6.12 การพัวพันเชิงควอนตัม

หน้าแรก ／ บทที่ 6: เขตควอนตัม

I. ข้อเท็จจริงจากการสังเกต (ปรากฏการณ์)

• ความสัมพันธ์ที่แรงและเปลี่ยนตามฐานการวัด: สองอนุภาค (หรือโฟตอน) ที่เกิดจากเหตุการณ์เดียวกันถูกส่งไปวัดแยกกันบนฐานชนิดเดียวที่หมุนได้ (เช่น มุมโพลาไรซ์ ทิศสปิน หรือฐานเส้นทาง) เมื่อจับคู่สถิติ ผลความสัมพันธ์เปลี่ยนตามมุมเชิงสัมพัทธ์ของสองฐานตามกฎแน่นอน และเกินกรอบอธิบายแบบ “ค่าถูกกำหนดไว้ล่วงหน้าที่แต่ละอนุภาค”
• คงอยู่แม้ห่างไกล แต่ผลลัพธ์ฝั่งเดียวสุ่มเสมอ: เมื่อแยกห่างเชิงอวกาศ–เวลาและคุมหน้าต่างเวลาอย่างเคร่งครัด การกระจายชายขอบของแต่ละฝั่งยังคงสม่ำเสมอและสุ่ม ความสัมพันธ์จะมองเห็นได้ก็ต่อเมื่อจับคู่บันทึกของทั้งสองฝั่งเข้าด้วยกัน
• การเลือกแบบหน่วงเวลา / การลบสัญญาณเชิงควอนตัม: สามารถตรวจวัดก่อน แล้วค่อยตัดสินใจภายหลังว่าจะเก็บ “ข้อมูลเส้นทางหรือแพตเทิร์นการแทรกสอด” เมื่อนำการตัดสินใจมาจัดกลุ่มข้อมูลย้อนหลัง รูปแบบที่สอดคล้องจะปรากฏหรือเลือนหาย โดยไม่เกิดสัญญาณที่ใช้ย้อนเหตุและผล
• การสลับการพัวพัน: สร้างสองคู่แยกกัน ทำการปฏิบัติการร่วมกับ “สองอนุภาคตรงกลาง” ที่สถานีกลาง แล้วใช้ผลของสถานีกลางจัดกลุ่มข้อมูลเดิมของปลายทาง พบความสัมพันธ์แบบพัวพันชุดใหม่ระหว่างปลายทางที่ไกลออกจากกัน

ข้อเท็จจริงเหล่านี้ชี้ร่วมกันว่า ความสัมพันธ์ในการพัวพันไม่ได้เกิดจากกระบวนการ “ส่ง–รับ” ระหว่างสองฝั่ง แต่เป็นการปรากฏเชิงสถิติของ ชุดข้อจำกัดร่วมเดียวกัน ที่ครอบคลุมทั้งระบบ

