Cơ học lượng tử: Em là ai mà khó hiểu thế!? (Phần 2)

Brian Dodson (Gizmag.com)

Con mèo Schrödinger và sự chồng chất vĩ mô

Nhiều bạn đọc đã biết tới tình cảnh tuyệt vọng của con mèo Schrödinger. Một con mèo, hay một hệ lượng tử phức tạp, đã biết rõ, được đặt trong một cái hộp. Bên trong cái hộp đó có một cái búa được kích thích bằng bức xạ và được nhắm vào đập vỡ một chai thủy tinh chứa chất độc cyanide khi có bức xạ được phát hiện. Cuối cùng, một nguồn bức xạ rất yếu trung bình phát ra một hạt mỗi giờ được đặt vào trong hộp, và cái hộp được cách âm, mờ đục, và đậy kín. Bạn đang ngồi ở bên ngoài hộp. Một giờ sau, hỏi con mèo chết, sống, không chết không sống, hay cả hai?

>> Xem Phần 1

Thí nghiệm tưởng tượng con mèo Schrödinger

Kiến trúc của thí nghiệm phóng đại một vấn đề được mô tả chính xác bởi CHLT (một nguyên tử phóng xạ nhất định có phân rã hay không?) thành cái có vẻ là một vấn đề cổ điển (con mèo sống hay chết?). Chúng ta muốn thấy ở bước nào trong thí nghiệm đó kết quả không còn là thuộc cơ lượng tử và trở thành một kết quả cổ điển rõ ràng ‘yes’ hoặc ‘no’.

Một hướng lập luận cho rằng cho đến khi cái hộp được mở ra, con mèo đó ở trong một sự chồng chất lượng tử của con mèo chết và con mèo sống. Mặt khác, nếu xem con mèo là nhà quan sát, thì ít nhất nó biết được nó còn sống hay không. (Để cho con mèo biết nó chết rồi phụ thuộc vào sự tồn tại vật lí của một kiếp sau – đó không phải là một giả thuyết cơ bản trong CHLT.) Các tranh luận có thể trở nên kịch liệt, vì có nhiều câu trả lời khả dĩ hợp lí.

Trong các lí thuyết đa thế giới, số phận của con mèo đó hơi khác một tí. Khi cái hộp được mở ra, vũ trụ phân tách ra làm hai – một vũ trụ chứa con mèo sống, và vũ trụ kia chứa con mèo chết.

Con mèo Schrödinger đưa đến một câu hỏi cơ lượng tử trong nội dung trưng cầu QPNR: Sự chồng chất của những trạng thái vĩ mô rời rạc (ví dụ như một con mèo chết/sống) có thể xảy ra trên nguyên lí, có thể xảy ra trong phòng thí nghiệm, hay trên nguyên lí là không thể?

Sự chồng chất vĩ mô là có thể trên nguyên lí – 55%
Sự chồng chất vĩ mô có thể được tạo ra trong phòng thí nghiệm – 30%
Sự chồng chất vĩ mô trên nguyên lí là không thể – 15%

Vấn đề này quan trọng, vì nó có thể được kiểm tra thực nghiệm.

Hệ lớn nhất từng được đưa thành công vào sự chồng chất lượng tử là một microphone lượng tử cân nặng khoảng 1 nano gram (mười nghìn tỉ nguyên tử) với thể tích khoảng 450 micron khối. Như thế thì chẳng lớn lắm, nhưng vượt xa kích cỡ đi cùng với những tương tác nguyên tử và dưới nguyên tử bình thường mà chúng ta thường gặp với cơ lượng tử. Sự phát triển nhanh của lĩnh vực tạo ra sự chồng chất lượng tử của những đối tượng càng ngày càng lớn có khả năng là một phần lí do khiến kết quả trưng cầu QPNR hơi lạc quan về sự chồng chất vĩ mô.

Một vấn đề nằm ở những nền tảng của CHLT liên quan đến thực tại vật chất của các trạng thái lượng tử. Trưng cầu QPNR đã nêu câu hỏi là liệu các trạng thái lượng tử chỉ mô tả thực tại (tức thuộc về tri thức), hay các trạng thái lượng tử là có thật giống như điện trường có cường độ có thể đo được dễ dàng (là tồn tại khách quan).

