Những bí ẩn về sự huyền hoặc của thế giới vi mô và thế giới lượng tử kỳ bí: Phần 2

Nối tiếp phần 1, phần 2 tài liệu đưa bạn tới những thông tin kỹ bí về: Cuộc tranh luận bohr einstein, mẫu nguyên tử bohr, phương trình schrôdinger, con mèo của schrôdinger, giải thích hình thức luận của cơ học lượng tử, nghịch lý epr,... Mời các bạn cùng tham khảo tài liệu.
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Những bí ẩn về sự huyền hoặc của thế giới vi mô và thế giới lượng tử kỳ bí: Phần 29Cuộc tranh luậnBohr-EinsteinVì sao có cuộc tranh luận Bohr-Einstein?Niels Bohr (1885-1962), người khởi xướng mẫu nguyên tử sau nàymang tên ông, vào năm 1927, tại Hội nghị Solvay lần thứ 5 nổi tiếng, nơitrao đổi ý kiến của những nhà vật lý đương thời xuất chúng nhất, đã đọcmột bản báo cáo với chủ đề của hội nghị lần này: “photon và electron”.Nhân dịp này, ông đã giới thiệu cơ học lượng tử như một ngành khoahọc mới, được phát triển chủ yếu nhờ ông và Werner Heisenberg, họctrò của ông, như một lý thuyết tổng quát và hoàn chỉnh để mô tả cácđối tượng của thế giới vi mô, đồng thời, vượt xa trước người khác, ôngđã đưa ra cách giải thích vật lý cho hình thức luận toán học, cách giảithích sau này mang tên Cách giải thích Copenhagen để ghi nhớ địa điểmmà nó đã được đưa ra.Tại hội nghị này, một người tham dự khác là Albert Einstein cũngnhìn thấy cơ hội thuận tiện để đưa ra công khai lời phê phán của mìnhđối với cơ học lượng tử mới được phát triển bởi Bohr và Heisenberg.Cuộc thảo luận quyết liệt bắt đầu từ đây giữa Bohr và Einstein kéo dàinhiều năm về sau và đã trở thành nổi tiếng dưới tên gọi cuộc tranh luậnBohr-Einstein.Điều khẳng định tất yếu suy ra từ cơ học lượng tử là các đối tượnglượng tử, chẳng hạn electron, hoặc không có một tọa độ xác định, hoặckhông có một xung lượng xác định, đã làm Einstein băn khoăn rất nhiều.Cái điều ngẫu nhiên không tránh khỏi ấy, vốn được suy từ hệ thức bấtđịnh Heisenberg và đóng vai trò trung tâm trong việc mô tả cách hànhxử của các đối tượng lượng tử, tuyệt đối không thể dung hòa được vớithế giới quan của Einstein vốn mang đặc tính quyết định luận.105CUỘC TRANH LUẬN BOHR-EINSTEINEinstein đã thường xuyên nhấn mạnh sự từ chối dứt khoát của mìnhđối với cơ học lượng tử phi tất định trong một nhận xét không phảikhông có chút mỉa mai rằng, ông không thể tin, Chúa lại có thể chơi tròxúc xắc với toàn bộ vũ trụ này. (Lại thêm một giai thoại được đồn thổikhác: để đáp lại điều đó, Bohr đã ranh mãnh phản bác, Einstein khôngcó nhiệm vụ phải viết ra trước những gì mà Chúa phải làm). Einsteinluôn luôn nghi ngờ yêu cầu tổng quát của các nhà cơ học lượng tử vềtính đầy đủ trong lý thuyết của họ. Nhân đây cũng xin nêu một cáchngắn gọn, người ta nói đến tính đầy đủ của một lý thuyết vật lý khi mỗiphần tử của thực tại vật lý đều có thể xếp một cách chính xác vào chỗmột đối tượng trong lý thuyết này.Einstein tự cho mình có nhiệm vụ phải trình bày rõ ràng rằng, tráivới ý kiến của Bohr, việc mô tả các quá trình trong thế giới vi mô nhờcơ học lượng tử, chưa thể xem là đầy đủ. Ông tin tưởng rằng, “tính bấtđịnh” chỉ dường như tạo nên một rào chắn, mà với một cấu trúc thínghiệm được lựa chọn một