5 phút hiểu ngay thí nghiệm con mèo của schrödinger, năm mão nhắc chuyện con mèo của schrödinger

Khi nói tới con mèo của Schrödinger ít ai vướng mắc về nam nữ hay tuổi tác của nó. Nhỏ mèo ấy là đực tuyệt cái hình như là thắc mắc không quá đặc trưng so với trạng thái lượng tử (quantum state) của con mèo ấy: một bé mèo vừa đang sống và làm việc lại vừa đã chết. “Ra đời” năm 1935, trong năm này con mèo của Schrödinger vẫn khá béo tuổi, tuy vậy năm 2021 nó bất thần nổi tiếng mọi internet nhờ vào “meme con mèo Schrödinger”.

Bạn đang xem: Thí nghiệm con mèo của schrödinger

Cơ học lượng tử là gì

Cơ học, giờ Anh là mechanics (có gốc Hy Lạp mekhanika) là 1 mảng phệ của đồ dùng lý. Tên của nó gồm nghĩa đen là “Học thuyết về đồ đạc Cơ khí”, nhưng cần hiểu nó là “các học thuyết sử dụng toán học nghiên cứu hoạt động của các hạt với hệ hạt, đặc biệt là các vật dụng thể rắn, dưới tác động của những lực và điều kiện ràng buộc”.

Cơ học truyền thống là môn học rất quen thuộc với học viên kể từ lúc cuối cấp hai. Nó giúp họ hiểu thấu đáo đa số sự chuyển động trong quả đât thường nhật, từ lối đi của trái nhẵn rời bàn chân Luka Modric sau một cú vẩy má không tính trivela đầy ngẫu hứng đến quỹ đạo của tàu thám hiểm không gian và của các thiên thể vào vũ trụ bao la. Cơ học tập cổ điển, bằng các phương trình cùng tham số rất có thể tính toán được vận tốc và vị trí của phần nhiều vật thể bên trên đời ở bất kể thời điểm nào, dù thời khắc ấy sẽ qua (đã biết) hay chưa tới (dự đoán). Nói giải pháp khác, với cơ học cổ xưa con người dân có tri thức (knowledge) đầy đủ về những hệ trang bị lý trong đời sống thường nhật, mặc dù cho là trái bóng golf đang cất cánh hay sao chổi đang lang thang.

Lượng tử, nơi bắt đầu latin là quantum, gồm nghĩa đen là những phần tử (rời rạc, ko liên tục) của năng lượng.

Cơ học lượng tử (quantum mechanics) là cơ học nghiên cứu thế giới ở cấp độ vi mô: nguyên tử (atom) cùng hạ nguyên tử (subatomic). Cho tới nay, ở nhân loại vi mô ấy, các vật thể, tức là các hạt vi mô (như hạt electron) có những cách hành xử quái gở mà cơ học tập lượng tử tuy rất thành công xuất sắc nhưng vẫn chưa thể phân tích và lý giải hết. Tức là, cơ học lượng tử chưa thể giúp con người thu dấn kiến thức tương đối đầy đủ về hạt, xuất xắc hệ phân tử vi mô mà họ đang quan tiếp giáp và nghiên cứu. Dù áp dụng công cụ đo lường và tính toán tinh xảo đến gắng nào và phép đo được sắp đặt thông minh thế nào thì con fan cũng chỉ biết được một trong những phần không rất đầy đủ về hệ hạt mà họ đang nghiên cứu.

Nếu họ đo được gia tốc (nói chính xác là động lượng) của một phân tử electron, thì chúng ta không thể hiểu rằng vị trí chính xác của nó và ngược lại. Đây là văn bản của một nguyên lý rất đặc biệt quan trọng trong đồ dùng lý lượng tử: nguyên lý Bất định Heisenberg.

