ฟิสิกส์ราชมงคล

index  60
เสวนา 100 ปี Albert Einstein ณ ศูนย์ประชุมแห่งชาติสิริกิติ์ในวันสัปดาห์หนังสือแห่งชาติ

 
หน้าที่ 1 - ผลงานและจินตนาการ

 

เสวนา 100 ปี Albert Einstein ณ ศูนย์ประชุมแห่งชาติสิริกิตย์ในวันสัปดาห์หนังสือแห่งชาติ 1 เม.ย. 2548

วิทยากร ศ.ดร. สุทัศน์ ยกส้าน และ นักเขียนซีไรต์ คุณ วินทร์ เลียววารินทร์
ผู้ดำเนินรายการ ดร. พิเชษฐ กิจธารา

[ ... บันทึกบทเสวนาต่อไปนี้ถอดจากเทปบันทึกเสียงหลังจากได้เริ่มการเสวนาไปแล้วครู่หนึ่ง ในตอนต้น ศ.ดร. สุทัศน์ ได้กล่าวถึงประวัติของไอน์สไตน์ในตอนเด็กอย่างคร่าวๆและกล่าวถึงผลงาน 3 เรื่องของไอน์สไตน์ที่ได้ตีพิมพ์ในปี 1905 ซึ่งถือว่าเป็นปีทองทางฟิสิกส์ ผลงานทั้ง 3 เรื่องนั้นคือ 1. ว่าด้วยการเคลื่อนที่แบบบราวน์เนี่ยน 2. Photoelectric Effect 3. ทฤษฏีสัมพัทธภาพพิเศษ และนอกจากนี้ยังกล่าวถึงทฤษฏีสัมพัทธภาพทั่วไปและบทบาทของไอน์สไตน์ในฐานะที่เป็นผู้ก่อตั้งทฤษฏีควอนตัมด้วย ... ]

ดร. สุทัศน์
... ประการที่สอง สูตรของฟิสิกส์สำหรับคนที่เคลื่อนที่ด้วยความเร็วสม่ำเสมอกับคนที่อยู่นิ่งใช้สูตรเดียวกัน ไม่มีการทดลองอะไรที่จะแยกความแตกต่างได้จากหลักง่ายๆ สองอย่างคือ E=MC 2 ใช้หลักง่ายๆที่เรียกว่าหลักของ invariance หลักของการไม่แปรเปลี่ยน สามอย่างนี้และสิ่งนี้นี่คือผลงานอันยิ่งใหญ่แล้วก็ยิ่งใหญ่ เพราะว่าเป็นการวางรากฐานให้คนรุ่นหลังสร้างทฤษฎีควอนตัมขึ้นมา สร้าง Statistical Mechanics ขึ้นมา สร้างทฤษฎีสัมพัทธภาพขึ้นมา เอาพลังงานปรมณูมาใช้อธิบายสิ่งต่างๆในจักรวาล

ดร. พิเชษฐ
นั่นก็คืออย่างคร่าวๆคือผลงานของไอน์สไตน์ก็เหมือนกับเป็นการวางรากฐานทฤษฎีควอนตัมและทฤษฎีสัมพัทธภาพ ซึ่งเป็นสองทฤษฎีที่เป็นหลักที่นักฟิสิกส์ในปัจจุบันใช้กันอยู่ ถ้าลองพิจารณาทฤษฎีควอนตัม ถ้าเราไม่มีทฤษฎีควอนตัม เราคงไม่มีคอมพิวเตอร์ใช้ เราคงยุ่งยากสักหน่อยในการนำ Microphone มาใช้ในปัจจุบัน ถ้าจะพูดถึงวิทยาศาสตร์แฟนตาซี สมมติว่ามีโลกใบหนึ่งที่ไม่มีไอน์สไตน์มาเกิด ถ้าเป็นอย่างนั้นเราก็จะไม่มีทฤษฎีควอนตัม หรือทฤษฎีสัมพัทธภาพ โลกใบนั้นจะเป็นอย่างไรครับคุณวินทร์

