กลศาสตร์ควอนตัมและกลศาสตร์ดั้งเดิม: เสาหลักสองต้นของฟิสิกส์สมัยใหม่

ฟิสิกส์เป็นศาสตร์ที่พยายามทำความเข้าใจกฎเกณฑ์ของโลกที่เราอาศัยอยู่ โดยเฉพาะอย่างยิ่งกลศาสตร์คลาสสิกและกลศาสตร์ควอนตัมเป็นทฤษฎีสำคัญสองทฤษฎีที่อธิบายโลกที่แตกต่างกันออกไป

1. ความแตกต่างของแนวคิดพื้นฐาน

กลศาสตร์คลาสสิกนั้นอิงตามกฎการเคลื่อนที่ของนิวตันและอธิบายการเคลื่อนที่ส่วนใหญ่ที่เราพบเจอในชีวิตประจำวัน

ตัวอย่างเช่น การเคลื่อนที่ขณะปั่นจักรยานขึ้นหรือลงเนินสามารถอธิบายได้ด้วยกลศาสตร์คลาสสิก

ในทางกลับกัน กลศาสตร์ควอนตัมจะอธิบายโลกที่เล็กมาก พยายามที่จะทำความเข้าใจพฤติกรรมของอนุภาคขนาดเล็กเช่นอะตอมหรืออิเล็กตรอน ปรากฏการณ์บางอย่างที่อธิบายไม่ได้ด้วยกลศาสตร์คลาสสิกสามารถอธิบายได้ด้วยกลศาสตร์ควอนตัม

ตัวอย่างเช่น การเคลื่อนที่ของอิเล็กตรอนภายในอะตอมสามารถอธิบายได้ด้วยกลศาสตร์ควอนตัม

2. ความเป็นคู่คลื่น-อนุภาค

ในกลศาสตร์คลาสสิกนั้นวัตถุจะมีเพียงสมบัติของอนุภาคเท่านั้น แต่ในกลศาสตร์ควอนตัมนั้นสสารเป็นทั้งอนุภาคและคลื่นในเวลาเดียวกัน เรียกว่าความเป็นคู่คลื่น-อนุภาค

ตัวอย่างเช่น แสงนั้นในกลศาสตร์คลาสสิกเป็นอนุภาค แต่ในกลศาสตร์ควอนตัมสามารถแสดงพฤติกรรมเหมือนคลื่นได้ ลวดลายที่เกิดขึ้นเมื่อส่งแสงผ่านช่องเล็กๆ สองช่องเป็นตัวอย่างของแสงที่แสดงพฤติกรรมเหมือนคลื่น

กลศาสตร์คลาสสิกไม่สามารถอธิบายลวดลายนี้ได้

3. หลักความไม่แน่นอน

หลักความไม่แน่นอนเป็นหนึ่งในแนวคิดสำคัญของกลศาสตร์ควอนตัม หลักการนี้หมายความว่าเราไม่สามารถทราบตำแหน่งและความเร็วของอนุภาคใดๆ ได้อย่างแม่นยำพร้อมกัน ในกลศาสตร์คลาสสิกเราสามารถทราบตำแหน่งและความเร็วของลูกบอลได้อย่างแม่นยำ แต่ในกลศาสตร์ควอนตัมเราไม่สามารถทราบตำแหน่งและความเร็วของอิเล็กตรอนได้อย่างแม่นยำพร้อมกัน

ตัวอย่างเช่น ถ้าเราตรวจวัดตำแหน่งของอิเล็กตรอน ในขณะนั้นเราจะไม่สามารถทราบความเร็วของอิเล็กตรอนได้

นี่เป็นลักษณะเฉพาะของกลศาสตร์ควอนตัมที่แตกต่างจากกลศาสตร์คลาสสิก

4. การพันกันของควอนตัม

การพันกันของควอนตัมเป็นปรากฏการณ์ที่อนุภาคตั้งแต่สองอนุภาคขึ้นไปแม้จะอยู่ห่างไกลกันก็ยังคงแบ่งปันสถานะ หมายความว่าถ้าอนุภาคหนึ่งเปลี่ยนแปลง อนุภาคอื่นๆ ก็จะเปลี่ยนแปลงทันที ปรากฏการณ์นี้ไม่สามารถอธิบายได้ด้วยกลศาสตร์คลาสสิก

ตัวอย่างเช่น ถ้าเราตรวจวัดสถานะของอิเล็กตรอนหนึ่งตัวในคู่ของอิเล็กตรอนที่พันกัน สถานะของอิเล็กตรอนอีกตัวหนึ่งจะถูกกำหนดทันที

5. ผลอุโมงค์ควอนตัม

อุโมงค์ควอนตัมเป็นปรากฏการณ์ที่อนุภาคสามารถผ่านกำแพงได้แม้ว่าจะมีพลังงานไม่เพียงพอ ในกลศาสตร์คลาสสิกสิ่งนี้เป็นไปไม่ได้ แต่ในกลศาสตร์ควอนตัมอนุภาคมีโอกาสที่จะผ่านกำแพง

ตัวอย่างเช่น ปรากฏการณ์ที่อิเล็กตรอนสามารถข้ามกำแพงพลังงานเพื่อเคลื่อนย้ายประจุไฟฟ้าภายในโลหะเป็นอุโมงค์ควอนตัม ปรากฏการณ์นี้ไม่สามารถอธิบายได้ด้วยกลศาสตร์คลาสสิก

บทสรุป

หวังว่าตอนนี้คุณจะเข้าใจความแตกต่างระหว่างกลศาสตร์คลาสสิกและกลศาสตร์ควอนตัมได้ง่ายขึ้น ทฤษฎีทั้งสองนี้ในฟิสิกส์มีบทบาทของมันเองและช่วยให้เราเข้าใจปรากฏการณ์ทางธรรมชาติต่างๆ ได้