What can Schrödinger's cat teach us about quantum mechanics? - Josh Samani

แมวของชโรดิงเจอร์สอนอะไรเราเกี่ยวกับกลศาสตร์ควอนตัม - จอร์ช ซาแมนนี

Translator: Kelwalin Dhanasarnsombut Reviewer: Kanawat Senanan

Consider throwing a ball straight into the air.

ลองนึกถึงการโยนบอล ขึ้นไปในอากาศตรงๆ

Can you predict the motion of the ball after it leaves your hand?

คุณคาดเดาการเคลื่อนที่ ของบอลหลังจากที่มันออกจากมือไปได้ไหม

Sure, that's easy.

แน่ล่ะ ง่ายจะตาย

The ball will move upward until it gets to some highest point,

บอลจะลอยขึ้น จนกว่ามันจะถึงจุดสูงสุด

then it will come back down and land in your hand again.

จากนั้นมันจะกลับลงมา และลงสู่มือคุณอีกครั้ง

Of course, that's what happens,

แน่ละ นั่นมันเป็นสิ่งที่เกิดขึ้น

and you know this because you have witnessed events like this countless times.

และคุณรู้ เพราะเห็นมันเกิดขึ้น มาแล้วนับครั้งไม่ถ้วน

You've been observing the physics of everyday phenomena your entire life.

คุณได้เฝ้าสังเกตเหตุการณ์ทางฟิสิกส์ทุกวัน มาตลอดชีวิต

But suppose we explore a question about the physics of atoms,

แต่ถ้าสมมติว่า เราสำรวจคำถาม เกี่ยวกับฟิสิกส์ของอะตอม

like what does the motion of an electron

เช่น การเคลื่อนที่ของอิเล็กตรอน

around the nucleus of a hydrogen atom look like?

รอบๆ นิวเคลียสของอะตอมไฮโดรเจน มีหน้าตาอย่างไร

Could we answer that question based on our experience with everyday physics?

เราตอบปัญหาเหล่านี้โดยอาศัยประสบการณ์ ประจำวันเกี่ยวกับฟิสิกส์ของเราได้ไหม

Definietly not. Why?

คงไม่ได้แน่ ทำไมล่ะ

Because the physics that governs the behavior of systems at such small scales

เพราะว่าฟิสิกส์ที่ควบคุมพฤติกรรมของระบบ ในระดับเล็กขนาดนั้น

is much different than the physics of the macroscopic objects

มันแตกต่างไปมาก จากฟิสิกส์ของสิ่งของเล็กๆ

you see around you all the time.

ที่คุณเห็นอยู่รอบตัวคุณ

The everyday world you know and love

โลกรอบๆ ตัวที่คุณรู้จักและรักมัน

behaves according to the laws of classical mechanics.

มีพฤติกรรมเป็นไปตามกฎ ของกลศาสตร์แบบดั้งเดิม

But systems on the scale of atoms

แต่ระบบในระดับอะตอม

behave according to the laws of quantum mechanics.

มีพฤติกรรมเป็นไปตามกฎของ กลศาสตร์ควอนตัม

This quantum world turns out to be a very strange place.

โลกควอนตัมนี้ กลายเป็นว่า มันเป็นที่สุดประหลาด

An illustration of quantum strangeness is given by a famous thought experiment:

การแสดงถึงประหลาดทางควอนตัม ได้ถูกอธิบายไว้โดยการทดลองทางความคิดอันโด่งดัง

Schrödinger's cat.

แมวของชโรดิงเจอร์ (Schrödinger's cat)

A physicist, who doesn't particularly like cats, puts a cat in a box,

นักฟิสิกส์ผู้ซึ่งไม่ค่อยจะชอบแมวนัก นำแมวไปไว้ในกล่อง

along with a bomb that has a 50% chance of blowing up after the lid is closed.

พร้อมกับระเบิดที่มีโอกาสจะระเบิด 50% หลังจากที่ปิดฝากล่อง

Until we reopen the lid, there is no way of knowing

เราไม่อาจรู้ได้เลย จนกระทั่งเราเปิดฝาอีกครั้ง

whether the bomb exploded or not,

ว่าระเบิดนั้นทำงานหรือเปล่า

and thus, no way of knowing if the cat is alive or dead.

