Cơ học lượng tử là một trong những lý thuyết cơ bản của vật lý học. Nó nghiên cứu về chuyển động và các đại lượng vật lý liên quan đến chuyển động như năng lượng và xung lượng của các vật thể nhỏ bé, ở đó lưỡng tính sóng-hạt được thể hiện rõ.

Ảnh minh họa về vướng víu lượng tử (ảnh qua outerplaces.com)

Nhà vật lý lượng tử nổi tiếng Niels Bohr đã từng nói: “Nếu cơ học lượng tử không làm bạn kinh ngạc, bạn chưa hiểu gì về nó.” Và đúng vậy, ít nhất thì cơ học lượng tử là thứ khó hiểu. Đối với những người không có chuyên môn, cơ học lượng tử nghiên cứu về ‘thực tại’ ở mức độ nhỏ nhất có thể (với trình độ khoa học hiện tại). Về cơ bản, nó nghiên cứu vật chất ở quy mô “lượng tử”. Điều gây khó hiểu về cơ học lượng tử là các quy luật điều chỉnh trong đó khác biệt đáng kể so với vật lý cổ điển.

Vướng víu lượng tử

Vướng víu lượng tử hay còn được gọi là rối lượng tử hoặc liên đới lượng tử (Quantum Entanglement) là một hiệu ứng của cơ học lượng tử, trong đó trạng thái lượng tử của hai hay nhiều vật thể có liên hệ với nhau, dù chúng nằm cách xa nhau tới đâu. Ví dụ, có thể tạo ra hai vật thể sao cho nếu quan sát thấy spin (mô-men động lượng riêng) của vật thứ nhất quay xuống dưới, thì spin của vật kia sẽ phải quay lên trên, hoặc ngược lại; dù cho cơ học lượng tử không tiên đoán trước kết quả phép đo trên vật thứ nhất. Điều này nghĩa là phép đo thực hiện trên vật thể này sẽ ảnh hưởng trực tiếp đến trạng thái lượng tử trên vật thể vướng víu lượng tử với nó.

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)

Khi còn sống, Einstein cho rằng vướng víu lượng tử là một hiện tượng “ma quái” đến mức không thể chấp nhận, vì nó khẳng định “không gian” giữa các thực thể vật lý thực sự không trống rỗng như các giác quan của chúng ta vẫn cảm nhận, mà thông tin có thể di chuyển nhanh hơn tốc độ ánh sáng, thậm chí thông tin được truyền ngay lập tức mà không mất thời gian di chuyển.

Một nghiên cứu đăng trên tạp chí Khoa học (Science) năm 2017 mô tả các nhà khoa học đã có thể tạo ra các photon vướng víu lượng tử trên một vệ tinh có quỹ đạo cách trái đất gần 500 km và truyền các photon này đến 2 phòng thí nghiệm trên mặt đất cách nhau 1.200km mà vẫn duy trì được sự vướng víu giữa các hạt. [1]

Theo tờ Washington Post,”đây là lần đầu tiên con người tạo ra các hạt bị vướng víu trong không gian, và gia tăng gấp 10 lần khoảng cách giữa các hạt bị vướng víu.”  

Thời gian có vướng víu lượng tử?

Sự vướng víu lượng tử đề cập đến kết nối được duy trì theo ‘không gian’, nhưng hiện tượng này cũng xảy ra theo thời gian.

Năm 2013, một nhóm các nhà vật lý tại Đại học Hebrew Jerusalem báo cáo rằng họ đã làm vướng víu thành công các photon không đồng thời tồn tại (được tạo ra tại hai thời điểm khác nhau). [2]

Mô tả thí nghiệm cho thấy photo 1 và photon 4 có vướng víu lượng tử mặc dù chúng được tạo ra bởi 2 thời điểm khác nhau. Ghi chú: Biểu đồ thời gian của các photon. (I) photon 1 và 2 ra đời. (II) photon 1 được ghi lại. (III) photon 3 và 4 ra đời. (IV) xác định giá trị photon 2 và 3. (V) ghi lại photon 4.

Các thí nghiệm trước đây liên quan đến một kỹ thuật gọi là “hoán đổi vướng víu” (entanglement swapping) đã cho thấy mối tương quan lượng tử theo thời gian, bằng cách trì hoãn việc đo lường một trong các hạt bị vướng víu được tạo ra đồng thời; nhưng Eli Megidish và cộng sự của ông là người đầu tiên trình diễn sự vướng víu giữa các photon không được tạo ra đồng thời.

Elise Crull, giảng viên khoa học lịch sử và triết học tại Đại học Thành phố New York, giải thích:

“Các thí nghiệm trước đây liên quan đến một kỹ thuật gọi là “hoán đổi vướng víu” đã cho thấy mối tương quan lượng tử theo thời gian, bằng cách trì hoãn phép đo của một trong những hạt bị vướng víu được tạo ra đồng thời; nhưng Eli Megidish và cộng sự của ông là người đầu tiên thể hiện sự vướng víu giữa các photon mà khoảng thời gian sống của chúng không lấn sang nhau (overlap).”