วินทร์
ผมฟังอาจารย์สุทัศน์กล่าวมาพอสมควร น่าจะพูดต่ออีก ผมอาจจะเป็นคนวงนอกวงการวิทยาศาสตร์ แต่ก็มีมองจากในมุมมองของนักเขียนซึ่งเขียนเรื่องนิยายวิทยาศาสตร์ด้วย ผมคิดว่าจินตนาการของมนุษย์ไม่มีที่สิ้นสุดไม่ว่าจะมีหรือไม่มีไอน์สไตน์ก็ตาม วันหนึ่งเราก็ต้องไปถึงจุดนั้น อาจจะมีนาย ก . นาย ข . หรือนายซักคนในเมืองไทยอาจเป็นได้ มันต้องเป็นไปได้ เพราะว่ามนุษย์เราพัฒนาไปตลอดเวลา ความคิดมันลอยอยู่ในอากาศ มันต้องมีซักคนที่จับเอามาได้ แต่ว่าก็รู้สึกดีใจที่ไอน์สไตน์คิดขึ้นมาได้ในศตวรรษที่แล้วซึ่งก็ทำให้ช่วยย่นระยะเวลาของการพัฒนาได้หลายๆอย่าง ทั้งในเรื่องของการเขียนนิยายวิทยาศาสตร์ซึ่งผมคิดว่า นิยายวิทยาศาสตร์ในช่วงประมาณ 100 ปีที่ผ่านมา คงจะไม่น่าสนใจหากว่าไม่มีทฤษฎีสัมพัทธภาพหรือการเดินทางย้อนเวลา เพราะว่ามันแตกไปมากจนกระทั่งที่เราได้นิยายวิทยาศาสตร์หรือว่าได้หนังวิทยาศาสตร์ดีๆหลายเรื่องส่วนหนึ่งก็มาจากการคิดทฤษฎีเหล่านี้ขึ้น
ยกตัวอย่างทฤษฎีที่เราใช้กันอยู่ในปัจจุบันเช่นการเดินทางย้อนเวลาต่างๆ ส่วนนึงมาจากทฤษฎีของไอน์สไตน์ทำให้เรื่องที่เขียนสนุกแล้วก็แตกต่างกันออกไปเรื่อยๆ มีหลายอย่างมากคือ ตั้งแต่สมัยเด็กที่ผมอ่านนิยายวิทยาศาสตร์ มีหลายเรื่องเช่น ที่เข้ากันเลยก็มีเรื่องของฝาแฝด ผู้ชายที่เดินทางเป็นนักบินอวกาศไปในต่างดาวเสร็จแล้วก็ไปสร้างพระอาทิตย์เทียมขึ้นมา หลังจากนั้นต้องใช้พลังงานของยานอวกาศในการสร้างพระอาทิตย์เทียม พูดง่ายๆ คือใช้เชื้อเพลิงเกือบจะหมด การกลับมาก็จะเดินทางกลับมาช้ากว่าเดิม ก็คือผ่านไปอีก 300 ปีกว่าจะถึงบนโลก พอมาถึงบนโลกก็จะพบว่าคนรุ่นเดียวกันก็ตายหมดแล้วเพราะเวลาเดินทางมาด้วยทฤษฎีสัมพัทธภาพมันก็เป็นการเปิดหูเปิดตาดีเหมือนกัน

มีอีกหลายเรื่อง เช่นของ โรเบิร์ต เอ ไฮไลท์ ซึ่งเป็นนักเขียน 1 ใน 3 นักเขียนผู้ยิ่งใหญ่ของโลก มี ไฮไลท์ , ไอแซค อาสิมอฟ และ อาร์เธอร์ ซี คาล์ก ไฮไลท์ ซึ่งเขียนเรื่องแนวนี้มากพอสมควร เรื่องที่มีชื่อเสียงมากเขียนขึ้นเมื่อสมัยก่อนสงครามโลกครั้งที่สองด้วยซ้ำไป ก็คือช่วงหลังไอน์สไตน์อาจจะไม่นานเท่าไหร่ ซึ่งก็น่าจะได้รับอิทธิพลมาจากแนวคิดในเรื่องนี้ด้วยเหมือนกัน Bihis Bootstrub การที่ผู้ชายนักศึกษาคนนึงนั่งทำงานเขียน Thesis อยู่ที่ห้องพักของตัวเองเสร็จแล้วก็พบว่าข้างหลังเค้ามีผู้ชายอีกคนนึงเดินออกมาแล้วผู้ชายคนนั้นก็บอกให้เค้าเดินทางออกไป แล้วเค้าก็เดินทางพลัดไปสู่อีกระยะเวลาหนึ่ง แล้วหลังจากนั้นก็จะพบตัวตนของตัวเค้าเอง สี่หรือ ห้า ตัวตนในระยะเวลาที่ต่างกันออกไป สิ่งเหล่านี้ก็คือแนวคิดที่สนุกมาก มันคิดไม่ได้ถ้าหากไม่มีแนวคิดอย่างที่ไอน์สไตน์วางพื้นฐานมาว่าเรื่องเหล่านี้เป็นไปได้ ถ้าอยู่ดีๆไม่มีแนวคิดทางวิทยาศาสตร์เกิดขึ้นมา แล้วจะจินตนาการในลักษณะเช่นนี้ค่อนข้างจะยาก คือจะคิดได้ยังไงถ้าไม่มีคนคิดทฤษฎีแปลกๆ เพราะฉะนั้นผมเห็นว่าทุกครั้งที่มีใครคิดทฤษฎีวิทยาศาสตร์ที่มันฉีกแนวหรือว่าอาจจะเกินไปในวงการวิทยาศาสตร์ ในวงการนักเขียนวิทยาศาสตร์จะชอบมาก เป็นการเปิดโลกทัศน์ใหม่ และมันเป็นการสานต่อความคิด และหลายๆความคิดที่สานต่อมา จนกลายเป็นความจริงได้ ในอนาคตด้วยซ้ำไป ถึงเห็นว่าการคิดทฤษฎีต่างๆ ถึงแม้ว่าจะแปลกออกไป แต่ว่าเป็นความจำเป็นอย่างยิ่ง เหมือนกับที่ไอน์สไตน์พยายามเน้นตลอดชีวิตว่า จินตนาการเป็นสิ่งที่สำคัญที่สุด สำคัญกว่าความรู้สำคัญกว่าทุกๆอย่าง แล้วก็ไม่มีอะไรที่ทำให้มนุษย์เราก้าวไปข้างหน้า หากไม่มีแฟนตาซี หรือไม่มีจินตนาการ ผมคิดว่าในส่วนนี้ จะช่วยในการปลูกฝัง ผมคิดว่าโลกทุกวันนี้อยู่ได้ด้วยความฝัน คือมีคนที่กล้าคิดกล้าฝัน นักวิทยาศาสตร์ก็ต้องฝันเหมือนกัน อย่างไอน์สไตน์ซึ่งเป็นนักทฤษฎีต่างๆ ถ้าพูดไปแล้ววิธีการคิดหรือวิธีการทำงานของไอน์สไตน์ผมคิดว่าไม่ต่างจากนักเขียนวิทยาศาสตร์เท่าไหร่ นักเขียนวิทยาศาสตร์อาจจะมีข้อจำกัดทางความจริงหรือทางวิทยาศาสตร์น้อยกว่านักทฤษฎีต่างๆ ซึ่งต้องคิดทฤษฎีที่ต้องผ่านการพิสูจน์ออกมา แต่กระบวนการคิดผมคิดว่าคล้ายคลึงกันคือเป็นการสร้างคอนเซ็ปต์บางอย่างขึ้นมา ไม่ว่าจะเป็นคอนเซ็ปต์ที่ base on ของเก่าหรือ คอนเซ็ปต์ที่คิดขึ้นมาใหม่ก็ตาม สิ่งเหล่านี้ก็คล้ายกับเป็นการสร้างความฝันขึ้นมาบางอย่างแล้วหาทางที่จะพิสูจน์มันขึ้นมาให้เป็นความจริง ซึ่งอันนี้ผมว่าไม่ว่าจะทำงานในลักษณะของนักวิทยาศาสตร์หรือนักฝันมันก็เหมือนกัน สิ่งนี้คืดจุดหนึ่งที่ผมคิดว่าไอน์สไตน์ได้สอนชาวโลกไว้มาก ในเรื่องของการใช้ความฝัน

