Những tranh luận giữa Einstein và Bohr

Những tranh luận giữa Einstein và Bohr .là m t lo t các câu h i v m t nh n th c lu n đ c trình ộ ạ ỏ ề ặ ậ ứ ậ ượ bày b i Einstein đ ch ng l i nh ng cái đ c g i là chu n ở ể ố ạ ữ ượ ọ ẩ hay "Cách gi i thích Copenhagen" c a C h c l ng t . Vì ả ủ ơ ọ ượ ử ng i b n thân nh t và là ng i đ i tho i ch y u v i ông ườ ạ ấ ườ ố ạ ủ ế ớ trong "tr ng h c Copenhagen" là Neil Bohr, và c ng chính ườ ọ ũ Neil Bohr là ng i đ a ra câu tr l i cho h u h t nh ng câu ườ ư ả ờ ầ ế ữ h i c a Einstein, đây th c s là m t cu c trao đ i ý t ng ỏ ủ ự ự ộ ộ ổ ưở thân m t và "sinh l i cao".ậ ợ Thái đ c a Einstein v i C h c l ng t th c s tinh t và ộ ủ ớ ơ ọ ượ ử ự ự ế c i m h n nh ng gì đ c mô t trên báo khoa h c đ i ở ở ơ ữ ượ ả ọ ạ chúng. Nh ng phê phán kiên đ nh và m nh m c a ông v ữ ị ạ ẽ ủ ề tính chính th ng c a c h c l ng t đã khi n nh ng ng i ố ủ ơ ọ ượ ử ế ữ ườ b o v tính chính th ng đó ph i mài gi a và thanh l c nh ngả ệ ố ả ũ ọ ữ hi u bi t c a h c v n i dung khoa h c và tri t h c trong lý ể ế ủ ọ ề ộ ọ ế ọ thuy t này.ế Ng i mà Einstein h ng đ n, nh đ c p trên, luôn là ườ ướ ế ư ề ậ ở Bohr, ng i mà h n b t c ai khác "Tr ng h c ườ ơ ấ ứ ở ườ ọ Copenhagen" có m t h ng thú đ c bi t t i m t tri t h c và ộ ứ ặ ệ ớ ặ ế ọ nh n th c lu n c a các lý thuy t và l y c m h ng di n m o ậ ứ ậ ủ ế ấ ả ứ ệ ạ kì l c a th gi i vi mô đ đ a ra nh ng lý thuy t táo b o. ạ ủ ế ớ ể ư ữ ế ạ Hai ng i luôn tôn tr ng nhau và đ c bi t chú ý đ n nh ng ườ ọ ặ ệ ế ữ quan sát s c bén c a nhau.ắ ủ Giai đo n m t:ạ ộ Nh đã nói, quan đi m c a Einstein v c h c l ng t có sư ể ủ ề ơ ọ ượ ử ự bi n đ i quan tr ng theo th i gian. Giai đo n đ u, Einstein ế ổ ọ ờ ạ ầ không công nh n s b t đ nh l ng t và tìm cách ch ng ậ ự ấ ị ượ ử ứ minh r ng nguyên lý b t đinh có th b vi ph m, b ng cách ằ ấ ể ị ạ ằ đ a ra nh ng thì nghi m t ng t ng cho phép s xác đ nh ư ữ ệ ưở ượ ự ị chính xác các bi n s không t ng thích, ví d v trí và v n ế ố ươ ụ ị ậ t c, hay cùng m t lúc làm l ra tính sóng và tính h t c a ố ộ ộ ạ ủ cùng m t quá trình.ộ S t n công nghiêm túc đ u tiên c a Einstein đ i v i quan ự ấ ầ ủ ố ớ ni m "chính th ng" có t H i ngh V t lý V H c vi n Solvayệ ố ừ ộ ị ậ ở ọ ệ n m 1927. Einstein đã ch ra cách t n d ng đ nh lu t b o ă ỉ ậ ụ ị ậ ả toàn n ng l ng và b o toàn đ ng l ng đ nh n đ c các ă ượ ả ộ ượ ể ậ ượ thông tin v tr ng thái c a h t trong thí nghi m giao thoa, ề ạ ủ ạ ệ mà theo lí thuy t b t đ nh hay lý thuy t c a Bohr (tính sóng ế ấ ị ế ủ và tính h t không th đ c phát hi n đ ng th i trong m t ạ ể ượ ệ ồ ờ ộ quá trình v t lý) là không th .