ฟิสิกส์คลาสสิกซึ่งมีมาก่อนการประดิษฐ์กลศาสตร์ควอนตัม อธิบายธรรมชาติในระดับปกติ (มหภาค) ทฤษฎีส่วนใหญ่ในฟิสิกส์คลาสสิกสามารถอนุมานได้ว่าเป็นค่าประมาณที่ใช้มาตราส่วนที่เราคุ้นเคย ฟิสิกส์ควอนตัม (เป็นกลศาสตร์ควอนตัมด้วย) แตกต่างจากวิทยาศาสตร์คลาสสิกตรงที่พลังงาน โมเมนตัม โมเมนตัมเชิงมุม และปริมาณอื่นๆ ของระบบคู่ถูกจำกัดด้วยค่าที่ไม่ต่อเนื่อง (quantization) วัตถุมีลักษณะพิเศษทั้งในรูปของอนุภาคและในรูปของคลื่น (ความเป็นคู่ของอนุภาคคลื่น) นอกจากนี้ ในวิทยาศาสตร์นี้ยังมีข้อจำกัดด้านความแม่นยำที่สามารถวัดปริมาณได้ (หลักความไม่แน่นอน)
อาจกล่าวได้ว่าหลังจากการเกิดขึ้นของฟิสิกส์ควอนตัมในวิทยาศาสตร์ที่แน่นอน การปฏิวัติก็เกิดขึ้น ซึ่งทำให้สามารถพิจารณาและวิเคราะห์กฎหมายเก่าทั้งหมดที่เคยถูกพิจารณาว่าเป็นความจริงที่เถียงไม่ได้ก่อนหน้านี้ นี้เป็นสิ่งที่ดีหรือไม่ดี? อาจเป็นสิ่งที่ดี เพราะวิทยาศาสตร์ที่แท้จริงไม่ควรหยุดนิ่ง
อย่างไรก็ตาม "การปฏิวัติควอนตัม" ได้กลายเป็นนักฟิสิกส์ของโรงเรียนเก่าที่ต้องพบกับความจริงที่ว่าสิ่งที่พวกเขาเชื่อก่อนหน้านี้กลายเป็นเพียงชุดของทฤษฎีที่ผิดพลาดและเก่าแก่ที่ต้องการการแก้ไขอย่างเร่งด่วนและการปรับตัวให้เข้ากับความเป็นจริงใหม่. นักฟิสิกส์ส่วนใหญ่ยอมรับแนวคิดใหม่เหล่านี้เกี่ยวกับวิทยาศาสตร์ที่มีชื่อเสียงอย่างกระตือรือร้น โดยมีส่วนสนับสนุนในการศึกษา พัฒนา และนำไปปฏิบัติ วันนี้ ฟิสิกส์ควอนตัมเป็นตัวกำหนดพลวัตของวิทยาศาสตร์ทั้งหมดโดยรวม ต้องขอบคุณเธอที่ทำให้โครงการทดลองล้ำสมัย (เช่น Large Hadron Collider) เกิดขึ้น
เปิด
พื้นฐานฟิสิกส์ควอนตัมพูดได้อะไรบ้าง? ค่อยๆ เกิดขึ้นจากทฤษฎีต่างๆ ที่ตั้งใจจะอธิบายปรากฏการณ์ที่ไม่สามารถกระทบยอดกับฟิสิกส์คลาสสิกได้ เช่น การแก้ปัญหาของ Max Planck ในปี 1900 และแนวทางของเขาในการแก้ปัญหาการแผ่รังสีของปัญหาทางวิทยาศาสตร์มากมาย และความสัมพันธ์ระหว่างพลังงานและความถี่ในบทความปี 1905 โดย Albert Einstein ซึ่งอธิบายเอฟเฟกต์ตาแมว ทฤษฎีฟิสิกส์ควอนตัมช่วงแรกได้รับการแก้ไขอย่างละเอียดในช่วงกลางทศวรรษที่ 1920 โดย Erwin Schrödinger, Werner Heisenberg, Max Born และคนอื่นๆ ทฤษฎีสมัยใหม่ถูกกำหนดขึ้นในแนวคิดทางคณิตศาสตร์ที่พัฒนาขึ้นเป็นพิเศษต่างๆ หนึ่งในนั้นคือ ฟังก์ชันเลขคณิต (หรือฟังก์ชันคลื่น) ให้ข้อมูลที่ครอบคลุมเกี่ยวกับแอมพลิจูดของความน่าจะเป็นของตำแหน่งแรงกระตุ้น
