ณ วันนี้บรรดามหาอำนาจตะวันตกต่างก็ตระหนักและกำลังตระหนกตกใจในความสามารถทางทหารและวิชาการของจีนมาก โดยเฉพาะในเรื่องความก้าวหน้าด้านอวกาศที่จีนกำลังสาธิตให้ชาวโลกเห็น ตลอดเวลา 10 ปีที่ผ่านมา และที่จีนกำลังวางแผนจะดำเนินการในอนาคต ทั้งๆ ที่จีนเริ่มทำงานด้านนี้อย่างจริงจังเมื่อไม่นานมานี้เอง
โดยปี 2004 เป็นปีที่จีนเริ่มโครงการ Double Star ร่วมกับองค์การอวกาศของยุโรป European Space Agency (ESA) เพื่อศึกษาธรรมชาติของลมสุริยะที่พัดสู่โลกในแนวขั้วเหนือ และขั้วใต้กับแนวเส้นศูนย์สูตร
อีก 4 ปีต่อมา จีนได้ส่งยานอวกาศไปโคจรรอบดวงจันทร์ โดยตั้งชื่อโครงการว่า Chang’e -1 (ชื่อเทพธิดาแห่งดวงจันทร์ในเทพนิยายจีน) เพื่อทำแผนที่ภูมิศาสตร์ และสำรวจความอุดมสมบูรณ์ทางธรณีวิทยาบนดวงจันทร์
ถึงปี 2009 จีนได้ส่งยานอวกาศลำที่ 2 (Chang’e -2) ไปโคจรรอบดวงจันทร์เป็นครั้งที่ 2 เพื่อศึกษาและวิเคราะห์หาตำแหน่งดีที่สุด ในการส่งมนุษย์อวกาศจีนไปสำรวจ
ต่อมาอีก 5 ปี จีนก็ประสบความสำเร็จในการส่งยาน Chang’e -3 ไปลงบนดวงจันทร์ได้เป็นครั้งแรก โดยยานหุ่นยนต์ถูกบังคับด้วยสัญญาณจากศูนย์ควบคุมบนโลกให้ไปศึกษาและสำรวจสภาพทางธรณีวิทยาของดวงจันทร์ และวัดปริมาณรังสีของเหนือม่วงที่มีอยู่บนดวงจันทร์ รวมถึงให้ทดสอบความเป็นไปได้ที่จีนจะสร้างหอโทรทรรศน์ดูดาวบนดวงจันทร์ด้วย ทั้งนี้เพราะดวงจันทร์ไม่มีบรรยากาศซึ่งเป็นอุปสรรคที่ขัดขวางที่สำคัญในการดูดาว ดังนั้นการสังเกตของนักดาราศาสตร์บนดวงจันทร์จะทำได้ดีกว่าบนโลกมาก
และเมื่อวันที่ 5 เมษายน 2016 ที่ผ่านมานี้ จีนก็ได้ส่งดาวเทียม Shijian-10 ขึ้นโคจรรอบโลกเป็นเวลานาน 2 สัปดาห์ แล้วนำดาวเทียมกลับสู่โลกอย่างปลอดภัย โดยภายในดาวเทียมมีอุปกรณ์ทดลองเพื่อศึกษาธรรมชาติของวัสดุต่างๆ ขณะอยู่ในสภาพไร้น้ำหนัก และการทดลองที่ศึกษาระบบชีววิทยาในกรณีที่ได้รับรังสีในอวกาศอย่างรุนแรงและต่อเนื่อง นอกจากนี้ยานยังมีการทดลองเรื่องเทคโนโลยีชีวภาพด้วย
ส่วนในอนาคตคือ ตั้งแต่เดือนตุลาคมปี 2017 เป็นต้นไป จีนก็ได้วางแผนจะส่งกล้องโทรทรรศน์อวกาศชื่อ Hard X-ray Modulation Telescope (HXMT) ขึ้นโคจรรอบโลกเพื่อค้นหา และศึกษาธรรมชาติของหลุมดำที่มีมวลมหาศาลนับล้านเท่าของดวงอาทิตย์ และจะส่งยาน Chang’e -5 ไปลงบนดวงจันทร์ ณ ตำแหน่งที่มีชื่อว่า มหาสมุทรแห่งพายุ (Ocean of Storms) เพื่อเก็บรวบรวมหิน และดินบนดวงจันทร์แล้วนำกลับมาวิเคราะห์บนโลก ทั้งนี้เพราะนักวิทยาศาสตร์จีนมีความเห็นว่า สถานที่ดังกล่าวมีข้อมูลวิทยาศาสตร์ที่น่าสนใจมากที่สุด นอกจากนี้ก็จะให้ยานเจาะผิวดวงจันทร์ลงไปลึกประมาณ 2 เมตร เพื่อหาร่องรอยการระเบิดในอดีตของภูเขาไฟที่เคยมีบนดวงจันทร์ รวมถึงศึกษาธรรมชาติของสนามแม่เหล็กของดวงจันทร์ด้วย
