Cơ học lượng tử có thể áp dụng cho các đối tượng vĩ mô hay không?
Nhiều nhà vật lý cho rằng Cơ học lượng tử không phải chỉ áp dụng được cho những đối tượng vi mô, mà còn có thể áp dụng cho các đối tượng ở mọi kích thước: chim chóc, cây cối, và có thể cho cả con người.
Tức là con người cũng có thể chịu các hiệu ứng lượng tử, thậm chí có thể di chuyển giữa các thế giới song song - nếu nó thực sự có tồn tại.
Đây là những điểm mới lạ, thú vị phát hiện nhờ những thí nghiệm tiến hành trong thập kỷ vừa qua [1].
1/ Các đối tượng giới hạn của cơ học lượng tử :
Chúng ta đều biết rằng, chỉ có các hạt nguyên tử, hạ nguyên tử mới chịu các hiệu ứng lượng tử, nguyên nhân là do kích thước của chúng rất bé. Tuy nhiên trong nhiều năm qua các nhà vật lý thấy rằng có thể quan sát được các hiệu ứng cơ học lượng tử trong nhiều hệ thống vĩ mô, tức là sự khác biệt trong việc ứng dụng cơ học lượng tử không phải là do kích thước [2]
Đó là hiện tượng liên đới lượng tử (quantum entanglement) xuất hiện ở những vật thể vĩ mô.
2/ Liên đới lượng tử là gì ?
Vướng lượng tử hay rối lượng tử, liên đới lượng tử là một hiệu ứng trong cơ học lượng tử, trong đó trạng thái lượng tử của hai hay nhiều vật thể có liên hệ với nhau, dù chúng cách xa tới mức nào, thậm chí là tới khoảng cách lên tới cả nhiều năm ánh sáng.
Tính chất lạ lùng của cặp hạt liên đới lượng tử
Cặp hạt liên đới lượng tử có một tính chất lạ lùng phát hiện bởi Einstein trong những năm 30 của thế kỷ trước : hai thực thể liên đới lượng tử dường như được nối liền với nhau bởi một sợi dây vô hình, bí ẩn, dù tách chúng xa nhau đến khoảng cách nào, giá trị đo được của hạt này lại phụ thuộc vào giá trị đo được của hạt kia , cho dù rằng chúng được tách rời nhau đến vô cực !
4/ Thí nghiệm chứng tỏ liên đới lượng tử cũng xảy ra ở thế giới vĩ mô.
Liên đới vĩ mô (macroscopic entanglement)
Gabriel Aeppli (Đại học College London) và cộng sự đã thực nghiệm một thí nghiệm, họ đặt một thỏi muối lithium fluoride trong một từ trường ngoài, tại nhiệt độ rất thấp – một vài millikelvin. Và phát hiện ra rằng, hiệu ứng liên đới lượng tử cũng xảy ra ở các vật chất vĩ mô.
Hình 2. Liên đới vĩ mô (macroscopic entanglement )trong muối lượng tử.
Sau đó, Alexandre Martins de Souza ( Trung tâm nghiên cứu vật lý Brazil, Rio de Janeiro) và cộng sự cũng đã phát hiện hiên tượng liên đới vĩ mô trong các vật liệu như carboxylate đồng ở nhiệt độ phòng hoặc ở nhiệt độ cao hơn.
Nếu chất rắn có thể liên đới khi chúng có kích thước lớn và có nhiệt độ thì người ta sẽ tự hỏi ngay liệu điều đó có thể xảy ra cho những cơ thể có kích thước lớn và có sự sống hay không?
Những con chim két cổ đỏ
Hình 3 .Chim két cổ đỏ di cư trong từ trường
Những con chim két cổ đỏ (robin) hằng năm di cư từ vùng Scandinavia dến những vùng ấm áp của Phi châu ở vùng xích đạo và di cư ngược lại khi miền bắc trở lại ấm áp trong mùa xuân. Chúng bay như vậy một quãng đường dài 13.000 km một cách dễ dàng. Người ta muốn tìm hiểu cơ chế định hướng kiểu la bàn của chúng.
Năm 1970 Wolfgang và Roswitha Wiltschko, Đại học Frankfurt, Đức làm thí nghiệm với chim robin bằng cách đặt chúng vào một từ trường nhân tạo
Và thấy rằng chúng không phân biệt được Nam và Bắc song chúng lại phân biệt được độ nghiêng ( inclination) của từ trường quả đất.
Một điều lý thú là những con robin mù thì không có bất kỳ một phản ứng gì với từ trường, điều này có nghĩa là từ trường chỉ nhạy đối với con mắt của chúng. Năm 2000 Thorsten Ritz, Đại học Nam Florida đưa ra giả thuyết chính hiện tượng liên đới là chìa khóa của vấn đề.
Dựa trên các công trình trước của Klaus Schulten, Đại học Illinois, Thorsten Ritz đưa ra giả thuyết rằng trong mắt chim robin có một loại phân tử với hai electron làm thành một cặp liên đới lượng tử. Đây là lời giải thích hợp lý nhất cho đến nay mà khoa học chưa thể bác bỏ.
Hiện tượng liên đới trong quang hợp
Hiện nay vật lý cổ điển không thể giải thích được hiệu quả gần lý tưởng của quá trình quang hợp, mà chỉ có cơ học lượng tử mới làm được . Trong thế giới lượng tử hạt chuyển động theo nhiều quỹ đạo đồng thời. Trường điện từ trong cây cối có thể làm cho một số quỹ đạo bị triệt tiêu và một số quỹ đạo khác được cộng hưởng với nhau (liên đới) làm cho nhiều electron có thể tăng khả năng quy tập về một trung tâm phản ứng hóa học cần thiết. Các kết quả này có thể dẫn đến một môn học quan trọng –sinh học lượng tử (quan tum biology).
Nguồn : Bài viết trên sử dụng nội dung từ tài liệu của Giáo sư Cao Chi, đã chỉnh sửa, lược thuật đôi chút để phù hợp với các đối tượng đại chúng.
____________________
Ngoài ra còn có thí nghiệm : vi khuẩn cũng có thể liên đới lượng tử với ánh sáng :
Và thí nghiệm mới nhất năm 2019 chứng minh chồng chập lượng tử có thể tồn tại ở các vật chất lớn hơn nguyên tử.
Hãy đọc về thí nghiệm : tạo ra 2000 nguyên tử ở 2 nơi cùng lúc.
5/ Kết luận
Nếu thế giới vĩ mô cũng có thể chịu các hiệu ứng của cơ học lượng tử thì câu hỏi lớn của vật lý đương đại sẽ dần được giải đáp, khi thống nhất được cơ học lượng tử với thuyết tương đối.
Ngoài ra cách suy nghĩ mới này cũng khiến các nhà khoa học lật lại các vấn đề bí ẩn của tự nhiên còn đang dang dở, như tìm hiểu xem ý thức có phải là một hệ lượng tử hay không? hay giải mã các hiện tượng siêu nhiên như linh hồn, thần giao cách cảm, tiên tri dị thường....
Đã đến lúc chúng ta phải vén màn bí ẩn về chúng và thôi chỉ trích những người tin rằng chúng có tồn tại. Vì bản chất của các hiệu ứng lượng tử còn ma quái hơn chúng rất nhiều.
Tài liệu tham khảo:
[1] Vlatko Vedral,Living in a quantum world, Scientific American,số tháng 6/2011 .
[2] Luigi Amico, Rosario Fazio, Andreas Osterloh and
Vlatko Vedral, Entanglement in Many-Body Systems, Reviews of Modern Physics, Vol. 80, No. 2, pages 517–576; May 6, 2008.
