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

9<br /> <br /> Cuộc tranh luận<br /> Bohr-Einstein<br /> <br /> Vì sao có cuộc tranh luận Bohr-Einstein?<br /> Niels Bohr (1885-1962), người khởi xướng mẫu nguyên tử sau này<br /> mang tên ông, vào năm 1927, tại Hội nghị Solvay lần thứ 5 nổi tiếng, nơi<br /> trao đổi ý kiến của những nhà vật lý đương thời xuất chúng nhất, đã đọc<br /> một bản báo cáo với chủ đề của hội nghị lần này: “photon và electron”.<br /> Nhân dịp này, ông đã giới thiệu cơ học lượng tử như một ngành khoa<br /> học mới, được phát triển chủ yếu nhờ ông và Werner Heisenberg, học<br /> trò của ông, như một lý thuyết tổng quát và hoàn chỉnh để mô tả các<br /> đối tượng của thế giới vi mô, đồng thời, vượt xa trước người khác, ông<br /> đã đưa ra cách giải thích vật lý cho hình thức luận toán học, cách giải<br /> thích sau này mang tên Cách giải thích Copenhagen để ghi nhớ địa điểm<br /> mà nó đã được đưa ra.<br /> Tại hội nghị này, một người tham dự khác là Albert Einstein cũng<br /> nhìn thấy cơ hội thuận tiện để đưa ra công khai lời phê phán của mình<br /> đối với cơ học lượng tử mới được phát triển bởi Bohr và Heisenberg.<br /> Cuộc thảo luận quyết liệt bắt đầu từ đây giữa Bohr và Einstein kéo dài<br /> nhiều năm về sau và đã trở thành nổi tiếng dưới tên gọi cuộc tranh luận<br /> Bohr-Einstein.<br /> Điều khẳng định tất yếu suy ra từ cơ học lượng tử là các đối tượng<br /> lượng tử, chẳng hạn electron, hoặc không có một tọa độ xác định, hoặc<br /> không có một xung lượng xác định, đã làm Einstein băn khoăn rất nhiều.<br /> Cái điều ngẫu nhiên không tránh khỏi ấy, vốn được suy từ hệ thức bất<br /> định Heisenberg và đóng vai trò trung tâm trong việc mô tả cách hành<br /> xử của các đối tượng lượng tử, tuyệt đối không thể dung hòa được với<br /> thế giới quan của Einstein vốn mang đặc tính quyết định luận.<br /> <br /> 105<br /> CUỘC TRANH LUẬN BOHR-EINSTEIN<br /> <br /> Einstein đã thường xuyên nhấn mạnh sự từ chối dứt khoát của mình<br /> đối với cơ học lượng tử phi tất định trong một nhận xét không phải<br /> không có chút mỉa mai rằng, ông không thể tin, Chúa lại có thể chơi trò<br /> xúc xắc với toàn bộ vũ trụ này. (Lại thêm một giai thoại được đồn thổi<br /> khác: để đáp lại điều đó, Bohr đã ranh mãnh phản bác, Einstein không<br /> có nhiệm vụ phải viết ra trước những gì mà Chúa phải làm). Einstein<br /> luôn luôn nghi ngờ yêu cầu tổng quát của các nhà cơ học lượng tử về<br /> tính đầy đủ trong lý thuyết của họ. Nhân đây cũng xin nêu một cách<br /> ngắn gọn, người ta nói đến tính đầy đủ của một lý thuyết vật lý khi mỗi<br /> phần tử của thực tại vật lý đều có thể xếp một cách chính xác vào chỗ<br /> một đối tượng trong lý thuyết này.<br /> Einstein tự cho mình có nhiệm vụ phải trình bày rõ ràng rằng, trái<br /> với ý kiến của Bohr, việc mô tả các quá trình trong thế giới vi mô nhờ<br /> cơ học lượng tử, chưa thể xem là đầy đủ. Ông tin tưởng rằng, “tính bất<br /> định” chỉ dường như tạo nên một rào chắn, mà với một cấu trúc thí<br /> nghiệm được lựa chọn một cách khôn ngoan người ta có thể vượt qua.<br /> Sau này, những đại lượng vật lý không thể lĩnh hội được bằng cơ học<br /> lượng tử được mô tả là những biến ẩn hay tham số ẩn.<br /> Giả dụ những tham số ẩn như vậy thực sự tồn tại trong thực tế, thì<br /> những phản bác của Einstein có thể xem là có lý vì cơ học lượng tử<br /> không giới thiệu một cách mô tả đầy đủ mọi quá trình trong thế giới<br /> vi mô. Sức mạnh tiên đoán của nó giới hạn trong những tiên đoán<br /> thống kê, vì cơ học lượng tử không bao quát được những quá trình<br /> thực, có tính chất thứ yếu. Để bác bỏ việc thừa nhận tính đầy đủ một<br /> cách sai lầm của Bohr theo ý Einstein, trong suốt cuộc thảo luận lâu<br /> dài Bohr-Einstein, ông luôn nghĩ ra những thí nghiệm tưởng tượng mới<br /> mẻ, tinh tế mà nhờ nó có thể chỉ ra sự thiếu chặt chẽ của hệ thức bất<br /> định Heisenberg.