ความเป็นจริงคืออะไร สสารมีอยู่จริงหรือไม่?

กระทู้สนทนา
ไม่มีอะไรดูเหมือนเป็นความจริง (Reality) กว่าโลกของวัตถุสิ่งของในชีวิตประจำวันอีกแล้ว แต่สิ่งที่เห็นไม่ใช่สิ่งที่เป็น ชุดการทดลองที่ค่อนข้างเรียบง่ายเปิดเผยช่องโหว่มหึมาในความเข้าใจตามสัญชาตญาณของเราเกี่ยวกับความเป็นจริงทางกายภาพ การลองอธิบายว่าเกิดอะไรขึ้นนำไปสู่ทฤษฏีเกี่ยวกับโลกรอบตัวเราที่แปลกประหลาดและบ่อยครั้งน่าประหลาดใจยิ่ง

ตัวอย่างง่ายๆ ลองหยิบโคมไฟตั้งโต๊ะธรรมดาๆ มาตัวหนึ่ง ,กระดาษแข็งสองสามแผ่นที่มีรูขนาดเล็กลง และบางสิ่งที่ใช้เป็นฉากหลัง เช่น ผนังสีขาว ถ้าคุณวางกระดาษแข็งระหว่างโคมไฟกับผนัง คุณจะเห็นรอยสว่างที่แสงผ่านรูบนกระดาษแข็งไป ถ้าตอนนี้คุณสลับกระดาษแข็งด้วยแผ่นที่มีรูเล็กลงเรื่อยๆ รอยสว่างจะมีขนาดเล็กลงเช่นเดียวกัน เมื่อเราใช้รูเล็กกว่าขนาดที่แน่นอนหนึ่งๆ รูปแบบบนผนังจะเปลี่ยนจากจุดเล็กๆไปเป็นวงแหวนมืดและสว่างร่วมศูนย์กลางต่อเนื่องกัน ค่อนข้างเหมือนกับเป้ายิงธนู สิ่งนี้คือ “Airy pattern” - เครื่องหมายคุณลักษณะของคลื่นที่ถูกบีบให้ผ่านรู (ดูภาพ)



ตัวมันเองไม่ได้น่าประหลาดใจเท่าไร เนื่องจากเรารู้ว่าแสงเป็นคลื่นดังนั้นมันก็ควรจะแสดงพฤติกรรมแบบคลื่น แต่ตอนนี้ลองมาพิจารณาว่าเกิดอะไรขึ้นถ้าเราเปลี่ยนวิธีการทดลองเล็กน้อย แทนที่จะเป็นโคมไฟ เราใช้เครื่องที่ยิงอิเล็กตรอนออกมาเหมือนที่พบในทีวีเก่าๆ และแทนที่จะเป็นผนังเราใช้แผ่นแก้วที่เคลือบด้วยฟอสเฟอร์ที่สว่างขี้นเมื่ออิเล็กตรอนตกกระทบ ดังนั้นเราจึงสามารถใช้ฉากนี้เพื่อติดตามตำแหน่งที่อิเล็กตรอนชนได้ ผลการทดลองได้คล้ายเดิมถ้ารูเล็กพอเราจะเห็น Airy pattern

สิ่งต่อไปนี้เริ่มดูประหลาดขึ้น อิเล็กตรอนคืออนุภาคที่มีตำแหน่งที่แน่นอนและไม่สามารถแบ่งแยกได้ แต่แล้วพวกมันกลับกำลังประพฤติตัวเหมือนคลื่นที่สามารถกระจายผ่านอวกาศ แยกตัวได้และรวมกันอีกเมื่อพวกมันพบกัน หรือไม่มันอาจไม่ได้แปลกขนาดนั้นก็เป็นได้ น้ำประกอบด้วยโมเลกุล แต่มันก็ประพฤติตัวเหมือนกับคลื่น Airy pattern อาจแค่เกิดขึ้นเมื่ออนุภาคจำนวนมากพอมาอยู่ด้วยกัน ไม่ว่าพวกมันจะเป็นโมเลกุลน้ำหรืออิเล็กตรอน