และดังนั้น ก็ไม่มีทางเลยที่จะรู้ว่า แมวนั้นเป็นหรือตาย

In quantum physics, we could say that before our observation

ในฟิสิกส์ควอนตัม เราอาจพูดได้ว่า ก่อนที่เราจะทำการสังเกต

the cat was in a superposition state.

แมวอยู่ในสภาวะที่ซ้อนทับกัน

It was neither alive nor dead but rather in a mixture of both possibilities,

มันไม่ได้เป็นหรือตาย แต่อยู่ในความเป็นไปได้ทั้งสองแบบผสมกัน

with a 50% chance for each.

ด้วยโอกาสแต่ละอย่าง 50%

The same sort of thing happens to physical systems at quantum scales,

สิ่งเดียวกันนี้เกิดขึ้น ในระบบทางฟิสิกส์ขนาดควอนตัม

like an electron orbiting in a hydrogen atom.

เช่นอิเล็กตรอนที่โคจรรอบอะตอมไฮโดรเจน

The electron isn't really orbiting at all.

อิเล็กตรอนจริงๆ แล้วไม่ได้โคจรไปรอบๆ เลย

It's sort of everywhere in space, all at once,

มันอยู่ในทุกที่ในเวลาเดียวกัน

with more of a probability of being at some places than others,

และมีความน่าจะเป็น ของการปรากฏอยู่ในที่หนึ่งมากกว่าอีกที่หนึ่ง

and it's only after we measure its position

และเฉพาะหลังจากที่เราวัดตำแหน่งเท่านั้น

that we can pinpoint where it is at that moment.

ที่เราจะสามารถกำหนดได้ว่า ณ เวลานี้มันอยู่ที่ใด

A lot like how we didn't know whether the cat was alive or dead

เหมือนที่เราไม่รู้ว่าแมวเป็นหรือตาย

until we opened the box.

จนกว่าเราจะเปิดกล่อง

This brings us to the strange and beautiful phenomenon

นี่นำเราไปยังปรากฏการณ์ ที่ประหลาดและสวยงาม

of quantum entanglement.

ของความยุ่งเหยิงของควอนตัม

Suppose that instead of one cat in a box, we have two cats in two different boxes.

สมมติว่าแทนที่จะมีแมวหนึ่งตัวในกล่อง เรามีแมวสองตัวในสองกล่อง

If we repeat the Schrödinger's cat experiment with this pair of cats,

ถ้าเราทำการทดลองแมวของชโรดิงเจอร์ซ้ำ ด้วยแมวคู่นี้

the outcome of the experiment can be one of four possibilities.

ผลการทดลองที่ออกมา มีความเป็นไปได้สี่แบบ

Either both cats will be alive, or both will be dead,

ไม่แมวทั้งสองตัวมีชีวิตอยู่ ก็ตายทั้งคู่

or one will be alive and the other dead, or vice versa.

หรือตัวนึงรอด และอีกตัวนึงตาย หรือกลับกัน

The system of both cats is again in a superposition state,

ระบบของแมวทั้งสองตัว เป็นสภาวะซ้อนทับเช่นกัน

with each outcome having a 25% chance rather than 50%.

ซึ่งแต่ละผลที่ได้มีโอกาส 25% แทนที่จะเป็น 50%

But here's the cool thing:

แต่นี่สิที่เจ๋ง

quantum mechanics tells us it's possible to erase

กลศาสตร์ควอนตัมบอกเราว่า มันเป็นไปได้

the both cats alive and both cats dead outcomes from the superposition state.

ที่จะลบผลที่แมวที่มีชีวิตทั้งคู่ และแมวที่ตายทั้งคู่จากสภาวะทับซ้อน

In other words, there can be a two cat system,

พูดอีกอย่างคือ มันสามารถมีระบบที่มีแมวสองตัว

such that the outcome will always be one cat alive and the other cat dead.

ซึ่งผลที่ออกมา จะมีแมวตัวนึงมีชีวิตและอีกตัวนึงตายเสมอ

The technical term for this is that the states of the cats are entangled.

ศัพท์เทคนิคเรียกว่า สภาวะของแมว "พัวพันกัน" (Entangled)

But there's something truly mindblowing about quantum entanglement.

แต่มีบางสิ่งที่น่าประหลาดใจ เกี่ยวกับความพัวพันเชิงควอนตัม

If you prepare the system of two cats in boxes in this entangled state,

ถ้าคุณเตรียมระบบของแมวสองตัว ในกล่องในสภาวะพัวพันกัน

then move the boxes to opposite ends of the universe,

จากนั้นเคลื่อนกล่องไปในทิศทางตรงข้าม กับสุดเอกภพ

the outcome of the experiment will still always be the same.

