Kiến Thức Phổ Thông

Hiểu về thí nghiệm Con mèo của Schrodinger là gì?

Erwin Schrodinger là một trong những nhân vật quan trọng trong vật lý lượng tử, ngay cả trước thí nghiệm tư tưởng “Schrodinger’s Cat” nổi tiếng của ông. Ông đã tạo ra hàm sóng lượng tử, hiện là phương trình xác định chuyển động trong vũ trụ, nhưng vấn đề là nó thể hiện tất cả chuyển động dưới dạng một loạt các xác suất xảy ra khi vi phạm trực tiếp đến cách mà hầu hết các nhà khoa học ngày (và có thể ngay cả hôm nay) muốn tin vào cách thức thực tế vật lý vận hành.

Bản thân Schrodinger là một trong những nhà khoa học như vậy và ông đã đưa ra khái niệm về Schrodinger’s Cat để minh họa các vấn đề với vật lý lượng tử. Sau đó, hãy xem xét các vấn đề và xem Schrodinger đã tìm cách minh họa chúng thông qua sự tương tự.

Lượng tử không xác định

Hàm sóng lượng tử mô tả tất cả các đại lượng vật lý dưới dạng một loạt các trạng thái lượng tử cùng với xác suất hệ thống ở trạng thái nhất định. Hãy xem xét một nguyên tử phóng xạ duy nhất có chu kỳ bán rã là một giờ.

Theo hàm sóng vật lý lượng tử, sau một giờ nguyên tử phóng xạ sẽ ở trạng thái vừa bị phân rã vừa không bị phân rã. Sau khi thực hiện phép đo nguyên tử, hàm sóng sẽ sụp đổ thành một trạng thái, nhưng cho đến lúc đó, nó sẽ vẫn là sự chồng chất của hai trạng thái lượng tử.

Đây là khía cạnh quan trọng trong cách giải thích vật lý lượng tử của Copenhagen – không chỉ là nhà khoa học không biết nó ở trạng thái nào, mà là thực tế vật lý không được xác định cho đến khi hành động đo lường diễn ra. Theo một cách nào đó, chính hành động quan sát là thứ củng cố tình huống thành trạng thái này hay trạng thái khác … cho đến khi sự quan sát đó diễn ra, thực tế vật lý được phân chia giữa tất cả các khả năng.

Trên mèo

Schrodinger đã mở rộng điều này bằng cách đề xuất rằng một con mèo giả định được đặt trong một hộp giả thuyết. Trong hộp có con mèo, chúng tôi sẽ đặt một lọ khí độc, thứ sẽ giết chết con mèo ngay lập tức. Lọ được nối với một thiết bị được nối vào bộ đếm Geiger, một thiết bị được sử dụng để phát hiện bức xạ. Nguyên tử phóng xạ đã nói ở trên được đặt gần quầy Geiger và để ở đó trong đúng một giờ.

Nếu nguyên tử phân rã, thì bộ đếm Geiger sẽ phát hiện ra bức xạ, phá vỡ lọ và giết chết con mèo. Nếu nguyên tử không phân rã thì lọ thuốc sẽ còn nguyên vẹn và con mèo sẽ còn sống.

Sau khoảng thời gian một giờ, nguyên tử ở trạng thái phân rã và không phân rã. Tuy nhiên, theo cách chúng tôi xây dựng tình huống, điều này có nghĩa là lọ thuốc vừa bị vỡ vừa không bị vỡ và cuối cùng, theo cách giải thích của Copenhagen về vật lý lượng tử, con mèo vừa chết vừa sống.

Giải thích về con mèo của Schrodinger’s

Stephen Hawking nổi tiếng được trích dẫn khi nói rằng “Khi tôi nghe về con mèo của Schrodinger, tôi với lấy khẩu súng của mình.” Điều này đại diện cho suy nghĩ của nhiều nhà vật lý, bởi vì có một số khía cạnh thí nghiệm suy nghĩ đưa ra các vấn đề. Vấn đề lớn nhất với sự tương tự là vật lý lượng tử thường chỉ hoạt động ở quy mô cực nhỏ của các nguyên tử và các hạt hạ nguyên tử, chứ không phải ở quy mô vĩ mô của mèo và lọ thuốc độc.

Giải thích Copenhagen nói rằng hành động đo lường một cái gì đó làm cho hàm sóng lượng tử sụp đổ. Trong sự tương tự này, thực sự, hành động đo lường diễn ra bởi bộ đếm Geiger. Có rất nhiều tương tác dọc theo chuỗi sự kiện – không thể cô lập con mèo hoặc các phần riêng biệt của hệ thống để nó thực sự là cơ học lượng tử.

Vào thời điểm con mèo tự đi vào phương trình, phép đo đã được thực hiện … gấp ngàn lần, các phép đo đã được thực hiện – bởi các nguyên tử của bộ đếm Geiger, thiết bị phá vỡ lọ, lọ thuốc, khí độc, và chính con mèo. Ngay cả các nguyên tử của chiếc hộp cũng đang thực hiện “các phép đo” khi bạn xem xét rằng nếu con mèo rơi xuống chết, nó sẽ tiếp xúc với các nguyên tử khác nhau hơn là nếu nó lo lắng chạy quanh hộp.

Dù nhà khoa học mở hộp có liên quan hay không, con mèo vẫn còn sống hoặc đã chết, không phải là sự chồng chất của hai quốc gia.

Tuy nhiên, trong một số quan điểm nghiêm ngặt về cách giải thích của Copenhagen, nó thực sự là một quan sát bởi một thực thể có ý thức được yêu cầu. Hình thức giải thích chặt chẽ này nói chung là quan điểm thiểu số giữa các nhà vật lý ngày nay, mặc dù vẫn còn một số lập luận hấp dẫn rằng sự sụp đổ của các hàm sóng lượng tử có thể liên quan đến ý thức. (Để thảo luận kỹ hơn về vai trò của ý thức trong vật lý lượng tử, tôi đề nghị Enigma lượng tử: Vật lý gặp phải ý thức của Bruce Rosenblum & Fred Kuttner.)

Một cách giải thích khác là Giải thích nhiều thế giới (MWI) của vật lý lượng tử, trong đó đề xuất rằng tình huống thực sự phân nhánh vào nhiều thế giới. Ở một số thế giới, con mèo sẽ chết khi mở hộp, ở những nơi khác, con mèo sẽ còn sống. Mặc dù hấp dẫn công chúng, và chắc chắn đối với các tác giả khoa học viễn tưởng, Giải thích nhiều thế giới cũng là một quan điểm thiểu số giữa các nhà vật lý, mặc dù không có bằng chứng cụ thể cho hoặc chống lại nó.

Tags
Back to top button