<br /> 106<br /> THẾ GIỚI LƯỢNG TỬ KỲ BÍ<br /> <br /> Hình 9.1. Những người tham gia Hội nghị Solvey tại Brúcxen năm 1927. Hàng trên<br /> cùng: Piccard, Henriot, Ehrenfest, Herzen, de Donder, Schrôdinger, Verschaffelt, Pauli,<br /> Heisenberg, Fowler, Brillouin. Hàng giữa: Debye, Knudsen, Bragg, Kramers, Dirac,<br /> Compton, De Broglie, Born, Bohr. Hàng trước: Langmuir, Planck, Curie, Lorentz,<br /> Einstein, Langevin, Guye, Wilson, Richardson.<br /> <br /> Cái “ngẫu nhiên” được nhìn nhận một cách vật lý<br /> như thế nào?<br /> Để có thể nắm được một cách đúng đắn những phản đối rất cơ bản<br /> và sắc sảo của Einstein, trước hết chúng ta phải giải thích xem trong vật<br /> lý khái niệm ngẫu nhiên có ý nghĩa gì. Theo định nghĩa của Heisenberg,<br /> người ta phân thành hai loại ngẫu nhiên: ngẫu nhiên chủ quan và ngẫu<br /> nhiên khách quan.<br /> Ngẫu nhiên chủ quan là những ngẫu nhiên “dường như” xuất hiện do<br /> thiếu thông tin về những điều kiện ban đầu chính xác mà trên cơ sở đó<br /> quá trình vật lý diễn ra. Bởi vì kiến thức do những dữ liệu này đem lại<br /> là hết sức cần thiết cho việc tính toán chính xác kết quả của quá trình<br /> (chúng ta hãy nhớ lại con quỷ Laplace ở Chương 7). Những quá trình mà<br /> 107<br /> CUỘC TRANH LUẬN BOHR-EINSTEIN<br /> <br /> trong đó mỗi thay đổi nhỏ trong điều kiện ban đầu có thể gây nên những<br /> khác nhau lớn trong trạng thái cuối cùng dường như đều là ngẫu nhiên.<br /> Một thí dụ quen thuộc của ngẫu nhiên chủ quan cổ điển là trò chơi<br /> xổ số hay xúc xắc. Trong loại ngẫu nhiên chủ quan này, việc tính toán<br /> xác suất (chúng ta đều biết cơ hội xuất hiện mặt 6 là 1/6) là cần thiết,<br /> vì giá trị lối ra chính xác của một quá trình hoàn toàn tất định là không<br /> biết. Tuy nhiên, ở đây luôn có sự chi phối của một nguyên lý không bị<br /> giới hạn là nguyên lý nhân quả nói về mối quan hệ bắt buộc giữa kết<br /> quả và nguyên nhân.<br /> Chẳng hạn, có thể thống kê về tần số xuất hiện của tai nạn máy bay<br /> tại một thời điểm xác định, ở một địa điểm xác định hay trong điều kiện<br /> thời tiết xác định..., nhưng với mỗi tọa độ, mỗi thời điểm không thể tính<br /> trước được sự biến tai nạn vì thiếu dữ liệu, chứ không phải vì không có<br /> nguyên nhân cơ bản cho sự biến đó. Theo đó, mỗi khi máy bay rơi (để<br /> cho tiện chúng ta tiếp tục sử dụng thí dụ này), ta có thể quay về nguyên<br /> lý nhân quả và tìm kiếm cho tới khi nào nguyên nhân máy bay rơi được<br /> phát hiện, cho từng trường hợp. Điều đó là làm được, vì bao giờ cũng<br /> chắc chắn có ít nhất một nguyên nhân (có thể là vấn đề kỹ thuật, sai<br /> lầm của con người như của phi công hay do chỉ dẫn bay hoặc bất cứ<br /> một cái gì khác) đã gây nên hệ quả đó (máy bay rơi).<br /> Như vậy, ngẫu nhiên chủ quan là do sự thiếu hiểu biết về những điều<br /> kiện chính xác hơn mà trong đó toàn bộ quá trình diễn ra, dù rằng các<br /> quá trình vật lý tự bản thân nó vẫn là xác định và tuân theo nguyên lý<br /> nhân quả.<br /> Ngẫu nhiên khách quan – trái ngược với tất cả những điều vừa trình<br /> bày – dùng để mô tả những sự kiện ngẫu nhiên tuyệt đối, không hề có<br /> bất cứ một nguyên do ẩn giấu nào liên quan với sự thiếu hiểu biết của<br /> chúng ta. Ngẫu nhiên này sinh ra, khác hẳn với ngẫu nhiên chủ quan,<br /> 108<br /> THẾ GIỚI LƯỢNG TỬ KỲ BÍ<br /> <br />