ลองนึกถึงการโยนบอล ขึ้นไปในอากาศตรงๆ
คุณคาดเดาการเคลื่อนที่ ของบอลหลังจากที่มันออกจากมือไปได้ไหม
แน่ล่ะ ง่ายจะตาย
บอลจะลอยขึ้น จนกว่ามันจะถึงจุดสูงสุด
จากนั้นมันจะกลับลงมา และลงสู่มือคุณอีกครั้ง
แน่ละ นั่นมันเป็นสิ่งที่เกิดขึ้น
และคุณรู้ เพราะเห็นมันเกิดขึ้น มาแล้วนับครั้งไม่ถ้วน
คุณได้เฝ้าสังเกตเหตุการณ์ทางฟิสิกส์ทุกวัน มาตลอดชีวิต
แต่ถ้าสมมติว่า เราสำรวจคำถาม เกี่ยวกับฟิสิกส์ของอะตอม
เช่น การเคลื่อนที่ของอิเล็กตรอน
รอบๆ นิวเคลียสของอะตอมไฮโดรเจน มีหน้าตาอย่างไร
เราตอบปัญหาเหล่านี้โดยอาศัยประสบการณ์ ประจำวันเกี่ยวกับฟิสิกส์ของเราได้ไหม
คงไม่ได้แน่ ทำไมล่ะ
เพราะว่าฟิสิกส์ที่ควบคุมพฤติกรรมของระบบ ในระดับเล็กขนาดนั้น
มันแตกต่างไปมาก จากฟิสิกส์ของสิ่งของเล็กๆ
ที่คุณเห็นอยู่รอบตัวคุณ
โลกรอบๆ ตัวที่คุณรู้จักและรักมัน
มีพฤติกรรมเป็นไปตามกฎ ของกลศาสตร์แบบดั้งเดิม
แต่ระบบในระดับอะตอม
มีพฤติกรรมเป็นไปตามกฎของ กลศาสตร์ควอนตัม
โลกควอนตัมนี้ กลายเป็นว่า มันเป็นที่สุดประหลาด
การแสดงถึงประหลาดทางควอนตัม ได้ถูกอธิบายไว้โดยการทดลองทางความคิดอันโด่งดัง
แมวของชโรดิงเจอร์ (Schrödinger's cat)
นักฟิสิกส์ผู้ซึ่งไม่ค่อยจะชอบแมวนัก นำแมวไปไว้ในกล่อง
พร้อมกับระเบิดที่มีโอกาสจะระเบิด 50% หลังจากที่ปิดฝากล่อง
เราไม่อาจรู้ได้เลย จนกระทั่งเราเปิดฝาอีกครั้ง
ว่าระเบิดนั้นทำงานหรือเปล่า
และดังนั้น ก็ไม่มีทางเลยที่จะรู้ว่า แมวนั้นเป็นหรือตาย
ในฟิสิกส์ควอนตัม เราอาจพูดได้ว่า ก่อนที่เราจะทำการสังเกต
แมวอยู่ในสภาวะที่ซ้อนทับกัน
มันไม่ได้เป็นหรือตาย แต่อยู่ในความเป็นไปได้ทั้งสองแบบผสมกัน
ด้วยโอกาสแต่ละอย่าง 50%
สิ่งเดียวกันนี้เกิดขึ้น ในระบบทางฟิสิกส์ขนาดควอนตัม
เช่นอิเล็กตรอนที่โคจรรอบอะตอมไฮโดรเจน
อิเล็กตรอนจริงๆ แล้วไม่ได้โคจรไปรอบๆ เลย
มันอยู่ในทุกที่ในเวลาเดียวกัน
และมีความน่าจะเป็น ของการปรากฏอยู่ในที่หนึ่งมากกว่าอีกที่หนึ่ง
และเฉพาะหลังจากที่เราวัดตำแหน่งเท่านั้น
ที่เราจะสามารถกำหนดได้ว่า ณ เวลานี้มันอยู่ที่ใด
เหมือนที่เราไม่รู้ว่าแมวเป็นหรือตาย
จนกว่าเราจะเปิดกล่อง
นี่นำเราไปยังปรากฏการณ์ ที่ประหลาดและสวยงาม
ของความยุ่งเหยิงของควอนตัม
สมมติว่าแทนที่จะมีแมวหนึ่งตัวในกล่อง เรามีแมวสองตัวในสองกล่อง
ถ้าเราทำการทดลองแมวของชโรดิงเจอร์ซ้ำ ด้วยแมวคู่นี้
