ถ้าต้นไม้ล้มในป่าแล้วไม่มีใครได้ยิน มันจะมีเสียงไหม? อาจจะไม่บางคนพูด แล้วถ้ามีใครได้ยินล่ะ? หากคุณคิดว่านั่นหมายความว่ามันฟังดูชัดเจนคุณอาจต้องแก้ไขความคิดเห็นนั้น เราได้พบความขัดแย้งใหม่ในกลศาสตร์ควอนตัม ซึ่งเป็นหนึ่งในสองทฤษฎีทางวิทยาศาสตร์พื้นฐานที่สุดของเรา ร่วมกับทฤษฎีสัมพัทธภาพของไอน์สไตน์ ซึ่งทำให้เกิดข้อสงสัยเกี่ยวกับแนวคิดสามัญสำนึกบางอย่างเกี่ยวกับความเป็นจริงทางกายภาพ เป็นไปได้ที่จะเลือกอย่างอิสระหรืออย่างน้อยก็สุ่มเลือกทางสถิติ
การเลือกในที่เดียวไม่สามารถส่งผลต่อเหตุการณ์ที่อยู่ห่างไกลได้ในทันที
(นักฟิสิกส์เรียกสิ่งนี้ว่า “ท้องถิ่น”) ทั้งหมดนี้เป็นแนวคิดที่หยั่งรู้ได้เอง และแม้แต่นักฟิสิกส์ก็เชื่อกันอย่างกว้างขวาง แต่งานวิจัยของเราที่ตีพิมพ์ในวารสาร Nature Physicsแสดงให้เห็นว่าสิ่งเหล่านี้ไม่สามารถเป็นจริงได้ทั้งหมด หรือกลศาสตร์ควอนตัมเองก็จะต้องพังทลายลงในระดับหนึ่ง
นี่เป็นผลลัพธ์ที่แข็งแกร่งที่สุดในการค้นพบกลศาสตร์ควอนตัมที่ยาวนานซึ่งได้เปลี่ยนความคิดของเราเกี่ยวกับความเป็นจริง เพื่อทำความเข้าใจว่าเหตุใดจึงสำคัญ ลองมาดูประวัตินี้กัน กลศาสตร์ควอนตัมทำงานได้ดีมากในการอธิบายพฤติกรรมของวัตถุขนาดเล็ก เช่น อะตอมหรืออนุภาคของแสง (โฟตอน) แต่พฤติกรรมนั้น…แปลกมาก
ในหลายกรณี ทฤษฎีควอนตัมไม่ได้ให้คำตอบที่ชัดเจนสำหรับคำถาม เช่น “ตอนนี้อนุภาคนี้อยู่ที่ไหน” แต่จะให้เพียงความน่าจะเป็นที่อนุภาคอาจถูกพบเมื่อมีการสังเกต สำหรับ Niels Bohr หนึ่งในผู้ก่อตั้งทฤษฎีเมื่อศตวรรษก่อน นั่นไม่ใช่เพราะเราขาดข้อมูล แต่เป็นเพราะคุณสมบัติทางกายภาพอย่างเช่น “ตำแหน่ง” ไม่มีอยู่จริงจนกว่าจะวัดค่าได้ และยิ่งไปกว่านั้น เนื่องจากคุณสมบัติบางอย่างของอนุภาคไม่สามารถสังเกตได้อย่างสมบูรณ์พร้อมๆ กัน เช่น ตำแหน่งและความเร็ว จึงไม่สามารถเป็นจริงได้พร้อมกัน
ตัวเลขไม่น้อยไปกว่า Albert Einstein ที่พบว่าแนวคิดนี้ไม่สามารถป้องกันได้ ในบทความปี 1935ร่วมกับเพื่อนนักทฤษฎีอย่าง Boris Podolsky และ Nathan Rosen เขาแย้งว่าต้องมีความจริงมากกว่าที่กลศาสตร์ควอนตัมสามารถอธิบายได้
บทความนี้พิจารณาคู่ของอนุภาคที่อยู่ห่างไกลในสถานะพิเศษ
ซึ่งปัจจุบันเรียกว่าสถานะ “พัวพัน” เมื่อวัดคุณสมบัติเดียวกัน (เช่น ตำแหน่งหรือความเร็ว) บนอนุภาคที่พันกันทั้งสอง ผลลัพธ์จะเป็นแบบสุ่ม แต่จะมีความสัมพันธ์ระหว่างผลลัพธ์จากแต่ละอนุภาค
