Wave-Particle Duality - Part 1 Bozeman Science English Thai

Wave-Particle Duality - Part 1YouTube↗ IA↗(long shot)
Education 67.8K views 697 likes 10 dislikes 29 May 2014

Bozeman Science 1.4M subscribers N/A YouTube↗

Hi. It's Mr. Andersen and this AP Physics essentials video 13. It is on wave-particle

สวัสดี ครูแอนเดอเสนกับวิดีโอในชุดวิชาฟิสิกส์พื้นฐานลำดับที่ 13 นี้ จะว่าด้วยเรื่องของทวิภาคของคลื่น–อนุภาค

duality. And before we talk about that we should identify what a particle is and what

ก่อนที่ว่าไปถึงเรื่องนั้น เราก็น่าจะได้ให้คำจำกัดความก่อน ว่าอนุภาคคืออะไร

a wave is. They are both ways that we can transfer energy from one point to another.

คลื่นคืออะไร ทั้งคลื่นและอนุภาคนั้น เราสามารถใช้เป็นตัวกลางในการส่งผ่านพลังงานได้

And so they both would allow me to knock this can over. Let me use a cannon ball first.

คือไม่ว่าจะเป็นคลื่อนหรืออนุภาด ครูก็สามารถเอามายิงใส่กระป๋องได้ทั้งนั้น ให้ครูลองใช้ปืนอันนี้ยิงดูก่อน

And so that is a particle. I am transferring energy through a particle from point A to

อันนี้คือตัวอย่างของอนุภาคที่ครูใช้ในการส่งผ่านพลังงานจากจุดหนึ่งไปอีกจุดนึง

point B. The cannon ball is going from one point to another and I have knocked the can

ลูกปืนได้เคลื่อนที่จากจุดหนึ่งไปยังอีกจุดนึง แล้วก็สามารถดันกระป๋องให้ตกลงมาได้

off. Now how else can I knock it off? Using a wave, well you see that there is a chain

มีอะไรอีกที่ครูจะเอามาใช้ได้? ก็คลื่นนงัย ..เชือกที่เห็นนี่ละ

here. I could add energy to it at one side. That would create a wave that would knock

ครูก็เอาพลังงานใส่เข้าไปด้านนึง เกิดคลื่นส่งออกไปดันกระป๋องให้ตกลงมาได้

the can off. Now you can see the chain is not moving. That the wave continues to move

สังเกตให้ดีว่าตัวเชือกเองไม่ได้เคลื่อนที่ไปไหน มีแต่คลื่นที่เกิดขึ้น ที่จะเคลื่อนที่กลับไปมา

back and forth. It is transferring energy through the medium. And so objects can either

เป็นการส่งผ่านพลังงานผ่านตัวกลาง ก็จะเห็นได้ว่าวัตถุต่างๆนั้น อาจจะเป็นได้ทั้งอนุภาค

be particles, like a baseball or they can be waves, like sounds waves. You are listening

อย่างลูกเบสบอล หรืออาจจะเป็นคลื่น อย่างคลื่นเสียงก็ได้ อย่างพวกเราตอนนี้

to sound waves right now coming from the speaker on your computer or the speaker in your headphones.

ก็กำลังได้ยินคลื่นเสียงที่ส่งออกมาจากลำโพงของเครื่องคอมพ์อยู่

How did it get there? Well I vibrated the air. My microphone picked up on that. And

แล้วมันไปยังงัยล่ะ? ..ก็เริ่มจากเสียงที่ครูพูด ส่งผ่านไปยังไมโครโฟน

then your speakers vibrate in the air. But it is not like sound is moving from me to

แล้วก็ส่งไปที่ลำโพงที่จะไปทำให้อากาศตรงนั้นสั่น (เพื่อส่งเสียงออกไป) เรื่องของเรื่องก็คือไม่ใช่ว่าเสียงนั้น ถูกส่งจากครูไปที่พวกเราโดยตรง

you. It is just vibrating the air. And so what scientists have found is that there is

เพียงแต่ไปสั่นอากาศต่อออกไปเรื่อยๆ เท่านั้น .. กลับมาสรุปประเด็นอยู่ตรงที่ว่า นักวิทยาศาตร์ก็ได้ค้นพบ

this duality. Particles act like waves and waves act like particles. And in this video

ลักษณะของทวิภาคในกรณีนี้ ..การที่อนุภาคมีลักษณะของคลื่น และคลื่นก็มีลักษณะของอนุภาค .. และในวิดีโอนี้

we are going to talk about how particles have wave properties. And this was first seen in

เราก็จะมาว่ากันในเรื่องของการที่อนุภาดแสดงคุณลักษณะบางประการของคลื่น อย่างที่เราได้เห็นไป

the double slit experiment, which is kind of counter-intuitive. But it will show you

