Particles and waves: The central mystery of quantum mechanics - Chad Orzel

Translator: Tun Lin Aung + 1 Reviewer: Myo Aung

One of the most amazing facts in physics is this:

ရူပဗေဒမှာ အံဩစရာ အကောင်းဆုံးတွေ အချက်တစ်ချက်က

everything in the universe, from light to electrons to atoms,

အလင်းမှ အစ၊ အီလက်ထရွန်တွေ အလယ်၊ အက်တမ်တွေ အဆုံး၊ စကြ၀ဠာထဲ ရှိရှိသမျှဟာ

behaves like both a particle and a wave at the same time.

တစ်ချိန်တည်းမှာ အမှုန်လိုရော လှိုင်းလိုရော နှစ်မျိုးစလုံး ပြုမှုနေကြတာပါပဲ။

All of the other weird stuff you might have heard about quantum physics,

ရှုပ်ထွေးပါတယ်လို့ ခင်ဗျား ကြားထားတဲ့ ကွမ်တမ်ရူပဗေဒဆိုင်ရာ တခြားဟာတွေက

Schrodinger's Cat, God playing dice, spooky action at a distance,

ရှရိုးဒင်းဂါး ကြောင်၊ ကြွေအံကစားတဲ့ ဘုရား၊ အဝေးမှ ခြောက်လှန့်ခြင်း ဆိုတာတွေပါ။

all of it follows directly from the fact

ဒါတွေ အကုန်လုံးက အရာရာတိုင်းမှာ

that everything has both particle and wave nature.

လှိုင်းနဲ့ အမှုန် သဘာ၀နှစ်မျိုး ရှိတဲ့ အချက်နဲ့ တိုက်ရိုက် ဆက်စပ်နေပါတယ်။

ဒါက အူကြောင်ကြောင် ထင်စရာပါပဲ။

This might sound crazy.

If you look around, you'll see waves in water and particles of rock,

ခင်ဗျား၊ ကိုယ့်ဝန်းကျင်ကြည့်ရင် ကျောက်ခဲ တွေ၊ ရေထဲက လှိုင်းတွေရယ် မြင်ပါလိမ့်မယ်

and they're nothing alike.

ဒါတွေတူစရာက ဘာအကြောင်းမှမရှိဘဲ။

So why would you think to combine them?

ဒါတွေကို ပေါင်းဖို့ စဉ်းစားတာ ဘာကြောင့်လဲ။

Physicists didn't just decide to mash these things together out of no where.

ဒီအရာတွေကို ရူပဗေဒပညာရှင်တွေ ရောစပ်ဖို့ မဆုံးဖြတ်ခဲ့ကြတာက ဘယ်ကမှ ယူမရလို့ပါ။

Rather, they were led to the dual nature of the universe

အဲဒါ အစား၊ ဩကာသလောကရဲ့ ဒွိသဘာ၀ကို သူတို့က ပဟေဠိရဲ့ အစိတ်အပိုင်းတွေလို

through a process of small steps,

အထောက်အထားလေး များစွာကို အထိုင်တွဲချရင်း

fitting together lots of bits of evidence, like pieces in a puzzle.

အကွက်စိပ်စိပ် လုပ်ကိုင်မှုမှတဆင့် ဦးတည် ဆောင်ရွက်သွားကြပါတယ်။

The first person to seriously suggest the dual nature of light

၁၉၀၅ မှာ အလင်းရဲ့ ဒွိသဘာ၀ကို တစူးတနစ် အကြံပြုတဲ့ ပထမဆုံး ပုဂ္ဂိုလ်က

was Albert Einstein in 1905,

Albert Einstein ပါ။

but he was picking up an earlier idea from Max Planck.

