100 ปีของกลศาสตร์ควอนตัม: บุคคลที่เปลี่ยนแปลงโลก

(แดน ทรี) - ปีนี้เป็นวาระครบรอบ 100 ปีแห่งการกำเนิดของกลศาสตร์ควอนตัม ตั้งแต่ทฤษฎีอันล้ำสมัยไปจนถึงการประยุกต์ใช้ในระดับโลก นี่เป็นโอกาสทองสำหรับเวียดนามที่จะคว้าคลื่นแห่งการปฏิวัติเทคโนโลยีควอนตัม เพื่อกำหนดอนาคต

ในภาพถ่ายขาวดำที่ถ่ายในช่วงต้นศตวรรษที่ 20 นี้ นักวิทยาศาสตร์ หลายสิบคนในชุดสูทหรูหรานั่งอยู่หน้าอาคารโกธิกโบราณ

นี่ไม่ใช่การประชุมธรรมดาๆ แต่เป็นการประชุมทางวิทยาศาสตร์ที่สำคัญที่สุดครั้งหนึ่งในประวัติศาสตร์มนุษยชาติ ซึ่งรวบรวมนักคิดที่ยิ่งใหญ่ที่สุดในวงการฟิสิกส์ในศตวรรษที่ 20 ไว้ด้วยกัน

ในบรรดาใบหน้าที่เคร่งขรึมเหล่านั้นมีอัลเบิร์ต ไอน์สไตน์ผู้มีผมสีเงินอันเป็นเอกลักษณ์ของเขา แวร์เนอร์ ไฮเซนเบิร์ก เออร์วิน ชเรอดิงเงอร์ แม็กซ์ พลังค์ และนักวิทยาศาสตร์อีกหลายคน ซึ่งร่วมกันสร้างทฤษฎีทางวิทยาศาสตร์ที่ปฏิวัติวงการที่สุดทฤษฎีหนึ่งขึ้นมา นั่นก็คือ กลศาสตร์ควอนตัม

การประชุม Solvay ในปีพ.ศ. 2470 ได้นำนักวิทยาศาสตร์ชั้นนำ ของโลก ในขณะนั้นมารวมกัน (ภาพ: Wiki)

ปีนี้ครบรอบ 100 ปี นับตั้งแต่การกำเนิดกลศาสตร์ควอนตัมอย่างเป็นทางการ องค์การสหประชาชาติได้กำหนดให้ปี 2025 เป็นปีสากลแห่งวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยีควอนตัม เพื่อเฉลิมฉลองครบรอบหนึ่งศตวรรษของการปฏิวัติทางวิทยาศาสตร์นี้ และเพื่อ สำรวจ ศักยภาพของกลศาสตร์ควอนตัมในศตวรรษหน้า

นี่ถือเป็นโอกาสให้เรามองย้อนกลับไปดูการเดินทางอันน่าทึ่งของทฤษฎีที่เปลี่ยนแปลงวิธีที่ผู้คนเข้าใจจักรวาลและสร้างการประยุกต์ใช้ในชีวิตปัจจุบันไปอย่างสิ้นเชิง

ต้นกำเนิดของการปฏิวัติ

ในช่วงฤดูร้อนของปีพ.ศ. 2468 แวร์เนอร์ ไฮเซนเบิร์ก นักฟิสิกส์ชาวเยอรมันวัยหนุ่ม เดินทางไปยังเกาะเฮลิโกลันด์ในทะเลเหนือเพื่อหลีกหนีจากอาการแพ้ละอองเกสรรุนแรงที่เขาเป็นอยู่

ณ สถานที่อันห่างไกลแห่งนี้เองที่เขาได้พิจารณาเขียนบทความปฏิวัติวงการ “เกี่ยวกับการตีความความสัมพันธ์เชิงจลนศาสตร์และกลศาสตร์ใหม่ในแง่ของทฤษฎีควอนตัม” อย่างไรก็ตาม สิ่งที่เขาไม่ได้คาดคิดก็คือ หลังจากการตีพิมพ์ บทความดังกล่าวจะเปิดศักราชใหม่ของฟิสิกส์

