Các nhà vật lý lượng tử nói rằng thực tại khách quan có thể không tồn tại

Bình luận Văn Thiện • 07:08, 14/07/22

Giúp NTDVN sửa lỗi

Thực tại có tồn tại hay nó được thành hình chỉ khi một người quan sát đo lường nó? Câu hỏi này tương tự như câu hỏi liệu một cái cây có phát ra âm thanh nếu nó rơi vào một khu rừng mà không có ai xung quanh nghe thấy nó? Và đây vẫn là một trong những câu hỏi kinh điển nhất trong lĩnh vực cơ học lượng tử, ngành khoa học chuyên nghiên cứu hành vi của các hạt hạ nguyên tử ở cấp độ vi mô.

Nếu việc một hạt có thể ở hai hoặc thậm chí “tất cả” các vị trí có thể xảy ra cùng một lúc như hiện tượng “chồng chất lượng tử”, thì theo một số chuyên gia, thực tại tồn tại bên ngoài nhận thức của chúng ta và bạn không thể làm gì để thay đổi nó.

Những chuyên gia khác thì khẳng định rằng, "thực tại lượng tử" có thể giống như đất sét, thứ mà bạn nhào nặn thành các hình dạng khác nhau bằng hành động của riêng mình.

Giờ đây, các nhà khoa học từ Đại học Liên bang ABC (UFABC) ở vùng đô thị São Paulo ở Brazil đang củng cố thêm ý tưởng thực tại có thể chỉ tồn tại “trong mắt người quan sát”.

Trong nghiên cứu mới được công bố trên tạp chí Communications Physics vào tháng 4, các nhà khoa học Brazil đã cố gắng xác minh “nguyên lý bổ sung” mà nhà vật lý nổi tiếng người Đan Mạch Niels Bohr đề xuất vào năm 1928.

Nguyên lý này nói rằng các vật thể có các cặp thuộc tính bổ sung nhất định mà không thể quan sát hoặc đo lường cùng một lúc, như năng lượng và thời gian, hoặc vị trí và động lượng. Lấy ví dụ, bất kể bạn thiết lập một thí nghiệm liên quan đến một cặp electron như thế nào, bạn không có cách nào để có thể nghiên cứu vị trí của cả hai cùng một lúc.

"Chúa không chơi xúc xắc"

Để hiểu được nguyên lý bổ sung này liên quan như thế nào với thực tại khách quan, chúng ta cần tìm về lịch sử vào khoảng một thế kỷ trước.

Vào năm 1927, một cuộc tranh luận nổi tiếng đã diễn ra tại Brussels giữa Bohr và nhà vật lý lý thuyết nổi tiếng Albert Einstein trong Hội nghị Solvay lần thứ năm (hội nghị quốc tế thường niên quan trọng nhất về vật lý và hóa học).

Bohr, Einstein
Các nhà vật lý Albert Einstein (phải) và Niels Bohr (trái) vào khoảng năm 1920. Cả hai đều nghiên cứu lý thuyết lượng tử. Einstein đã phát triển lý thuyết tương đối của mình từ năm 1900 đến năm 1916 và nhận giải Nobel Vật lý năm 1921. Bohr đã nghiên cứu về cấu trúc điện tử của nguyên tử, phát triển “nguyên lý tương ứng” (1916) và “nguyên lý bổ sung” (1927). Bohr được trao giải Nobel năm 1922. (Ảnh: Wikipedia)

Trước sự chứng kiến ​​của 77 nhà khoa học lỗi lạc khác, những người đã tập trung tại thủ đô nước Áo để thảo luận về lĩnh vực lý thuyết lượng tử còn non trẻ, Einstein khẳng định rằng các trạng thái lượng tử có thực tại riêng của chúng độc lập với cách một nhà khoa học tác động lên chúng. Trong khi đó, Bohr bảo vệ ý tưởng rằng các hệ lượng tử chỉ có thể có thực tại của riêng chúng sau khi nhà nghiên cứu thiết lập thí nghiệm.

Einstein khi ấy đã đưa ra câu nói nổi tiếng: “Chúa không chơi trò xúc xắc”.

Bohr lập luận: “Một hệ thống hoạt động như một sóng hay một hạt tùy thuộc vào ngữ cảnh, nhưng bạn không thể đoán trước nó sẽ hoạt động như thế nào”. Ông chỉ ra khái niệm lưỡng tính sóng-hạt, nói rằng vật chất có thể xuất hiện dưới dạng sóng trong một khoảnh khắc, và xuất hiện như một hạt trong một khoảnh khắc khác, giống như một ý tưởng mà nhà vật lý người Pháp Louis de Broglie đưa ra lần đầu tiên vào năm 1924.

"Nguyên lý bổ sung"

Không lâu sau khi kết thúc Hội nghị Solvay năm 1927, Bohr mới công khai nói rõ nguyên lý bổ sung của mình. Trong vài thập kỷ tiếp theo, khái niệm gây tranh cãi của Bohr đã được thử nghiệm và kiểm tra lại. Một trong những người đã thử nghiệm nguyên lý bổ sung là nhà vật lý lý thuyết người Mỹ John Archibald Wheeler.

