Schrödinger's cat: A thought experiment in quantum mechanics - Chad Orzel

แมวของชเรอดิงเงอร์:การทดลองทางความคิดในกลศาสตร์ควอนตัม - แชด ออร์เซล (Chad Orzel)

Translator: Pongsakorn Puavaranukroh Reviewer: Pakawat Wongwaiyut

Austrian physicist Erwin Schrödinger is one of the founders of quantum mechanics,

นักฟิสิกส์ชาวออสเตรียนาม แอร์วิน ชเรอดิงเงอร์ เป็นหนึ่งในผู้วางรากฐานกลศาสตร์ควอนตัม

but he's most famous for something he never actually did:

แต่เขากลับเป็นที่รู้จักมากสุด ด้วยสิ่งที่เขาไม่เคยทดลองมันจริงๆ

a thought experiment involving a cat.

เกี่ยวกับการทดลองทางความคิดกับแมวตัวหนึ่ง

He imagined taking a cat and placing it in a sealed box

เขาจินตนาการถึง การเอาแมวตัวหนึ่ง ใส่ลงในกล่องปิดตาย

with a device that had a 50% chance of killing the cat in the next hour.

ซึ่งข้างในมีอุปกรณ์ที่มีโอกาส 50/50 ที่จะทำให้แมวตัวนั้นตายในอีก 1ชม

At the end of that hour, he asked, "What is the state of the cat?"

เมื่อผ่านไป 1ชม. เขาถามว่า "สถานะของแมวเป็นอย่างไร?"

Common sense suggests that the cat is either alive or dead,

สามัญสำนึกบอกเราว่าแมวตัวนั้น อาจจะมีชีวิตอยู่หรือไม่ก็ตาย

but Schrödinger pointed out that according to quantum physics,

แต่ ชเรอดิงเงอร์ กลับชี้ว่า ตามหลักควอนตัมฟิสิกส์

at the instant before the box is opened, the cat is equal parts alive and dead,

ชั่วขณะก่อนที่กล่องจะเปิดออก แมวนั้นมีสถานะทั้งเป็นและตาย

at the same time.

ในเวลาเดียวกัน

It's only when the box is opened that we see a single definite state.

ต่อเมื่อเราได้เปิดกล่องดูเท่านั้น ที่เราจะเห็นสถานะที่แน่ชัดของแมว

Until then, the cat is a blur of probability,

ก่อนหน้านั้น แมวตัวนั้น เป็นเพียงภาพเบลอๆของความน่าจะเป็น

half one thing and half the other.

กึ่งเป็นกึ่งตาย

This seems absurd, which was Schrödinger's point.

สิ่งที่ ชเรอดิงเงอร์ กล่าวมา ดูเหมือนไร้สาระ

He found quantum physics so philosophically disturbing,

ควอนตัมฟิสิกส์ของเขาดูจะขัดกับหลักปรัชญา

that he abandoned the theory he had helped make

เขาจึงได้โยนทฤษฎีที่เขาได้มีส่วนร่วมทิ้ง

and turned to writing about biology.

แล้วหันไปทำงานเขียน เกี่ยวกับชีววิทยาแทน

As absurd as it may seem, though, Schrödinger's cat is very real.

แม้จะดูเหมือนไร้สาระ แต่แมวของชเรอดิงเงอร์เป็นของจริง

In fact, it's essential.

อันที่จริง มันเป็นสิ่งจำเป็น

If it weren't possible for quantum objects to be in two states at once,

ถ้าวัตถุควอนตัมไม่สามารถดำรง สองสถานะในเวลาเดียวกัน

the computer you're using to watch this couldn't exist.

ก็คงจะไม่มีคอมพิวเตอร์ ที่คุณกำลังใช้ดูวีดีโอนี้อยู่เป็นแน่

The quantum phenomenon of superposition

ปรากฎการณ์สถานะทับซ้อน (superposition)

is a consequence of the dual particle and wave nature of everything.

