Vật lý lượng tử : tạo ra 2000 nguyên tử "ở 2 nơi cùng một lúc"
Như đã biết, mọi vật chất trong cuộc sống của chúng ta đều cấu tạo từ các nguyên tử (nhỏ hơn nữa là các quark). Và trong thời học sinh các bạn cũng đã đều được học đầy đủ các định luật vật lý về thế giới vĩ mô của chúng ta, đủ để hiểu rằng : một vật chất không thể chiếm 2 điểm CÙNG LÚC trong không gian. Nếu tôi có một chiếc cốc, chắn chắn nó chỉ có thể ở trên bàn hoặc dưới bếp, không thể nào nó có thể ở 2 nơi cùng một lúc.
Nhưng mới đây vào tháng 10 năm ngoái, các nhà khoa học đã tiến hành một thí nghiệm cực kỳ kinh ngạc, họ đã tạo ra 1 phân tử được cấu tạo từ 2000 nguyên tử và cho chúng tồn tại ở 2 vị trí trong không gian cùng một lúc.
1/ Thí nghiệm hai khe.
Được thực hiện lần đầu bởi Thomas Young vào khoảng năm 1805, thí nghiệm hai khe đã chứng minh được ánh sáng vừa mang tính chất hạt, vừa mang tính chất sóng cùng một lúc.
Sơ đồ thí nghiệm như sau : Ta có một nguồn sáng đặt trước một tấm chắn có 2 khe hở, và một màn hình dò tìm đặt ở cuối cùng. Khi nguồn sáng được bật lên ta thấy ánh sáng đã tạo ra các vân giao thoa biểu hiện bằng nhiều vệt sáng dọc theo màn hình dò tìm.( hình minh họa của bài viết )
Điều này thật kì lạ, vì nếu ánh sáng tồn tại duy nhất ở dạng hạt thì màn hình dò tìm phía sau sẽ chỉ hiển thị 2 vệt sáng, tại sao lại xuất hiện nhiều hơn 2 vệt?
Sau khi nghiên cứu, các nhà khoa học đã phát hiện ra rằng, hóa ra ánh sáng còn tồn tại cả tính chất sóng, chính vì vậy màn hình dò tìm mới xuất hiện các vân giao thoa.
Nhưng vấn đề ở kì lạ ở đây, nếu một photon ánh sáng tồn tại ở dạng sóng, thì tức là nó có thể chiếm nhiều điểm trong không gian cùng một lúc. Đây là một đặc tính cơ bản của Sóng. Nếu áp dụng vào thí nghiệm 2 khe, khi bắn một hạt photon duy nhất, 1 mình nó đã đi qua 2 khe cùng lúc và tự giao thoa với chính mình. Làm sao có thể như vậy được ?
Xem link sau nếu chưa hiểu thí nghiệm :
Thực ra cho đến nay chưa có 1 câu trả lời thích đáng để giải mã lưỡng tính sóng - hạt của ánh sáng, tại sao ánh sáng có thể vừa là sóng - vừa là hạt cùng một lúc. Nhưng có một giả thuyết tưởng chừng như viễn tưởng lại được cộng đồng vật lý chấp nhận rộng rãi : Tồn tại 1 vũ trụ song song với chúng ta, nếu ở vũ trụ của chúng ta ánh sáng là hạt thì ở vũ trụ kia ánh sáng sẽ là sóng, hoặc ngược lại.
2/ Có phải chỉ ánh sáng mới tồn tại tính chất lưỡng tính sóng - hạt.
Không hề ! tính chất này tồn tại ở mọi vật chất, kể cả chiếc cốc đang ở trên bàn của tôi, hay một chiếc xe oto, một hành tinh, một ngôi sao và chắc chắn là cả chính bản thân tôi và bạn nữa.
Vậy tại sao chúng ta không ở 2 nơi cùng một lúc như ánh sáng?
Có 2 cách giải thích cho điều này, nhưng tôi sẽ nêu 1 cách dễ hiểu nhất :
Nếu một vật chất chuyển động giống như một hạt với động lượng p thì sự di chuyển của nó cũng giống như sự lan truyền của một sóng với bước sóng λ là:
λ = h / p
Trong đó h là hằng số Planck.
Vì hằng số Planck có giá trị rất nhỏ, tính chất sóng của vật chất chỉ thể hiện rõ với các hạt có động lượng rất bé, cụ thể là các hạt cơ bản như điện tử, photon, phonon,... Các vật thể trong đời sống thường ngày có bước sóng quá nhỏ và hầu như không thể quan sát được tính chất sóng của chúng.
Tuy nhiên "không thể quan sát được" khác với "không tồn tại", vì vậy nếu tôi nói rằng chúng ta có thể ở 2 nơi cùng một lúc là hoàn toàn không hề phản khoa học.
3/ Thí nghiệm khiến 2000 nguyên tử tồn tại ở dạng sóng.
Trở lại với thí nghiệm 2 khe, vì biết rằng tính chất lưỡng tính sóng hạt tồn tại ở mọi vật chất, nên các nhà khoa học thử tìm một vật có kích thước lớn hơn photon ánh sáng để kiểm chứng.
Họ đã chế tạo một cỗ máy có thể bắn ra một phân tử được cấu tạo từ 2000 nguyên tử, đi qua 2 khe hẹp tương tự như thí nghiệm của Thomas Young.
Và điều kì diệu đã xảy ra, khi máy được bật lên, màn hình dò phía sau 2 khe đã xuất hiện các vân giao thoa. Chứng tỏ rằng phân tử "siêu to khổng lồ" kia đã cùng lúc đi qua 2 khe ở dạng sóng. Tức là nó đã ở "2 nơi cùng một lúc".
4/ Vậy có thể áp dụng thí nghiệm cho con người được không?
Nghe chừng thí nghiệm khá đơn giản, nhưng không phải vậy, thí nghiệm này phải được đặt trong một môi trường chân không, các nhà khoa học cũng phải tính toán đến lực hấp dẫn tác động nên 2000 nguyên tử, thậm chí nếu không tính đến vòng quay của Trái Đất thì kết quả cũng sẽ bị sai lệch ngay lập tức.
Vì vậy nếu ai đó muốn cống hiến cho khoa học và định thay thế mình cho 2000 nguyên tử thì cần phải tìm cách sống sót trong môi trường chân không trước đã - hoặc chúng ta nên đi tìm con mèo đen đủi của nhà vật lý Schorodinger.
Bài viết dựa theo nghiên cứu được công bố tại :
Nguồn : Trường Vũ