นักวิทยาศาสตร์ได้ตระหนักแล้วว่าฟิสิกส์คลาสสิกของนิวตันไม่สามารถอธิบายปรากฏการณ์ต่างๆ ในระดับอะตอมได้มากนัก

นักฟิสิกส์อัจฉริยะ อัลเบิร์ต ไอน์สไตน์ มีส่วนสนับสนุนในการพัฒนาฟิสิกส์ - กลศาสตร์ควอนตัม (ภาพ: PBS)

มักซ์ พลังค์ ค้นพบว่าพลังงานถูกดูดซับและปล่อยออกมาเป็น “แพ็กเก็ต” ที่เรียกว่า ควอนตัม ไอน์สไตน์ใช้แนวคิดนี้เพื่ออธิบายปรากฏการณ์โฟโตอิเล็กทริก แต่ไฮเซนเบิร์กและเพื่อนร่วมงานของเขากลับสร้างระบบทฤษฎีที่สมบูรณ์ของสาขาใหม่ของฟิสิกส์ นั่นคือ กลศาสตร์ควอนตัม

สิ่งที่พิเศษคือกลศาสตร์ควอนตัมไม่ใช่แค่ทฤษฎีใหม่ที่เข้ามาแทนที่ทฤษฎีเดิม แต่มันบังคับให้เราละทิ้งแนวคิดเรื่องความเป็นจริงตามสัญชาตญาณของเรา

ในโลกควอนตัม อนุภาคสามารถดำรงอยู่ได้หลายสถานะในเวลาเดียวกัน (เรียกว่า การซ้อนทับควอนตัม) สามารถส่งผลต่อกันได้ในทันทีแม้จะอยู่ห่างกันนับล้านไมล์ (การพันกันของควอนตัม) และเราไม่สามารถทราบทั้งตำแหน่งและโมเมนตัมของอนุภาคในเวลาเดียวกันได้ (ตามหลักความไม่แน่นอนของไฮเซนเบิร์ก)

จากทฤษฎีสู่การประยุกต์ใช้อย่างแพร่หลาย

หลายคนคิดว่ากลศาสตร์ควอนตัมเป็นเพียงสูตรคณิตศาสตร์ที่ซับซ้อนในห้องปฏิบัติการ แต่ในความเป็นจริงแล้ว กลศาสตร์ควอนตัมได้แทรกซึมเข้าไปในทุกแง่มุมของชีวิตสมัยใหม่

อุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ส่วนใหญ่ที่เราใช้ในชีวิตประจำวันทำงานบนหลักการควอนตัม สมาร์ทโฟนในกระเป๋าของคุณมีทรานซิสเตอร์หลายพันล้านตัว ซึ่งเป็นอุปกรณ์ที่ถูกประดิษฐ์ขึ้นจากความเข้าใจในกลศาสตร์ควอนตัมของสารกึ่งตัวนำ

หากไม่มีกลศาสตร์ควอนตัม เราคงไม่มีคอมพิวเตอร์ ไม่มีอินเทอร์เน็ต ไม่มี GPS... หรือเลเซอร์ ซึ่งเป็นสิ่งประดิษฐ์สำคัญอีกอย่างหนึ่งที่มีพื้นฐานมาจากหลักควอนตัม ถูกใช้กันอย่างแพร่หลายตั้งแต่เครื่องอ่านบาร์โค้ดในซูเปอร์มาร์เก็ต เครื่องอ่านซีดี/ดีวีดี ไปจนถึงการผ่าตัดดวงตา และการส่งข้อมูลผ่านสายเคเบิลใยแก้วนำแสง...

