What can Schrödinger's cat teach us about quantum mechanics? - Josh Samani

Translator: Son Nguyen Reviewer: Nhu PHAM

Trong trường hợp ném thẳng một quả bóng vào không trung.

Consider throwing a ball straight into the air.

Can you predict the motion of the ball after it leaves your hand?

Bạn có thể dự đoán chuyển động của nó không?

Sure, that's easy.

Chắc chắn rồi, dễ mà.

The ball will move upward until it gets to some highest point,

Quả bóng sẽ di chuyển thằng đứng cho đến điểm cao nhất,

then it will come back down and land in your hand again.

rồi rơi trở lại và đáp gọn trong tay bạn.

Of course, that's what happens,

Đó là những gì xảy ra,

bạn biết điều này bởi vì bạn đã chứng kiến nó rất nhiều lần

and you know this because you have witnessed events like this countless times.

You've been observing the physics of everyday phenomena your entire life.

Bạn quan sát các hiện tượng vật lý hàng ngày trong suốt cuộc đời mình.

But suppose we explore a question about the physics of atoms,

Giả sử, ta xem xét câu hỏi về thế giới vật lý của các nguyên tử,

like what does the motion of an electron

ví dụ như chuyển động của một electron

around the nucleus of a hydrogen atom look like?

quanh hạt nhân của nguyên tử hydro sẽ trông như thế nào?

Could we answer that question based on our experience with everyday physics?

Liệu ta có thể trả lời câu hỏi đó dựa trên hiểu biết về Vật lý thường ngày?

Definietly not. Why?

Chắc chắn là không rồi. Tại sao vậy?

Because the physics that governs the behavior of systems at such small scales

Bởi vì định luật vật lý chi phối hoạt động ở hệ thống vi mô

is much different than the physics of the macroscopic objects

rất khác so với vật lý vĩ mô

you see around you all the time.

mà ta nhìn thấy hàng ngày.

The everyday world you know and love

Thế giới thường ngày mà bạn biết và yêu mến

behaves according to the laws of classical mechanics.

tuân theo những định luật của cơ học cổ điển.

But systems on the scale of atoms

Nhưng hệ thống ở cấp độ nguyên tử

behave according to the laws of quantum mechanics.

lại hành xử dựa trên những định luật của cơ học lượng tử.

This quantum world turns out to be a very strange place.

Thế giới lượng tử là một nơi vô cùng kì lạ.

An illustration of quantum strangeness is given by a famous thought experiment:

Một minh họạ về sự kì lạ đó là thí nghiệm giả tưởng nổi tiếng:

Schrödinger's cat.

Con mèo của Schrödinger.

A physicist, who doesn't particularly like cats, puts a cat in a box,

Một nhà vật lý không thích mèo, đặt một con vào trong hộp,

along with a bomb that has a 50% chance of blowing up after the lid is closed.

cùng với một quả bom có xác xuất nổ là 50% sau khi đậy nắp.

Until we reopen the lid, there is no way of knowing

Trừ khi mở nắp hộp ra, không có cách nào để biết

whether the bomb exploded or not,

quả bom đó đã nổ hay chưa.

and thus, no way of knowing if the cat is alive or dead.

do đó, không có cách nào để biết con mèo còn sống hay đã chết.

In quantum physics, we could say that before our observation

Trong vật lý lượng tử, ta có thể nói rằng trước khi quan sát

the cat was in a superposition state.

con mèo ở trạng thái chồng chập

It was neither alive nor dead but rather in a mixture of both possibilities,

Không sống cũng chưa chết, mà đúng ra là tổng hợp xác xuất

with a 50% chance for each.

với 50% cho mỗi trường hợp.

The same sort of thing happens to physical systems at quantum scales,

Tương tự những gì diễn ra với hệ vật lý lượng tử

like an electron orbiting in a hydrogen atom.

như một electron chyển động xung quanh hạt nhân nguyên tử hydro.

The electron isn't really orbiting at all.

Thực chất, hạt electron không quay xung quanh

It's sort of everywhere in space, all at once,

Nó xuất hiện cùng một lúc tại khắp nơi trong không gian

with more of a probability of being at some places than others,

với xác xuất xuất hiện ở vùng này nhiều hơn so với vùng khác.

and it's only after we measure its position

Chỉ sau khi định vị,

that we can pinpoint where it is at that moment.

ta mới chỉ ra được nó đang ở đâu tại thời điểm đó.

A lot like how we didn't know whether the cat was alive or dead

Tương tự như việc ta không biết được con mèo còn sống hay đã chết

until we opened the box.

cho đến khi mở nắp hộp.

This brings us to the strange and beautiful phenomenon

Điều này đưa ta đến một hiệu ứng kì lạ và đẹp đẽ

of quantum entanglement.

có tên gọi Liên Đới Lượng Tử

Suppose that instead of one cat in a box, we have two cats in two different boxes.

Giả sử, thay vì chỉ có một con mèo bên trong cái hộp

ta có hai con trong hai hộp khác nhau.

