Einstein's brilliant mistake: Entangled states - Chad Orzel

ไอน์สไตน์กับข้อผิดพลาดที่ยิ่งใหญ่ : Entangled states - Chad Orzel

Translator: Pakawat Wongwaiyut Reviewer: Rawee Ma

Albert Einstein played a key role in launching quantum mechanics

Albert Einstein ผู้มีบทบาท ในการริเริ่มกลศาสตร์ควอนตัม

through his theory of the photoelectric effect

ผ่านทฤษฏีปรากฏการโฟโตอิเล็กทริกของเขา

but remained deeply bothered by its philosophical implications.

แต่ยังคงขัดแย้งกันอยู่อย่างลึกๆ กับหลักปรัชญา

And though most of us still remember him for deriving E=MC^2,

และกระทั่งสิ่งที่พวกเราจำกันได้มากที่สุด โดยที่เขาเป็นผู้ให้กำเนิด E=MC^2

his last great contribution to physics was actually a 1935 paper,

สิ่งสุดท้ายที่ยิ่งใหญ่ที่เขาอุทิศ ให้วงการฟิสิกส์คือบทความในปี 1935

coauthored with his young colleagues Boris Podolsky and Nathan Rosen.

ร่วมด้วยผู้ร่วมงานอายุน้อยของเขา Boris Podolsky และ Nathan Rosen

Regarded as an odd philosophical footnote well into the 1980s,

เป็นบทความที่แปลกประหลาดในเชิงปรัชญา จนย่างเข้าสู่ในช่วงทศวรรษ 80

this EPR paper has recently become central to a new understanding of quantum physics,

กระดาษ EPR แผ่นนี้ ได้กลายมาเป็นศูนย์กลาง สำหรับการเข้าใจสิ่งใหม่ๆในควอนตัมฟิสิกส์

with its description of a strange phenomenon

ด้วยการอธิบายถึงปรากฏการณ์แปลกประหลาด

now known as entangled states.

ซึ่ง ณ ตอนนี้รู้จักกันในนาม สถานะเกี่ยวพัน (Entangled states)

The paper begins by considering a source that spits out pairs of particles,

เริ่มด้วยการพิจารณาถึงจุดกำเนิด ที่แยกอนุภาคออกเป็น 2 ส่วน

each with two measurable properties.

โดยทั้ง 2 สามารถวัดคุณสมบัติได้

Each of these measurements has two possible results

ซึ่งแต่ละส่วน วัดได้ค่าที่เป็นไปได้

of equal probability.

ในความน่าจะเป็นที่เท่ากัน

Let's say zero or one for the first property,

สมมติ 1 กับ 0 สำหรับคุณสมบัติแรก

and A or B for the second.

และ A กับ B สำหรับอันที่สอง

Once a measurement is performed,

เมื่อเริ่มต้นการวัด

subsequent measurements of the same property in the same particle

ภายหลังจากการวัดของคุณสมบัติ ที่เหมือนกัน ของอนุภาคเดียวกัน

will yield the same result.

จะต้องให้ผลลัพธ์ที่เหมือนกัน

The strange implication of this scenario

ความแปลกในการเกี่ยวพันในแบบแผนนี้

is not only that the state of a single particle

ไม่ใช่แค่สถานะของอนุภาคเพียงอย่างเดียว

is indeterminate until it's measured,

ที่ไม่สามารถรู้ได้จนกว่าจะได้รับการวัด

but that the measurement then determines the state.

แต่รวมถึงสถานะภายหลังการวัด

What's more, the measurements affect each other.

ที่จะส่งผลต่ออีกอนุภาค

If you measure a particle as being in state 1,

ถ้าสถานะของอนุภาคแรก คือ 1

and follow it up with the second type of measurement,

และวัดเหมือนเดิมด้วยวิธีแบบที่ 2

you'll have a 50% chance of getting either A or B,

คุณก็จะมีโอกาศ 50/50 ที่จะได้ผล A หรือ B

but if you then repeat the first measurement,

แต่ถ้าวัดย้อนกลับไปยังการวัดแบบที่ 1

you'll have a a 50% chance of getting zero

คุณก็จะมีโอกาศ 50/50 ที่จะได้ 0

even though the particle had already been measured at one.

