6.5 Nguyên lý bất định Heisenberg và tính ngẫu nhiên lượng tử

Trang chủ ／ Chương 6: Miền lượng tử (V5.05)

I. Hiện tượng và những điều gây bối rối

• Không thể đồng thời đo thật chính xác cả hai: Nếu định vị trí thật chặt, động lượng trở nên “phập phồng”; nếu làm dải động lượng thật hẹp, vị trí lại mờ. Ở cặp thời gian–năng lượng: xung càng ngắn thì dải tần càng rộng; vạch phổ càng “tinh” thì tồn tại càng lâu.
• Một phép đo thì ngẫu nhiên, lặp lại thì có quy luật: Kết quả từng lần đo có vẻ ngẫu nhiên; nhưng với cùng chuẩn bị và đo lặp, kết quả dao động trong một phân bố ổn định, và “độ rộng” của phân bố này không thể bị nén xuống dưới một ngưỡng chung.
• Càng soi kỹ càng gây nhiễu: Đo chi tiết hơn đồng nghĩa “chạm” hệ mạnh hơn, khiến đại lượng bổ sung về sau kém ổn định.

Những biểu hiện trên tạo nên gương mặt thường ngày của nguyên lý bất định Heisenberg và tính ngẫu nhiên lượng tử.

II. Cách diễn giải theo Lý thuyết Sợi Năng lượng (EFT): Ba căn nguyên và một bức tranh thống nhất

Trong Lý thuyết Sợi Năng lượng, bất định và ngẫu nhiên nảy sinh từ sự chồng lấp của cấu trúc, ghép nối đo lường, và nền nhiễu:

1. Cấu trúc: công năng của bao tương hợp
   • Mọi thứ có thể truyền qua “biển năng lượng” đều phải dựa vào một “bao tương hợp” để tiếp sức.
   • Muốn định vị trí: cần “nắn” bao này thật chặt, tức kéo lên một gợn lồi dốc trong địa hình tensor của biển; làm vậy buộc phải pha trộn nhiều thành phần dao động ở các thang khác nhau. Hệ quả: vị trí càng chặt thì hướng động lượng càng “loang”.
   • Muốn định động lượng: cần chỉnh cho các dao động cùng hướng hơn, khiến bao bị kéo dài và phẳng, còn phân bố vị trí thì “trải rộng”.
   • Kết luận: Một bao không thể vừa rất ngắn vừa rất “thuần”. Ngắn thì rộng, thuần thì dài—giới hạn này thuộc về công năng của truyền tiếp-sức, không phải lỗi thiết bị.
2. Ghép nối đo lường: đo lường = ghép nối + đóng + ghi nhớ
   • Muốn “nhìn” chi tiết hơn phải ghép hệ với một thiết bị có thể khuếch đại.
   • Ghép nối làm đổi dạng địa hình tensor cục bộ; đóng khóa một sự kiện tại một “cửa ra”; ghi nhớ khuếch đại lựa chọn đó thành một kết quả có thể đọc.
   • Khi ghép nối và đóng mạnh hơn cho vị trí, thiết bị siết bao trong không gian nhưng tất yếu làm rối sự đồng hướng của động lượng; chiều ngược lại cũng đúng.
   • Kết luận: “Sự níu kéo lẫn nhau” trong bất định còn đến từ hồi tác đo lường không thể loại bỏ.
3. Nền nhiễu: nhiễu nền kiểu tensor và khuếch đại vĩ mô
   • Biển không tuyệt đối phẳng lặng; luôn có nhiễu nền kiểu tensor hiện diện.
   • Một lần đóng phải dựa vào khuếch đại vĩ mô để biến khác biệt rất nhỏ thành kết quả phân biệt được—bước này cực kỳ nhạy với vi nhiễu.
   • Vì thế, kết quả từng lần không thể tiên đoán; nhưng với cùng chuẩn bị và cùng hình học thiết bị, phân bố thống kê lại ổn định.
   • Kết luận: Ngẫu nhiên không phải “vô nhân”. Nó là ngẫu nhiên mang tính cấu trúc, do chi tiết không kiểm soát nổi cộng với tất yếu phải khuếch đại.