ในการทดลองการสั่นข้างต้นนั้นแล้ว .. ซึ่งก็ค่อนข้างอธิบายได้โดยตัวมันเองอยู่แล้ว แต่สิ่งที่ครูอยากจะพูดถึงด้วยก็คือ

what is going on in the world of the very small. The world of quantum mechanics. And

ลักษณะของทวิภาคอย่างนี้ในกรณีของสิ่งที่มีขนาดเล็ก เป็นเรื่องของกลศตร์ควอนตัม

so let's set this double slit experiment up. What we have are two slits on this side. And

ก็มาเริ่มที่การทดลองอันนี้กัน ..ที่เห็นนี่ก็เป็นช่องเจาะรูเล็กๆ

what we are going to do is shoot particles at it. So you could imagine that we are shooting

ที่เราจะยิงอนุภาคผ่านออกไป ..พวกเราอาจจะลองเปรียบเทียบการทดลองอันนี้

baseballs or bullets or marbles or even spray paint that are going through those two slits.

เหมือนกับการยิงเบสบอลหรือกระสุนหรือลูกหิน หรือไม่ก็สีสเปรย์พ่นผ่านเข้าไปในช่องอันนี้

And so what do you think will happen? Well those particles are going to move through

คิดว่าจะเกิดอะไรขึ้นบ้างล่ะ? .. พวกเราก็จะเห็นว่าอนุภาคเหล่านี้ก็จะเคลื่อนผ่าน

those slits and they are going to hit some kind of a screen. Now what do you think it

ช่องสองช่องนั้นออกไปกระทบฉากที่รอไว้ .. ทีนี้จะเป็นยังงัยต่อ?

is going to look like on that screen if I turn it so you can see it? Well you probably

บนฉากที่รองไว้นั้น ถ้าครูหันออกมาก็จะเห็นเป็นแบบนี้ พวกเราอาจจะพอเดาได้อยู่แล้ว

guessed this. In other words the particles are not all moving in a straight line. But

สิ่งที่เราสังเกตเห็นก็คือการที่อนุภาคพวกนี้ ก็จะเคลื่อนที่เป็นแนวตรงออกไป

they are moving through the slit. They are hitting this screen and then we are seeing

แต่เมื่อมาถึงแผ่นกั้นอันแรก ก็จะผ่านออกไปได้จากทางช่องที่เจาะไว้เท่านั้น ซึ่งก็จะเห็นได้

that if we turn it sideways. And so what do you think happens if we were to close up one

เมื่อเราหันมาดูทางด้านข้าง .. แล้วพวกเราคิดว่าจะเป็นอย่างไรถ้าเราปิดช่องนึงไป?

of these? Well the particles are not going to make their way through. If we close this

ก็แน่ละว่าอนุภากก็จะไม่สามารถผ่านช่องที่ปิดนั้นออกมาได้ ..ถ้าปิดอีกอันล่ะ

one what is going to happen? Particles are not going to make it through there as well.

จะเกิดอะไรขึ้น? อนุภาคก็จะไม่ผ่านช่องนั้นออกมาเหมือนกัน

And so if we remove both then we are back to where we started. So you should not have

และเมื่อเปิดพร้อมกันทั้งสองช่องแล้ว ก็จะได้กลับมาเป็นอย่างเดิม ถึงตอนนี้ก็เป็นอันว่ายังไม่มีอะไรน่าตื่นเต้นนัก

learned anything new. This is how the world works. Now let's say we are using waves now.

เป็นอะไรที่ธรรมดาๆ มาก .. ทีนี้มาลองดูว่าถ้าเราใช้คลื่นบ้าง

And so imagine instead of shooting spray paint through these slits we now have got a wave

ลองนึกดูว่า แทนที่จะเป็นการใช้สีสเปรย์พ่นผ่านช่อง เราก็เปลี่ยนมาเป็น

tank where we are generating waves on the left side. Those waves are moving through

ภาชนะใส่น้ำที่เราสามารถทำให้เกิดคลื่นขึ้นมาทางด้านซ้าย แล้วก็ปล่อยให้คลื่นเคลื่อนผ่านมาทางช่องทั้งสอง

the two slits. And then we have detectors on the screen that are showing us what is

แล้วจากนั้นก็คอยสังเกตดูผลบนฉากกั้นทางด้านนี้

the amplitude of those waves. How much energy is being transferred through? So if we kind

ดูว่าขนาดของคลื่นที่ถูกส่งมาจะเป็นอย่างไร ..ถ้าเราลอง

of simulate that it is going to look like this. And so what we are seeing is interference.