พื้นฐานของฟิสิกส์ควอนตัมสำหรับหุ่น
การศึกษาทางวิทยาศาสตร์ของคลื่นแก่นแท้ของแสงเริ่มต้นเมื่อ 200 กว่าปีที่แล้ว เมื่อนักวิทยาศาสตร์ผู้ยิ่งใหญ่และเป็นที่รู้จักในสมัยนั้นเสนอ พัฒนา และพิสูจน์ทฤษฎีของแสงจากการสังเกตการทดลองของพวกเขาเอง เขาเรียกว่าเวฟ
ในปี 1803 Thomas Young นักวิทยาศาสตร์ชาวอังกฤษผู้โด่งดังได้ทำการทดลองสองครั้งอันโด่งดังของเขา อันเป็นผลมาจากการที่เขาเขียนผลงานที่มีชื่อเสียงเรื่อง "On the Nature of Light and Color" ซึ่งมีบทบาทสำคัญในการกำหนดแนวคิดสมัยใหม่เกี่ยวกับ ปรากฏการณ์ที่คุ้นเคยเหล่านี้ การทดลองนี้มีบทบาทสำคัญในการยอมรับทฤษฎีนี้โดยทั่วไป
การทดลองดังกล่าวมักถูกอธิบายไว้ในหนังสือหลายเล่ม เช่น "Fundamentals of Quantum Physics for Dummies" การทดลองสมัยใหม่ที่มีการเร่งความเร็วของอนุภาคมูลฐาน เช่น การค้นหา Higgs boson ที่ Large Hadron Collider (เรียกสั้นๆ ว่า LHC) ดำเนินการอย่างแม่นยำเพื่อค้นหาการยืนยันเชิงปฏิบัติของทฤษฎีควอนตัมเชิงทฤษฎีจำนวนมาก
ประวัติศาสตร์
ในปี 1838 ไมเคิล ฟาราเดย์ ค้นพบรังสีแคโทดเพื่อความสุขของคนทั้งโลก การศึกษาที่น่าตื่นเต้นเหล่านี้ตามมาด้วยคำแถลงเกี่ยวกับปัญหาของการแผ่รังสีที่เรียกว่า "วัตถุสีดำ" (1859) ซึ่งสร้างโดย Gustav Kirchhoff เช่นเดียวกับข้อสันนิษฐานที่มีชื่อเสียงของ Ludwig Boltzmann ว่าสถานะพลังงานของระบบทางกายภาพใด ๆ ก็สามารถทำได้เช่นกัน ไม่ต่อเนื่อง (1877).). ต่อมา สมมติฐานควอนตัมที่พัฒนาโดย Max Planck (1900) ก็ปรากฏขึ้น ถือเป็นหนึ่งในรากฐานของฟิสิกส์ควอนตัม สมมติฐานที่ชัดเจนของพลังค์ที่ว่าพลังงานสามารถปล่อยและดูดซับใน "ควอนตา" ที่ไม่ต่อเนื่อง(หรือแพ็คเก็ตพลังงาน) ตรงกับรูปแบบการแผ่รังสีของ blackbody ที่สังเกตได้อย่างแม่นยำ