III. Các kịch bản tiêu biểu, diễn giải cụ thể

• Ánh sáng đơn sắc và xung ngắn
  Vạch càng “tinh” thì tồn tại càng lâu; xung càng ngắn thì băng thông càng rộng. Theo Lý thuyết Sợi Năng lượng: bao càng ngắn càng cần ghép nhiều thành phần đa thang, nên “tần số” càng tỏa rộng.
• Chùm electron: chuẩn trực và kích thước đốm
  Chuẩn trực hơn làm hẹp phân bố góc dọc đường bay, song đốm trên màn lại lớn hơn; đốm càng nhỏ càng khó giữ chuẩn trực. Theo Lý thuyết Sợi Năng lượng: muốn đồng hướng thì phải kéo dài bao; muốn “bóp” đốm nhỏ thì phải trộn thêm nhiều hướng.
• Nguyên tử lạnh được thả bay
  Khi còn “nhốt” trong một hộp nhỏ, vị trí chặt; vừa thả, phân bố động lượng bộc lộ bề rộng thật và đám mây giãn nhanh. Theo Lý thuyết Sợi Năng lượng: bao từng bị ép chứa sẵn nhiều thành phần hướng, nên khi tự do nó sẽ “trải” ra tự nhiên.
• Tách chùm Stern–Gerlach (hai lựa chọn của spin)
  Gradient từ trường làm hiện các hướng cho phép thành hai nhánh. Từng hạt rơi vào một nhánh có vẻ ngẫu nhiên, nhưng tỷ lệ hai nhánh ổn định. Theo Lý thuyết Sợi Năng lượng: ghép nối cục bộ ghi các hướng rời rạc ấy thành những “cửa đóng” của thiết bị; nhánh rơi vào từng lần phụ thuộc vi nhiễu nền và đường khuếch đại, còn phân bố do trạng thái chuẩn bị và hình học ghép nối quyết định.

IV. Giải đáp nhanh các ngộ nhận thường gặp

• “Dùng thiết bị tốt hơn thì đo chuẩn cả hai.”
  Không thể. Siết chặt một đại lượng là đang khắc dốc tensor trong biển, đồng thời làm rối cấu trúc định hướng của đại lượng bổ sung. Đây là giới hạn của kiểu truyền tiếp-sức, không phải lỗi chế tạo.
• “Ngẫu nhiên chỉ là do ta chưa biết.”
  Không hoàn toàn. Ngẫu nhiên từng lần đến từ vi nhiễu nền và độ nhạy của khuếch đại vĩ mô; còn tính ổn định của phân bố đến từ trạng thái chuẩn bị và hình học thiết bị. Cần cả hai mặt để khớp dữ liệu.
• “Dùng biến ẩn là tính được hết.”
  Không. Con đường đóng cuối cùng phụ thuộc vào chính bối cảnh đo—kiểu ghép nối, cơ sở chọn đo và hình học. Từng sự kiện là không tiên đoán được, nhưng phân bố thì có thể dự đoán, phù hợp các ràng buộc thực nghiệm đã biết.
• “Có siêu quang không?”
  Không. Sự phối hợp là do các ràng buộc chung, không phải do truyền tin. Việc đóng và ghi nhớ diễn ra tại chỗ.

V. Tóm lại

• Ba căn nguyên của bất định: công năng của bao tương hợp (cấu trúc); hồi tác đo lường qua ghép nối–đóng–ghi nhớ; và nhiễu nền kiểu tensor cộng khuếch đại vĩ mô (nền).
• Càng muốn cố định vị trí thì càng phải trộn nhiều thành phần hướng; càng muốn cố định động lượng thì càng phải kéo dài bao, làm vị trí “trải rộng”.
• Đo lường không phải đứng ngoài quan sát: nó viết lại địa hình cục bộ và khóa một lần đóng; thông tin thu được càng nhiều, sự “viết lại” càng mạnh.
• Từng lần là ngẫu nhiên; lặp nhiều lần thì “giữ luật”: phân bố do chuẩn bị và hình học quyết định, còn kết quả từng lần do nhiễu nền và đường khuếch đại quyết định.
• Câu thống nhất: sóng nhào nặn lộ trình, ngưỡng quyết định chọn lọc, hạt ghi sổ. Bất định và ngẫu nhiên là hệ quả tất yếu khi ba bước ấy vận hành ở điều kiện cực hạn.