Werner Heisenberg – Thuyết tương tác mờ (Unschärferelation – uncertainty principle)
Lời người dịch/tóm tắt : tôi không phải là nhà vật lý, các khái niệm liên quan đến vật lý phần lớn là xa lạ với tôi. Tuy nhiên nội dung chính của bộ phim lại rất gần gũi với tôi về mặt tinh thần , nên tôi muốn dịch ra những điều tôi thấy tâm đắc. Những ai quan tâm đến Vật lý nên tìm đọc những nguồn chính xác hơn. Tôi cũng lược bớt một số đoạn, để bài liền mạch và đỡ loãng.
Heisenberg Uncertainty Principle
Tất cả chúng ta đều nghĩ rằng thế giới xung quanh không liên quan gì đến chúng ta, tảng đá là tảng đá, cây là cây, và tính chất của chúng có thể được mô tả và đo đạc một cách khách quan. Nhưng mọi thứ không phải luôn luôn là như vậy. Nhà vật lý trẻ 23 tuổi Werner Heisenberg đã nhận ra điều đó vào năm 1925. Anh đã chỉ ra rằng, trong thế giới của các hạt cực nhỏ, thế giới của atom và electron, sự thật (reality) không được tạo nên bởi các vật cố định. Anh thấy rằng, các hạt cực nhỏ, khi chúng ta không quan sát, chúng sẽ tồn tại trong một dạng bồng bềnh không xác định. Werner Heisenberg tìm cách tính quỹ đạo của các electron quanh nhân của atom, nhưng cuối cùng anh nhận ra, không có cái gọi là quỹ đạo của electron, cái quỹ đạo đó chỉ xuất hiện khi chúng ta quan sát nó.
Khi quay trở về trường đại học Göttingen, Werner Heisenberg cùng với thầy của anh tìm cách giải thích ý nghĩa của các công thức toán học. Sự thật (Reality) là một tập hợp vô tận của những sự việc có thể xảy ra, và cái khả năng có thể xảy ra (Wahrscheinlichkeit der Realisierung) của những sự việc đó là có thể tính được.
„ Heisenberg đã sử dụng khái niệm potenziality. Người ta chỉ có thể nói về khả năng xảy ra của những kết quả đo đạc với các hạt vật chất, nhưng chúng ta không thể khẳng định là những hạt cực nhỏ đó tồn tại thực sự trong một dạng nào đó như chúng ta vẫn hay tưởng…. “.
Vậy khám phá đó có một vai trò nào đó trong cuộc sống của ta không ? „ Điều này rất khó giải thích… nhưng ta có thể lấy một ví dụ: Một cái đập cánh của con bướm có thể tạo nên một trận núi lửa….Không phải vì cái đập cánh có sức tạo nên núi lửa, mà vì cái đập cánh đó tạo nên một chuỗi các phản ứng, và cuối cùng có thể dẫn đến những thay đổi lớn lao khác… “
Không chỉ cánh bướm đập, mà mọi thứ ta làm, hoặc ta không làm, dù rất nhỏ, đều có thể gây nên chuối phản ứng tương tự, và cuối cùng là tạo ra những ảnh hưởng lớn trên thế giới.
Phát hiện của Heisenberg trở thành đề tài nóng hổi trong giới các nhà vật lý học… Einstein không tin tưởng lắm vào thuyết đó và đã tranh luận rất lâu với thày của Heisenberg nhưng ông ấy không tìm ra lỗi trong lý thuyết của Heisenberg.
Mặt Trăng có tồn tại hay không nếu ta không nhìn vào nó – Einstein hỏi. Chẳng phải là chính Heisenberg đã nói quỹ đạo của electron chỉ có khi ta quan sát nó hay sao?
Heisenberg bằng linh tính hiểu rằng ông ấy đang trên con đường đúng. Kể cả khi ông ấy chưa nhìn thấy rõ ràng cụ thể con đường mình đi.
Không lâu sau đó nhà vật lý người áo Erwin Schrödinger đã đưa ra một lý thuyết làm giới vật lý ngạc nhiên: ông ấy đưa ra một hướng tiếp cận khác để mô tả hoạt động của atom. Schrödinger coi nguyên tử như một hệ thống rung, tương tự như rung động của dây đàn. Ông đưa ra một công thức toán học mô tả hoạt động của atom theo mô hình đó. Người ta nhanh chóng nhận thấy công thức của Schrödinger tương đương với công thức của Heisenberg. Có nghĩa công thức này dẫn đến công thức kia bằng những biến đổi toán học.
Công thức của Heisenberg trong quantumphyisc năm 1925 và công thức của Schrödinger trong vật lý sóng năm 1926 đều giải thích một cách rất có lý những quan sát trong thực tế theo cách của nó, chẳng hạn về spectrum (quang phổ) của ánh sáng (light) phát ra từ atom.
Thày của Heisenberg (Niels Bohr) cho rằng thuyết sóng và thuyết hạt có thể tồn tại ngang hàng song song bên cạnh nhau. Chúng có vẻ như loại trừ lẫn nhau, tuy vậy chỉ khi hai thuyết đó cùng hợp lại người ta mới có một lý giải trọn vẹn quá trình xảy ra với Atom. Đó cũng là ý tưởng của Bohr : complementarity principle (quy tắc bù đắp)
Heisenberg không hoàn toàn hài lòng và ông ngày đêm nghiên cứ tìm một hướng mới để lý giải hoạt động của atom.
Qua những quan sát có được trong Nebelkammer (Cloud Chamber) Heisenberg thấy rằng câu hỏi nên được đặt ra là không phải là câu hỏi “electron quay theo quỹ đạo gì quanh hạt nhân của atom”, mà phải là câu hỏi: liệu người ta có thể mô tả một hoàn cảnh nào đó, trong đó một electron , nằm ở một vị trí nào đó với một sự không chính xác nào đó, và với một tốc độ tương đối chính xác nào đó.
Một tính toán ngắn đã cho phép người ta khẳng định rằng người ta có thể mô tả được hoàn cảnh đó bằng các công thức toán học .
„Thuyết Tương tác mờ của Heisenberg khẳng định rằng người ta không thể cùng lúc xác định chính xác vị trí (place) của một vật và chính xác tốc độ chuyển động lớn nhất của nó (pulse).“
Như vậy sự xác định (predictability) của thế giới là giới hạn. Sự ngẫu nhiên có một vị trí nào đó trong các kết luận khoa học. (Người dịch: Trước đây người ta tin rằng cả thế giới này có thể được mô tả bằng các công thức toán học. Giờ đây họ chấp nhận rằng có sự ngẫu nhiên trong mọi thứ xảy ra trên thế giới.)
Kể cả cái lý thuyết nhân quả cũng không còn là lý thuyết tổng hợp có thể áp dụng cho mọi thứ. Einstein đã không thể chấp nhận cái triết học suy ra từ thuyết này. “Chúa không chơi xúc xắc” – ông ấy bảo. Nhưng ông ấy không tìm ra được một sai sót nào trong lý thuyết mới của Heisenberg.
31 tuổi Heisenberg được giải Nobel vật lý…
Bài liên quan: