นักฟิสิกส์จะพยายามสังเกตคุณสมบัติควอนตัมของการซ้อนทับซึ่งมีอยู่ในสองสถานะพร้อมกันบนวัตถุที่มีขนาดใหญ่กว่าที่เคยเป็นมา
การปฏิวัติควอนตัมไม่เคยสิ้นสุดอย่างแท้จริง ภายใต้โลกของฟิสิกส์คลาสสิก ด้วยสเกลที่เล็กที่สุด อนุภาคขนาดเล็กไม่เป็นไปตามกฎปกติ อนุภาคบางครั้งทำตัวเหมือนคลื่น และในทางกลับกัน บางครั้งดูเหมือนว่าจะมีอยู่สองแห่งพร้อมกัน และบางครั้งคุณไม่รู้ด้วยซ้ำว่าพวกเขาอยู่ที่ไหน
สำหรับนักฟิสิกส์บางคน เช่น Niels Bohr และผู้ติดตามของเขา การโต้วาทีเกี่ยวกับกลศาสตร์ควอนตัมนั้นถูกตัดสินไม่มากนักในช่วงทศวรรษที่ 1930 พวกเขาเชื่อว่าโลกควอนตัมสามารถเข้าใจได้ตามความน่าจะเป็น เมื่อคุณตรวจสอบอนุภาค มีโอกาสที่จะทำสิ่งหนึ่งและมีโอกาสทำอีกอย่างหนึ่ง แต่กลุ่มอื่นๆ ที่นำโดยอัลเบิร์ต ไอน์สไตน์ ไม่เคยพึงพอใจอย่างเต็มที่กับคำอธิบายของโลกควอนตัม และทฤษฎีใหม่ในการอธิบายอาณาจักรปรมาณูเริ่มก่อตัวขึ้น
เกือบหนึ่งศตวรรษต่อมา นักฟิสิกส์จำนวนมากขึ้นเรื่อยๆ ไม่พึงพอใจกับเวอร์ชันตำราของฟิสิกส์ควอนตัมอีกต่อไป ซึ่งมีต้นกำเนิดมาจากการตีความทฤษฎีควอนตัมของบอร์และคนอื่นๆ ซึ่งมักเรียกกันว่าการ ตีความ ในโคเปนเฮเกน แนวคิดนี้คล้ายกับการพลิกเหรียญ แต่ก่อนที่คุณจะดูผลลัพธ์ เหรียญสามารถคิดได้ว่าเป็นทั้งหัวและก้อย—การมองหรือการวัด บังคับให้เหรียญ “ยุบ” เป็นสถานะใดสถานะหนึ่ง . แต่นักวิจัยรุ่นใหม่กำลังคิดทบทวนว่าทำไมการวัดจึงทำให้เกิดการล่มสลายตั้งแต่แรก
การทดลองใหม่ที่เรียกว่าการทำงานร่วมกันของ TEQ สามารถช่วยเปิดเผยขอบเขตระหว่างโลกควอนตัมที่แปลกประหลาดกับโลกคลาสสิกปกติของลูกบิลเลียดและโพรเจกไทล์ นักวิจัย TEQ (ทดสอบขีด จำกัด ขนาดใหญ่ของกลศาสตร์ควอนตัม) กำลังทำงานเพื่อสร้างอุปกรณ์ในปีหน้าที่จะปล่อยซิลิกอนไดออกไซด์หรือควอตซ์เล็กน้อยโดยวัดขนาดนาโนเมตร – ยังคงเป็นกล้องจุลทรรศน์ แต่ใหญ่กว่าบุคคลมาก อนุภาคที่นักวิทยาศาสตร์ใช้ในการสาธิตกลศาสตร์ควอนตัมก่อนหน้านี้ วัตถุสามารถมีขนาดใหญ่แค่ไหนและยังคงแสดงพฤติกรรมควอนตัม? เบสบอลจะไม่ทำตัวเหมือนอิเล็กตรอน—เราไม่เคยเห็นลูกบอลบินเข้าไปในสนามด้านซ้ายและสนามด้านขวาพร้อมกัน—แต่แล้วชิ้นส่วนของผลึกระดับนาโนล่ะ?