II. กลไกทางกายภาพ

1. การเกิดขึ้น: เหตุการณ์จากแหล่งกำเนิดร่วมสร้าง “โครงสร้างประสานแบบเทนเซอร์” ข้ามโดเมน
   คู่ที่พัวพันเกิดจากเหตุการณ์เดียวกัน (เช่น การลดทอนที่ไม่เชิงเส้น การปล่อยแบบลูกโซ่ หรือการสร้างคู่จากการชน) ในมุมมองของ ทฤษฎีเส้นพลังงาน (EFT) เหตุการณ์ดังกล่าวได้วาง โครงสร้างประสานแบบเทนเซอร์ ใน “ทะเลพลังงาน” เชื่อมสองตำแหน่งไว้ด้วยกัน:
   • ไม่ใช่ช่องทางขนส่งพลังงานหรือสารสนเทศ แต่เป็นชุดข้อจำกัดร่วมและกฎทรงตัวบนบรรดาเอกภาพที่ตรวจวัดได้ (เช่น การทรงตัวของโมเมนตัมเชิงมุมรวม เฟสต่างคงที่ หรือพาริตี)
   • โครงสร้างนี้กำหนด เซ็ตผลลัพธ์ที่เป็นไปได้ร่วมกัน ของสองฝั่ง แต่ไม่ระบุผลลัพธ์เฉพาะของฝั่งใดฝั่งหนึ่ง
2. การแยกและการพาเคลื่อน: โครงสร้างติดตามระบบไป แต่ไม่อาจใช้ส่งสัญญาณ
   เมื่อสองอนุภาคแยกจากกัน โครงสร้างประสานยังคงบังคับผลลัพธ์ร่วม อย่างไรก็ตาม การกระจายชายขอบของแต่ละฝั่งไม่เปลี่ยน จึงไม่สามารถเข้ารหัสหรือถ่ายทอดข้อความตามอำเภอใจได้ ไม่มีกระบวนเหตุ–ผลแบบ “สั่งจากฝั่งหนึ่งไปอีกฝั่งหนึ่ง”
3. การวัด: การเชื่อมต่อเชิงพื้นที่เฉพาะที่ทำให้เซ็ตร่วมที่เป็นไปได้หดแคบลง
   การวัดคือการเชื่อมต่ออย่างแรงในระดับเฉพาะที่ ฐานที่เลือกถูกเขียนเป็น เงื่อนไขขอบเขตเฉพาะที่ บังคับผลลัพธ์ให้ตกใน เซ็ตเวกเตอร์ลักษณะเฉพาะ ของฐานนั้น เนื่องจากมีข้อจำกัดร่วมอยู่ก่อนแล้ว ขั้นตอนนี้จึงเทียบเท่ากับการทำให้ เซ็ตร่วมที่เป็นไปได้ทั่วระบบหดลง เหลือเพียงแขนงที่สอดคล้องกับตัวเลือกเฉพาะที่ และส่งผลให้ เซ็ตผลลัพธ์ที่ยังอนุญาตได้ของฝั่งไกล ถูกจำกัดตามไปด้วย
   จุดสำคัญ:
   • ผลลัพธ์ฝั่งเดียวสุ่มเหมือนเดิม (การกระจายชายขอบคงเดิม) จึงไม่อาจใช้สื่อสารเร็วกว่าแสง
   • มีเพียงสถิติแบบจับคู่เท่านั้นที่เผยให้เห็นความสัมพันธ์เกินกว่าคลาสสิก
4. การเลือกแบบหน่วงเวลาและการลบสัญญาณเชิงควอนตัม: การจัดกลุ่มภายหลังทำให้ด้านที่เลือกปรากฏ
   “เก็บข้อมูลเส้นทาง” กับ “เก็บการแทรกสอด” คือเงื่อนไขขอบเขตเฉพาะที่คนละแบบ การตัดสินใจภายหลังว่าจะจัดกลุ่มข้อมูลเดิมอย่างไร เท่ากับเลือก ด้าน ของโครงสร้างประสานที่จะทำให้ปรากฏ เพราะการกระจายชายขอบไม่เปลี่ยน จึงไม่มีการย้อนเหตุ–ผลหรือสัญญาณที่ถ่ายทอดได้
5. การสลับการพัวพัน: ปรับโครงสร้างประสานใหม่
   การปฏิบัติการร่วมที่สถานีกลาง ปรับโครงสร้าง ประสานเฉพาะที่สองชุดเดิมให้กลายเป็น โครงสร้างใหม่ ที่พาดเชื่อมไปยังปลายทางทั้งสอง การใช้ผลของสถานีกลางเป็นกุญแจจัดกลุ่ม ทำให้ข้อจำกัดร่วมปรากฏในข้อมูลย้อนหลังของปลายทาง โดยยัง ไม่มี การส่งสัญญาณข้ามระยะทาง
6. การสูญเสียความเชื่อมคล้อง (decoherence): โครงสร้างประสานถูกทำลายหรือเสื่อมสภาพ
   หากด้านใดด้านหนึ่ง เชื่อมต่ออย่างแรงและไร้ระเบียบ กับสภาพแวดล้อมก่อนเข้าตรวจวัด โครงสร้างประสานจะถูกทำลาย ข้อจำกัดร่วมไม่ทำงานอีกต่อไป สถิติแบบจับคู่จะ ถอยกลับ สู่ความสอดคล้องเชิงคลาสสิก ซึ่งอธิบายความเปราะบางของการพัวพัน และความไวต่อสัญญาณรบกวน ระยะทาง และตัวกลาง
7. เส้นแบ่งกับปฏิสัมพันธ์แบบการแพร่ส่ง
   จำเป็นต้องแยกความแตกต่างระหว่าง:
   • ความปั่นป่วนที่แพร่ส่งได้ (แพ็กเก็ตคลื่นส่งต่อกันทีละจุดในตัวกลาง) ซึ่งปฏิบัติตามโซ่เหตุ–ผลเฉพาะที่และจำกัดด้วยความเร็วแพร่ส่ง (มักเทียบกับความเร็วแสง)
   • ความพร้อมกันเชิงโครงสร้าง (ข้อจำกัดร่วมที่ใช้ได้ทั่วทั้งระบบ) ซึ่งไม่เกี่ยวข้องกับการขนส่งพลังงานหรือสารสนเทศผ่านระยะทาง และดังนั้น ไม่ถูกจำกัด ด้วยข้อจำกัดการแพร่ส่ง
     การพัวพันอยู่ในประเภทหลัง: เป็นการปรากฏเชิงสถิติของ ข้อจำกัดร่วม ไม่ใช่สัญญาณเหนือแสง