ถึงปี 2018 ยาน Chang’e -4 จะเป็นยานอวกาศลำแรกที่ถูกส่งไปลงจอดบนดวงจันทร์ด้านที่ไม่เคยหันสู่โลกเลย ตัวยานจะมีกล้องโทรทรรศน์ไปด้วย เพื่อใช้ทดสอบและตัดสินว่า นักดาราศาสตร์จีนสมควรจะติดตั้งกล้องโทรทรรศน์ขนาดใหญ่บนดวงจันทร์ เพื่อใช้สำรวจอวกาศหรือไม่
ตั้งแต่ปี 2020 เป็นต้นไป สถาบัน Chinese Academy of Sciences (CAS) ก็มีโครงการส่งยานอวกาศไปลงสำรวจดาวอังคาร เพื่อศึกษาระบบนิเวศ และเตรียมข้อมูลสำหรับมนุษย์อวกาศจีนที่จะไปสำรวจในอนาคต
ถึงปี 2022 จีนก็จะส่งกล้องโทรทรรศน์อวกาศชื่อ Einstein Probe ขึ้นฟ้า เพื่อศึกษาธรรมชาติของการระเบิดปล่อยรังสีแกมมา (Gamma Ray Burst) และค้นหาแหล่งกำเนิดของคลื่นโน้มถ่วง ซึ่งอาจจะเกิดจากการชนกันระหว่างหลุมดำ หรือระหว่างดาวนิวตรอน
นอกจากจะมีโครงการสำรวจอวกาศแล้ว จีนก็ยังมีแผนสำรวจโลกโดยใช้เทคโนโลยีอวกาศอีกหลายโครงการ เช่น จัดส่งดาวเทียมขึ้นอวกาศเพื่อวิเคราะห์ความชื้นของแผ่นดิน ความเค็มของน้ำทะเล ปริมาณหิมะที่ทับถมบนยอดเขาสูง และวัดปริมาณไอน้ำที่มีในเมฆและในบรรยากาศ โดยโครงการ Water Cycle Observation Mission นี้จะเริ่มดำเนินการหลังปี 2020 เพราะจีนตระหนักดีว่า นักวิทยาศาสตร์จีนยังไม่มีข้อมูลเกี่ยวกับน้ำบนโลกที่สมบูรณ์ 100% สืบเนื่องจากน้ำที่โลกมีทุกวันนี้สามารถแอบแฝงอยู่ได้ในหลายรูปแบบที่แตกต่างกัน ดังนั้นการวางแผนการจัดการน้ำของจีนหรือของชาติอื่นใดจึงยังไม่มีประสิทธิภาพ
โครงการอวกาศของจีนดังที่กล่าวมานี้ เป็นโครงการที่หลายประเทศต้องการจะทำเช่นกัน แต่ไม่สามารถทำได้ เพราะไม่มีเงิน และขาดบุคลากรที่สามารถมาสนับสนุน ดังนั้นชาติอื่นๆ เช่น รัสเซีย สวีเดน และเนเทอร์แลนด์ ฯลฯ จึงได้ขอเข้าร่วมโครงการด้วย แต่มีชาติหนึ่งที่ไม่เป็นที่ต้อนรับของจีนเลย ชาติที่ว่าคือ อเมริกา เพราะตั้งแต่ปี 2011 เป็นต้นมา สัมพันธภาพระหว่างอเมริกากับจีนอยู่ในสภาพที่ตึงเครียดมาก สืบเนื่องมาจากการที่อเมริกาแสดงความไม่พอใจเรื่องการละเมิดสิทธิมนุษยชนของจีน รวมถึงเรื่องที่จีนแอบสอดแนมทางทหาร และล้วงข้อมูลเศรษฐกิจของอเมริกา กับเรื่องการที่จีน “รุกราน” ประเทศอื่นๆ ในทะเลจีนใต้ ดังนั้น รัฐบาลสหรัฐฯ จึงออกกฎหมายห้ามนักวิทยาศาสตร์ NASA เข้าร่วมการวิจัยใดๆ กับจีน เป็นการกีดกัน และป้องกันมิให้จีนเก่งเกินอเมริกา แต่การตั้งกำแพงหรือรั้วกั้นในลักษณะนี้ นักวิทยาศาสตร์จีนไม่เดือดร้อน เพราะทุกคนรู้ดีว่า นักวิทยาศาสตร์จีนสามารถทำงานต่อไปได้ โดยไม่มีความจำเป็นต้องพึ่งพาอเมริกาเหมือนเมื่อในอดีตแล้ว