เครื่องถ่ายภาพด้วยคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า (MRI) ทำงานโดยอาศัยหลักการเรโซแนนซ์แม่เหล็กนิวเคลียร์ ซึ่งเป็นปรากฏการณ์ควอนตัม (ภาพ: ST)

การแพทย์สมัยใหม่ก็ได้รับประโยชน์อย่างมากจากกลศาสตร์ควอนตัม เครื่องสร้างภาพด้วยคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า (MRI) ทำงานบนหลักการเรโซแนนซ์แม่เหล็กนิวเคลียร์ ซึ่งเป็นปรากฏการณ์ควอนตัม

การรักษามะเร็งด้วยการฉายรังสียังขึ้นอยู่กับความเข้าใจเกี่ยวกับฟิสิกส์ควอนตัมของนิวเคลียสอะตอมด้วย

แม้แต่สิ่งที่ดูเหมือนไกลเกินจริงอย่างจักรวาลวิทยาก็ยังต้องการกลศาสตร์ควอนตัม เราเข้าใจว่าทำไมดวงดาวจึงส่องแสง พวกมันสร้างธาตุหนักขึ้นมาได้อย่างไร และท้ายที่สุดพวกมันตายลงได้อย่างไร ทั้งหมดนี้ต้องขอบคุณกลศาสตร์ควอนตัม

อธิบายว่าทำไมสสารแข็งจึงไม่ยุบตัว ทำไมโลหะจึงนำไฟฟ้าได้ และปรากฏการณ์อื่นๆ อีกมากมายในธรรมชาติ

“ตัวเลขที่ซ่อนอยู่” ของประวัติศาสตร์

เมื่อเรามองย้อนกลับไปดูภาพประวัติศาสตร์ของนักฟิสิกส์ควอนตัม เรามักจะรู้จักเพียงบุคคลที่มีชื่อเสียงอย่างไอน์สไตน์ ไฮเซนเบิร์ก หรือชเรอดิงเงอร์ แต่เรื่องราวของพัฒนาการของสาขานี้ยังมีบุคคลสำคัญที่ถูกลืมเลือนอีกมากมาย โดยเฉพาะผู้หญิง

ลูซี เมนซิงก็เป็นหนึ่งในผู้หญิงเหล่านั้น เธอทำงานในกลุ่มเดียวกับไฮเซนเบิร์ก และคำนวณการประยุกต์ใช้ทฤษฎีกลศาสตร์ควอนตัมของเขาในช่วงแรกๆ

ยังมีนักวิทยาศาสตร์หญิงคนสำคัญอีกมากมายที่ยังไม่ได้รับการยอมรับอย่างที่ควรจะเป็นในประวัติศาสตร์ ในปี 2025 หนังสือชีวประวัติเกี่ยวกับนักวิทยาศาสตร์หญิง 16 คนในประวัติศาสตร์ฟิสิกส์ควอนตัมจะถูกตีพิมพ์ ซึ่งจะช่วยไขความกระจ่างเกี่ยวกับผลงานที่ถูกลืมเลือนเหล่านี้

คอมพิวเตอร์ควอนตัมที่วิจัยและพัฒนาโดยจีน (ภาพ: The Quantum Insider)

สิ่งนี้เตือนเราว่าวิทยาศาสตร์ไม่ใช่ผลงานของอัจฉริยะเพียงคนเดียว แต่เป็นความพยายามร่วมกันของหลาย ๆ คน การค้นพบทุกครั้งล้วนต่อยอดจากผลงานก่อนหน้า และความสำเร็จของกลศาสตร์ควอนตัมก็เป็นผลมาจากความร่วมมือระหว่างประเทศที่ก้าวข้ามอุปสรรคทางการเมืองและวัฒนธรรม

การปฏิวัติควอนตัมครั้งที่สอง

หากศตวรรษที่ 20 ถือเป็นยุคกำเนิดและพัฒนาการของกลศาสตร์ควอนตัมในฐานะทฤษฎีทางวิทยาศาสตร์ ศตวรรษที่ 21 ก็เป็นยุคแห่ง "การปฏิวัติควอนตัมครั้งที่สอง"

นั่นคือเมื่อมนุษย์เริ่มใช้ประโยชน์จากคุณสมบัติแปลกๆ ของกลศาสตร์ควอนตัมโดยตรงเพื่อสร้างเทคโนโลยีใหม่ๆ ทั้งหมด

คอมพิวเตอร์ควอนตัมเป็นหนึ่งในเทคโนโลยีที่ทุกคนรอคอยมากที่สุด ต่างจากคอมพิวเตอร์แบบดั้งเดิมที่ใช้บิตที่สามารถอยู่ในสถานะ 0 หรือ 1 ได้เท่านั้น คอมพิวเตอร์ควอนตัมใช้คิวบิตที่สามารถอยู่ในสถานะทั้งสองพร้อมกันได้ ด้วยหลักการ "ควอนตัมซูเปอร์โพซิชัน"