การทดลองอันอื่นๆแสดงให้เห็นว่านี่ไม่ถูกต้อง สมมติว่าเราปรับลดสิ่งที่ออกมาจากปืนอิเล็กตรอนลงให้เหลือหนึ่งอนุภาคต่อหนึ่งนาที Airy pattern จะหายไปและสิ่งเดียวที่เราเห็นคือจุดสว่างเล็กๆทุกๆหนึ่งนาที ลองปล่อยให้การทดลองดำเนินไปสักพัก ทำการบันทึกจุดสว่างแต่ละจุดเมื่อมันเกิดขึ้น หลังจากนั้นเราก็ทำการบันทึกค่าตำแหน่งทั้งหมดของจุดสว่างได้นับพัน

น่าประหลาดใจจริงๆ เราไม่ได้ลงเอยด้วยจุดที่เรียงตัวสะเปะสะปะ แต่ได้รูปแบบ Airy อีกครั้ง ผลการทดลองนี้แปลกสุดยอด ไม่มีอิเล็กตรอนตัวใดสามารถรู้ว่าอิเล็กตรอนก่อนหน้าและหลังจากนี้จะไปชนที่ไหน ดังนั้นพวกมันไม่สามารถติดต่อกันได้เพื่อจะสร้างรูปแบบเหมือนเป้ายิงขึ้นมา อิเล็กตรอนแต่ละตัวต้องเดินทางเสมือนคลื่นผ่านช่องไปเพื่อสร้างรูปแบบเฉพาะ แล้วเปลี่ยนกลับไปเป็นอนุภาคเพื่อสร้างจุดบนฉากหลัง แน่นอนสิ่งนี้คือทิวภาคคลื่น-อนุภาคอันโด่งดังของกลศาสตร์ควอนตัม

พฤติกรรมแปลกๆนี้มีร่วมกันกับสสารใดๆก็ตามที่เล็กพอ รวมทั้งอิเล็กตรอน, นิวตรอน, โฟตอน และอนุภาคมูลฐานอื่นๆ แต่ไม่ใช่แค่นั้นผลที่คล้ายกันได้ถูกพบเห็นสำหรับวัตถุที่มีขนาดใหญ่พอที่จะมองเห็นได้ภายใต้กล้องจุลทรรศน์ เช่น บัคกี้บอล (buckyball) ด้วย

เพื่อที่จะอธิบายพฤติกรรมประหลาดๆของวัตถุเหล่านี้ นักฟิสิกส์เชื่อมโยงฟังก์ชันคลื่นเข้ากับอนุภาคแต่ละตัว แม้ข้อเท็จจริงที่ว่าคลื่นเหล่านี้มีคุณสมบัติตามปกติของคลื่นที่คุ้นเคยกันมากกว่าอย่างเช่นคลื่นเสียงหรือคลื่นน้ำ อันประกอบด้วยแอพลิจูด, เฟส และการแทรกสอด สิ่งที่พวกมันเคลื่อนไปไม่สามารถรับรู้ได้โดยสิ้นเชิง ไอน์สไตน์เคยกล่าวไว้อย่างเหมาะเจาะว่าตัวกลางของพวกมันคือ "สนามภูติผีปีศาจ"

สำหรับคลื่นในตัวกลางทั่วๆไป เช่น น้ำ เราสามารถคำนวณพลังงานของมันที่ขณะใดๆได้โดยใช้กำลังสองของแอมพลิจูด อย่างไรก็ตามฟังก์ชั่นคลื่นไม่ได้นำพาพลังงาน กำลังสองของแอพลิจูดที่ขณะใดๆให้ค่าความน่าจะเป็นของการพบอนุภาคถ้ามีตัวตรวจจับดังเช่นฉากหลังเคลือบฟอสเฟอร์ถูกวางไว้ที่นั่น