 

 

ลุดวิก โบลซ์มานน์ (Ludwig Boltzmann)

ลุดวิก โบลซ์มานน์ เกิดในครอบครัวชนชั้นกลางที่ฐานะทางการเงินอยู่ในเกณฑ์ดีที่นครเวียนนา ประเทศออสเตรีย(ขณะนั้นเป็น ออสเตรีย-ฮังการี)เมื่อวันที่ 20 กุมภาพันธ์ 1844 และสำเร็จการศึกษาระดับสูงสุดจากมหาวิทยาลัยเวียนนา เมื่อ คศ. 1866 จากวิทยานิพนธ์เรื่องทฤษฎีจลน์ของก๊าซ โดยมี โจเซฟ สตีฟานเป็นอาจารย์ที่ปรึกษา หลังจากนั้น ก็เริ่มทำงานและโยกย้ายไปหลายแห่ง เช่นที่ กราซ ไฮเดลเบิร์ก และ เบอร์ลิน โบลซ์มานน์เคยพูดแบบติดตลกว่าเหตุผลที่เขาต้องโยกย้ายไปมาหลายแห่งนี้เป็นเพราะเวลาตกฟากของเขาอยู่ในช่วงที่งานมาร์ดิกราส์กำลังเลิกราพอดี อันที่จริง คำพูดนี้อาจไม่ได้มุ่งหมายให้ขำขันนัก สำหรับโบลซ์มานน์ เพราะตลอดชีวิตของเขาดูเหมือนว่าธรรมชาติและชตาชีวิตจะโยนเขากลับไปกลับมาระหว่างความสุขและความเศร้าสลับกันอย่างสุดโต่งเสมอ

 คศ. 1894 โบลซ์มานน์กลับไปทำงานที่เวียนนา โดยนั่งเก้าอี้ฟิสิกส์ทฤษฎี แทนโจเซฟ สตีฟานซึ่งเสียชีวิตลง อย่างไรก็ตามปีต่อจากนั้น เออร์น มัค ผู้ซึ่งขัดแย้งกับโบลซ์มานน์ทั้งด้านวิชาการและเรื่องส่วนตัวได้รับตำแหน่งทำงานในสายประวัติศาสตร์และปรัชญาวิทยาศาสตร์ที่มหาวิทยาลัยเวียนนาเช่นกัน โบลซ์มานน์จึงต้องชีพจรลงเท้าอีกครั้งหนึ่งในปี คศ. 1900 โดยคราวนี้ ไปไกลถึงลิปซิก ที่นี่ โบลซ์มานน์ได้เพื่อนร่วมงานชื่อ วิลเฮล์ม ออสท์วาลด์ ซึ่งแม้จะขัดแย้งกันด้านวิชาการ แต่ก็เป็นเพื่อนที่ดีต่อกัน แม้กระนั้น ความหดหู่จากการไม่ลงรอยทางวิชาการนี้ก็ทำให้โบลซ์มานน์พยายามฆ่าตัวตายขณะใช้ชีวิตอยู่ที่ลิปซิก เดชะบุญที่การกระทำนั้นไม่สำเร็จ มิฉนั้น โลกฟิสิกส์อาจยังไปไม่ถึงความรู้ใหม่ๆที่มีรากฐานจากงานของโบลซ์มานน์ก็เป็นได้

