100 ปีของกลศาสตร์ควอนตัม: บุคคลที่เปลี่ยนแปลงโลก

(แดน ตรี) – ปีนี้ถือเป็นวันครบรอบ 100 ปีการถือกำเนิดของกลศาสตร์ควอนตัม ตั้งแต่ทฤษฎีที่ก้าวล้ำไปจนถึงการประยุกต์ใช้ทั่วโลก ถือเป็นโอกาสทองสำหรับเวียดนามที่จะคว้าคลื่นแห่งการปฏิวัติเทคโนโลยีควอนตัมเพื่อกำหนดอนาคต

ในภาพถ่ายขาวดำนี้ซึ่งถ่ายเมื่อต้นศตวรรษที่ 20 นักวิทยาศาสตร์ หลายสิบคนในชุดสูทหรูหรานั่งอยู่หน้าอาคารแบบโกธิกโบราณ

การประชุมครั้งนี้ไม่ใช่การประชุมธรรมดาทั่วไป แต่ถือเป็นการประชุมทางวิทยาศาสตร์ที่สำคัญที่สุดครั้งหนึ่งในประวัติศาสตร์มนุษยชาติ ซึ่งเป็นการรวบรวมนักคิดที่ยิ่งใหญ่ที่สุดของวงการฟิสิกส์ในศตวรรษที่ 20 ไว้ด้วยกัน

ในบรรดานักวิทยาศาสตร์ที่มีชื่อเสียงเหล่านั้น มีบุคคลที่มีชื่อเสียงมากมาย อาทิ อัลเบิร์ต ไอน์สไตน์ ผู้มีผมสีเงินอันเป็นเอกลักษณ์ แวร์เนอร์ ไฮเซนเบิร์ก เออร์วิน ชเรอดิงเงอร์ มักซ์ พลังค์ และนักวิทยาศาสตร์อีกหลายๆ คน ที่ร่วมกันสร้างทฤษฎีทางวิทยาศาสตร์ที่ปฏิวัติวงการที่สุดทฤษฎีหนึ่ง นั่นคือ กลศาสตร์ควอนตัม

การประชุม Solvay ในปี พ.ศ. 2470 รวบรวมนักวิทยาศาสตร์ชั้นนำของโลก ในขณะนั้นเข้าด้วยกัน (ภาพ: Wiki)

ปีนี้ถือเป็นปีที่ 100 ของการถือกำเนิดกลศาสตร์ควอนตัมอย่างเป็นทางการ สหประชาชาติได้กำหนดให้ปี 2025 เป็นปีสากลแห่งวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยีควอนตัม เพื่อเฉลิมฉลองครบรอบ 100 ปีของการปฏิวัติทางวิทยาศาสตร์นี้ และ สำรวจ ศักยภาพของมันต่อไปในศตวรรษหน้า

นี่ถือเป็นโอกาสสำหรับเราที่จะมองย้อนกลับไปดูการเดินทางอันน่าทึ่งของทฤษฎีที่เปลี่ยนแปลงวิธีที่ผู้คนเข้าใจจักรวาลและสร้างการประยุกต์ใช้ในชีวิตปัจจุบันอย่างสิ้นเชิง

ที่มาของการปฏิวัติ

ในช่วงฤดูร้อนของปีพ.ศ. 2468 แวร์เนอร์ ไฮเซนเบิร์ก นักฟิสิกส์ชาวเยอรมันวัยหนุ่ม เดินทางไปที่เกาะเฮลิโกลันด์ในทะเลเหนือเพื่อหลีกหนีจากอาการแพ้ละอองเกสรอย่างรุนแรงที่เขาเป็นอยู่

เขาคิดที่จะเขียนบทความปฏิวัติวงการเรื่อง “การตีความใหม่ของความสัมพันธ์ทางจลนศาสตร์และเชิงกลในแง่ของทฤษฎีควอนตัม” ณ สถานที่อันห่างไกลแห่งนี้ อย่างไรก็ตาม สิ่งที่เขาไม่ได้คาดหวังก็คือ หลังจากที่บทความนี้ได้รับการตีพิมพ์แล้ว บทความนี้จะเปิดศักราชใหม่แห่งวงการฟิสิกส์