ậ ể d dàng theo dõi lu n đi m c a Einstein c ng nh câu Để ễ ậ ể ủ ũ ư tr l i Bohr, chúng ta có th nh l i thí nghi m giao thoa 2 ả ờ ể ớ ạ ệ khe (r t h p so v i b c sóng), và ta cho t ng h t qua khe ấ ẹ ớ ướ ừ ạ S1. Khi đi qua 2 khe c a t m S2, tính sóng c a quá trình đ c ủ ấ ủ ượ th hi n. Th c ra, các h t đ c "d n d t" đ đi vào vùng ể ệ ự ạ ượ ẫ ắ ể t ng ng v i vân sáng và không đi vào vùng t ng ng v i ươ ứ ớ ươ ứ ớ vân t i đ t o nên b c tranh giao thoa. C n ph i nh n m nhố ể ạ ứ ầ ả ấ ạ r ng m i thì nghi m thi t k nh m phát hi n ra tính h t c a ằ ọ ệ ế ế ằ ệ ạ ủ quá trình đi qua t m S2 (trong tr ng h p này là xác đ nh ấ ườ ợ ị xem h t đã đi qua khe nào) ch c ch n s phá v tính sóng, ạ ắ ắ ẽ ỡ ngh a là hình nh giao thoa s bi n m t và thay vào đó là 2 ĩ ả ẽ ế ấ v t sáng t p trung cho ta th y qu đ o các h t đã đi.ệ ậ ấ ỹ ạ ạ Einstein l p lu n nh sau:ậ ậ ư - Do h t t i S1 có v n t c vuông góc v i S1, và ch có t ng ạ ớ ậ ố ớ ỉ ươ tác v i màn này m i gây ra s l ch kh i h ng truy n b n ớ ớ ự ệ ỏ ướ ề ạ đ u c a h t, t đ nh lu t b o toàn đ ng l ng, n u h t l ch ầ ủ ạ ừ ị ậ ả ộ ượ ế ạ ệ lên phía trên thì S1 s n y xu ng d i và ng c l i. Trên ẽ ả ố ướ ượ ạ th c t , kh i l ng c a S1 quá l n nên nó d ng nh đ ng ự ế ố ượ ủ ớ ườ ư ứ yên, nh ng v nguyên t c có th phát hi n ra s n y này. ư ề ắ ể ệ ự ả Xác đ nh h ng n y c a S1 theo ph ng X m i khi có m t ị ướ ả ủ ươ ỗ ộ h t qua khe, chúng ta có th bi t h t đã l ch lên hay l ch ạ ể ế ạ ệ ệ xu ng và t đó bi t đ c h t đã qua khe nào c a S2. Nh ng ố ừ ế ượ ạ ủ ư do vi c xác đ nh h ng n y c a S1 sau khi h t đã đi qua ệ ị ướ ả ủ ạ không th nh h ng đ n s di n ti n ti p theo c a quá ể ả ưở ế ự ễ ế ế ủ trình, chúng ta v n có hình nh giao thoa trên F. Do đó ta ẫ ả phát hi n ra tính sóng và tính h t c a cùng m t quá trình. ệ ạ ủ ộ N u Einstein đúng thì Bohr sai.ế Thay vì tr l i ngay câu h i c a Einstein, Bohr minh h a rõ ý ả ờ ỏ ủ ọ t ng c a Einstein thông qua hình nh sauưở ủ ả th c hi n ý t ng c a Einstein c n thay S1 b ng m t hĐể ự ệ ưở ủ ầ ằ ộ ệ th ng cóố th chuy n đ ng, gi ng nh h th ng này theo đ xu t c aể ể ộ ố ư ệ ố ề ấ ủ Bohr Bohr cho r ng m i s hi u bi t chính xác v chuy n đ ng ằ ọ ự ể ế ề ể ộ th ng đ ng (n u có) c a S1 ch là m t ph ng