ความพยายามครั้งใหม่ในการระบุว่าสสารทำงานอย่างไรในระดับอะตอมนั้นส่วนหนึ่งได้รับแรงผลักดันจากความสนใจในความก้าวหน้าทางเทคโนโลยี เช่นคอมพิวเตอร์ควอนตัมตลอดจนการสนับสนุนการตีความฟิสิกส์เชิงทฤษฎีใหม่ๆ หนึ่งในทางเลือกเหล่านั้นเรียกว่าทฤษฎี Ghirardi-Rimini-Weber หรือ GRW ซึ่งตั้งชื่อตามนักฟิสิกส์สามคนที่คิดค้นทฤษฎีนี้ในช่วงทศวรรษ 1980 ใน GRW อนุภาคขนาดเล็กมากมีอยู่หลายสถานะพร้อมกัน เรียกว่าการทับซ้อน แต่ไม่เหมือนกับการตีความในโคเปนเฮเกน อนุภาคขนาดเล็กสามารถยุบตัวเป็นสถานะควอนตัมเดียวได้เอง ตามทฤษฎีแล้ว ยิ่งวัตถุมีขนาดใหญ่เท่าใด โอกาสที่วัตถุจะซ้อนทับกันก็จะยิ่งน้อยลงเท่านั้น ซึ่งเป็นสาเหตุที่สสารในระดับมนุษย์มีอยู่ในสถานะเดียวเท่านั้น ณ เวลาหนึ่งๆ และสามารถอธิบายได้ด้วยฟิสิกส์คลาสสิก
“ใน GRW การยุบจะเกิดขึ้นแบบสุ่มโดยมีความน่าจะเป็นคงที่ต่ออนุภาคต่อหน่วยเวลา” Tim Maudlin นักปรัชญาฟิสิกส์จากมหาวิทยาลัยนิวยอร์กกล่าว ในทฤษฎีโคเปนเฮเกน ในทางกลับกัน การยุบจะเกิดขึ้นก็ต่อเมื่อมีการวัด ดังนั้น “เราจำเป็นต้องมีเกณฑ์ทางกายภาพที่ชัดเจนสำหรับทั้งเมื่อมีการวัดเกิดขึ้นและสิ่งที่วัดได้ และนั่นคือสิ่งที่ทฤษฎีไม่เคยให้มา” GRW อธิบาย “ปัญหาในการวัด” นี้โดยบอกว่าการยุบตัวไม่ได้เกิดขึ้นเฉพาะกับการวัดตัวเองเท่านั้น—แต่ว่าอนุภาคขนาดเล็กมากมีความเป็นไปได้ที่จะยุบตัวเมื่อใดก็ได้ และการยุบตัวนั้นมีแนวโน้มที่จะเกิดขึ้นมากกว่ามาก (รับประกันตามหลักแล้ว ) เมื่อตรวจสอบในอุปกรณ์ทดลองด้วยตาเปล่า
GRW เป็นแบบจำลองการยุบประเภทหนึ่ง และหากนักฟิสิกส์สามารถวัดการยุบตัวนี้ได้จริง “ก็แสดงว่าแบบจำลองการยุบนั้นถูกต้อง” Peter Barker นักฟิสิกส์จาก University College London กล่าว “เราสามารถพูดได้ว่านี่คือจุดสิ้นสุดของกลศาสตร์ควอนตัมและกลไกแบบคลาสสิกเริ่มต้นขึ้น มันคงจะน่าทึ่งมาก”
Barker เป็นสมาชิกของกลุ่มความร่วมมือ TEQ ซึ่งจะนำแนวคิดเหล่านี้เกี่ยวกับ GRW และการล่มสลายของควอนตัมมาทดสอบ ควอตซ์ชิ้นเล็กๆ ที่มีความกว้างหนึ่งพันเท่าของเส้นผมมนุษย์ จะถูกแขวนไว้ด้วยสนามไฟฟ้าและติดอยู่ในที่เย็นและจำกัด ซึ่งการสั่นสะเทือนของอะตอมจะช้าลงจนใกล้ศูนย์สัมบูรณ์