ซึ่งจะทำให้คอมพิวเตอร์ควอนตัมสามารถคำนวณหลายๆ อย่างแบบขนานได้ ซึ่งอาจช่วยแก้ปัญหาที่คอมพิวเตอร์แบบดั้งเดิมต้องใช้เวลานับล้านปีในการคำนวณให้เสร็จภายในเวลาไม่กี่วันหรือไม่กี่ชั่วโมงก็ได้

คอมพิวเตอร์ควอนตัมยังมีแนวโน้มที่จะปฏิวัติหลายสาขา ในด้านการแพทย์ คอมพิวเตอร์ควอนตัมสามารถจำลองโครงสร้างโมเลกุลที่ซับซ้อนได้อย่างแม่นยำ ช่วยให้พัฒนายาใหม่ ๆ ได้อย่างรวดเร็วและมีประสิทธิภาพมากขึ้น

ในสาขาวิทยาศาสตร์วัสดุ คอมพิวเตอร์ควอนตัมสามารถออกแบบวัสดุใหม่ๆ ที่มีคุณสมบัติเฉพาะตัวได้ ส่วนในด้านการเงิน คอมพิวเตอร์ควอนตัมสามารถเพิ่มประสิทธิภาพพอร์ตโฟลิโอและวิเคราะห์ความเสี่ยงในระดับที่ไม่เคยมีมาก่อน

ญี่ปุ่นเป็นหนึ่งในประเทศชั้นนำด้านการวิจัยเทคโนโลยีควอนตัม (ภาพ: DigWatch)

การตรวจจับด้วยควอนตัมเป็นอีกสาขาการประยุกต์ใช้ที่มีแนวโน้มดี โดยใช้เอฟเฟกต์ควอนตัม เซ็นเซอร์เหล่านี้มีความไวสูงมาก สามารถวัดการเปลี่ยนแปลงที่เล็กที่สุดในสนามแม่เหล็ก แรงโน้มถ่วง หรือเวลาได้

สามารถนำมาใช้ในทางการแพทย์เพื่อตรวจจับโรคในระยะเริ่มต้น ในทางธรณีวิทยาเพื่อสำรวจทรัพยากร หรือเพื่อการระบุตำแหน่งที่แม่นยำโดยไม่ต้องใช้ GPS

การสื่อสารด้วยควอนตัม โดยเฉพาะอย่างยิ่งการเข้ารหัสด้วยควอนตัม เป็นวิธีการถ่ายโอนข้อมูลที่ปลอดภัยอย่างยิ่ง ตามหลักการของกลศาสตร์ควอนตัม ความพยายามใดๆ ในการดักฟังจะเปลี่ยนแปลงสถานะควอนตัมและถูกตรวจจับได้ทันที

หลายประเทศได้เริ่มสร้างเครือข่ายการสื่อสารควอนตัมแล้ว และในอนาคตอินเทอร์เน็ตควอนตัมก็อาจจะกลายเป็นความจริงได้

ความท้าทายและโอกาสสำหรับเวียดนาม

ขณะที่การปฏิวัติควอนตัมครั้งที่สองกำลังเกิดขึ้น เวียดนามจำเป็นต้องมีกลยุทธ์เพื่อหลีกเลี่ยงการตกยุค การลงทุนด้านการวิจัยและการศึกษาด้านวิทยาศาสตร์ควอนตัมจึงกลายเป็นเรื่องเร่งด่วน

เราจำเป็นต้องฝึกอบรมนักวิทยาศาสตร์และวิศวกรรุ่นใหม่ที่เข้าใจเทคโนโลยีควอนตัม และสร้างโครงสร้างพื้นฐานด้านการวิจัยที่เหมาะสม

ในเวียดนาม ผู้เชี่ยวชาญและนักวิทยาศาสตร์จำนวนมากกำลังทำงานร่วมกันเพื่อวิจัยเทคโนโลยีควอนตัม (ภาพ: President Club)

