Trong một nghiên cứu mang tính bước ngoặt mới đây, các nhà khoa học tại Đại học Công nghệ Delft, Hà Lan đã chứng minh được một trong những hiện tượng kỳ thú cơ bản nhất của lý thuyết lượng tử.

Hiện tượng kỳ thú cơ bản nhất của lý thuyết lượng tử

Đó là thứ mà Einstein trước đây từng gọi là “Spooky action at a distance” tạm dịch là “tác động ma quái từ xa”. Có thể hiểu một cách đơn giản rằng phương thức này cho phép hai đối tượng cách xa nhau dù ở bất kể một khoảng cách lớn nào, từ vài mét hoặc đến hàng trăm năm ánh sáng đều có thể ngay lập tức tương tác và ảnh hưởng lẫn nhau.

Einstein một mực không tin vào phương thức “tác động ma quái”. Ông từ chối chấp nhận quan điểm vũ trụ có thể hành xử một cách kỳ lạ và dường như ngẫu nhiên. Đặc biệt, Einstein thể hiện một sự chế giễu về lý thuyết cho rằng hai hạt riêng biệt có thể bị “vướng” vào nhau, rằng một hạt có thể tương tác với một hạt khác ngay tức khắc ở một khoảng cách bất kì. Tất cả những sự không chắc chắn của lý thuyết lượng tử được ông so sánh với việc Chúa chơi trò xúc xắc.

Hình dung về “tác động ma quái từ xa” của hai đối tượng.

Tuy nhiên, từ những năm 1970, một loạt các nhà khoa học khác đã thực hiện rất nhiều thí nghiệm chính xác để xóa bỏ những hoài nghi này. Họ đều đề xuất rằng hai hạt có thể bị “vướng” từ trước đó, và thậm chí chúng có thể tương tác dù nằm ở hai phía của vũ trụ.

Năm 1982, một nhóm các nhà vật lý và toán học đã có thể chứng minh “tác động ma quái” bằng toán học. Và đến năm 2015, chúng ta có một thực nghiệm đầu tiên đã có thể khẳng định chắc chắn nhất một lần nữa điều này.

Thí nghiệm này tuần trước được công bố trên Tạp chí Nature. Có thể nói, nó đã giáng đòn chí mạng vào một trong những nguyên tắc cơ bản của vật lý cổ điển. Tính “địa phương” trong vật lý cổ điển nói rằng một đối tượng chỉ có thể bị ảnh hưởng ngay lập tức bởi môi trường xung quanh nó.

Nhóm các nhà khoa học thực hiện thành công thí nghiệm này được dẫn dắt bởi Ronald Hanson, một nhà vật lý đến từ Viện khoa học Nano Kavli thuộc Đại học Hà Lan. Bên cạnh đó, họ còn có sự tham gia của rất nhiều cộng sự đến từ Tây Ban Nha và Anh.

Thí nghiệm mang tên “loophole-free Bell test” được tham chiếu dựa trên đề xuất của nhà vật lý John Stewart Bell vào năm 1964. Thời điểm đó, Bell tin tưởng rằng đây là một phương pháp mà sẽ chứng minh “tác động ma quái” có thật.

“Các thí nghiệm kiểm tra đã được thực hiện từ cuối thập niên 70 nhưng chúng luôn tồn tại những nghi ngờ và cần phải bổ sung thêm những giả định cần thiết”, Tiến sĩ Hanson cho biết. “Chỉ cho đến thí nghiệm của chúng tôi mới thực sự khẳng định “tác động ma quái” là có thật”.

Nhóm nghiên cứu tại Hà Lan đã loại bỏ hoàn toàn các biến số ẩn có thể cung cấp những giải thích về sự tương tác lẫn nhau ở khoảng cách xa. Do đó, lời giải thích cuối cùng được dành cho “hành động ma quái”. Họ đã khiến hai electron tương tác với nhau ở khoảng cách 1,3km.

Trong đó, các nhà khoa học sử dụng hai viên kim cương đặt trong khuôn viên Đại học Delft. Khoảng cách giữa chúng đúng 1,3 km. Trên mỗi viên kim cương đều chứa một bẫy electron. Một electron thông thường mang một “spin điện tử”. Và họ dùng sóng laser để đo “spin” của hai hạt electron khi chúng tương tác với nhau.

Thực sự, các máy dò đã phát hiện hai hạt bị “vướng víu” vào nhau. Đó là thuật ngữ mà các nhà khoa học sử dụng để mô tả hai hạt cách rất xa nhau mà không hề độc lập.

Nhóm nghiên cứu đang kiểm tra thiết bị thí nghiệm.

“Tôi nghĩ rằng đây là một thí nghiệm đẹp, khéo léo và nó sẽ thúc đẩy toàn bộ lĩnh vực vật lý lượng tử tiến về phía trước” David Kaiser, một nhà vật lý đến từ MIT cho biết. Còn Leonard Succkind, một nhà vật lý lý thuyết khác đến từ Đại học Stanford cho rằng: “Thí nghiệm này đã vượt xa những gì có thể tưởng tượng khi tôi mới bước chân vào vật lý. Nó vô cùng ấn tượng”.

Thật vậy, thí nghiệm của các nhà khoa học Hà Lan không chỉ đơn thuần là sự xác minh cho lý thuyết cơ học lượng tử. Bởi vì cơ học lượng tử có thể tác động rất lớn vào công nghệ hiện đại, nó còn mở ra một bước tiến mới về ứng dụng tuyệt vời được biết đến như “Internet lượng tử”. Tiến sĩ Hanson đã bắt đầu hình dung đến một mạng lưới thông tin sử dụng các hạt để kết nối toàn bộ thế giới. Một mạng lưới như vậy có thể mang đến sự bảo mật gần như tuyệt đối.

Tuy vậy, hiện nay vẫn còn một số các nhà vật lý tỏ vẻ hoài nghi về công trình đăng tải trên Nature này. Tiến sĩ Keiser cũng là một trong số đó, ông nói: “Cuộc thử nghiệm này đã đóng lại 2 trong số 3 lỗ hổng lớn, nhưng 2 thì chưa phải là 3”. Ông cho rằng hệ thống điện tử mà và nhà khoa học sử dụng để thêm tính ngẫu nhiên cho thí nghiệm có thể là một lỗ hổng. Và để thực sự khắc phục được nó, ông đang lên kế hoạch thực hiện một công trình vào năm 2017 tới. Vì vậy, chúng ta hãy cùng chờ đợi xem “lỗ hổng cuối cùng” có thể được đóng lại để mở ra một tương lai mới với “Internet lượng tử” hay không!