ผลการทดลองที่ออกมา มีความเป็นไปได้สี่แบบ
ไม่แมวทั้งสองตัวมีชีวิตอยู่ ก็ตายทั้งคู่
หรือตัวนึงรอด และอีกตัวนึงตาย หรือกลับกัน
ระบบของแมวทั้งสองตัว เป็นสภาวะซ้อนทับเช่นกัน
ซึ่งแต่ละผลที่ได้มีโอกาส 25% แทนที่จะเป็น 50%
แต่นี่สิที่เจ๋ง
กลศาสตร์ควอนตัมบอกเราว่า มันเป็นไปได้
ที่จะลบผลที่แมวที่มีชีวิตทั้งคู่ และแมวที่ตายทั้งคู่จากสภาวะทับซ้อน
พูดอีกอย่างคือ มันสามารถมีระบบที่มีแมวสองตัว
ซึ่งผลที่ออกมา จะมีแมวตัวนึงมีชีวิตและอีกตัวนึงตายเสมอ
ศัพท์เทคนิคเรียกว่า สภาวะของแมว "พัวพันกัน" (Entangled)
แต่มีบางสิ่งที่น่าประหลาดใจ เกี่ยวกับความพัวพันเชิงควอนตัม
ถ้าคุณเตรียมระบบของแมวสองตัว ในกล่องในสภาวะพัวพันกัน
จากนั้นเคลื่อนกล่องไปในทิศทางตรงข้าม กับสุดเอกภพ
ผลการทดลองที่ได้จะยังเป็นอย่างเดิม
แมวตัวนึงจะมีชีวิตเมื่อออกมา และอีกตัวจะตายเสมอ
แม้ว่าเราจะไม่รู้ว่าแมวตัวไหนจะเป็นหรือตาย
ก่อนที่เราจะวัดผลที่ออกมา
มันเป็นไปได้อย่างไรกัน
เป็นไปได้อย่างไรที่สภาวะของแมว ที่อยู่ด้านตรงข้ามของเอกภพ
จะพัวพันกันแบบนั้น
มันห่างกันมากเกินไปที่จะสื่อถึงกันทันเวลา
แล้วระเบิดทั้งสองลูก จะแอบวางแผนกันได้อย่างไร
ให้ลูกหนึ่งระเบิด แต่อีกลูกไม่ระเบิด
คุณอาจคิดว่า
"นี่มันเป็นแค่ทฤษฎีไร้สาระบ้าบอ
เรื่องที่ไม่เกิดขึ้นในโลกแห่งความเป็นจริง"
มันกลายเป็นว่าการพัวพันเชิงควอนตัม
ได้ถูกยืนยันในโลกแห่งความจริง โดยการทดลองในห้องทดลอง
อนุภาคระดับต่ำกว่าอะตอมสองหน่วย ที่พัวพันกันในสภาวะซ้อนทับ
ที่ซึ่งถ้าตัวหนึ่งหมุนไปทางหนึ่ง อีกตัวหนึ่งจะต้องหมุนไปอีกทาง
จะต้องเป็นแบบนั้น แม้ว่าจะไม่มีทาง
สำหรับข้อความที่จะส่งผ่าน จากอนุภาคหนึ่งไปยังอีกอันหนึ่ง
ที่จะบอกว่าจะให้หมุนไปทางไหน ที่จะเป็นไปตามกฎของการพัวพัน
มันไม่เป็นที่น่าประหลาดใจว่า การพัวพันเป็นหัวใจ
ของวิทยาศาสตร์ข้อมูลควอนตัม
ศาสตร์ที่กำลังเป็นที่เติบโต ซึ่งศึกษาว่า จะใช้กฎของโลกควอนตัมแสนประหลาด
ในโลกระดับใหญ่ของเราได้อย่างไร
เช่นในการศึกษาเกี่ยวกับรหัสควอนตัม เพื่อสายลับจะได้ส่งข้อความหากันได้อย่างปลอดภัย
หรือคอมพิวเตอร์ควอนตัม สำหรับการถอดรหัสลับ
ทุกวันนี้ฟิสิกส์อาจดูคล้ายๆ กับ โลกควอนตัมที่ประหลาด
การเคลื่อนย้ายสสารแบบควอนตัม อาจพัฒนาไปถึงขั้น
ที่ซึ่งสักวันแมวของคุณจะ หนีไปยังกาแล็กซี่ที่ปลอดภัย
ที่ซึ่งไม่มีนักฟิสิกส์ และกล่องใดๆ