III. อุปมาระดับมหภาค: ร่วมข้อจำกัด → การหันแนวอย่างสอดประสาน

ในสเกลหลายร้อยถึงหลายพันเมกะพาร์เซก เควซาร์ที่อยู่ในสายในโครงข่ายเอกภพเดียวกันมักแสดง การจัดแนวเป็นกลุ่ม ของมุมโพลาไรซ์และแกนเจ็ต ตามมุมมองของทฤษฎีเส้นพลังงาน สายของโครงข่ายเอกภพทำหน้าที่เป็น ระเบียงเทนเซอร์แบบไม่สมมาตร ที่มี แกนหลัก “อิมพีแดนซ์ต่ำ–ส่งผ่านง่าย” แกนนี้ทำให้กระแสแม่เหล็กและระนาบการกระเจิงใกล้ใจกลางกาแลกซี ล็อกเฟส ตามแนวได้ง่ายขึ้น ดังนั้น แหล่งกำเนิดที่ห่างกันมากแต่ อยู่ในสายในเส้นเดียวกัน จึงแสดงมุมโพลาไรซ์และทิศทางเจ็ตคล้ายคลึงกัน โดย ไม่มีการสื่อสารระยะไกล มีเพียง ข้อจำกัดพื้นหลังร่วม คือแกนเทนเซอร์เดียวที่มีผลพร้อมกันต่อหลายแหล่ง
สัญญาณเชิงสังเกตที่ตรวจสอบได้ ได้แก่: การ กระจุกตัวของมุมโพลาไรซ์ ที่เด่นชัดขึ้นสำหรับแหล่งที่อยู่ในสายในเส้นเดียวกัน; การพึ่งพาสภาพแวดล้อม (ชัดกว่าในบริเวณที่สายแข็งแรง); เสถียรภาพของทิศทาง สูงกว่าที่คาดจากสนามสุ่ม; และ การหันแนวร่วม กับ เฉือนจากเลนซิงแบบอ่อน และ ลวดลายโพลาไรซ์จากฝุ่น/ซินโครตรอน ในสนามเดียวกัน
ข้อชี้แจง: การจัดแนวขนาดมหภาคเหล่านี้ ไม่ใช่ หลักฐานของการพัวพันเชิงควอนตัม และ ไม่ก่อให้เกิด การละเมิดแบบเบลล์; มันเป็นภาพสะท้อนเชิงสัญชาตญาณในระดับมหภาคของแนวคิดเดียวกันว่า “ข้อจำกัดเชิงโครงสร้างสามารถทำให้เกิดความสอดประสานจากระยะไกลได้”

IV. สรุป

การพัวพันเชิงควอนตัมอธิบายได้ว่า: เหตุการณ์จากแหล่งกำเนิดร่วมสร้าง โครงสร้างประสานแบบเทนเซอร์ที่พาดข้ามโดเมน ในทะเลพลังงาน ซึ่งกำหนด ข้อจำกัดร่วม ต่อผลการวัดของทั้งสองฝั่ง การวัดเฉพาะที่ ทำให้เซ็ตร่วมที่เป็นไปได้หดตัว จึงเห็นความสัมพันธ์เกินกว่าคลาสสิกได้จากสถิติแบบจับคู่ ขณะที่การกระจายชายขอบของฝั่งเดียวยังคงสุ่มและ ไม่สามารถใช้สื่อสาร ปรากฏการณ์แบบเลือกหน่วงเวลาเทียบได้กับ การจัดกลุ่มภายหลัง ที่เผย “ด้าน” ต่าง ๆ ของโครงสร้าง ส่วนการสลับการพัวพันคือการ ปรับโครงสร้างประสานใหม่
สรุปสั้น ๆ: การพัวพัน = ความสอดประสานที่ไม่ขึ้นกับตำแหน่งโดยอาศัยข้อจำกัดร่วม; ปรากฏผ่านสถิติแบบจับคู่ โดยไม่ละเมิดเหตุ–ผลหรือขีดจำกัดการแพร่ส่ง