จากนั้นนักวิทยาศาสตร์จะยิงเลเซอร์ไปที่ควอตซ์และดูว่าการกระเจิงของแสงแสดงสัญญาณของวัตถุที่กำลังเคลื่อนที่หรือไม่ การเคลื่อนที่ของซิลิกอนไดออกไซด์อาจบ่งบอกถึงการล่มสลาย ซึ่งจะทำให้การทดลองเป็นการยืนยันที่น่าสนใจของการคาดการณ์ GRW (ทฤษฎีทำนายว่าวัตถุที่มีมวลต่างกันมีจำนวนการเคลื่อนไหวที่เกี่ยวข้องกับการยุบตัวต่างกัน) หากนักวิทยาศาสตร์ไม่เห็นสัญญาณที่ทำนายไว้จากการล่มสลาย การทดลองจะยังคงให้ข้อมูลที่มีค่าเกี่ยวกับโลกควอนตัมของอนุภาคในขณะที่มันเบลอด้วย โลกคลาสสิกของวัตถุในชีวิตประจำวัน ไม่ว่าจะด้วยวิธีใด การค้นพบนี้อาจเป็นการก้าวกระโดดของควอนตัมสำหรับฟิสิกส์ควอนตัม
ความคิดที่ว่าอนุภาคสามารถมีอยู่ได้ในหลายสถานะเช่นเดียวกับที่ไอน์สไตน์เคยทำให้ไม่มั่นคงและอีกสองสามสถานะ แต่นักฟิสิกส์หลายคนเพิกเฉยต่อคำถามพื้นฐานเหล่านี้เกี่ยวกับสิ่งที่เกิดขึ้นจริง และกำหนดลักษณะทัศนคติของตนเองว่าเป็นการ “หุบปากและคำนวณ” มอดลินกล่าว “นักฟิสิกส์น้อยมากที่ต้องการเข้าใจปัญหาพื้นฐานในกลศาสตร์ควอนตัม และพวกเขาไม่ต้องการที่จะยอมรับว่ามันเป็นสถานการณ์ที่น่าอับอายทีเดียว”
อย่างไรก็ตาม บรรดาผู้ตรวจสอบความเป็นจริงพื้นฐานของสสารปรมาณู ดูเหมือนจะเห็นด้วยว่ามีความเป็นไปได้มากกว่าที่ทฤษฎีที่มีอยู่จะครอบคลุมถึง แม้ว่าจะยังไม่ชัดเจนว่าเกิดอะไรขึ้นในระดับจิ๋วเช่นนั้นก็ตาม นอกจาก GRW แล้ว ทฤษฎีที่เป็นคู่แข่งกันยังรวมถึงการเก็งกำไร ” การตีความหลายโลก ” ซึ่งเป็นแนวคิดที่ว่าผลการทดลองทุกอย่างสามารถเกิดขึ้นได้และเกิดขึ้นเมื่ออนุภาคยุบตัวลงอย่างไม่สิ้นสุดในสถานะที่เป็นไปได้ทั้งหมด ทำให้เกิดจักรวาลคู่ขนานจำนวนนับไม่ถ้วน อีกทางเลือกหนึ่งที่เรียกว่ากลศาสตร์โบฮีเมียนซึ่งได้รับการตั้งชื่อตามผู้ริเริ่มของ David Bohm ในปี 1950 ให้เหตุผลว่าความน่าจะเป็นที่เกี่ยวข้องกับการทดลองควอนตัมเป็นเพียงการอธิบายความรู้ที่จำกัดของเราเกี่ยวกับระบบ—ในความเป็นจริง สมการที่มีตัวแปรซ่อนไว้สำหรับนักฟิสิกส์ในปัจจุบันจะนำทางระบบโดยไม่คำนึงถึงว่ามีใครทำการวัดหรือไม่
แต่ข้อมูลจากการทดลองควอนตัมครั้งก่อนยังไม่ได้ชี้ไปที่การตีความเพียงครั้งเดียว ทำให้ยากต่อการเลือกภาพหนึ่งให้เป็นภาพความเป็นจริงที่แม่นยำยิ่งขึ้น ต้องขอบคุณ TEQ ในที่สุดนักฟิสิกส์ก็สามารถให้หลักฐานหรือต่อต้านทฤษฎีการล่มสลายเช่น GRW ได้ ทำลายทางตันด้วยปัญหาการวัด Matteo Carlesso นักฟิสิกส์จาก University of Trieste ผู้ศึกษาทฤษฎีควอนตัมกล่าวว่า “แบบจำลองยุบนั้นสามารถปลอมแปลงได้ในการทดลองจริง แม้ว่าจะไม่มีการทดลองใดที่มีความละเอียดอ่อนเพียงพอที่จะตรวจสอบยืนยันหรือปลอมแปลงแบบจำลองการยุบได้สำเร็จ แต่การทดลองดังกล่าวควรเป็นไปได้ด้วยความไวของบางอย่างเช่น TEQ