นอกจากจะมีโครงการเทคโนโลยีอวกาศต่างๆ มากมายแล้ว จีนก็ยังมีโครงการวิทยาศาสตร์อวกาศที่น่าจับตามองอีกหนึ่งโครงการด้วย นั่นคือโครงการ Quantum Experiments at Space Scale (QUESS) ที่นักวิทยาศาสตร์จีนต้องการจะทดสอบสมบัติลึกลับด้านความพัวพัน (entanglement) ของระบบควอนตัม ในกรณีที่อนุภาคซึ่งเป็นองค์ประกอบของระบบอยู่ห่างไกลกันเป็นระยะทางร่วมพันกิโลเมตร ซึ่งจะเป็นการยืนยันว่า หลักการของวิชากลศาสตร์ควอนตัมว่ายังใช้ได้ดีที่ระยะไกล โดยไม่จำเป็นว่าจะใช้ได้เฉพาะกรณีที่อนุภาคอยู่ใกล้กันเท่านั้น ในอดีตที่ผ่านมาสถิติด้านระยะทางของสมบัติความพัวพัน คือ ไกลไม่เกิน 143 กิโลเมตร แต่ QUESS จะทดสอบความพัวพันระหว่างอนุภาคที่อยู่ห่างไกลกันถึง 1,200 กิโลเมตร โดยใช้ดาวเทียมเป็นสื่อกลาง
สำหรับหัวหน้าโครงการทดลองนี้ ชื่อ Pan Jian-Wei แห่ง University of Science and Technology of China ที่เมือง Hefei
Pan เล่าว่า เขาได้เริ่มสนใจความลึกลับของฟิสิกส์ควอนตัม หลังจากที่ได้รู้ว่าอนุภาคควอนตัมสามารถอยู่ได้ในหลายสถานที่ ในเวลาเดียวกัน และอนุภาคตัวเดียวสามารถหมุน (spin) ทวนเข็มนาฬิกาก็ได้ และตามเข็มนาฬิกาก็ได้ในเวลาเดียวกัน อีกทั้งสามารถแสดงสมบัติหลายๆ รูปแบบได้พร้อมกัน ทั้งนี้เพราะอนุภาคควอนตัมสามารถแสดงสมบัติของคลื่น และสมบัติของอนุภาคได้นั่นเอง
แต่ก็มีสมบัติควอนตัมอีกประการหนึ่งที่ทำให้นักฟิสิกส์ทุกคนตะลึงอย่างแทบไม่เชื่อหูและตา นั่นคือ สมบัติความพัวพัน (entanglement) ซึ่งแม้แต่ Einstein ก็ถึงกับเหงื่อตก เมื่อได้เห็นสมบัติด้านนี้ จนถึงกับออกมาปฏิเสธไม่ยอมรับทฤษฎีควอนตัมว่าเป็นทฤษฎีที่สมบูรณ์แบบ นั่นคือ สมบัติความพัวพัน ซึ่งสามารถเห็นได้ชัดในกรณีอนุภาคแสง (photon) 2 อนุภาคซึ่งถูกสร้างขึ้นพร้อมและอยู่ใกล้กันจนทำให้อนุภาค photon ทั้งสองมีความผูกพันอย่างใกล้ชิดถึงระดับที่ว่า ถ้าอนุภาค photon ทั้งสองถูกจับแยกจากกัน การวัดสมบัติของอนุภาคตัวแรกจะมีผลกระทบต่ออนุภาคตัวที่สองในทันที ไม่ว่าอนุภาคทั้งสองนั้นจะอยู่ห้องปฏิบัติการเดียวกัน หรืออยู่คนละฟากของเอกภพ เหตุการณ์นี้จึงดูเสมือนว่า อนุภาคทั้งสองส่ง “โทรจิต” ถึงกันได้ คือสื่อสารถึงกันด้วยความเร็วที่มากกว่าแสง
