Có thể mặt trăng sẽ không tồn tại khi tất cả nhân loại không còn ai tồn tại để nhìn lên nó.
"Sai lầm" của Einstein đã giúp hoàn thiện cơ học lượng tử như thế nào?
Như chúng ta biết cơ học cổ điển chỉ ứng dụng được đối với thế giới vĩ mô. Đối với thế giới vi mô (thế giới các hạt cơ bản) phải ứng dụng cơ học lượng tử.
Từ năm 1920 cơ học lượng tử đã mô tả thế giới vi mô với độ chính xác cao. Song nhà vật lý vĩ đại của mọi thời đại là Einstein đã không thừa nhận cơ học lượng tử.
Liệu lần này Einstein có đúng hay không?
Thật tiếc, những thí nghiệm trong năm 2007 chứng tỏ rằng Einstein đã sai lầm. Các thí nghiệm này cho chúng ta biết rằng: các tính chất của các hạt "không tồn tại" trước khi các tính chất đó được quan sát bởi một thiết bị đo đạc.
Tức là lịch sử hay quá khứ của chúng là vô định và chỉ là những phổ xác suất.
Hãy đọc bài dưới đây nếu bạn chưa hiểu tính chất này:
Cơ học lượng tử đòi hỏi một thay đổi triệt để về quan niệm vũ trụ khách quan vì vậy một dạng thức mới của Cơ học lượng tử gọi là “Cơ học lượng tử tương quan“ (Relational Quantum Mechanics) đã ra đời, với hy vọng làm sáng tỏ vấn đề này.
1/Nghịch lý EPR của Einstein, Podolsky và Rosen
Từ năm 1927 Einstein đã cho rằng Cơ học lượng tử là không hoàn chỉnh. Einstein nghĩ rằng vật lý học phải mô tả thiên nhiên đúng như thật sự của nó. Trong cuộc trò chuyện giữa Einstein với Abraham Pais, Einstein đặt ra câu hỏi thách thức: “Mặt trăng có còn đó hay không nếu chẳng ai nhìn nó?“ với hàm ý nghi ngờ cơ học lượng tử.
Vì giả sử mặt trăng tuân theo các quy tắc của lượng tử thì khi không có ai quan sát nó sẽ có thể vô định và không tồn tại.
Sự chống đối lên đến đỉnh cao khi Einstein cùng Podolsky và Rosen đưa ra cái gọi là nghịch lý EPR (lấy theo chữ đầu từ tên của ba người). Tên bài báo là: Liệu sự mô tả thực tại vật lý bằng cơ học lượng tử có thể xem là đầy đủ hay không?
Nghịch lý này là tâm điểm của một cuộc tranh luận nảy lửa giữa Einstein và Niels Bohr.
Niel Bohr (trái ) và Einstein đang tranh luận với nhau
Nội dung của nghịch lý có thể tóm tắt như sau:
Theo cơ học lượng tử người ta có thể chế tạo một cặp hạt liên đới (entangled) lượng tử ( vướng víu lượng tử, rối lượng tử )
Xét hai hạt liên đới lượng tử và tách chúng ra xa nhau. Khi đo tọa độ của hạt thứ nhất thì sẽ biết được tọa độ của hạt thứ hai, vì chúng liên đới lượng tử.
Song bây giờ lại đo vận tốc của hạt thứ hai ta lại có thể biết được vận tốc của hạt thứ nhất.
Như thế ta có thể đồng thời đo được tọa độ lẫn vận tốc của mỗi hạt.
Điều này trái ngược hoàn toàn với nguyên lý bất định Heisenberg?
Heisenberg đã đóng góp rất lớn cho cơ học lượng tử nhờ nguyên lý của mình.
Nguyên lý bất định cho 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."
Vậy EPR hay Nguyên Lý Bất Định đang có vấn đề?
2/Nghịch lý EPR có phải là một nghịch lý ?
Chắc hẳn các bạn đều đã biết về nghịch lý du hành thời gian mang tên:"nghịch lý ông nội"
Nếu bạn trở về quá khứ và ngăn ông gặp bà nội của bạn ! bạn sẽ không được sinh ra, và nếu không được sinh ra thì ai đang là người trở về quá khứ?
