อาทิตย์นี้จะลองเล่าข่าวฟิสิกส์ที่เข้าใจยากให้ลองฟังสักหน่อยครับ เผื่อมีคนชอบจะได้เขียนต่อแนวนี้บ้างตามวาระโอกาส
ทฤษฎีควอนตัมเป็นทฤษฎีที่อธิบายปรากฏการณ์ธรรมชาติของสิ่งที่เล็กในระดับอะตอมได้อย่างดีเยี่ยม แต่ทฤษฎีนี้มีหลักการและคำอธิบายหลายอย่างที่ขัดกับสามัญสำนึกทั่วๆ ไปของคนเราอย่างมาก
ตัวอย่างเช่น ความไม่ว่างของที่ว่าง
เดิมที นักฟิสิกส์เคยเข้าใจว่า สุญญากาศหรือที่ว่าง (vacuum) คือ บริเวณที่ไม่มีสิ่งใดอยู่เลย แม้แต่พลังงานหรืออนุภาคใดๆ แต่สิ่งหนึ่งที่ทฤษฎีควอนตัมทำนายไว้คือ สุญญากาศ (vacuum) นั้นไม่ได้ว่างอย่างแท้จริง แต่จะมีพลังงานค่าเล็กๆ ที่ทำให้เกิดอนุภาคและปฏิอนุภาคขึ้นมาชั่วขณะและเข้าชนกันจนหายไป!
ปรากฏการณ์ดังกล่าวเรียกว่าการกระเพื่อมทางควอนตัม (quantum fluctuations)
หลักการในควอนตัมที่อยู่เบื้องหลังหลักการนี้เรียกว่า หลักความไม่แน่นอนของไฮเซนเบิร์ก (Heisenberg uncertainty principle) ระบุว่า เราไม่สามารถวัดสมบัติสองอย่างของอนุภาคได้อย่างแม่นยำไร้ขีดจำกัดพร้อมๆ กัน โดยสมบัติที่คู่กันนี้มีความจำเพาะเจาะจง เช่น ตำแหน่งและโมเมนตัม ฯลฯ
ดังนั้นไม่ว่าจะมีวิธีการวัดที่ดีแค่ไหน หากเราวัดตำแหน่งของอนุภาคได้อย่างแม่นยำมากๆ เราจะเสียความแม่นยำของโมเมนตัมเสมอ
ที่ผ่านมานักฟิสิกส์รู้ว่าการกระเพื่อมทางควอนตัมนั้นเกิดขึ้นจริงด้วยหลักฐานการตรวจจับทางอ้อมเท่านั้น แต่ล่าสุดในปี ค.ศ.2015 Alfred Leitenstorfer และทีมนักฟิสิกส์จาก University of Konstanz แห่งประเทศเยอรมนี ยืนยันว่าสามารถตรวจจับปรากฏการณ์นี้ได้โดยตรง พวกเขาพบว่าการกระเพื่อมทางควอนตัมส่งผลต่อคลื่นแสงได้
พวกเขาทำการทดลองโดยปล่อยแสงเลเซอร์ในช่วงเวลาที่สั้นเพียงไม่กี่เฟมโตวินาที (หนึ่งในพันล้านล้านวินาที) ไปในสุญญากาศแล้ววัดความเปลี่ยนแปลงสมบัติอย่างหนึ่งของแสงที่เรียกว่า โพลาไรเซชัน (polarization) ทีมวิจัยพบว่าการกระเพื่อมของที่ว่างทำให้โพลาไรเซชันเปลี่ยนแปลงได้โดยตรง (งานวิจัยนี้ได้รับการตีพิมพ์ในวารสารวิชาการชื่อดังอย่าง Science)
งานวิจัยนี้ส่งผลให้นักฟิสิกส์จำนวนมากเกิดข้อถกเถียง บ้างก็สนับสนุน บ้างก็ไม่เชื่อถือ
แต่ในปี ค.ศ.2017 นี้ นักวิจัยกลุ่มเดิมก้าวไปได้ไกลกว่านั้นด้วยการทดลองที่พบความแปลกของการกระเพื่อมทางควอนตัม (ที่ผ่านมายังไม่แปลกพออีกหรือ?) เพราะในระหว่างที่พยายามศึกษาการกระเพื่อมทางควอนตัม พวกเขาพบเทคนิคที่จะวัดสมบัติของระบบควอนตัมโดยไม่รบกวนระบบ ทั้งที่โดยปกติแล้วเมื่อทำการวัดปริมาณบางอย่างจะทำให้เกิดการรบกวนระบบเสมอ
ทีมวิจัยยืนยันว่าพวกเขาใช้วิธีที่เรียกว่า “squeezed” the vacuum ทำให้การกระเพื่อมทางควอนตัมในบางบริเวณน้อยลงมากๆ แล้วนำไปสู่การวัดที่ไม่รบกวนระบบ
ตอนนี้พวกเขาพยายามทดสอบเทคนิคดังกล่าวว่าจะมีความแม่นยำแค่ไหน และหวังว่าจะใช้มันในการศึกษาสมบัติของแสงได้ดีขึ้นในอนาคต (งานวิจัยนี้ได้รับการตีพิมพ์ในสุดยอดวารสารงานวิจัยชื่อ Nature)
อ้างอิง
http://www.sciencealert.com/physicists-say-they-ve-managed-to-manipulate-pure-nothingness