อัลเบิร์ต ไอน์สไตน์ ผู้มีชื่อเสียงระดับโลกมีส่วนสนับสนุนอย่างมากในด้านฟิสิกส์ควอนตัม ประทับใจในทฤษฎีควอนตัม เขาพัฒนาตัวเอง ทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไป นั่นคือสิ่งที่เรียกว่า การค้นพบในควอนตัมฟิสิกส์ยังมีอิทธิพลต่อการพัฒนาทฤษฎีสัมพัทธภาพพิเศษอีกด้วย นักวิทยาศาสตร์หลายคนในช่วงครึ่งแรกของศตวรรษที่ผ่านมาเริ่มศึกษาวิทยาศาสตร์นี้ตามคำแนะนำของไอน์สไตน์ ตอนนั้นเธออยู่แถวหน้า ทุกคนชอบเธอ ทุกคนต่างก็สนใจเธอ ไม่น่าแปลกใจเพราะเธอปิด "หลุม" จำนวนมากในวิทยาศาสตร์กายภาพแบบคลาสสิก (แต่เธอก็สร้างหลุมใหม่ด้วย) เสนอเหตุผลทางวิทยาศาสตร์สำหรับการเดินทางข้ามเวลา พลังจิต กระแสจิต และโลกคู่ขนาน
บทบาทของผู้สังเกต
เหตุการณ์หรือสถานะใด ๆ ขึ้นอยู่กับผู้สังเกตโดยตรง โดยปกติแล้ว นี่เป็นวิธีการอธิบายพื้นฐานของฟิสิกส์ควอนตัมโดยสังเขปแก่ผู้ที่อยู่ห่างไกลจากวิทยาศาสตร์ที่แน่นอน อย่างไรก็ตาม ความเป็นจริงนั้นซับซ้อนกว่ามาก
สิ่งนี้เข้ากันได้อย่างลงตัวกับประเพณีลึกลับและทางศาสนามากมายที่ยืนยันความสามารถของผู้คนในการโน้มน้าวกิจกรรมรอบตัวมาหลายศตวรรษ ในทางใดทางหนึ่ง นี่ก็เป็นพื้นฐานสำหรับคำอธิบายทางวิทยาศาสตร์เกี่ยวกับการรับรู้ภายนอกด้วย เพราะตอนนี้คำกล่าวที่ว่าบุคคล (ผู้สังเกตการณ์) สามารถมีอิทธิพลต่อกิจกรรมทางกายภาพด้วยพลังแห่งความคิดนั้นดูไม่ไร้สาระ
ลักษณะเฉพาะของเหตุการณ์หรือวัตถุที่สังเกตได้แต่ละอย่างสอดคล้องกับeigenvector ของผู้สังเกต หากสเปกตรัมของตัวดำเนินการ (ผู้สังเกตการณ์) ไม่ต่อเนื่อง วัตถุที่สังเกตจะสามารถเข้าถึงเฉพาะค่าลักษณะเฉพาะที่ไม่ต่อเนื่องเท่านั้น นั่นคือวัตถุประสงค์ของการสังเกตเช่นเดียวกับลักษณะของมันจะถูกกำหนดโดยผู้ดำเนินการนี้อย่างสมบูรณ์
พื้นฐานของฟิสิกส์ควอนตัมในคำที่ซับซ้อน
ไม่เหมือนกลศาสตร์คลาสสิกทั่วไป (หรือฟิสิกส์) เราไม่อาจคาดการณ์ตัวแปรคอนจูเกตพร้อมกันได้ เช่น ตำแหน่งและโมเมนตัม ตัวอย่างเช่น อิเล็กตรอนสามารถ (ด้วยความน่าจะเป็นที่แน่นอน) ได้ในตำแหน่งโดยประมาณในพื้นที่ใดพื้นที่หนึ่ง แต่ไม่ทราบตำแหน่งที่แน่นอนทางคณิตศาสตร์ของพวกมันจริงๆ
