย แต่ยังดีนะที่มีสิ่งดี ๆ ให้ได้ชื่นชมอยู่บ้างก็คือว่า บริเวณบ้านของฉันมีหลุมฝังศพสวยๆของแมวที่ตายไป เพิ่มขึ้นมาใหม่ทุกวันเลย ” คือไอ้โหดนี่มันจะบอกว่ามันจับเอาแมวไปใส่กล่องที่มียาพิษตัวแล้วตัวเล่า ก็ไม่เคยเห็นสักทีว่าแมวมันจะมีสถานะซอมบี้ คือมีชีวิตอยู่ และตายในเวลาเดียวกันซักกะที เปิดกล่องขึ้นมาทีไรก็เห็นแต่ว่าแมวมันตายห่_ทุกทีไป ต้องขุดหลุมฝังศพแมวจนเต็มบ้านไปหมด นี่มันจบแบบทั้งฮา และทั้งเศร้า เรียกว่าอยู่ในสภาวะ superpositon ทางอารมณ์เลยนะนี่

เอาละ ทีนี้ก็คงต้องของจบการเขียนเรื่อง Schrodinger’s Cat ไว้ด้วยความรู้สึกแบบ Schrodinger’s feeling คือเบื่อที่จะเขียน แต่อยากที่จะทำ เอาไว้แต่เพียงเท่านี้ก่อน สำหรับวันนี้ฝันดี ราตรีสวัสดิ์เช่นเคย

2 thoughts on “Schrodinger’s Cat แมวของชโรดิงเจอร์ ตำนานการอุปมาที่แสนโหด เพื่ออธิบายสถานะทับซ้อนของอนุภาค

ใส่ความเห็น

อีเมลของคุณจะไม่แสดงให้คนอื่นเห็น