Schrödinger's cat: A thought experiment in quantum mechanics - Chad Orzel

Con mèo của Schrödinger: Một thí nghiệm tưởng tượng trong cơ học lượng tử - Chad Orzel

Translator: Thành Đào Công Reviewer: Nhu PHAM

Nhà Vật Lý người Áo Erwin Schrödinger

Austrian physicist Erwin Schrödinger is one of the founders of quantum mechanics,

là một trong những người sáng lập cơ học lượng tử,

but he's most famous for something he never actually did:

nhưng nổi tiếng nhất với ý tưởng ông không bao giờ làm:

thí nghiệm tưởng tượng liên quan đến mèo.

a thought experiment involving a cat.

He imagined taking a cat and placing it in a sealed box

Ông tưởng tượng đặt một con mèo trong hộp kín

cùng với một thiết bị có 50% khả năng

with a device that had a 50% chance of killing the cat in the next hour.

giết chết nó trong một giờ tới.

At the end of that hour, he asked, "What is the state of the cat?"

Khi thời gian kết thúc, ông hỏi: "Tình trạng con mèo sẽ như thế nào?"

Common sense suggests that the cat is either alive or dead,

Theo trực quan thông thường thì con mèo

hoặc là sống, hoặc là chết,

but Schrödinger pointed out that according to quantum physics,

nhưng Schrödinger chỉ ra rằng theo vật lý lượng tử,

at the instant before the box is opened, the cat is equal parts alive and dead,

tại thời khắc trước khi mở chiếc hộp,

con mèo đều vừa sống và chết.

at the same time.

Chỉ cho đến khi mở chiếc hộp ra

It's only when the box is opened that we see a single definite state.

ta mới biết tình trạng thật sự của con mèo.

Còn trước đó, con mèo là một xác suất không rõ ràng,

Until then, the cat is a blur of probability,

half one thing and half the other.

nửa thế này, nửa thế kia.

Điều đó có vẻ vô lý, và cũng chính là ý của Schrödinger.

This seems absurd, which was Schrödinger's point.

He found quantum physics so philosophically disturbing,

Ông nhận thấy vật lý lượng tử quá phiền toái triết học,

that he abandoned the theory he had helped make

đến nỗi ông phải bỏ lý thuyết đã đóng góp

and turned to writing about biology.

và chuyển sang viết về Sinh Học.

As absurd as it may seem, though, Schrödinger's cat is very real.

Mặc dù nó có vẻ vô lý, con mèo của Schrödinger là rất thật.

In fact, it's essential.

Thực tế, nó khá quan trọng.

If it weren't possible for quantum objects to be in two states at once,

Nếu vật chất lượng tử không thể ở hai trạng thái cùng một lúc,

the computer you're using to watch this couldn't exist.

thì sẽ không có máy tính bạn đang dùng để xem cái này.

The quantum phenomenon of superposition

Hiện tượng lượng tử của sự chồng chập

is a consequence of the dual particle and wave nature of everything.

là kết quả của bản chất kép: hạt và sóng của mọi vật.

In order for an object to have a wavelength,

Để một vật có bước sóng,

it must extend over some region of space,

nó phải mở rộng tới nhiều vùng không gian,

which means it occupies many positions at the same time.

nghĩa là giữ nhiều vị trí tại một thời điểm.

Bước sóng của một vật

The wavelength of an object limited to a small region of space

bị giới hạn trong vùng không gian nhỏ

can't be perfectly defined, though.

không thể hoàn toàn xác định được.

So it exists in many different wavelengths at the same time.

Vì thế, tồn tại nhiều bước sóng khác nhau tại cùng thời điểm.

We don't see these wave properties for everyday objects

Chúng ta không thấy được những sóng này trong các vật hàng ngày

because the wavelength decreases as the momentum increases.

vì bước sóng giảm khi động lượng tăng.

Và con mèo thì tương đối lớn và nặng.

And a cat is relatively big and heavy.

If we took a single atom and blew it up to the size of the Solar System,

Lấy một nguyên tử

và phóng to bằng kích thước Hệ Mặt Trời,

đối với nhà vật lý, bước sóng của con mèo

the wavelength of a cat running from a physicist

would be as small as an atom within that Solar System.

cũng chỉ nhỏ như một nguyên tử trong Hệ Mặt Trời.

Nó quá nhỏ để phát hiện,

That's far too small to detect, so we'll never see wave behavior from a cat.

vậy nên, ta không bao giờ thấy được hành vi sóng của con mèo.