รูปร่างของความหนาแน่นของความน่าจะเป็นคงที่ ซึ่งมักเรียกกันว่า "เมฆ" สามารถวาดรอบๆ นิวเคลียสของอะตอมเพื่อสร้างแนวคิดว่าอิเล็กตรอนน่าจะอยู่ที่ใดมากที่สุด หลักการความไม่แน่นอนของไฮเซนเบิร์กพิสูจน์ให้เห็นว่าไม่สามารถระบุตำแหน่งของอนุภาคได้อย่างแม่นยำเมื่อพิจารณาจากโมเมนตัมคอนจูเกต บางรุ่นในทฤษฎีนี้มีลักษณะการคำนวณที่เป็นนามธรรมล้วนๆ และไม่ได้หมายความถึงค่าที่ใช้ อย่างไรก็ตาม มักใช้ในการคำนวณปฏิสัมพันธ์ที่ซับซ้อนในระดับอนุภาคย่อยของอะตอมและเรื่องละเอียดอ่อนอื่นๆ นอกจากนี้ ฟิสิกส์สาขานี้ทำให้นักวิทยาศาสตร์สามารถสันนิษฐานได้ว่าโลกจำนวนมากมีอยู่จริง บางทีเราอาจจะได้เห็นพวกเขาเร็ว ๆ นี้
ฟังก์ชั่นคลื่น
กฎของฟิสิกส์ควอนตัมมีมากมายและหลากหลาย พวกเขาตัดกับแนวคิดของฟังก์ชันคลื่น ฟังก์ชันคลื่นพิเศษบางอย่างสร้างการแพร่กระจายของความน่าจะเป็นที่คงที่โดยเนื้อแท้หรือเป็นอิสระจากเวลา ตัวอย่างเช่น เมื่ออยู่ในสถานะพลังงานคงที่ เวลาดูเหมือนจะหายไปเมื่อเทียบกับฟังก์ชันคลื่น นี่เป็นหนึ่งในผลกระทบของฟิสิกส์ควอนตัมซึ่งเป็นพื้นฐานของมัน ความจริงที่น่าสงสัยก็คือปรากฏการณ์ของเวลาได้รับการแก้ไขอย่างรุนแรงในวิทยาศาสตร์ที่ไม่ธรรมดานี้
ทฤษฎีการรบกวน
อย่างไรก็ตาม มีวิธีที่เชื่อถือได้หลายวิธีในการพัฒนาโซลูชันที่จำเป็นสำหรับการทำงานกับสูตรและทฤษฎีในควอนตัมฟิสิกส์ วิธีการหนึ่งที่เรียกว่า "ทฤษฎีการก่อกวน" ใช้ผลการวิเคราะห์สำหรับแบบจำลองทางกลควอนตัมเบื้องต้น สร้างขึ้นเพื่อนำผลลัพธ์จากการทดลองมาพัฒนาแบบจำลองที่ซับซ้อนยิ่งขึ้นซึ่งเกี่ยวข้องกับแบบจำลองที่ง่ายกว่า นี่คือลักษณะการเรียกซ้ำ
วิธีนี้มีความสำคัญอย่างยิ่งในทฤษฎีความโกลาหลของควอนตัม ซึ่งเป็นที่นิยมอย่างมากในการตีความเหตุการณ์ต่างๆ ในความเป็นจริงด้วยกล้องจุลทรรศน์
กฎและกฎหมาย
กฎของกลศาสตร์ควอนตัมเป็นพื้นฐาน พวกเขาอ้างว่าพื้นที่การปรับใช้ของระบบเป็นพื้นฐานอย่างแท้จริง (มีผลิตภัณฑ์ดอท) อีกข้อความหนึ่งคือผลกระทบที่สังเกตได้จากระบบนี้ในเวลาเดียวกันกับตัวดำเนินการเฉพาะที่ส่งผลต่อเวกเตอร์ในตัวกลางนี้ อย่างไรก็ตาม พวกเขาไม่ได้บอกเราว่าพื้นที่ใดของฮิลเบิร์ตหรือโอเปอเรเตอร์ใดอยู่ในช่วงเวลานี้. สามารถเลือกได้อย่างเหมาะสมเพื่อให้คำอธิบายเชิงปริมาณของระบบควอนตัม
ความหมายและผลกระทบ
ตั้งแต่เริ่มต้นของวิทยาศาสตร์ที่ไม่ธรรมดานี้ แง่มุมที่ต่อต้านการใช้สัญชาตญาณและผลการศึกษากลศาสตร์ควอนตัมจำนวนมากได้กระตุ้นให้เกิดการโต้วาทีทางปรัชญาดังๆ และการตีความหลายครั้ง แม้แต่คำถามพื้นฐาน เช่น กฎสำหรับการคำนวณแอมพลิจูดต่างๆ และการแจกแจงความน่าจะเป็น ก็สมควรได้รับความเคารพจากสาธารณชนและนักวิทยาศาสตร์ชั้นนำหลายคน