ชัดเจนว่าจุดที่วัตถุสับเปลี่ยนจากการเป็นคลื่นความน่าจะเป็นที่การดำรงอยู่มีความเป็นไปได้กระจายไปทั่วทั้งอวกาศและกลายเป็นวัตถุจริงๆในอวกาศมีความสำคัญมากในการทำความเข้าใจว่าสสารมีจริงหรือไม่ อะไรเกิดขึ้นจริงๆเมื่อฟังก์ชั่นคลื่นยุบตัว ขณะที่ท่ามกลางความเป็นไปได้ไม่สิ้นสุดที่ซึ่งอนุภาคอาจมีอยู่ในขณะใดขณะหนึ่ง มีอันเดียวที่ได้รับเลือกในขณะที่อันอื่นๆทั้งหมดถูกปฎิเสธ

ก่อนอื่นเราต้องถามตัวเองว่าตัวเลือกนี้ถูกเลือกตั้งแต่เมื่อไร ในตัวอย่างที่อธิบายด้านบน มันดูเหมือนเกิดขึ้นแค่ก่อนการสว่างบนฉากฟอสเฟอร์ ในขณะนี้การวัดตำแหน่งของอิเล็กตรอนเกิดขึ้นเมื่อส่วนของฟอสเฟอร์สว่างขึ้นขณะที่อนุภาคตกกระทบ ดังนั้นมันต้องมีอิเล็กตรอนที่นั่น และไม่ใช่แค่คลื่นความน่าจะเป็น

อย่างไรก็ตามสมมติว่าเราไม่สามารถอยู่ในห้องทดลองเพื่อสังเกตการทดลองได้ ดังนั้นเราจึงตั้งกล้องไว้ถ่ายฉากฟอสเฟอร์และให้ผลการทดลองถูกส่งโดยดาวเทียมไปที่คอมพิวเตอร์บนโต๊ะของเรา ในกรณีนี้การกะพริบของแสงที่ปล่อยออกมาจากฉากฟอสเฟอร์ต้องเดินทางไปที่กล้องที่กำลังบันทึก และกระบวนการก็เกิดซ้ำเดิม เช่นเดียวกับอิเล็กตรอนแสงเดินทางเป็นคลื่นและมาถึงเป็นอนุภาค มีเหตุผลอะไรที่ทำให้เชื่อว่าการเปลี่ยนจากคลื่นความน่าจะเป็นกลายเป็นอนุภาคเกิดขึ้นจริงๆบนฉากฟอสเฟอร์แต่ไม่ใช่ในกล้อง?

ตอนแรกมันดูเหมือนราวกับว่าฉากฟอสเฟอร์คือเครื่องมือตรวจวัด และอิเล็กตรอนคือสิ่งที่กำลังถูกวัด แต่ตอนนี้อุปกรณ์ตรวจวัดคือกล้องและฉากฟอสเฟอร์คือส่วนหนึ่งของสิ่งที่ถูกวัด ถ้าให้ว่าวัตถุใดๆที่ส่งผ่านการตรวจวัดเราสามารถเพิ่มลงในลำดับได้ดังนี้ กล้อง, คอมพิวเตอร์, ตาของเรา, สมองของเรา ซึ่งก็ถูกสร้างขึ้นจากอนุภาคด้วยคุณสมบัติเดียวกับอิเล็กตรอน แล้วเราจะสามารถระบุขั้นตอนเฉพาะเจาะจงใดๆได้อย่างไร ซึ่งเกิดการแบ่งแยกระหว่างสิ่งที่ถูกวัดและสิ่งที่กำลังทำการตรวจวัด

ห่วงโซ่ที่ขยายต่อไปเรื่อยๆนี้ถูกเรียกว่าห่วงโซ่ ฟอน นิวแมน (von Neumann) เพื่อเป็นเกียรติแก่นักฟิสิกส์และนักคณิตศาสตร์ จอห์น ฟอน นิวแมน เพื่อนร่วมงานคนหนึ่งของเขาที่มหาวิทยาลัยพรินตัน ยูจีน วิคเนอร์ ให้ข้อเสนอแนะว่าเมื่อไรที่จะทำการตัดแยก ในขณะที่เราติดตามห่วงโซ่ฟอนนิวแมนขึ้นไป ตัวตนแรกสุดที่เราพบที่ไม่ได้สร้างจากส่วนของสสารใดๆ เลย คือ จิตสำนึกของผู้สังเกต ดั้งนั้นเราอาจต้องการบอกว่าเมื่อจิตสำนึกเข้ามาเกี่ยวข้อง ฟังก์ชั่นคลื่นจึงเกิดการยุบลงและคลื่นความน่าจะเป็นได้เปลี่ยนไปเป็นอนุภาค

