Thuyết tương đối của Einstein cho rằng không gì có thể vượt qua tốc độ ánh sáng. Nhưng các thí nghiệm về vướng víu lượng tử và khả năng dịch chuyển đồ vật bằng ý nghĩ đã chứng minh rằng… Einstein sai. 

(ảnh minh họa: Shutterstock)

Thời thập niên 80-90 thì các môn khí công rất được thịnh hành và phổ biến rộng rãi ở Trung Quốc. Trong những người tu luyện khí công, có rất nhiều người có năng lực siêu thường. Thời bấy giờ, viện khoa học Trung Quốc, Viện Nghiên cứu Vật lý cao năng lượng, cho đến một số trường cao đẳng, đều có một số giáo sư lẫn đội ngũ chuyên nghiên cứu những hiện tượng này.

Trương Bảo Thắng (1960 – 3/8/2018), người Bản Khê, huyện Tây Hồ, tỉnh Liêu Ninh, Trung Quốc, là một trong những người có công năng đặc dị nổi tiếng nhất Trung Quốc. Có rất nhiều bài báo, nghiên cứu khoa học, sách và video mô tả về khả năng của người đàn ông này.

Trước sự chứng kiến của nhiều người, Trương Bảo Thắng có thể dùng mũi “ngửi” được chữ viết trong lá thư phong kín, thấu thị con bò bị chôn kín dưới lớp băng dày, nhìn thấy vệ tinh bị rơi dưới lòng sông, đọc ý nghĩ người khác, nhưng đặc biệt hơn, ông có khả năng di chuyển vật thể bằng ý nghĩ và có thể đi xuyên qua bức tường dày.

Trương Bảo Thắng (giữa) và vợ chồng nữ nhà văn Đài Loan nổi tiếng Quỳnh Dao (ảnh: Internet)

Video dưới đây quay lại một sự kiện Trương Bảo Thắng biểu diễn công năng đặc dị trước Phó chủ tịch nước Vương Chấn. Trương Bảo Thắng dùng ý niệm đưa 5 que diêm vào phong bì thư, đồng thời đọc và trả lời nội dung của thư vào chính mặt sau của lá thư trong phong bì thư đang được dán kín. Trong video này, Bảo Thắng cũng dùng ý niệm, lấy ra viên thuốc nằm trong lọ đang được bịt kín.

Hầu Hi Quý (1946-2007), người huyện Hán Thọ, tỉnh Hồ Nam, Trung Quốc cũng là một người có khả năng đặc biệt: ông có thể thấu thị vật thể, di chuyển vật thể bằng ý nghĩ từ chỗ này sang chỗ khác, có thể bị súng bắn mà không bị thương, thậm chí có thể thay đổi vật chất của bản thân mình, khiến cho cơ thể cao hơn lên bình thường…

Trong một lần biểu diễn trước tỉ phú Hồng Kông Lý Gia Thành, Hầu Hi Quý đã dùng ý niệm chuyển nguyên chiếc bàn ăn mạ vàng từ phòng ăn tại tư gia Lý Gia Thành đến văn phòng làm việc của ông. Hay ông cũng rất nhiều lần dùng ý niệm “lấy rượu, thuốc lá, đồ ăn…” từ chỗ khác đến theo yêu cầu của người quan sát.

Hầu Hi Quý (phải) chụp ảnh cùng tỷ phú Lý Gia Thành sau khi biểu diễn công năng mang chiếc bàn ăn mạ vàng từ nhà đến văn phòng của vị tỷ phú (ảnh: Internet)

Để di chuyển vật thể hay bản thân mình từ nơi này đến nơi khác, hai khí công sư này hẳn phải có khả năng tác động khiến vật chất dịch chuyển từ nơi này đến nơi khác với tốc độ cực nhanh. Đây chính là hiện tượng dịch chuyển tức thời, còn gọi là teleport mà khoa học hay nói đến, đó là hình thức vật chất di chuyển vượt không gian và thời gian với tốc độ nhanh hơn tốc độ ánh sáng, khiến quãng đường hàng ngàn km cũng chỉ mất một khoảnh khắc để vượt qua. Quan điểm của vật lý học hiện đại về vấn đề này ra sao?

Hai trụ cột lớn của lớn của vật lý hiện đại

Vật lý hiện đại có hai trụ cột lớn: một là thuyết tương đối tổng quát – thuyết về thế giới vĩ mô, hai là cơ học lượng tử – thuyết về thế giới vi mô. Albert Einstein là người đã phát phát hiện ra thuyết tương đối, đồng thời ông cũng tạo bước ngoặt khai sinh ra lý thuyết lượng tử với việc phát hiện ra hiệu ứng quang điện. Thuyết tương đối của Einstein khẳng định rằng không có vật gì có khả năng di chuyển nhanh hơn tốc độ ánh sáng.