Richard Feynman ตัวอย่างเช่น เคยกล่าวอย่างเศร้าๆ ว่าเขาไม่มั่นใจว่านักวิทยาศาสตร์คนใดเข้าใจกลศาสตร์ควอนตัมเลย ตามที่สตีเวน ไวน์เบิร์กกล่าว ในขณะนี้ยังไม่มีการตีความกลศาสตร์ควอนตัมที่เหมาะกับทุกคน นี่แสดงให้เห็นว่านักวิทยาศาสตร์ได้สร้าง "สัตว์ประหลาด" เพื่อทำความเข้าใจและอธิบายการดำรงอยู่ที่พวกเขาไม่สามารถทำได้ อย่างไรก็ตาม สิ่งนี้ไม่เป็นอันตรายต่อความเกี่ยวข้องและความนิยมของวิทยาศาสตร์นี้ แต่อย่างใด แต่ดึงดูดมืออาชีพรุ่นใหม่ที่ต้องการแก้ปัญหาที่ซับซ้อนและเข้าใจยากจริงๆ
นอกจากนี้ กลศาสตร์ควอนตัมยังได้บังคับให้แก้ไขกฎวัตถุเชิงวัตถุของจักรวาลฉบับสมบูรณ์ ซึ่งเป็นข่าวดี
ล่ามโคเปนเฮเกน
ตามการตีความนี้ คำจำกัดความมาตรฐานของเวรกรรมที่เรารู้จักจากฟิสิกส์คลาสสิกนั้นไม่จำเป็นอีกต่อไป ตามทฤษฎีควอนตัม ความมีเหตุมีผลในความหมายปกติสำหรับเราไม่มีอยู่จริงเลย ปรากฏการณ์ทางกายภาพทั้งหมดในนั้นอธิบายได้จากมุมมองของปฏิสัมพันธ์ของระดับประถมศึกษาที่เล็กที่สุดอนุภาคในระดับต่ำกว่าอะตอม พื้นที่นี้แม้จะดูเหมือนไม่น่าจะเป็นไปได้ แต่ก็มีแนวโน้มที่ดี
จิตวิทยาควอนตัม
ความสัมพันธ์ระหว่างควอนตัมฟิสิกส์กับจิตสำนึกของมนุษย์สามารถพูดอะไรได้? หนังสือเล่มนี้เขียนขึ้นอย่างสวยงามในหนังสือที่เขียนโดย Robert Anton Wilson ในปี 1990 ชื่อ Quantum Psychology
ตามทฤษฎีที่ระบุไว้ในหนังสือ กระบวนการทั้งหมดที่เกิดขึ้นในสมองของเรานั้นเกิดจากกฎหมายที่อธิบายไว้ในบทความนี้ นั่นคือนี่คือความพยายามในการปรับทฤษฎีฟิสิกส์ควอนตัมให้เข้ากับจิตวิทยา ทฤษฎีนี้ถือเป็นทฤษฎีและไม่เป็นที่ยอมรับของชุมชนวิชาการ
หนังสือของ Wilson นั้นมีความโดดเด่นจากข้อเท็จจริงที่ว่าเขาได้จัดเตรียมชุดเทคนิคและแนวทางปฏิบัติต่างๆ ที่พิสูจน์สมมติฐานของเขาไม่มากก็น้อย ไม่ทางใดก็ทางหนึ่ง ผู้อ่านต้องตัดสินใจด้วยตัวเองว่าเขาเชื่อหรือไม่ว่าความพยายามดังกล่าวจะใช้แบบจำลองทางคณิตศาสตร์และกายภาพกับมนุษยศาสตร์ได้หรือไม่
