Những tranh luận giữa Einstein và Bohr ppsx

Những tranh luận giữa Einstein và Bohr là một loạt các câu hỏi về mặt nhận thức luận được trình bày bởi Einstein để chống lại những cái được gọi là chuẩn hay "Cách giải thích Copenhagen" của Cơ học lượng tử. Vì người bạn thân nhất và là người đối thoại chủ yếu với ông trong "trường học Copenhagen" là Neil Bohr, và cũng chính Neil Bohr là người đưa ra câu trả lời cho hầu hết những câu hỏi của Einstein, đây thực sự là một cuộc trao đổi ý tưởng thân mật và "sinh lợi cao". Thái độ của Einsteinvới Cơ học lượng tử thực sự tinhtế và cởi mở hơn những gì được mô tả trênbáo khoahọcđại chúng. Những phê phán kiên định và mạnhmẽ của ông về tính chínhthống của cơ học lượngtử đã khiến nhữngngười bảo vệ tính chính thốngđó phải mài giũa và thanhlọc nhữnghiểu biếtcủa họcvề nội dung khoahọc và triết họctrong lý thuyết này. Ngườimà Einstein hướngđến, như đề cập ở trên, luôn là Bohr,người mà hơnbất cứ ai khác ở "Trường học Copenhagen" có một hứng thúđặc biệt tới mặt triếthọc và nhận thức luận của các lý thuyết và lấy cảmhứng diệnmạokì lạ của thế giới vi mô để đưa ranhữnglý thuyết táobạo. Hai ngườiluôn tôn trọngnhauvà đặc biệt chú ý đến những quansát sắcbéncủa nhau. Giai đoạn một: Như đã nói, quanđiểmcủa Einstein về cơ họclượng tử có sự biến đổiquan trọng theo thời gian.Giai đoạn đầu,Einstein khôngcôngnhận sự bất định lượng tử và tìm cách chứng minh rằng nguyênlý bất đinhcó thể bị vi phạm,bằng cách đưa ra những thì nghiệm tưởng tượngcho phépsự xác định chínhxác các biếnsố không tương thích, ví dụ vị trí và vận tốc,hay cùngmộtlúc làm lộ ra tính sóng và tính hạt của cùng một quá trình. Sự tấn côngnghiêm túc đầu tiên củaEinstein đối với quanniệm "chínhthống"có từ Hội nghị Vật lý V ở Học viện Solvay năm 1927. Einstein đã chỉ ra cách tận dụng định luật bảo toàn năng lượng và bảo toàn độnglượng để nhận đượccác thông tin về trạng thái của hạt trong thínghiệm giao thoa, mà theo líthuyết bấtđịnh haylý thuyết của Bohr(tính sóngvà tính hạt khôngthể đượcphát hiện đồng thời trong một quátrình vật lý) là không thể. Để dễ dàngtheo dõi luận điểm của Einstein cũng như câu trả lời Bohr, chúngta có thể nhớ lại thí nghiệmgiao thoa 2 khe(rấthẹp sovới bướcsóng), và ta cho từng hạt quakheS1. Khi đi qua2 khecủa tấm S2,tính sóng của quá trình được thể hiện. Thực ra, các hạt được "dẫn dắt" để đi vào vùngtương ứngvới vân sáng vàkhôngđi vào vùng tương ứng với vântối để tạo nên bức tranhgiao thoa.Cần phải nhấn mạnh rằng mọithì nghiệm thiết kế nhằmpháthiện ra tính hạtcủa quátrình đi qua tấm S2 (trong trường hợp này làxác định xemhạt đã đi qua khenào) chắc chắnsẽ phá vỡ tính sóng, nghĩa là hìnhảnh giao thoasẽ biến mất và thayvào đó là 2 vệt sáng tập trung chota thấy quỹ đạo các hạt đã đi. Einsteinlập luận như sau: - Dohạt tớiS1 có vận tốc vuônggócvới S1, và chỉ có tươngtácvới màn nàymới gây ra sự lệch khỏi hướngtruyền bạnđầucủa hạt, từ định luật bảo toàn động