เป็นผลจากสิ่งต่างๆ มีความเป็น ทวิภาคของทั้งอนุภาคและคลื่น

In order for an object to have a wavelength,

เพื่อวัตถุหนึ่งจะมีความยาวคลื่นค่าหนึ่งๆ

it must extend over some region of space,

มันต้องแผ่ขยายอาณาเขตไปยังที่ว่าง

which means it occupies many positions at the same time.

นั่นหมายถึงวัตถุนั้นจะไปอยู่ใน หลายๆ ตำแหน่งในเวลาเดียวกัน

The wavelength of an object limited to a small region of space

ถึงจะจำกัดค่าความยาวคลื่นของวัตถุ ต่อพื่นที่ที่มีขนาดเล็ก

can't be perfectly defined, though.

ก็ไม่สามารถระบุค่าของวัตถุนั้น ได้อย่างสมบูรณ์

So it exists in many different wavelengths at the same time.

มันยังคงมีความยาวคลื่นหลายๆค่า ในเวลาเดียวกันเสมอ

We don't see these wave properties for everyday objects

เราจะไม่เห็นคุณสมบัตินี้ของคลื่นในวัตถุทั่วๆ ไป

because the wavelength decreases as the momentum increases.

เพราะความยาวคลื่นมีค่าน้อยลง เมื่อโมเมนตัมวัตถุเพิ่มมากขึ้น

And a cat is relatively big and heavy.

ซึ่งแมวก็ถือได้ว่าใหญ่และมีมวลมาก

If we took a single atom and blew it up to the size of the Solar System,

ถ้าเราเอาอะตอมมาอันนึงแล้วขยายมัน ให้มีขนาดใหญ่เท่าระบบสุริยะ

the wavelength of a cat running from a physicist

ความยาวคลื่นของแมวที่นักฟิสิกส์วัดได้

would be as small as an atom within that Solar System.

จะเล็กเท่าๆกับขนาดของอะตอม ที่อยู่ในระบบสุริยะนั้น

That's far too small to detect, so we'll never see wave behavior from a cat.

นั่นมันเล็กเกินกว่าที่จะวัดได้ ดังนั้นเราจะไม่ได้เห็นคุณสมบัติของคลื่นจากแมว

A tiny particle, like an electron, though,

แต่อนุภาคขนาดเล็ก เช่น อิเล็คตรอน

can show dramatic evidence of its dual nature.

สามารถแสดงความเป็นทวิภาค ของอนุภาคและคลื่นให้เห็นได้

If we shoot electrons one at a time at a set of two narrow slits cut in a barrier,

ถ้าเรายิงอิเล็กตรอนทีละตัวผ่านผนัง ที่มีช่องสลิตแคบๆ สองอัน

each electron on the far side is detected at a single place at a specific instant,

ในการยิงแต่ละครั้ง อิเล็กตรอนแต่ละตัวจะถูกตรวจจับ ที่จุดใดจุดหนึ่งที่ผนังฝั่งตรงข้าม

like a particle.

เสมือนเป็นอนุภาคอันหนึ่ง

But if you repeat this experiment many times,

แต่ถ้าเรายิงอิเล็คตรอนซ้ำหลายๆ ครั้ง

keeping track of all the individual detections,

แล้วดูอิเล็คตรอนที่ตรวจได้ในทุกๆ ครั้ง

you'll see them trace out a pattern that's characteristic of wave behavior:

เราจะเห็นรูปแบบของอิเล็คตรอน ดูคล้ายกับลักษณะของคลื่น

a set of stripes - regions with many electrons

เห็นเป็นแถบต่างๆ ทั้งบริเวณที่พบมีอิเล็คตรอนหนาแน่น

separated by regions where there are none at all.

คั่นด้วยบริเวณที่ไม่พบอิเล็คตรอน

Block one of the slits and the stripes go away.

ถ้าปิดสลิตไปหนึ่งอัน แถบเหล่านั้นก็จะหายไป

This shows that the pattern is a result of each electron going through both slits

แสดงถึงว่าแถบเหล่านั้นเกิดจากการที่อิเล็คตรอน แต่ละตัวเคลื่อนที่ผ่านสลิตทั้งสองช่อง

at the same time.

