This thought experiment will help you understand quantum mechanics - Matteo Fadel

Translator: Jerry Hoàng Reviewer: Cao Tú Bùi

After a long day working on the local particle accelerator,

Sau một ngày làm việc với máy gia tốc hạt,

you and your friends head to the arcade to unwind.

bạn và bạn bè đến “xả hơi” tại một khu vui chơi điện tử.

The lights go out for a second, and when they come back,

Đèn tắt trong một giây, và khi có điện trở lại,

there before you gleams a foosball table nobody remembers seeing before.

bạn thấy trước mặt một bàn bi lắc mà không ai nhớ là đã thấy trước đó.

Always game, you insert your coins.

Không chần chừ, bạn nhét xu vào.

And with a fanfare, Quantum Foosball begins.

Sau khi nhận xu, trò chơi Bi lắc Lượng tử bắt đầu.

Here are the rules: as with normal foosball,

Luật chơi như thế này: với bi lắc thường,

the object is to score points

nhiệm vụ của trò chơi là ghi bàn

by spinning levers with tiny players to sink the ball in your opponent’s goal.

bằng cách xoay thanh với các cầu thủ nhỏ để đá bóng vào gôn đối phương.

Only instead of a standard ball, you’ll be playing with a giant electron.

Có điều thay vì chơi với bóng thường, bạn sẽ chơi với một electron khổng lồ.

It behaves like a normal electron in all respects, it’s just much larger.

Như một electron thông thường, với kích thước ngoại hạng.

Though the rules are simple, gameplay is anything but.

Dù luật chơi đơn giản, nhưng cách chơi lại không như vậy.

Thay vì những luật cơ bản của Cơ học Cố điển,

Instead of the familiar laws of Newtonian physics,

the movement of the ball is governed by quantum mechanics.

giờ đây, sự di chuyển của bóng bị chi phối bởi Cơ học Lượng tử.

To minimize the influence from photons and air molecules,

Để giảm sự ảnh hưởng của photon và các phân tử khí,

you’ll be playing in a vacuum. In the dark.

bạn sẽ chơi trong buồng chân không. Trong bóng tối.

But that’s ok, because you can watch for the flashes of light

Nhưng không sao, vì bạn có thể nhìn các ánh chớp

given off by collisions between figures and the ball.

được tạo ra khi bóng và vào các hình nhân.

The goals themselves will flash when the electron

Khung thành sẽ chớp sáng khi mà electron va phải máy dò hạt.

hits their particle detectors.

Now you just have to figure out how to get the electron to go where you want.

Bây giờ bạn chỉ cần nghĩ cách đưa electron đi đúng hướng bạn muốn.

As soon as it enters play, the electron will never rest.

Ngay khi trò chơi bắt đầu, electron sẽ không ngừng chuyển động.

This is a direct consequence of the Heisenberg Uncertainty Principle,

Đó là hệ quả trực tiếp của Nguyên lý Bất định,

which says that the better you know where a quantum particle is,

rằng càng biết nhiều về vị trí của một hạt lượng tử,

the less you know about its velocity, and vice versa.

bạn sẽ càng biết ít về vận tốc của chúng, và ngược lại.

Since you know it’s on the field, its velocity is largely uncertain.

Vì bạn đã biết rằng nó ở trên sân, vận tốc của nó là bất định.

The electron will behave more like a wave than a particle,

Hạt electron này sẽ có tính chất giống với một sóng hơn là một hạt,

with its position described by probability distributions that you’ll have to imagine.

với vị trí của nó được miêu tả bằng xác suất phân bố mà bạn phải hình dung.

These distributions are spread throughout the entire field,

Sự phân bố này được chia đều cả sân,

making it possible to observe a goal at any time and in either side.

giúp dễ dàng quan sát khung thành ở mọi thời điểm, cả hai bên.

The way to win is to control and concentrate the distribution

Cách để thắng trò này là bạn phải điều khiển và tập trung sự phân bố

over the opposite goal,

vào khung thành bên kia,

giving yourself the highest likelihood of scoring points.

để có được cơ hội ghi bàn cao nhất.

Your skill as a player will be determined by your ability to predict

Kỹ năng chơi của bạn sẽ được đánh giá dựa trên khả năng tiên đoán

where the electron is most likely to be,

vị trí mà electron có khả năng sẽ xuất hiện nhiều nhất,

then manipulate the probability distribution by spinning the rods

sau đó, bạn sẽ điều khiển sự phân bố xác suất

with just the right amount of strength.

bằng cách quay các thanh với một lực vừa đủ.

