วิชากลศาสตร์ควอนตัม (Quantum Mechanics) ถูกอ้างถึงบ่อยในภาพยนตร์หลากหลายเรื่อง และเรื่องล่าสุดที่หยิบเอามาใช้ก็คือ แอนท์-แมน และ เดอะ วอสพ์: ตะลุยมิติควอนตัม (Ant-Man and the Wasp: Quantumania) ที่เพิ่งเข้าฉายในโรงภาพยนตร์เมื่อ 15 กุมภาพันธ์ที่ผ่านมา ด้วยเหตุนี้ TNN Tech ขอสรุปและอธิบายทุกสิ่งที่ทุกคนควรรู้เกี่ยวกับคำว่าควอนตัม

ควอนตัม คืออะไร

หากสรุปจากนิยามแบบง่ายที่สุด ควอนตัม (Quantum) เป็นสาขาวิชาหนึ่งของวิชาฟิสิกส์ที่มีขอบเขตการศึกษาไปยังเรื่องพื้นฐานของทุกสิ่งในเอกภพ ผ่านการทดลองกับปรากฏการณ์ทางธรรมชาติในระดับอะตอม เช่น อนุภาคต่าง ๆ ตั้งแต่สมบัติทางธรรมชาติไปจนถึงกฎการเคลื่อนที่

ควอนตัม มีประโยชน์อย่างไร

ในความเป็นจริงแล้วทุกสรรพสิ่งรอบตัวมนุษย์ได้ใช้องค์ความรู้ทางควอนตัมกันทั้งหมด โดยเฉพาะการผลักดันเทคโนโลยีให้ก้าวหน้าและเรียบง่ายมากขึ้น ด้วยความแม่นยำในระดับอะตอม

ตัวอย่างการใช้งานเทคโนโลยีจากควอนตัม

หลอดไฟ

หนึ่งในตัวอย่างที่ใกล้ตัวเรามากที่สุด เพราะการศึกษาควอนตัมทำให้เกิดองค์ความรู้ว่าการปล่อยแสงสว่างของอะตอมคือการปล่อยความร้อนจากการใส่พลังงานไฟฟ้า พลังงานจะกระตุ้นให้อะตอมมีพลังงานมากขึ้น และส่วนเกินจะถูกปล่อยออกมาในรูปของความร้อนที่เราเห็นเป็นแสงสว่าง 

นาฬิกาอะตอม

กลไกของนาฬิกาทั่วไป เช่น นาฬิกาจากแร่ควอตซ์จะใช้การจับการสั่นของแร่ควอตซ์เมื่อปล่อยประจุไฟฟ้าเข้าไปแต่ความคลาดเคลื่อนของการนับแบบนี้ยังมีในระดับวินาทีต่อปี ด้วยเหตุนี้ นักวิทยาศาสตร์จึงมีการเปลี่ยนแปลงเทคโนโลยีการจับเวลามาเป็นการจับคาบการสั่นของอะตอมบางชนิดเมื่อใส่พลังงานไฟฟ้าเข้าไปแทน ซึ่งได้คาบที่แม่นยำกว่าและทำให้ความคลาดเคลื่อนลดลงไปอย่างมหาศาล และใช้เป็นเวลาอ้างอิงสำหรับอุปกรณ์ทั่วโลกในปัจจุบัน

ชิปประมวลผล

หนึ่งในการนำองค์ความรู้ทางควอนตัมมาใช้งานเปลี่ยนโลกได้มากที่สุดก็คือชิปประมวลผล เพราะว่าการนำไฟฟ้าและการเป็นฉนวนทางไฟฟ้าในระดับอะตอมได้ทำให้การทำวงจรทางไฟฟ้ามีขนาดที่เล็กลงได้ และช่วยทำให้กระแสไฟฟ้าในวงจรสามารถควบคุมได้ดียิ่งขึ้นจากความเข้าใจปรากฏการณ์พิเศษของอะตอม เช่นการปรากฏตัวหลายตำแหน่งในเวลาเดียวกัน (Superposition) ซึ่งสามารถลดจำนวนอะตอมที่ต้องใช้ในการสร้างวงจรชิปประมวลผลได้