แม้ว่าอนุภาคนั้นจะได้รับ การวัดแบบที่ 1 ไปแล้วก็ตาม

So switching the property being measured scrambles the original result,

ดังนั้นการเปลี่ยนการวัด คุณสมบัติกลับไปกลับมา

allowing for a new, random value.

ทำให้เกิดการสุ่มค่าใหม่

Things get even stranger when you look at both particles.

สิ่งที่แปลกไปยิ่งกว่านั้นคือ เมื่อสังเกตอนุภาคทั้งสอง

Each of the particles will produce random results,

มันจะให้ผลลัพธ์สุ่มออกมา

but if you compare the two,

แต่ถ้าเอาทั้งสองอนุภาคมาเทียบกัน

you will find that they are always perfectly correlated.

คุณจะพบว่ามันสัมพันธ์กันอย่างสมบูรณ์

For example, if both particles are measured at zero,

ยกตัวอย่างเช่น ถ้าคุณสมบัติ ของอนุภาคทั้งคู่เป็น 0

the relationship will always hold.

ความสัมพันธ์นั้นจะยังคงอยู่

The states of the two are entangled.

โดยสถานะของทั้งคู่ นั้นเกี่ยวพันกัน(entangled)

Measuring one will tell you the other with absolute certainty.

ถ้ารู้ค่าของอีกตัว ก็จะสามารถรู้ค่าของอีกตัวได้ทันที

But this entanglement seems to defy Einstein's famous theory of relativity

แต่การเกี่ยวพันกันนี้ดูเหมือนจะขัดกับ ทฤษฏีสัมพันธภาพที่มีชื่อเสียงของ Einstein

because there is nothing to limit the distance between particles.

เพราะไม่มีอะไรกำหนดขีดจำกัด ของระยะทางระหว่างอนุภาค

If you measure one in New York at noon,

ถ้าคุณวัดคุณสมบัติของอนุภาคหนึ่ง ที่นิวยอร์กตอนบ่ายโมง

and the other in San Francisco a nanosecond later,

และอีกอนุภาคหนึ่งที่ซานฟรานซิสโก ในอีกนาโนวินาทีต่อมา

they still give exactly the same result.

มันก็ยังคงให้ผลที่เหมือนกัน

But if the measurement does determine the value,

ยิ่งถ้าคุณสมบัติของอนุภาค ถูกวัดเป็นค่า

then this would require one particle sending some sort of signal to the other

โดยที่อนุภาคตัวหนึ่งจะส่งสัญญาณ ไปยังอีกอนุภาค

at 13,000,000 times the speed of light,

มันจะเร็วถึง 13ล้านเท่าของความเร็วแสง

which according to relativity, is impossible.

ซึ่งตามทฤษฏีสัมพันธภาพแล้ว มันเป็นไปไปไม่ได้

For this reason, Einstein dismissed entanglement as "spuckafte ferwirklung,"

ด้วยเหตุนี้ Einstein จึงไม่ยอมรับการเกี่ยวพัน ราวกับเป็น "spuckafte ferwirklung,"

or spooky action at a distance.

หรือ ระยะทางผี

He decided that quantum mechanics must be incomplete,

เขาตัดสินใจว่ากลศาสตร์ควอนตัม นั้นไม่สมบูรณ์

a mere approximation of a deeper reality in which both particles

เพียงใกล้เคียงกับความเป็นจริง ในอนุภาคทั้งสอง

have predetermined states that are hidden from us.

มีคุณสมบัตืในตัวมันเองอยู่แล้ว เพียงแต่เรามองไม่เห็น

Supporters of orthodox quantum theory lead by Niels Bohr

ผู้สนับสนุนดั้งเดิมของกลศาสตร์ควอนตัม นำโดย Niels Bohr

maintained that quantum states really are fundamentally indeterminate,

ยึดมั่นว่ากลศาสตร์ควอนตัมนั้น ตั้งอยู่บนพื้นฐานความไม่แน่นอนอยู่แล้ว

and entanglement allows the state of one particle

และการเกี่ยวพันนี้กำหนดให้ คุณสมบัติของอนุภาคตัวหนึ่ง

to depend on that of its distant partner.

