Thí nghiệm lượng tử của Trung Quốc cho thấy ánh sáng tồn tại trong 37 chiều không gian: Liệu chúng ta có đang hiểu sai về vũ trụ?

Vật lý lượng tử luôn là một cơn ác mộng đối với trực giác con người, nhưng thí nghiệm mới nhất của các nhà khoa học tại Đại học Khoa học và Công nghệ Trung Quốc còn đẩy mọi thứ lên một cấp độ mới. Họ đã đo đạc một xung ánh sáng trong 37 chiều không gian khác nhau, một con số hoàn toàn xa lạ so với thế giới ba chiều mà chúng ta đang sống. Nếu điều này nghe có vẻ điên rồ, thì hãy chuẩn bị tinh thần – vì những gì họ phát hiện ra có thể khiến bạn nghi ngờ toàn bộ cách vũ trụ vận hành, trang ScienceAlert đưa tin.

Thế giới lượng tử không tuân theo quy luật nhân quả mà chúng ta biết

Trong thế giới bình thường, mọi thứ đều diễn ra theo nguyên tắc nhân quả – tức là, một sự kiện chỉ có thể xảy ra nếu có một nguyên nhân dẫn đến nó. Nếu bạn muốn biết có thư trong hộp thư hay không, bạn chỉ cần mở hộp ra xem. Nếu có một tấm thiệp sinh nhật từ dì Judy, điều đó có nghĩa là ai đó – có lẽ là nhân viên bưu điện – đã đặt nó vào đó trước đó. Mọi thứ đều có trình tự rõ ràng và logic.

Nhưng vật lý lượng tử không hoạt động như vậy. Trước khi bạn mở hộp thư, vũ trụ chưa thực sự quyết định xem có lá thư bên trong hay không. Điều này có nghĩa là trước khi quan sát, bức thư vừa có, vừa không có, tồn tại trong một trạng thái chồng chập. Và khi bạn mở hộp thư, thực tại mới "chốt" một trong hai kết quả.

Hãy tưởng tượng bạn đang chơi một trò chơi may rủi với xúc xắc. Trong thế giới bình thường, bạn tung xúc xắc và khi nó rơi xuống bàn, bạn sẽ biết kết quả. Nhưng trong cơ học lượng tử, xúc xắc không có một kết quả cố định nào trước khi bạn nhìn vào nó – nó tồn tại trong tất cả các mặt cùng một lúc, và chỉ khi bạn quan sát, một mặt cụ thể mới "được chọn".

Nghịch lý GHZ: Khi sự kiện xảy ra mà không có nguyên nhân rõ ràng

Thí nghiệm mới này kiểm tra một nghịch lý kỳ lạ trong cơ học lượng tử, gọi là nghịch lý Greenberger-Horne-Zeilinger (GHZ). Nếu áp dụng vào ví dụ hộp thư, thì kết quả thí nghiệm này giống như việc tấm thiệp sinh nhật của dì Judy tự nhiên xuất hiện trong hộp thư của bạn mà không cần ai gửi cả.

Nhóm nghiên cứu đã sử dụng một hệ thống xử lý quang học tiên tiến, thay thế bức thư bằng dòng photon và hệ thống đo nhiễu quang học đóng vai trò như bưu điện. Họ tạo ra ba trạng thái lượng tử, mỗi trạng thái tương tự như ba hộp thư khác nhau. Và kết quả thu được phá vỡ hoàn toàn mọi hiểu biết về nhân quả – các photon xuất hiện ở nơi đáng lẽ chúng không thể xuất hiện, mà không có bất kỳ cơ chế truyền tín hiệu nào như trong thế giới bình thường.

Vậy 37 chiều không gian xuất hiện từ đâu?

Phần này có thể khiến nhiều người cảm thấy hoang mang, nhưng hãy tưởng tượng như sau: Bạn đang chơi một trò chơi ô chữ, nhưng thay vì có hai hướng ngang và dọc, giờ đây bạn có thêm một loạt hướng khác mà bạn không thể nhìn thấy. Điều đó có nghĩa là mỗi ô chữ không chỉ có hai cách để kết nối với các ô khác mà có thể có hàng chục cách.

Trong thí nghiệm này, nhóm nghiên cứu nhận ra rằng ba trạng thái lượng tử này có thể tương tác với nhau theo cách không thể giải thích bằng không gian ba chiều mà chúng ta quen thuộc. Để mô tả chính xác mối quan hệ giữa chúng, họ buộc phải mở rộng bài toán thành 37 trạng thái lượng tử khác nhau, tương đương với việc tồn tại trong 37 chiều không gian toán học.

Nếu bạn nghĩ ba chiều không gian đã đủ phức tạp, thì hãy tưởng tượng thực tại của chúng ta có thể đang vận hành trong 37 chiều, nhưng con người chỉ có khả năng nhận thức được ba chiều mà thôi. Điều này tương tự như việc một nhân vật trong trò chơi 2D như Super Mario không bao giờ có thể hiểu được chiều sâu trong một trò chơi đồ họa 3D như Grand Theft Auto V.

Chúng ta chỉ thấy được một phần rất nhỏ của thực tại?

Thí nghiệm này đặt ra một câu hỏi lớn: Tại sao chúng ta chỉ trải nghiệm thế giới theo cách "cổ điển", trong khi bản chất thực sự của vũ trụ có thể phức tạp hơn rất nhiều? Nếu có thêm nhiều chiều không gian, chúng có thực sự tồn tại hay chỉ là công cụ toán học để giúp con người mô tả một thực tại mà chúng ta chưa hiểu hết?

Có lẽ, giống như nhân vật 2D trong trò chơi không thể hiểu được thế giới 3D, con người cũng chỉ là những sinh vật bị giới hạn trong một phần rất nhỏ của vũ trụ. Và nếu thế giới lượng tử có thể tạo ra những trạng thái phi nhân quả kỳ lạ như vậy, chúng ta có thể khai thác chúng để phát triển các máy tính lượng tử mạnh mẽ hơn, hay thậm chí tìm ra cách nhìn vào những chiều không gian khác?

Dù những câu hỏi này vẫn chưa có lời giải, phát hiện mới này đã đặt nền móng cho những hiểu biết sâu hơn về bản chất thực tại. Một điều chắc chắn: vũ trụ không vận hành theo cách chúng ta nghĩ, và mỗi bước tiến trong vật lý lượng tử càng khiến chúng ta nhận ra rằng trực giác của mình có thể hoàn toàn sai lầm.