ဒါပေမဲ့ သူ့ရှေ့က Max Planck ရဲ့ စိတ်ကူးကို သူ ထုတ်နုတ်ယူလိုက်တာပါ။

Planck explained the colors of light emitted by hot objects,

Planck က မီလုံးထဲက မီးစာလို ပူတဲ့ အရာတွေမှ ထုတ်တဲ့

like the filament in a light bulb,

အလင်းတွေကို ရှင်းပြခဲ့ပေမဲ့ ဒါကို ရှင်းဖို့

but to do it, he needed a desperate trick:

သူ လိုအပ်တဲ့ အလွန်ထိရောက် အရေးပါတဲ့ လှည့်ကွက်က...

he said the object was made up of oscillators

၀တ္ထုကို အလင်းကြိမ်နှုန်း အပေါ်မှီခိုတဲ့ တုန်ခါနေတဲ့ အရာတွေနဲ့

that could only emit light in discrete chunks,

ပြုလုပ်ကြောင်း၊ ၎င်းတို့က စွမ်းအင်ယူနစ် တစ်ခုရှိတဲ့

units of energy that depend on the frequency of the light.

သဘောဖြင့်သာ အလင်းကို ထုတ်လွှတ်ကြောင်း ဖော်ပြခဲ့ပါတယ်။

Planck was never really happy with this, but Einstein picked it up and ran with it.

Planck က အဲဒါကို မကြိက်ပေမဲ့ ဒီအချက်ကို ယူပြီး Einsten က ဆက်ဆောင်ရွက်ခဲ့ပါတယ်။

He applied Planck's idea to light itself, saying that light,

သူက၊ Planck ရဲ့ စိတ်ကူးကို အလင်းမှာပဲ အသုံးချလိုက်ပြီး..

which everybody knew was a wave, is really a stream of photons,

လူတကာက လှိုင်းလို့သိတဲ့ အလင်းဟာ တကယ်တော့ တစ်ခုစီအနေနဲ့ တိကျတဲ့ စွမ်းအင်ပမာဏ

each with a discrete amount of energy.

ဆောင်တဲ့ ဖိုတွန်တွေရဲ့ စီတန်း စီးဆင်းမှုတရပ်ပါ။

Einstein himself called this the only truly revolutionary thing he did,

Einstein ကိုယ်၌က ဒါကို သူလုပ်ခဲ့တာ ဧကံ ပြောင်းလဲမှုတွေ လုပ်တာလို့ဆိုပေမဲ့

but it explains the way light shining on a metal surface knocks loose electrons.

ဒါက၊ သတ္ထုပေါ် အလင်းကျရောက်ပါက လွတ်လပ် အီလက်ထရွန်ကို တိုက်ထုတ်တာကို ရှင်းပြပါတယ်။

Even people who hated the idea had to agree that it works brilliantly.

ဒီစိတ်ကူးကို မုန်းသူများပင်၊ လက်တွေ့မှာ ဒါက ထက်မြက်ကြောင်းကို သဘောတူရပါတယ်။

The next puzzle piece came from Ernest Rutherford in England.

ပဟေဠိ နောက် တပိုင်းက အင်္ဂလန်က Ernest Rutherford ထံမှ လာပါတယ်။

In 1909, Ernest Marsden and Hans Geiger, working for Rutherford,

၁၉၀၉ တွင် Ernest Marsden နဲ့ Hans Geiger တို့က Rutherford ကို ကူလုပ်ပေးရင်း

shot alpha particles at gold atoms

ရွှေအက်တမ်ကို alpha အမှုန်တွေနဲ့ ပစ်ကြည့်တော့...

and were stunned to find that some bounced straight backwards.

တချို့က နောက်ဘက်သို့ ပြန်ကန်ထွက်ကြောင်း တွေ့ရလို့ အသက်ရှုမှားအောင် အံဩခဲ့ကြရပါတယ်။

This showed that most of the mass of the atom is concentrated in a tiny nucleus.

ဒါက သေးလွန်းတဲ့ နျူးကလိယပ်ထဲမှာ အက်တမ့် ဒြပ်ထုအများစုကို စုဝေးထားကြောင်း ပြသပါတယ်။

The cartoon atom you learn in grade school,

ကျောင်းမှာသင်ရတဲ့ ကာတွန်းအက်တမ်မှာ အီလက်ထရွန်တွေဟာ

with electrons orbiting like a miniature solar system,

နေအဖွဲ့အစည်း ပုံစံငယ်တစ်ခုလို လှည့်ပတ်နေတဲ့ ပုံစံဟာ

that's Rutherford's.

Rutherford ရဲ့ အက်တမ်ပုံစံပါပဲ။

There's one little problem with Rutherford's atom: it can't work.