Năm 1927, Werner Heisenberg phát hiện ra nguyên lý bất định của cơ học lượng tử, phát biểu rằng: “Ta không bao giờ có thể xác định chính xác cả vị trí lẫn vận tốc (hay động lượng, hoặc xung lượng) của một hạt vào cùng một lúc. Nếu ta biết một đại lượng càng chính xác thì ta biết đại lượng kia càng kém chính xác.” Nguyên lý này của Heisenberg thể hiện tính không định xứ (non-locality) của sự vật.

Dựa trên nguyên lý bất định của Heisenberg, các nhà vật lý đương thời đã có Diễn giải Copenhagen. Diễn giải này cho rằng tại mức lượng tử, các “hạt” không có những tính chất nhất định cho đến khi chúng ta tiến hành các phép đo, điều này có nghĩa là các tính chất nhất định của hạt không hiện hữu trước khi chúng ta tiến hành các phép đo, đây là tính chất không hiện hữu (non-realism) của các hạt.

Hiệu ứng vướng víu lượng tử

Cơ học lượng tử có một hiệu ứng quan trọng là vướng víu lượng tử (còn gọi là rối lượng tử – quantum entanglement), trong đó trạng thái lượng tử của 2 hay nhiều hạt có liên hệ mật thiết với nhau, dù cho chúng có nằm cách xa nhau hàng năm ánh sáng. Ví dụ, có thể tạo ra 2 hạt sao cho nếu quan sát thấy spin (momen động lượng) hay phân cực của hạt thứ nhất quay xuống dưới, thì spin hay phân cực của hạt kia sẽ chắc chắn quay lên trên, hoặc ngược lại; dù cho cơ học lượng tử không tiên đoán trước kết quả phép đo trên hạt thứ nhất.

Ví dụ đơn giản, coi cặp hạt photon có vướng víu lượng tử với nhau như một cặp anh em sinh đôi, thì việc xác định trạng thái sức khỏe của người này sẽ cho ta biết trạng thái sức khỏe của người còn lại, cho dù họ ở cách xa nhau hàng ngàn cây số. Hiệu ứng vướng víu lượng tử này mang đến khái niệm không định xứ (non-locality), trong cơ học lượng tử, nó khẳng định rằng hai sự kiện cách xa nhau có thể ảnh hưởng lẫn nhau một cách tức thời vì liên đới lượng tử.

Rối lượng tử cho phép thực hiện các phép đo trạng thái của một vật thể từ trạng thái của một vật thể ở rất xa (ảnh: physicsoftheuniverse.com)

Thí nghiệm EPR của Einstein

Năm 1935, Einstein và hai đồng nghiệp là Boris Podolsky và Nathan Rosen đưa ra một thí nghiệm tưởng tượng nổi tiếng gọi là “thí nghiệm EPR” theo ba chữ cái đầu của tên ba người.

Ba tác giả của thí nghiệm tưởng tượng EPR (ảnh: physicsforme)

Nói một cách đơn giản, thí nghiệm EPR như sau:

Xét một hạt phân rã đồng thời thành hai photon (hạt ánh sáng) A và B. Theo các định luật về đối xứng, hai photon này luôn đi về hai hướng ngược chiều nhau. Nếu A đi về hướng bắc thì ta sẽ phát hiện ra B ở phía nam. Tới đây thì có vẻ chưa có gì đặc biệt. Nhưng đó là do ta đã quên mất những điều kì lạ của cơ học lượng tử nói rằng các hạt đều có bản chất lưỡng tính: vừa là sóng vừa là hạt và nó thể hiện bản chất nào là tùy thuộc vào việc dụng cụ đo có được bật hay không, tức phụ thuộc vào hành động quan sát. Trước khi máy dò được bật, photon A không thể hiện tính chất hạt mà thể hiện tính chất sóng. Sóng này không định xứ, mà tồn tại một xác suất để A có mặt ở bất cứ vị trí nào. Chỉ khi dụng cụ đo được bật và dò thấy A thì A mới biến thành hạt và “cho biết” rằng nó đi theo hướng bắc. Nhưng trước khi bị dò thấy, A không biết nó sẽ đi theo hướng nào, thì làm sao B “đoán” trước hành vi của A và tự điều chỉnh để có thể bị đồng thời dò thấy ở hướng ngược lại? Điều này thật vô lý trừ khi chấp nhận rằng A có thể thông tin ngay lập tức cho B hướng nó đã đi. Mà theo thuyết tương đối của Einstein thì lại không cho phép bất kỳ tín hiệu nào di chuyển nhanh hơn ánh sáng. “Chúa không gửi các tín hiệu thần giao cách cảm”, ông nói, để nhấn mạnh rằng không thể có một tác động huyền bí giữa hai hạt ở cách xa nhau trong không gian.

