Spin of an Electron

Classical Computing ရဲ့ အခြေခံသည် Binary Digit လို့ ခေါ်တဲ့ bit ပါ။ ဒီ bit ကို ဘယ်ပေါ်မှာ အခြေခံထားတာလဲဆိုတော့ Transistors တွေပေါ်မှာ အခြေခံထားပါတယ်။ ဟိုးအရင် Digital Computer တွေ စထွက်ကာစက Transistor တွေသည် အရွယ်အစား အားဖြင့် ကြီးပါတယ်။ နောက်ပိုင်းမှ တဖြည်းဖြည်း အရွယ်အစားသေးအောင် လုပ်ရင်း လုပ်ရင်း ခု CPU micro-chips တွေပေါ်မှာ တွေ့နေရတဲ့ micro transistors တွေအထိ ဖြစ်လာပါတယ်။ သို့သော်ငြားလဲ ဒီထက် ပိုသေးအောင် လုပ်ဖို့ရာ မလွယ်ကူတော့တဲ့ အခြေအနေကို ရောက်လာပါတယ်။ ဒီအချိန်မှာ transistors တွေကို ဒီထက်ပိုသေးလို့ရအောင် ဘာကို ထပ်လုပ်လို့ရသေးလဲလို့ Richard Feynman က မေးခွန်းထုတ်လိုက်တဲ့အခါမှာ Quantum Computer တွေကို ဖန်တီးဖို့ရာ ဖြစ်လာပါတယ်။

ဒီမေးခွန်းရဲ့ အဖြေကတော့ Atoms တွေပါ။ Classical Computing မှာ Bit တွေကို transistor တွေနဲ့ တွက်ထုတ်တာဆိုရင် Quantum Computing မှာတော့ Atoms တွေနဲ့ တွက်ထုတ်တာပါ။ ဒီဟာကို Quantum Bit အတိုခေါက်အားဖြင့် Qubit လို့ ခေါ်ပါတယ်။ တိတိကျကျ အားဖြင့် reality မှာ electron တွေ particles တွေပေါ် အခြေခံပြီး တွက်ထုတ်ပါတယ်။ ဒီ electron နဲ့ particles တွေဟာ wave (ကြိမ်နှုန်း) တွေအနေနဲ့ အလုပ်လုပ်ပါတယ်။ ဒါကြောင့်မို့ ဒီနေရာမှာ Quantum Physics ရဲ့ သဘောတရားတွေကို သိရှိထားမှ ရပါတော့မယ်။

Classical Computer တွေမှာ bits တွေကို transistor တွေနဲ့ တွက်ထုတ်တာကို မြင်သာအောင် မီးခလုတ်အဖွင့်အပိတ်နဲ့ ဥပမာပေးကြပါတယ်။ တကယ်လဲ transistors တွေက အဲ့တိုင်းအလုပ်လုပ်ပါတယ်။ Qubit မှာတော့ ပြောင်းသွားပါပြီ။ Qubit ကို မြင်သာအောင်ပြောရရင် -

"

The spin of an electron or the polarization of a photon

ဒီအဆိုလေးက အက္ခရာကျပါတယ်။ ဒါကို သေချာ သဘောမပေါက်ရင် Quantum Computing ရဲ့ အခြေခံ Qubit ကိုတောင် နားလည်ဖို့ရာ မလွယ်ကူပါဘူး။ ဒီ blog မှာ Spin of an Electron ကို အရင်ရှင်းပါမယ်။

Spin ဆိုတာ လည်ပတ်တာပါ။ လည်ပတ်တာကိုမှ ကမ္ဘာကြီးဟာ ဝင်ရိုးစွန်းကို 23.5 degree စောင်းပြီးလည်တာမျိုးကို ဆိုလိုပါတယ်။ ဘောလုံးက လည်တယ်ဆိုတာလဲ spin ပါပဲ။ အဲ့တော့ "Spin of an Electron" ဆိုရင် Electron ရဲ့ လည်ပတ်မှုပေါ့ လို့ တွေးထင်စရာရှိပါတယ်။ တကယ်တော့ ဒါဟာ (လုံးဝ) မဟုတ်ပါဘူး။ ဘာလို့လဲ ဆိုတာ ရှင်းပြပါမယ်။