ความร่วมมือระหว่างประเทศก็มีความสำคัญเช่นกัน ดังที่ประวัติศาสตร์ได้แสดงให้เห็น ความก้าวหน้าทางวิทยาศาสตร์มักเกิดจากความร่วมมือข้ามพรมแดน เวียดนามจำเป็นต้องมีส่วนร่วมอย่างแข็งขันในโครงการวิจัยระหว่างประเทศเกี่ยวกับเทคโนโลยีควอนตัม โดยเรียนรู้จากประสบการณ์ของประเทศที่พัฒนาแล้ว

ในขณะเดียวกัน เราจำเป็นต้องเผยแพร่ความรู้เกี่ยวกับกลศาสตร์ควอนตัมให้สาธารณชนได้รับรู้ หลายคนยังคงมองว่าสาขานี้ซับซ้อนและห่างไกลเกินไป แต่อย่างที่เราเห็นกัน มันส่งผลกระทบต่อทุกแง่มุมของชีวิตสมัยใหม่

ความเข้าใจพื้นฐานเกี่ยวกับกลศาสตร์ควอนตัมจะช่วยให้ผู้คนเข้าใจถึงความสำคัญของเทคโนโลยีใหม่ๆ และตัดสินใจอย่างรอบรู้เกี่ยวกับอนาคต

มองไปสู่อนาคต

เมื่อเรามองย้อนกลับไปที่ภาพถ่ายของผู้บุกเบิกฟิสิกส์ควอนตัม เราจะเห็นไม่เพียงแต่ผู้คนที่เปลี่ยนแปลงวิธีที่มนุษยชาติเข้าใจจักรวาลเท่านั้น แต่ยังรวมถึงจิตวิญญาณของวิทยาศาสตร์ด้วย ไม่ว่าจะเป็นความหลงใหลในการค้นคว้า ความเต็มใจที่จะท้าทายแนวคิดเก่าๆ และร่วมมือกันข้ามขอบเขต

จิตวิญญาณนั้นยังคงมีความจำเป็นต่อการบรรลุความสูงของวิทยาศาสตร์ในศตวรรษที่ 21

ปีนี้ไม่เพียงแต่เป็นเวลาเฉลิมฉลอง 100 ปีของกลศาสตร์ควอนตัมเท่านั้น แต่ยังเป็นเวลาที่จะมองไปข้างหน้าอีกด้วย

ด้วยการพัฒนาของเทคโนโลยีควอนตัม เรากำลังก้าวเข้าสู่ความเป็นไปได้ใหม่ๆ ที่ไม่เคยมีมาก่อน คอมพิวเตอร์ควอนตัมสามารถช่วยแก้ปัญหาความท้าทายที่ยิ่งใหญ่ที่สุดของมนุษยชาติได้ ตั้งแต่การเปลี่ยนแปลงสภาพภูมิอากาศไปจนถึงการพัฒนายารักษาโรคที่รักษาไม่หาย

การรับรู้ด้วยควอนตัมอาจเปิดทางใหม่ๆ ในการสำรวจจักรวาลและทำความเข้าใจตัวเราเอง การสื่อสารด้วยควอนตัมอาจสร้างโลกที่เชื่อมต่อกันอย่างปลอดภัยและเป็นส่วนตัวมากขึ้น

กลศาสตร์ควอนตัมได้แสดงให้เห็นว่าความเป็นจริงนั้นซับซ้อนและมหัศจรรย์ยิ่งกว่าที่เราเคยจินตนาการไว้มาก ดังนั้น บทเรียนที่ยิ่งใหญ่ที่สุดจากกลศาสตร์ควอนตัม 100 ปี อาจเป็นดังนี้: จงเตรียมพร้อมที่จะประหลาดใจอยู่เสมอ จงอยากรู้อยากเห็นอยู่เสมอ และอย่าหยุดที่จะสำรวจ

ที่มา: https://dantri.com.vn/khoa-hoc/100-nam-co-hoc-luong-tu-nhung-con-nguoi-thay-doi-the-gioi-20250626124351568.htm