What is the Heisenberg Uncertainty Principle? - Chad Orzel

หลักความไม่แน่นอนของไฮเซนเบิร์กคืออะไร -แชด ออร์เซล (Chad Orzel)

Translator: Pongsakorn Puavaranukroh Reviewer: Kelwalin Dhanasarnsombut

The Heisenberg Uncertainty Principle is one of a handful of ideas

หลักความไม่แน่นอนของไฮเซนเบิร์ก เป็นหนึ่งในไม่กี่แนวคิด

from quantum physics to expand into general pop culture.

ของควอนตัมฟิสิกส์ ที่ได้ขยายไปสู่วัฒนธรรมสมัยนิยม

It says that you can never simultaneously know the exact position

มันบอกว่าเราไม่สามารถที่จะทราบตำแหน่ง และความเร็วที่แน่นอนของวัตถุ ในเวลาเดียวกันได้

and the exact speed of an object and shows up as a metaphor in everything

มันไปโผล่ในฐานะอุปลักษณ์ในทุกๆ เรื่อง

from literary criticism to sports commentary.

ตั้งแต่การวิจารณ์วรรณกรรม ไปจนถึงเรื่องกีฬา

Uncertainty is often explained as a result of measurement,

ความไม่แน่นอนมักถูกอธิบายว่า เป็นผลที่เกิดจากขั้นตอนการวัด

that the act of measuring an object's position changes its speed, or vice versa.

การลงมือวัดตำแหน่งของวัตถุได้เปลี่ยนความเร็วของมัน หรือ เช่นกันในทางตรงข้าม

The real origin is much deeper and more amazing.

จุดกำเนิดของหลักการนี้ ลึกซึ้งและน่าทึ่งกว่านี้มาก

The Uncertainty Principle exists because everything in the universe

หลักความไม่แน่นอนดำรงอยู่ เพราะว่าทุกสิ่งในเอกภพ

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

ประพฤติตัวเสมือนเป็นอนุภาคและคลื่น ในเวลาเดียวกัน

In quantum mechanics, the exact position and exact speed of an object

ในกลศาสตร์ควอนตัม ตำแหน่งที่แน่นอน และความเร็วที่แน่นอนของวัตถุ

have no meaning.

ไม่มีความหมายใดๆ

To understand this,

เพื่อที่จะเข้าใจเรื่องนี้

we need to think about what it means to behave like a particle or a wave.

เราจำเป็นต้องคิดว่าการประพฤติตัวเหมือนอนุภาค หรือคลื่น นั้นหมายถึงอะไร

Particles, by definition, exist in a single place at any instant in time.

โดยนิยามแล้วอนุภาค จะอยู่ในสถานที่หนึ่ง ณ เวลาหนึ่ง

We can represent this by a graph showing the probability of finding

เราสามารถแสดงให้เห็นโดยใช้กราฟ บอกความน่าจะเป็นในการพบวัตถุ

the object at a particular place, which looks like a spike,

ที่ตำแหน่งหนึ่งๆ ซึ่งกราฟจะมีลักษณะเป็นยอดแหลมอันเดียว

100% at one specific position, and zero everywhere else.

โดยมีโอกาสพบวัตถุ 100% ที่ตำแหน่งหนึ่ง และเป็นศูนย์ในตำแหน่งที่เหลือ

Waves, on the other hand, are disturbances spread out in space,

ในทางกลับกัน คลื่น คือ การเคลื่อนที่ของการรบกวนแผ่ไปยังที่ว่าง

like ripples covering the surface of a pond.

เหมือนคลื่นที่แผ่ปกคลุมผิวน้ำในบ่อ

We can clearly identify features of the wave pattern as a whole,

เราสามารถบ่งบอกคุณสมบัติต่างๆ ของคลื่นได้ในภาพรวม

most importantly, its wavelength,

อันที่สำคัญสุด ได้แก่ ความยาวคลื่น

which is the distance between two neighboring peaks,

ที่เป็นระยะห่างระหว่างสันคลื่นที่อยู่ติดกัน

or two neighboring valleys.

หรือ ระยะห่างของท้องคลื่นที่อยู่ติดกัน

But we can't assign it a single position.

แต่เราไม่สามารถบอกตำแหน่งที่แน่นอนของมันได้

It has a good probability of being in lots of different places.