นักวิทยาศาสตร์ได้ตระหนักแล้วว่าฟิสิกส์คลาสสิกของนิวตันไม่สามารถอธิบายปรากฏการณ์ต่างๆ ในระดับอะตอมได้มากมาย

นักฟิสิกส์อัจฉริยะ อัลเบิร์ต ไอน์สไตน์ มีส่วนสนับสนุนในการพัฒนาฟิสิกส์ - กลศาสตร์ควอนตัม (ภาพ: PBS)

มักซ์ พลังค์ค้นพบว่าพลังงานถูกดูดซับและปล่อยออกมาเป็น "กลุ่ม" ที่เรียกว่าควอนตัม ไอน์สไตน์ใช้แนวคิดนี้เพื่ออธิบายปรากฏการณ์โฟโตอิเล็กทริก แต่เป็นไฮเซนเบิร์กและเพื่อนร่วมงานของเขาที่สร้างระบบทฤษฎีที่สมบูรณ์ของสาขาใหม่ของฟิสิกส์ - กลศาสตร์ควอนตัม

สิ่งที่พิเศษคือกลศาสตร์ควอนตัมไม่ใช่แค่ทฤษฎีใหม่ที่มาแทนที่ทฤษฎีเก่า แต่มันต้องการให้เราละทิ้งแนวคิดตามสัญชาตญาณของเราเกี่ยวกับความเป็นจริง

ในโลกควอนตัม อนุภาคสามารถดำรงอยู่ได้ในหลายสถานะในเวลาเดียวกัน (เรียกว่า ซูเปอร์โพซิชันควอนตัม) สามารถส่งผลต่อกันและกันได้ทันทีแม้จะอยู่ห่างกันนับล้านไมล์ (เอ็นแทงเกิลควอนตัม) และเราไม่สามารถทราบทั้งตำแหน่งและโมเมนตัมของอนุภาคในเวลาเดียวกันได้ (ตามหลักความไม่แน่นอนของไฮเซนเบิร์ก)

จากทฤษฎีสู่การประยุกต์ใช้อย่างแพร่หลาย

หลายๆ คนคิดว่ากลศาสตร์ควอนตัมเป็นเพียงสูตรทางคณิตศาสตร์ที่ซับซ้อนในห้องปฏิบัติการ แต่ในความเป็นจริงแล้ว กลศาสตร์ควอนตัมได้แทรกซึมเข้าไปในทุกซอกทุกมุมของชีวิตสมัยใหม่

อุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ส่วนใหญ่ที่เราใช้ทุกวันทำงานบนหลักการควอนตัม สมาร์ทโฟนในกระเป๋าของคุณมีทรานซิสเตอร์หลายพันล้านตัว ซึ่งเป็นอุปกรณ์ที่ประดิษฐ์ขึ้นจากความเข้าใจเกี่ยวกับกลศาสตร์ควอนตัมของสารกึ่งตัวนำ

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

เครื่องถ่ายภาพด้วยคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า (MRI) ทำงานโดยอาศัยหลักการเรโซแนนซ์แม่เหล็กนิวเคลียร์ ซึ่งเป็นปรากฏการณ์เชิงควอนตัม (ภาพ: ST)

การแพทย์สมัยใหม่ยังได้รับประโยชน์อย่างมากจากกลศาสตร์ควอนตัม เครื่องถ่ายภาพด้วยคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า (MRI) ทำงานบนหลักการของการสั่นพ้องแม่เหล็กนิวเคลียร์ ซึ่งเป็นปรากฏการณ์ควอนตัม

การรักษามะเร็งด้วยการฉายรังสียังขึ้นอยู่กับความเข้าใจเกี่ยวกับฟิสิกส์ควอนตัมของนิวเคลียสอะตอมด้วย

