Shutterstock

Hãy tưởng tượng mở tờ báo cuối tuần và xem qua các trang câu đố cho Sudoku. Bạn dành cả buổi sáng để giải câu đố logic này, chỉ để nhận ra rằng không có cách nào nhất quán để hoàn thành nó.

Bạn nghĩ: “Chắc tôi đã mắc sai lầm. Vì vậy, bạn thử lại, lần này bắt đầu từ góc bạn không thể hoàn thành và làm việc theo cách khác. Nhưng điều tương tự lại xảy ra. Bạn đang tìm đến vài ô vuông cuối cùng và thấy không có giải pháp nào phù hợp.

Việc tìm ra bản chất cơ bản của thực tế theo cơ học lượng tử giống như một trò Sudoku bất khả thi. Bất kể chúng ta bắt đầu từ đâu với lý thuyết lượng tử, chúng ta luôn kết thúc với một câu hỏi hóc búa buộc chúng ta phải suy nghĩ lại về cách thức hoạt động cơ bản của thế giới. (Đây là điều làm cho cơ học lượng tử trở nên thú vị.)

Để tôi đưa bạn đi tham quan ngắn gọn, qua con mắt của một triết gia, về thế giới theo cơ học lượng tử.

1. Hành động ma quái ở khoảng cách xa

Theo những gì chúng ta biết, tốc độ ánh sáng (khoảng 300 triệu mét / giây) là giới hạn tốc độ cuối cùng của vũ trụ. Albert Einstein nổi tiếng chế giễu viễn cảnh các hệ thống vật lý ảnh hưởng lẫn nhau nhanh hơn cả một tín hiệu ánh sáng có thể truyền đi giữa chúng.

Trở lại những năm 1940, Einstein gọi đây là “hành động ma quái ở một khoảng cách xa”. Khi cơ học lượng tử trước đó xuất hiện để dự đoán những điều ma quái như vậy, ông cho rằng lý thuyết này vẫn chưa được hoàn thiện, và một số lý thuyết tốt hơn sẽ kể câu chuyện có thật.

Chúng tôi biết ngày nay rất khó có lý thuyết nào tốt hơn như vậy. Và nếu chúng ta nghĩ rằng thế giới được tạo thành từ những phần “thứ” độc lập, được xác định rõ ràng, thì thế giới của chúng ta phải là một nơi cho phép những hành động ma quái ở một khoảng cách xa giữa những thứ này.

2. Buông lỏng sự bám chặt của chúng ta vào thực tế

"Điều gì sẽ xảy ra nếu thế giới không được tạo nên từ những 'thứ' độc lập, được xác định rõ ràng?" Tôi nghe bạn nói. "Vậy chúng ta có thể tránh được hành động ma quái này không?"

Có, chúng tôi có thể. Và nhiều người trong cộng đồng vật lý lượng tử cũng nghĩ như vậy. Nhưng đây không phải là điều an ủi đối với Einstein.

Einstein đã có một cuộc tranh luận kéo dài với người bạn Niels Bohr, một nhà vật lý người Đan Mạch, về chính câu hỏi này. Bohr lập luận rằng chúng ta thực sự nên từ bỏ ý tưởng về những thứ của thế giới được xác định rõ ràng, vì vậy chúng ta có thể tránh những hành động ma quái ở một khoảng cách xa. Theo quan điểm của Bohr, thế giới không có các thuộc tính nhất định trừ khi chúng ta đang nhìn vào nó. Khi chúng ta không nhìn, Bohr nghĩ, thế giới như chúng ta biết không thực sự ở đó.

Nhưng Einstein khẳng định thế giới phải được tạo ra từ một cái gì đó cho dù chúng ta có nhìn vào nó hay không, nếu không thì chúng ta không thể nói với nhau về thế giới, và khoa học cũng vậy. Nhưng Einstein không thể có cả một thế giới được xác định rõ ràng, độc lập và không có hành động ma quái ở khoảng cách xa… hay ông có thể?

3. Quay lại tương lai

Cuộc tranh luận Bohr-Einstein rất quen thuộc trong lịch sử cơ học lượng tử. Ít quen thuộc hơn là góc sương mù của câu đố logic lượng tử này, nơi chúng ta có thể giải cứu cả một thế giới được xác định rõ ràng, độc lập và không có hành động ma quái nào. Nhưng chúng ta sẽ cần phải trở nên kỳ lạ theo những cách khác.

Nếu thực hiện một thí nghiệm để đo lường một hệ thống lượng tử trong phòng thí nghiệm bằng cách nào đó có thể ảnh hưởng đến hệ thống đó như thế nào trước đo lường, sau đó Einstein cũng có thể lấy chiếc bánh của mình và ăn nó. Giả thuyết này được gọi là “hồi tố”, Bởi vì hiệu quả của việc thực hiện thử nghiệm sẽ phải di chuyển ngược thời gian.

Nếu bạn nghĩ điều này là lạ, bạn không đơn độc. Đây không phải là một quan điểm rất phổ biến trong cộng đồng vật lý lượng tử, nhưng nó có những người ủng hộ. Nếu bạn đang phải đối mặt với việc phải chấp nhận những pha hành động ma quái ở một khoảng cách xa, hoặc không có thế giới mà chúng ta biết khi chúng ta không nhìn, thì xét cho cùng thì sự hồi sinh dường như không phải là một lựa chọn kỳ lạ như vậy.

4. Không có góc nhìn từ Olympus

Hãy tưởng tượng Zeus ngồi trên đỉnh Olympus, khảo sát thế giới. Hãy tưởng tượng anh ta có thể nhìn thấy mọi thứ đã và sẽ xảy ra, ở mọi nơi và mọi lúc. Gọi đây là "cái nhìn của Chúa" về thế giới. Lẽ tự nhiên khi nghĩ rằng thế giới phải có một cách nào đó, ngay cả khi nó chỉ có thể được biết đến bởi một vị thần toàn giác.

Nghiên cứu gần đây trong cơ học lượng tử cho thấy một cái nhìn bằng mắt của Chúa về thế giới là không thể, ngay cả về nguyên tắc. Trong một số kịch bản lượng tử kỳ lạ nhất định, các nhà khoa học khác nhau có thể xem xét cẩn thận các hệ thống trong phòng thí nghiệm của họ và ghi lại kỹ lưỡng những gì họ nhìn thấy - nhưng họ sẽ không đồng ý về những gì đã xảy ra khi họ đến so sánh các ghi chú. Và cũng có thể không có sự thật tuyệt đối nào về vấn đề ai đúng - ngay cả Zeus cũng không thể biết!

Vì vậy, lần tới khi bạn gặp phải một Sudoku bất khả thi, hãy yên tâm rằng bạn đang ở trong tình trạng tốt. Toàn bộ cộng đồng vật lý lượng tử, và có lẽ ngay cả chính Zeus, biết chính xác cảm giác của bạn.

Lưu ý

Peter Evans, Thành viên Nghiên cứu Sự nghiệp Ban đầu của ARC Discovery, Đại học Queensland

Bài viết này được tái bản từ Conversation theo giấy phép Creative Commons. Đọc ban đầu bài viết.

sách_science