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