5 Phút Hiểu Ngay Thí Nghiệm Con Mèo Của Schrodinger

Sau loạt bài về Thuyết Tương Đối, chúng ta sẽ tiếp tục tìm hiểu về vật lý lượng tử, khởi đầu sẽ là những bài viết tóm lược các kiến thức cơ bản, và dĩ nhiên, nó sẽ nằm trong Seri "5 phút", một seri khoa học cực kỳ thân thiện với mọi người - Ai cũng có thể hiểu chỉ trong 5 phút.

1/ Kiến thức cần chuẩn bị để hiểu thí nghiệm con mèo của Schrodinger:

Muốn bước chân vào thế giới lượng tử, các bạn phải tạm "gạt bỏ" tất cả những khái niệm về vật lý cổ điển ra khỏi đầu, vì trong cơ học lượng tử tồn tại các định luật hoàn toàn khác biệt.

Và ranh giới giữa vật lý cổ điển ( vĩ mô ) / vật lý lượng tử ( vi mô ) rất rõ ràng. Thành ra thí nghiệm của Schrodinger chỉ là giả tưởng , con mèo thuộc thế giới vĩ mô nên nó sẽ không chịu các quy tắc của lượng tử. ( Nhà Vật Lý người Áo Erwin Schrodinger là một trong những người sáng lập cơ học lượng tử )

Tuy nhiên mục đích của Schrodinger chỉ giúp mọi người thấy những khái niệm cơ bản trong cơ học lượng tử khác biệt với đời thường như thế nào mà thôi.

Đầu tiên, muốn hiểu về thí nghiệm chúng ta cần phải biết một tính chất then chốt trong cơ học lượng tử đó là CHỒNG CHẬP LƯỢNG TỬ : SUPERPOSITION QUANTUM

Định Nghĩa :

Một hệ lượng tử có thể cùng lúc đo được nhiều giá trị cho một tính chất vật lý.

Ví dụ : Một đơn vị thông tin của máy tính thông thường được gọi là bit. Một bit chỉ có thể thể hiện giá trị 1 hoặc 0 tại một thời điểm. Trong khi đó, các máy tính lượng tử sử dụng các bit lượng tử, hay còn gọi là qubit, có thể cùng lúc là một dạng thức kết hợp của 0 và 1.

Tức là nếu để trả lời một qubit đang là 0 hay 1, tôi sẽ nói : hiện tại nó đang vừa là 0 vừa là 1. Muốn biết chính xác hơn thì bạn phải quan sát nó.

Tại sao sự quan sát của chúng ta lại khiến qubit mất chồng chập và hiển trị một trạng thái? Muốn hiểu sâu thì các bạn có thể xem video về "thí nghiệm hai khe hở" dưới đây :

2/ Nội dung thí nghiệm con mèo của Schrodinger

Một con mèo được nhốt vào trong hòm sắt, cùng với các thiết bị sau:

"Ủa sao lại nhốt tui ?"

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 cũng được mấy trăm nghìn tiền thịt...thôi chết, mình yêu mèo nhé các bạn :D :D

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 mèo đừng lo, không có con mèo nào phải hi sinh trong thí nghiệm này cả, vì các nhà vật lý rất thông minh, họ có thể chỉ cần dùng lý thuyết.

Cảm tạ, cảm tạ