แม้แต่สิ่งที่ดูเหมือนไกลเกินจริงอย่างจักรวาลวิทยาก็ยังต้องใช้กลศาสตร์ควอนตัม เราเข้าใจว่าทำไมดวงดาวจึงส่องแสง พวกมันสร้างธาตุหนักขึ้นมาได้อย่างไร และท้ายที่สุดพวกมันจะตายไปได้อย่างไร ทั้งหมดนี้ต้องขอบคุณกลศาสตร์ควอนตัม

อธิบายว่าทำไมสสารแข็งจึงไม่ยุบตัว เหตุใดโลหะจึงนำไฟฟ้าได้ และปรากฏการณ์อื่นๆ อีกนับไม่ถ้วนในธรรมชาติ

“บุคคลลึกลับ” ของประวัติศาสตร์

เมื่อเรามองย้อนกลับไปที่ภาพประวัติศาสตร์ของนักฟิสิกส์ควอนตัม เรามักจะรู้จักเพียงชื่อที่มีชื่อเสียง เช่น ไอน์สไตน์ ไฮเซนเบิร์ก หรือชเรอดิงเงอร์ แต่เรื่องราวของการพัฒนาสาขานี้ยังมีบุคคลสำคัญที่ถูกลืมอีกหลายคน โดยเฉพาะผู้หญิง

ลูซี่ เมนซิงเป็นหนึ่งในผู้หญิงที่เป็นเช่นนั้น เธอทำงานในกลุ่มเดียวกับไฮเซนเบิร์กและคำนวณการประยุกต์ใช้ทฤษฎีกลศาสตร์ควอนตัมของเขาในช่วงแรกๆ

ยังมีนักวิทยาศาสตร์หญิงคนสำคัญอีกหลายคนที่ไม่ได้รับการยอมรับเท่าที่ควรในประวัติศาสตร์ ในปี 2025 หนังสือชีวประวัติเกี่ยวกับนักวิทยาศาสตร์หญิง 16 คนในประวัติศาสตร์ฟิสิกส์ควอนตัมจะได้รับการตีพิมพ์ ซึ่งจะช่วยไขข้อข้องใจเกี่ยวกับผลงานที่ถูกลืมเหล่านี้

คอมพิวเตอร์ควอนตัมที่วิจัยและพัฒนาโดยประเทศจีน (ภาพ: The Quantum Insider)

สิ่งนี้เตือนเราว่าวิทยาศาสตร์ไม่ใช่ผลงานของอัจฉริยะเพียงคนเดียว แต่เป็นความพยายามร่วมกันของหลายๆ คน การค้นพบทุกครั้งสร้างขึ้นจากผลงานก่อนหน้านั้น และความสำเร็จของกลศาสตร์ควอนตัมเป็นผลจากความร่วมมือระหว่างประเทศที่ข้ามผ่านอุปสรรคทางการเมืองและวัฒนธรรม

การปฏิวัติควอนตัมครั้งที่สอง

หากศตวรรษที่ 20 ถือเป็นปีที่ถือกำเนิดและพัฒนาการของกลศาสตร์ควอนตัมในฐานะทฤษฎีทางวิทยาศาสตร์ ศตวรรษที่ 21 ถือเป็นการเริ่มต้นยุคของ “การปฏิวัติควอนตัมครั้งที่สอง”

นั่นคือเมื่อมนุษย์เริ่มใช้ประโยชน์จากคุณสมบัติแปลกๆ ของกลศาสตร์ควอนตัมโดยตรงเพื่อสร้างเทคโนโลยีใหม่ทั้งหมด

