การพัวพันเชิงควอนตัม

การพัวพันเชิงควอนตัม () เป็นปรากฏการณ์ที่เกิดขึ้นเมื่อคู่หรือกลุ่มของอนุภาคถูกสร้าง ทำอันตรกิริยา หรือ ใช้พื้นที่ใกล้เคียงร่วมกันทำให้สถานะเชิงควอนตัมของอนุภาคแต่ละตัวไม่สามารถตรวจวัดหรืออธิบายได้โดยไม่เกี่ยวข้องกับสถานะควอนตัมของอนุภาคตัวอื่นถึงแม้ว่าอนุภาคเหล่านั้นจะมีระยะห่างที่มากก็ตาม

การวัดคุณสมบัติ เช่น ตำแหน่ง โมเมนตัม สปิน และขั้ว (polarization) จะถูกทำบนกลุ่มอนุภาคพัวพัน (entangled particles) ซึ่งจะถูกพบโดยคาดคะเนว่ามีความเกี่ยวเนื่องกัน ยกตัวอย่างเช่น ถ้าคู่ของอนุภาคถูกสร้างขึ้นโดยผลรวมการหมุนทั้งหมดเท่ากับศูนย์ และอนุภาคหนึ่งถูบพบว่ามีการหมุนตามเข็นนาฬิกาบนแกนหนึ่งๆ การหมุนของอีกอนุภาคบนแกนนั้นจะถูกพบว่าหมุนไปทางทวนเข็มนาฬิกา ซึ่งคาดคะเนว่าอนุภาคเหล่านี้มีความพัวพัน (entanglement) อย่างไรก็ตามพฤติกรรมนี้ยังให้ผลที่ขัดแย้งกัน (paradoxical effects) การวัดคุณสมบัติของอนุภาคหนึ่งๆ สามารถสังเกตได้จากพฤติการของอนุภาคนั้น (เช่น โดยการลดจำนวนของสถานะ superposed state) และจะเปลี่ยนสถานะควอนตัมเริ่มต้นโดยจำนวนที่ไม่ระบุแน่ชัด และในกรณีของอนุภาคพัวพัน การวัดจะวางอยู่บนระบบพัวพัน (entangled system) ทั้งระบบ เป็นผลให้การวัดคุณสมบัติของอนุภาคหนึ่งของคู่อนุภาคพัวพันจะทำให้รู้ถึงคุณสมบัติของอีกอนุภาคหนึ่งได้ ถึงแม้ว่าจะไม่มีข้อมูลว่าอนุภาคเหล่านี้มีการสื่อสารกันได้อย่างไร โดยที่เวลาในการวัดอาจถูกแยกโดยระยะทางที่มากอย่างไม่มีกฎเกณฑ์

ปรากฏการณ์เหล่านี้ได้มีการถูกบันทึกในงานวิจัยปี 1935 ของกลุ่ม Albert Einstein, Boris Podolsky และ Nathan Rosen และงานวิจัยอีกหลายฉบับของ Erwin Schrödinger ไม่นานหลังจากนั้น อธิบายถึงการเป็นที่รู้จักของกลุ่ม EPR paradox โดย Einstein และคนอื่นๆ ได้ทำการศึกษาพฤติกรรมที่เป็นไปไม่ได้ซึ่งเป็นการหักล้างกับความรู้แบบดั้งเดิม (local realist) โดยสิ้นเชิง (Einstein กำลังอ้างถึงการกระทำเหนือธรรมชาติ (spooky) ที่ระยะทางหนึ่ง) และแย้งว่าสมการของกลศาสตร์ควอนตัม (quantum mechanics) ที่เป็นที่ยอมรับอยู่แล้วยังไม่เสร็จสิ้น อย่างไรก็ตามหลังจากนั้นการคาดการณ์โดยสัญชาตญาณ (counter-intuitive prediction) เกี่ยวกับกลศาสตร์ควอนตัมได้รับการตรวจสอบทางห้องปฏิบัติการไปแล้ว การทดลองเกิดขึ้นโดยอาศัยการวัดเชิงมุม (polarization) หรือการหมุนของอนุภาคพัวพันในทิศทางต่างกันไป โดยสวนทางกับทฤษฎีบทของเบลล์ (Bell's inequality) การทดลองแสดงให้เห็นเป็นเชิงสถิติว่าความรู้แบบเดิมนั้นไม่มีความถูกต้อง แม้ว่าการวัดจะเร็วกว่าแสงที่เคลื่อนที่ผ่านพื้นที่ที่ทำการวัดก็ตาม ไม่มีอิทธิพลที่ความเร็วแสงหรือช้ากว่าใดๆ ที่จะสามารถวิ่งผ่านระหว่างอนุภาคพัวพันนี้ได้ การทดลองไม่นานมานี้ได้ทำการวัดอนุภาคพัวพันที่เวลาน้อยกว่า 10000 เปอร์เซ็นต์ของเวลาที่แสงเคลื่อนที่ระหว่างอนุภาคกลุ่มนั้น เมื่ออ้างถึงทฤษฎีควอนตัมที่เป็นทางการ ผลจากการทดลองเกิดขึ้นอย่างเฉียบพลัน ซึ่งเป็นไม่มีความเป็นไปได้ อย่างไรก็ตามเราสามารถใช้ผลการทดลองนี้ในการส่งข้อมูลที่มีความเร็วเหนือแสง (faster-than-light speeds) ได้ (ดูหัวข้อ Faster-than-light § Quantum mechanics)

ควอนตัมเอนแทงเกิลเมนต์ถือเป็นหัวข้อที่เหล่านักฟิสิกส์ทำการศึกษาวิจัยกันอย่างเข้มข้น ผลลัพธ์ถูกแสดงในรูปการทดลองด้วยโฟตอน (photon), นิวทริโน (neutrinos), อิเล็กตรอน (electron), โมเลกุลของบักกี้บอลส์ (buckyballs) หรือแม้กระทั่งเพชรขนาดเล็ก งานวิจัยยังให้ความสนใจในการประยุกต์ใช้ในวงการสื่อสารและคอมพิวเตอร์อีกด้วย

 ประวัติ 
สมมติฐานของกลศาสตร์ควอนตัมเกี่ยวกับระบบที่มีความสัมพันธ์อย่างมากถูกนำมาอภิปรายโดย Albert Einstein ในปี 1935 ในงานวิจัยร่วมกับ Boris Podolsky และ Nathan Rosen ในการวิจัยนั้นพวกเขาได้ก่อตั้งแนวคิด EPR paradox (Einstein, Podolsky, Rosen paradox) ที่ว่าการทดลองที่พยายามจะแสดงว่าทฤษฎีกลศาสตร์ควอนตัมยังไม่เสร็จสิ้นสมบูรณ์ พวกเขาเขียนไว้ว่า "We are thus forced to conclude that the quantum-mechanical description of physical reality given by wave functions is not complete."

 อ้างอิง 

หมวดหมู่:กลศาสตร์ควอนตัม
หมวดหมู่:ปัญหาทางฟิสิกส์ที่ยังแก้ไม่ได้