lượng, nếu hạt lệchlên phía trên thì S1 sẽ nảy xuốngdướivà ngược lại. Trên thực tế, khối lượng của S1 quá lớn nênnó dường như đứngyên, nhưng về nguyêntắc có thể phát hiện rasự nảy này. Xác địnhhướngnảy của S1 theo phươngX mỗi khicó một hạt quakhe, chúng ta có thể biết hạt đã lệch lên haylệch xuống và từ đó biết được hạt đã qua khenào củaS2. Nhưng do việc xác địnhhướng nảy củaS1 sau khi hạt đã đi quakhôngthể ảnhhưởngđến sự diễntiến tiếp theo củaquá trình,chúng ta vẫn có hìnhảnh giao thoa trên F. Dođó ta phát hiện ra tính sóng và tính hạtcủa cùng một quátrình. Nếu Einstein đúngthì Bohr sai. Thay vì trả lời ngay câu hỏi củaEinstein, Bohrminhhọa rõ ý tưởng của Einstein thông qua hình ảnhsau Để thực hiện ý tưởng của Einstein cần thay S1bằng một hệ thống có thể chuyểnđộng, giốngnhư hệ thống này theo đề xuấtcủa Bohr Bohr cho rằng mọi sự hiểu biết chínhxác về chuyển độngthẳng đứng (nếu có) của S1 chỉ là một phỏng đoán. Trên thựctê, nếu vận tốc của S1theophươngX trước khi hạtđi qua khôngđược biết với độ chính xác lớn hơnchuyểnđộng củanó do trong sự nảyđề xuất ở trên thì việcxác định hướng chuyển động sau khi hạt đi qua là vô nghĩa. Tuy nhiên, Bohr tiếp tục, một sự xácđịnh chính xáctuyệt đối vận tốc của S1 dẫnđến vị trí của nótheo trục X là hoàn toàn bất định.Trước khiquá trình bắt đầu, S1 sẽ ở một vị trí sai khác so với vị tríta muốn. Xét điểm d ở hình 1,nơi có vân tối,rõ ràng mọi sự chuyển động của S1 sẽ làm cho độ dài 2 lộ trình a-b-d và a- c-d saikhác.Nếu sự biến đó bằng nửa bướcsóng thì ở d sẽ là vân sáng thay vì vân tối. Khi lấy trungbình các vị tríkhả dĩ của S1, tươngứngvới một dạnggiao thoa tại một điểm nào đó trên F, thì trên F bây giờ thay vì hệ vân sẽ là một bức tranh màu ghi đồngđều.Mộtlần nữa, cố gắng củachúng ta để tìm rabảnchất hạt đã phá hỏng bức tranh giao thoa, tính chất cốt lõi nhấtcủa sóng. Lập luận này đúng vàthuyết phục.Cần lưu ý rằng, như Bohrnhận thấy,để hiểu hiện tượngnày "điềucốt yếulà, khác với nhữngcông cụ đo đạcthông thường, những công cụ trong mô hình trên cùng với cáchạt cấu thành nên hệ mà ta phải áp dụngnhững quytắc lượngtử. Do tínhchính xác củanhững điềukiệnmà trongđó ta có thể áp dụng nhữngquy tắc lượng tử một cách đúng đắn, bắt buộcta phải xét đến tấtcả những dụngcụ thí nghiệm. Trên thực tế, sự xuất hiện của một cơ cấu thí nghiệmmới, vídụ một cái gương,trên lộ trình củahạt sẽ làm biến đổi bức tranh giao thoa, dođó ảnhhưởngmột cách cơ bản đến những dự đoán về kết quả được ghi nhận cuối cùng."Xa hơnnữa, Bohrcố gắng giải quyếtsự nhậpnhằngtrong phân địnhphần nào của hệ thuộc về vĩ môvà phần nào không: Nói riêng, rõ ràng rằng sự sử dụng không mập mờ các khái niệm thuộc không thời gian trong mô tả những hiện tượng nguyên tử chỉ có thể giới hạn trong một số những quan sát chẳng hạn những quan sát liên quan đến ảnh qua thấu kính quang học hay những hiệu ứng khuyếch đại tương tự, mà trên thực tế thường bất thuận nghịch, ví dụ sự hình thành