“แมวซอมบี้” สถานนะที่ไม่อาจอธิบายได้ว่าแมวนั้นยังมีชีวิตหรือตายไปแล้วในเวลาเดียวกัน เริ่มมาจากนักฟิสิกส์ชาวออสเตรีย แอร์วิน ชเรอดิงเงอร์ ใช้เรื่องเล่าของแมวในกล่องปิดตายหรือที่เรียกกันต่อมาว่าแมวของชเรอดิงเงอร์ ( Schrödinger’s Cat) เพื่ออธิบายความซับซ้อนเรื่องซูปเปอร์โพสิชั่นในกลศาสตร์ควอนตัม ให้สามารถจินตนาการออกมาเป็นเป็นรูปธรรมได้ และก็กลายเป็นคำติดปากของนักฟิสิกส์ตั้งแต่ยุคปี 1935 จนถึงทุกวันนี้

เรื่องของแมวตัวนี้มีอยู่ว่า เราจับมันขังในกล่องที่ปิดตายเป็นเวลา 1 ชั่วโมง ในกล่องมีแหล่งกำเนิดกัมมันตรังสี (หลอดสีเขียวด้านซ้ายในภาพล่าง) ที่มีโอกาส 50-50 ใน 1 ชั่วโมงที่จะสลายอะตอมปลอดปล่อยกัมมันตภาพรังสี  ซึ่งหากแมวโชคดี ภายในชั่วโมงนั้นอะตอมไม่สลาย ไม่มีรังสี แมวก็จะมีสภาพปกติ แต่หากอะตอมในแหลางกำเนิดนั้นมีการสลายตัวแม้เพียงอะตอมเดียว เครื่องไกเกอร์เคาเตอร์ด้านขวาของภาพ(ที่มีเข็มวัด) จะจับค่าของรังสีได้ แล้วมันก็จะสั่งค้อนด้านล่างให้ทุบขวดยาพิษสีแดงเพื่อฆ่าแมว

คำถามคือ เมื่อเราซึ่งอยู่ด้านนอก มองไม่เห็นไม่ได้ยินเสียงหรือทุกอย่างจากในกล่อง ณ นาทีใดนาทีหนึ่ง เราจะมีทางรู้ไหมว่าแมวนั้นตายไปแล้วหรือยังมีชีวิตอยู่

คำตอบคือ ณ เวลาใดเวลาหนึ่งที่แมวยังอยู่ในกล่อง มันจะอยู่ใน 2 สถานะ เป็นแมวซอมบี้ เป็นได้ทั้งแมวเป็นและแมวตาย นี่คือลักษณะที่เรียกว่า ซูปเปอร์โพสิชั่น (Superpostion) ในกลศาสตร์ควอนตัม คือสิ่งที่มี 2 สถานะในเวลาเดียวกัน และมันจะสิ้นสุดลงทันทีที่เปิดกล่องออกมาดู เราจะเห็นแมวเหลือสถานะเดียว คือแมวเป็น หรือไม่ก็แมวตาย ไม่ทับซ้อนอีกต่อไป

เรื่องซูปเปอร์โพสิชั่น (Superpostion) ในกลศาสตร์ควอนตัมนี้ จะปรากฏในอนุภาคมูลฐาน ยกตัวอย่างเช่นอิเล็กตรอน ที่จะปรากฏอยู่ใน 2 สถานะได้ในคราวเดียวกัน คือเป็นได้ทั้งสถานะก่อนเปลี่ยน หรือ (Ground state) ซึ่งหมายถึงแมวมีชีวิต หรือสถานะหลังเปลี่ยน (Excited state) หมายถึงแมวตาย เมื่อปล่อยมันไว้ตามธรรมชาติ แต่อนุภาคมูลฐานนั้นจะเปลี่ยนไปอยู่ในสถานะใดสถานะหนึ่งอย่างทันทีทันใด หรือที่เรียกว่าควอนตัมลีป (Quantum leap) เมื่อเราเริ่มลงมือตรวจวัดสังเกตการณ์มัน