มันมีโอกาสที่จะเจอคลื่นในหลายๆ ตำแหน่ง

Wavelength is essential for quantum physics

ความยาวคลื่นมีความสำคัญในควอนตัมฟิสิกส์

because an object's wavelength is related to its momentum,

เพราะว่า ความยาวคลื่นของวัตถุ สัมพันธ์กับโมเมนตัมของมัน

mass times velocity.

ซึ่งคือ มวลคูณกับความเร็ววัตถุ

A fast-moving object has lots of momentum,

วัตถุที่เคลื่อนที่เร็วจะมีโมเมนตัมมาก

which corresponds to a very short wavelength.

ซึ่งส่งผลให้มันมีความยาวคลื่นที่สั้นมาก

A heavy object has lots of momentum even if it's not moving very fast,

วัตถุที่มีมวลมากจะมีโมเมนตัมมาก ถึงแม้ว่ามันจะเคลื่อนที่ไม่เร็ว

which again means a very short wavelength.

ซึ่งทำให้มันมีความยาวคลื่นที่สั้นมากเช่นเดียวกัน

นี่เป็นเหตุผลที่ทำให้ไม่สังเกตเห็นความเป็นคลื่น ของวัตถุต่างๆ ในชีวิตประจำวัน

This is why we don't notice the wave nature of everyday objects.

If you toss a baseball up in the air,

ถ้าคุณขว้างลูกเบสบอลขึ้นไปบนฟ้า

its wavelength is a billionth of a trillionth of a trillionth of a meter,

ความยาวคลื่นของมันจะเท่ากับ 1/10 ยกกำลัง 33 เมตร

far too tiny to ever detect.

เล็กมากเกินกว่าจะสังเกตเห็น

Small things, like atoms or electrons though,

วัตถุเล็กๆ เช่น อะตอม หรือ อิเล็คตรอน

can have wavelengths big enough to measure in physics experiments.

มีความยาวคลื่นมากพอที่จะวัดได้ จากการทดลองทางฟิสิกส์

So, if we have a pure wave, we can measure its wavelength,

ถ้าเรามีคลื่นหนึ่ง เราจะสามารถวัดความยาวคลื่น และโมเมนตัมของมันได้

and thus its momentum, but it has no position.

แต่จะไม่สามารถวัดตำแหน่งของมันได้

We can know a particles position very well,

เราสามารถทราบตำแหน่งของอนุภาคได้เป็นอย่างดี

but it doesn't have a wavelength, so we don't know its momentum.

แต่มันไม่มีความยาวคลื่น ดังนั้นเราจึงไม่ทราบโมเมนตัมของมัน

To get a particle with both position and momentum,

การจะทราบทั้งตำแหน่งและโมเมนตัมของอนุภาค

we need to mix the two pictures

เราจำเป็นต้องรวมภาพสองภาพเข้าด้วยกัน

to make a graph that has waves, but only in a small area.

เพื่อสร้างกราฟที่มีคลื่น แต่จำกัดให้อยู่เฉพาะในพื้นที่เล็กๆ

How can we do this?

จะทำมันได้อย่างไร

By combining waves with different wavelengths,

ก็โดยการรวมคลื่น ที่มีความยาวคลื่นต่างๆ เข้าด้วยกัน

which means giving our quantum object some possibility of having different momenta.

ซึ่งทำให้อนุภาคควอนตัม มีโอกาสมีค่าโมเมนตัมได้หลายค่า

When we add two waves, we find that there are places

เมื่อเรารวมคลื่น 2 อันเข้าด้วยกัน เราพบว่ามันมีบริเวณ

where the peaks line up, making a bigger wave,

ที่สันคลื่นเรียงกันทำให้เป็นคลื่นที่ใหญ่ขึ้น

and other places where the peaks of one fill in the valleys of the other.

และบริเวณที่สันคลื่นหนึ่ง ไปซ้อนทับท้องคลื่นอีกอันหนึ่ง

The result has regions where we see waves

ผลก็คือ เราจะได้บริเวณที่เราพบคลื่น

separated by regions of nothing at all.

คั่นด้วยบริเวณที่ราบเรียบไม่มีคลื่น

If we add a third wave,

ถ้าเราเพิ่มคลื่นอันที่ 3 เข้าไป

the regions where the waves cancel out get bigger,

บริเวณที่ไม่มีคลื่นก็จะกว้างขึ้นไปอีก

a fourth and they get bigger still, with the wavier regions becoming narrower.

