What is the Heisenberg Uncertainty Principle? - Chad Orzel

Nguyên lý bất định Heisenberg là gì? - Chad Orzel

Translator: Thành Đào Công Reviewer: Nhu PHAM

Nguyên lý bất định Heisenberg là một trong số ít ý tưởng

The Heisenberg Uncertainty Principle is one of a handful of ideas

from quantum physics to expand into general pop culture.

từ vật lý lượng tử được mở rộng ra đời sống hàng ngày.

It says that you can never simultaneously know the exact position

Nó nói rằng bạn không thể cùng một lúc biết chính xác vị trí và tốc độ của vật

and the exact speed of an object and shows up as a metaphor in everything

và hàm ý đúng với mọi thứ:

from literary criticism to sports commentary.

từ phê bình văn học tới bình luận thể thao.

Sự bất định thường được giải thích bằng kết quả đo lường,

Uncertainty is often explained as a result of measurement,

that the act of measuring an object's position changes its speed, or vice versa.

rằng việc đo vị trí vật làm thay đổi tốc độ

hoặc ngược lại.

The real origin is much deeper and more amazing.

Thế nhưng, nguồn gốc thực sự còn sâu xa và thú vị hơn nhiều.

Nguyên lý bất định tồn tại vì mọi thứ trong vũ trụ

The Uncertainty Principle exists because everything in the universe

behaves like both a particle and a wave at the same time.

biểu hiện cùng lúc dưới dạng hạt và sóng.

Trong cơ học lượng tử,

In quantum mechanics, the exact position and exact speed of an object

vị trí và tốc độ chính xác của một vật

have no meaning.

không có ý nghĩa gì cả.

To understand this,

Để hiểu vấn đề này,

cần tìm hiểu biểu hiện dưới dạng hạt hoặc sóng nghĩa là gì.

we need to think about what it means to behave like a particle or a wave.

Các hạt, theo định nghĩa,

Particles, by definition, exist in a single place at any instant in time.

tồn tại ở một vị trí tại một thời điểm tức thì.

We can represent this by a graph showing the probability of finding

Ta có thể minh họa bằng đồ thị

thể hiện xác suất tìm ra vật tại vị trí cụ thể,

the object at a particular place, which looks like a spike,

đồ thị như một mũi nhọn,

100% tại một vị trí cụ thể,

100% at one specific position, and zero everywhere else.

và 0% tại mọi điểm khác.

Waves, on the other hand, are disturbances spread out in space,

Trong khi đó, sóng là những rung động lan truyền trong không gian,

like ripples covering the surface of a pond.

như gợn sóng bao phủ bề mặt hồ nước.

We can clearly identify features of the wave pattern as a whole,

Ta hoàn toàn có thể xác định đặc tính của toàn bộ sóng

most importantly, its wavelength,

quan trọng nhất là bước sóng,

which is the distance between two neighboring peaks,

là khoảng cách giữa hai đỉnh lân cận,

or two neighboring valleys.

hoặc hai đáy lân cận.

Nhưng ta không thể gán cho nó một vị trí đơn lẻ.

But we can't assign it a single position.

Xác suất lớn là nó sẽ nằm ở nhiều vị trí khác nhau.

It has a good probability of being in lots of different places.

Wavelength is essential for quantum physics

Bước sóng là cần thiết trong vật lý lượng tử

vì bước sóng của một vật liên quan tới động lượng của nó:

because an object's wavelength is related to its momentum,

mass times velocity.

khối lượng × vận tốc.

Một vật chuyển động nhanh có nhiều động lượng,

A fast-moving object has lots of momentum,

which corresponds to a very short wavelength.

vì thế, có bước sóng rất ngắn.

Một vật nặng có nhiều động lượng

A heavy object has lots of momentum even if it's not moving very fast,

cho dù không chuyển động quá nhanh,

which again means a very short wavelength.

dẫn đến, một lần nữa, bước sóng rất ngắn.

Đó là lý do tại sao ta không nhận ra bản chất sóng

This is why we don't notice the wave nature of everyday objects.

trong các vật dụng hàng ngày.

If you toss a baseball up in the air,

Nếu bạn ném quả bóng chày,

its wavelength is a billionth of a trillionth of a trillionth of a meter,

bước sóng của nó là một phần tỷ

của triệu tỷ của triệu tỷ của một mét.

quá nhỏ để phát hiện.

far too tiny to ever detect.

Vật nhỏ, như nguyên tử hay electron,

Small things, like atoms or electrons though,

can have wavelengths big enough to measure in physics experiments.

có thể có bước sóng đủ lớn

để có thể đo đạc bằng thí nghiệm vật lý.