 ปี คศ. 1902 มัคลาออกจากมหาวิทยาลัยเวียนนา เนื่องจากสุขภาพทรุดโทรม และโบลซ์มานน์ก็กลับคืนสู๋เวียนนาอีกครั้ง  คราวนี้ นอกจากงานสอนกระบวนวิชาฟิสิกส์คณิตศาสตร์แล้ว โบลซ์มานน์ยังต้องรับผิดชอบกระบวนวิชาปรัชญาวิทยาศาสตร์ของมัคอีกด้วย ยิ่งนานวัน กระบวนวิชานี้ยิ่งได้รับความนิยม เพิ่มขึ้น จนแม้ที่นั่งในหอประชุมใหญ่ของมหาวิทยาลัยก็ยังไม่เพียงพอที่จะบรรจุผู้ฟังผู้กระหายใคร่ฟังการบรรยายของโบลซ์มานน์ และจากคำบอกเล่าที่กระจายชื่อของโบลซ์มานน์ไปทั่วในสัง คม ชั้นสูงของยุโรปในขณะนั้นเองที่ทำให้โบลซ์มานน์ได้รับเชิญไปเป็นแขกของพระราชวังของพระจักรพรรดิ แห่งออสเตรีย ฟรานซ์ โจเซฟ

โลกฟิสิกส์รู้จักโบลซ์มานน์ในฐานะผู้วางรากฐานความรู้ด้านกลศาสตร์สถิติ งานซึ่งเขาทำพร้อมๆแสดงการหาหารกรกับงานของกิ๊บบส์ โดยเป็นอิสระจากกัน ทฤษฎีของโบลซ์มานน์แสดงความสัมพันธ์ระหว่างสมบัติและพฤติกรรมของอะตอมและโมเลกุลโดยเฉลี่ยกับสมบัติและพฤติกรรมของระบบในมาตราใหญ่ซึ่งอะตอมและโมเลกุลเหล่านี้เป็นองค์ประกอบย่อย  ใน คศ. 1871 โบลซ์มานน์แสดงการหาการกระจายแมกซ์เวลล์-โบลซ์มานน์ เพื่อคำนวณโอกาสของสมบัติของระบบได้ สำเร็จ สิ่งที่โบลซ์มานน์ทำคือการพยายามนิยามแนวคิดเรื่องเอนโทรปีทางอุณหพลศาสตร์ในเทอมของแนวคิดกลศาสตร์และความน่าจะเป็น

 โบลซ์มานน์ เป็นผู้บุกเบิกฟิสิกส์ยุคใหม่คนแรก ในการตีความเชิงสถิติของกฏข้อที่สองของอุณหพลศาสตร์   เขานำเสนอทฤษฎีโอกาสในกฏพื้นฐานของฟิสิกส์ ซึ่งเป็นการแยกตัวจากความคิดแบบคลาสสิคัลที่ว่ากฏพื้นฐานต้องสามารถบอกทุกอย่างได้อย่างแน่นอน แม้แต่ แมกซ์ แพลงค์ เองก็ยังไม่ยอมรับแนวคิดเชิงสถิติของโบลซ์มานน์ จนกระทั่งปี คศ. 1900 อาจกล่าวได้ว่า งานชิ้นบุกเบิกของโบลซ์มานน์ เป็นประตูแรกที่เปิดไปสู่การตีความแบบความน่าจะเป็นของกลศาสตร์ควอนตัม อันที่จริงแล้ว . ในบทความวิจัยที่ตีพิมพ์เมื่อปี คศ. 1897 โบลซ์มานน์ เป็นคนแรกที่แนะนำแพลงค์ ให้ใช้วิธีการเชิงสถิติในการอธิบายกลไกของการแผ่รังสีวัตถุดำ

 งานบุกเบิกสู่กลศาสตร์ควอนตัมชิ้นที่สองของโบลซ์มานน์ คือการนำเรื่องระดับพลังงานที่เป็นได้เฉพาะค่าเข้ามาอธิบายเรื่องทางอุณหพลศาสตร์ โบลซ์มานน์ ใช้แนวคิดนี้ในบทความวิจัยเรื่อง “The H-Theorem” เมื่อปี คศ. 1872   H-theoremนี้ แท้ที่จริงก็คือภาคกลศาสตร์ของกฏข้อที่สองของเทอร์โมไดนามิกส์นั่นเอง (อย่างไรก็ตามจนถึงปัจจุบัน แนวคิดเรื่องการย้อนกลับไม่ได้ก็ยังเป็นปริศนาคาใจทั้งนักฟิสิกส์และนักปรัชญาวิทยาศาสตร์อยู่) นักฟิสิกส์หลายคนตั้งคำถามว่า โบลซ์มานน์คิดว่าวิธีการที่เขานำเสนอในเรื่องนี้เป็นเพียงเครื่องมือทางคณิตศาสตร์ หรือมีนัยยะสำคัญทางฟิสิกส์ด้วย  ในแง่นี้ วิลเฮล์ม ออสท์วาลด์  เล่าว่าที่ Halle Conferenceในปี คศ. 1891 เมื่อเขาและแพลงค์ พยายามอธิบายให้โบลซ์มานน์ เห็นคล้อยตามถึงความเหนือกว่าของวิธีการทางอุณหพลศาสตร์เมื่อเทียบกับทฤษฏีแยกส่วนแบบอะตอม โบลซ์มานน์โต้ตอบทันทีว่า “ผมมองไม่เห็นเหตุผลว่าในเชิงอะตอมทำไมพลังงานจึงจะแยกเป็นระดับชั้นไม่ได้”