Rutherford အက်တမ်မှာ ရှင်းမပြနိုင်တဲ့ ပြဿနာလေး တစ်ခုက-

Classical physics tells us that an electron

ဝေ့လည်နေတဲ့ အီလက်ထရွန်က အလင်း ထုတ်လွှတ်ပြီး

whipping around in a circle emits light,

ရေဒီယိုလှိုင်းတွေ၊ X ရောင်ခြည်တွေ ထုတ်လွှတ်ဖို့လည်း

and we use this all the time to generate radio waves and X-rays.

တစ်လျှောက်လုံး သုံနေကြောင်း ရှေးရိုးစွဲ ရူပဗေဒက ကျုပ်တို့ကို ထောက်ပြပါတယ်။

Rutherford's atoms should spray X-rays in all directions for a brief instant

ဒီတော့ အီလက်ထရွန်တွေဟာ နျူးကလိယပ်ထဲကို ခရုဗွေလမ်းကြောင်းအတိုင်း ပျက်မကျခင်

before the electron spirals in to crash into the nucleus.

Rutherford အက်တမ်တွေဟာ X ရောင်ခြည်ကို ဘက်ပေါင်းစုံသို့ ထုတ်လွှင့်သင့်ပါတယ်။

But Niels Bohr, a Danish theoretical physicist working with Rutherford,

Rutherford နဲ့တွဲလုပ်သူ ဒိန်းမတ်လူမျိုး ရူပဗေဒ သီအိုရီသမား Niels Bohr က

pointed out that atoms obviously exist,

အက်တမ်တွေ တည်ရှိနေကြတာ ထင်ရှားနေကြောင်း ထောက်ပြခဲ့ပါတယ်။

so maybe the rules of physics needed to change.

ဒီတော့ ရူပဗေဒ ဥပဒေသတွေကို ပြောင်းဖို့ လိုအပ်ပါတော့တယ်။

Bohr proposed that an electron in certain special orbits

တိကျတဲ့ အထူး ပတ်လမ်းမှာ ရှိတဲ့ အီလက်ထရွန် တစ်လုံးဟာ မည်သည့် အလင်းကိုမှ

doesn't emit any light at all.

မထုတ်လွှတ်ကြောင်း Bohr က အဆိုပြုခဲ့ပါတယ်။

Atoms absorb and emit light only when electrons change orbits,

အီလက်ထရွန်တွေ ပတ်လမ်းပြောင်းချိန်မှာသာ အက်တမ်တွေက အလင်းကို စုပ်ယူ သို့မဟုတ်...

and the frequency of the light depends on the energy difference

ထုတ်လွှတ်ပြီးတော့ အလင်းရဲ့ ကြိမ်နှုန်းမှာ Planckနဲ့ Einstein

in just the way Planck and Einstein introduced.

မိတ်ဆက်ခဲ့တဲ့ နည်းလမ်းအတိုင်း စွမ်းအင်ခြားနားချက် အပေါ်မူတည်ပါတယ်။

Bohr's atom fixes Rutherford's problem

Bohr အက်တမ်က Rutherford ပြဿနာကို မွမ်းမံပြီး

and explains why atoms emit only very specific colors of light.

အက်တမ်တွေက အလင်းရဲ့ အရောင်ကို တိကျစွာ ထုတ်လွှတ်ကြောင်း ရှင်းပြလိုက်ပါတယ်။

Each element has its own special orbits,

ဒြပ်စင်တိုင်းက ကိုယ်ပိုင် အထူးပတ်လမ်းတွေရှိပြီး

and thus its own unique set of frequencies.

ဒါကြောင့်ပဲ သူမတူတဲ့ ကြိမ်နှုန်း အစုံလိုက်ကို ပိုင်ပါတယ်။

The Bohr model has one tiny problem:

Bohr ပုံစံမှာရှိတဲ့ ပြဿနာလေး တစ်ခုကတော့

there's no reason for those orbits to be special.

ထိုပတ်လမ်းတွေ အထူးဖြစ်ခြင်း အတွက် အကြောင်းရင်းကို ဖော်ပြမထားခြင်းပါ။

But Louis de Broglie, a French PhD student,

သို့သော် ပြင်သစ်လူမျိုး ပါရဂူကျောင်းသား Louis de Broglie က

brought everything full circle.