Là tri thức – 27%
Tồn tại khách quan – 24%
Cả hai – 33%
Mang tính thống kê thuần túy – 3%
Ý kiến khác – 13%

Câu trả lời cho những câu hỏi rất trọng yếu này khớp với những phản ứng ngẫu nhiên.

Tính ngẫu nhiên trong CHLT

Một vấn đề cơ bản nữa trong CHLT liên quan đến tính ngẫu nhiên của những sự kiện lượng tử riêng lẻ, ví dụ như sự phân hủy của một nguyên tử phóng xạ. CHLT dự đoán hành trạng thích hợp với những phân hủy ngẫu nhiên có một chu kì bán rã đặc trưng đối với một mode phân rã đã biết. Nhưng quá trình phân hủy của nguyên tử thật sự là ngẫu nhiên, hay nó chỉ có trông như vậy thôi? Trưng cầu QPNR đưa ra bốn lựa chọn: tiền định ẩn; chỉ có vẻ ngẫu nhiên; ngẫu nhiên tối giản; và sự ngẫu nhiên là một khái niệm căn bản trong tự nhiên.

Tiền định ẩn là quan điểm của Einstein – có những bộ máy ẩn chi phối cái chúng ta cảm nhận là thực tại lượng tử. Các hiện tượng thật sự là cổ điển và mang tính cơ giới, nhưng hiện tại chúng ta không thể nhìn thấy điều đó.

Vũ trụ chỉ có vẻ là ngẫu nhiên trong các lí giải đa thế giới kiểu Everett, trong đó sự cảm nhận tính ngẫu nhiên là một tạo vật của sự tìm kiếm cái bản ngã duy ở một trong những nhánh mới của vũ trụ.

Cái khó là chỉ ra sự khác biệt giữa ngẫu nhiên tối giản và ngẫu nhiên là một khái niệm căn bản trong tự nhiên. Ý nghĩa của cái thứ hai là hết sức mờ nhạt. Nói đại khái thì ngẫu nhiên tối giản mô tả một vũ trụ trong đó những hiện tượng được đo mang lại những kết quả không thể dự báo trước, còn ngẫu nhiên căn bản mô tả một vũ trụ có các hoạt động bên trong là ngẫu nhiên. Ngẫu nhiên căn bản không phải là tiền định ẩn, hay nói khác đi là nếu có những tập con của thực tại, thì chúng cũng ngẫu nhiên.

Kết quả QPNR như sau:

Tiền định ẩn – 0%
Ngẫu nhiên biểu kiến – 7%
Ngẫu nhiên tối giản – 40%
Ngẫu nhiên căn bản – 53%

Sự thiếu ủng hộ của tiền định ẩn có khả năng liên quan với nhiều kiểm tra thực nghiệm của định lí Bell, lí thuyết đề xuất mạnh mẽ tính vô năng áp dụng của các lí thuyết biến số ẩn cho vũ trụ của chúng ta.

Ngẫu nhiên biểu kiến nhận được chưa tới một nửa số phiếu bầu nhận được bởi các lí giải kiểu Everett cho thấy không phải ai ủng hộ Everett cũng đồng ý rằng sự ngẫu nhiên quan sát thấy trong đó là biểu kiến.

Khoa học hay phán xét cá nhân?

Về hiện trạng của những cách lí giải CHLT, một câu hỏi QPNR đặc biệt đã làm sáng tỏ. Câu hỏi thật đơn giản: Có bao nhiêu khả năng sự lựa chọn cách lí giải là một vấn đề phán xét mang tính triết lí cá nhân?

Rất nhiều – 58%
Rất ít – 27%
Không phần trăm nào hết – 15%

85% những người bỏ phiếu tin rằng sự chọn lựa cách hiểu CHLT tùy thuộc vào căn bản triết lí cá nhân của mỗi người. Nhiều câu hỏi và câu trả lời khác nữa cho thấy cách hiểu của CHLT, hiện nay, không phải là khoa học, mặc dù tôi rất không muốn thừa nhận thế.

Nguồn: Gizmag.com