ขึ้นกับอนุภาคอีกตัวหนึ่งที่อยู่ไกลออกไป

For 30 years, physics remained at an impasse,

กว่า 30 ปีที่วงการฟิสิกส์ยังคงอยู่ แต่หยุดชะงัก

until John Bell figured out that the key to testing the EPR argument

จนกระทั่ง John Bell ค้นพบกุญแจ ที่จะใช้ทดสอบข้อเท็จจริงของ EPR

was to look at cases involving different measurements on the two particles.

จะต้องดูการเกี่ยวพันคุณสมบัติ ความแตกต่างของทั้ง 2 อนุภาค

The local hidden variable theories favored by Einstein, Podolsky and Rosen,

ทฤษฏีค่าที่ถูกซ่อน โดย Einstein Podolsky และ Rosen

strictly limited how often you could get results like 1A or B0

จำกัดอยู่แค่ว่าบ่อยแค่ไหนที่ได้ค่า 1 A หรือ B 0

because the outcomes would have to be defined in advanced.

ซึ่งผลของมันก็ได้ถูกกำหนดเอาไว้แล้ว

Bell showed that the purely quantum approach,

Bell แสดงให้เห็นการเข้าใกล้ ควอนตัมอย่างแท้จริง

where the state is truly indeterminate until measured,

ณ ตำแหน่งที่คุณสมบัติไม่ได้ถูก กำหนดออกมาจนกว่าจะได้วัด

has different limits and predicts mixed measurement results

ในข้อจำกัดที่ต่าง และ การทำนาย ผสมกันกับผลการวัด

that are impossible in the predetermined scenario.

ซึ่งมันเป็นไปไม่ได้ กับการกำหนดผลเอาไว้ก่อน

Once Bell had worked out how to test the EPR argument,

เมื่อ Bell ค้นพบวิธีทดสอบ ข้อเท็จจริงของ EPR

physicists went out and did it.

นักฟิสิกส์ก็ต่างเริ่มต้นทดลอง

Beginning with John Clauster in the 70s and Alain Aspect in the early 80s,

เริ่มด้วย John Clauster ในทศวรรษ 70 และ Alain Aspect ในก่อน 80

dozens of experiments have tested the EPR prediction,

มีผลการทดลองมากมาย เกี่ยวกับการทำนาย EPR

and all have found the same thing:

และทั้งหมดต่างมีสิ่งที่เหมือนกันคือ

quantum mechanics is correct.

กลศาสตร์ควอนตัมนั้นถูกต้อง

The correlations between the indeterminate states of entangled particles are real

ความสัมพันธ์ระหว่างคุณสมบัติที่ไม่ได้ ถูกกำหนดเอาไว้ กับการเกี่ยวพันนั้นเป็นจริง

and cannot be explained by any deeper variable.

และไม่สามารถอธิบาย หรือแตกแขนงลงลึกไปกว่านี้ได้อีก

The EPR paper turned out to be wrong but brilliantly so.

บทความ EPR นั้นไม่ถูกต้อง แต่กลับยอดเยี่ยม

By leading physicists to think deeply about the foundations of quantum physics,

สามารถนำทางให้นักฟิสิกส์คิดลึกลงไป เกี่ยวกับรากฐานของกลศาสตร์ควอนตัม

it led to further elaboration of the theory

มันนำไปสู่ทฤษฏีที่ซับซ้อนมากขึ้น

and helped launch research into subjects like quantum information,

และช่วยทำให้เกิดงานวิจัย เช่น quantum information

now a thriving field with the potential to develop computers of unparalleled power.

ซึ่งตอนนี้เข้าข่ายประสบความสำเร็จ พัฒนาคอมพิวเตอร์ที่มีพลังเกินจินตนาการ

Unfortunately, the randomness of the measured results

โชคร้ายที่การสุ่มของคุณสมบัตินี้

prevents science fiction scenarios,

ได้เข้าขัดขวางนิยายวิทยาศาสตร์

like using entangled particles to send messages faster than light.

อย่างใช้การเกี่ยวพันของอนุภาค ส่งข้อความด้วยความเร็วมากกว่าแสง

So relativity is safe, for now.

ทฤษฏีสัมพันธภาพจึงยังคงปลอดภัยในตอนนี้

But the quantum universe is far stranger than Einstein wanted to believe.

แต่ในจักรวาลของควอนตัมยังคงแปลกประหลาด เกินกว่าที่ Einstein จะเข้าใจ