Dựa trên cơ sở của thí nghiệm tưởng tượng này, Einstein đã đi tới kết luận rằng: cơ học lượng tử không cho chúng ta một mô tả đầy đủ về thực tại. Là một nhà quyết định luận thâm căn cố đế, ông phản đối sự mô tả thực tại bằng xác suất của cơ học lượng tử. Theo ông, A phải biết nó đi theo hướng nào và trao đổi thông tin này với B trước khi chúng tách ra xa nhau. Sự giải thích theo xác suất của cơ học lượng tử cho rằng A có thể có mặt ở bất cứ hướng nào là sai lầm. Einstein cho rằng dưới lớp vỏ bất định, lượng tử nhất định phải ẩn giấu một thực tại nội tại và tất định. Nghĩa là lượng tử là định xứ (locality) và hiện hữu (realism).

Theo ông, vận tốc và vị trí xác định quỹ đạo của hạt được định xứ trên hạt, độc lập với hành động quan sát. Ông tán thành với cái được gọi là “thực tại địa phương”. Theo Einstein, sở dĩ cơ học lượng tử không giải thích được quỹ đạo xác định của một hạt là bởi nó không tính tới các tham số phụ, gọi là các “biến ẩn”. Do đó nó không đầy đủ. [1]

Einstein đã sai

Trong một thời gian dài, thí nghiệm EPR vẫn chỉ là một thí nghiệm tưởng tượng. Các nhà vật lý không biết làm thế nào để thực hiện nó trên thực tế. Năm 1964, John Bell, một nhà vật lý làm việc tại CERN (Trung tâm nghiên cứu hạt nhân châu Âu) đã xây dựng một định lí toán học được biết dưới cái tên “bất đẳng thức Bell”, giúp cho có thể kiểm chứng bằng thực nghiệm có tồn tại các biến ẩn hay không. Định lí này cho phép biến một tranh luận siêu hình thành một thí nghiệm cụ thể.

Năm 1982 tại Orsay, nhà vật lý người Pháp Alain Aspect và nhóm của ông đã thực hiện một loạt các thí nghiệm với các cặp photon (được các nhà vật lý gọi là các photon “bị vướng víu”) để kiểm tra hiệu ứng EPR. Kết quả không thể phủ nhận: các bất đẳng thức Bell đều bị vi phạm một cách có hệ thống. Nghĩa là Einstein đã nhầm.

Trong thí nghiệm của Aspect, các photon A và B ở cách xa nhau 12m, thế nhưng B luôn “biết” ngay lập tức A làm gì. Ta biết hiện tượng này là tức thời bởi vì một tín hiệu ánh sáng truyền thông tin từ A sang B không có đủ thời gian để đi hết 12m. Thực vậy, các đồng hồ nguyên tử, gắn với các máy để dò A và B, cho phép đo một cách chính xác thời điểm tới của mỗi photon. Sự khác biệt giữa hai thời gian tới nhỏ hơn vài phần mười tỉ của giây (nó chắc là bằng không nhưng các đồng hồ nguyên tử hiện nay chưa cho phép đo chính xác hơn 10-10 giây). Mà với 10-10 giây ánh sáng mới đi được 3cm, nhỏ hơn rất nhiều khoảng cách 12m giữa hai photon. [1, 2]

Thiết bị thí nghiệm của Alain Aspect năm 1982 (ảnh: eric.chopin.pagesperso-orange.fr)

Tuy Alain Aspect đã có một thí nghiệm tuyệt vời chứng minh sự vướng víu lượng tử là thực sự tồn tại, nhưng có nhiều người cho rằng thí nghiệm của ông và một số thí nghiệm khác trước năm 1982 về vướng víu lượng tử (còn gọi là các thí nghiệm chứng minh bất đẳng thức Bell là sai) đều có những sơ hở, chủ yếu đến từ những hạn chế của công nghệ quang điện tử. Nhưng, trong những năm gần đây, cùng với sự phát triển của ngành công nghệ quang điện tử, các thí nghiệm về vướng víu lượng tử sử dụng các công nghệ mới đã khắc phục được các sơ hở này. [3]