โดยสรุป การเข้าใจองค์ความรู้ระดับอะตอมได้ยกระดับการทำงานของชิปประมวลผลให้เร็วมากขึ้นในทุก ๆ ปี แต่มีขนาดที่เล็กลงไปเรื่อย ๆ นั่นเอง

เครื่อง MRI

การฉายรังสีหรือ X-Ray เป็นการสร้างภาพสะท้อนจากกระบวนการทางกัมมันตภาพรังสี ซึ่งภาพที่ได้นั้นเป็นเพียงภาพในระนาบ 2 มิติ แต่เมื่อมีองค์ความรู้ทางควอนตัม จึงเกิดการพัฒนาเครื่องสแกนร่างกายโดยอิงจากปรากฏการณ์ทางควอนตัม โดยเลือกคลื่นแม่เหล็กมาทำงาน เพื่อสร้างภาพจากการกระทบกันระหว่างคลื่นแม่เหล็กกับอะตอมของน้ำและไขมันภายในร่างกาย จนได้ภาพ 3 มิติ ของร่างกายมนุษย์ออกมา 

แสงเลเซอร์

แสงนั้นมีปรากฏการณ์ทางธรรมชาติที่คล้ายกับคลื่นและอนุภาคประเภทหนึ่ง ขึ้นอยู่กับสถานการณ์ แต่ว่าด้วยองค์ความรู้ทางควอนตัมนั้นได้บีบบังคับให้แสงปล่อยออกมาด้วยความถี่เดียวกันเพื่อให้ลำแสงพุ่งเป็นเส้นตรงและมีสีเดียวกันได้ ผ่านการกระตุ้นอะตอมให้ปล่อยความร้อนส่วนเกินแบบที่เกิดขึ้นในหลอดไฟ แต่อยู่ในระดับที่เล็กและรุนแรงมากยิ่งขึ้น

เครื่องปิ้งขนมปัง

หากใครเคยสังเกตขดลวดความร้อนที่ใช้ปิ้งขนมปังจะพบว่าขดลวดมีการเรืองแสงสีแดงเมื่อได้รับพลังงานไฟฟ้า ทำให้อะตอมของโลหะต้องปล่อยพลังงานส่วนเกินที่ได้รับในรูปแบบของความร้อน ซึ่งความร้อนจากไฟฟ้านี้เป็นอีกหนึ่งตัวอย่างว่าควอนตัมอยู่ใกล้ชิดกับมนุษย์มากในระดับที่เป็นส่วนหนึ่งของอาหารเช้าอย่างขนมปังปิ้ง ที่ได้พลังงานความร้อนจากอะตอมมาทำให้ผิวขนมปังไหม้เกรียมหอมกรุ่นนั่นเอง

ในขณะที่ภาพยนตร์ซูเปอร์ฮีโร่อย่างแอนท์-แมน และ เดอะ วอสพ์: ตะลุยมิติควอนตัม (Ant-Man and the Wasp: Quantumania) ก็มีต้นกำเนิด (สมมติ) จากเทคโนโลยีทางควอนตัมเช่นกัน โดยอ้างว่าอนุภาคที่ทำให้เกิดแอนท์-แมนนั้นคือ พิม พาร์ติเคิลส์ (Pym Particles) ซึ่งตั้งตามนักวิจัยในเนื้อเรื่องผู้ค้นพบความลับอันยิ่งใหญ่ของธรรมชาติ ซึ่งสักวันหนึ่งในอนาคต ภาพที่คล้ายกันนี้อาจจะเกิดขึ้นในความจริงไม่ใช่แค่ในภาพยนตร์อีกต่อไปก็เป็นได้

ที่มาข้อมูล Caltech Science Exchange, StudiousGuy

ที่มารูปภาพ Wikipedia, Getty Images