Thí nghiệm chỉ ra rằng "Thế giới thực này không tồn tại cho tới khi chúng ta chứng minh được nó"

Các nhà khoa học Australia đã tái hiện một thí nghiệm nổi tiếng và chứng nhận những suy luận khá kỳ quái của ngành vật lý lượng tử về bản chất của hiện thực, bằng việc chứng minh rằng thực tế thì hiện thực không tồn tại cho đến khi chúng ta đo được nó.

Cấu trúc cơ bản của nguyên tử Helium

Những điều vừa rồi nghe có vẻ hơi hóc búa, nhưng về cơ bản thì thí nghiệm trên đã đặt ra được một câu hỏi: nếu bạn có một vật thể mà có thể tồn tại cả dưới dạng phân tử lẫn dạng sóng, thì ở thời điểm nào vật chất đó sẽ 'quyết định' điều này?

Logic thông thường sẽ cho rằng vật thể đó về bản chất sẽ chỉ có thể là sóng hoặc là phân tử, và những tính toán đo đạc của chúng ta không hề liên quan gì đến câu trả lời đó. Tuy nhiên, lý thuyết lượng tử lại tiên đoán rằng kết quả thu về sẽ lại tùy thuộc vào cái cách mà vật thể đó được kiểm định ở cuối hành trình của nó. Và đó chính xác là những gì mà một nhóm nghiên cứu thuộc trường đại học Quốc Gia Australia đã tìm thấy.

“Thí nghiệm đã cho thấy việc đo đạc sẽ quyết định tất cả. Về mặt lượng tử mà nói, thì hiện thực không tồn tại nếu như anh không trực tiếp nhìn vào nó,” trưởng đội nghiên cứu và đồng thời là nhà vật lý học, Andrew Truscott, đã cho hay trong một buổi họp báo.

Được biết đến là thí nghiệm về sự quyết định bị trì hoãn của John Wheeler (delayed-choice experiment), thí nghiệm này đã được đề xuất vào năm 1978 bằng cách sử dụng tia sáng phản chiếu qua gương, tuy nhiên tại thời điểm đó thì công nghệ cần thiết để thực hiện thí nghiệm trên là gần như không có. Nhưng cuối cùng, sau 40 năm, thì nhóm nghiên cứu Australia này đã tìm ra cách để tái hiện thí nghiệm này với nguyên tử helium, được phân rã bằng ánh sáng laser.

“Những suy đoán trong vật lý lượng tử về sự can thiệp nghe đã có vẻ kỳ cục và không hợp lý khi áp dụng lên ánh sáng. Nhưng để thực hiện thí nghiệm với nguyên tử, những thứ có khối lượng vô cùng phức tạp mà có thể tương tác với các điện trường, thì lại còn kỳ cục hơn thế nữa.” Roman Khakimov, một sinh viên PhD đã tham gia vào thí nghiệm, đã nêu.

Để tái hiện thí nghiệm thành công, nhóm nghiên cứu đã khóa chặt một cơ số những nguyên tử helium dưới một dạng còn được gọi là 'ngưng kết Bose-Einstein', sau đó trục xuất chúng cho đến khi chỉ còn lại một nguyên tử duy nhất.

Nguyên tử này sau đó sẽ được thả qua một chùm các tia laser được xếp dưới dạng một song sắt, hoạt động như một ngã tư nhằm phân tách hướng chuyển động của nguyên tử. Giống như một song sắt cứng sẽ phân tách ánh sáng.

Sau đó nhóm nghiên cứu sẽ ngẫu nhiên đưa thêm vào một song sắt thứ hai nhằm hợp nhất các hướng chuyển động, nhưng chỉ sau khi nguyên tử đó đã vượt qua song sắt nhứ nhất.

Khi song sắt thứ hai được thêm vào, nó sẽ dẫn đến sự can thiệp mang tính xây dựng hoặc mang tính phá hoại, cũng là những thứ mà người ta dự kiến sẽ xảy ra nếu nguyên tử đã đi qua cả hai đường chuyển động, như thể một sóng. Nhưng khi song sắt thứ hai không được cho vào, thì các nhà nghiên cứu không nhận thấy sự can thiệp nào cả. Cứ như thể nguyên tử chỉ chọn duy nhất một hướng chuyển động.

Việc song sắt thứ hai chỉ được thêm vào sau khi nguyên tử đã vượt qua ngã tư thứ nhất đã gợi ý rằng nguyên tử tại thời điểm đó chưa “đưa ra quyết định” về bản chất của nó trước khi được kiểm định lần thứ hai.

Thí nghiệm về sự quyết định bị trì hoãn của John Wheeler

Do đó, nếu bạn cho rằng nguyên tử đã đi theo một hay nhiều hướng sau khi vượt qua ngã tư đầu tiên, thì điều này có nghĩa rằng một sự đo đạc trong tương lai đang ảnh hưởng lên đường chuyển động của nguyên tử đó, Truscott giải thích. “Các nguyên tử không di chuyển từ A đến B. Chỉ cho đến khi chúng được đo đạc và thẩm định ở đoạn cuối hành trình mà các biểu hiện phân hay các biểu hiện sóng của chúng mới được sinh ra.”

Mặc dù điều này nghe vô cùng kỳ quặc và khó tin, nhưng đó lại là một xác nhận cho lý thuyết lượng tử, thứ đã và đang cai quản thế giới vi mô. Với lý thuyết này, chúng ta đã phát triển nên đèn LED, laser và chip máy tính. Cho đến tận thời điểm này, việc minh chứng rằng lý thuyết này có lý với một sự thể hiện vô cùng rõ ràng và đầy đủ như thế này là điều vô cùng khó.

Tham khảo ScienceAlert