นอกจากนี้ยังมีงานของโบลซ์มานน์ ที่ไม่ค่อยได้รับการกล่าวถึงอีกส่วนหนึ่งซึ่งน่าจะทำให้  โบลซ์มานน์ เหมาะที่จะได้รับการยกย่องเป็น ผู้บุกเบิกฟิสิกส์ยุคใหม่ อีกชิ้นหนึ่ง กล่าวคือในการบรรยายรื่องปรัชญาธรรมชาติแก่นักศึกษาที่เข้าฟังการบรรยายที่มหาวิทยาลัยเวียนนา ออสเตรีย  เมื่อปี คศ. 1903  โบลซ์มานน์ ได้กล่าวถึงการคิดเรื่องปริภูมิและเวลาในลักษณะเท่าเทียมกัน ดังเช่นในทฤษฎีสัมพัทธภาพพิเศษ นอกจากนี้ โบลซ์มานน์ และผู้ร่วมงานคือ ฟริทซ์ ฮาเซนเนอล  ยังได้สอนเรขาตณิตแบบ noneuclidean ทำให้นักศึกษาพร้อมที่จะเริ่มงานเมื่อ ไอสไตน์ประกาศทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไปของเขาในปี 1905 หรืออีกสองปีต่อมาอีกด้วย

 แนวคิดของโบลซ์มานน์ เรื่องระดับขั้นที่ไม่ต่อเนื่องของพลังงาน ได้รับการวิพากษ์วิจารณ์และต่อต้านอย่างรุนแรงจากนักฟิสิกส์รุ่นเก่า ผู้เข้าใจความหมายและนัยยะของการค้นพบครั้งสำคัญนี้ผิดไป เนื่องจากความไม่คุ้นเคยกับธรรมชาติเชิงสถิติ การโจมตีแบบหัวชนฝาจากนักวิทยาศาสตร์ที่มีชื่อเสียงหลายคนทำให้โบลซ์มานน์ รู้สึกว่า งานที่เขาทุ่มเทมาเกือบทั้งชีวิตกำลังจะล่มสลายไม่ว่าเขาจะพยายามต่อสู้เพียงใดก็ตาม เขาตกอยู่ในสภาวะจิตใจหดหู่ สุขภาพเสื่อมโทรมลงอย่างมาก ต่อเนื่องเป็นเวลานาน  วันที่ 5 กันยายน 1906 โบลซ์มานน์ ฆ่าตัวตายด้วยการแขวนคอขณะพักผ่อนที่หาด Duino ใกล้เมือง Trieste**  สามเดือนก่อนที่โลกจะรับรู้ถึงผลการทดลองที่เป็นหลักฐานขิ้นสำคัญสนับสนุนและพิสูจน์ว่าแนวคิดเชิงสถิติของ Boltzmann นั้นคือการค้นพบที่ยิ่งใหญ่ในช่วงรอยต่อระหว่าฟิสิกส์คลาสสิคัล และฟิสิกส์ควอนตัมอย่างแท้จริง

** ไม่เคยมีใครรู้สาเหตุแท้จริงของการฆ่าตัวตายของ Boltzmann ซึ่งอาจเป็นผลจากอาการป่วยทางจิต (mental disease) ทำให้เกิดสภาพหดหู่ขั้นร้ายแรงเองโดยไม่เกี่ยวกับงานก็ได้

เอกสารอ้างอิง:

1.http://arxiv.org/abs/physics/9710007

2. http://www.ub.uni-heidelberg.de/helios/fachinfo/www/math/zitat/boltzmann-biblio.htm

3. http://www.bun.kyoto-u.ac.jp/phisci/ Gallery/boltzmann_note.html

4. http://www.nationmaster.com/encyclopedia/Ludwig -Boltzmann

5.  www.akupunktur.at/lb-inst/flbiinfo.htm

จาก   Dept. of Physics Fac. of Science Chiang Mai University 



ภาพการประชุม Solvay Congress ในปี พ.ศ. 2470 ที่มีนักฟิสิกส์ชั้นเยี่ยมของโลกเข้าประชุม

