Con mèo của Schrödinger
Trạng thái của mèo, mô tả theo cách hiểu Copenhagen về cơ học lượng tử, là chồng chập
của sống và chết, cho đến khi có người mở hòm ra xem. Thế nhưng theo trực giác, trong
thế giới vĩ mô, con mèo chỉ có thể ở một trong hai trạng thái cơ bản hoặc sống hoặc chết.
Con mèo của Schrödinger là một thí nghiệm tưởng tượng nghĩ ra bởi Erwin
Schrödinger để cho thấy sự thiếu hoàn hảo của những cách hiểu về cơ học lượng tử vào
thời của ông, khi suy diễn từ các hệ vật lý vi mô sang các hệ vật lý vĩ mô.
Schrödinger đã đưa ra thí nghiệm này khi tranh luận cùng với Albert Einstein về cách
hiểu Copenhagen, một cách hiểu về cơ học lượng tử mà cả Einstein và Schrödinger phản
đối. Trong cách hiểu này, khi con mèo bị tách rời khỏi mọi nhiễu loạn, trạng thái của con
mèo sẽ chỉ có thể biết được ở dạng chồng chập của các trạng thái lượng tử cơ bản (trạng
thái riêng). Mỗi khi hệ thống đo đạc muốn xác định trạng thái của con mèo thì hệ thống
này đã làm nhiễu loạn trạng thái của mèo; nói cách khác hệ thống đo đạc có vướng víu
lượng tử với con mèo.
Mặc dù các ý tưởng của cơ học lượng tử áp dụng cho các vật thể vi mô, chứ không mô tả
các vật thể vĩ mô như con mèo, thí nghiệm này cũng cho thấy những khái niệm cơ bản
trong cơ học lượng tử, khác biệt với thế giới vĩ mô quen thuộc.
Thí nghiệm
Schrödinger đã viết:
Một con mèo được nhốt vào trong hòm sắt, cùng với các thiết bị sau (mà con mèo
không thể tác động vào): một ống đếm Geiger và một mẩu vật chất phóng xạ nhỏ
đến mức trong vòng một tiếng đồng hồ chỉ có 50% xác suất nó phát ra một tia
phóng xạ. Nếu có tia phóng xạ phát ra, ống đếm Geiger sẽ nhận tín hiệu và thả
rơi một cây búa đập vỡ lọ thuốc độc hydrocyanic acid nằm trong hòm sắt và mèo
sẽ chết. Nếu trong vòng một tiếng vẫn không có tia phóng xạ nào phát ra, mèo sẽ
vẫn sống. Hàm sóng của hệ thống sẽ là sự chồng chập của cả trạng thái con mèo
sống và con mèo chết (xin lỗi cho cách diễn đạt này) và cả hai trạng thái chồng
chập có biên độ như nhau.
Trong những trường hợp như này, sự vô định của thế giới vi mô đã chuyển sang
thế giới vĩ mô, và có thể được giải quyết bằng quan sát trực tiếp. Nó giúp chúng
ta tránh phải chấp nhận một cách ngây thơ một "mô hình bị làm nhòe" khi mô tả
thực tại. Bản thân các tình huống như này không có gì thiếu rõ ràng. Có sự khác
biệt giữa một bức ảnh chụp nhòe của vật thể nào đó và một bức chụp rõ nét của
đám mây hay sương mù
Đoạn trên được lược dịch từ đoạn văn dài trong bài báo E. Schrödinger, "Die
gegenwärtige Situation in der Quantenmechanik" ("Hiện trạng của cơ học lượng tử"),
Naturwissenschaften, 48, 807, 49, 823, 50, 844 (November 1935).
Với thí nghiệm này, Schrödinger đã hỏi: khi nào thì một hệ lượng tử ngừng tồn tại ở
trạng thái chồng chập của các trạng thái cơ bản và trở thành một trong số các trạng thái
cơ bản? Trường phái Copenhagen cho rằng chỉ khi có sự can thiệp của người quan sát thì
trạng thái của hệ lượng tử mới xác định. Trong thí nghiệm tưởng tượng này bản thân con
mèo phải là quan sát viên (nếu nó sống, nó chỉ nhớ là mình đã luôn sống) hoặc là sự tồn
tại của nó ở một trạng thái xác định đòi hỏi sự can thiệp của một quan sát viên bên ngoài.
Như vậy dường như chính sự tác động của quan sát viên quyết định trạng thái của mèo.