ဘောလုံး တစ်လုံး လည်တယ်ဆိုတာ ကျွန်တော်တို့ ဘေးက ကြည့်ရင် အဲ့ဘောလုံးရဲ့ ဗဟိုမှတ်ဖြစ်စေ၊ အမှတ်တခုခုကို ဖြစ်စေ ဗဟိုပြုပြီး စက်ဝိုင်းပုံ လည်ပါတယ်။ အဲ့တာကမှ Spin ပါ။ သို့သော် ဒီ ဘောလုံး လည်ပတ်တယ်ဆိုတာ ဘောလုံးပဲ လည်တာပါ။ ဘောလုံးကို ဖွဲဲ့စည်းထားတဲ့ အခြေခံ မော်လီကျူးတွေ မလည်ပတ်ပါဘူး။ နောက် ဥပမာ တစ်ခုဆိုရင် ကျွန်တော်တို့ နေထိုင်ရာ ကမ္ဘာကြီးဟာ လည်ပတ်နေတာ မှန်ပါတယ်။ သို့သော် ကမ္ဘာကြီးကပဲ လည်ပတ်နေတာပါ။ ကမ္ဘာကြီးပေါ်မှာ နေထိုင်တဲ့ သက်ရှိသက်မဲ့ မှန်သမျှ (ဥပမာ - ကျွန်တော်တို့) လိုက်မလည်ပါဘူး။ ကျွန်တော်တို့က ကမ္ဘာကြီးပေါ်မှာ ဒီတိုင်း နေနေကြတာပါ။ အဲ့တော့ theory သဘောတရားအရ အရာဝတ္ထုတစ်ခုလည်ဖို့ (Spin ဖြစ်ဖို့) အခြေခံ အရာဝတ္ထု တစ်ခု လိုအပ်ပါတယ်။ အပြန်အလှန်အားဖြင့် အခြေခံ အရာဝတ္ထုသည် ဘယ်တော့မှ မလည်ပါဘူး။ (spin မဖြစ်ပါဘူး) Electron ဆိုတာ Universe မှာ အခြေခံအကျဆုံး particle ပါ။ electron ထက် အခြေခံကျတာ မရှိတော့ပါဘူး။ သူ့ကို ဘာနဲ့မှ ထပ်မဖွဲ့စည်းထားတော့ပါဘူး။ ဒါကြောင့်မို့ Electron သည် မလည်နိုင်ပါဘူး။ ဒါဆို ဘာလို့ Spin of an electron လို့ သုံးနှုန်းတာလဲ? ကျွန်တော်တို့ ဆက်ကြည့်ပါမယ်။

Electromagnetic မှာ Theory တစ်ခုရှိပါတယ်။

"

Whenever a charged particle move, it creates a magnetic field.

ဓာတ်ဂုဏ်သတ္တိ (ဖို/မ ဓာတ်) ရှိတဲ့ အမှုန်တစ်ခု ရွေ့လျားရင် သံလိုက်စက်ကွင်းကို ဖြစ်ပေါ်စေပါတယ်။

စာကြွင်း - ကျွန်တော် တကယ်တော့ ဒီ theory ကို မြန်မာမှု ပြုရတာ ဝန်ကြီးပါတယ်။ ဘာလို့ဆို ကျွန်တော်က physics သမားမဟုတ်သလို Computer Science ကလွဲရင် တခြား science တွေနဲ့ အလှမ်းဝေးနေပါပြီ။ ဒါကြောင့်မို့ လိုအပ်တာရှိရင် ထောက်ပြပေးပါ။ အမှားပါတာရှိရင် ခွင့်လွှတ်ပေးပါလို့ မေတ္တာရပ်ခံပါတယ်။

အဲ့တော့ negative charged ရှိတဲ့ particle တစ်ခုကို ကျွန်တော်တို့ ကြည့်ပါမယ်။ ဒီ negative charged particle ဟာ သူ ရွေ့လျားတာနဲ့ သံလိုက်စက်ကွင်းဖြစ်ပေါ်စေပါတယ်။ သံလိုက်စက်ကွင်းကိုမှ တကယ့်တောင်/မြောက်ရှိတဲ့ သံလိုက်ချောင်းတွေထုတ်နိုင်တဲ့ သံလိုက်စက်ကွင်းလိုကို ဖြစ်ပေါ်စေနိုင်တာပါ။ particle size ဆိုတော့ သံလိုက်စက်ကွင်း အသေးစားလေးပေါ့။ အဲ့တော့ particle တစ်ခုက ဘယ်လိုလှုပ်ရှားရှား သံလိုက်စက်ကွင်း ဖြစ်ပါတယ်။ အကယ်၍ သူ့ဟာသူ လည်ရင်ကော? ဖြစ်တာပါပဲ။ သို့ပေသိ ဒီနေရာမှာ electron ဆိုရင်ကော? Electron မှာ negative charge ရှိပါတယ်။ ထူးထူးခြားခြား electron သည် magnetic field (သံလိုက်စက်ကွင်း) ထုတ်လွှတ်နိုင်နေပါတယ်။ ဖန်တီးနိုင်နေပါတယ်။