cách khôn ngoan người ta có thể vượt qua.Sau này, những đại lượng vật lý không thể lĩnh hội được bằng cơ họclượng tử được mô tả là những biến ẩn hay tham số ẩn.Giả dụ những tham số ẩn như vậy thực sự tồn tại trong thực tế, thìnhững phản bác của Einstein có thể xem là có lý vì cơ học lượng tửkhông giới thiệu một cách mô tả đầy đủ mọi quá trình trong thế giớivi mô. Sức mạnh tiên đoán của nó giới hạn trong những tiên đoánthống kê, vì cơ học lượng tử không bao quát được những quá trìnhthực, có tính chất thứ yếu. Để bác bỏ việc thừa nhận tính đầy đủ mộtcách sai lầm của Bohr theo ý Einstein, trong suốt cuộc thảo luận lâudài Bohr-Einstein, ông luôn nghĩ ra những thí nghiệm tưởng tượng mớimẻ, tinh tế mà nhờ nó có thể chỉ ra sự thiếu chặt chẽ của hệ thức bấtđịnh Heisenberg.106THẾ GIỚI LƯỢNG TỬ KỲ BÍHình 9.1. Những người tham gia Hội nghị Solvey tại Brúcxen năm 1927. Hàng trêncùng: Piccard, Henriot, Ehrenfest, Herzen, de Donder, Schrôdinger, Verschaffelt, Pauli,Heisenberg, Fowler, Brillouin. Hàng giữa: Debye, Knudsen, Bragg, Kramers, Dirac,Compton, De Broglie, Born, Bohr. Hàng trước: Langmuir, Planck, Curie, Lorentz,Einstein, Langevin, Guye, Wilson, Richardson.Cái “ngẫu nhiên” được nhìn nhận một cách vật lýnhư thế nào?Để có thể nắm được một cách đúng đắn những phản đối rất cơ bảnvà sắc sảo của Einstein, trước hết chúng ta phải giải thích xem trong vậtlý khái niệm ngẫu nhiên có ý nghĩa gì. Theo định nghĩa của Heisenberg,người ta phân thành hai loại ngẫu nhiên: ngẫu nhiên chủ quan và ngẫunhiên khách quan.Ngẫu nhiên chủ quan là những ngẫu nhiên “dường như” xuất hiện dothiếu thông tin về những điều kiện ban đầu chính xác mà trên cơ sở đóquá trình vật lý diễn ra. Bởi vì kiến thức do những dữ liệu này đem lạilà hết sức cần thiết cho việc tính toán chính xác kết quả của quá trình(chúng ta hãy nhớ lại con quỷ Laplace ở Chương 7). Những quá trình mà107CUỘC TRANH LUẬN BOHR-EINSTEINtrong đó mỗi thay đổi nhỏ trong điều kiện ban đầu có thể gây nên nhữngkhác nhau lớn trong trạng thái cuối cùng dường như đều là ngẫu nhiên.Một thí dụ quen thuộc của ngẫu nhiên chủ quan cổ điển là trò chơixổ số hay xúc xắc. Trong loại ngẫu nhiên chủ quan này, việc tính toánxác suất (chúng ta đều biết cơ hội xuất hiện mặt 6 là 1/6) là cần thiết,vì giá trị lối ra chính xác của một quá trình hoàn toàn tất định là khôngbiết. Tuy nhiên, ở đây luôn có sự chi phối của một nguyên lý không bịgiới hạn là nguyên lý nhân quả nói về mối quan hệ bắt buộc giữa kếtquả và nguyên nhân.Chẳng hạn, có thể thống kê về tần số xuất hiện của tai nạn máy baytại một thời điểm xác định, ở một địa điểm xác định hay trong điều kiệnthời tiết xác định..., nhưng với mỗi tọa độ, mỗi thời điểm không thể tínhtrước được sự biến tai nạn vì thiếu dữ liệu, chứ không phải vì không cónguyên nhân cơ bản cho sự biến đó. Theo đó, mỗi khi máy bay rơi (đểcho tiện chúng ta tiếp tục sử dụng thí dụ này), ta có thể quay về nguyênlý nhân quả và tìm kiếm cho tới khi nào nguyên nhân máy bay rơi đượcphát hiện, cho từng trường hợp. Điều đó là làm được, vì bao giờ cũngchắc chắn có ít nhất một nguyên nhân (có thể là vấn đề kỹ thuật, sailầm của con người như của phi công hay ...