ตัวอย่างเช่น ผู้สังเกตการณ์ที่วัดตำแหน่งของอนุภาคตัวแรกสามารถทำนายผลลัพธ์ของการวัดตำแหน่งของอนุภาคที่อยู่ห่างออกไปได้อย่างสมบูรณ์แบบ โดยไม่ต้องสัมผัสแม้แต่น้อย หรือผู้สังเกตจะเลือกทำนายความเร็วแทนก็ได้ สิ่งนี้มีคำอธิบายตามธรรมชาติ พวกเขาโต้เถียงกัน หากคุณสมบัติทั้งสองมีอยู่ก่อนการวัด ตรงกันข้ามกับการตีความของบอร์
อย่างไรก็ตาม ในปี พ.ศ. 2507 จอห์น เบลล์ นักฟิสิกส์ชาวไอริชเหนือพบว่าข้อโต้แย้งของไอน์สไตน์พังทลายลงหากคุณใช้การวัดอนุภาคทั้งสองแบบผสม กันที่ซับซ้อนมากขึ้น
เบลล์แสดงให้เห็นว่าหากผู้สังเกตการณ์ทั้งสองสุ่มและอิสระเลือกระหว่างการวัดคุณสมบัติอย่างใดอย่างหนึ่งหรืออย่างอื่นของอนุภาค เช่น ตำแหน่งหรือความเร็ว ผลลัพธ์เฉลี่ยจะไม่สามารถอธิบายได้ในทฤษฎีใดๆ ที่ทั้งตำแหน่งและความเร็วเป็นคุณสมบัติเฉพาะที่มีอยู่ก่อนแล้ว
ฟังดูเหลือเชื่อ แต่การทดลองได้แสดงให้เห็นอย่างชัดเจน แล้ว ว่าความสัมพันธ์ของเบลล์เกิดขึ้นจริง สำหรับนักฟิสิกส์หลายคน นี่เป็นหลักฐานว่าบอร์พูดถูก คุณสมบัติทางกายภาพไม่มีอยู่จริงจนกว่าจะวัดค่าได้
ในปี พ.ศ. 2504 ยูจีนวิกเนอร์ นักฟิสิกส์ทฤษฎีชาวฮังการี-อเมริกันได้คิดค้นการทดลองทางความคิดเพื่อแสดงให้เห็นว่าแนวคิดเรื่องการวัดนั้นซับซ้อนเพียงใด
เขาพิจารณาสถานการณ์ที่เพื่อนของเขาเข้าไปในห้องทดลองที่ปิดสนิทและทำการตรวจวัดอนุภาคควอนตัม ซึ่งเป็นตำแหน่งของมัน
อย่างไรก็ตาม วิกเนอร์สังเกตว่าหากเขาใช้สมการของกลศาสตร์ควอนตัมเพื่ออธิบายสถานการณ์นี้จากภายนอก ผลลัพธ์ที่ได้จะแตกต่างออกไปมาก แทนที่การวัดของเพื่อนจะทำให้ตำแหน่งของอนุภาคเป็นจริง จากมุมมองของวิกเนอร์ เพื่อนกลับเข้าไปพัวพันกับอนุภาคและติดเชื้อจากความไม่แน่นอนที่อยู่รอบๆ
สิ่งนี้คล้ายกับแมวชื่อดังของชเรอดิงเงอร์ซึ่งเป็นการทดลองทางความคิดที่ชะตากรรมของแมวในกล่องเข้าไปพัวพันกับเหตุการณ์ควอนตัมแบบสุ่ม
ในการวิจัยของเรา เราสร้างจากเวอร์ชันเพิ่มเติมของความขัดแย้งเพื่อนของวิกเนอร์ ซึ่งเสนอครั้งแรกโดย Časlav Brukner แห่งมหาวิทยาลัยเวียนนา ในสถานการณ์นี้มี นักฟิสิกส์ สองคนเรียกพวกเขาว่าอลิซและบ็อบ แต่ละคนอยู่กับเพื่อน (ชาร์ลีและเด็บบี) ในห้องแล็บที่ห่างไกลกันสองแห่ง
มีเรื่องพลิกผันอีกอย่างคือ ตอนนี้ชาร์ลีและเด็บบีกำลังวัดอนุภาคที่พันกันเป็นคู่ๆ เหมือนในการทดลองของเบลล์ เช่นเดียวกับในข้อโต้แย้งของวิกเนอร์ สมการของกลศาสตร์ควอนตัมบอกเราว่าชาร์ลีและเด็บบี้ควรพัวพันกับอนุภาคที่สังเกตได้ แต่เนื่องจากอนุภาคเหล่านั้นพันกันอยู่แล้ว ชาร์ลีและเด็บบี้เองก็ควรจะพัวพันกันในทางทฤษฎี