đoán. Trên ẳ ứ ế ủ ỉ ộ ỏ th c tê, n u v n t c c a S1 theo ph ng X tr c khi h t đi ự ế ậ ố ủ ươ ướ ạ qua không đ c bi t v i đ chính xác l n h n chuy n đ ng ượ ế ớ ộ ớ ơ ể ộ c a nó do trong s n y đ xu t trên thì vi c xác đ nh ủ ự ả ề ấ ở ệ ị h ng chuy n đ ng sau khi h t đi qua là vô ngh a. Tuy ướ ể ộ ạ ĩ nhiên, Bohr ti p t c, m t s xác đ nh chính xác tuy t đ i ế ụ ộ ự ị ệ ố v n t c c a S1 d n đ n v trí c a nó theo tr c X là hoàn toànậ ố ủ ẫ ế ị ủ ụ b t đ nh. Tr c khi quá trình b t đ u, S1 s m t v trí sai ấ ị ướ ắ ầ ẽ ở ộ ị khác so v i v trí ta mu n . Xét đi m d hình 1, n i có vân ớ ị ố ể ở ơ t i, rõ ràng m i s chuy n đ ng c a S1 s làm cho đ dài 2 ố ọ ự ể ộ ủ ẽ ộ l trình a-b-d và a-c-d sai khác. N u s bi n đó b ng n a ộ ế ự ế ằ ử b c sóng thì d s là vân sáng thay vì vân t i. Khi l y ướ ở ẽ ố ấ trung bình các v trí kh d c a S1, t ng ng v i m t d ng ị ả ĩ ủ ươ ứ ớ ộ ạ giao thoa t i m t đi m nào đó trên F, thì trên F bây gi thay ạ ộ ể ờ vì h vân s là m t b c tranh màu ghi đ ng đ u. M t l n ệ ẽ ộ ứ ồ ề ộ ầ n a, c g ng c a chúng ta đ tìm ra b n ch t h t đã phá ữ ố ắ ủ ể ả ấ ạ h ng b c tranh giao thoa, tính ch t c t lõi nh t c a sóng.ỏ ứ ấ ố ấ ủ L p lu n này đúng và thuy t ph c. C n l u ý r ng, nh Bohrậ ậ ế ụ ầ ư ằ ư nh n th y, đ hi u hi n t ng này "đi u c t y u là, khác v iậ ấ ể ể ệ ượ ề ố ế ớ nh ng công c đo đ c thông th ng, nh ng công c trong ữ ụ ạ ườ ữ ụ mô hình trên cùng v i các h t c u thành nên h mà ta ph i ớ ạ ấ ệ ả áp d ng nh ng quy t c l ng t . Do tính chính xác c a ụ ữ ắ ượ ử ủ nh ng đi u ki n mà trong đó ta có th áp d ng nh ng quy ữ ề ệ ể ụ ữ t c l ng t m t cách đúng đ n, b t bu c ta ph i xét đ n ắ ượ ử ộ ắ ắ ộ ả ế t t c nh ng d ng c thí nghi m. Trên th c t , s xu t hi n ấ ả ữ ụ ụ ệ ự ế ự ấ ệ c a m t c c u thí nghi m m i, ví d m t cái g ng, trên l ủ ộ ơ ấ ệ ớ ụ ộ ươ ộ trình c a h t s làm bi n đ i b c tranh giao thoa, do đó nh ủ ạ ẽ ế ổ ứ ả h ng m t cách c b n đ n nh ng d đoán v k t qu đ cưở ộ ơ ả ế ữ ự ề ế ả ượ ghi nh n cu i cùng." Xa h n n a, Bohr c g ng gi i quy t sậ ố ơ ữ ố ắ ả ế ự nh p nh ng trong phân đ nh ph n nào c a h thu c v v ậ ằ ị ầ ủ ệ ộ ề ĩ mô và ph n nào không:ầ Nói riêng, rõ ràng r ng . s s d ng không m p m các kháiằ ự ử ụ ậ ờ ni m thu c không th i gian trong mô t nh ng hi n t ng ệ ộ ờ ả ữ ệ ượ nguyên t ch có th gi i h n trong m t s nh ng quan sát ử ỉ ể ớ ạ ộ ố ữ ch ng h n nh ng quan sát liên quan đ n nh qua th u kính ẳ ạ ữ ế ả ấ quang h c hay nh ng hi u ng khuy ch đ i t ng t , mà ọ ữ ệ ứ ế ạ ươ ự trên th c t th ng b t thu n ngh ch, ví d s hình thành ự ế ườ ấ ậ ị ụ ự c a m t gi t n c quanh m t ion trong phòng t i.