Minh họa thí nghiệm giao thoa hai khe hẹp

Nhưng sóng của electron là sóng gì? Schrödinger giới thiệu một hình dung: sóng đó giống như một hạt electron bị làm cho nhòe ra xung quanh, chỗ đậm khu vực nhạt. Và vị trí đậm chỗ nhạt này cũng đổi khác theo thời gian. Năm 1925, ông viết ra phương trình miêu tả tiến triển của “sóng” này theo thời gian. Phương trình này sau này được có tên ông: Phương trình sóng Schrödinger. Với nó là phương trình quan trọng nhất của cơ học tập lượng tử.

Minh họa thí nghiệm tứ duy của Einstein

Hai vật thể ở nhị vị trí giải pháp xa nhau về mặt không gian mà vẫn đang còn tương tác lập tức với nhau trong thiết bị lý gọi là phi định xứ (nonlocal). Định xứ (local) là một trong khái niệm trong đồ dùng lý, theo đó các tương tác luôn lan truyền qua những điểm ở kề bên để đi xa dần. Trường hợp nó không viral mà ảnh hưởng tác động tức thời cho một điểm ở bí quyết xa nó về không gian, tức là nó vi phạm thuyết tương đối hẹp (trong kia xác quyết rằng gia tốc của gần như vật thể trong vũ trụ là gồm giới hạn, với vận tốc cực lớn là vận tốc ánh sáng sủa trong chân không).

Các lập luận trong phân tích của Einstein chỉ ra một điểm chưa hoàn thiện trong cơ học tập lượng tử. Nếu như nó đầy đủ thì nó đề xuất nonlocal. Giữa những năm tiếp theo, Einstein kiên trì triển khai “cuộc tấn công” của mình vào cơ học tập lượng tử. Đến năm 1935 ông thuộc hai cộng sự là Podolsky và Rosen đưa ra bài phân tích nổi tiếng sau đây được biết đến với tên viết tắt của cha tác giả: Nghịch lý EPR.

Trong bài nghiên cứu gốc, ba người sáng tác Einstein, Podolsky và Rosen giới thiệu một thí nghiệm bốn duy để tiến công vào nguyên lý bất định Heisenberg. Họ đến hai phân tử vi mô can hệ với nhau, rồi bóc chúng ra xa. Hai hạt vi tế bào (electron) sau khi tương tác với nhau sẽ bắn về hai phía đối nghịch, với cùng một vận tốc, trả sử một phân tử đi về bên trái, một hạt đi về bên cạnh phải. Ở 1 thời điểm bất kỳ, nếu ta tìm cách đo nhằm xác định vị trí của hạt mặt trái, thì ngay chớp nhoáng ta hoàn toàn có thể suy ra được vị trí của hạt mặt phải. Với ngược lại, giả dụ ta đo được gia tốc của hạt bên phải, thì ta suy ra được tốc độ của hạt mặt trái. Do đó ta xác định được cả gia tốc và vị trí của hạt, vấn đề này vi phạm nguyên lý Bất định.

Trong các nội dung bài viết tiếp theo, Einstein đưa thêm những lập luận của riêng mình, ông sút nhấn mạnh tay vào việc thuộc lúc xác định được cả tốc độ và vị trí, cố kỉnh vào đó ông nhấn mạnh hơn vào “tính phi định xứ” (nonlocality): phép đo vào hạt phía bên trái có ảnh hưởng tác động tức thì vào phân tử bên yêu cầu và ngược lại. Einstein gọi hiện tượng lạ này là “spooky action at a distance”, tức thị “tác rượu cồn kỳ quặc thừa qua khoảng chừng cách”.

