Con Mèo Của Schrödinger | Sự Bí Ẩn Của Vật Lý Lượng Tử

Vật lý cổ điển nghiên cứu những vật thể tồn tại và di chuyển hàng ngày xung quanh chúng ta. Chẳng hạn như hành tinh, quả bóng hoặc con mèo. Chúng ta gọi đó là các vật thể trong thế giới vĩ mô. Trong khi đó vật lý lượng tử nghiên cứu vật thể trong thế giới vi mô. Chẳng hạn như những nguyên tử, phân tử và các hạt cơ bản. Trong vật lý cổ điển không có chỗ cho sự ngẫu nhiên tuyệt đối.

Khi nhìn vào một quả bóng, bạn có thể đo lường chính xác vị trí của nó. Và nếu bạn thả một quả bóng từ một độ cao nhất định, chúng ta có thể dùng vật lý các mô tả chính xác sự di chuyển của nó. Trong thực tế sẽ có những sự ngẫu nhiên do sai số trong quá trình thanh toán. Vì chúng ta không thể đo lường chính xác hoàn toàn mọi thứ. Chúng ta gọi đó là sự ngẫu nhiên tương đối. Sự ngẫu nhiên đó xảy ra do sai số trong đo lường hoặc do không có đủ thông tin. Sự ngẫu nhiên tương đối có thể xảy ra nhưng ngẫu nhiên tuyệt đối là không tồn tại trong vật lý cổ điển. Bạn sẽ không thấy một quả bóng có khả năng và hai vị trí cùng một lúc.

Ngược lại vật lý lượng tử cho phép thử ngẫu nhiên tuyệt đối ở cấp độ vi mô. Trong vật lý lượng tử, một hạt electron có thể ở 2 vị trí cùng một lúc. Chẳng hạn electron có 50% khả năng ở vị trí A và 50% ở vị trí B. Cần chú ý rằng đây là sự ngẫu nhiên tuyệt đối khi nhìn vào electron chứ không phải là do sai số hay do chúng ta không có đủ thông tin về đó. Chúng ta gọi đó là một trạng thái chồng chấp (superposition) của electron. 

Electron ở một trạng thái chồng chập của vị trí A ở vị trí B cùng một lúc, đây là một điều không thể được thấy trong thế giới vĩ mô vì chúng ta không thể nhìn thấy một con mèo có thể vừa nhà của bạn vừa nhà toàn xóm. Bạn sẽ không thấy tôi vừa thuyết trình cho một sự kiện vừa tận hưởng trong một quán cà phê.

Vật lý lượng tử có vẻ tương đối kỳ lạ nhưng nó là một lý thuyết thành công để mô tả hiện tượng trong cuộc sống và đứng đằng sau nhiều thứ mà chúng ta đang dùng hàng ngày. Chẳng hạn như máy vi tính, công nghệ Laser máy công nghệ từ MRI,… Và sau bài viết này, bạn thậm chí có thể vừa hiểu vừa không hiểu vật lý lượng tử cùng một lúc.

Bây giờ sau khi đã thấy được sự khác biệt giữa vật lý cổ điển và vật lý lượng tử, hãy đi vào tìm hiểu về thí nghiệm con mèo của Schrodinger. Đây là một thí nghiệm tương đối nguy hiểm và có thể ảnh hưởng đến số phận của chú mèo nhưng rất may là nó chỉ còn thiếu tưởng tượng được đưa ra bởi Schrodinger mà thôi. Bạn cực kỳ yên tâm là không có con vật nào bị hại sau bài viết này.

Trong thí nghiệm tưởng tượng của Schrodinger, một con mèo được đặt trong một chiếc hộp kín trong đó có một hạt nhân phóng xạ, một thiết bị đo, một cái búa vào một lọ thuốc độc. Chúng ta biết rằng hạt nhân phóng xạ tuân theo vật lý lượng tử. Giả sử hạt nhân có 50% khả năng sẽ phân rã trong 1 giờ đồng hồ tới, nếu hạt nhân phân rã thiết bị đo sẽ ghi nhận và cái búa sẽ bị kích hoạt làm vỡ lọ thuốc độc và chú mèo sẽ bị chết.

Ngược lại nếu hạt nhân không phân rã, sẽ không có điều gì xảy ra và chú mèo sẽ còn sống. Vì hạt nhân nguyên tử tuân theo vật lý lượng tử, nó ở trạng thái chồng chập của hai trạng thái là phân rã và không phân rã. Nhưng trạng thái của hạt nhân lại có quyết định đến trạng thái của chú mèo. Vì vậy, trước khi mở hộp chú mèo ở trạng thái chồng chập là vừa chết vừa sống cùng một lúc. Nhưng điều này tạo ra một nghịch lý, vì một chú mèo trong thế giới vĩ mô không thể ở một trạng thái chồng chập. Chúng ta cho phép một vật thể trong thế giới vi mô có thể ở hai trạng thái cùng một lúc nhưng điều đó không đúng với những chú mèo.

Cuối cùng khi mở hộp chúng ta sẽ chỉ thấy một chú mèo đã chết hoặc một chú mèo còn sống chứ không thấy một chú mèo vừa sống vừa chết cùng một lúc đúng không? Vậy thì điều gì đã quyết định số phận chú mèo khi mở hộp? Có phải hành động mở hộp chúng ta khiến chú mèo phải quyết định trạng thái của nó. Việc bận mở hộp đã gián tiếp làm cho mèo bị chết hoặc giúp cứu sống nó, bằng cách gán số phận của chú mèo trong thế giới vĩ mô với trạng thái của hạt nhân nguyên tử trong vi mô.

Schrodinger đặt ra một bài toán khó lý giải về mối quan hệ giữa vật lý lượng tử và vật lý cổ điển. Vấn đề này được gọi là vấn đề đo lường trong vật lý lượng tử. Cụ thể là, trước khi quan sát một hệ lượng tử có thể là một trạng thái chồng chập. Chẳng hạn như vừa sống vừa chết, nhưng sau khi quan sát nó, sau khi mở hộp chúng ta chỉ sẽ nhìn thấy một trạng thái hoặc sống sót hoặc đã chết. Câu hỏi đặt ra là quá trình này đã diễn ra như thế nào? Tại sao hoạt động quan sát chúng ta làm cho trạng thái của chú mèo được xác định? Có nhiều cách lý giải về vật lý lượng tử đã được đưa ra để tìm cách giải quyết vấn đề này. Chẳng hạn như cách lý giải của Copenhagen, lý giải đa vũ trụ.Tuy nhiên đây vẫn là một vấn đề còn gây ra nhiều tranh cãi và chưa có một đáp án thỏa đáng.

Như vậy thí nghiệm tưởng tượng về chú mèo của Schrodinger đã đặt ra những vấn đề với vật lý lượng tử mà còn gây ra nhiều tranh cãi trong giới học thuật. Schrodinger và Albert Einstein, người có nhiều đóng góp cho vật lý lượng tử cũng cảm thấy không thoải mái về cách lý giải của nó. Albert Einstein cảm thấy vật lý lượng tử là chưa hoàn thiện. Ông có câu nói nổi tiếng “Chúa Trời không gieo xúc xắc với vũ trụ” để nói về những băn khoăn của ông về tính ngẫu nhiên trong vật lý lượng tử. Và cho đến khi chúng ta có thể thật sự lý giải được vấn đề này. Việc con mèo của Schrodinger còn sống hay đã chết khi mở hộp vẫn còn là một bí ẩn lớn.

Source : Bài học 10 phút