นักฟิสิกส์ชี้ พบวิธีแอบดู “แมวของชเรอดิงเงอร์” โดยไม่เปลี่ยนสถานะของมันแบบถาวรแล้ว

เพื่อนๆ เคยได้ยินทฤษฎีที่ชื่อ “แมวของชเรอดิงเงอร์” กันไหม? นี่คือทฤษฎีที่มีชื่อเสียงของนักฟิสิกส์ชาวออสเตรียที่เป็นผู้บุกเบิกวิชาควอนตัมฟิสิกส์อย่าง “แอร์วิน ชเรอดิงเงอร์” และมีเนื้อหาคร่าวๆ ว่า

ถ้าหากเราเอาแมวไปใส่ในกล่องปิดสนิท ที่มีแหล่งกำเนิดกัมมันตภาพรังสี เชื่อมต่อกับขวดยาพิษ โดยวางกลไกไว้ว่าเมื่อเวลาผ่านไป จะมีโอกาสอันไม่แน่นอน ที่แหล่งกำเนิดกัมมันตภาพรังสีจะมีการปล่อยรังสีออกมา และหากเป็นอย่างนั้น ขวดยาพิษจะแตกและสังหารแมวในกล่อง

การกระทำเช่นนี้จะทำให้เมื่อเวลาผ่านไป เราจะไม่สามารถบอกได้เลยว่าสถานะของแมวในกล่องนั้นจะเป็นหรือตายหากเราไม่เข้าไปวัดหรือตรวจสอบมัน หรือก็คือในเวลานั้นแมวมีสถานะสองอย่าง (ยังมีชีวิตและตายไปแล้ว) ซ้อนทับกันอยู่

อย่างไรก็ตามหากเราตรวจสอบสถานะของแมว การกระทำของเราก็อาจจะไปรบกวนระบบ ทำให้สถานะที่จะเป็นไปได้ของแมวตัวนี้เหลืออยู่เพียงแค่อย่างเดียวคือเป็นหรือตายเท่านั้น ซึ่งในทางระบบควอนตัมจัดเป็นเรื่องที่สำคัญเป็นอย่างมาก เพราะควอนตัมเป็นอะไรที่สามารถเปลี่ยนแปลงได้แม้ด้วยโฟตอนของแสงเพียงเล็กน้อย

ดังนั้น มันจึงถือว่าเป็นเรื่องที่น่าสนใจเป็นอย่างมากของเหล่านักฟิสิกส์ไปแล้ว เมื่อช่วงเดือนตุลาคมที่ผ่านมา ทีมนักฟิสิกส์จากมหาวิทยาลัยฮิโรชิมาในญี่ปุ่นได้มีการออกมานำเสนอวิธีการใหม่ ที่อาจจะทำให้เราแอบดูแมวของชเรอดิงเงอร์ได้ โดยที่ไม่ไปเปลี่ยนสถานะของมันแล้ว

อ้างอิงจากตัวงานวิจัย กุญแจหลักที่จะทำให้การแอบดูแมวของชเรอดิงเงอร์เป็นจริงได้ คือการแยกกรอบความคิดทางคณิตศาสตร์ของ “การทำปฏิสัมพันธ์” (แอบดูแมว) ออกมาจากการ “ทราบผล” (รู้ว่าแมวข้างในเป็นหรือตาย)

คุณ Holger F. Hofmann รองศาสตราจารย์วิชาฟิสิกส์ ผู้เขียนหลักของงานวิจัยชิ้นนี้ อธิบายว่า

แนวคิดนี้ คล้ายกับการบอกว่าแทนที่เราจะสังเกตการณ์แมวด้วยตาซึ่งทำให้สถานะของแมวในกล่องเปลี่ยนไป จะเกิดอะไรขึ้นหากเราสามารถสังเกตการณ์แมวในกล้องได้ด้วยกล้องแบบพิเศษที่วางอยู่นอกกล่องแต่กลับเห็นสิ่งที่อยู่ในกล่องได้

เมื่อกล้องดังกล่าวจับภาพของแมว ตัวกล่องจะมีข้อมูลอยู่สองอย่างคือความเปลี่ยนแปลงที่เกิดขึ้นกับแมวเมื่อถูกกล้องถ่าย (ซึ่งนักวิจัยเรียกว่าควอนตัมแท็ก) และผลลัพธ์ที่ว่าแมวมีชีวิตอยู่หรือไม่ ซึ่งเราจะสามารถ “ดึง” ข้อมูลข้อใดข้อหนึ่งออกมาได้

คุณ Holger บอกว่าแนวคิดนี้คล้ายกับการโยนเหรียญซึ่งคุณจะสามารถ “เลือก” ที่จะทราบความเปลี่ยนแปลงที่ว่าเหรียญถูกโยน หรือผลลัพธ์ที่ว่าเหรียญออกหัวหรือก้อยได้ แต่คุณจะไม่สามารถทราบทั้งสองอย่างได้พร้อมๆ กัน

และที่สำคัญคือหากคุณทราบความเปลี่ยนแปลงที่เกิดขึ้นเป็นอย่างดี คุณก็จะสามารถทำให้เหรียญกลับไปอยู่ในสภาพก่อนโยนได้

“คุณต้องรบกวนระบบก่อนเสมอ แต่บางครั้งคุณก็สามารถ ‘ย้อนกลับ’ การรบกวนดังกล่าวได้” คุณ Holger กล่าว

ในกรณีของการถ่ายภาพแมว แน่นอนว่าการถ่ายรูปแมวในกล่องนั้น จัดเป็นการตรวจสอบชนิดหนึ่ง ดังนั้นมันจึงส่งผลกระทบกับข้อมูลที่ออกมาได้ แต่ในขณะเดียวกันเราก็จะสามารถย้อนกลับ “การรบกวน” จากการถ่ายภาพได้ โดยการแลกกับ “ความละเอียด” ของข้อมูล

ซึ่งในที่นี้ คือเราจะแลกความจริงที่ว่าแมวในกล่องยังมีชีวิตอยู่หรือไม่ กับสภาพสถานะสองอย่างซ้อนทับกันของแมว คล้ายการกรอภาพกลับ

ในทางควอนตัมความ “ละเอียดของข้อมูล” จะหมายถึงปริมาณของข้อมูลที่เราดึงออกมาจากระบบ ส่วน “การรบกวน” จะหมายถึงปริมาณของระบบที่ถูกรบกวนอย่างช่วยไม่ได้ หรือก็คือ ยิ่งคุณรู้สถานะของควอนตัมมากแค่ไหน คุณก็จะยิ่งรบกวนระบบไปมากเท่านั้น และตัวเลขทั้งสองตัวนี้ ก็สัมพันธ์กันในอัตราแลกเปลี่ยนแบบ 1 ต่อ 1 เลยด้วย

ว่าง่ายๆ ว่าในทางควอนตัมคุณจะสามารถทราบสถานะของแมวในกล่องได้โดยแลกกับการรบกวนระบบ และคุณจะสามารถย้อนกลับการรบกวนระบบ โดยแลกกับปริมาณข้อมูลสถานะของแมวในกล่องที่คุณทราบนั่นเอง

ที่มา livescience, investrecords และ iopscience