Thí nghiệm tư tưởng được gọi là mèo Schrödinger là một trong những khái niệm nổi tiếng và bị hiểu lầm nhất trong cơ học lượng tử. Bằng cách suy nghĩ sâu sắc về nó, các nhà nghiên cứu đã đi đến những hiểu biết ngoạn mục về thực tế vật lý.
Ai đã đến với con mèo của Schrödinger?
Nhà vật lý người Áo Erwin Schrödinger, người đã giúp tìm ra bộ môn cơ học lượng tử, lần đầu tiên quan niệm về câu hỏi hóc búa của ông vào năm 1935 như một bài bình luận về các vấn đề ban đầu được đặt ra bởi nhà sáng chế Albert Einstein, theo một bài báo trên Tạp chí Quanta.
Trong khi phát triển sự hiểu biết mới của họ về cõi hạ nguyên tử, hầu hết các đồng nghiệp của Einstein và Schrödinger đã nhận ra rằng các thực thể lượng tử thể hiện những hành vi cực kỳ kỳ quặc. Nhà vật lý người Đan Mạch Niels Bohr đã khẳng định một sự hiểu biết rằng các hạt như electron không có các tính chất được xác định rõ cho đến khi chúng được đo. Trước đó, các hạt tồn tại trong cái được gọi là chồng chất của các quốc gia, ví dụ, với 50% cơ hội được định hướng "lên" và 50% cơ hội được định hướng "xuống".
Einstein, đặc biệt, không thích lời giải thích thiếu quyết đoán này. Ông muốn biết làm thế nào, chính xác, vũ trụ biết rằng ai đó đang đo lường một cái gì đó. Schrödinger đã làm nổi bật sự phi lý này với con mèo khái niệm khét tiếng của mình.
Giả sử người ta xây dựng một cỗ máy kỳ lạ, Schrödinger đã viết trong một bài báo năm 1935 có tên là "Tình hình hiện tại trong cơ học lượng tử". Thiết bị này bao gồm một hộp có lọ xyanua kín, phía trên được treo một cây búa gắn vào máy đếm Geiger nhằm vào một cục nhỏ urani phóng xạ nhẹ. Bên trong chiếc hộp, cũng có một chú mèo con (và hãy nhớ rằng, đây là một thí nghiệm suy nghĩ chưa bao giờ được thực hiện).
Hộp được niêm phong và thử nghiệm còn lại để chạy trong một khoảng thời gian nhất định, có thể là một giờ. Trong giờ đó, uranium, có các hạt tuân theo định luật cơ học lượng tử, có một số cơ hội phát ra bức xạ mà sau đó sẽ được truy cập bởi quầy Geiger, sau đó sẽ giải phóng búa và đập vỡ lọ, giết chết con mèo do ngộ độc xyanua.
Theo những người như Bohr, cho đến khi chiếc hộp được mở ra và trạng thái của con mèo được "đo lường", nó sẽ tồn tại trong sự chồng chất của cả người sống và người chết. Những người như Einstein và Schrödinger đã chùn bước trước một khả năng như vậy, điều này không phù hợp với mọi thứ mà kinh nghiệm thông thường của chúng ta nói với chúng ta - mèo sống hoặc chết, không phải cả hai cùng một lúc.
"Vật lý uantum thiếu một thành phần quan trọng, một câu chuyện về cách nó xếp hàng với mọi thứ trên thế giới", nhà báo khoa học Adam Becker viết trong cuốn sách "What is Real?" (Sách cơ bản, 2018). "Làm thế nào mà một số lượng lớn các nguyên tử, chịu sự chi phối của vật lý lượng tử, làm phát sinh thế giới chúng ta thấy xung quanh chúng ta?"
Con mèo của Schrödinger có thật không?
Con mèo của Schrödinger đã cắt đứt trái tim của những gì kỳ quái về cách giải thích hiện thực của Bohr: thiếu một ranh giới phân chia rõ ràng giữa cõi lượng tử và cõi đời. Trong khi hầu hết mọi người nghĩ rằng nó cung cấp một ví dụ hỗ trợ các hạt thiếu các thuộc tính được xác định rõ ràng cho đến khi chúng được đo, thì ý định ban đầu của Schrödinger hoàn toàn ngược lại - cho thấy ý tưởng đó là vô nghĩa. Tuy nhiên, trong nhiều thập kỷ, các nhà vật lý chủ yếu bỏ qua vấn đề này, chuyển sang các vấn đề khó khăn khác.
Nhưng bắt đầu từ những năm 1970, các nhà nghiên cứu đã có thể chỉ ra rằng các hạt lượng tử có thể được tạo ra ở các trạng thái luôn tương ứng với nhau - vì vậy nếu một hướng đi "hướng lên", thì hạt kia sẽ "xuống" - một hiện tượng mà Schrödinger gọi là vướng víu . Công việc như vậy đã được sử dụng để củng cố lĩnh vực điện toán lượng tử mới nổi, hứa hẹn sẽ tạo ra các máy tính nhanh hơn nhiều so với các công nghệ hiện tại.
Vào năm 2010, các nhà vật lý cũng đã tạo ra một phiên bản mèo Schrödinger trong thế giới thực, mặc dù theo cách không liên quan đến giết người (hay còn gọi là giết mèo). Đại học California, Santa Barbara, các nhà khoa học đã chế tạo một bộ cộng hưởng, về cơ bản là một cái nĩa điều chỉnh nhỏ, kích thước của pixel trên màn hình máy tính. Họ đặt nó vào một sự chồng chất trong đó nó vừa dao động vừa không dao động cùng một lúc, cho thấy các vật thể tương đối lớn có thể chiếm các trạng thái lượng tử kỳ quái.
Các thí nghiệm gần đây đã đưa các nhóm lên tới 2.000 nguyên tử ở hai nơi khác nhau cùng một lúc, làm mờ thêm đường phân chia giữa kính hiển vi và vĩ mô. Vào năm 2019, các nhà nghiên cứu tại Đại học Glasgow thậm chí đã có thể chụp ảnh các photon vướng víu bằng một máy ảnh đặc biệt chụp một bức ảnh mỗi khi một photon xuất hiện với đối tác vướng víu của nó.
Trong khi các nhà vật lý và triết học vẫn chưa đồng ý về cách nghĩ về thế giới lượng tử, những hiểu biết của Schrödinger đã tạo ra nhiều con đường nghiên cứu hiệu quả và có khả năng tiếp tục làm như vậy trong tương lai gần.
