Bạn có biết nhờ loài mèo chúng ta mới có internet?

Bạn đã từng nghe đến “Con mèo của Schrödinger” chưa? Nếu bạn là một người đam mê khoa học, có lẽ bạn đã biết đến điều này. Erwin Schrödinger là một nhà vật lý người Áo và là một trong những người tiên phong của cơ học lượng tử, nhưng điều khiến ông trở nên nổi tiếng là một ý tưởng mà ông chưa bao giờ thực hiện. Và nhân vật chính của ý tưởng này là một con mèo (bắt đầu tạo ra mối liên hệ).

Schrödinger tưởng tượng đặt một con mèo vào một chiếc hộp kín có một thiết bị có 50% khả năng giết chết nó trong vòng một giờ. Vào cuối giờ, ông sẽ hỏi: Trạng thái của con mèo thế nào? Theo quan điểm của một người bình thường, con mèo chỉ có thể ở một trong hai trạng thái: sống hoặc chết, với 50% khả năng.

Tuy nhiên, Schrödinger chỉ ra rằng theo vật lý lượng tử, tại thời điểm trước khi hộp được mở ra để chúng ta có thể xác nhận trạng thái của con mèo, con mèo sẽ vừa sống vừa chết. Nghĩa là nó sẽ có hai trạng thái sống và chết chồng lên nhau cùng một lúc. Chỉ khi hộp được mở ra thì trạng thái sống hay chết của con mèo mới được biết, nhưng trước đó, việc nó sống hay chết là một xác suất không rõ ràng, một nửa cái này và một nửa cái kia. Nghe có vẻ vô lý, nhưng đó chính xác là cách vật lý lượng tử hoạt động. Chỉ là nó đi ngược lại với những định kiến ​​phổ biến khiến bạn cảm thấy nó vô lý.

Và mặc dù nghe có vẻ vô lý, nhưng thí nghiệm tưởng tượng về con mèo của Schrödinger lại rất quan trọng. Trên thực tế, nếu vật chất lượng tử không thể ở hai trạng thái cùng một lúc (chồng chập lượng tử), thì sẽ không có máy tính hoặc điện thoại thông minh mà bạn đang sử dụng để đọc bài viết này.

Sự chồng chập lượng tử giải thích tính chất sóng-hạt của vật chất. Theo đó, bất kỳ vật chất nào chuyển động trong không gian sẽ có cả tính chất của sóng lan truyền tương ứng với vật chất đó, và cả tính chất của các hạt chuyển động. Lý do bạn không nhận thấy nó trong cuộc sống hàng ngày là vì nó quá nhỏ, quá vi mô. Nó chỉ có thể dễ dàng nhận thấy ở cấp độ nguyên tử và dưới nguyên tử.

Nếu bạn quan tâm, bạn có thể xem clip TED-Ed gốc tại đây:

Các electron gần hạt nhân của một nguyên tử di chuyển theo quỹ đạo phân tán giống như sóng. Khi hai nguyên tử được đưa lại gần nhau để tạo thành một phân tử, các electron không chọn một trong hai nguyên tử, không phải ở A hoặc B mà là ở A + B, ở cả hai nguyên tử cùng một lúc.

Sự chồng chập này là thứ tạo ra một số liên kết hóa học của các phân tử. Trong chất rắn, các electron không bị giới hạn trong bất kỳ một nguyên tử nào mà được chia sẻ giữa chúng. Sự chồng chập lớn này xác định cách các electron di chuyển qua các vật liệu, xác định các đặc tính của chất dẫn điện, chất cách điện và chất bán dẫn.

Hiểu được cách các electron được chia sẻ giữa các nguyên tử cho phép chúng ta kiểm soát chính xác các đặc tính của vật liệu bán dẫn, chẳng hạn như silicon. Kết hợp nhiều vật liệu bán dẫn theo đúng cách có thể tạo ra các thành phần bán dẫn như CPU, GPU, chip nhớ, v.v. Tất cả đều góp phần tạo nên thiết bị thông minh mà bạn đang sử dụng để đọc bài viết này.

Có một câu nói đùa rằng “Internet tồn tại để chúng ta có thể chia sẻ thông tin về mèo” nghe có vẻ hơi ngớ ngẩn và “ảo tưởng về mèo” nhưng thực ra, Internet… không, toàn bộ công nghệ bán dẫn hiện đại đều mắc nợ con mèo nửa sống nửa chết trong thí nghiệm của Schrödinger, một con mèo thậm chí không tồn tại.

Nguồn: TED-Ed dịch bởi Gearvn