ủ ộ ọ ướ ộ ố L p lu n c a Bohr v s b t kh thi trong mô hình thí ậ ậ ủ ề ự ấ ả nghi m c a Einstein, nh m vi ph m nguyên lí b t đ nh, d a ệ ủ ằ ạ ấ ị ự trên th c t là h th ng v (S1) l i tuân theo nh ng quy t c ự ế ệ ố ĩ ạ ữ ắ l ng t . M t khác, Bohr ch ra r ng, đ làm sáng t di n ượ ử ặ ỉ ằ ể ỏ ệ m o vi mô c a hi n th c c n thi t ph i làm n i b t nh ng ạ ủ ệ ự ầ ế ả ổ ậ ữ nh h ng có ngu n g c t nh ng c c u v mô, nh ng th ả ưở ồ ố ừ ữ ơ ấ ĩ ữ ứ tuân theo nh ng quy t c c đi n và có th đ c mô t b ng ữ ắ ổ ể ể ượ ả ằ nh ng thu t ng c đi n.ữ ậ ữ ổ ể L p lu n th 2 c a Einsteinậ ậ ứ ủ Ti p t c t n công vào nguyên lý b t đ nh, l n này là đ i v i ế ụ ấ ấ ị ầ ố ớ quan h b t đ nh gi a n ng l ng và th i gianệ ấ ị ữ ă ượ ờ E. t≥hΔ Δ Ông đ a ra m t ý t ng thí nghi m và l i mô hình thí ư ộ ưở ệ ạ nghi m m t l n n a đ c thi t k b i Bohr nh m minh h a ệ ộ ầ ữ ượ ế ế ở ằ ọ cho câu tr l i c a mình.ả ờ ủ Einstein xét m t cái h p (h p Einstein) ch a b c x đi n t ộ ộ ộ ứ ứ ạ ệ ừ và m t cái đ ng h đi u khi n s đóng m c a m t c a ộ ồ ồ ề ể ự ở ủ ộ ử ch p che m t l trên thành h p.ớ ộ ỗ ộ C ch p m trong m t kho ng th i gian t đ c ch n b t kì. ử ớ ở ộ ả ờ Δ ượ ọ ấ Trong khi c a m , gi s r ng có m t photon t đâu đó trongử ở ả ử ằ ộ ừ h p thoát ra ngoài qua l . bác b nguyên lý b t đ nh, c n ộ ỗ Để ỏ ấ ị ầ xác đ nh v i đ chính xác thích h p l ng n ng l ng mà ị ớ ộ ợ ượ ă ượ photon mang theo. đi m này, Einstein s d ng ph ng Ở ể ử ụ ươ trình n i ti ng c a ông:ổ ế ủ E=mc^2 Bi t đ c kh i l ng m t v t c ng chính là bi t n ng l ng ế ượ ố ượ ộ ậ ũ ế ă ượ c a nó. L p lu n bây gi tr nên đ n gi n: đo kh i l ng ủ ậ ậ ờ ở ơ ả ố ượ tr c và sau khi photon đi ra ta có th bi t đ c l ng n ng ướ ể ế ượ ượ ă l ng m t đi kh i h p. H n n a đ ng h s ghi l i th i gian ượ ấ ỏ ộ ơ ữ ồ ồ ẽ ạ ờ phát ra photon. Vì, v nguyên lí kh i l ng c a h p có th ề ố ượ ủ ộ ể đo đ c v i đ chính xác tùy ý, ta có th gi m sai s E m tượ ớ ộ ể ả ố Δ ộ cách tùy ý mu n và do đó tích E t có th gi m xu ng nh ố Δ Δ ể ả ố ỏ h n gi i han c a nguyên lý b t đ nh.