Tuy nhiên nghịch lý này chỉ xảy ra khi vũ trụ của chúng ta là duy nhất. Còn giả sử tồn tại đa vũ trụ thì sẽ chẳng có nghịch lý nào cả. Nếu sau khi trở về quá khứ bạn ngăn cản ông bạn gặp bà, thì vô tình bạn sẽ tạo ra một vũ trụ khác, nơi bạn sẽ không được sinh ra. Nhưng ở vũ trụ của bạn mọi thứ vẫn chẳng có gì thay đổi.
Có thể có vô hạn phiên bản của bạn ở vô hạn vũ trụ song song.
Nghịch lý EPR cũng vậy, nó phụ thuộc chủ chốt vào 2 lý luận:
1/Giả thuyết hiện thực (realism): hạt có một tính chất khách quan trước khi ta thực hiện phép đo tính chất đó. Tức là dù ta có hay không đo thì hạt vẫn có một nội tại và thể hiện tính chất của nó, chỉ là quan sát viên không thể biết được điều này mà thôi.
2/Giả thuyết định xứ (locality): phép đo trên hạt thứ nhất không ảnh hưởng đến kết quả phép đo trên hạt thứ hai, mặc dù chúng cách xa nhau.
Vậy nếu 1 trong 2 lý luận: hiện thực - định xứ này không chính xác thì nghịch lý EPR sẽ sụp đổ.
Vài tuần sau khi EPR công bố nghịch lý nói trên, Bohr đã trả lời. Trong bài trả lời, Bohr phủ nhận giả thuyết hiện thực (tuy rằng có một ít yếu tố mơ hồ trong bài trả lời, song Bohr đã đi đúng đường).
Niel Bohr là nhà vật lý học người Đan Mạch với những đóng góp trong nền tảng về lý thuyết cấu trúc nguyên tử và cơ học lượng tử sơ khai, nhờ đó mà ông nhận Giải Nobel Vật lý năm 1922.
Bohr cho rằng: thật vô nghĩa khi gán cho hạt một tính chất nào đó mà lại tách rời khỏi các điều kiện thực nghiệm cho phép đo được tính chất đó.
Tức là tính chất của các hạt phải phụ thuộc vào người quan sát và đo đạc chúng chứ không thể tồn tại một tính chất khách quan nào cả.
3/Bất đẳng thức Bell và Liên đới lượng tử.
Năm 1964 John Bell tìm ra bất đẳng thức gọi là bất đẳng thức Bell và những bất đẳng thức đó đã chứng minh được rằng: những giả thuyết hiện thực và định xứ trong EPR đều không phù hợp với cơ học lượng tử.
Tóm tắt bất đẳng thức Bell như sau:
Charlie chuẩn bị 2 hạt (không quan trọng là Charlie đã chuẩn bị như thế nào) và gửi cho Alice & Bob mỗi người một hạt. Alice & Bob mỗi người thực hiện hai phép đo. Và kết quả các phép đo sẽ xác định được trạng thái của hạt là +1 hoặc -1.
Gọi các trị số Alice thu được là A và B, còn Bob thu được là C và D.
Nếu thực hiện các phép tính theo tư duy hiện thực và định xứ như trong EPR thì một tổ hợp nhất định các giá trị trung bình của A, B, C, D phải nhỏ hơn hoặc bằng 2.
Tuy nhiên cơ học lượng tử lại cho ra một kết quả khác:
Giả sử 2 hạt Charlie chuẩn bị cho Alice và Bob liên đới lượng tử với nhau, thì kết quả thu được lại bằng 2 x căn(2) = 2,82843 cho tổ hợp đó.
Cuối cùng các dữ liệu thực nghiệm về liên đới lượng tử cho thấy rằng bất đẳng thức Bell không đúng còn các kết quả tính theo cơ học lượng tử là chính xác .
Bất đẳng thức Bell cũng như EPR đều phụ thuộc vào 2 giả thuyết hiện thực và định xứ:
- Quan điểm hiện thực (realism): Cho rằng A, B, C, D tồn tại độc lập với các phép đo.