ในเวลาเดียวกัน

A single electron isn't choosing to go left or right

อิเล็คตรอนไม่ได้เลือกว่าจะไปซ้ายหรือขวา

but left and right simultaneously.

แต่ไปทั้งซ้ายและขวาพร้อมๆ กัน

This superposition of states also leads to modern technology.

ปรากฎการณ์สถานะทับซ้อนนี้ ได้นำไปสู่เทคโนโลยีสมัยใหม่

An electron near the nucleus of an atom exists in a spread out, wave-like orbit.

อิเล็คตรอนโคจรรอบนิวเคลียส ในลักษณะกระจายตัวเสมือนหนึ่งเป็นคลื่น

Bring two atoms close together,

ถ้านำอะตอมสองอันมาใกล้กัน

and the electrons don't need to choose just one atom

อิเล็คตรอนไม่จำเป็นต้องเลือก ว่าจะอยู่กับอะตอมอันไหน

but are shared between them.

แต่จะอยู่ร่วมกันทั้งสองอะตอม

This is how some chemical bonds form.

มันแสดงให้เห็นว่าพันธะเคมีเกิดได้อย่างไร

An electron in a molecule isn't on just atom A or atom B, but A+ B.

อิเล็คตรอนในโมเลกุลไม่จำเป็น ต้องอยู่ที่อะตอม A หรือ Bแต่อยู่ทั้งอะตอม A และ B

As you add more atoms, the electrons spread out more,

ถ้าเพิ่มอะตอมเข้าไป อิเล็คตรอนก็จะยิ่งกระจายตัวออกไป

shared between vast numbers of atoms at the same time.

อาศัยอยู่ร่วมกับอะตอมทั้งหมดนั้นในเวลาเดียวกัน

The electrons in a solid aren't bound to a particular atom

ในของแข็ง อิเล็คตรอนไม่ได้ผูกติดกับ อะตอมใดเป็นพิเศษ

but shared among all of them, extending over a large range of space.

แต่อยู่ร่วมในทุกอะตอม กระจายไปทั่วทั้งพื้นที่

This gigantic superposition of states

สถานะทับซ้อนขนาดมหึมานี้

determines the ways electrons move through the material,

กำหนดเส้นทางที่อิเล็คตรอน สามารถเคลื่อนที่ผ่านวัตถุ

whether it's a conductor or an insulator or a semiconductor.

ไม่ว่าวัตถุนั้นจะเป็นสารตัวนำ หรือ ฉนวน หรือ สารกึ่งตัวนำ

Understanding how electrons are shared among atoms

ความเข้าใจเกี่ยวกับลักษณะ ที่อิเล็คตรอนใช้อะตอมร่วมกัน

allows us to precisely control the properties of semiconductor materials,

ทำให้เราสามารถควบคุมคุณสมบัติต่างๆ ของสารกึ่งตัวนำได้อย่างแม่นยำ

like silicon.

เช่น ซิลิคอน

Combining different semiconductors in the right way

การเอาสารกึ่งตัวนำแบบต่างมาเรียงกัน ในรูปแบบที่ถูกต้อง

allows us to make transistors on a tiny scale,

ทำให้เราสร้างทรานซิสเตอร์ขนาดเล็กขึ้นมาได้

millions on a single computer chip.

เป็นล้านๆอันในชิปคอมพิวเตอร์อันหนึ่ง

Those chips and their spread out electrons

ชิปเหล่านั้นและการไหลของอิเล็คตรอน

power the computer you're using to watch this video.

ทำให้คอมพิวเตอร์ที่คุณกำลังใช้งานอยู่นี้ทำงานได้

An old joke says that the Internet exists to allow the sharing of cat videos.

มีเรื่องตลกที่บอกว่า "อินเตอร์เน็ตมีอยู่เพื่อให้ได้แชร์คลิปวีดีโอแมว"

At a very deep level, though, the Internet owes its existance

คิดดูอีกที การกำเนิดของอินเทอร์เนต ได้ถือเป็นหนี้บุญคุณ

to an Austrian physicist and his imaginary cat.

ของนักฟิสิกส์ชาวออสเตรียผู้หนึ่ง กับแมวในจินตนาการของเขา