คอมพิวเตอร์ควอนตัมเป็นเทคโนโลยีที่ทุกคนรอคอยมากที่สุด แตกต่างจากคอมพิวเตอร์แบบดั้งเดิมที่ใช้บิตที่สามารถอยู่ในสถานะ 0 หรือ 1 เท่านั้น คอมพิวเตอร์ควอนตัมใช้คิวบิตที่สามารถอยู่ในทั้งสองสถานะในเวลาเดียวกันได้ด้วยหลักการ "การซ้อนทับควอนตัม"

ซึ่งจะทำให้คอมพิวเตอร์ควอนตัมสามารถคำนวณหลายๆ อย่างพร้อมกันได้ จึงอาจช่วยแก้ปัญหาที่คอมพิวเตอร์แบบดั้งเดิมต้องใช้เวลานับล้านปีในการคำนวณให้เสร็จได้ภายในเวลาไม่กี่วันหรือไม่กี่ชั่วโมงก็ได้

นอกจากนี้ คอมพิวเตอร์ควอนตัมยังมีแนวโน้มที่จะปฏิวัติวงการต่างๆ มากมาย ในทางการแพทย์ คอมพิวเตอร์ควอนตัมสามารถจำลองโครงสร้างโมเลกุลที่ซับซ้อนได้อย่างแม่นยำ ช่วยให้พัฒนายาใหม่ๆ ได้รวดเร็วและมีประสิทธิภาพมากขึ้น

ในสาขาวิทยาศาสตร์วัสดุ คอมพิวเตอร์ควอนตัมสามารถออกแบบวัสดุใหม่ที่มีคุณสมบัติเฉพาะตัวได้ ในด้านการเงิน คอมพิวเตอร์ควอนตัมสามารถเพิ่มประสิทธิภาพพอร์ตโฟลิโอและวิเคราะห์ความเสี่ยงในระดับที่ไม่เคยมีมาก่อน

ประเทศญี่ปุ่นเป็นหนึ่งในประเทศชั้นนำด้านการวิจัยเทคโนโลยีควอนตัม (ภาพ: DigWatch)

การตรวจจับด้วยควอนตัมเป็นอีกพื้นที่การประยุกต์ใช้ที่มีแนวโน้มดี โดยใช้เอฟเฟกต์ควอนตัม เซ็นเซอร์เหล่านี้มีความไวสูง สามารถวัดการเปลี่ยนแปลงที่เล็กที่สุดในสนามแม่เหล็ก แรงโน้มถ่วง หรือเวลาได้

สามารถใช้ในทางการแพทย์เพื่อตรวจจับโรคในระยะเริ่มต้น ในทางธรณีวิทยาเพื่อสำรวจทรัพยากร หรือเพื่อการระบุตำแหน่งที่แม่นยำโดยไม่ต้องใช้ GPS

การสื่อสารแบบควอนตัม โดยเฉพาะการเข้ารหัสแบบควอนตัม เป็นวิธีการส่งข้อมูลที่ปลอดภัยอย่างยิ่ง โดยอาศัยหลักการของกลศาสตร์ควอนตัม การพยายามแอบฟังใดๆ ก็ตามจะทำให้สถานะควอนตัมเปลี่ยนไปและจะถูกตรวจจับได้ทันที

หลายประเทศได้เริ่มสร้างเครือข่ายการสื่อสารแบบควอนตัมแล้ว และในอนาคตอินเทอร์เน็ตแบบควอนตัมอาจจะกลายเป็นความจริงได้

ความท้าทายและโอกาสของเวียดนาม

ขณะที่การปฏิวัติควอนตัมครั้งที่สองกำลังดำเนินไป เวียดนามจำเป็นต้องมีกลยุทธ์เพื่อหลีกเลี่ยงการล้าหลัง การลงทุนด้านการวิจัยและการศึกษาเกี่ยวกับวิทยาศาสตร์ควอนตัมจึงกลายเป็นเรื่องเร่งด่วน

เราจำเป็นต้องฝึกอบรมนักวิทยาศาสตร์และวิศวกรรุ่นใหม่ที่เข้าใจเทคโนโลยีควอนตัม และสร้างโครงสร้างพื้นฐานการวิจัยที่เหมาะสม