Một hạt nhỏ, như electron,

A tiny particle, like an electron, though,

có thể chỉ ra bằng chứng mạnh mẽ của bản chất kép.

can show dramatic evidence of its dual nature.

If we shoot electrons one at a time at a set of two narrow slits cut in a barrier,

Nếu lần lượt bắt từng hạt electron

vào một màn có hai khe hẹp,

each electron on the far side is detected at a single place at a specific instant,

mỗi electron sẽ xuất hiện ở màn chắn tại một điểm,

vào một thời điểm nhất định, như một hạt.

like a particle.

Lặp lại thí nghiệm nhiều lần,

But if you repeat this experiment many times,

keeping track of all the individual detections,

theo dõi tất cả những dấu vết đơn lẻ,

you'll see them trace out a pattern that's characteristic of wave behavior:

bạn sẽ thấy chúng tạo thành tiêu bản

thể hiện tính chất của sóng:

a set of stripes - regions with many electrons

một tập hợp các sọc -

gồm các vùng nhiều electron

separated by regions where there are none at all.

được ngăn cách bởi các vùng trống không.

Ngăn một khe lại, các sọc biến mất.

Block one of the slits and the stripes go away.

This shows that the pattern is a result of each electron going through both slits

Điều đó chỉ ra rằng tiêu bản là kết quả của mỗi electron

đi qua cả hai khe cùng một lúc.

at the same time.

A single electron isn't choosing to go left or right

Một electron không chọn đi sang trái hay sang phải

but left and right simultaneously.

mà đồng thời cả hai.

Sự chồng chập trạng thái này cũng mang đến công nghệ hiện đại.

This superposition of states also leads to modern technology.

Một electron gần hạt nhân nguyên tử

An electron near the nucleus of an atom exists in a spread out, wave-like orbit.

chuyển động trong quỹ đạo phân tán, giống như sóng.

Đưa hai nguyên tử lại gần nhau,

Bring two atoms close together,

electron sẽ không phải chọn một nguyên tử

and the electrons don't need to choose just one atom

mà được chia sẻ giữa chúng.

but are shared between them.

Đó là cách hình thành một số liên kết hóa học.

This is how some chemical bonds form.

An electron in a molecule isn't on just atom A or atom B, but A+ B.

Một electron trong phân tử không chỉ

ở nguyên tử A hay B, mà là cả A+B.

Thêm nguyên tử, electron càng phân tán,

As you add more atoms, the electrons spread out more,

shared between vast numbers of atoms at the same time.

chia sẻ giữa số lượng lớn nguyên tử cùng một lúc.

Electron trong chất rắn không giới hạn trong một nguyên tử nào

The electrons in a solid aren't bound to a particular atom

but shared among all of them, extending over a large range of space.

mà được chia sẻ giữa chúng, mở rộng ra một khoảng không gian lớn.

Sự chồng chập khổng lồ của trạng thái này

This gigantic superposition of states

determines the ways electrons move through the material,

quyết định cách electron di chuyển quanh các chất liệu,

whether it's a conductor or an insulator or a semiconductor.

để xác định chất dẫn điện, chất cách điện hoặc chất bán dẫn.

Understanding how electrons are shared among atoms

Hiểu làm thế nào electron được chia sẻ giữa các nguyên tử

cho phép chúng ta kiểm soát chính xác

allows us to precisely control the properties of semiconductor materials,

tính chất của vật liệu bán dẫn, ví dụ như silicon.

like silicon.

Combining different semiconductors in the right way

Kết hợp nhiều vật bán dẫn đúng cách

allows us to make transistors on a tiny scale,

cho phép ta tạo ra bóng bán dẫn ở tỷ lệ siêu nhỏ,

millions on a single computer chip.

hàng triệu bóng trong một chip máy tính.

Those chips and their spread out electrons

Con chip và electron phân tán tiếp năng lượng cho chiếc máy tính

power the computer you're using to watch this video.

bạn đang dùng để xem video này.

An old joke says that the Internet exists to allow the sharing of cat videos.

Có lời nói đùa rằng Internet tồn tại

cho phép ta chia sẻ video về mèo.

Xem xét ý nghĩa sâu xa, quả thật Internet mắc nợ

At a very deep level, though, the Internet owes its existance

to an Austrian physicist and his imaginary cat.

nhà Vật Lý người Áo kia và con mèo tưởng tượng của ông.