หนังสือของวิลสันถูกมองว่าเป็นความพยายามที่จะพิสูจน์ความคิดที่ลึกลับและผูกเข้ากับสูตรทางกายภาพที่ได้รับการพิสูจน์ทางวิทยาศาสตร์แล้ว งานที่ไม่ธรรมดาและโดดเด่นนี้เป็นที่ต้องการมากว่า 100 ปี หนังสือได้รับการตีพิมพ์ แปลและอ่านทั่วโลก ใครจะไปรู้ บางทีด้วยการพัฒนากลศาสตร์ควอนตัม ทัศนคติของชุมชนวิทยาศาสตร์ที่มีต่อจิตวิทยาควอนตัมก็จะเปลี่ยนไปเช่นกัน
สรุป
ต้องขอบคุณทฤษฎีที่น่าทึ่งนี้ ซึ่งในไม่ช้าก็กลายเป็นวิทยาศาสตร์ที่แยกจากกัน เราจึงสามารถสำรวจสิ่งแวดล้อมได้ความเป็นจริงในระดับอนุภาคย่อย นี่เป็นระดับที่เล็กที่สุดเท่าที่จะเป็นไปได้ซึ่งไม่สามารถเข้าถึงการรับรู้ของเราได้อย่างสมบูรณ์ สิ่งที่นักฟิสิกส์เคยรู้เกี่ยวกับโลกของเราต้องการการแก้ไขอย่างเร่งด่วน ทุกคนเห็นด้วยกับสิ่งนี้อย่างแน่นอน เห็นได้ชัดว่าอนุภาคต่างๆ สามารถโต้ตอบกันได้ในระยะทางที่คิดไม่ถึง ซึ่งเราสามารถวัดได้โดยสูตรทางคณิตศาสตร์ที่ซับซ้อนเท่านั้น
นอกจากนี้ กลศาสตร์ควอนตัม (และฟิสิกส์ควอนตัม) ได้พิสูจน์ให้เห็นถึงความเป็นไปได้ของความเป็นจริงคู่ขนาน การเดินทางข้ามเวลา และสิ่งอื่น ๆ ที่ตลอดประวัติศาสตร์ถือว่าเป็นเรื่องของนิยายวิทยาศาสตร์เท่านั้น ไม่ต้องสงสัยเลยว่าสิ่งนี้มีส่วนสนับสนุนอย่างมาก ไม่เพียงแต่ในด้านวิทยาศาสตร์ แต่ยังรวมถึงอนาคตของมนุษยชาติด้วย
สำหรับผู้ชื่นชอบภาพทางวิทยาศาสตร์ของโลก วิทยาศาสตร์นี้สามารถเป็นได้ทั้งมิตรและศัตรู ความจริงก็คือว่าทฤษฎีควอนตัมเปิดโอกาสมากมายสำหรับการคาดเดาต่างๆ ในหัวข้อเกี่ยวกับปรสิตวิทยา ดังที่ได้แสดงให้เห็นแล้วในตัวอย่างของหนึ่งในทฤษฎีทางจิตวิทยาทางเลือก นักไสยศาสตร์สมัยใหม่ ผู้ลึกลับ และผู้สนับสนุนขบวนการทางศาสนาและจิตวิญญาณทางเลือก (ส่วนใหญ่มักเป็นลัทธิจิต) หันไปใช้โครงสร้างทางทฤษฎีของวิทยาศาสตร์นี้เพื่อยืนยันความมีเหตุมีผลและความจริงของทฤษฎี ความเชื่อ และการปฏิบัติลึกลับของพวกเขา
นี่เป็นกรณีที่ไม่เคยเกิดขึ้นมาก่อน เมื่อการคาดเดาง่ายๆ ของนักทฤษฎีและสูตรทางคณิตศาสตร์ที่เป็นนามธรรมนำไปสู่การปฏิวัติทางวิทยาศาสตร์อย่างแท้จริง และสร้างวิทยาศาสตร์ใหม่ที่ขจัดทุกสิ่งที่เคยเป็นมาก่อน ในบางส่วนองศา ฟิสิกส์ควอนตัมได้หักล้างกฎของตรรกะอริสโตเติล เพราะมันแสดงให้เห็นว่าเมื่อเลือก "หรือ" มีทางเลือกอื่น (และอาจจะหลาย)