ในประเทศเวียดนาม ผู้เชี่ยวชาญและนักวิทยาศาสตร์จำนวนมากกำลังทำงานร่วมกันเพื่อวิจัยเทคโนโลยีควอนตัม (ภาพ: President Club)

ความร่วมมือระหว่างประเทศก็มีความสำคัญเช่นกัน ดังที่ประวัติศาสตร์ได้แสดงให้เห็น ความก้าวหน้าทางวิทยาศาสตร์มักเกิดจากความร่วมมือข้ามพรมแดน เวียดนามจำเป็นต้องมีส่วนร่วมอย่างแข็งขันในโครงการวิจัยระหว่างประเทศเกี่ยวกับเทคโนโลยีควอนตัม โดยเรียนรู้จากประสบการณ์ของประเทศที่พัฒนาแล้ว

ในเวลาเดียวกัน เรายังจำเป็นต้องเผยแพร่ความรู้เกี่ยวกับกลศาสตร์ควอนตัมให้สาธารณชนได้รับรู้ด้วย หลายคนยังคงมองว่าสาขานี้ซับซ้อนและห่างไกลเกินไป แต่จากที่เราเห็น มันส่งผลกระทบต่อทุกแง่มุมของชีวิตสมัยใหม่

ความเข้าใจพื้นฐานเกี่ยวกับกลศาสตร์ควอนตัมจะช่วยให้ผู้คนเข้าใจถึงความสำคัญของเทคโนโลยีใหม่ๆ และตัดสินใจอย่างรอบรู้เกี่ยวกับอนาคต

มองไปสู่อนาคต

เมื่อเรามองย้อนกลับไปที่ภาพถ่ายของผู้บุกเบิกฟิสิกส์ควอนตัม เราจะเห็นไม่เพียงแต่ผู้คนที่เปลี่ยนแปลงวิธีการที่มนุษยชาติเข้าใจจักรวาลเท่านั้น แต่ยังเห็นจิตวิญญาณของวิทยาศาสตร์อีกด้วย ไม่ว่าจะเป็นความหลงใหลในการค้นคว้า ความเต็มใจที่จะท้าทายแนวคิดเก่าๆ และร่วมมือกันข้ามขอบเขต

จิตวิญญาณนั้นยังคงมีความจำเป็นต่อการบรรลุความสูงของวิทยาศาสตร์ในศตวรรษที่ 21

ปีนี้ไม่เพียงแต่เป็นเวลาเฉลิมฉลอง 100 ปีของกลศาสตร์ควอนตัมเท่านั้น แต่ยังเป็นเวลาสำหรับการมองไปข้างหน้าอีกด้วย

ด้วยการพัฒนาของเทคโนโลยีควอนตัม เราอยู่บนเส้นทางสู่ความเป็นไปได้ใหม่ๆ ที่ไม่เคยมีมาก่อน คอมพิวเตอร์ควอนตัมสามารถช่วยแก้ปัญหาที่ยิ่งใหญ่ที่สุดของมนุษย์ได้ ตั้งแต่การเปลี่ยนแปลงสภาพภูมิอากาศไปจนถึงการพัฒนายารักษาโรคที่รักษาไม่หาย

การรับรู้ด้วยควอนตัมอาจเปิดทางใหม่ๆ ในการสำรวจจักรวาลและทำความเข้าใจตัวเอง การสื่อสารด้วยควอนตัมอาจสร้างโลกที่เชื่อมต่อกันที่ปลอดภัยและเป็นส่วนตัวมากขึ้น

กลศาสตร์ควอนตัมได้แสดงให้เห็นว่าความเป็นจริงมีความซับซ้อนและมหัศจรรย์มากกว่าที่เราเคยจินตนาการไว้มาก ดังนั้น บทเรียนที่ยิ่งใหญ่ที่สุดจากกลศาสตร์ควอนตัม 100 ปีก็คือ 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