Quantum particles only receive energy in precise amounts, called quanta.

Các hạt lượng tử chỉ nhận năng lượng với một lượng vừa đủ, gọi là lượng tử.

So spin too hard or too soft,

Thế nên khi quay quá mạnh hay quá yếu,

and the electron will stay on its previous course.

hạt electron vẫn sẽ giữ nguyên đường đi.

The game board has been carefully constructed to contain the electron,

Bàn chơi đã được chế tạo kỹ càng để có thể chứa hạt electron,

but even so, sometimes it’ll quantum tunnel through the walls

dù vậy, thỉnh thoảng, nó sẽ xuyên hầm lượng tử qua bức tường

without any apparent reason.

mà không có lý do.

At that point it could be anywhere in the universe,

Ở thời điểm ấy, nó có thể ở mọi nơi trong vũ trụ,

so to save you the trouble of tracking it down,

nên để giúp bạn khỏi mất công tìm,

the game will spit out a new ball.

trò chơi sẽ nhả ra một quả bóng khác.

The fact that quantum particles behave like waves

Sự thật rằng các hạt lượng tử có tính chất giống sóng

becomes particularly evident in the presence of obstacles.

trở nên dễ thấy hơn khi có các vật cản.

As the particle travels through the rows of miniature figures,

Trong khi các lượng tử đi qua các hàng gồm những hình nhân nhỏ,

complicated interference patterns will develop in the probability distribution,

những kiểu mẫu giao thoa phức tạp sẽ phát triển trong sự phân bố xác suất,

making it even more difficult to accurately predict its position.

khiến việc đoán đúng vị trí của chúng trở nên khó khăn hơn.

And here’s where your advanced physics degree can finally come in handy:

Và đây là lúc mà tấm bằng Vật lý cao cấp sẽ giúp bạn:

you can use the laws of quantum mechanics to your advantage.

bạn có thể dùng các quy luật của Vật lý Lượng tử để giành ưu thế.

The only moments when the electron will behave as a particle,

Thời điểm duy nhất mà electron có tính chất giống hạt,

rather than a wave, are when it hits something.

thay vì giống sóng, là khi chúng va chạm.

With frequent enough kicks,

Với tần số va chạm vừa đủ,

the particle would have no time to evolve like a wave and, therefore,

hạt sẽ không đủ thời gian để trở thành sóng và, vì vậy,

not spread out in space.

không lan rộng trong không gian.

So if you can pass it very quickly between two of your miniatures,

Nên nếu có thể chuyền bóng giữa hai hình nhân cực nhanh,

you can keep it localized.

bạn có thể giữ chúng trong khu vực.

Masters of the game call this the Quantum Zeno Maneuver.

Những người thông thạo trò này gọi nó là Kiểm soát Lượng tử Zeno.

Now, if you really want to dominate your opponents,

Giờ, nếu chiếm ưu thế,

there’s one more thing you can try, but it’s pretty tricky.

đây sẽ là thứ mà bạn có thể thử, nhưng khó đấy.

One of the distinctive features of the quantum world

Một trong những tính chất riêng biệt của thế giới Lượng tử

is the possibility of state superpositions,

đó là khả năng chồng chất trạng thái,

where particles’ positions or velocities

khi mà vị trí của hạt hay vận tốc

can be simultaneously in two or more different states.

có thể ở hai hay nhiều trạng thái cùng lúc.

If you can put the electron into a superposition

Nếu bạn có thể đặt electron vào trạng thái chồng chập

of being simultaneously kicked and not kicked,

vừa bị đá vừa không bị đá,

it’ll be almost impossible for your opponents to figure out

đối thủ sẽ không tài nào biết được

where and how to strike.

khi nào và cách nào để ghi bàn.

It’s said that Erwin Schrödinger,

Người ta nói rằng Erwin Schrödinger,

nhà vô địch Bi lắc Lượng tử vĩ đại nhất,

the greatest Quantum Foosball champion of all time,

is the only player to have mastered this technique.

là người duy nhất thành thạo kỹ năng này.

But maybe you can be the second:

Nhưng bạn có thể là người thứ hai:

Just figure out a way to simultaneously turn and not turn your rods.

Chỉ cần tìm ra cách để vừa quay và vừa không quay các thanh.