ฟิสิกส์ตามแบบฉบับของนิวตันตั้งอยู่บนหลักการที่ว่า ถ้าเรารู้แรงที่กระทำต่ออนุภาค อีกทั้งรู้ตำแหน่งและความเร็วของอนุภาคแล้ว เราสามารถใช้กฎการเคลื่อนที่ของนิวตันคำนวณได้เสมอว่า ในอนาคตอนุภาคตัวนั้นจะอยู่ที่ใด และมีความเร็วเท่าใด และถ้าเราต้องการรู้อดีตของอนุภาคนั้น เราก็สามารถรู้ได้เช่นกันว่า มันเคยอยู่ที่ใด และมีความเร็วเท่าใด โดยไม่ยากลำบากเลย และนั่นก็หมายความว่า การรู้ข้อมูลของเหตุการณ์ปัจจุบัน ทำให้เราสามารถทำนายอนาคต และระลึกอดีตได้หมด

นอกจากนี้ ฟิสิกส์ยุคเก่าก็ยังยึดมุมมองเกี่ยวกับธรรมชาติอีกว่า ในการลงมือศึกษาคุณสมบัติของสิ่งใดก็ตาม การวัดหรือการสังเกตสิ่งนั้น จะไม่ทำให้คุณสมบัติของสิ่งนั้นเปลี่ยนแปลง และสิ่งต่างๆ มีคุณสมบัติทุกรูปแบบอยู่แล้ว ก่อนที่ผู้สังเกตจะลงมือวัดคุณสมบัติต่างๆ เสมอ

ครั้นเมื่อถึงยุคของไอน์สไตน์ การปักใจเชื่อในความสามารถ และปรัชญาของฟิสิกส์ก็ยังคงมีอยู่ แต่เมื่อไอน์สไตน์แถลงว่า ความเร็วแสงมีค่าจำกัดที่ไม่เปลี่ยนแปลง ไม่ว่าผู้สังเกตจะเคลื่อนที่อย่างไร นักฟิสิกส์ก็ต้องปรับความนึกคิดเรื่องความหมายของคำว่า อดีต อนาคต และความพร้อมกันใหม่ เพราะคำเหล่านี้ขึ้นกับความเร็วของผู้สังเกต จะอย่างไรก็ตาม นักฟิสิกส์ทุกคนในสมัยเมื่อ 80 ปีก่อนนี้ เชื่อว่า ทฤษฎีนิวตัน และทฤษฎีไอน์สไตน์สามารถทำนายอนาคต และล่วงรู้อดีตได้อย่างแม่นยำ

แต่เมื่อโลกรู้จักทฤษฎีควอนตัมที่ใช้อธิบายปรากฏการณ์ต่างๆ ของอะตอม นักฟิสิกส์ก็ประจักษ์ว่า ทฤษฎีควอนตัมแตกต่างจากทฤษฎีฟิสิกส์อื่นๆ มาก ไม่ว่าจะเป็นด้านหลักการ แนวคิด หรือเทคนิคคำนวณคือมากเสียจนทำให้ไอน์สไตน์ไม่ไว้ใจว่า วิชากลศาสตร์ควอนตัมเป็นทฤษฎีที่สามารถอธิบายธรรมชาติที่แท้จริงของอะตอมได้ เพราะทฤษฎีนี้ใช้สถิติหรือโอกาสความเป็นไปได้ในการอธิบายธรรมชาติ

ไม่เพียงแต่ไอน์สไตน์เท่านั้น ที่ไม่ยอมรับทฤษฎีควอนตัม นักฟิสิกส์ผู้ยิ่งใหญ่คนอื่นๆ เช่น Antoon Lorentz และ Max Planck ต่างก็ยืนยันว่า กลศาสตร์ควอนตัมของ Werner Heisenberg และ Erwin Schroedinger เป็นวิทยาการที่ไม่สมบูรณ์

ทั้งนี้ เพราะในโลกของกลศาสตร์ควอนตัม เวลานักฟิสิกส์ต้องการจะรู้คุณสมบัติหนึ่งของอนุภาคโดยการวัด ความพยายามนั้น จะกระทบกระเทือนคุณสมบัติอื่นอย่างหลีกเลี่ยงไม่ได้เสมอ เช่น ถ้าเราต้องการจะรู้ตำแหน่งของอนุภาคอย่างแม่นยำที่สุด เราต้องทำให้มันหยุดนิ่ง นั่นคือเรารบกวนความเร็วของมัน เพื่อว่าเราจะรู้ตำแหน่งได้ดีที่สุด นี่คือหลักความไม่แน่นอนของ Heisenberg ที่นักฟิสิกส์ต้องเผชิญเวลาศึกษาอะตอม และในวิชาฟิสิกส์ยุคเก่าเราไม่มีข้อจำกัดเช่นนี้เลย

ความแตกต่างที่สำคัญอีกประการหนึ่ง ระหว่างกลศาสตร์ควอนตัมกับกลศาสตร์นิวตัน และกลศาสตร์ไอน์สไตน์คือ ในกลศาสตร์ควอนตัมนั้น ถึงแม้เราจะรู้ข้อมูลของตำแหน่งความเร็ว และแรงที่กระทำต่ออนุภาค ณ เวลาปัจจุบัน แต่เราก็ไม่สามารถจะรู้อนาคตของอนุภาคตัวนั้นได้อย่างแม่นยำ 100% ในอนาคต ทั้งนี้ เพราะอนุภาคสามารถปรากฏตัวในทุกสถานที่ได้ในเวลาเดียวกัน และสถานที่เหล่านั้น มีโอกาสหรือความเป็นไปได้ที่จะพบในค่าต่างๆ กัน