- Quan điểm định xứ (locality) : Bell giả định rằng Alice khi tiến hành phép đo không ảnh hưởng gì đến kết quả các phép đo do Bob thực hiện.
Tuy nhiên khi các nhà khoa học khám phá ra hiện tượng liên đới lượng tử thì quan điểm định xứ đã không còn chính xác nữa, vì khi 2 hạt bị liên đới, nếu Alice đo hạt của mình thì hạt của Bob sẽ bị ảnh hưởng kết quả đo ngay lập tức bất chấp khoảng cách.
4/Bất đẳng thức Legget
Nhiều nhà vật lý cho rằng nên giữ lại quan điểm hiện thực (realism), mà từ bỏ quan điểm định xứ (locality).
Nhà vật lý đoạt giải Nobel 2003 Anthony Leggett đã tìm ra một hệ các bất đẳng thức (tương tự như bất đẳng thức Bell) đối với các phép đo các mối liên quan của hai hạt photon nói trên cho những lý thuyết không định xứ song vẫn dựa trên hiện thực luận.
Anthony Leggett
Tuy nhiên Thí nghiệm thực hiện năm 2007 của Anton Zeilinger (và nhiều người khác) đã như một gáo nước lạnh dội vào ý tưởng của Leggett.
Tức là dù hy sinh định xứ nhưng vẫn không thể cữu vãn được hiện thực luận. Cả hiện thực lẫn định xứ đều đã bị phủ định một cách không thể chối cãi.
Từ đó Cơ học lượng tử tương quan (Relational Quantum Mechanics) đã ra đời.
Thí nghiệm chứng minh hiện thực là chủ quan:
5/Kết luận:
Theo cơ học lượng tử tương quan thì các hạt không có một nội tại nào cả, tức là chúng không có hiện thực khách quan trước khi ta đo đạc nó.
Điều này gợi mở về một vũ trụ phản hiện thực (antirealism), một vũ trụ được hình thành bởi chính ý thức của chúng ta chứ không phải tự thân nó có thể tồn tại độc lập.
Có thể mặt trăng sẽ không tồn tại khi tất cả nhân loại không còn ai tồn tại để nhìn lên nó.
Bài viết này sử dụng nội dung từ tài liệu dưới đây, nhưng Trường Vũ đã lược thuật và bổ sung.
Tham gia nhóm trên Facebook cùng tôi để thảo luận về các chủ đề khoa học:
vật lý lượng tử
,einstein
,hiện thực chủ quan
,niel bohr
,nghịch lý epr
,khoa học
Đức Phật đã nói: "Vạn pháp duy tâm tạo". Đối tượng được quan sát tồn tại khi và chỉ khi có chủ thể quan sát. Việc chúng ta cùng thấy một thứ giống nhau như mặt trăng chẳng hạn, có thể giải thích theo đạo Phật là vì chúng ta "cộng nghiệp", nôm na là chúng ta giống nhau, liên đới với nhau và thấy, chịu, hưởng, làm những thứ giống nhau. Tuy nhiên em đặt nghi vấn liệu điều này chỉ áp dụng với thế giới lượng tử hay cả thế giới vĩ mô? Nếu áp dụng cả cho thế giới vĩ mô thì "không tồn tại" ở đây được hiểu là không tồn tại chỉ với mình thôi đúng không ạ?
Vũ Hoàng Nam
Đức Phật đã nói: "Vạn pháp duy tâm tạo". Đối tượng được quan sát tồn tại khi và chỉ khi có chủ thể quan sát. Việc chúng ta cùng thấy một thứ giống nhau như mặt trăng chẳng hạn, có thể giải thích theo đạo Phật là vì chúng ta "cộng nghiệp", nôm na là chúng ta giống nhau, liên đới với nhau và thấy, chịu, hưởng, làm những thứ giống nhau. Tuy nhiên em đặt nghi vấn liệu điều này chỉ áp dụng với thế giới lượng tử hay cả thế giới vĩ mô? Nếu áp dụng cả cho thế giới vĩ mô thì "không tồn tại" ở đây được hiểu là không tồn tại chỉ với mình thôi đúng không ạ?