Đến năm 1951, thí nghiệm bốn duy EPR được David Bohm chỉnh sửa, mài rũa và phát hành phiên bản EPR-Bohm. Ông đồng thời cải tiến và phát triển một thuyết cơ học lượng tử của riêng rẽ mình, theo đó cơ học tập lượng tử được tiếp cận theo một cách khác hoàn toàn trường phái Copenhagen (trường phái lúc này đã giai cấp vật lý với tên gọi phân tích và lý giải Copenhagen). Cách tiếp cận của Bohm thời buổi này được điện thoại tư vấn là Cơ học tập Bohm (Bohmian mechanics) và được xếp vào nhóm Thuyết biến đổi ẩn (hidden variable theory). Trong bí quyết tiếp cận này, Bohm giới thiệu một form toán học tập (framework) mang lại cơ lượng tử, hoàn toàn tương đồng với khung toán học của Schrödinger, nhưng xử lý vấn đề phi định xứ bằng cách đưa vào các biến ẩn, là những tham số bị ẩn đi nên các phép đo cần yếu “nhìn thấy được”. Cơ học của Bohm vì thế vẫn định xứ nhưng tất cả thêm các biến ẩn. Các nhà thứ lý theo phe phái Copenhagen tận dụng tối đa sự thống trị của bản thân trong học tập thuật để “dìm hàng” với “bịt miệng” Cơ học tập Bohm xuyên suốt nhiều năm tiếp theo đó.

Năm 1935, trong quy trình trao thay đổi (bằng tiếng Đức) cùng với Einstein về nghịch lý EPR , Schrödinger nhận thấy mọi hệ lượng tử sau khi đã ảnh hưởng với nhau sẽ share chung với nhau một hàm sóng. Schrödinger đặt cho hiện tượng kỳ lạ này một chiếc tên, sau được dịch ra giờ đồng hồ Anh là quantum entanglement, tức là dính líu (liên đới, vướng mắc, quấn quít) lượng tử. Và cho dù hai hạt bao gồm dính líu lượng tử bao gồm bị đẩy ra xa nhau về mặt không khí đến cố nào đi chăng nữa, bọn chúng vẫn có tương quan (correlation) với nhau.

Tính đối sánh tương quan trong trực tiếp lượng tử đã có được John Bell minh chứng bằng toán học rồi tiếp nối có Aspect và những người dân khác xác thực bằng thực nghiệm. Năm 1964, Bell chứng tỏ bằng toán (chủ yếu hèn là phần trăm thống kê với rất ít thứ lý) Bất đẳng thức Bell (Bell inequality). Tiếp đó, những nhà vật lý thực nghiệm như Alain Aspect sẽ tìm cách mang thí nghiệm tư duy EPR phiên bản Bohm vào đời thực. Dữ liệu đo đạc của họ xác định được rằng hai hạt có trực tiếp (entangled) lượng tử cùng với nhau đã vi phạm Bất đẳng thức Bell. Thông qua đó bác vứt tính định xứ của vũ trụ, tuy vậy không bác bỏ được đưa thuyết những hạt có biến ẩn. Những nhà đồ gia dụng lý thực nghiệm ấy là John Clauser, Alain Aspect, Anton Zeilinger cùng họ là những người dân được trao giải Nobel thứ lý năm 2022.

3. Schrödinger với chồng unique tử

Enstein không đơn côi trong trận chiến đấu phòng lại phương pháp tiếp cận lý giải Copenhagen. Một nhà vật dụng lý khủng và đầy uy tín khác tham chiến với ông, sẽ là Erwin Schrödinger.

Xem thêm: Gợi Ý 12 Thỏi Son Hồng Cánh Sen Đậm, Just A Moment

Hàm sóng của một vật thể, lấy ví dụ của một electron, tiến hóa theo thời hạn và tuân theo phương trình Schrödinger. Phương trình Schrödinger tế bào tả đúng chuẩn hình dạng của hàm sóng tiến triển thường xuyên và trót lọt tru theo thời gian. Tuy vậy khi electron này bị “quan sát”thì hàm sóng chợt ngột chuyển đổi hình dạng và kết thúc. Tức là ở 1 thời điểm rõ ràng nào kia ai đó cần sử dụng một phép đo “tác động” lên nó để sở hữu hiểu biết về vị trí của electron ở thời điểm tức thì ấy, thì hìn dạng hàm sóng của electron ấy vọt lên 1 (tức là tỷ lệ tìm thấy hạt là 100%) còn ở đầy đủ vị trí không giống hàm sóng đồng loạt suy sụp về quý hiếm 0. Hàm sóng suy sụp lúc hệ lượng tử bị quan lại sát là 1 trong cách lý giải được bổ sung sau khi Schrödinger giới thiệu phương trình của mình, cốt để giải thích hiệu quả và hiện tượng của phép đo. Tại sao hàm sóng lại suy sụp khi bị quan gần kề là câu hỏi nan giải so với cơ học tập lượng tử. Nó chọn cái tên là vấn đề phép đo lượng tử (quantum mechanical measurement problem). Sau này có rất nhiều giả thuyết nỗ lực giải yêu thích sự suy sụp của hàm sóng. Một trong số đó là các kim chỉ nan mang tên gọi Thuyết suy sụp tự phát (spontaneous collapse quantum theory), nhóm lý thuyết này gồm các quy mô mang tên rất nhiều người đề xuất (mô hình Ghirardi–Rimini–Weber, quy mô Diósi–Penrose).