>> Khám phá quan trọng nhất của thời đại: Khống chế năng lượng “miễn phí” từ thinh không

Dữ liệu cho thấy sự tồn tại của mối tương quan lượng tử giữa các photon “phi định xứ tạm thời” (temporally nonlocal), có nghĩa là sự vướng víu có thể xảy ra trên hai hệ lượng tử chưa bao giờ đồng thời tồn tại (cả về thời gian lẫn không gian).

Megidish và các đồng nghiệp lấy một thí dụ dễ hiểu hơn để giải thích cho kết quả thí nghiệm được gọi là “kỳ quái” của mình:

“Điều này có nghĩa là gì? Hiển nhiên, ai đó hẳn sẽ gặp rắc rối nếu nói rằng sự phân cực của ánh sáng của một ngôi sao trong quá khứ xa xôi – có tuổi lớn hơn hai lần tuổi đời của Trái đất – lại ảnh hưởng đến sự phân cực của ánh sáng ngôi sao đi vào kính viễn vọng nghiệp dư của bạn vào mùa đông này. Thậm chí kỳ lạ hơn: có thể nó nói lên rằng các phép đo được thực hiện bởi mắt của bạn khi một ánh sao đi vào kính viễn vọng của bạn vào mùa đông này, bằng cách nào đó quyết định sự phân cực của các photon hơn 9 tỷ năm tuổi.”

Phân cực photon đi vào kính viễn vọng của bạn có thể vướng víu lượng tử với photon của một ngôi sao cách đây 9 tỷ năm tuổi – minh họa (ảnh: collective evolution)

Thí nghiệm sự lựa chọn lượng tử bị trì hoãn (delayed choice quantum experiment) hay còn gọi là thí nghiệm bộ xóa lượng tử (quantum eraser experiment) là một thí nghiệm khác cũng đã được chứng minh và lặp lại. Ví dụ, các nhà vật lý tại Đại học Quốc gia Úc (ANU) đã thực hiện thí nghiệm tưởng tượng của John Wheeler về sự lựa chọn bị trì hoãn, những kết quả gần đây đã được công bố trên tạp chí Nature Physics. Nó cho thấy rằng những gì xảy ra trong quá khứ có thể ảnh hưởng đến tương lai và ngược lại. [3]

Năm 2007, các nhà khoa học ở Pháp đã bắn các photon vào một thiết bị và cho thấy hành động của họ có thể hồi sinh điều đã xảy ra. (Tạp chí Sciene – Khoa học, số 315, 966, 2007)

“Nếu chúng ta cố gắng gán một ý nghĩa khách quan cho trạng thái lượng tử của một hệ thống đơn lẻ, các nghịch lý kỳ lạ sẽ xuất hiện: các hiệu ứng lượng tử bắt chước không chỉ hành động ở một khoảng cách một cách tức thì, mà ta còn thấy, ảnh hưởng của các hành động trong tương lai đối với các sự kiện quá khứ, ngay cả sau khi những sự kiện này đã được ghi lại một cách không thể thu hồi.” – Asher Peres, người tiên phong trong lý thuyết thông tin lượng tử. [4] [5]

Những gì được quan sát thấy ở quy mô lượng tử được cho là không xảy ra ở quy mô cơ học cổ điển. Ví dụ, có thể xảy ra hiện tượng dịch chuyển từ lượng tử (teleportation) một hạt vật chất cực nhỏ có từ vị trí này sang vị trí khác, nhưng điều đó không xảy ra với một cơ thể hoặc một vật thể vật lý đầy đủ. Hay điều đó có thể xảy ra, chỉ là chưa hiểu rõ mối liên hệ giữa quy mô lượng tử và quy mô vật lý cổ điển? Ngày nào đó mà nhân loại tìm ra được câu trả lời, chúng ta sẽ có thể tạo ra các cỗ máy với khả lực thay đổi không gian và thời gian, ví như mang đến khả năng dịch chuyển tức thời… Còn trong hiện tại, những công nghệ này chỉ mới xuất hiện trong thuyết âm mưu nói về các nghiên cứu công nghệ UFO mà thôi.

Theo collective-evolution.com
Thiện Tâm tổng hợp

[1] Sarah Kaplan, washingtonpost.com, June 15, 2017 Quantum entanglement, science’s ‘spookiest’ phenomenon, achieved in space

[2] Entanglement Swapping between Photons that have Never Coexisted, E. Megidish, A. Halevy, T. Shacham, T. Dvir, L. Dovrat, and H. S. Eisenberg, Phys. Rev. Lett. 110, 210403 – Published 22 May 2013

[3] Wheeler’s delayed-choice gedanken experiment with a single atom, A. G. Manning, R. I. Khakimov, R. G. Dall & A. G. Truscott, Nature Physics volume11, pages 539–542 (2015)

[4] Experimental delayed-choice entanglement swapping, Xiao-song Ma, Stefan Zotter, Johannes Kofler, Rupert Ursin, Thomas Jennewein, Časlav Brukner & Anton Zeilinger Nature Physics volume8, pages479–484 (2012)

[5] Delayed choice for entanglement swapping ASHER PERES Department of Physics, Technion—Israel Institute of Technology, 32 000 Haifa, Israel