အရာရာတိုင်းကို ဒုံရင်းဆီ ပြန်သယ်သွားပါတယ်။

He pointed out that if light, which everyone knew is a wave,

သူထောက်ပြလိုက်တာက.. လှိုင်းလို့ လူတိုင်း သိကြတဲ့ အလင်းက

behaves like a particle,

အမှုန်လို ပြုမူရင်

maybe the electron, which everyone knew is a particle,

အမှုန်လို့ လူတိုင်း သိကြတဲ့ အီလက်ထရွန်ဟာလည်း၊

behaves like a wave.

လှိုင်းကဲ့သို့ ပြုမူနိုင်ကြောင်းကိုပါ။

And if electrons are waves,

အီလက်ထရွန်တွေက လှိုင်းဖြစ်ရင်

it's easy to explain Bohr's rule for picking out the special orbits.

Bohrရဲ့ စည်းမျဉ်းကို ဖြေရှင်းဖို့ အထူးပတ်လမ်းဆိုတာကို ဖယ်ဖို့လွယ်သွားပါပြီ။

Once you have the idea that electrons behave like waves,

အီလက်ထရွန်တွေက လှိုင်းတွေလို ပြုမူကြောင်း စိတ်ကူးကို

you can go look for it.

ကိုယ်ကရချိန်မှာ ဒါကို ရှာနိုင်ပါပြီ။

And within a few years, scientists in the US and UK

ဒီလိုနဲ့ နှစ်အနည်း ငယ်အတွင်းမှာပဲ US နဲ့ UK က သိပ္ပံပညာရှင်တွေက

had observed wave behavior from electrons.

အီလက်ထရွန်တွေထံမှ လှိုင်းလိုအပြုအမှုကို တွေ့သွားခဲ့ပါတယ်။

These days we have a wonderfully clear demonstration of this:

ဒီကနေ့မှာ ဒါကို ရှင်းပြတဲ့ အံဩဖွယ်ရာ သရုပ်ပြကွက် တစ်ခုရှိတာက...

shooting single electrons at a barrier with slits cut in it.

အပေါက်ဖောက်ထားတဲ့ အဟန့်အတားတစ်ခုကို အီလက်ထရွန်တွေနဲ့ တစ်လုံးချင်းစီ ပစ်လျက်

Each electron is detected at a specific place at a specific time,

သီးခြားနေရာ၊ သီးခြားအချိန်မှာ အီလက်ထရွန် တစ်လုံးစီကို အမှုန်တစ်မှုန်လို

like a particle.

ဖမ်းယူ ထောက်လှမ်းမိမှာပါ။

But when you repeat the experiment many times,

ဒါပေမဲ့ စမ်းသပ်ချက်ကို ကြိမ်ဖန်များစွာ ပြုပါက

all the individual electrons trace out a pattern of stripes,

တစ်ခုချင်းစီဖြစ်တဲ့ အီလက်ထရွန်အားလုံးက လှိုင်းအပြုအမှု လက္ခဏာဖြစ်တဲ့

characteristic of wave behavior.

အစင်းကြောင်းတွေ ပုံစံ ပေါ်လာပါတော့တယ်။

The idea that particles behave like waves, and vice versa,

အမှုန်တွေက လှိုင်းတွေလိုပြုမှုကာ အပြန်အလှန်အနေနဲ့လည်း မှန်တာက...

is one of the strangest and most powerful in physics.

ရူပဗေဒမှာ အဆန်းဆုံးနဲ့ စွမ်းအား အကောင်းဆုံးအနက် တစ်ခုပဲဖြစ်ပါတယ်။

Richard Feynman famously said

Richard Feynman က ကွမ်တမ်မက္ကင်းနစ်မှာ

that this illustrates the central mystery of quantum mechanics.

ဒီကိစ္စဟာ ပဓာန ဆန်းပြားမှုရဲ့ သာဓကပါလို့ အထင်ကရပြောသွားပါတယ်။

Everything else follows from this,

ကျန်တာတွေကတော့ ပဟေဠိရဲ့ အစိတ်အပိုင်းတွေ

like pieces of a puzzle falling into place.

သူ့အကွက်နေရာသူ ဝင်ယူသွားသလိုပါပဲ။