ơ ờ ủ ấ ị . Ý t ng trên, c ng nh nh ng ý t ng tr c c a Einstein, ưở ũ ư ữ ưở ướ ủ t ra s c bén và d ng nh không th bác b . Leon ỏ ắ ườ ư ể ỏ Rosenfeld, m t nhà khoa h c c ng tham gia vào h i ngh , kộ ọ ũ ộ ị ể l i vài n m sau đó:ạ ă M t cú s c th t s đ i v i Bohr .ng i, lúc đ u, không th ộ ố ậ ự ố ớ ườ ầ ể tìm ra câu tr l i. Ông c c kì b kích đ ng trong c bu i t i, ả ờ ự ị ộ ả ổ ố và ông liên t c đi t nhà khoa h c này đ n nhà khoa h c ụ ừ ọ ế ọ khác, c g ng thuy t ph c h r ng không th nh v y đ c,ố ắ ế ụ ọ ằ ể ư ậ ượ s là h i k t cho v t lý n u nh Einstein đúng; nh ng ông ẽ ồ ế ậ ế ư ư không th tìm ra cách nào đ gi i đáp ngh ch lý này. Tôi ể ẻ ả ị không bao gi quên hình nh c a 2 đ ch th lúc h r i câu ơ ả ủ ị ủ ọ ờ l c b : Einstein v i dáng v cao và oai v , nh nhàng b c ạ ộ ớ ẻ ệ ẹ ướ đi, v i m t n c i d dàng châm bi m, và Bohr sóng b c, ớ ộ ụ ườ ụ ế ướ đ y kích đ ng . Bu i sáng hôm sau ch ng ki n chi n th ng ầ ộ ổ ứ ế ế ắ c a Bohr.ủ Bohr đã ch ra r ng l p lu n tinh t c a Einstein là không ỉ ằ ậ ậ ế ủ thuy t ph c, và h n th n a ông còn kh ng đ nh tính đúng ế ụ ơ ế ữ ả ị đ n c a m t trong nh ng ý t ng l n nh t c a Einstein: s ắ ủ ộ ữ ưở ớ ấ ủ ự t ng đ ng gi a kh i l ng và n ng l ng. Bohr ch ra ươ ươ ữ ố ượ ă ượ ỉ r ng, đ thí nghi m c a Einstein ho t đ ng đ c, cái h p ằ ể ệ ủ ạ ộ ượ ộ ph i đ c treo trên m t dây đàn h i trong tr ng tr ng l c. ả ượ ộ ồ ườ ọ ự đo kh i l ng, m t cái kim ph i đ c g n lên h p và ch Để ố ượ ộ ả ượ ắ ộ ỉ các s ch trên m t thang chia. Sau khi photon thoát ra, ta ố ỉ ộ có th them kh i l ng vào trong h p đ nó tr v v trí ban ể ố ượ ộ ể ở ề ị đ u và t đó bi t đ c kh i l ng m t đi. Nh ng khi đó, ta ầ ừ ế ượ ố ượ ấ ư ph i bi t v trí c a cái h p v i đ chính xác thích h p và đi uả ế ị ủ ộ ớ ộ ợ ề này bì gi i h n b i nguyên lý b t đ nh, do đó ta không th ớ ạ ở ấ ị ể xác đ chính xác đ c kh i l ng c ng nh n ng l ng. M t ị ượ ố ượ ũ ư ă ượ ặ khác, do h đ t trong tr ng tr ng mà tr ng này l i ph ệ ặ ọ ườ ườ ạ ụ thu c v trí, theo nguyên lý t ng đ ng, s b t đ nh tron v ộ ị ươ ươ ự ấ ị ị trí cái h p d n đ n s b t đ nh trong đo đ c th i gian. Sau ộ ẫ ế ự ấ ị ạ ờ nh ng hi u ch nh c n thi t thì ta l i có E. t≥h, không h bữ ệ ỉ ầ ế ạ Δ Δ ề ị vi ph m.ạ Giai đo n haiạ Giai đo n 2 c a cu c tranh lu n gi a Einstein v i Bohr và ạ ủ ộ ậ ữ ớ nh ng di n gi i chính th ng (c a c h c l ng t ) là v m t ữ ễ ả ố ủ ơ ọ ượ ử ề ộ quan đi m lý thuy t c a c h c l ng t cho r ng, không ể ế ủ ơ ọ ượ ử ằ th đ ng th i xác đ nh giá tr c a các đ i l ng không t ngể ồ ờ ị ị ủ ạ ượ ươ thích, l i bác b đây là: đi u đó c ng đ ng th i ng ý r ng ờ ỏ ở ề