Bạn đã từng nghe qua “Con mèo của Schrödinger” chưa? Nếu bạn là kiểu người “em yêu khoa học” thì có lẽ là bạn đã biết con này rồi. Erwin Schrödinger là một nhà vật lý người Áo, là một trong những nhà khoa học tiên phong sáng lập cơ học lượng tử, tuy nhiên điều làm ổng trở nên nổi tiếng đến vậy là nhờ một ý tưởng mà ông chưa bao giờ thực hiện. Và nhân vật chính của ý tưởng này là một con mèo (bắt đầu có liên quan rồi đấy).
Schrödinger tưởng tượng đặt một con mèo trong hộp kín cùng một thiết bị có 50% xác suất giết chết nó trong vòng 1 giờ. Khi một giờ thí nghiệm đó kết thúc, ông sẽ đặt câu hỏi: Tình trạng con mèo thế nào?. Theo lập trường của một người bình thường thì con mèo sẽ chỉ có thể ở 1 trong 2 trạng thái là sống và chết với xác suất 50%.
Tuy nhiên Schrödinger đã chỉ ra rằng theo vật lý lượng tử, tại thời điểm trước khi cái hộp được mở ra để chúng ta có thể xác nhận trạng thái của con mèo thì con mèo sẽ vừa sống vừa chết. Tức là nó sẽ có 2 trạng thái sống và chết chồng chập nhau cùng lúc. Chỉ khi cái hộp được mở ra thì trạng thái sống hoặc chết của con mèo mà thôi, còn trước đó thì việc nó sống hay chết là một xác suất không rõ ràng, nửa thế này và nửa thế kia. Nghe có vẻ vô lý nhưng nó lại chính là cách mà vật lý lượng tử vận hành. Chỉ là do nó trái với những định kiến thông thường nên anh em cảm thấy nó vô lý thôi.
Và mặc dù nghe có vẻ vô lý vậy đấy nhưng thí nghiệm tưởng tượng con mèo của Schrödinger lại rất quan trọng. Trên thực tế, nếu vật chất lượng tử không thể ở 2 trạng thái cùng lúc (sự chồng chập lượng tử) thì sẽ không có cái máy tính hay smartphone mà bạn đang dùng để đọc bài này đâu.
Sự chồng chập lượng tử giải thích cho tính chất lưỡng tính sóng-hạt của vật chất. Theo đó thì mọi vật chất chuyển động trong không gian sẽ có cả tính chất của sóng lan truyền tương ứng với vật chất đó, đồng thời cũng có tính chất của các hạt chuyển động. Sở dĩ bạn không nhận ra nó trong đời sống thường ngày là vì nó quá nhỏ, quá vi mô. Chỉ có thể nhận thấy dễ dàng ở cấp độ nguyên tử và hạ nguyên tử.
Anh em nào có hứng thú thì có thể xem clip gốc của TED-Ed tại đây nhé:
Hạt electron gần hạt nhân nguyên tử chuyển động trong 1 quỹ đạo phân tán như là sóng vậy. Khi đưa 2 nguyên tử lại gần nhau tạo thành phân tử thì electron không chọn 1 trong 2 nguyên tử, không ở A hoặc B mà là ở A + B, ở 2 nguyên tử cùng lúc.
Sự chồng chập này chính là thứ tạo ra một số liên kết hóa học của phân tử. Trong chất rắn thì electron không giới hạn trong 1 nguyên tử nào mà được chia sẻ giữa chúng. Sự chồng chập khổng lồ này quyết định cách mà các electron di chuyển trong trong các vật liệu, quyết định tính chất của vật liệu dẫn điện, vật liệu cách điện và vật liệu bán dẫn.
Việc tìm hiểu cách mà các electron được chia sẻ giữa các nguyên tử sẽ cho phép chúng ta kiểm soát một cách chính xác tính chất của vật liệu bán dẫn, ví dụ như silicon. Khi kết hợp nhiều vật chất bán dẫn đúng cách thì chúng ta sẽ tạo ra được các linh kiện bán dẫn như CPU, GPU, chip nhớ… Tất cả chúng đều góp phần hình thành nên thiết bị thông minh mà bạn đang dùng để xem bài viết này.
Có một lời nói đùa rằng “Internet tồn tại là để chúng ta share thông tin về mèo” nghe có vẻ hơi xàm và “ảo mèo” nhưng thật ra mà nói thì internet… à không, cả nền công nghệ bán dẫn hiện đại đều nợ con mèo sống dở chết dở trong thí nghiệm của Schrödinger anh em ạ, một con mèo thậm chí còn không tồn tại.
Nguồn TED-Ed biên dịch Gearvn