ดังนั้น ถ้าเราจะกล่าวโดยย่อในวิชากลศาสตร์นิวตันกับกลศาสตร์ไอน์สไตน์ ถ้ารู้สาเหตุแม่นยำ เราก็จะรู้ผลได้อย่างแม่นยำ แต่ในวิชากลศาสตร์ควอนตัม ถึงแม้จะรู้สาเหตุอย่างแม่นยำ เราก็ไม่สามารถจะคำนวณผลได้อย่างแม่นยำ ทั้งนี้ เพราะผลที่ได้มีโอกาสเกิดได้ต่างๆ นานา ยกตัวอย่างเช่น ในกลศาสตร์ยุคเก่า 8+10 ต้องเท่ากับ 18 แต่ในกลศาสตร์ควอนตัม 8+10 อาจเป็น 6, 13, 90, 10,000 ฯลฯ ก็ได้ แต่ค่าที่เป็นไปได้มากที่สุดคือ 18

ตัวอย่างที่ยกมานี้ ได้ทำให้ไอน์สไตน์รู้สึกอึดอัดใจมาก เพราะไอน์สไตน์เชื่อว่าฟิสิกส์เป็นวิชาที่ควรสามารถทำนายเหตุการณ์ต่างๆ ว่าเกิด (โอกาส=100%) หรือไม่เกิด (โอกาส=0%) อย่างหนึ่งอย่างใด ไม่ใช่เกิดก็ได้บ้าง ไม่เกิดก็ได้บ้าง เช่นที่กลศาสตร์ควอนตัมคิด เพราะถ้านักฟิสิกส์รู้แต่โอกาสนั่นแสดงว่า นักฟิสิกส์ควอนตัมยังไม่รู้ธรรมชาติที่แท้จริงของอะตอม

แต่เมื่อวิชากลศาสตร์ควอนตัมประสบความสำเร็จสูง ทุกครั้งที่ใช้อธิบายและทำนายคุณสมบัติของอะตอม ไอน์สไตน์จึงได้ปรับการวิพากษ์วิจารณ์วิทยาการนี้ใหม่ โดยแทนที่จะติติงว่า กลศาสตร์ควอนตัวเหลวไหล เขาได้พยายามชี้ให้เห็นว่า กลศาสตร์ควอนตัมยังไม่สมบูรณ์ เพราะไม่ได้ทำให้มนุษย์รู้คุณสมบัติที่แท้จริงของอนุภาคแต่ละตัวในระบบ ซึ่งข้อโต้แย้งนี้ Max Born ได้ชี้แจงให้ไอน์สไตน์เข้าใจความหมายที่แท้จริงว่า วิชานี้สามารถบอกโอกาสที่อนุภาคจะมีคุณสมบัติต่างๆ หาได้บอกคุณสมบัติเฉลี่ยของกลุ่มอนุภาคดังที่ไอน์สไตน์คิดไม่

ความขัดแย้งอีกเรื่องหนึ่งที่ทำให้ไอน์สไตน์รู้สึกอึดอัดมากคือ ไอน์สไตน์เชื่อว่า ทุกสิ่งทุกอย่างมีคุณสมบัติต่างๆ อยู่พร้อม ก่อนที่นักฟิสิกส์จะลงมือศึกษา แต่ในวิชากลศาสตร์ควอนตัม นักฟิสิกส์ไม่สามารถจะบอกได้ว่าสิ่งนั้นมีหรือไม่มี หรือมีค่ามากน้อยเพียงใด จนกว่าเขาจะได้ทดลองวัด เช่น เขาไม่สามารถจะบอกได้ว่า อิเล็กตรอนเป็นคลื่นหรือเป็นอนุภาคจนกว่าเขาจะให้มันผ่านช่องแคบเล็กๆ มันก็จะเป็นคลื่น แต่ถ้าให้มันกระทบโลหะ มันก็จะเป็นอนุภาค ความอึดอัดใจทำนองนี้ ได้ทำให้ไอน์สไตน์เคยถาม Wolfgang Pauli ว่า "ถ้าเราไม่เงยหน้าดูดวงจันทร์ ดวงจันทร์ก็ไม่มี ใช่ไหม" ซึ่งนักกลศาสตร์ควอนตัมก็จะตอบว่า "ไม่มี" จนกระทั่งเงยดู

ในปี พ.ศ. 2478 Einstein กับ Nathan Rosen และ Boies Podolsky ได้ตีพิมพ์งานวิจัยชิ้นหนึ่งที่โลกรู้จักในนามว่า EPR Paradox ซึ่งแสดงให้เห็นความ "เหลวไหล" ของกลศาสตร์ควอนตัมที่อนุญาตให้อนุภาคสองตัวที่อยู่ห่างกันสามารถติดต่อกันได้ โดยใช้สัญญาณที่มีความเร็วสูงกว่าแล้ว

