Giải mã “Con mèo của Schrdinger” trong thế giới hạ nguyên tử

Có thể có một cách để liếc nhìn vào “ con mèo của Schrdinger” – thí nghiệm tưởng tượng nổi tiếng mô tả về hành vi bí ẩn của các hạt hạ nguyên tử – mà không giết chết chú mèo giả tưởng đó.

Mô hình chú mèo của Schrdinger.

Chú mèo không may mắn bị nhốt trong hộp đó “chết” và “sống” đồng thời, hay có thể nói là tồn tại trong sự chồng chất của cả 2 trạng thái “chết” và “sống”, giống như các hạt hạ nguyên tử tồn tại trong sự chồng chất của nhiều trạng thái cùng một lúc.

Nhưng nhìn vào bên trong chiếc hộp sẽ thay đổi trạng thái của con mèo, có thể là còn sống hoặc đã chết.

Tuy nhiên, hiện tại, nghiên cứu được công bố vào ngày mùng 1/10 trên Tạp chí Vật lý Mới mô tả một cách để có thể nhìn trộm con mèo mà không buộc nó phải sống hay chết. Hành động này sẽ thúc đẩy sự hiểu biết của các nhà khoa học về một trong những nghịch lý cơ bản nhất trong vật lý.

Trong thế giới quy mô lớn, bình thường của chúng ta, nhìn vào một vật thể dường như không thay đổi nó. Nhưng thế giới hạ nguyên tử thì khác.

“Chúng ta thường nghĩ rằng, cái giá chúng ta phải trả cho việc tìm kiếm là không có gì”, tác giả chính của Nghiên cứu Holger F. Hofmann, Phó Giáo sư Vật lý tại Đại học Hiroshima, Nhật Bản cho biết.

“Điều đó là không đúng. Để nhìn, bạn phải có ánh sáng và ánh sáng thay đổi vật thể”. Đó là bởi vì ngay cả một photon ánh sáng cũng truyền năng lượng từ hoặc đến vật thể bạn đang xem.

Hofmann và Kartik Patekar, lúc đó đang là sinh viên đại học tại Đại học Hiroshima và hiện đang ở Học viện Công nghệ Ấn Độ, đã tự hỏi liệu có cách nào để nhìn mà không phải “trả giá”. Họ dừng chân trước một khung toán học tách biệt sự tương tác ban đầu (nhìn vào con mèo) khỏi phần kết quả (biết nó còn sống hay đã chết).

“Động lực chính của chúng tôi là xem xét rất kỹ lưỡng cách thức đo lường lượng tử xảy ra”, Hofmann nói. “Và điểm quan trọng là chúng tôi tách phép đo theo hai bước”.

Bằng cách đó, Hoffman và Patekar có thể giả định rằng tất cả các photon liên quan đến tương tác ban đầu, hay hành động “nhìn trộm con mèo”, được chụp lại mà không mất bất kỳ thông tin nào về trạng thái của con mèo. Vì vậy, trước khi đến phần kết quả, mọi thứ cần biết về trạng thái của mèo (và về cách nhìn nó đã thay đổi kết quả ra sao) vẫn có sẵn. Chỉ đến khi chúng ta đọc thông tin, chúng ta mới mất đi một số thông tin.

Hãy nghĩ về việc lật đồng xu, Hofmann nói với Live Science. Bạn có thể chọn để biết nếu đồng xu đã được lật hoặc nếu nó hiện đang ở mặt ngửa hay úp. Nhưng bạn không thể biết cả hai. Hơn nữa, nếu bạn biết hệ thống lượng tử đã thay đổi như thế nào và nếu sự thay đổi đó có thể đảo ngược, thì có thể khôi phục lại trạng thái ban đầu (trong trường hợp của đồng xu, bạn sẽ lật nó lại.)

“Bạn luôn phải phá rối hệ thống trước, nhưng đôi khi bạn có thể hoàn tác nó”, Hofmann nói. Về ví dụ con mèo, điều đó có nghĩa là chụp ảnh, nhưng thay vì phát triển đến trạng thái để nhìn rõ con mèo, hãy phát triển nó theo cách để khôi phục con mèo trở lại trạng thái sống và chết.

Điều quan trọng là sự lựa chọn đọc kết quả đi kèm với sự đánh đổi giữa độ phân giải của phép đo và độ nhiễu của nó, 2 thứ hoàn toàn bằng nhau, bài báo chứng minh.

Độ phân giải đề cập đến lượng thông tin được trích xuất từ hệ thống lượng tử và sự xáo trộn liên quan đến mức độ hệ thống bị thay đổi ở mức không thể đảo ngược. Nói cách khác, bạn càng biết nhiều về tình trạng hiện tại của con mèo, bạn càng thay đổi nó một cách đáng tiếc.

“Điều tôi thấy đáng ngạc nhiên là khả năng hoàn tác nhiễu có liên quan trực tiếp đến lượng thông tin bạn nhận được về số lượng có thể quan sát được, hay số lượng vật lý mà họ đo được”, Hofmann nói. “Toán học ở đây khá chính xác”.

Đức Mạnh
Theo giaoducthoidai.vn/Livescience