Wheeler đã cố gắng dựng lại thí nghiệm khe kép năm 1801 của Thomas Young thành các tính chất của ánh sáng vào năm 1978. Thí nghiệm hai khe liên quan đến việc chiếu một ánh sáng vào một bức tường có hai khe song song. Khi ánh sáng đi qua mỗi khe, ở phía xa của dải phân cách, nó nhiễu xạ và chồng lên ánh sáng từ khe kia, giao thoa với nhau. Điều này có nghĩa là ánh sáng đang chuyển động theo sóng. Về cơ bản, ánh sáng có cả bản chất hạt và bản chất sóng, và hai bản chất này không thể tách rời.

Wheeler đã cho thiết bị của mình chuyển đổi giữa “thiết bị đo sóng” và “thiết bị đo hạt” sau khi ánh sáng đã đi qua hầu hết các thiết bị. Nói cách khác, ông đưa ra lựa chọn chậm trễ giữa việc ánh sáng đã truyền dưới dạng sóng hay hạt, và nhận thấy rằng ngay cả sau khi trì hoãn, nguyên lý bổ sung vẫn không bị vi phạm.

Tuy nhiên, các cuộc khảo sát gần đây hơn, cố gắng áp dụng nguyên lý chồng chất lượng tử trong thí nghiệm lựa chọn chậm trễ, đã chứng kiến ​​hai khả năng cùng tồn tại (giống như hai sóng trên bề mặt hồ có thể trùng nhau). Điều này gợi ý một hành vi lai giữa sóng và hạt trong cùng một thiết bị, mâu thuẫn với nguyên lý bổ sung.

Thí nghiệm thực tại lượng tử

Các nhà khoa học Brazil cũng quyết định thiết kế một thí nghiệm thực tại điều khiển lượng tử (quantum-controlled reality experiment).

Roberto M. Serra, người dẫn đầu thí nghiệm, nói với Popular Mechanics: “Chúng tôi đã sử dụng các kỹ thuật cộng hưởng từ hạt nhân tương tự như các kỹ thuật được sử dụng trong hình ảnh y tế”. Các hạt như proton, neutron và electron đều có spin hạt nhân, đây là một tính chất từ ​​tương tự như hướng của kim la bàn. “Chúng tôi đã điều khiển các spin hạt nhân này của các nguyên tử khác nhau trong một phân tử sử dụng một loại bức xạ điện từ. Trong thiết lập này, chúng tôi đã tạo ra một thiết bị giao thoa mới cho spin hạt nhân proton để khảo sát thực tại sóng và hạt của nó trong lĩnh vực lượng tử”.

Đồng tác giả của nghiên cứu, Pedro Ruas Dieguez, cho biết: “Sự sắp xếp mới này tạo ra chính xác số liệu thống kê được quan sát giống như các thí nghiệm lựa chọn chậm trễ lượng tử (quantum delayed-choice experiment) trước đây… Tuy nhiên, trong cấu hình mới, chúng tôi có thể kết nối kết quả của thí nghiệm với cách sóng và hạt hoạt động theo cách xác minh nguyên lý bổ sung của Bohr”.

Kết luận chính được rút ra từ nghiên cứu tháng 4/2022 là thực tại vật lý trong thế giới lượng tử được tạo ra từ các thực thể loại trừ lẫn nhau, tuy nhiên, không mâu thuẫn mà hoàn chỉnh lẫn nhau.

Theo các chuyên gia, đây là một kết quả hấp dẫn.

Stephen Holler, phó giáo sư vật lý tại Đại học Fordham, nói với Popular Mechanics: “Các nhà nghiên cứu Brazil đã phát minh ra một khung toán học và cấu hình thực nghiệm tương ứng cho phép kiểm tra lý thuyết lượng tử, đặc biệt là hiểu bản chất của tính bổ sung bằng cách nghiên cứu tính hiện thực vật lý của hệ thống”.

Ông nói thêm: “Có nhiều điều để tìm hiểu về lý thuyết này và các nhà nghiên cứu tiếp tục đạt được những bước tiến để hiểu ngay cả những nguyên tắc cơ bản, điều này đặc biệt quan trọng khi chúng ta bước sang thời đại mà các thiết bị lượng tử và máy tính đang bắt đầu phát triển mạnh mẽ”.

Các nhà nghiên cứu cũng đồng ý rằng, thực tại trong mắt người quan sát là một khía cạnh rất đặc biệt của thực tại vật lý trong miền lượng tử, và bản thân bí ẩn này không có dấu hiệu giảm bớt.

Văn Thiện

Bạn bình luận gì về tin này?



BÀI CHỌN LỌC

Các nhà vật lý lượng tử nói rằng thực tại khách quan có thể không tồn tại