ũ ồ ờ ụ ằ nh ng đ i l ng đó không có m t giá tr xác đ nh. Einstein ữ ạ ượ ộ ị ị bác b các trình bày c h c l ng t d a trên lý thuy t xác ỏ ơ ọ ượ ử ự ế su t c a Born và qu quy t r ng nh ng xác su t l ng t là ấ ủ ả ế ằ ữ ấ ượ ử thu c v kh n ng nh n th c ch không ph i là b n ch t ộ ề ả ă ậ ứ ứ ả ả ấ c a t nhiên. H qu là, lý thuy t này ph i ch a hoàn thi n ủ ự ệ ả ế ả ư ệ m t đi m nào đó. Ông đánh giá cao giá tr c a c h c ở ộ ể ị ủ ơ ọ l ng t , nh ng đ xu t r ng nó "không nói lên toàn b câu ượ ử ư ề ấ ằ ộ chuy n," và, trong khi cho nh ng mô t phù h p m t ệ ữ ả ợ ỏ ộ thang b c nào đó, nó không cho bi t thêm m t thông tin nàoậ ế ộ v nh ng gì n m thang b c c b n h n:ề ữ ằ ở ậ ơ ả ơ Tôi có m t nh n th c r t rõ ràng v cái đích mà nh ng nhà ộ ậ ứ ấ ề ữ v t lý th m i nh t đang theo đu i mang tên 'c h c l ngậ ở ế ớ ấ ổ ơ ọ ượ t ', và tôi tin r ng lý thuy t này di n t s th t m c đ ử ằ ế ễ ả ự ậ ở ứ ộ g c r , nh ng tôi c ng tin r ng s gi i h n t nhiên trong ố ễ ư ũ ằ ự ớ ạ ự quy lu t th ng kê ch là m t b c đ m . Không còn nghi ậ ố ỉ ộ ướ ệ ng gì n a, c h c l ng t đã n m đ c mi ng ghép quan ờ ữ ơ ọ ượ ử ắ ượ ế tr ng c a s th t và s là chu n m c cho t t c nh ng lý ọ ủ ự ậ ẽ ẩ ự ấ ả ữ thuy t c b n trong t ng lai, v i ngh a r ng nó ph i đ c ế ơ ả ươ ớ ĩ ằ ả ượ suy ra nh m t tr ng h p gi i h n, gi ng nh t nh đi n là ư ộ ườ ợ ớ ạ ố ư ĩ ệ h qu c a nh ng ph ng trình Maxwell v tr ng đi n t ệ ả ủ ữ ươ ề ườ ệ ừ hay nhi t đ ng l c h c có th đ c suy ra t c h c th ng ệ ộ ự ọ ể ượ ừ ơ ọ ố kê Nh ng suy ngh đó c a Einstein r ra kh i h ng nghiên c u ữ ĩ ủ ẽ ỏ ướ ứ v cái g i là "các lý thuy t bi n n", ví d gi i trình c a ề ọ ế ế ẩ ụ ả ủ Borm v c h c l ng t , trong nh ng c g ng nh m hoàn ề ơ ọ ượ ử ữ ố ắ ằ thi n tòa dinh th cho lý thuy t l ng t . N u c h c l ng ệ ự ế ượ ử ế ơ ọ ượ t có th đ c hoàn thi n theo cách mà Einstein mong ử ể ượ ệ mu n, thì c ng không th th c hi n đi u đó c p đ đ a ố ũ ể ự ệ ề ở ấ ộ ị ph ng, đi u này đã đ c John Stewart Bell ch ng minh vào ươ ề ượ ứ n m 1964 cùng v i vi c thành l p b t đ ng th c Bell.ă ớ ệ ậ ấ ẳ ứ Giai đo n baạ (còn n a)ữ V Anh c(P&Yclub) d chũ Đứ ị . Những tranh luận giữa Einstein và Bohr .là m t lo t các câu h i v m t nh n th c lu n đ c trình ộ ạ ỏ ề ặ ậ ứ ậ ượ bày b i Einstein đ ch. n ra tính sóng và tính h t c a cùng m t quá trình. ệ ạ ủ ộ N u Einstein đúng thì Bohr sai.ế Thay vì tr l i ngay câu h i c a Einstein, Bohr minh h a rõ