Schrödinger’s cat – Rabbit hole of Quantum Physics

Erwin Schrödinger sinh ngày 12 tháng 8 năm 1887 tại thành phố Erdberg thuộc thủ đô Vienna của Áo. Ông nổi tiếng với những công trình lớn về vật lý lượng tử và điển hình là các lý thuyết về sóng của các hạt hạ nguyên tử.

Năm 1906, Schrödinger học tại đại học Vienna và hoàn thành luận án tiến sĩ của mình vào năm 1910. Ông tham gia nghĩa vụ quân sự trong chiến tranh thế giới thứ nhất và sau đó trở về để làm việc tại đại học Zürich năm 1921. Năm 1926, khi này đã 39 tuổi, ông vẫn cố gắng miệt mài làm việc với vật lý lý thuyết và đã mở đường cho lĩnh vực cơ học sóng lượng tử bằng phương trình sóng mang tên ông (Phương trình Schrödinger)-phương trình được nhận định có tầm quan trọng trong cơ học lượng tử như định luật cơ học của Newton ở cơ học cổ điển.

Năm 1933, Schrödinger nhận giải Nobel Vật Lý bởi phương trình sóng của mình cùng với nhà vật lý lý thuyết người Anh Paul Dirac.

Bảy năm sau, ông quyết định đi khắp thế giới vì chính sách áp bức người Do Thái tại nơi ông đang sinh sống đến năm 1940, ông chọn đất nước Ireland để sinh sống và nghiên cứu về vật lý, triết học và lịch sử của khoa học trong 15 năm. Đến 1956, Schrödinger nghỉ hưu và trở về quê nhà làm giáo sư danh dự của đại học tại Vienna

Cơ học lượng tử là mảng khoa học nghiên cứu về các hạt nguyên tử, hạ nguyên tử với một quy mô cực nhỏ. Với đối tượng nghiên cứu vi mô, những định luật vật lý của cơ học cổ điển không thể áp dụng trong quy mô các hạt dẫn đến những sự khó đoán của các đối tượng lượng tử.

Năm 1935, 3 nhà vật lý lớn của thế giới là Albert Einstein, Boris Podolsky và Nathan Rosen đưa ra một nghịch lý trong nghiên cứu với tiêu đề “Can Quantum-Mechanical Description of Physical Reality be Considered Complete?” (Tạm dịch là :” Liệu mô tả cơ học lượng tử về hiện thực vật lý có thể coi là hoàn chỉnh?”) để nói về liên hệ giữa thế giới vi mô (nằm trong vật lý lượng tử) và thế giới vĩ mô (thế giới ta hàng ngày sinh sống với các vật thể xung quanh). Họ bàn luận với nhau về vấn đề liên đới lượng tử cho rằng nếu các hạt được “liên kết” với nhau theo phương thức rối lượng tử, việc đo đạc của hạt thứ 1 sẽ dẫn đến kết quả dự đoán của hạt thứ 2 ngay lập tức dù không cần phải đo đạc. Dù các hạt lượng tử theo các lý thuyết như chồng chất lượng tử cho rằng hạt có thể tồn tại đồng thời ở nhiều trạng thái cùng 1 lúc. Điều này dẫn đến sự vi phạm của thông tin được truyền đi với độ trễ bằng 0 và vi phạm thuyết tương đối của vật lý cổ điển (khi thông tin dịch chuyển nhanh hơn cả ánh sáng).

Vấn đề nghịch lý này khiến mọi thứ trở nên phức tạp khi các định luật cổ điển của vật lý không thể áp dụng vào vật lý lượng tử. Các hạt lượng tử theo những hiểu biết hiện tại của con người luôn đem lại sự ngẫu nhiên tuyệt đối (tức sự ngẫu nhiên không đến từ sai số đo đạc hay môi trường như vật lý cổ điển mà thực chất là sự ngẫu nhiên con người không thể can thiệp và chỉ có thể dự đoán như một trò chơi bốc thăm).

Schrödinger và Einstein bàn luận rất nhiều về các vấn đề nhức nhối về lượng tử qua thư từ trong một thời gian dài. Einstein mô tả rằng một thùng thuốc súng không ổn định qua thời gian thực chất sẽ luôn tồn tại 2 trạng thái nổ và không nổ mà ta không thể đoán biết được. Đó cũng là lúc Schrödinger nghĩ ra một thí nghiệm giả tưởng nổi tiếng ngày nay-con mèo của Schrödinger

Thí nghiệm bao gồm một con mèo trong một chiếc hộp thép kín cùng với một cơ chế cơ học đơn giản được để bên trong một góc hộp: Một máy đếm Geiger (máy phát hiện nguyên tử phân rã phóng xạ), một mẫu phóng xạ cực nhỏ mà ở đó trong 1 giờ chỉ có 50% khả năng có một hạt phân rã phóng xạ, kết hợp với đó là một cơ chế tay búa gắn với máy Geiger và một bình acid hydrocyanic. Nếu phát hiện có sự phân rã phóng xạ từ mẫu trong hộp, chiếc máy đếm Geiger sẽ phát hiện và kích hoạt tay búa đập vỡ lọ Acid và giết chết con mèo.

Khi này, con mèo không bao giờ đoán trước được là sống hay chết trong mỗi giờ đồng hồ (Sẽ không có bất kỳ dự đoán hay công thức nào có thể xác định chính xác tuyệt đối ở mọi điều kiện) dẫn đến khái niệm con mèo luôn tồn tại ở 2 trạng thái Sống-chết trong hộp sắt. Khi mở hộp sắt ra, sự quan sát của con người xác nhận mèo đã ở trạng thái sống hoặc chết sẽ quyết định trạng thái của con mèo khi đó (Theo diễn giải Copenhagen được đề xuất bởi nhà vật lý Niels Bohr, sự chồng chất lượng tử của hạt sẽ luôn diễn ra khiến hạt luôn tồn tại ở nhiều trạng thái cùng một lúc cho đến khi bị thế giới bên ngoài đo đạc và quan sát, các trạng thái mới sụp đổ về một trạng thái duy nhất ở thời điểm đó).

Ngoài diễn giải Copenhagen, có nhiều giả thuyết có thể áp dụng đến trong vấn đề lượng tử này như diễn giải đa thế giới (nói rằng sự chồng chất trên chỉ là các trường hợp có nhiều thế giới song song cùng tồn tại với nhau và ta việc ta quan sát, đo đạc chỉ như việc ta “xác định thế giới” ta đang tồn tại). Thí nghiệm con mèo của Schrödinger đã biến một mô hình lượng tử cực nhỏ thành một vấn đề trên thế giới vĩ mô (sự sống của con mèo) tuy nhiên các phỏng đoán vẫn là thuần lý thuyết và mọi thứ vẫn chưa thể thực hiện ở ngoài đời thật.