การทดลองจะไม่ง่าย เครื่องมือที่แม่นยำซึ่งถูกแช่แข็งจนใกล้ศูนย์สัมบูรณ์ ไม่สามารถขจัดความไม่แน่นอนทั้งหมดได้ และนักวิทยาศาสตร์ที่เกี่ยวข้องต้องแยกแยะคำอธิบายฟิสิกส์โลกีย์อื่นๆ เกี่ยวกับการเคลื่อนที่ของอนุภาคลอยตัว ก่อนที่พวกเขาจะสามารถสันนิษฐานได้ว่าสิ่งที่พวกเขาเห็นเป็นการเคลื่อนที่ควอนตัม นักฟิสิกส์อ้างถึงชนิดของสัญญาณพลังงานที่พวกเขาวัดว่าเป็น “เสียง” และเป็นการยากที่จะแยก “เสียงยุบ” ออกจากแหล่งที่มาของเสียงพื้นหลังที่อาจเข้าสู่การทดลองที่ละเอียดอ่อนได้อย่างไม่น่าเชื่อ และไม่ได้ช่วยให้การวัดนั้นทำให้อนุภาคร้อนขึ้น ทำให้ยากต่อการแยกแยะการเคลื่อนที่ของควอนตัมที่นักวิจัยกำลังมองหา
แม้จะมีความไม่แน่นอนเหล่านี้ แต่นักฟิสิกส์ของ TEQ ก็กำลังสร้างและทดสอบอุปกรณ์ และทุกอย่างจะรวมตัวกันที่มหาวิทยาลัยเซาแทมป์ตันในสหราชอาณาจักร ซึ่งพวกเขาจะทำการทดสอบเวอร์ชันที่ละเอียดอ่อนที่สุดภายในหนึ่งปี ในที่สุดพวกเขาก็มีโอกาสที่จะเห็นพฤติกรรมควอนตัมโดยตรง และถ้าไม่ใช่ อาจผลักดันขีดจำกัดของกลศาสตร์ควอนตัมและทำให้กระจ่างว่าพฤติกรรมควอนตัมประเภทใดที่ไม่เกิดขึ้น
การทดลองนี้คล้ายกับการ ค้นหาอนุภาคสสารมืดที่มีอายุหลายสิบปีนักฟิสิกส์ยังไม่ได้ตรวจพบพวกมันโดยตรง แต่ตอนนี้พวกเขารู้มากกว่าเดิมเกี่ยวกับมวลของอนุภาคที่ไม่สามารถมีได้ ความแตกต่างอย่างหนึ่งคือ นักฟิสิกส์รู้ว่าสสารมืดอยู่ที่นั่น แม้ว่าพวกเขาจะไม่รู้ว่ามันคืออะไรก็ตาม Andrew Geraci นักฟิสิกส์จาก Northwestern University กล่าว แบบจำลองการยุบตัวของควอนตัมที่ Carlesso และคนอื่น ๆ ศึกษาไม่รับประกันว่าจะเป็นตัวแทนที่ถูกต้องของสิ่งที่เกิดขึ้นในระดับอะตอม
“ฉันคิดว่าการทดสอบแบบจำลองการยุบเหล่านี้และดูว่าเราสามารถหาบางอย่างเกี่ยวกับวิธีการทำงานของปัญหาการวัดได้อย่างแน่นอน มีความเป็นไปได้ที่ยั่วเย้าที่เทคโนโลยีประเภทนี้จะเปิดขึ้น” Geraci กล่าว “ไม่ว่าเราจะเห็นอะไรก็ตามก็ควรค่าแก่การตรวจสอบ”