ใช้แบบจำลองสาธิตออกมา ..ก็จะได้เป็นแบบที่เห็นนี่ สิ่งที่เราเห็นก็คือการรบกวนกันของคลื่น

You can see that as those waves move through we are increasing the waves in some places,

พวกเราจะสังเกตเห็นว่า เมื่อคลื่นเคลื่อนผ่านไปนั้น บางตำแหน่งจะมีขนาดใหญ่ขึ้น

decreasing the waves in some places. And what you see is an interference pattern that would

และบางตำแหน่งก็มีขนาดคลื่นเล็กลง นั่นเป็นผลจากการรบกวนกัน ซึ่งจะมีผลออกมาเป็นอย่างที่เห็นนี้

look like this. Because those are moving as waves they can interfere with each other.

การเคลื่อนที่ของคลื่นนั้นเป็นลักษระที่เปิดโอก่สให้มีการรบกวนกันได้อย่างที่เห็น

And so you do not have two discrete units. That is how waves look in a double split experiment.

ก็จะไม่เห็นออกมาเป็นสองแนวอย่างในกรณีแรก ก็เป็นอันว่านี่คือลักษณะที่เราจะได้เห็นจากการทดลองนี้

And so then scientists said well let's look at something very, very small. Let's look

จากนั้น พวกนักวิทยาศาตร์ก็หันไปทดลองกับสิ่งที่มีขนาดเล็กมากๆ

at an electron, which we tend to think of as being a particle. And so let's shoot particles

อย่างเช่นอิเล็กตรอน ซึ่งเรามักจะนึกถึงในฐานะที่เป็นอนุภาค ซึ่งเมื่อเราลองยิงอนุภาคอิเลคตรอน

through this double slit experiment and see what we see on the other side. So you might

ผ่านช่องคู่อันนี้ดูว่าจะเห็นอะไรที่ฉากหลัง .. พวกเราอาจจะเดาว่า

image they are going to move through. If we turn it towards you might think it would look

น่าจะเป็นการเคลื่อนที่ในแนวตรง .. และพอหันออกมาดูแล้ว

just like those marbles or that spray paint did. But what you see is an interference pattern.

ก็น่าจะเห็นอย่างเดียวกับการยิงกระสุนหรือสีเปรย์พวกนั้น แต่กลับเป็นว่าสิ่งที่เราเห็นกลับมีลักษณะคล้ายกับการรบกวนกันของคลื่น

So we see these things that we think of as particles and they are starting to act as

ที่เราสังเกตตอนนี้ก็คือ สิ่งที่เราเชื่อว่าเป็นอนุภาดนั้น สามารถแสดงคุณสมบัติของคลื่นได้ด้วย

waves. They are interfering with one another. And so scientists thought well maybe they

คือมีคุณสมบัติที่แดสดงว่ามีการบกวนกันเกิดขึ้น นักวิทยาศาตร์จึงเริ่มคิดถึงความเป็นไปได้

are all going every which way. And so they are interfering with each. What if we just

ที่อนุภาคอาจจะกระจายไปในทิศทางต่างๆ จึงมีการรบกวนกันเกิดขึ้น .. แล้วจะเป็นยังงัย ถ้า

shoot them one at a time. So let's just shoot a few electrons at a time. And what they find

เราจะค่อยๆ ยิงไป ทีละ หรือครั้งละชุดของอนุภาค เราจึงลองยิงอิเลคตรอนไป ทีละชุด .. สิ่งที่สังเกตได้ก็คือ

is as they do that over minutes and minutes and then hours and then hours, what is happening

เมื่อยิงออกไปทีละนาที นาทีนึง แล้วก็เปลี่ยนเป็นชั่วโมงนึง แล้วก็อีกชั่วโมงนึง .. สิ่งที่สังเกตได้ก็คือ

is this interference pattern starts to emerge. And so this is crazy to scientists. So what

การรบกวนกันเริ่มสังเกตได้เป็นระยะๆ ซึ่งสร้างความสงสัยให้แก่นักวิทยาศาสตร์เป็นอันมาก

is going on. Are they somehow interfering with other electrons in the future or in the

ว่าเกิดอะไรขึ้น กับการรบกวนกันระหว่างอิเคตรอนตัวก่อนหน้าหรือหลังจากนั้น

past? Are they somehow dividing in half and then interfering with each other, those two

เกิดมีการแตกตัวออกมาแล้วทำให้มีการรบรวนระหว่างกันอย่างไรหรือไม่?

parts of that electron? And so scientists want to test that. So what they do is they

นักวิทยาศาตร์ต้องการที่จะเข้าใจในปรากฎการณ์อันนี้ พวกเขาจึงได้ทดลองและสังเกตดู

observe it. In other words they put flashes of light that are going to be released when