เพิ่มคลื่นอันที่ 4 มันก็จะกว้างขึ้นไปอีก พร้อมกับส่วนที่มีคลื่นจะแคบลงเรื่อยๆ

If we keep adding waves, we can make a wave packet

ถ้าเราเพิ่มคลื่นเข้าไปเรื่อยๆ เราก็จะได้กลุ่มคลื่นเล็กๆ อันหนึ่ง

with a clear wavelength in one small region.

ที่มีควาวยาวคลื่นชัดเจน อยู่ในบริเวณแคบๆ

That's a quantum object with both wave and particle nature,

มันคือ วัตถุควอนตัม ที่มีคุณสมบัติเป็นทั้งคลื่นและอนุภาค

but to accomplish this, we had to lose certainty

การจะได้คุณสมบัตินี้มา เราต้องแลกกับความแน่นอน

about both position and momentum.

เกี่ยวกับตำแหน่งและโมเมตัม

The positions isn't restricted to a single point.

ตำแหน่งจะไม่ได้จำกัดอยู่ที่จุดเดียวอีกต่อไป

There's a good probability of finding it within some range

มันมีโอกาสที่จะพบอนุภาคที่ตำแหน่งต่างๆ

of the center of the wave packet,

รอบๆ ศูนย์กลางของกลุ่มคลื่นนั้น

and we made the wave packet by adding lots of waves,

ซึ่งกลุ่มคลื่นนั้นเกิดจากการรวมกันของคลื่นมากมาย

which means there's some probability of finding it

ซึ่งความว่า มันมีโอกาสที่จะพบอนุภาค

with the momentum corresponding to any one of those.

โดยมันจะมีโมเมนตัมเป็นของคลื่นย่อยอันไหนก็ได้

Both position and momentum are now uncertain,

ตอนนี้ทั้งโมเมนตัมและตำแหน่ง มีความไม่แน่นอน

and the uncertainties are connected.

และความไม่แน่นอนนั้นเกี่ยวโยงกัน

If you want to reduce the position uncertainty

ถ้าคุณต้องการลดความไม่แน่นอนของตำแหน่ง

by making a smaller wave packet, you need to add more waves,

โดยการทำให้กลุ่มคลื่นมีขนาดเล็กลง ซึ่งจำเป็นต้องเพิ่มคลื่นเข้าไปอีก

which means a bigger momentum uncertainty.

ซึ่งทำให้ความไม่แน่นอนของโมเมนตัม มากขึ้นไปด้วย

If you want to know the momentum better, you need a bigger wave packet,

แต่ถ้าคุณต้องการค่าโมเมนตัมที่ชัดเจนขึ้น ก็จำเป็นต้องทำให้กลุ่มคลื่นมีขนาดใหญ่ขึ้นไปด้วย

which means a bigger position uncertainty.

ซึ่งทำให้ความไม่แน่นอนของตำแหน่งมีมากขึ้น

That's the Heisenberg Uncertainty Principle,

นี่ก็คือ หลักความไม่แน่นอนของไฮเซนเบิร์ก

first stated by German physicist Werner Heisenberg back in 1927.

ถูกกล่าวถึงครั้งแรก โดยนักวิทยาศาสตร์ชาวเยอรมัน แวร์เนอร์ ไฮเซนเบิร์ก (Werner Heisenberg) ในค.ศ. 1927

This uncertainty isn't a matter of measuring well or badly,

ความไม่แน่นอนที่มี ไม่ได้เป็นผลมากจากวิธีการวัด

but an inevitable result of combining particle and wave nature.

แต่เป็นผลที่เลี่ยงไม่ได้จากธรรมชาติ ที่มีร่วมกันของอนุภาคและคลื่น

The Uncertainty Principle isn't just a practical limit on measurment.

หลักความไม่แน่นอนไม่เพียงแต่ เป็นข้อจำกัดของการวัดในทางปฏิบัติ

It's a limit on what properties an object can have,

แต่มันยังไปจำกัด ถึงคุณสมบัติใดก็ตามที่วัตถุสามารถมีได้

built into the fundamental structure of the universe itself.

ซึ่งเป็นไปตามโครงสร้างที่เป็นรากฐานของเอกภพ