Quote from Huỳnh Công Nguyên on 10/09/2021, 15:03

Một trong những thí nghiệm tưởng tượng nổi tiếng nhất trong cơ học lượng tử là “Con mèo của Schrödinger”, hay đôi khi còn được gọi là “nghịch lý con mèo của Schrödinger”. Thí nghiệm này là gì, có ý nghĩa gì về cơ học lượng tử hôm nay chúng ta sẽ đi tìm hiểu.
1. Lịch sử:
Thuyết lượng tử của Max Planck (1858-1947) công bố vào năm 1901 đã mang tới một bước ngoặt mới cho không chỉ vật lý mà còn cho toàn bộ nhận thức của nhân loại về bản chất của thế giới tự nhiên. Từ lý thuyết này, đã dần hình thành nên một phân nhánh hoàn toàn mới của vật lý, một mũi nhọn của khoa học hiện đại cho tới ngày nay và có thể còn nhiều thế kỷ sau của nền: cơ học lượng tử.

Nổi tiếng nhất trong những mô tả tổng quát về cơ học lượng tử và vẫn được áp dụng rộng rãi ngày nay là cách giải thích của Copenhagen, được đề ra trong khoảng từ năm 1925 đến năm 1927 bởi Niels Bohr ( 1885-1962) và Werner Heisenberg (1901-1976) (hai nhà vật lý được coi là quan trọng nhất trong việc sáng lập ra cơ học lượng tử).
Theo cách giải thích của Copenhagen, một hệ vật lý không phải chỉ có một trạng thái nhất định, mà luôn có sự chồng chéo trạng thái. Chẳng hạn, một hạt có thể tồn tại ở cùng lúc nhiều nơi hay có nhiều vật tốc cùng lúc. Tuy nhiên, khi bạn thực hiện một phép đo, bạn chỉ thu được một kết quả duy nhất cho mỗi đặc tính vật lý đó. Nói cách khác, các tham số trạng thái là không hề tồn tại trước khi chúng được đo. Việc này, hiển nhiên có vẻ vô lý. Tuy vậy, các nhà vật lý giải thích rằng mỗi đặc tính vật lý của hạt không phải là cố định và duy nhất mà phụ thuộc vào các xác suất được mô tả bởi hàm sóng của chúng. Khi bạn thực hiện phép đo, hàm sóng “sụp đổ” và đưa tới cho bạn một kết quả duy nhất.

Con mèo của Schrödinger là một thí nghiệm tưởng tượng, đôi khi được gọi là nghịch lý do nhà vật lý học người Ireland gốc Áo Erwin Schrödinger nghĩ ra vào năm 1935 khi tranh luận với Albert Einstein về cách hiểu Copenhagen trong cơ học lượng tử. Thí nghiệm đưa ra giả thuyết về một con mèo có thể vừa sống vừa chết, theo cách hiểu của vật lý là trạng thái chồng chất lượng tử. Hiện tượng này xảy ra khi đối tượng thí nghiệm được liên kết với sự kiện hạt hạ nguyên tử ngẫu nhiên có thể xảy ra hoặc không.
2. Nội dung thí nghiệm:
Một con mèo được nhốt vào trong hòm sắt, cùng với các thiết bị sau:
+ Một ống đếm Geiger và một mẩu vật chất phóng xạ siêu nhỏ.
+ Ống đếm Geiger là một thiết bị được các nhà khoa học dùng để phát hiện ra các nguyên tố phóng xạ.

Ta biết, sự phân rã của một nguyên tử là ngẫu nhiên, vì vậy sẽ có 50% nó phóng xạ. Nếu có tia phóng xạ phát ra, ống đếm Geiger sẽ nhận tín hiệu và thả rơi một cây búa đập vỡ lọ thuốc độc nằm trong hòm sắt và mèo sẽ chết. Nếu sau một tiếng vẫn không có tia phóng xạ nào phát ra, mèo sẽ vẫn sống.
Vậy nếu theo nguyên lý của cơ học lượng tử : trạng thái của con mèo lúc chưa mở hộp sẽ là vừa sống - vừa chết (chồng chập lượng tử) ta chỉ có thể biết nó sống hay chết bằng cách mở hộp ra để quan sát mà thôi. Lúc này sự quan sát sẽ làm mất chồng chập trạng thái, khiến con mèo chỉ thể hiện sự sống hoặc chết.

3. Điều suy ngẫm về thí nghiệm:
Rõ ràng trong thế giới vĩ mô của chúng ta, con mèo chỉ có thể đang sống hoặc đã chết mà thôi. Không thể nào nó lại vừa sống và chết cùng một lúc. Điều đó có vẻ vô lý, nhưng cũng chính là suy nghĩ của Schrodinger.

Ông nhận thấy vật lý lượng tử quá phiền toái và mang tính triết học, thậm chí đã có lúc ông phải bỏ lý thuyết đã đóng góp của mình và chuyển sang nghiên cứu về Sinh Học.
Nhưng thật may, thí nghiệm của ông chỉ là giả tưởng và không thực tế. Lí do như sau :
Bản chất của sự chồng chập lượng tử chỉ xảy ra ở những vật chất siêu nhỏ có lưỡng tính sóng - hạt rõ ràng ( xem thí nghiệm hai khe hở bên trên ) như các hạt cơ bản...electron, photon...(chúng rất nhỏ và gần như không có khối lượng) Còn con mèo thì rõ ràng tính theo kilogam quá là vô lý.
Vì vậy chúng ta không nên lo lắng rằng con mèo đang khổ sở vì mắc kẹt giữa sự sống và cái chết.
Nếu giả sử chúng ta thực hiện thí nghiệm này, sẽ thu được kết quả như sau :
Con mèo sẽ có 50% sống - 50% chết, kể cả ta không cần mở hộp ra quan sát. Tức là nó sẽ còn sống hoặc đã chết mà thôi. Khi mở hộp chỉ là hành động ghi chép lại trạng thái của nó, chứ không mang tính quyết định như trong vật lý lượng tử.
Và những bạn yêu động vật nhất là mèo đừng lo, không có con mèo nào phải hi sinh trong thí nghiệm này cả. Một là vì tính nhân đạo của thí nghiệm, hai là vì các nhà vật lý rất thông minh, họ có thể chỉ cần dùng lý thuyết. Con mèo của Schrödinger chỉ là một cách ví von cho gần gũi để mô tả một vấn đề được quan tâm trong cơ học lượng tử.