của một giọt nước quanh một ion trong phòng tối. Lập luận của Bohrvề sự bất khả thi trong môhình thí nghiệm của Einstein,nhằm vi phạm nguyênlí bất định,dựa trên thực tế là hệ thống vĩ (S1) lại tuân theo những quy tắclượng tử. Mặtkhác,Bohrchỉ ra rằng, để làm sáng tỏ diện mạovi môcủa hiện thực cầnthiết phải làmnổi bật nhữngảnhhưởng cónguồngốc từ những cơ cấu vĩ mô, những thứ tuân theonhữngquytắc cổ điểnvàcó thể được môtả bằng những thuậtngữ cổ điển. Lập luận thứ 2 của Einstein Tiếp tục tấncông vào nguyên lý bất định, lần này là đốivới quanhệ bất địnhgiữa năng lượngvà thời gian ΔE.Δt≥h Ông đưa ra mộtý tưởngthí nghiệm và lại mô hình thí nghiệm mộtlầnnữa được thiết kế bởi Bohr nhằm minhhọa chocâu trả lời của mình. Einsteinxét một cái hộp (hộp Einstein) chứa bứcxạ điện từ và mộtcái đồng hồ điều khiển sự đóng mở của một cửachớp che một lỗ trên thànhhộp. Cử chớp mở trong một khoảng thờigian Δt được chọn bất kì. Trong khicửa mở, giả sử rằngcómột photon từ đâuđó trong hộp thoátrangoài qualỗ. Để bácbỏ nguyênlý bấtđịnh, cần xácđịnh vớiđộ chính xác thích hợp lượngnănglượng mà photonmangtheo. Ở điểmnày, Einstein sử dụng phương trình nổi tiếngcủa ông: E=mc^2 Biết được khối lượng một vật cũngchínhlà biết năng lượngcủa nó. Lập luận bây giờ trở nên đơn giản: đo khối lượng trướcvà sau khiphotonđi rata có thể biết được lượngnăng lượng mất đi khỏi hộp. Hơnnữa đồnghồ sẽ ghi lại thời gian phát ra photon. Vì, về nguyênlí khối lượng của hộpcó thể đo được vớiđộ chính xác tùy ý, ta cóthể giảm sai số ΔE một cách tùy ý muốn và do đó tích ΔEΔt có thể giảm xuống nhỏ hơn giờihan của nguyênlý bấtđịnh. Ý tưởng trên,cũngnhư những ý tưởngtrước củaEinstein, tỏ ra sắcbén và dườngnhư không thể bác bỏ. LeonRosenfeld, một nhà khoahọc cũng thamgia vào hội nghị, kể lại vài năm sau đó: Một cú sốc thật sự đối với Bohr người, lúc đầu, không thể tìm ra câu trả lời. Ông cực kì bị kích động trong cả buổi tối, và ông liên tục đi từ nhà khoa học này đến nhà khoa học khác, cố gắng thuyết phục họ rằng không thể như vậy được, sẽ là hồi kết cho vật lý nếu như Einstein đúng; nhưng ông không thể tìm ra cách nào đẻ giải đáp nghịch lý này. Tôi không bao giơ quên hình ảnh của 2 địch thủ lúc họ rời câu lạc bộ: Einstein với dáng vẻ cao và oai vệ, nhẹ nhàng bước đi, với một nụ cười dụ dàng châm biếm, và Bohr sóng bước, đầy kích động Buổi sáng hôm sau chứng kiến chiến thắng của Bohr. Bohr đã chỉ ra rằnglập luận tinh tế của Einstein là không thuyếtphục, và hơnthế nữa ôngcònkhảng định tínhđúngđắn của một trong những ýtưởng lớn nhấtcủa Einstein:sự tương đương giữa khối lượng và năng lượng.Bohrchỉ ra rằng, để thí nghiệmcủa Einstein hoạt động được, cái hộpphải được treo trên một dây đàn hồi trong trường trọng lực. Để đo khối lượng,một cái kim phải được gắn lênhộp và chỉ các số chỉ trên một thangchia. Saukhiphoton thoát ra,ta có thể them khối lượng vào trong hộp để nó trở về vị trí ban đầu vàtừ đó biết được khối lượng mất đi. Nhưng khiđó, ta phải biết vị trí của cái hộp với độ chính xác thích hợp và điều này bì giới hạn bởi nguyên lý bất định, do đó ta khôngthể xác đị chính xác được khối lượng cũngnhư năng lượng.Mặt khác, do hệ đặt trong trọngtrường mà trường này lại phụ thuộc vị trí, theo nguyênlý tương đương, sự bất định tronvị trí cái hộpdẫn đến sự bất địnhtrongđo đạc thời gian.Saunhữnghiệu chỉnh cần thiết thì ta lại có ΔE.