ตามปกติ เราทุกคนย่อมรู้ดีว่า เวลาอนุภาค 2 ตัวอยู่ห่างกันมาก มันจะเป็นอิสระจากกัน เช่น สมมติเราและเพื่อนกำลังยืนคนละข้างของสนามฟุตบอล และต้องการส่งสัญญาณเสียงหรือแสงเพื่อส่งข่าว หากเราไม่ส่งสัญญาณถึงกัน เราและเพื่อนก็จะอยู่ในสภาพต่างคนต่างอยู่ คือไม่มีใครมีอิทธิพลเหนือใคร

แต่ในกลศาสตร์ควอนตัม ถึงแม้เราและเพื่อนจะเดินแยกจากกันไกลคนละขอบฟ้า แต่เรากับเพื่อนก็มีความพัวพันเชิงควอนตัม (quantum entanglement) ตลอดเวลา ทำให้สองเรามีสภาพเป็นหนึ่งเรา ที่ไม่ว่าอะไรจะเกิดขึ้นกับเพื่อนเรา เราก็จะรู้สึกทันที และในทำนองตรงกันข้าม ไม่ว่าอะไรจะเกิดขึ้นกับเรา เพื่อนเราก็จะรู้สึกทันทีเช่นกัน จนเสมือนว่า สัญญาณที่ส่งถึงกันและกันนั้น มีความเร็วสูงกว่าแสง

ซึ่งเหตุการณ์เช่นนี้ ณ วันนี้ได้รับการพิสูจน์โดยการทดลองแล้วว่า มีจริง แต่การพิสูจน์ได้เกิดขึ้นหลังจากที่ไอน์สไตน์เสียชีวิตไปแล้ว 25 ปี

การมีเหตุการณ์ประหลาดๆ ในวิชาควอนตัม ดังที่กล่าวมานี้ได้ทำให้ไอน์สไตน์ไม่ยอมรับวิชาควอนตัม ตราบจนวาระสุดท้ายของชีวิต แต่ถึงจะทำใจไม่ได้ ไอน์สไตน์ก็รู้ดีว่า วิชานี้มีความสำคัญมาก ดังนั้น ไอน์สไตน์จึงได้เสนอให้ W. Heisenberg และ E.Schroedinger เป็นผู้สมควรรับรางวัลโนเบลสาขาฟิสิกส์ ซึ่งบุคคลทั้งสองก็ได้รับรางวัลอันทรงเกียรติในปี พ.ศ. 2475 และ พ.ศ. 2476 ตามลำดับ และถ้าไอน์สไตน์ยังมีชีวิตอยู่จนถึงวันนี้ เขาก็ต้องทำใจต่อไปอีกว่า ในทฤษฎีของสรรพสิ่งที่มีการรวมทฤษฎีควอนตัมกับทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไปนั้น ทฤษฎีสัมพัทธภาพของไอน์สไตน์จะต้องถูกปรับเปลี่ยนโดยทฤษฎีควอนตัมที่เขาต่อต้านตลอดมาครับ

สุทัศน์ ยกส้าน ภาคีสมาชิก ราชบัณฑิตยสถาน
คัดลอกจาก
www.manager.co.th


 

 

  หนังสืออิเล็กทรอนิกส์ 

ฟิสิกส์ 1(ภาคกลศาสตร์) 

 ฟิสิกส์ 1 (ความร้อน)

ฟิสิกส์ 2  กลศาสตร์เวกเตอร์
โลหะวิทยาฟิสิกส์ เอกสารคำสอนฟิสิกส์ 1
ฟิสิกส์  2 (บรรยาย) แก้ปัญหาฟิสิกส์ด้วยภาษา c  
ฟิสิกส์พิศวง สอนฟิสิกส์ผ่านทางอินเตอร์เน็ต
ทดสอบออนไลน์ วีดีโอการเรียนการสอน
หน้าแรกในอดีต  

   การทดลองเสมือน 

บทความพิเศษ  ตารางธาตุ(ไทย1)   2  (Eng)
พจนานุกรมฟิสิกส์ 

 ลับสมองกับปัญหาฟิสิกส์

ธรรมชาติมหัศจรรย์ 

 สูตรพื้นฐานฟิสิกส์

การทดลองมหัศจรรย์  ดาราศาสตร์ราชมงคล

  แบบฝึกหัดกลาง 

แบบฝึกหัดโลหะวิทยา  

 แบบทดสอบ

ความรู้รอบตัวทั่วไป 

 อะไรเอ่ย ?

ทดสอบ(เกมเศรษฐี) 

คดีปริศนา

ข้อสอบเอนทรานซ์ เฉลยกลศาสตร์เวกเตอร์
คำศัพท์ประจำสัปดาห์  

  ความรู้รอบตัว

การประดิษฐ์แของโลก ผู้ได้รับโนเบลสาขาฟิสิกส์
นักวิทยาศาสตร์เทศ นักวิทยาศาสตร์ไทย
ดาราศาสตร์พิศวง  การทำงานของอุปกรณ์ทางฟิสิกส์
การทำงานของอุปกรณ์ต่างๆ  

กลับเข้าหน้าแรก

กลับหน้าแรกโฮมเพจฟิสิกส์ราชมงคล

ครั้งที่

เซ็นสมุดเยี่ยม

ภาพประจำสัปดาห์