Bản thân Schrödinger cấm đoán rằng hàm sóng suy sụp. Cùng với hàm sóng không suy sụp, này lại bao hàm một ý tưởng kỳ lạ khác, chính là hạt vi mô gồm xác suất lộ diện đồng thời ở đoạn này, vị trí kia cùng ở khắp các nơi. Ở nhân loại lượng tử, một hạt và một lúc rất có thể xuất hiện tại ở hai chỗ khác nhau, cùng một lúc đi theo hai lối đi (path) khác nhau. Điều này được hotline là trùng trùng lượng tử hoặc chồng chất lượng tử (quantum superposition).

Richard Feynman nói rằng thí điểm khe nhỏ bé nằm ở ở chính giữa trái tim của cơ học lượng tử. Khi triển khai thí nghiệm khe bé nhỏ với chùm photon được kiểm soát và điều chỉnh “yếu đi không còn cỡ” làm sao để cho từng photon đơn lẻ được bắn về phía nhì khe hẹp, có một hiện tượng kỳ lạ kỳ lạ xảy ra: bên cạnh đó photon cùng lúc trải qua cả nhị khe thuôn và từ giao bôi với nhau.

Sau này, những phép thực nghiệm nhằm mục đích xác thực (verify) hiện tượng lạ chồng chất lượng tử được triển khai nhiều lần, với các vật thể có kích cỡ ngày càng lớn hơn và phức tạp hơn các thành công. Năm 1999, Anton Zeilinger thực hiện thành công thể nghiệm chồng unique tử cùng với phân tử (lớn hơn nguyên tử vô cùng nhiều) Carbon-60.

Như vậy, trái đất lượng tử bao gồm những đặc thù kỳ lạ khác hoàn toàn thế giới hay nhật của chúng ta. Chúng ta không thể thấy cùng một lúc dòng laptop của bản thân xuất hiện ở nhì nơi; hoặc lúc lái xe cho ngã ba đường ta cần thiết cùng cơ hội rẽ cả nhị hướng. Ta chỉ có thể lựa chọn, như Hamlet, hoặc tồn tại, hoặc ko tồn tại, chứ không khi nào rơi vào một trong những trạng thái phi lý: vừa sống thọ lại vừa ko tồn tại.

Năm 1935, Schrödinger lời khuyên một thí nghiệm bốn duy trong những số đó có một con mèo mang tưởng về sau nối sát với tên tuổi của ông.

4.Con mèo của Schrödinger

Trong một buồng bí mật có một nhỏ mèo, một trang bị dò phóng xạ Geiger (Geiger Counter), một chiếc búa với một bình đựng khí gas độc bởi thủy tinh. Đặt vào vào thùng một nhúm kim loại phóng xạ yếu. Hàm sóng của nhúm phóng xạ này, qua một quãng thời gian, sẽ là một trong những trùng điệp lượng tử của cả hai khả năng: xác suất 1/2 phát xạ, và một nửa không phạt xạ. Giả dụ phát xạ, đồ vật đo Geiger sẽ nhận ra và kích hoạt chiếc búa, búa vẫn đập tan vỡ bình lúc độc, con mèo sẽ chết. Bằng không nó vẫn sống. Lúc mở buồng kín đáo (tức là thực hiện một quan tiền sát, một phép đo), trạng thái chập chồng lượng tử , vày hàm sóng suy sụp, sẽ chuyển về một trong các hai trạng thái: phạt xạ hoặc không phát xạ. Cùng ta đang quan ngay cạnh thấy con mèo hoặc là đang chết, hay những vẫn sống. Mặc dù thế ở thời điểm trước khi mở phòng kín, vày trùng điệp lượng tử, con mèo làm việc trạng thái vừa đang sống lại vừa sẽ chết.