ล่าสุดทีมนักวิจัยจากมหาวิทยาลัยเยล สหรัฐฯ นำโดย ดร. ซลาตโก มีเนฟ  (Zlatko Minev) มีความคิดแย้งว่า Quantum leap หรือการเปลี่ยนไปอยู่สถานะใดสถานะหนึ่งแบบทันทีทันใดหรือก้าวกระโดด (ตามคำว่า leap) นั้นอาจไม่เป็นแบบนั้นจริง มันน่าจะมีลักษณะที่ค่อยๆเปลี่ยน และหากเรามีหนทางที่จะจับสังเกตได้ว่า “มันกำลังจะเปลี่ยน” เราก็จะหาทางขัดขวางมันได้ แปลว่าเราจะช่วยแมวในกล่องให้รอดตายได้เมื่อเรารู้เหตุการณ์ในกล่องนั้นทันท่วงที

ทีมวิจัยของ ดร. ซลาตโก จึงได้ทำการทดลองเพื่อทดสอบทฤษฎีของเขา โดยยิงรังสีจากคลื่นไมโครเวฟไปยัง “คิวบิต” (qubit มาจากคำว่า quantum bit) ซึ่งเป็นหน่วยเล็กสุดในคอวนตัมคอมพิวเตอร์ที่มี 2 สถานะแบบซูปเปอร์โพสิชันคือ “0” และ “1” ในเวลาเดียวกัน คิวบิตนี้สร้างขึ้นมาจากตัวนำไฟฟ้ายิ่งยวด  การยิงไมโครเวฟเข้าไปก็เพื่อให้อนุภาคดังกล่าวเกิดการเปลี่ยนสถานะไป และทีมงานก็จะใช้ไมโครเวฟอีกลำในการสังเกตการณ์ทางอ้อมเพื่อดูว่าจะสามารถตรวจจับสัญญาณที่บ่งชี้ล่วงหน้าว่า อนุภาคกำลังจะเปลี่ยนสถานะ หรือกำลังจะเกิดควอนตัมลีปขึ้นได้หรือไม่ และผลก็ออกมาว่า ทีมงานสามารถทำได้ โดยสังเกตที่การปล่อยโปรตอน คือหากมันปล่อยโปรตอนออกมา แปลว่ามันกำลังจะเปลี่ยนเข้าสู่สถานะ Ground state หากไม่มีอะไรออกมา แปลว่ามันกำลังจะเปลี่ยนเข้าสู่สถานะ Excited state คือรู้ว่ามันกำลังจะเปลี่ยนจาก 0->1 หรือจาก 1->0 หรือเปลี่ยนจากแมวที่มีชีวิตไปเป็นแมวตายหรือกลับกัน

“นอกจากรู้ว่ามันกำลังจะเปลี่ยนสถานะ เรายังสามารถควบคุมการให้พลังงานกับอนุภาคที่กำลังจะกระโดด จนทำให้มันถอยกลับไปอยู่ในสถานะเดิมได้ ซึ่งเท่ากับว่าเราช่วยชีวิตแมวของชโรดิงเงอร์ที่กำลังเปลี่ยนสถานะไปสู่ความตาย ให้คืนสู่สถานะปลอดภัยและมีชีวิตอยู่ได้” ดร. ซลาตโก อธิบายเพิ่ม

ก็ถือเป็นการค้นพบที่น่าตลึงในวงการฟิสิกส์ แต่ทาง ดร. ซลาตโก ได้กล่าวถึงเรื่องนี้ว่า “มันคงมีประโยชน์แค่ช่วงเวลานี้เฉพาะในวงการควอนตัมคอมพิวเตอร์ เอาไว้ใช้ในการตรวจจับอนุภาคที่กำลังจะเกิดควอนตัมลีป ซึ่งเป็นที่มาของการประมวลผลผิดพลาด แต่สำหรับวงการฟิสิกส์ในระยะยาว การค้นพบนี้คงยังไม่เป็นประโยชน์มากนัก เพราะคล้ายกับการทำนายเหตุภูเขาไฟระเบิด ซึ่งเราอาจจับสัญญาณการสั่นสะเทือนที่ส่งมาล่วงหน้าได้ แต่บอกไม่ได้ว่ามันจะระเบิดขึ้นเมื่อไหร่กันแน่” 

ผลการวิจัยครั้งนี้ตีพิมพ์เผยแพร่ลงในวารสาร Nature

เรียบเรียงโดย @MrVop

เครดิตภาพจาก http://astronimate.com/article/schrodingers-cat-explained/