So, if we have a pure wave, we can measure its wavelength,

Nói chung, nếu có một sóng, ta có thể đo bước sóng,

and thus its momentum, but it has no position.

và động lượng của nó, nhưng không có vị trí.

Ta có thế biết rất rõ vị trí một hạt,

We can know a particles position very well,

nhưng nó không có bước sóng,

but it doesn't have a wavelength, so we don't know its momentum.

nên ta không biết động lượng của nó.

To get a particle with both position and momentum,

Để có cả vị trí và động lượng của một hạt,

we need to mix the two pictures

ta cần hợp hai bức tranh

to make a graph that has waves, but only in a small area.

để tạo ra đồ thị có sóng,

nhưng chỉ trong một vùng nhỏ.

Ta sẽ làm như thế nào?

How can we do this?

By combining waves with different wavelengths,

Bằng cách kết hợp nhiều sóng với bước sóng khác nhau,

which means giving our quantum object some possibility of having different momenta.

nghĩa là cho vật lượng tử kia khả năng có nhiều động lượng.

When we add two waves, we find that there are places

Cộng hai sóng, ta thấy có những điểm

mà các đỉnh cùng pha, tạo thành sóng lớn hơn,

where the peaks line up, making a bigger wave,

và những điểm khác mà đỉnh sóng này trùng với đáy sóng kia.

and other places where the peaks of one fill in the valleys of the other.

The result has regions where we see waves

Kết quả là những vùng có sóng

được chia cắt bởi các vùng trống không.

separated by regions of nothing at all.

Nếu ta thêm sóng thứ ba,

If we add a third wave,

the regions where the waves cancel out get bigger,

các vùng mà sóng bị triệt tiêu lớn dần,

a fourth and they get bigger still, with the wavier regions becoming narrower.

sóng thứ tư và chúng càng lớn dần,

cùng với vùng có sóng hẹp dần đi.

If we keep adding waves, we can make a wave packet

Tiếp tục thêm sóng vào,

ta có thể tạo ra một gói sóng

with a clear wavelength in one small region.

có bước sóng rõ ràng trong một vùng nhỏ.

Đó là vật lượng tử, có cùng bản chất sóng và hạt,

That's a quantum object with both wave and particle nature,

nhưng để đạt được nó,

but to accomplish this, we had to lose certainty

ta đánh mất sự chắc chắn

about both position and momentum.

về cả vị trí và động lượng.

The positions isn't restricted to a single point.

Vị trí không bị giới hạn tại một điểm đơn lẻ.

Xác suất lớn là sẽ tìm thấy nó trong khoảng xung quanh trung tâm gói sóng

There's a good probability of finding it within some range

of the center of the wave packet,

and we made the wave packet by adding lots of waves,

và ta tạo ra gói sóng bằng cách thêm nhiều sóng,

which means there's some probability of finding it

nghĩa là có xác suất tìm thấy nó

với động lượng tương ứng với một trong số chúng.

with the momentum corresponding to any one of those.

Both position and momentum are now uncertain,

Cả vị trí và động lượng bây giờ đều bất định,

and the uncertainties are connected.

và sự bất định được kết nối.

If you want to reduce the position uncertainty

Nếu muốn giảm sự bất định của vị trí

bằng cách tạo ra gói sóng nhỏ hơn,

by making a smaller wave packet, you need to add more waves,

bạn cần thêm nhiều sóng,

which means a bigger momentum uncertainty.

nghĩa là sự bất định động lượng tăng lên.

If you want to know the momentum better, you need a bigger wave packet,

Nếu muốn biết rõ động lượng hơn,

bạn cần gói sóng lớn hơn,

nghĩa là sự bất định vị trí tăng lên.

which means a bigger position uncertainty.

Đó chính là Nguyên lý bất định Heisenberg,

That's the Heisenberg Uncertainty Principle,

first stated by German physicist Werner Heisenberg back in 1927.

được đề ra bởi nhà vật lý người Đức

Werner Heisenberg năm 1927.

This uncertainty isn't a matter of measuring well or badly,

Sự bất định này không phải là chuyện đo lường tốt hay kém,

but an inevitable result of combining particle and wave nature.

mà là một kết quả hiển nhiên

của việc kết hợp bản chất hạt và sóng.

Nguyên lý bất định không chỉ là giới hạn thực tế cho đo lường

The Uncertainty Principle isn't just a practical limit on measurment.

It's a limit on what properties an object can have,

mà còn là giới hạn tính chất mà một vật có thể có,

built into the fundamental structure of the universe itself.

xây dựng nên cấu trúc nền tảng của bản thân vũ trụ.