If we repeat the Schrödinger's cat experiment with this pair of cats,

Kết quả của thí nghiệm Con mèo của Schrödinger cho ra bốn khả năng

the outcome of the experiment can be one of four possibilities.

Either both cats will be alive, or both will be dead,

Cả hai con mèo đều sống hoặc đều đã chết

or one will be alive and the other dead, or vice versa.

hoặc một con còn sống, con còn lại đã chết và ngược lại.

The system of both cats is again in a superposition state,

Hệ hai con mèo một lần nữa ở trạng thái chồng chập

with each outcome having a 25% chance rather than 50%.

với xác xuất 25% thay vì 50% cho mỗi trường hợp.

But here's the cool thing:

Chính tại đây, điều thú vị là

quantum mechanics tells us it's possible to erase

cơ học lượng tử cho rằng có thể loại bỏ

the both cats alive and both cats dead outcomes from the superposition state.

trường hợp cả hai con mèo cùng sống hoặc cùng chết dựa trên trạng thái chồng chập.

In other words, there can be a two cat system,

Nói cách khác, có thể có một hệ hai con mèo,

such that the outcome will always be one cat alive and the other cat dead.

sao cho kết quả sẽ luôn là một con còn sống, con còn lại đã chết.

The technical term for this is that the states of the cats are entangled.

Theo thuật ngữ chuyên môn thì đó là trạng thái liên đới của hai con mèo

But there's something truly mindblowing about quantum entanglement.

Nhưng vẫn còn điều thực sự gây kinh ngạc về hiệu ứng liên đới lượng tử

If you prepare the system of two cats in boxes in this entangled state,

Nếu bạn chuẩn bị hệ hai con mèo trong hộp ở trạng thái liên đới,

then move the boxes to opposite ends of the universe,

sau đó di chuyển những cái hộp tới hai đầu của vũ trụ

the outcome of the experiment will still always be the same.

thí nghiệm sẽ luôn cho ra cùng một kết quả.

One cat will always come out alive, and the other cat will always end up dead,

Một con mèo sẽ luôn sống và con còn lại luôn chết

even though which particular cat lives or dies is completely undetermined

mặc dù không thể thể xác định được con nào sống, con nào chết

before we measure the outcome.

trước khi đo đạc.

How is this possible?

Sao mà như vậy được?

How is it that the states of cats on opposite sides of the universe

Bằng cách nào mà trạng thái của hai con mèo ở hai đầu vũ trụ

can be entangled in this way?

lại có thể liên đới theo cách này?

They're too far away to communicate with each other in time,

Chúng ở quá xa để có thể ảnh hưởng tới nhau.

so how do the two bombs always conspire such that

Vậy làm thế nào hai quả bom lại luôn sắp xếp sao cho

one blows up and the other doesn't?

một quả nổ, quả còn lại thì không?

You might be thinking,

Bạn có thể nghĩ rằng,

"This is just some theoretical mumbo jumbo.

"Lý thuyết có vấn đề và rằng

This sort of thing can't happen in the real world."

Điều này không thể xảy ra trong thực tế."

But it turns out that quantum entanglement

Nhưng cuối cùng, liên đới lượng tử

has been confirmed in real world lab experiments.

cũng được khẳng định bằng quan sát thực nghiệm.

Two subatomic particles entangled in a superposition state,

Hai hạt hạ nguyên tử liên đới ở trạng thái chồng chất,

where if one spins one way then the other must spin the other way,

nếu spin của vật thứ nhất quay xuống dưới,

spin của vật kia sẽ phải quay lên trên

will do just that, even when there's no way

cho dù không có cách nào

for information to pass from one particle to the other

để truyền thông tin giữa hai vật,

indicating which way to spin to obey the rules of entanglement.

cho thấy spin của một hạt tuân theo các định luật liên đới lượng tử.

It's not surprising then that entanglement is at the core

Không có gì ngạc nhiên khi liên đới lượng tử là cốt lõi

of quantum information science,

của khoa học thông tin lượng tử,

a growing field studying how to use the laws of the strange quantum world

một lĩnh vực đang phát triển nghiên cứu cách áp dụng định luật lượng tử

in our macroscopic world,

vào thế giới vĩ mô,

like in quantum cryptography, so spies can send secure messages to each other,

như mật mã lượng tử, cho phép gián điệp trao đổi thông tin một cách an toàn,

or quantum computing, for cracking secret codes.

hay tính toán lượng tử, nhằm bẻ khoá mật mã.

Everyday physics may start to look a bit more like the strange quantum world.

Vật lý thường ngày thoạt nhìn có vẻ giống với thế giới lượng tử kỳ lạ.

Quantum teleportation may even progress so far,

Viễn tải lượng tử sẽ còn tiến xa hơn cho đến

that one day your cat will escape to a safer galaxy,

một ngày nào đó, con mèo của bạn sẽ trốn tới một thiên hà an toàn hơn

where there are no physicists and no boxes.

nơi không có các nhà vật lý và những cái hộp.