หรือจะกล่าวสั้นๆ ก็ได้ว่า สำหรับ ระบบควอนตัมที่มีความพัวพัน ไม่ว่าระบบนั้นจะประกอบด้วยอนุภาค 2, 3, 4 ตัวหรือจำนวนเท่าใดก็ตาม การศึกษาสมบัติของอนุภาคตัวหนึ่งตัวใดในระบบจะมี “สัญญาณ” ส่งถึงอนุภาคตัวอื่นๆ ทุกตัวในทันที ไม่ว่าอนุภาคเหล่านั้นจะอยู่ใกล้หรือไกลกันเพียงใด
นี่ก็คือ สิ่งที่ Einstein เรียก พฤติกรรมปีศาจ (spooky behavior)
Pan ได้เริ่มสนใจปรากฏการณ์นี้เป็นครั้งแรกเมื่อมีอายุได้ 25 ปี และในปี 1995 เขาได้เดินทางไปหา Anton Zeilinger แห่งมหาวิทยาลัย Vienna ของออสเตรีย ซึ่งเป็นอรหันต์ด้าน Quantum Entanglement คนทั้งสองได้ทำวิจัยเรื่องนี้ร่วมกัน และมีความผูกพันกันมากเสมือนเป็นบิดากับบุตร เหมือนดังที่ Pan กล่าวว่า ชาวจีนนั้นถือว่าใครก็ตามที่สอนหนังสือให้ แม้แต่เพียงวันเดียว เขาก็จะเป็นบิดาของศิษย์ไปจนชั่วชีวิต
หลังจากที่ Pan กลับมาทำงานที่จีน เมื่ออายุ 41 ปี เขาก็ได้รับเลือกเป็นนักวิทยาศาสตร์จีนหนุ่มที่สุดที่เป็นสมาชิกของ Chinese Academy of Science อันทรงเกียรติเทียบเท่า Fellow of the Royal Society (F.R.S.) ของอังกฤษ และยังคงทำงานวิจัยด้านความพัวพันต่อ เพื่อสร้างคอมพิวเตอร์ควอนตัม อินเทอร์เน็ตควอนตัม และสารสนเทศควอนตัมที่จะไม่มีใครสามารถ hack ข้อมูลได้ในอนาคต
ส่วน Zeilinger ก็ได้ประสบความสำเร็จในการใช้ buckyball ซึ่งประกอบด้วยอะตอมคาร์บอน 60 อะตอมในการสาธิตว่า buckyball มีสมบัติของคลื่น ทั้งๆ ที่ buckyball มีขนาด “ใหญ่” แทนที่เขาจะใช้ 1 หรือ 2 อะตอมมาแสดงสมบัติคลื่น นี่จึงเป็นความสำเร็จครั้งสำคัญ นอกจากนี้ Zeilinger ก็ยังสามารถส่งข้อมูลควอนตัมข้ามระยะทางไกลหลายกิโลเมตรได้โดยไม่ใช้สายเคเบิลใดๆ ปรากฏการณ์ quantum teleportation นี้ทำให้ Zeilinger เป็นนักทดลองที่มีชื่อเสียงโด่งดังที่สุดในโลก
ถึงปี 2012 ศิษย์ Pan ได้ประสบความสำเร็จในการแสดงความพัวพันว่าเกิดขึ้นได้ภายในระยะทาง 97 กิโลเมตร
ด้านอาจารย์ Zeilinger ก็ได้สาธิตให้เห็นว่า ความพัวพันเกิดขึ้นได้ภายในระยะทาง 143 กิโลเมตร
การลบสถิติกันเช่น นี้จึงดูเหมือนว่า ศิษย์กับอาจารย์กำลังแข่งขันกันในเรื่องเดียวกันอย่างจริงจัง
โดยเฉพาะ Pan นั้นได้สนใจว่า ระบบจะแสดงปรากฏการณ์ความพัวพันควอนตัมที่ระยะไกลกว่า 143 กิโลเมตรได้หรือไม่ โดยใช้ดาวเทียมของจีนเป็นสื่อกลาง ในการส่ง photon ซึ่งมีความพัวพันจากดาวเทียม การทดลองของ Pan จึงมีความสำคัญมาก สำหรับทุกคนในวงการฟิสิกส์ เพราะถ้าไม่มีความพัวพันที่ระยะไกล 1,200 กิโลเมตร ทฤษฎีควอนตัมก็จะต้องเข้ารับการปรับปรุงทันที