ผลการทดลองที่ได้จะยังเป็นอย่างเดิม

One cat will always come out alive, and the other cat will always end up dead,

แมวตัวนึงจะมีชีวิตเมื่อออกมา และอีกตัวจะตายเสมอ

even though which particular cat lives or dies is completely undetermined

แม้ว่าเราจะไม่รู้ว่าแมวตัวไหนจะเป็นหรือตาย

before we measure the outcome.

ก่อนที่เราจะวัดผลที่ออกมา

How is this possible?

มันเป็นไปได้อย่างไรกัน

How is it that the states of cats on opposite sides of the universe

เป็นไปได้อย่างไรที่สภาวะของแมว ที่อยู่ด้านตรงข้ามของเอกภพ

can be entangled in this way?

จะพัวพันกันแบบนั้น

They're too far away to communicate with each other in time,

มันห่างกันมากเกินไปที่จะสื่อถึงกันทันเวลา

so how do the two bombs always conspire such that

แล้วระเบิดทั้งสองลูก จะแอบวางแผนกันได้อย่างไร

one blows up and the other doesn't?

ให้ลูกหนึ่งระเบิด แต่อีกลูกไม่ระเบิด

You might be thinking,

คุณอาจคิดว่า

"This is just some theoretical mumbo jumbo.

"นี่มันเป็นแค่ทฤษฎีไร้สาระบ้าบอ

This sort of thing can't happen in the real world."

เรื่องที่ไม่เกิดขึ้นในโลกแห่งความเป็นจริง"

But it turns out that quantum entanglement

มันกลายเป็นว่าการพัวพันเชิงควอนตัม

has been confirmed in real world lab experiments.

ได้ถูกยืนยันในโลกแห่งความจริง โดยการทดลองในห้องทดลอง

Two subatomic particles entangled in a superposition state,

อนุภาคระดับต่ำกว่าอะตอมสองหน่วย ที่พัวพันกันในสภาวะซ้อนทับ

where if one spins one way then the other must spin the other way,

ที่ซึ่งถ้าตัวหนึ่งหมุนไปทางหนึ่ง อีกตัวหนึ่งจะต้องหมุนไปอีกทาง

will do just that, even when there's no way

จะต้องเป็นแบบนั้น แม้ว่าจะไม่มีทาง

for information to pass from one particle to the other

สำหรับข้อความที่จะส่งผ่าน จากอนุภาคหนึ่งไปยังอีกอันหนึ่ง

indicating which way to spin to obey the rules of entanglement.

ที่จะบอกว่าจะให้หมุนไปทางไหน ที่จะเป็นไปตามกฎของการพัวพัน

It's not surprising then that entanglement is at the core

มันไม่เป็นที่น่าประหลาดใจว่า การพัวพันเป็นหัวใจ

of quantum information science,

ของวิทยาศาสตร์ข้อมูลควอนตัม

a growing field studying how to use the laws of the strange quantum world

ศาสตร์ที่กำลังเป็นที่เติบโต ซึ่งศึกษาว่า จะใช้กฎของโลกควอนตัมแสนประหลาด

in our macroscopic world,

ในโลกระดับใหญ่ของเราได้อย่างไร

like in quantum cryptography, so spies can send secure messages to each other,

เช่นในการศึกษาเกี่ยวกับรหัสควอนตัม เพื่อสายลับจะได้ส่งข้อความหากันได้อย่างปลอดภัย

or quantum computing, for cracking secret codes.

หรือคอมพิวเตอร์ควอนตัม สำหรับการถอดรหัสลับ

Everyday physics may start to look a bit more like the strange quantum world.

ทุกวันนี้ฟิสิกส์อาจดูคล้ายๆ กับ โลกควอนตัมที่ประหลาด

Quantum teleportation may even progress so far,

การเคลื่อนย้ายสสารแบบควอนตัม อาจพัฒนาไปถึงขั้น

that one day your cat will escape to a safer galaxy,

ที่ซึ่งสักวันแมวของคุณจะ หนีไปยังกาแล็กซี่ที่ปลอดภัย

where there are no physicists and no boxes.

ที่ซึ่งไม่มีนักฟิสิกส์ และกล่องใดๆ