  • Năm 1998, nhà vật lý người Thụy Sĩ Nicolas Gisin và nhóm của ông tại Đại học Geneve đã có thí nghiệm chứng minh rằng các photon cách nhau hơn 10km vẫn tương liên với nhau một cách hoàn hảo nhờ vướng víu lượng tử. [4] Thí nghiệm này cho thấy tốc độ “truyền tin tức” giữa 2 photon vướng víu có tốc độ gấp 10.000 lần tốc độ ánh sáng. [5]
  • Năm 2015, Tiến sĩ B. Hensen và các đồng sự tại Đại học Công nghệ Delft, Hà Lan đã chứng minh sự tồn tại của vướng víu lượng tử giữa các hạt electron ở khoảng cách 1,3km. [6]
  • Cũng trong năm 2015, Tiến sĩ Marissa Giustina, tại Đại học Vienna, Áo và các cộng sự cũng đã có thí nghiệm thành công về sự tồn tại của vướng víu lượng tử giữa các hạt photon ở khoảng cách 58m. [7]
  • Đồng thời trong năm 2015, Tiến sĩ Lynden K. Shalm từ Viện nghiên cứu Công nghệ quốc gia Hoa Kỳ và các đồng sự cũng đã có báo cáo thí nghiệm các hạt photon vướng víu lượng tử với nhau ở khoảng cách 185m. [8]

Những thí nghiệm về vướng víu lượng tử này, một lần nữa cho thấy rằng giữa các hạt vướng víu lượng tử, tồn tại một mối liên hệ vô cùng bí ẩn với tốc độ truyền thông tin gần như tức thời. Nghĩa là, tốc độ truyền tin giữa các hạt vướng víu là nhanh hơn tốc độ ánh sáng, và thí nghiệm tưởng tượng EPR trở thành “nghịch lý EPR”.

Dịch chuyển lượng tử

Năm 2017, các nhà khoa học Trung Quốc lần đầu tiên thành công trong việc dịch chuyển thông tin qua các hạt vướng víu lượng tử giữa một trạm mặt đất và một vệ tinh trên quỹ đạo cách trái đất 500km. [9]

Sơ đồ của thí nghiệm (ảnh qua Inverse.com)

Thí nghiệm này tạo nên hy vọng lớn cho các nhà khoa học trong việc tạo dựng một hệ thống Internet lượng tử và mã hóa lượng tử cực kỳ an toàn. Trong đó, mạng Internet lượng tử thay vì gửi các bit 1, 0 truyền thống sẽ gửi các bit lượng tử (qutbit) giữa hai máy tính lượng tử ở hai đầu. Do các trạng thái lượng tử của qubit là không thể copy nên mã hóa lượng tử là cực kỳ an toàn. Tuy nhiên, hiện nay các nhà khoa học vẫn đang nghiên cứu để biến các viễn cảnh này thành sự thật.

Cho dù việc dịch chuyển các bit lượng tử giữa hai lượng tử bị vướng víu vẫn còn đang trong thí nghiệm, thì khả năng dịch chuyển đồ vật và cơ thể người của Hầu Hi Quý và Trương Bảo Thắng lại diễn ra hết sức thực tại và rõ ràng. Điều này chứng tỏ rằng các vật chất có thể di chuyển với tốc độ nhanh hơn ánh sáng và khoa học duy vật thực chứng hiện đại cần thay đổi tư duy mới có thể tiếp cận và giải thích vấn đề một cách minh bạch và khách quan.

Thiện Tâm tổng hợp

Xem thêm:

Tài liệu tham khảo:

  • [1] Trịnh Xuân Thuận, “Vũ trụ và hoa sen”, Nhà xuất bản Tri thức, 2013
  • [2] Alain Aspect, Jean Dalibard, and Gérard Roger, “Experimental Test of Bell’s Inequalities Using Time-Varying Analyzers”, Phys. Rev. Lett. 49, 1804 – Published 20 December 1982
  • [3] Alain Aspect, “Viewpoint: Closing the Door on Einstein and Bohr’s Quantum Debate”, December 16, 2015• Physics 8, 123
  • [4] W. Tittel, J. Brendel, H. Zbinden, and N. Gisin, “W. Tittel,* J. Brendel, H. Zbinden, and N. Gisin” Phys.Rev.Lett. 81 (1998)
  • [5] Roger Highfield, Science Editor, “Einstein’s spooky action acts at 10,000 times the speed of light”, telegraph.co.uk
  • [6] B. Hensen, et al, “Loophole-free Bell inequality violation using electron spins separated by 1.3 kilometres”, Nature volume526, pages682–686 (29 October 2015)
  • [7] Marissa Giustina, et al, “Significant-Loophole-Free Test of Bell’s Theorem with Entangled Photons”, Phys. Rev. Lett. 115, 250401 – Published 16 December 2015
  • [8] Lynden K. Shalm et al, “Strong Loophole-Free Test of Local Realism”, Phys. Rev. Lett. 115, 250402 – Published 16 December 2015
  • [9] “Lần đầu tiên thực hiện được Dịch chuyển lượng tử giữa Trái Đất và vệ tinh”, TTVN, 12/7/2017