Language
Country/Area
No result found
Bản chất kép của photon: Làm thế nào một thí nghiệm có thể tiết lộ photon là sóng hay hạt?
Thế giới của chúng ta chứa đầy những hiểu biết trực quan, nhưng ở cấp độ vi mô, chúng ta thường gặp phải những hiện tượng hoàn toàn khác biệt so với trải nghiệm hàng ngày của chúng ta. Bản chất kép của photon là một trong những vấn đề hấp dẫn nhất trong vật lý lượng tử. Năm 1998, Yoon-Ho Kim và các đồng nghiệp đã tiến hành một thí nghiệm tẩy xóa lượng tử lựa chọn trễ mang tính đột phá, khám phá sâu hơn về hành vi sóng-hạt của photon khi chúng truyền qua khe đôi, thách thức sự hiểu biết của chúng ta về tính nhân quả.
Logic của sự xóa bỏ lượng tử
"Nếu photon xuất hiện dưới dạng hạt, thì nó phải đi theo một đường dẫn cụ thể để đến được máy dò; nếu nó xuất hiện dưới dạng sóng, thì nó dường như đi theo tất cả các đường dẫn cùng một lúc."
Trong thí nghiệm khe đôi cơ bản, một luồng ánh sáng truyền qua một bức tường có hai khe song song. Nếu bạn quan sát ở phía bên kia của màn hình phát hiện, bạn sẽ thấy một mô hình giao thoa gồm các màu sáng và tối xen kẽ. Điều này cho thấy rằng mỗi hạt đều tự giao thoa với nhau khi đi qua hai khe hở, nghĩa là hạt dường như đi qua cả hai khe hở cùng một lúc, một khái niệm cực kỳ không phù hợp với hành vi của các vật thể trong trải nghiệm hàng ngày của chúng ta.
Tuy nhiên, nếu đặt một máy dò tại khe hở kép để xác định photon đi qua khe hở nào thì hiện tượng giao thoa sẽ biến mất ngay lập tức. Đây là sự phản ánh của nguyên lý bổ sung: hành vi của photon như một hạt và như một sóng không thể được quan sát cùng một lúc. Điều này khiến các nhà nghiên cứu phải tìm hiểu cách tạo ra sự cân bằng giữa việc duy trì thông tin đường đi và hiệu ứng nhiễu.
Thí nghiệm tẩy lượng tử lựa chọn chậm trễ
Thí nghiệm tẩy xóa lượng tử lựa chọn chậm bắt nguồn từ suy nghĩ của Wheeler. Mục đích chính của thí nghiệm này là quan sát hoặc đặt câu hỏi liệu photon có đường đi cụ thể hay không và liệu quyết định có thể được đưa ra sau khi photon đến máy dò hay không. Lý do đằng sau điều này là hành vi của một photon thay đổi tùy thuộc vào việc chúng ta chọn ghi lại hay xóa thông tin về đường đi của nó.
"Trong thí nghiệm này, chúng ta có thể lựa chọn có xóa thông tin đường đi hay không ngay cả khi photon đã đến máy dò thông qua quá trình lựa chọn chậm trễ."
Điều này cho thấy rằng ngay cả khi đường đi của photon đã có thông tin thì việc xóa thông tin này trong tương lai vẫn có thể thay đổi hành vi của photon, điều này dường như thách thức định luật nhân quả. Kim và cộng sự đã khám phá mối tương quan này bằng cách tạo ra một cặp photon, dẫn đến sự xóa bỏ lượng tử. Một cặp photon bao gồm hai photon rối nhau, một được gọi là "photon tín hiệu" và photon còn lại là "photon chẵn".
Kết quả thử nghiệm
Trong thí nghiệm, khi photon tín hiệu đi vào máy dò, việc phát hiện photon chẵn bị trễ về mặt thời gian, điều này có nghĩa là tác động của quan sát của chúng ta đối với photon tín hiệu được điều chỉnh bởi trạng thái phát hiện của photon chẵn. Khi các photon chẵn được quan sát trên một máy dò có thể hiển thị thông tin đường đi, các photon tín hiệu sẽ cho thấy một mẫu nhiễu xạ đơn giản và không xảy ra hiệu ứng giao thoa; ngược lại, khi các photon chẵn được quan sát trong tình huống không thể hiển thị thông tin đường đi, các photon tín hiệu sẽ cho thấy một mẫu giao thoa.
"Khám phá này cho thấy cách lựa chọn quan sát có thể tác động cơ bản đến hành vi của photon, thậm chí đến mức người ta nghi ngờ về thời điểm của nguyên nhân và kết quả."
Ý nghĩa của thí nghiệm này là nó không chỉ chứng minh những điều kỳ diệu của vật lý lượng tử mà còn thách thức sự hiểu biết cơ bản của chúng ta về thực tại. Nó dường như hỏi chúng ta: Bạn có thể chấp nhận rằng hành động quan sát có thể định hình lại các sự kiện trong quá khứ không? Trong thế giới lượng tử này, dòng chảy thời gian dường như mờ nhạt. Liệu sự quan sát của chúng ta có thực sự có sức mạnh thay đổi bản chất của sự vật không?
Phần kết luậnThí nghiệm tẩy xóa lượng tử lựa chọn chậm không chỉ là một cuộc thảo luận về hành vi của vật chất mà còn là sự phản ánh sâu sắc về mối quan hệ giữa thời gian và tính nhân quả. Trong thế giới lượng tử, photon hoạt động như sóng hay hạt có thể phụ thuộc vào cách chúng ta quan sát chúng. Điều này khiến chúng ta bắt đầu suy nghĩ, liệu chúng ta vẫn có thể chứa đựng bao nhiêu điều bí ẩn chưa được giải thích từ góc nhìn quá lý trí của mình?