Δt≥h, không hề bị vi phạm. Giai đoạn hai Giai đoạn 2 của cuộc tranhluận giữa Einsteinvới Bohr và những diễn giải chính thống (của cơ học lượng tử) làvề một quan điểmlý thuyết củacơ học lượng tử cho rằng,khôngthể đồng thời xác địnhgiá trị của các đại lượngkhôngtươngthích, lời bác bỏ ở đây là: điều đó cũng đồng thời ngụ ý rằngnhững đại lượng đó không có một giá trị xác định.Einsteinbác bỏ các trìnhbàycơ học lượng tử dựa trên lý thuyết xác suất của Bornvà quả quyết rằngnhững xácsuất lượngtử là thuộc về khả năng nhận thứcchứ không phải là bản chất của tự nhiên. Hệ quả là, lý thuyết này phải chưa hoàn thiện ở một điểm nào đó. Ôngđánh giá cao giá trị của cơ học lượng tử, nhưngđề xuất rằng nó "khôngnói lên toàn bộ câuchuyện,"và, trong khi cho những mô tả phù hợpỏ một thang bậc nào đó,nó khôngchobiết thêm một thông tin nào về những gì nằm ở thang bậccơ bản hơn: Tôi có một nhận thức rất rõ ràng về cái đích mà những nhà vật lý ở thế mới nhất đang theo đuổi mang tên 'cơ học lượng tử', và tôi tin rằng lý thuyết này diễn tả sự thật ở mức độ gốc rễ, nhưng tôi cũng tin rằng sự giới hạn tự nhiên trong quy luật thống kê chỉ là một bước đệm Không còn nghi ngờ gì nữa, cơ học lượng tử đã nắm được miếng ghép quan trọng của sự thật và sẽ là chuẩn mực cho tất cả những lý thuyết cơ bản trong tương lai, với nghĩa rằng nó phải được suy ra như một trường hợp giới hạn, giống như tĩnh điện là hệ quả của những phương trình Maxwell về trường điện từ hay nhiệt động lực học có thể được suy ra từ cơ học thống kê Những suynghĩ đó của Einsteinrẽ ra khỏi hướngnghiên cứu về cái gọi là "các lý thuyết biếnẩn", ví dụ giải trình củaBormvề cơ họclượngtử, trong những cố gắng nhằmhoànthiện tòadinh thự cho lý thuyết lượngtử. Nếu cơ học lượng tử có thể được hoàn thiện theo cách mà Einsteinmongmuốn, thì cũng khôngthể thực hiện điều đó ở cấp độ địa phương, điềunày đã được John StewartBellchứng minh vào năm 1964cùngvới việc thành lập bất đẳng thức Bell. . Những tranh luận giữa Einstein và Bohr là một loạt các câu hỏi về mặt nhận thức luận được trình bày bởi Einstein để chống lại những cái được gọi là chuẩn hay. làmnổi bật những nhhưởng cónguồngốc từ những cơ cấu vĩ mô, những thứ tuân theonhữngquytắc cổ điểnvàcó thể được môtả bằng những thuậtngữ cổ điển. Lập luận thứ 2 của Einstein Tiếp tục tấncông vào nguyên. địnhtrongđo đạc thời gian.Saunhữnghiệu chỉnh cần thiết thì ta lại có ΔE.Δt≥h, không hề bị vi phạm. Giai đoạn hai Giai đoạn 2 của cuộc tranhluận giữa Einsteinvới Bohr và những diễn giải chính thống