ความคิดที่ว่าจิตสำนึกนำความจริงในชีวิตประจำวันมาสู่การมีตัวตน แน่นอนว่าแปลกมาก บางทีมันอาจเป็นแค่มุมมองส่วนน้อย

มีอีกวิธีในการตีความปัญหาการตรวจวัดที่ไม่เกี่ยวข้องกับจิตสำนึก แม้ว่ามันจะมีปัญหาประหลาดๆในตัวเองที่ติดตามมา แต่ในตอนนี้ลองสำรวจแนวคิดของวิคเนอร์ให้ลึกซึ้งขึ้น ถ้าจิตสำนึกของผู้สังเกตไม่ได้ยุบฟังก์ชั่นคลื่น ผลที่น่าสงสัยก็ตามมาดังนี้ ในขณะที่วัตถุมากขี้นๆถูกดูดติดในวังวนห่วงโซ่ของฟอน นิวแมนโดยเปลี่ยนจากการเป็นอุปกรณ์ตรวจวัดกลายเป็นส่วนหนึ่งของสิ่งที่ถูกวัด โครงสร้างของคลื่นความน่าจะเป็นแผ่ขยายกลายเป็นคุณสมบัติของวัตถุเหล่านี้ด้วยเช่นกัน สมบัติการซ้อนทับกันตามธรรมชาติของอิเล็กตรอน (ความสามารถของมันในการปรากฏอยู่ในหลายๆที่ในคราวเดียว) ในตอนนี้มีผลกระทบกับอุปกรณ์การตรวจวัดแล้ว

มันได้รับการยืนยันด้วยการทดลองว่าไม่เพียงแต่สิ่งเล็กๆที่มองไม่เห็น แต่วัตถุที่ใหญ่พอที่จะมองเห็นได้ภายใต้กล้องจุลทรรศน์ เช่น แท่งโลหะยาว 60 ไมครอน สามารถแสดงพฤติกรรมสมบัติการซ้อนทับกันของสถานะทางควอนตัมได้ แน่นอนว่าเราไม่สามารถมองผ่านกล้องจุลทรรศน์และเห็นแท่งโลหะอยู่ในสองที่ในคราวเดียวกันได้ เพราะนี่จะยุบฟังก์ชั่นคลื่นทันที อย่างไรก็ตามมันชัดเจนว่าสิ่งที่เราพบในระดับอะตอมสามารถแพร่มาสู่ระดับมหภาคได้

แต่ถ้าเรายอมรับว่าฟังก์ชั่นคลื่นต้องยุบลงเมื่อไรก็ตามที่จิตสำนึกเข้ามาสู่การตรวจวัด ผลที่ตามมายิ่งน่าสงสัยมากขึ้น ถ้าเราตัดสินใจตัดห่วงโซ่ตรงจุดนี้ มันจะตามมาด้วย สสารไม่สามารถมีอยู่จริง ถ้าจิตสำนึกมีความจำเป็นในการเปลี่ยนคลื่นความน่าจะเป็นผีๆให้กลายเป็นสิ่งที่เหมือนกับวัตถุที่เราพบในชีวิตประจำวันได้ไม่มากก็น้อย เราจะพูดได้อย่างไรว่าสสารคือสิ่งที่อยู่ที่นั่นอยู่แล้วไม่ว่าจะมีจิตใจมนุษย์อยู่หรือไม่ก็ตาม?
...........มีต่อ

NewScientist
Reality: Is matter real?
http://www.newscientist.com/article/mg21528840.700-reality-is-matter-real.html
แก้ไขข้อความเมื่อ
แสดงความคิดเห็น
โปรดศึกษาและยอมรับนโยบายข้อมูลส่วนบุคคลก่อนเริ่มใช้งาน อ่านเพิ่มเติมได้ที่นี่