ด้วยการติดตั้งแสงแฟลชที่จะกระพริบส่องแสงออกมา

they incident with an electron and they see what happens these to see which one of these

เมื่อตรวจจับอิเลคตรอนได้ เพื่อที่จะได้รู้ว่า

holes is the electron going through. And as they start to observe it something even weirder

อิเลคตรอนแต่ละอนุภาคออกนั้น มาทางช่องไหน และสิ่งที่สังเกตได้กลับสร้างความฉงนยิ่งขึ้นไปอีก

happens. It goes back to acting like a particle again. And so again, what is this showing

เนื่องจากอิเลคตรอนพวกนี้ กลับแสดงคุณสมบัติของอนุภาคด้วย ตกลงว่าทั้งหมดนี้บอกอะไรเราบ้าง?

us? That these particles that we think of as discrete little units are actually behaving

อนุภาคที่เราเชื่อว่าเป็นหน่วยที่เล็กที่สุดสามารถแสดงคุณสมบัติ

like waves. And it opens up this world of quantum mechanics. And so you could do this

ความเป็นคลื่นออกมาได้ เป็นการเปิดโลกของกลศาสตร์ควอนตัมขึ้นมา .. เราสามารถสาธิตคุณสมบัติดังกล่าว

if you wanted to. This works with any kind of a light source, like a laser light source

ได้หากต้องการลองทำดู .. จะใช้แหล่งกำเนิดแสงแบบไหนก็ได้ อย่างเช่นเลเซอร์ที่เห็นในรูปนี้ก็ใช้ได้

where it is moving in one coherent plane. And so what you could do is just shine a laser

โดยเป็นแหล่งแสงแบบที่ส่องออกมาทางระนาบเดียวกัน จากนั้นก็ส่องเลเซอร์ผ่านเข้ามา

through these two slits. You could do this is a physics classroom. And what you will

ทางช่องทั้งสองช่องนี้ ..พวกเราจะลองทำกันดูในแลปชั้นเรียนฟิสิกส์ก้ได้ สิ่งที่เราจะได้เห็น

get is this diffraction pattern on the other side. It is something that we can observe

ก็คือลักษณะของการเลี้ยวเบน (diffraction pattern) เป็นสิ่งที่เราสังเกตได้

but it is being created at the quantum level. And what do I mean by that? Well we live in

และเป็นสิ่งที่เกิดขึ้นในระดับของควอนตัม ..หมายความว่าอย่างไร? ..ต้องเข้าใจก่อนว่า

the world classical mechanics. We live in a world where everything travels much less

โลกที่เราอยู่นี้ เป็นโลกของกลศาสตร์แบบดังเดิม ที่ทุกสิ่งทุกอย่างเคลื่อนที่ด้วยความเร็วที่น้อยกว่า

than the speed of light. And things are much larger than the size of an atom. And so we

ความเร็วของแสงมากนัก และสิ่งต่างๆ นั้น ก็ล้วนมีขนาดที่ใหญ่กว่าขนาดของอะตอมมาก

live in this world of classical mechanics. That is mostly what you are going to learn

อันเป็นคุณสมบัติของโลกที่เราเรียกกันว่ากลศาสตร์แบบดั้งเดิม ซึ่งเราได้เรียนรู้พูดถึงกัน

in Physics I and II. But know this, that as things get really really fast we have to adjust

ในวิชาฟิสิกส์ I และ ฟิสิกส์ II .. แต่สำหรับเรื่องนี้ เมื่อพูดถึงสิ่งที่เคลื่อนไหวด้วยความเร็วที่สูงมากๆ

and use relativistic mechanics. And as things get really, really small we have to use quantum

เราก็ต้องหันมาใช้อธิบายด้วยกลศาสตร์สัมพัทธภาพ (relativistic mechanics) ถ้าเป็นสิ่งที่เล็กมากๆ ก็ต้องใช้กลศาสตร์ควอนตัม (quantum mechanics)

mechanics. And so the double slit experiment does not work in our classical mechanics world.

การทดลองสองช่องอันนั้นจึงเอากลศาตร์แบบดังเดิมมาใช้อธิบายไม่ได้

But it does work in the world of the very very small. And so did you learn this, how

เนื่องจากเป็นเรื่องของสิ่งที่มีขนาดเล็กมาก สรุปว่า .. สิ่งที่เราได้เรียนกันในคราวนี้ ก็คือ

classical particles like electrons and photons can have wave-like properties? I hope so and

การที่อนุภาคในกลศาสตร์แบบเดิมอย่างเช่นอิเลคตรอนและโฟตอน สามารถแสดงคุณสมบัติของคลื่นได้

I hope that was helpful.

ก็หวังว่าคงจะได้ประโยชน์ไม่มากก็น้อย