โครงการ QUESS ของ Pan จึงเป็นตัวตัดสินความเป็นความตายของทฤษฎีควอนตัม
และเมื่อวันที่ 16 สิงหาคมที่ผ่านมานี้ จีนได้ประสบความสำเร็จในการเปิดยุคการสื่อสารควอนตัมคือระบบที่ไม่มีใครสามารถ hack ได้ ด้วยการยิงดาวเทียมจากฐานยิงในทะเลทราย Gobi ของจีน
โครงการ QUESS มูลค่า 100 ล้านเหรียญที่เป็นไปความร่วมมือระหว่างสถาบัน Chinese Academy of science กับ Austrian Academy of Science ได้นำดาวเทียมหนัก 600 กิโลกรัมขึ้นโคจรเหนือโลกที่ระยะสูง 500 กิโลเมตร
ภายในดาวเทียมมีอุปกรณ์แทรกสอดที่ใช้ในการผลิต photon 2 อนุภาคโดยการฉายรังสีเหนือม่วงไปกระทบผลึก
จุดมุ่งหมายหลักของ QUESS คือ การสาธิตให้เห็นว่าการติดต่อระหว่างดาวเทียมกับสถานีบนโลก 2 สถานี อันได้แก่ หอดูดาว Xinjiang Astronomical Observatory ที่ Nanshan กับหอดูดาว Xinglong Observatory ที่ Yanshan ซึ่งอยู่ห่างกัน 1,200 กิโลเมตร โดยใช้ photon ที่พัวพันกัน เป็นเรื่องที่เป็นไปได้
เช่น สมมติหอดูดาว Xinjiang พบสถานะของ photon ว่าอยู่ในสถานะ 10100010011101011100 และไม่มีใครเข้ามา hack ข้อมูลนี้ ด้านหอดูดาว Xinglong ก็จะพบว่า สถานะโฟตอนที่ตนได้รับก็จะเหมือนกันในทันที แต่ถ้ามีการ hack หอดูดาว Xinglong ก็จะพบว่าสถานะของโฟตอนเปลี่ยนไป
ข้อดีคือ เทคนิคนี้จะช่วยในการติดต่อสื่อสารเวลามนุษย์อวกาศอยู่ไกลโลกมาก เพราะสัญญาณจากยานอวกาศกับโลกจะไม่เสียเวลาเดินทาง และไม่มีใครอื่นรู้ว่าคนรับกับคนสั่งส่งข้อความอะไรถึงกัน
ในปี 2030 จีนจะส่งดาวเทียมควอนตัมขึ้นฟ้าอีกหลายดวง เพื่อเปิดเครือข่ายการสื่อสารควอนตัม และอินเทอร์เน็ตควอนตัม เป็นการนำจีนเข้าสู่ยุค China 5.0
อ่านเพิ่มเติมจาก “Bell’s Theorem, Quantum Theory and Conceptions of the Universe” โดย D. Greenberger และ A. Zeilinger จัดพิมพ์โดย Kluwer ในปี 1989
เกี่ยวกับผู้เขียน
สุทัศน์ ยกส้าน
ประวัติการทำงาน-ราชบัณฑิต สำนักวิทยาศาสตร์ สาขาฟิสิกส์และดาราศาสตร์ และ ศาสตราจารย์ ระดับ 11 ภาควิชาฟิสิกส์ มหาวิทยาลัยศรีนครินทรวิโรฒ, นักวิทยาศาสตร์ดีเด่นและนักวิจัยดีเด่นแห่งชาติ สาขากายภาพและคณิตศาสตร์ ประวัติการศึกษา-ปริญญาตรีและโทจากมหาวิทยาลัยลอนดอน, ปริญญาเอกจากมหาวิทยาลัยแคลิฟอร์เนีย
อ่านบทความ สุทัศน์ ยกส้าน ได้ทุกวันศุกร์