Có một bé mèo khá nổi tiếng trong giới công nghệ đó là con mèo của Erwin Schrödinger - nhà thiết bị lý học bạn Ireland nơi bắt đầu Áo. Điều bí...

Có một bé mèo khá danh tiếng trong giới công nghệ đó là nhỏ mèo của Erwin Schrödinger - nhà trang bị lý học bạn Ireland gốc Áo. Điều bí ẩn là đến đến hiện thời không ai biết bé mèo bao gồm thật sự tồn tại tuyệt không, còn sinh sống hay đã chết.
Vào năm 1935, khi tranh luận về Copenhagen vào cơ học lượng tử với Albert Einstein, Schrödinger đã triển khai một thể nghiệm tưởng tượng lên bé mèo này. Thật may mắn khi không tồn tại con mèo nào bị làm đối tượng thí nghiệm ở đây cả.
Thí nghiệm của Schrödinger giả thuyết về một con mèo ở trong 1 cái vỏ hộp đóng kín cùng với vài ba thiết bị cơ mà nó ko thể ảnh hưởng vào: 1 ống đếm geiger với 1 mẩu vật chất phóng xạ có 1/2 xác xuất phóng ra 1 tia phóng xạ. Trong 1 tiếng đồng hồ, nếu 1/2 đó xảy ra, ống đếm đang nhận bộc lộ và thả rơi 1 cây búa đập bể lọ dung dịch độc bên trên trong hộp, chú mèo tội nghiệp của chúng ta sẽ chết. Ngược lại chú vẫn sinh sống nếu không có tia sự phản xạ nào được phóng ra. Theo Schrödinger, trước khi họ mở hộp ra thì nhỏ mèo ở trạng thái hơi phi logic: “vừa sống vừa chết”.
Theo lý giải của đồ dùng lý học: cho đến khi 1 nguyên tử được một yếu tố bên ngoài quan cạnh bên thì chúng có thể ở những trạng thái khác biệt trong cùng một thời điểm. Hiện tượng khoa học tập này được gọi là sự việc chồng unique tử. Với khi có sự quan ngay cạnh từ yếu hèn tố bên ngoài (mở hộp ra) thì toàn bộ những trạng thái kia nhập thành một.
Cách dễ hiểu hơn, theo thuyết lượng tử, trước khi bọn họ mở vỏ hộp ra nhằm quan sát, bé mèo trường thọ ở cả hai trạng thái vừa sinh sống vừa chết cùng một lúc. Theo ngắn gọn xúc tích thông thường, vấn đề đó là quan trọng xảy ra. Nhưng đó là điểm đặc biệt quan trọng của thuyết lượng tử bởi nó ko đi theo xúc tích và ngắn gọn thông thường.
Chính nhờ vào thuyết “Con mèo của Schrödinger” mà quả đât đã chú ý hơn đến “thuyết Đa Vũ Trụ”. Do nếu thí nghiệm về con mèo là đúng, có công dụng tồn tại những vũ trụ song song. Một vũ trụ mà ở đó nhỏ mèo còn sống, một vũ trụ nhỏ mèo đã chết, một vũ trụ dòng hộp đóng kín hay một vũ trụ nhưng mà ở đó cái hộp đã có được mở ra. Mọi vũ trụ này sẽ không tồn tại riêng biệt và bọn chúng tồn tại tuy vậy song trong vô số nhiều dòng thời hạn khác nhau.
Chúng ta cũng vậy, rất hoàn toàn có thể tồn tại một dải ngân hà khác cơ mà ở đó bạn chưa đọc bài viết này hoặc thậm chí bạn không thể tồn tại.