ဒါဆို electron က spin ဖြစ်နေတာလား? မဟုတ်ပါဘူး။ မဟုတ်ကြောင်း၊ Electron သည် အမှန်တကယ် မလည်ကြောင်း အပေါ်မှာ ငြင်းချက် (ဖြေရှင်းချက်) ထုတ်ထားပြီးပါပြီ။ ဒါဆို ဘာလို့ Spin of an Electron ဆိုပြီး ခေါင်းစဉ်တပ်တာလဲ? Spin ဆိုပြီး သုံးနှုန်းတာလဲ ငြင်းစရာ၊ မေးခွန်းထုတ်စရာ ရှိပါတယ်။ ဘာလို့လဲဆိုတော့ electron တွေမှာ Angular Momentum ရှိနေလို့ပါ။ ဒီအဆိုကို သေချာ အတည်ပြု စမ်းသပ်ထားတဲ့ Stern-Gerlach Experiment ဆိုတာ ရှိပါတယ်။ ဒီအကြောင်းကိုတော့ blog သက်သက် ထပ်ရေးပါမယ်။

Angular Momentum ဆိုတာ ဘာလဲ ထပ်ရှင်းရရင် စက်ဝိုင်းပုံလည်နေတဲ့ (Spinning) အရာဝတ္ထုတစ်ခုရဲ့ အရှိန်ကို တွက်ထုတ်တာပါ။ Angular Momentum အရ အရာဝတ္ထုတစ်ခုဟာ spinning လည်နေရင် တခြား force တွေကို resist လုပ်နိုင်ပါတယ်။ ဥပမာ - ဂျင်သည် သူ့ဟာသူ ဒီတိုင်းလည်နေရင် ကမ္ယာမြေဆွဲအား gravitational force ကို resist မလုပ်နိုင်ပဲ လဲနေမှာပါ။ သို့သော် သူသည် spin လည်နေမယ်ဆိုရင် gravitational force ကို resist လုပ်ပြီး ထောင်မတ်ကာ လည်နေမှာပါ။ နောက်ထပ် ဥပမာဆိုရင် ကျွန်တော်တို့ စက်ဘီး၊ ဆိုင်ကယ် စီးသလိုပါပဲ။ စက်ဘီး၊ ဆိုင်ကယ်တွေကို ကျွန်တော်တို့ ဒေါက်မထောက်ပဲ ဒီတိုင်းတက်ခွရင် gravitational force ကို တောင့်မခံနိုင်ပဲ လဲသွားမှာပါ။ သို့သော် စက်ဘီး၊ ဆိုင်ကယ်တွေရဲ့ ဘီးဟာ အရှိန်တစ်ခုနဲ့ လည်နေရင် ဒီ gravitational force အားကို တောင့်ခံနိုင်ပြီး direction တစ်ခုကို သွားပါတယ်။ လည်အားပြင်းလေ ပိုတောင့်ခံနိုင်လေ (resist လုပ်နိုင်လေပါပဲ)။ လည်အားပျော့လေ တခြား force တွေက သက်ရောက်လေပါပဲ။ (Angular Momentum အကြောင်းကိုတော့ ဒီထက်ပိုပြီး အကျယ်တဝံ့မရှင်းတော့ပါဘူး။)

ဒါကြောင့်မို့ Spin of an Electron ဆိုပြီး Spin ဆိုတဲ့ အသုံးအနှုန်းကို သုံးသွားတာပါ။ သို့သော် ကျွန်တော်တို့ သတိထားရမှာက electron သည် magnetic field ကို ထုတ်ပေမဲ့ spin တကယ် မလည်ပါဘူး။ ဒါဟာ ဘာကို ဆိုလိုချင်တာလဲဆိုရင် electron သည် တခြား charged particles တွေ spin လည်ပြီး magnetic field ထုတ်သလိုသာ ပြုမူပါတယ်။ တကယ် spin မလည်ပါဘူးလို့ မှတ်ယူထားရပါမယ်။ သဘောတရားက ဘာနဲ့တူသလဲဆိုတော့ တခြားနေရာမှာ ကျွန်တော်နဲ့ မွေးနေ့ မွေးနံတူ၊ ရုပ်တူ၊ နာမည်တူ၊ အကျင့်စရိုက်တူတဲ့ လူတစ်ယောက်တော့ ရှိပါတယ်။ ဒါပေမဲ့ အဲ့လူဟာ ကျွန်တော် မဟုတ်ပါဘူး။ ဒီသဘောကို သေချာ နားလည်သဘောပေါက်ရင် Qubit သဘောတရားရဲ့ ပထမဆုံး အကြောင်းအရာ Spin of an Electron ဆိုတာကို နားလည်မယ် ထင်ပါတယ်။